傳熱學(xué) 第一章 緒 論

1、 傳 熱 學(xué) （Heat Transfer）參 考 書 教材: 傳熱學(xué) 楊世銘、陶文銓編著，第四版?zhèn)鳠釋W(xué) 戴鍋生，第二版數(shù)值傳熱學(xué) 陶文銓編著對(duì)流換熱 V. S. 阿巴茲凝結(jié)和沸騰施明恒等編著輻射換熱 余其錚編著 Heat Transfer (2nd Edition), by Anthony F. Mills Heat Transfer , by J.P.Holman Fundamentals of Heat Transfer, by F. P. Incropera, D.P. DeWitt 考 核 方 法平時(shí)成績: 30% (包括：作業(yè)及出勤、實(shí)驗(yàn).)期末考試: 70%動(dòng)力工程及工程熱物理P

2、ower Engineering and Engineering Thermodynamic工程熱物理熱能工程動(dòng)力機(jī)械及工程流體機(jī)械及工程制冷及低溫工程化工過程機(jī)械動(dòng)力工程及工程熱為應(yīng)用背物理一級(jí)學(xué)科是以能源的高效潔凈開發(fā)、生產(chǎn)、轉(zhuǎn)換和利用景和最終目的，以研究能量的熱、光、勢(shì)能和動(dòng)能等形式向功、電等形式轉(zhuǎn)換或者互擬轉(zhuǎn)換的過程中能量轉(zhuǎn)換、傳遞的基本規(guī)律、以及按此規(guī)律有效地實(shí)現(xiàn)這些過程的設(shè)備和系統(tǒng)的設(shè)計(jì)、制造和運(yùn)行的理論與技術(shù)等的一門工程基礎(chǔ)學(xué)科及應(yīng)用技術(shù)科學(xué)，是能源與動(dòng)力工程的理論基礎(chǔ)。本學(xué)科基礎(chǔ)課程包括：理論力學(xué)，材料力學(xué)，燃燒學(xué)，制冷原理，泵與風(fēng)機(jī)，熱工測(cè)量技術(shù)，多相流等三個(gè)問題1.什么是傳

3、熱學(xué)？2.為什么要學(xué)習(xí)傳熱學(xué)？3.應(yīng)當(dāng)怎樣學(xué)習(xí)傳熱學(xué)？第一章 緒 論傳熱學(xué)（Heat Transfer）tair=25 傳熱學(xué)就是研究由溫差引起的熱量傳遞規(guī)律的科學(xué)。d 北方寒冷地區(qū)，建筑房屋都是雙層玻璃，以利于保溫。如何解釋其道理？越厚越好？日常生活中的例子：a 人體為恒溫體。若房間里氣體的溫度在夏天和冬天都保持26度，那么在冬天與夏天、人在房間里所穿的衣服能否一樣？為什么？c 冬天，上午曬被子，晚上還暖和，為什么？b 燒開水，水壺底結(jié)垢后，燒水時(shí)間增長，為什么？Where is Heat Transfer applied ?從現(xiàn)代樓宇的暖通空調(diào)到自然界的風(fēng)霜雪雨的形成，從航天飛機(jī)重返大氣層

4、時(shí)殼體的熱防護(hù)到電子器件的有效冷卻，從一年四季人們的穿著變化到人類器官的冷凍儲(chǔ)存，無不與熱能的傳遞過程密切相關(guān)！為什么要學(xué)傳熱學(xué)？特別對(duì)于能源專業(yè)，傳熱學(xué)是多個(gè)工程領(lǐng)域的技術(shù)基礎(chǔ)，有其十分重要的應(yīng)用！特別對(duì)于能源動(dòng)力、化工制藥、航空航天、環(huán)境安全、軍事工業(yè)、土木建設(shè)等專業(yè)的熱量傳遞是其主要的物理過程。因此是這些專業(yè)的主要技術(shù)基礎(chǔ)課程。也與機(jī)械、地礦、儀器、材料、力學(xué)、紡織、海洋、生物工程、農(nóng)林業(yè)工程等類專業(yè)有密切關(guān)系，例如材料加工工程領(lǐng)域中的焊接與鑄造過程就與熱量傳遞密不可分。(1)日常生活中的例子：(2) 特別是在下列技術(shù)領(lǐng)域大量存在傳熱問題如何阻擋太陽的高溫?zé)彷椛浜捅旧硐虻蜏兀?K）太空背

