傳熱的三種方式課件21

1、傳熱的三種方式211、熱傳導(dǎo)（簡(jiǎn)稱導(dǎo)熱） ： 在物體內(nèi)部或相互接觸的物體表面之間，由于分子、原子及自由電子等微觀粒子的熱運(yùn)動(dòng)而產(chǎn)生的熱量傳遞現(xiàn)象。 純導(dǎo)熱現(xiàn)象可以發(fā)生在固體內(nèi)部，也可以發(fā)生在靜止的液體和氣體之中。 7/24/20222大平壁的一維穩(wěn)態(tài)導(dǎo)熱 0 xt tw2 tw1 特點(diǎn)：平壁兩表面維持均勻恒定不變的溫度， 平壁各處溫度不隨時(shí)間改變； 壁內(nèi)溫度只沿垂直于壁面的方向變化； 熱量只沿著垂直于壁面的方向傳遞。熱流量：?jiǎn)挝粫r(shí)間傳過的熱量: 材料的導(dǎo)熱系數(shù)，表明材料的導(dǎo)熱能力，W/(mK)。W7/24/20223熱流密度 q:單位時(shí)間通過單位面積的熱流量導(dǎo)熱熱阻稱為平壁的導(dǎo)熱熱阻，表示物體

2、對(duì)導(dǎo)熱的阻力，單位為K/W 。tw1 tw2 熱阻網(wǎng)絡(luò)7/24/20224 導(dǎo)熱系數(shù) 導(dǎo)熱系數(shù)物質(zhì)導(dǎo)熱能力的大小。單位：W/m.K。絕大多數(shù)材料的導(dǎo)熱系數(shù)值都可以通過實(shí)驗(yàn)測(cè)得。7/24/20225物質(zhì)的導(dǎo)熱系數(shù)在數(shù)值上具有下述特點(diǎn): (1) 對(duì)于同一種物質(zhì), 固態(tài)的導(dǎo)熱系數(shù)值最大,氣態(tài)的導(dǎo)熱系數(shù)值最??； (2)一般金屬的導(dǎo)熱系數(shù)大于非金屬的熱導(dǎo)率 ； (3)導(dǎo)電性能好的金屬, 其導(dǎo)熱性能也好 ； (4)純金屬的導(dǎo)熱系數(shù)大于它的合金 。 導(dǎo)熱系數(shù)數(shù)值的影響因素較多, 主要取決于物質(zhì)的種類、物質(zhì)結(jié)構(gòu)與物理狀態(tài), 此外溫度、密度、濕度等因素對(duì)導(dǎo)熱系數(shù)也有較大的影響。其中溫度對(duì)導(dǎo)熱系數(shù)的影響尤為重要。

3、 7/24/20226溫度對(duì)導(dǎo)熱系數(shù)的影響： 一般地說, 所有物質(zhì)的導(dǎo)熱系數(shù)都是溫度的函數(shù),不同物質(zhì)的熱導(dǎo)率隨溫度的變化規(guī)律不同。 純金屬的導(dǎo)熱系數(shù)隨溫度的升高而減小。 一般合金和非金屬的導(dǎo)熱系數(shù)隨溫度的升高而增大。 7/24/20227 用于保溫或隔熱的材料。國(guó)家標(biāo)準(zhǔn)規(guī)定，溫度低于350時(shí)導(dǎo)熱系數(shù)小于0.12 W/(mK)的材料稱為保溫材料。保溫材料（或稱絕熱材料）： 多孔材料的導(dǎo)熱系數(shù)隨溫度的升高而增大。 多孔材料的導(dǎo)熱系數(shù)與密度和濕度有關(guān)。一般情況下密度和濕度愈大，熱導(dǎo)率愈大。典型材料導(dǎo)熱系數(shù)的數(shù)值范圍純金屬 50-415 W/mK 合金 12-120 W/mK 非金屬固體 1-40 W

4、/mK 液體(非金屬) 0.17-0.7 W/mK 絕熱材料 0.03-0.12 W/mK 氣體 0.007-0.17 W/mK 7/24/202282 、熱對(duì)流 由于流體的宏觀運(yùn)動(dòng)使不同溫度的流體相對(duì)位移而產(chǎn)生的熱量傳遞現(xiàn)象。 特點(diǎn)：熱對(duì)流只發(fā)生在流體之中，并伴隨有微觀粒子熱運(yùn)動(dòng)而產(chǎn)生的導(dǎo)熱。對(duì)流換熱 ：流體與相互接觸的固體表面之間的熱量傳遞現(xiàn)象，是導(dǎo)熱和熱對(duì)流兩種基本傳熱方式共同作用的結(jié)果。牛頓冷卻公式: = Ah(tw tf) q = h(tw tf) 7/24/20229tw tf h 稱為對(duì)流換熱的表面?zhèn)鳠嵯禂?shù)（習(xí)慣稱為對(duì)流換熱系數(shù)），單位為W/(m2K)。 對(duì)流換熱熱阻： = Ah

