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(nèi)始終把研究對象（固體或流體）看作連續(xù)介質(zhì)

第1章1.3（15）11.3.1

熱傳導

由組成物質(zhì)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(xiàn)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(shù),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(nèi)溫度分布與導熱熱流密度之間的數(shù)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?shù)，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(nèi)在聯(lián)系。

?

它只是表面?zhèn)鳠嵯禂?shù)的基本定義式。

表11

表面?zhèn)鳠嵯禂?shù)的一般范圍對流換熱問題的類型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(jié)

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(zhì)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?shù)hr：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(shù)傳熱過