5、景的熱輻射，確保座艙內(nèi)宇航員的正常生活與工作、儀器設(shè)備安全運(yùn)行 在返回倉重返大氣層時(shí)，如何抵擋與大氣摩擦產(chǎn)生的幾千度高溫不被燒毀 電子器件變得越來越小，功能更強(qiáng)，熱流密度和容積能量產(chǎn)率更大，如何有效地冷卻這些微小器件已限制了微處理器技術(shù)的進(jìn)步。生物醫(yī)學(xué)腫瘤的冷熱療： 激光外科手術(shù)有目的應(yīng)用人工發(fā)熱治療技術(shù)，低溫外科手術(shù)有意的應(yīng)用局部冷卻技術(shù)，可選擇性的破壞患病組織。 這些醫(yī)療設(shè)備的設(shè)計(jì)及設(shè)備治療方案的制訂，關(guān)鍵在于預(yù)測(cè)和控制熱治療和冷治療過程中的溫度分布。建筑環(huán)境以三個(gè)工程應(yīng)用例子來說明傳熱學(xué)應(yīng)用的廣泛性及重要性例1 家用空調(diào)器體積的縮小，近20年來家用空調(diào)器體積的縮小，能效比的提高與制冷劑、

6、空氣之間熱量傳遞的強(qiáng)化有密切關(guān)系。家用空調(diào)中制冷劑與空氣之間發(fā)生熱量交換的設(shè)備，稱為換熱器，換熱器的空氣側(cè)采用多種能增大熱量傳遞的翅片（fin）。管內(nèi)（制冷劑）側(cè)采用多種能強(qiáng)化換熱的內(nèi)翅片管光管內(nèi)螺紋管管徑從9.52mm7mm5mm為使家用空調(diào)器體積的縮小采取的種種方法，均稱為強(qiáng)化傳熱，是傳熱學(xué)的主要研究方向之一。例子2 航天飛機(jī)的熱防護(hù)，航天飛機(jī)重返地球時(shí)，以當(dāng)?shù)匾羲?0倍的極高速度進(jìn)入大氣層，在氣體粘性的作用下，產(chǎn)生大量的摩擦熱，使飛行器表面劇烈的受熱，飛行器表面溫度可達(dá)幾千K，必須采用隔熱性能良好的材料對(duì)表面進(jìn)行熱防護(hù)，才能使其安全返回。美國“哥倫比亞號(hào)”航天飛機(jī)在2003年2月1號(hào)重返

7、大氣層時(shí)由于機(jī)體表面隔熱瓦的缺陷造成超高溫氣體侵入，導(dǎo)致機(jī)毀人亡的悲慘事故，總損失達(dá)130億美元。像航天飛機(jī)隔熱層這樣的材料可以在一定溫差作用下大幅度削弱通過隔熱層的傳熱量，稱為絕熱材料或隔熱材料；研究如何削弱傳熱的方法是傳熱學(xué)中另一個(gè)重要的研究內(nèi)容。例3 電子器件的冷卻技術(shù)，隨著CPU功率的迅速增加，芯片的冷卻要求越來越高，從一般空氣冷卻的整體散熱器到熱管以及微槽道的水冷卻器。微槽道冷卻技術(shù)對(duì)電子器件進(jìn)行冷卻的目的是要使器件的工作溫度控制在允許的數(shù)值一下，這是傳熱學(xué)研究的另一個(gè)重要問題：溫度控制。傳熱強(qiáng)化、傳熱削弱以及溫度控制是傳熱學(xué)中三類主要的研究問題。無論對(duì)哪一類問題的研究，我們都需要對(duì)

