第八章 傳熱的基本方式

1、本章的基本內(nèi)容熱傳導(dǎo)1熱對流2熱輻射3傳熱過程簡介4（簡稱導(dǎo)熱導(dǎo)熱）在，由于分子、原子及自由電子等微觀粒子的熱運(yùn)動而產(chǎn)生的熱量傳遞現(xiàn)象。導(dǎo)熱現(xiàn)象發(fā)生在，也可發(fā)生在。本書不討論導(dǎo)熱的微觀機(jī)理，只討論熱量傳遞的宏觀規(guī)律。8-1 熱傳導(dǎo) 0 xt tw2 tw1 特點(diǎn)：特點(diǎn)：1.平壁兩表面維持均勻恒定不變溫度；2.平壁溫度只沿垂直于壁面的方向發(fā)生變化； 3.平壁溫度不隨時(shí)間改變；4.熱量只沿著垂直于壁面的方向傳遞。熱流量：,用表示，單位為。w1w 2ttA : 材料的熱導(dǎo)率（導(dǎo)熱系數(shù)）：表明材料的導(dǎo)熱能力，W/(mK)。8-1 熱傳導(dǎo)w1w 2ttqA熱流密度熱流密度 q:，單位：W/m2w1w 2

2、ttAw1w 2ttAw1w 2ttRRA稱為平壁的導(dǎo)熱熱阻導(dǎo)熱熱阻，表示物體對導(dǎo)熱的阻力，單位：K/W 。tw1 tw2 R熱阻網(wǎng)絡(luò)8-1 熱傳導(dǎo)熱對流熱對流:由于使而產(chǎn)生的熱量傳遞現(xiàn)象。熱對流只發(fā)生在流體之中，并伴隨有微觀粒子熱運(yùn)動而產(chǎn)生的導(dǎo)熱。對流換熱對流換熱:流體與相互接觸的固體表面之間的熱量傳遞現(xiàn)象，是兩種基本傳熱方式共同作用的結(jié)果。牛頓冷卻公式牛頓冷卻公式: 8-2 熱對流)(fwttAhfwtthqwf1ttAh1hRAhtw tfhR稱為對流換熱的（習(xí)慣稱為），單位為W/(m2 K)。對流換熱熱阻：對流換熱熱阻：wfhttR稱為，單位為 K/W對流換熱熱阻對流換熱熱阻網(wǎng)絡(luò)：網(wǎng)絡(luò)

3、：8-2 熱對流)(fwttAh)(fwttAh表面?zhèn)鳠嵯禂?shù)的影響因素：表面?zhèn)鳠嵯禂?shù)的影響因素：h 的大小反映對流換熱的強(qiáng)弱，與以下因素有關(guān)：（1）；（2）流動的形態(tài)（層流、湍流）；（3）流動的成因（自然對流或強(qiáng)迫對流）；（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)）。8-2 熱對流一些表面?zhèn)鳠嵯禂?shù)的數(shù)值范圍一些表面?zhèn)鳠嵯禂?shù)的數(shù)值范圍 對流換熱類型對流換熱類型表面?zhèn)鳠嵯禂?shù)表面?zhèn)鳠嵯禂?shù) h /W /(m2K)空氣自然對流換熱空氣自然對流換熱110 水自然對流換熱水自然對流換熱1001 000 空氣強(qiáng)迫對流換熱空氣強(qiáng)迫對流換熱10100 水強(qiáng)迫對流換熱水強(qiáng)迫對流換熱10015

4、000 水沸騰水沸騰250035 000 水蒸氣凝結(jié)水蒸氣凝結(jié)500025 0008-2 熱對流輻射：輻射：指物體受某種因素的激發(fā)而的現(xiàn)象解釋輻射現(xiàn)象的兩種理論 ：與電磁波的數(shù)學(xué)描述：c c 某介質(zhì)中的光速，0ccn803.0 10c m/s 為真空中的光速； n 為介質(zhì)的折射率。 波長, 常用m為單位，1m = 10-6 m。 頻率, 單位 s-1。8-3 熱輻射電磁波譜 射線射線： 510-5 mX射線射線： 510-7 m 510-2 m紫外線紫外線： 410-3 m 0.38 m可見光可見光： 0.38 m 0.76 m紅外線紅外線： 0.76 m 103 m 8-3 熱輻射微波微波：

5、 103 m 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，但會被食物中水分子吸收，產(chǎn)生內(nèi)熱源，使食品均勻加熱。 理論上熱輻射的波長范圍從零到無窮大，但在日常生活和工業(yè)上常見的溫度范圍內(nèi)，熱輻射的波長主要在0.1m至100m之間,包括部分紫外線、可見光和部分紅外線三個波段 。 8-3 熱輻射熱輻射的主要特點(diǎn)：熱輻射的主要特點(diǎn)：（1）所有溫度大于0K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，物體吸收熱輻射時(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；（

6、4）物體間以熱輻射的方式進(jìn)行的熱量傳遞是雙向的。 高溫高溫物體物體低溫低溫物體物體熱輻射是熱量傳遞的熱輻射是熱量傳遞的基本方式之一基本方式之一 。8-3 熱輻射以熱輻射的方式進(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、幾何形狀及相對位置。 （1）熱傳導(dǎo)、熱對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)該弄清楚有哪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。 8-3 熱輻射指熱量從固體壁面一側(cè)的流體通過固

7、體壁面?zhèn)鬟f到另一側(cè)流體的過程。 傳熱過程由三個相互串聯(lián)的熱量傳遞環(huán)節(jié)組成:（1）熱量從高溫流體以對流換熱（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)壁面以對流換熱（或?qū)α鲹Q熱輻射換熱）的方式傳給低溫流體。 8-4 傳熱過程簡介假設(shè)：假設(shè)： tf1、tf2、h1、h2不隨時(shí)間變化；為常數(shù)。 （1）左側(cè)的對流換熱 1f1w1Ah ttf1w111ttAhf1w11httR（2）平壁的導(dǎo)熱 w1w2ttAw1w2ttAw1w2ttR tw2 tw1 0 xt h1 tf1 h2 tf2 8-4 傳熱過程簡介（3）右側(cè)的對流換熱 2

8、w2f2Ah ttw2f221ttAhw2f22httR在穩(wěn)態(tài)情況下，以上三式的熱流量相同，可得 f1f 21211ttAhAAhf1f 2kttRf1f 212hhttRRR12khhRRRR式中，稱為傳熱熱阻。tw1 R1hR2hRtw2 tf1 tf2 傳熱熱阻網(wǎng)絡(luò)：傳熱熱阻網(wǎng)絡(luò)： 8-4 傳熱過程簡介將傳熱熱流量的計(jì)算公式寫成 f1f 2Ak ttAk t12111khh式中 k稱為稱為，單位：，單位：W/(m2K)，t為傳熱溫差。為傳熱溫差。 通過單位面積平壁的熱流密度為 f1f2qk ttf1f21211tthh利用上述公式, 可以很容易求得通過平壁的熱流量、熱流密度q及壁面溫度tw1、tw2。 8-4 傳熱過程簡介u熱