傳熱的三種方式

傳熱的三種方式2023/3/131第一頁，共二十一頁，2022年，8月28日一、熱量傳遞的基本方式熱量傳遞有三種基本方式:熱傳導

熱對流

熱輻射

2023/3/132第二頁，共二十一頁，2022年，8月28日1、熱傳導（簡稱導熱）：在物體內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動而產生的熱量傳遞現(xiàn)象。純導熱現(xiàn)象可以發(fā)生在固體內部，也可以發(fā)生在靜止的液體和氣體之中。

2023/3/133第三頁，共二十一頁，2022年，8月28日大平壁的一維穩(wěn)態(tài)導熱

0xt

tw2

tw1

特點：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間改變；

壁內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：單位時間傳過的熱量:材料的導熱系數(shù)，表明材料的導熱能力，W/(m·K)。W2023/3/134第四頁，共二十一頁，2022年，8月28日熱流密度

q:單位時間通過單位面積的熱流量導熱熱阻稱為平壁的導熱熱阻，表示物體對導熱的阻力，單位為K/W。tw1

tw2

熱阻網絡2023/3/135第五頁，共二十一頁，2022年，8月28日導熱系數(shù)導熱系數(shù)物質導熱能力的大小。單位：W/m.K。絕大多數(shù)材料的導熱系數(shù)值都可以通過實驗測得。2023/3/136第六頁，共二十一頁，2022年，8月28日物質的導熱系數(shù)在數(shù)值上具有下述特點:(1)對于同一種物質,固態(tài)的導熱系數(shù)值最大,氣態(tài)的導熱系數(shù)值最?。?/p>

(2)一般金屬的導熱系數(shù)大于非金屬的熱導率；(3)導電性能好的金屬,其導熱性能也好；(4)純金屬的導熱系數(shù)大于它的合金。

導熱系數(shù)數(shù)值的影響因素較多,主要取決于物質的種類、物質結構與物理狀態(tài),此外溫度、密度、濕度等因素對導熱系數(shù)也有較大的影響。其中溫度對導熱系數(shù)的影響尤為重要。2023/3/137第七頁，共二十一頁，2022年，8月28日溫度對導熱系數(shù)的影響：

一般地說,所有物質的導熱系數(shù)都是溫度的函數(shù),不同物質的熱導率隨溫度的變化規(guī)律不同。

純金屬的導熱系數(shù)隨溫度的升高而減小。

一般合金和非金屬的導熱系數(shù)隨溫度的升高而增大。

2023/3/138第八頁，共二十一頁，2022年，8月28日用于保溫或隔熱的材料。國家標準規(guī)定，溫度低于350℃時導熱系數(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）：

多孔材料的導熱系數(shù)隨溫度的升高而增大。多孔材料的導熱系數(shù)與密度和濕度有關。一般情況下密度和濕度愈大，熱導率愈大。典型材料導熱系數(shù)的數(shù)值范圍純金屬50--415W/m·K合金12--120W/m·K非金屬固體1--40W/m·K液體(非金屬)0.17--0.7W/m·K絕熱材料0.03--0.12W/m·K氣體0.007--0.17W/m·K2023/3/139第九頁，共二十一頁，2022年，8月28日2、熱對流由于流體的宏觀運動使不同溫度的流體相對位移而產生的熱量傳遞現(xiàn)象。

特點：熱對流只發(fā)生在流體之中，并伴隨有微觀粒子熱運動而產生的導熱。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，是導熱和熱對流兩種基本傳熱方式共同作用的結果。牛頓冷卻公式:

=Ah(tw–tf)

q=h(tw–tf)

2023/3/1310第十頁，共二十一頁，2022年，8月28日tw

tf

h稱為對流換熱的表面?zhèn)鳠嵯禂?shù)（習慣稱為對流換熱系數(shù)），單位為W/(m2K)。對流換熱熱阻：

=Ah(tw–tf)

稱為對流換熱熱阻，單位為W/K。對流換熱熱阻網絡：2023/3/1311第十一頁，共二十一頁，2022年，8月28日表面?zhèn)鳠嵯禂?shù)的影響因素：h的大小反映對流換熱的強弱，與以下因素有關：

（1）流體的物性（熱導率、粘度、密度、比熱容等）；（2）流體流動的形態(tài)（層流、紊流）；（3）流動的成因（自然對流或受迫對流）；（4）物體表面的形狀、尺寸；（5）換熱時流體有無相變（沸騰或凝結）。2023/3/1312第十二頁，共二十一頁，2022年，8月28日

表1-1一些表面?zhèn)鳠嵯禂?shù)的數(shù)值范圍

對流換熱類型表面?zhèn)鳠嵯禂?shù)

hW/(m2K)

空氣與外墻面自然對流換熱2～25

液體自然對流換熱50～1000

氣體強迫對流換熱25～250

液體強迫對流換熱50～25000

液體沸騰2500～100000

蒸氣凝結2000～1000002023/3/1313第十三頁，共二十一頁，2022年，8月28日3、熱輻射－電磁波的波譜：射線：

<5×10-5mX射線：5×10-7<<5×10-2m紫外線：4×10-3<<0.38m可見光：0.38<<0.76m紅外線：0.76<<103

m

無線電波：

>103

m2023/3/1314第十四頁，共二十一頁，2022年，8月28日微波：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，但會被食物中水分子吸收，產生內熱源，使食品均勻加熱。熱輻射

由于物體內部微觀粒子的熱運動而使物體向外發(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，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。2023/3/1315第十五頁，共二十一頁，2022年，8月28日熱輻射的主要特點：

（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。發(fā)射熱輻射時：內熱能輻射能；

（2）所有實際物體都具有吸收熱輻射的能力，吸收熱輻射時：輻射能內熱能；

（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。2023/3/1316第十六頁，共二十一頁，2022年，8月28日輻射換熱：以熱輻射的方式進行的熱量交換。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、幾何形狀及相對位置。

注意：（1）熱傳導、熱對流和熱輻射三種熱量傳遞基本方式往往不是單獨出現(xiàn)的；

（2）分析傳熱問題時首先應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)律進行計算。

（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。

2023/3/1317第十七頁，共二十一頁，2022年，8月28日二、傳熱過程

傳熱過程是指熱量從固體壁面一側的流體通過固體壁面?zhèn)鬟f到另一側流體的過程。傳熱過程由三個相互串聯(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流換熱（或對流換熱＋輻射換熱）的方式傳給壁面；

（2）熱量從一側壁面以導熱的方式傳遞到另一側壁面；

（3）熱量從低溫流體側壁面以對流換熱（或對流換熱＋輻射換熱）的方式傳給低溫流體。2023/3/1318第十八頁，共二十一頁，2022年，8月28日通過平壁的穩(wěn)態(tài)傳熱過程假設：tf1、tf2、h1、h2不隨時間變化；為常數(shù)。

（1）左側的對流換熱（2）平壁的導熱

tw2

tw1

0xt

h1

tf1

h2

tf2

2023/3/1319第十九頁，共二十一頁，2022年，8月28日（3）右側的對流換熱在穩(wěn)態(tài)情況下，以上三式的熱流量相同，可得

式中，Rk稱為傳熱熱阻。

tw1

tw2

tf1

tf2

傳熱熱阻網絡：

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