8、熱量傳遞的基本規(guī)律有很好地了解和掌握。1-1傳熱學(xué)的研究內(nèi)容及其在科學(xué)技術(shù)和工程中的應(yīng)用 1.1.1 傳熱學(xué)的研究內(nèi)容（Heat Transfer） (1)傳熱學(xué)就是研究由溫差引起的熱量傳遞規(guī)律的科學(xué)。熱量：與過程相關(guān)的過程函數(shù)，如果不傳遞，在物體內(nèi)不叫熱量，而是熱能。 熱能：與物體自身溫度有關(guān)的狀態(tài)函數(shù)。 （2）熱量傳遞過程的推動(dòng)力：溫差 熱力學(xué)第二定律：熱量可以自發(fā)地由高溫?zé)嵩磦鹘o 低溫?zé)嵩?有溫差就會(huì)有傳熱 溫差是熱量傳 遞的推動(dòng)力熱量傳遞的規(guī)律包括兩個(gè)層次的內(nèi)容：1、計(jì)算傳遞的熱流量，用來增強(qiáng)或削弱傳熱量-單位時(shí)間內(nèi)通過某一給定面積的熱量稱為熱流量。單位：Wq-單位時(shí)間內(nèi)通過單位面積的

9、熱流量稱為熱流密度或面積熱流量，w/m2。2、確定物體內(nèi)各點(diǎn)的溫度 進(jìn)行現(xiàn)象判斷、溫度控制、熱應(yīng)力計(jì)算等。1.1.2 傳熱學(xué)研究的連續(xù)介質(zhì)假定：假定物體的溫度等均為空間的連續(xù)函數(shù)。對(duì)于液體直到空間尺度為微米的通道，對(duì)于氣體只要容器的空間尺度大于分子平均自由程這一假設(shè)均成立。一個(gè)物理大氣壓、室溫下的空氣分子的平均自由程約為0.07 m。大部分工程領(lǐng)域中所研究對(duì)象的空間尺度遠(yuǎn)大于這些數(shù)值，因此連續(xù)介質(zhì)的假定都成立。1.1.3 傳熱學(xué)的主要內(nèi)容熱量傳遞的機(jī)理 熱能是如何通過傳導(dǎo)、對(duì)流與輻射的方式傳遞的。熱量傳遞的規(guī)律 所傳遞的熱量與溫差的定量關(guān)系以及溫度分布的數(shù)學(xué)描述；利用這一定量關(guān)系進(jìn)行所傳遞熱量

10、的計(jì)算。熱量傳遞規(guī)律的測(cè)試方法 通過測(cè)試獲得所研究過程規(guī)律。1.1.3 傳熱學(xué)與工程熱力學(xué)的關(guān)系熱力學(xué) + 傳熱學(xué) = 熱科學(xué)(Thermal Science)1）相同點(diǎn)： 傳熱學(xué)與熱力學(xué)都是以第一定律和第二定律為基礎(chǔ)。 2）不同點(diǎn)：熱力學(xué)研究平衡態(tài)，不講究熱量的傳遞的速率，時(shí)間不出現(xiàn)在熱力學(xué)各物理量單位的分母中（單位J/kg）傳熱學(xué)研究非平衡態(tài)，著重研究熱量傳遞的速率，（單位J/（m2s）=W/m2）2. 傳熱學(xué)與工程熱力學(xué)的關(guān)系熱力學(xué)：傳熱學(xué)：水，M220oC鐵塊, M1300oC圖1-1 傳熱學(xué)與熱力學(xué)的區(qū)別熱力學(xué)研究：每公斤鋼從1000 降溫至100 所放出的熱量傳熱學(xué)研究：鋼塊中某點(diǎn)

11、（如中心）冷卻到某個(gè)溫度所需要的時(shí)間；整個(gè)過程鐵塊的放熱量2. 傳熱學(xué)與工程熱力學(xué)的關(guān)系制冷循環(huán)換熱器以三個(gè)工程應(yīng)用例子來說明傳熱學(xué)應(yīng)用的廣泛性及重要性例1 家用空調(diào)器體積的縮小，近20年來家用空調(diào)器體積的縮小，能效比的提高與制冷劑、空氣之間熱量傳遞的強(qiáng)化有密切關(guān)系。家用空調(diào)中制冷劑與空氣之間發(fā)生熱量交換的設(shè)備，稱為換熱器，換熱器的空氣側(cè)采用多種能增大熱量傳遞的翅片（fin）。管內(nèi)（制冷劑）側(cè)采用多種能強(qiáng)化換熱的內(nèi)翅片管光管內(nèi)螺紋管管徑從9.52mm7mm5mm為使家用空調(diào)器體積的縮小采取的種種方法，均稱為強(qiáng)化傳熱，是傳熱學(xué)的主要研究方向之一。例子2 航天飛機(jī)的熱防護(hù)，航天飛機(jī)重返地球時(shí)，以當(dāng)

