冶金传输原理（第2版）传热学 9 热量传输的基本方式.ppt

前言传热学研究的对象和意义热量传输是研究不同温度的物体间(或物体内)热量传递规律的一门科学。所要解决的问题是确定传热速率以及系统内部的温度分布。热量传输有4个分支学科，即导热、对流换热、辐射换热和相变换热。导热是热量传输中最早研究的问题。从法国数学家傅里叶(Fourier)研究导热开始，已有近200年的历史。通过对大量实验数据的归纳总结，导热学最重要的定律——傅里叶定律。19世纪末，应用数学有了突破，偏微分方程可以求解，使得导热学在20世纪初渐趋成熟。目前，许多问题可以通过新概念或新方法重新评估价、计算和研究。前言传热学研究的对象和意义对流换热学的发展以牛顿(Newton)冷却公式为标志，迄今已有300多年的历史。由于对流换热的偏微分方程较导热复杂得多，因此对流换热学发展缓慢。直到1904年，普朗特(Prandtl)提出了著名的边界层理论，对流换热问题的研究得以突破。20世纪30年代，边界层理论和随着湍流理论的出现开始受到了普遍的重视。20世纪50年代，边界层理论的研究达到了顶峰，对流换热学日趋成熟。随着黏性流体力学的发展及计算机的普及应用，进一步推动了边界层理论及对流换热学的发展。前言传热学研究的对象和意义辐射换热从斯蒂芬-玻尔兹曼(Stefan-Boltzman)研究辐射现象开始，经历了100多年的发展。1900年，普朗克提出辐射理论；20世纪60年代，分子光谱学及固体物理学日趋成熟，辐射换热有了更为坚实的理论基础；而计算机的广泛应用，使得辐射换热学突飞猛进，并于20世纪70年代趋于成熟。相变换热因为更复杂，发展得更晚一些，直至上世纪80年代初才基本成熟，但其理论基础与前几个传热学分支相比，尚未完善，仍是理论研究的热门问题。考虑到冶金专业本科生的学时数、选修课程及与研究生教学的适当区别，没有包含相变传热理论。对于数值法传热计算仅进行了简单的介绍。第九章热量传输的基本方式9.1导热9.2对流9.3辐射9.4组合传热9.1导热热量传递的三种基本方式：导热(热传导)、对流(热对流)和热辐射。 导热(热传导)(Conduction)导热又称热传导，它起源于温差。从微观角度看，导热与物体中分子、原子或自由电子等微观粒子的热运动有关。9.1导热导热的基本规律是Fourier定律（导热基本定律），是一个一维稳态导热。Q：热流量，单位时间传递的热量[W]；q：热流密度，单位时间通过单位面积传递的热量[w/m2]；A：垂直于导热方向的截面积[m2]；?：导热系数(热导率)[W/(mK)]。单位面积直角坐标系中9.1导热导热系数的物理意义是，在导热方向的单位长度上，温度降低1℃时，单位时间内通过单位面的热量。经验表明在一定温度范围内，大多数材料的导热系数都可作为温度的线性函数。9.1导热例题1：已知金属杆内的温度分布为下式，其中t的单位为h，x为从杆的一端量起的坐标，L为杆的总长度。杆的导热系数λ=45W/m℃；L=1m，求10h后通过杆中心截面的导热通量。解：已知杆中温度分布，利用傅立叶定律即可计算导热通量。现在温度分布是时间τ和空间坐标x的函数，这表明该温度场是一维不稳态温度场。由傅立叶定律公式，取时间为常数，将t对x求导，得：9.1导热例题2：有一厚度为s的无限大平壁，其两侧表面分别保持均匀不变的温度Tw1和Tw2，如下图所示。试求下列条件下通过平壁的导热通量和壁内的温度分布。⑴平壁材料的导热系数为常数；(2)平壁材料的导热系数为λ=λ0(1+bT)。中心截面即x=1/2处和当t=10h时：10h后通过杆中心截面的导热通量为：9.1导热解：这是一个一维稳态导热问题，利用傅立叶定律可直接导出通过平壁的导热公式。⑴导热系数为常量，在稳态条件下，通过平壁的导热通量为常数，并对公式分离变量，并进行积分，则有：平壁导热的计算公式设壁内距离表面x处的温度为T，将傅立叶公式从0到x积分后带入上式得：9.1导热(2)由导热系数λ=λ0(1+bT)情况下的傅立叶定律表达式按前面相同的方法处理：λm为是平壁条件下的平均导热系数。其中：9.1导热设壁内距离表面x处的温度为T，将傅立叶公式从0到x积分后带入上式得：当λ=λ0(1+bT)时，平壁内温度分布是一条曲线。b为正值时，形成向上凸起的温度分布曲线，反之则反。当λ=const时，平壁内温度分布是一条直线；9.2对流 对流(热对流)(Convection)定义：依靠流体的运动，把热量从一处传递到另一处的现象称为热对流。?对流(热对流)是指流体各部分之间