傳熱方式與熱流速率方程

1.3

傳熱方式與熱流速率方程

基本假設:僅限于在宏觀范疇內始終把研究對象（固體或流體）看作連續(xù)介質

第1章1.3（15）11.3.1

熱傳導

由組成物質的基本微觀粒子的隨機熱運動導致的擴散行為，或理解為具有較高能級的粒子向較低能級粒子傳遞能量的過程。氣體、液體和固體均具有一定的導熱能力，但機理不相同（參見2.2節(jié)）。兩物體間傳導熱量時須緊密接觸。第1章1.3（15）2描述導熱現象的基本定律:傅里葉定律第1章1.3（15）3

:熱流量,W:導熱系數,W/(m·K)A:導熱截面面積,m2t:溫度,℃–:表示負號傅里葉定律建立了物體內溫度分布與導熱熱流密度之間的數量關系，它就是導熱的熱流速率方程。對于一維大平板的穩(wěn)態(tài)導熱第1章1.3（15）41.3.2

熱對流

在有溫差的條件下，伴隨流體的宏觀移動發(fā)生的因冷熱流體互相摻混導致的熱量遷移。發(fā)生在具有不同溫度的流體和固體表面之間的熱量傳遞：對流換熱。

第1章1.3（15）5對流換熱問題的分類:第1章1.3（15）6

對流換熱的幾種典型方式

對流換熱的熱流速率方程

式中:q為熱流密度,W/m2

；h為表面?zhèn)鳠嵯禂?，W/(m2K)。后人稱為

牛頓冷卻公式

汽液相變的牛頓公式見教材式(1-3-4a/b)。第1章1.3（15）7

對流換熱的熱流速率方程并未給出流體溫度場與熱流密度之間的內在聯(lián)系。

?

它只是表面?zhèn)鳠嵯禂档幕径x式。

表11

表面?zhèn)鳠嵯禂档囊话惴秶鷮α鲹Q熱問題的類型h

/[W/(m2K)]

自然對流換熱：氣體

2~25

液體

50~1000

強迫對流換熱：氣體

25~250

液體

50~25000

相變對流換熱：沸騰

2000~50000

凝結

2000~100000 第1章1.3（15）8

1.3.3

熱輻射物體發(fā)射熱輻射射線的能力與它的熱力學溫度和表面性質有關。在相同溫度下黑體的輻射熱流密度最大實際物體表面的發(fā)射能力低于同溫度黑體，一般用發(fā)射率來描述實際物體與黑體發(fā)射熱輻射能力的差別：第1章1.3（15）9黑體不僅發(fā)射能力最高，同時吸收能力也最高。它吸收全部外來的投射輻射能量，不論其波長、方向如何。實際物體表面吸收比（absorptivity）用

表示。第1章1.3（15）10物體表面單位面積與環(huán)境間的凈輻射熱交換等于發(fā)射出的能量與吸收的能量之差第1章1.3（15）11但該式不適合作工程計算，要采用輻射熱平衡當兩個物體表面溫度相等時，發(fā)射與吸收過程仍在進行，但其凈交換熱量等于零。需要特別注意，若物體與環(huán)境處于熱平衡狀態(tài)，但這種狀態(tài)并不一定僅僅由輻射一種方式造成，可能對流也同時在其中發(fā)揮了作用。第1章1.3（15）12

1.3.4復合換熱同時伴隨發(fā)生熱(冷)表面與周圍流體間的自然對流或強迫對流換熱和輻射熱交換。（1）輻射環(huán)境Tsur與流體Tf不一定相等。（2）輻射計算用熱力學溫度，對流項也要用熱力學溫度表示，以保持一致。第1章1.3（15）13定義輻射換熱表面?zhèn)鳠嵯禂礹r：如果

Tsur=Tf第1章1.3（15）14如果

Tsur

Tf1.3.5傳熱過程和總傳熱系數傳熱過