12、地音速20倍的極高速度進(jìn)入大氣層，在氣體粘性的作用下，產(chǎn)生大量的摩擦熱，使飛行器表面劇烈的受熱，飛行器表面溫度可達(dá)幾千K，必須采用隔熱性能良好的材料對(duì)表面進(jìn)行熱防護(hù)，才能使其安全返回。美國“哥倫比亞號(hào)”航天飛機(jī)在2003年2月1號(hào)重返大氣層時(shí)由于機(jī)體表面隔熱瓦的缺陷造成超高溫氣體侵入，導(dǎo)致機(jī)毀人亡的悲慘事故，總損失達(dá)130億美元。像航天飛機(jī)隔熱層這樣的材料可以在一定溫差作用下大幅度削弱通過隔熱層的傳熱量，稱為絕熱材料或隔熱材料；研究如何削弱傳熱的方法是傳熱學(xué)中另一個(gè)重要的研究內(nèi)容。例3 電子器件的冷卻技術(shù)，隨著CPU功率的迅速增加，芯片的冷卻要求越來越高，從一般空氣冷卻的整體散熱器到熱管以及微

13、槽道的水冷卻器。微槽道冷卻技術(shù)對(duì)電子器件進(jìn)行冷卻的目的是要使器件的工作溫度控制在允許的數(shù)值一下，這是傳熱學(xué)研究的另一個(gè)重要問題：溫度控制。傳熱強(qiáng)化、傳熱削弱以及溫度控制是傳熱學(xué)中三類主要的研究問題。無論對(duì)哪一類問題的研究，我們都需要對(duì)熱量傳遞的基本規(guī)律有很好地了解和掌握。1.1.5.傳熱過程的分類按溫度與時(shí)間的依變關(guān)系，可分為穩(wěn)態(tài)和非穩(wěn)態(tài)兩大類。按照解決問題的類型分類：a 計(jì)算傳遞的熱流量，用來增強(qiáng)或削弱傳熱量-單位時(shí)間內(nèi)通過某一給定面積的熱量稱為熱流量。單位為Wq-單位時(shí)間內(nèi)通過單位面積的熱流量稱為熱流密度或面積熱流量，w/m2。 b 確定物體內(nèi)各點(diǎn)的溫度 進(jìn)行現(xiàn)象判斷、溫度控制、熱應(yīng)力計(jì)算

14、等。如何學(xué)好這門課？態(tài)度決定一切！1.2.1.導(dǎo)熱（熱傳導(dǎo)）(1)概念 物體各部分之間不發(fā)生相對(duì)位移時(shí)，依靠分子、原子及自由電子等微觀粒子的熱運(yùn)動(dòng)而產(chǎn)生的熱量傳遞稱導(dǎo)熱。 如：固體與固體之間及固體內(nèi)部的熱量傳遞。 1.2 熱量傳遞的三種基本方式熱量傳遞的三種基本方式：導(dǎo)熱(熱傳導(dǎo))、對(duì)流(熱對(duì)流)和熱輻射。(2)導(dǎo)熱的特點(diǎn)必須有溫差物體直接接觸依靠分子、原子及自由電子等微觀粒子熱運(yùn)動(dòng)而傳遞熱量；不發(fā)生宏觀的相對(duì)位移沒有能量形式之間的轉(zhuǎn)化物體的固有本質(zhì)，只要存在溫差，在固體，液體，氣體中均會(huì)發(fā)生導(dǎo)熱現(xiàn)象。(3)導(dǎo)熱過程熱量傳遞的速率方程-傅里葉定律如圖 1-1 所示的兩個(gè)表面分別維持均勻恒定溫度

15、的平板，是個(gè)一維導(dǎo)熱問題。式中 是比例系數(shù)，稱為熱導(dǎo)率，又稱導(dǎo)熱系數(shù)，負(fù)號(hào)表示熱量傳遞的方向與溫度升高的方向相反。（w/m K） 根據(jù)傅里葉定律，單位時(shí)間內(nèi)通過該層的導(dǎo)熱熱量與當(dāng)?shù)氐臏囟茸兓始捌桨迕娣eA成正比，即（1-1）3 ）熱流密度（面積熱流量） 單位時(shí)間內(nèi)通過單位面積的熱量稱為熱流密度，記為 q ，單位 w/ 。 2 ）熱流量 單位時(shí)間內(nèi)通過某一給定面積的熱量稱為熱流量，記為 ，單位 w。（1-2）（1）當(dāng)溫度 t 沿 x 方向增加時(shí)， 而 q ，說明此時(shí)熱量沿 x 減小的方向傳遞； （2）反之，當(dāng) 0 ，說明熱量沿 x 增加的方向傳遞。 說明：傅立葉定律又稱導(dǎo)熱基本定律，式（1-1）