5、(tw tf) 稱為對(duì)流換熱熱阻，單位為 W/K。對(duì)流換熱熱阻網(wǎng)絡(luò)：7/24/202210表面?zhèn)鳠嵯禂?shù)的影響因素： h 的大小反映對(duì)流換熱的強(qiáng)弱，與以下因素有關(guān)： （1）流體的物性（熱導(dǎo)率、粘度、密度、比熱容等）；（2）流體流動(dòng)的形態(tài)（層流、紊流）；（3）流動(dòng)的成因（自然對(duì)流或受迫對(duì)流）；（4）物體表面的形狀、尺寸；（5）換熱時(shí)流體有無相變（沸騰或凝結(jié)）。7/24/202211 表1-1 一些表面?zhèn)鳠嵯禂?shù)的數(shù)值范圍 對(duì)流換熱類型表面?zhèn)鳠嵯禂?shù) h W /( m2K) 空氣與外墻面自然對(duì)流換熱225 液體自然對(duì)流換熱501000 氣體強(qiáng)迫對(duì)流換熱25250 液體強(qiáng)迫對(duì)流換熱5025000 液體沸騰

6、2500100000 蒸氣凝結(jié)20001000007/24/2022123、熱輻射 電磁波的波譜： 射線： 510-5 mX射線： 510-7 510-2 m紫外線： 410-3 0.38 m可見光： 0.38 0.76 m紅外線： 0.76 103 m 7/24/202213微波： 103 106 m 微波爐就是利用微波加熱食物，因微波可穿透塑料、玻璃和陶瓷制品，但會(huì)被食物中水分子吸收，產(chǎn)生內(nèi)熱源，使食品均勻加熱。熱輻射 由于物體內(nèi)部微觀粒子的熱運(yùn)動(dòng)而使物體向外發(fā)射輻射能的現(xiàn)象。 理論上熱輻射的波長(zhǎng)范圍從零到無窮大，但在日常生活和工業(yè)上常見的溫度范圍內(nèi)，熱輻射的波長(zhǎng)主要在0.1m至100m之

7、間,包括部分紫外線、可見光和部分紅外線三個(gè)波段 。 7/24/202214熱輻射的主要特點(diǎn)： （1）所有溫度大于0 K的物體都具有發(fā)射熱輻射的能力，溫度愈高，發(fā)射熱輻射的能力愈強(qiáng)。發(fā)射熱輻射時(shí)：內(nèi)熱能 輻射能 ； （2）所有實(shí)際物體都具有吸收熱輻射的能力，吸收熱輻射時(shí)：輻射能 內(nèi)熱能 ； （3）熱輻射不依靠中間媒介，可以在真空中傳播； （4）物體間以熱輻射的方式進(jìn)行的熱量傳遞是雙向的。 高溫物體低溫物體熱輻射是熱量傳遞的基本方式之一 。7/24/202215輻射換熱：以熱輻射的方式進(jìn)行的熱量交換。輻射換熱的主要影響因素：（1）物體本身的溫度、表面輻射特性； （2）物體的大小、幾何形狀及相對(duì)位置。 注意：（1）熱傳導(dǎo)、熱對(duì)流和熱輻射三種熱量傳遞基本方式往往不是單獨(dú)出現(xiàn)的； （2）分析傳熱問題時(shí)首先應(yīng)該弄清楚有那些傳熱方式在起作用，然后再按照每一種傳熱方式的規(guī)律進(jìn)行計(jì)算。 （3）如果某一種傳熱方式與其他傳熱方式相比作用非常小，往往可以忽略。 7/24/202216二、傳熱過程 傳熱過程是指熱量從固體壁面一側(cè)的流體通過固體壁面?zhèn)鬟f到另一側(cè)流體的過程。 傳熱過程由三個(gè)相互串聯(lián)的環(huán)節(jié)組成:高溫流體低溫流體固體壁 （1）熱量從高溫流體以對(duì)流換熱（或?qū)α鲹Q熱輻射換熱）的方式傳給壁面； （2）熱量從一側(cè)壁面以導(dǎo)熱的方式傳遞到另一側(cè)壁面； （3）熱量從低溫流體側(cè)壁面以對(duì)流換熱（或?qū)α鲹Q熱