第八章 概论.ppt

* 青海大学机械工程学院 严军 第八章 概论 第二篇 热量传输 8.1 研究的对象和目的 8.2 热量传输的三种方式 8.3 综合传热和热阻 小结 第八章 概论 8.1 研究的对象和目的 热是能量的一种形式，它只在传递中体现出来。根据热力学第二定律，凡是有温度差的地方、就有热量自发地从高温区域向低温区域转移。这种由于温度差引起的热量转移过程统称为热量传输。 在冶金、化工等许多工业生产部门都涉及到传热问题。目前，大多数冶金生产过程都在高温下进行，冶金生产中的许多工序，如烧结、炼铁、炼钢和轧钢等都伴随有物料温度的变化．这使冶金生产过程不可避免地与热量传输相联系。在一定条件下，热量传输甚至成为某些工序的控制因素。 热量的传递是一种复杂现象，存在传导传热、对流传热和辐射传热三种方式。但根据具体情况,热量传输可以是一种方式进行,也可以是两种或三种方式进行。 8.2 热量传输的三种方式 热量从物体中温度较高的部分传递到温度较低的部分,或从高温物体传递到与之接触的低温物体的过程称为导热。 导热是依靠物体中分子、原子以及自由电子等微观粒子的热运动进行热量传输,它发生在同一物体的两个部分之间,或彼此相接触的两种物体的接触面之间,而物体各部分之间不发生宏观的相对位移。 例如:冶金炉炉衬温度高于炉墙外壳,则炉衬内侧向炉墙外壳传输热量;钢坯冷却时,钢坯内部的温度高于外界,则钢坯内部向其外侧传输热量等均属于导热。 传导传热（导热） 8.2 热量传输的三种方式 传热物质体系内,温度在空间和时间上的分布状态称为该体系的温度场,它是时间和空间的函数,即： 式中,x,y,z为空间直角坐标;τ为时间坐标。 物体中各点的温度不随时间变化的温度场则为稳态温度场。以导热为例,发生稳态传热时物体各处温度不随时间变化,物体不吸热,也不放热,物体的热焓量不变,没有热量的积蓄,仅起导热的作用,同时物体的导热量为常数。 物体中各点的温度随时间改变的温度场称为非稳态温度场。非稳态传热时,物体因其温度的变化,进行吸热或放热的传热过程,有热量蓄积,导热量不再是常数。 温度场可以是一维的,也可以是多维的。 温度场 8.2 热量传输的三种方式 温度场 在某一瞬间物体内部各点的温度分布 连续介质 等温线 稳态温度场 非稳态温度场 8.2 热量传输的三种方式 温度场中同一瞬间，由所有温度相同的点连接所构成的面叫等温面。 一平面和一系列等温面相交可得一簇等温线,等温面(线)就是温度场中的等值面(线),物体的温度场通常用等温线图或等温面图表示,不同温度的等温面(线)是不会相交的,因为空间的任何一点不可能同时具有两个温度值。 等温面 两等温面之间的温度差与某点法线方向距离的比值的极限称为该点的温度梯度 温度梯度是一个矢量，通常把温度增加的方向作为温度梯度矢量的正方向。热流朝着温度降低方向，而温度梯度却是朝着温度增加的方向，所以热流方向与温度梯度方向相反。负的温度梯度称为温度降度。 8.2 热量传输的三种方式 温度梯度 8.2 热量传输的三种方式 傅里叶定律 单位时间内通过单位截面积的导热量与温度梯度成正比。 负号表示导热方向与温度梯度方向相反 F-导热面积 λ-导热系数 -温度梯度 傅里叶定律是解决导热问题的基本定律。公式表明,导热热量Q或导热热通量q正比于温度梯度,负号表示导热方向和温度梯度方向相反。 8.2 热量传输的三种方式 热导率（导热系数） 导热系数的数值就是当物体内温度降度为1℃／m时，单位时间单位面积的导热量，其大小标志着物质的导热能力。 特点： 物质的一个热物性参数 不同的物质其值不同，即使是同一物质导热系数的值和物质结构．密度、成份、温度及湿度等因素有关。 各种物质的导热系数均随温度而变化 各种物质的导热系数有很大的差异，一般来说，固体的导热系数大于液体，气体的导热系数最小。 8.2 热量传输的三种方式 热导率（导热系数） 8.2 热量传输的三种方式 热量传输系数 热量传输系数或热扩散率是表征物体热量传输能力的重要参数。热量传输系数α与导热系数成正比,与密度ρ和比热容c成反比。 热量传输系数概括了物体导热能力和物体自身的热焓变化。在非稳态导热中,物体的热焓随时间变化,同时又有热量的传导,热量传输系数把这两者有机统一起来。α值大,表明物体导热量大,吸收的热量少,传播热量的能力强,热量传输快;反之, α值小,热量传输能力弱,传输速度慢。 8.2 热量传输的三种方式 傅立叶定律 傅立叶定律与牛顿粘性定律的类似 热扩散系数 单位体积物体具有的热量 单位体积物体在y方向上的热量浓度梯度 动量扩散系数 单位体积流体的动量 单位体积流体x方向的动量在y方向上的梯度 8.2 热量传输的三种方式 对流传热 流体流动的条件下,两种流体之间或流体与