16、、（1-2）是一維穩(wěn)態(tài)導(dǎo)熱時(shí)傅立葉定律的數(shù)學(xué)表達(dá)式。通過分析可知： 4 ）導(dǎo)熱系數(shù) 表征材料導(dǎo)熱性能優(yōu)劣的參數(shù)，是一種物性參數(shù)，單位： w/mk 。 同材料的導(dǎo)熱系數(shù)值不同，即使同一種材料導(dǎo)熱系數(shù)值與溫度等因素有關(guān)。金屬材料最高，良導(dǎo)電體，也是良導(dǎo)熱體，液體次之，氣體最小。銅：375W/mK 水：0.599W/mK 鋼： 35-40W/mK 空氣：0.0259W/mK 傅立葉Fourier (公元1768年1830年),法國數(shù)學(xué)家、物理學(xué)家。法國拿破侖時(shí)代的高級(jí)官員。主要貢獻(xiàn)是在研究熱的傳播時(shí)創(chuàng)立了一套數(shù)學(xué)理論。后期致力于傳熱理論，1807年提交了234頁的論文熱的解析理論，但直到1822年才

17、出版。例 題 1-1例題 1-1 一塊厚度=50 mm 的平板， 兩側(cè)表面分別維持在試求下列條件下的熱流密度。材料為銅，=375 w/(mK );材料為鋼， =36.4 w/(mK );材料為鉻磚， =2.32 w/(mK )；材料為鉻藻土磚， =0.242 w/(mK )。假設(shè)：(1)一維導(dǎo)熱問題； （2）穩(wěn)態(tài)過程； （3）導(dǎo)熱系數(shù)為常數(shù)鉻磚： 硅藻土磚：討論：由計(jì)算可見， 由于銅與硅藻土磚導(dǎo)熱系數(shù)的巨大差別， 導(dǎo)致在相同的條件下通過銅板的導(dǎo)熱量比通過硅藻土磚的導(dǎo)熱量大三個(gè)數(shù)量級(jí)。 因而，銅是熱的良導(dǎo)體， 而硅藻土磚則起到一定的隔熱作用銅：鋼：1.2.2.熱對(duì)流 （heat convecti

18、on）（1）基本概念 由于流體的宏觀運(yùn)動(dòng)，從而使流體各部分之間發(fā)生相對(duì)位移，冷熱流體相互摻混所引起的熱量傳遞過程。 a熱對(duì)流僅發(fā)生在流體中b由于流體中的分子同時(shí)在進(jìn)行著不規(guī)則的熱運(yùn)動(dòng)，因而熱對(duì)流的同時(shí)必伴隨有導(dǎo)熱現(xiàn)象。自然界不存在單一的熱對(duì)流。 例：假設(shè)向一個(gè)熱金屬塊的上表面吹冷空氣以使其冷卻。熱量首先通過傳導(dǎo)傳輸?shù)娇拷饘賶K的空氣層，然后通過對(duì)流將這部分熱量從表面帶走，即由于空氣分子隨機(jī)運(yùn)動(dòng)產(chǎn)生的傳導(dǎo)以及空氣的宏觀運(yùn)動(dòng)使表面的熱空氣被冷空氣所代替兩者的綜合效應(yīng)來傳輸熱量。（2）對(duì)流換熱：流體流過一個(gè)物體表面時(shí)流體與物體表面間的熱量傳遞過程，稱為對(duì)流換熱。(convection heat tr

