冶金传输原理_朱光俊_热量传输的基本概念及基本定律.ppt

第二篇 热量传输 （1）导热 定义：在一连续介质内若有温度差存在，或者两温度不同的物体直接接触时，在物体内没有可见的宏观物体流动时所发生的传热现象。 条件：温度差。取决于物体本身的物性。 （2）对流 定义：有流体存在，并有流体宏观运动情况下所发生的传热。 条件：温度差，流体的宏观运动。取决于流体本身的物性、流动状态。 （3）辐射 定义：物体因受热发出热辐射，高温物体向低温物体热辐射，同时低温物体向高温物体热辐射，最终结果是高温物体失去热量而低温物体得到热量。辐射传热不需要物体作传热媒介，而是依靠物体发射电磁波来传递热量。 条件：温度差。取决于两物体空间位置（辐射角度系数）和物体表面辐射特性（黑度）。 传热系数K 和 热阻R 是传热中两个极为重要的概念。 等温面：温度场中，同一时刻温度相同的点所构成的面。 等温线：一平面与等温面的交线。 温度梯度 定义：等温面法线方向单位距离上的温度变化量（最大温度变率）。 * * * 研究对象： 研究不同物体间或同一物体不同部位间存在 温度差时，其间的热量传递规律。 传热推动力： 温度差或温度梯度。 研究目的： 一定条件下热量传递的速率。 降低传热速率：提高热效率，减少热损失，节能 提高传热速率：提高生产率 第9章 热量传输的基本概念及基本定律 9.3 傅立叶—克希霍夫导热微分方程 F-K方程 9.2 傅立叶导热定律 9.1 热量传输的基本概念 传热方式 9.1 热量传输的基本概念 传导传热（导热） 对流传热（对流） 辐射传热（辐射） 9.1 热量传输的基本概念 9.1 热量传输的基本概念 9.1 热量传输的基本概念 J J/s (W) W/m2 9.1 热量传输的基本概念 热流量Φ：单位时间传递的热量。 热通量（热流密度）q：单位时间通过单位面积传递的热量。 传热系数K：单位时间、单位面积、温度差为1℃时传递的热量，即单位传热量。 传热方程：实践证明，各种传热过程的传热量都和温度差 、传热面积A、传热时间 成正比。 J J/s (W) W/m2 9.1 热量传输的基本概念 ℃/W 总传热面积上的热阻。 m2·℃/W 单位传热面积上的热阻。 热阻：阻碍热量传递的阻力。 9.1 热量传输的基本概念 上两式类似于电学中的欧姆定律，为了求解热流可类似电路中电阻的串、并联法求热阻。基于这一点，有研究传热问题的电模拟法。 9.1 热量传输的基本概念 温度场： 温度随空间及时间的变化规律。 数学表达式： 温度场 按时间 稳态温度场： 不稳态温度场： ， ， 无热量蓄积 稳态传热 定态传热 不定态传热 有热量蓄积 不稳态传热 9.1 热量传输的基本概念 温度场 物理量性质 空间 三维温度场 二维温度场 一维温度场 数量场 一维稳态温度场： 一维不稳态温度场： 等温线 9.1 热量传输的基本概念 9.1 热量传输的基本概念 l l 向量：低温高温方向为正。 表达式： 9.2 傅立叶导热定律 t0 tx t y t0 tx t0 tx 1．稳态温度场的建立 δ 一无限宽大，厚为 的平板初温为t0 平板下表面温度跃升到tx并保持不变 相邻各层逐次吸热升温，热量沿板厚方向传递 不稳态温度场 温度分布不变，稳态温度场已经建立 热量传递方向与温度梯度方向相反 9.2 傅立叶导热定律 指温度梯度，℃/m；表述：物体的导热通量与温度梯度成正比。负号表示热量传递方向与温度梯度方向相反。 2．傅立叶导热定律 稳态温度场 W W/m2 W/m2 W 固体薄层 任意方向 W/m2 物体的导热通量与温度梯度成正比 9.2 傅立叶导热定律 3.导热系数 单位 W/m. ℃ 物理意义 表征物体导热能力的物性参数，即温度梯度为1时，单位时间通过单位面积的导热量 影响因素 物体的种类 温度 气体（0.006~0.6）液体固体金属 混合气体的导热系数 9.2 傅立叶导热定律 4．热量传输系数（导温系数）a 单位体积物体的热量梯度 热量传输系数（导温系数） 物体的导热通量与单位体积物体的热量梯度成正比 9.2 傅立叶导热定律 单位 物理意义 影响因素 m2/s 4．热量传输系数（导温系数）a 表征物体热量传输能力的重要参数 a 物体传播热量的能力强或物体传播热量的速度快 a 物体传播热量的能力弱或物体传播热量的速度慢 物体的种类和温度 9.3傅立叶—克希霍夫导热微分方程