第6章传热机理与热流速率方程1.pdf

热 工 学 PYROLOGY 第六章 传热机理与传热速率方程 同济大学机械与能源工程学院 吴家正 1 目 录 6.1 引言 6.2 热传导 6.3 对流与对流换热 6.4 热辐射 2 2 6.1 引言 • 传热学是研究热量传递的普遍规律及其工程应用的一门科学。 • 只要存在温度差，热量将自发地从高温物体传向低温物体，这是典型 的不可逆过程。 • 由于温度差在自然界、工业生产以及日常生活中普遍存在，所以热量 传递无疑是世界上存在最普遍、发生最频繁的物理现象。 • 三种基本传热方式——导热、对流、辐射，有不同的传递机理和热流 速率方程。求解各种传热问题时，必须遵循这些机理和热流方程。 • 能量（热量）守恒定律也不可或缺。 一切传热问题都必须在这两类基本规律的指导下求解。能量守恒定律 是贯穿传热学始终的基本规律。 3 • 分析物体的传热现象时，必须注意区分所取的研究对象是一个控制容 积还是一个控制表面，这两者的能量守恒关系存在原则性的差别。 • 控制容积的瞬时能量守恒原则是 ： 进入控制容积的热流量－流出控制容积的热流量＋控制容积中 内热源的瞬时热功率＝控制容积中储热量的增加速率  表面不具备蓄热能力，针对控制表面的能量守恒关系中体积蓄热项将 不存在（面热源项仍可以存在），即：如果没有内热源的话，进出热 流量将随时保持相等。 4 • 注意掌握正确的学习方法和解题思路。 • 注重对基本物理概念的理解，学会正确运用这些概念，而不能仅满足 于背诵概念的内容。 • 正确的解题步骤包括：细致地审题；判断问题所属的类型；应该做出 哪些合理的假设，以便使问题得到简化，但又不歪曲问题的本质；选 用恰当的计算公式求解，并对相关问题进行深入的分析讨论。 5 6.2 热传导 6.2.1 傅里叶定律：导热的传热速率方程  导热（热传导）：具有较高能级的 粒子向较低能级的粒子传递能量的 过程，它是建立在物质微观粒子随 机运动基础上的扩散行为。 • 连续介质假设 只有在密实的固体中才发生纯导热， 如果是多孔材料，那么传热过程中 一般将同时伴随有对流和辐射。 发生热传导的两个物体必须直接接触。 6  常用术语、概念 温度场，温度梯度，稳态温度场，非稳态温度场或瞬态温度场，一 维温度场，等温面，等温线等。 • 温度场——物体内各点的温度随空间和时间的分布状态 三维直角坐标系： t=f (x,y ,z, τ) 稳态温度场——各点温度不随时间变化； 非稳态温度场（瞬态温度场）——时、空均有变化； 一维温度场——温度只在一个坐标方向上变化 t=f (x) 二维温度场；三维温度场 7 • 等温面——三维物体内同一时