19、ansfer)b.對(duì)流換熱：流體流過一個(gè)物體表面時(shí)的熱量傳遞過程，稱為對(duì)流換熱。 (2)對(duì)流換熱的特點(diǎn)必須有流體的宏觀運(yùn)動(dòng)，必須有溫差；對(duì)流換熱既有對(duì)流，也有導(dǎo)熱；對(duì)流換熱不是基本的熱量傳遞方式。流體與壁面必須直接接觸；沒有熱量形式之間的轉(zhuǎn)化。(3)對(duì)流換熱的分類 2）根據(jù)對(duì)流換熱時(shí)是否發(fā)生相變分無相變的對(duì)流換熱有相變的對(duì)流換熱 沸騰換熱：液體在熱表面上沸騰的對(duì)流換熱。 凝結(jié)換熱：蒸汽在冷表面上凝結(jié)的對(duì)流換熱。1）根據(jù)對(duì)流換熱的起因分自然對(duì)流換熱強(qiáng)制對(duì)流換熱(4)對(duì)流換熱的基本規(guī)律 流體被加熱時(shí)： 流體被冷卻時(shí)：式中， 及 分別為壁面溫度和流體溫度，。 （1-3）（1-4）twtftftw如果

20、把溫差（亦稱溫壓）記為 ，并約定永遠(yuǎn)取正值，則牛頓冷卻公式可表示為 其中 h 比例系數(shù)（表面?zhèn)鳠嵯禂?shù)） 單位 。 （1-5）（1-6）表面?zhèn)鳠嵯禂?shù)（對(duì)流換熱系數(shù)） 當(dāng)流體與壁面溫度相差1度時(shí)、每單位壁面面積上、單位時(shí)間內(nèi)所傳遞的熱量h是表征對(duì)流換熱過程強(qiáng)弱的物理量 影響h因素：流動(dòng)原因、流動(dòng)狀態(tài)、流體物性、有無相變、壁面形狀大小等表面?zhèn)鳠嵯禂?shù)的數(shù)值范圍一般地，就介質(zhì)而言：水的對(duì)流換熱比空氣強(qiáng)烈； 就換熱方式而言：有相變的強(qiáng)于無相變的；強(qiáng)制對(duì)流強(qiáng)于自然對(duì)流。 人在溫度接近100 的環(huán)境（如工作中的鍋爐）中可以堅(jiān)持一段時(shí)間，而手接觸到接近100 的水皮膚立刻紅腫。例題1-2 一室內(nèi)暖氣片的散熱面積

21、為3m2，表面溫度為tw = 50，和溫度為20的室內(nèi)空氣之間自然對(duì)流換熱的表面?zhèn)鳠嵯禂?shù)為h = 4 W/(m2K)。試問該暖氣片相當(dāng)于多大功率的電暖氣?解： 暖氣片和室內(nèi)空氣之間是穩(wěn)態(tài)的自然對(duì)流換熱， Q= Ah(tw tf) = 3m24 W/(m2K)(50-20)K = 360W = 0.36 kW 即相當(dāng)于功率為0.36kW的電暖氣。 1.2.3.熱輻射 (1)基本概念 a.輻射和熱輻射 物體通過電磁波來傳遞能量的方式稱為輻射。因熱的原因而發(fā)出輻射能的現(xiàn)象稱為熱輻射。 b.輻射換熱 輻射與吸收過程的綜合作用造成了以輻射方式進(jìn)行的物體間的熱量傳遞稱輻射換熱。生活中的例子： a 當(dāng)你靠近

22、火的時(shí)候，會(huì)感到面向火的一面比背面熱； b 冬天的夜晚，呆在有窗簾的屋子內(nèi)會(huì)感到比沒有窗簾時(shí) 要舒服； c 太陽能傳遞到地面c.輻射換熱的特點(diǎn)不需要物體直接接觸?？梢栽谡婵罩袀鬟f，而且在真空中輻射能的傳遞最有效。在輻射換熱過程中，不僅有能量的轉(zhuǎn)換，而且伴隨有能量形式的轉(zhuǎn)化。輻射時(shí)：輻射體內(nèi)熱能輻射能；吸收時(shí)，輻射能受射體內(nèi)熱能。只要溫度大于零就有能量輻射。物體的輻射能力與其溫度性質(zhì)有關(guān)。自然界中的物體都在不停的向空間發(fā)出熱輻射，同時(shí)又不斷的吸收其他物體發(fā)出的輻射熱，不僅高溫物體向低溫物體輻射熱能，而且低溫物體向高溫物體輻射熱能。說明：輻射換熱是一個(gè)動(dòng)態(tài)過程，當(dāng)物體與周圍環(huán)境溫度處于熱平衡時(shí)，輻

23、射換熱量為零，但輻射與吸收過程仍在不停的進(jìn)行，只是輻射熱與吸收熱相等。d.導(dǎo)熱、對(duì)流、輻射的評(píng)述 導(dǎo)熱、對(duì)流兩種熱量傳遞方式，只在有物質(zhì)存在的條件下，才能實(shí)現(xiàn)，而熱輻射不需中間介質(zhì)，可以在真空中傳遞，而且在真空中輻射能的傳遞最有效。 在輻射換熱過程中，不僅有能量的轉(zhuǎn)換，而且伴隨有能量形式的轉(zhuǎn)化。 在輻射時(shí)，輻射體內(nèi)熱能 輻射能； 在吸收時(shí)，輻射能 受射體內(nèi)熱能 物體的輻射能力與其溫度性質(zhì)有關(guān)。e.熱輻射的基本規(guī)律（斯蒂芬-玻爾茲曼定律）（Stefan-Boltzmann law）黑體：能全部吸收投射到其表面輻射能的物體。 或稱絕對(duì)黑體。（Black body）黑體的輻射能力與吸收能力在同溫度的

24、物體中最大Boltzmann (1844-1906)（1-7）其中 T 黑體的熱力學(xué)溫度 K ； 斯忒潘玻耳茲曼常數(shù)（黑體輻射常數(shù)），其值為 ； A輻射表面積 m2 。 實(shí)際物體輻射熱流量根據(jù)斯忒潘玻耳茲曼定律求得： 其中 物體自身向外輻射的熱流量，而不是輻射換熱量； 物體的發(fā)射率（黑度），其值總小于1，它與物體的種類及表面狀態(tài)有關(guān)。（ 1-8 ） 要計(jì)算輻射換熱量，必須考慮投到物體上的輻射熱量的吸收過程，即收支平衡量，詳見第9章。 物體包容在一個(gè)很大的表面溫度為的空腔內(nèi)，物體與空腔表面間的輻射換熱量 （ 1-9 ）導(dǎo)熱：對(duì)流換熱：熱輻射：熱水管內(nèi)壁管外壁室內(nèi)環(huán)境對(duì)流導(dǎo)熱對(duì)流輻射在實(shí)際問題中，

25、這些方式常不是單獨(dú)出現(xiàn)的，幾個(gè)環(huán)節(jié)常是相互聯(lián)系，同一環(huán)節(jié)中可能有幾種方式起作用，如室內(nèi)暖氣片的散熱：熱水管內(nèi)壁管外壁室內(nèi)環(huán)境對(duì)流導(dǎo)熱對(duì)流輻射暖氣片：省煤器：煙氣管外壁管內(nèi)壁水對(duì)流導(dǎo)熱對(duì)流輻射冷凝器：蒸汽管內(nèi)壁管外壁室內(nèi)環(huán)境凝結(jié)傳熱導(dǎo)熱對(duì)流輻射總結(jié)： 1 傳熱學(xué)的研究內(nèi)容 2 傳熱學(xué)與工程熱力學(xué)的關(guān)系 3 傳熱學(xué)應(yīng)用實(shí)例 4 傳熱過程的分類 導(dǎo)熱定義導(dǎo)熱的基本定律對(duì)流換熱：（1）熱對(duì)流（2）對(duì)流換熱（3）對(duì)流換熱的分類（4）牛頓冷卻公式輻射換熱：（1）熱輻射（2）輻射換熱（3）斯蒂芬波爾茲曼定律1.3 傳熱過程和傳熱系數(shù)工程中經(jīng)常遇到熱量由壁面一側(cè)的流體通過壁面?zhèn)鞯搅硪粋?cè)流體中的情形，如換熱器中熱量由熱流體傳遞到冷流體。(1)傳熱過程的概念 ：熱量由壁面一側(cè)的流體通過壁面?zhèn)鞯搅硪粋?cè)流體中去的過程稱傳熱過程(overall heat transfer process)。 tf2h1tw1ttw2h20 xtf1(2)傳熱過程的組成 一般包括串聯(lián)的三個(gè)環(huán)節(jié)： 熱流體 壁面高溫側(cè)； 壁面高溫側(cè) 壁面低溫側(cè)； 壁面低溫側(cè)