热量的传输

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1.2.3 辐射传热
前两种传热方式都需要物体的直接接触，才能实现 热量的传递，而辐射传热则无须物体的接触。它是靠 电磁波来进行能量的传递的，物体由于热的原因而产 生的辐射叫热辐射，只要物体的温度在0 k以上都在不 断地向外辐射能量，温度越高辐射的能力就越强，物 体辐射的能量用辐射力E来表示。
tf1，h∑1
F

tf2，h∑2
k : 综合传热系数。
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§1—3 热阻、单位制
由上述三种传热量的计算式来看，其形式均与欧姆定 律的形式相同，它们可表示为：
t t Q q Rt rt
Rt : 热阻；rt : 单位热阻
热阻分为导热热阻、对流热阻、表面热阻、空间热阻。 热阻是一个很重要的概念，利用它可将一些传热问题 模拟为电路问题，从而使得问题得以简化
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2.1基本概念和基本定律 一 温度场，稳态和非稳态传热 1 温度场
当发生热量传输的同时，物体内各点的温度是不同 的，而且随时间的不同而异。我们把物体温度随空间 坐标的分布和随时间的变化规律叫温度场.

在直角坐标系中，温度场可以表示为： t = f (x ,y ,z , )

1 等温面（线）
在温度场中的某一瞬间,所有温度相同的各点组成的一 个空间曲面叫等温面.在该面上,各点都具有同一个温 度值. 任意一平面与等温面相交的交线叫等温线,或定义为: 在温度场中某一瞬间,所有温度相同的点组成的一条空 间曲线叫等温线. 由于空间任意一点在同一时刻不可能同时具有两个温 度值,故同一时刻两条数值不同的等温面(线),不可能相 交的。此即为等温面(线)的一个重要性质.根据此性质 可用一组等温面(线)来表示一个温度场.
t 0
t = f（ x, y, z ）
即空间各点的温度将不随时间的变化而变化。仅是位 置的函数。上式即为三维稳定的温度场。又，若温度 仅是x ,y的函数，即为二维稳定温度场；最为简单的 是温度仅是x坐标的函数,叫一维稳定温度场,表达式为.
t = f（ x）
发生在稳定温度场内的传热叫稳定态传热， 发生在非稳定温度场中的传热即为非稳定传热。

黑体的辐射力：（下标b表示黑体的参数） w 4 Eb 0T m2
式中：Eb ：黑体(理想的辐射和吸收能量的物体) 的辐 射力。w/ m² ； 0 ：斯蒂芬—波尔茨曼常数（辐射常数）其值为：
0 5.67 10 8
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w
m2K 4
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T ：黑体的绝对温度K。 一切物体实际的辐射力都小于黑体的辐射力。 辐射 力的大小除了与物体的温度有关外，还与物体的种类 有关。其中以理想辐射体（黑体）的辐射力最强。 斯蒂芬— 波尔茨曼定律是一半经验定律， ∵Eb ∝T4 ∴ 亦称四次方定律。 实际物体发射的辐射能可以用辐射四次方定律的经验修 正来计算： w 4 （9－8） E 0T
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1.2热量传输的基本方式


在传热文献中，通常认为热量的传输有三种基 本方式，即导热，对流传热和辐射传热。 1.2.1 导热（热传导）
导热是指温度不同的物质由于直接接触， 没有相对 宏观运动时发生的热量传输现象， 导热是物质的本能， 或者是物质的固有性质， 若追究到底， 则根据分子 运动论， 温度是物质的微观运动和激烈程度的衡量， 只要物体内部的温度分布不均匀， 不同地点的微观粒 子的动能就不同， 对气体而言就会通过分子或原子间 的彼此碰撞， 对液体则通过弹性波的作用， 固体依 靠晶格的振动， 金属中还有自由电子的扩散而引起的 热量的传递。

两物体间交换的热量为：
Q1 2 J1 J 2 1 1,2 F 1
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式中: 12 ：两表面间的角系数。 F ： 表面积㎡ 在使用中为了方便起见，将辐射换热量表示为牛顿冷 却定律的形式：
Qr hr t F
式中： hr 辐射对流换热系数。 对于三种方式同时存在的 综合传热，总传热量为： Q = k Δt F (w)
t f ， vf
而工程中我们感兴趣的是， 流体与其所接触的固体壁面间 的传热，这种传热过程叫对流 传热。
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tw Q
图9－2对流换热过程示意图
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2 自然对流传热和强制对流传热：
根据流体是否存在相变，常把对流传热区分为有相变 和无相变传热两类。而它们又可细分为若干类，例如 根据流动的起因 ， 无相变的对流传热可分为强制对流传热和自然对流传 热。 强制对流传热时，流体的流动系外力引起，如用水泵 泵水使之流动。 自然对流传热则是由于温差造成密度差产生浮力而使 流体流动。如用水壶烧水，在未达到沸点前壶内的水 已经开始上下流动。此时的对流传热即为自然对流传 热，它们的传递规律是不同的。
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热量，都将引起其内能的变化，具体的表现为温度的 升高或降底，或者发生相的变化。对于自发的传热， 将永远使矛盾的双方向自己的反面转化，原温度较高 的 物体因传走热量而被冷却；原温度较低的物体因得 到热量而被加热，随着温差的降低，最终将建立起温 度一致的平衡态。 若想保持某一部分的温度高于另一部分，就必须从 外界向高温区不断的补充被传走的热量，并从低温区 不断取走所得到的热量。

F
w(J / s)
t
tw1 Q tw2 Q
q
F


w的导热
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1822年，傅里叶（Joseph Fourier）将毕欧得到 的热传导关系归纳为 t q w / m2 x 式中，t/x称为温度梯度，负号表示热通量的方 向与温度梯度的方向相反。 上式称为傅立叶定律，将在第二章中将对其进行 详细的论述。
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在一维温度 场中，一个 点的温度就 代表了一个 面的温度！
t f ( x)
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在二维温度 场中，一个 点的温度就 代表了一条 线的温度！
t f ( x, y )
横截面上 有无数条 等温线
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二 等温面(线),温度梯度.
m2


式中，修正系数为该物体的黑度（又称发射率），其数 值小于1。 一个实际物体的发射率与物体的温度、种类及表面状况 有关。物体的值越大，则表明它越接近理想的黑体。
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物体在辐射换热系统中净得到的热量为： J Eb Q : 物体的黑度 1 F J：有效辐射 ：物体的黑度（发射率）

单位制
本教材采用的是国际单位制，有的教材仍沿用工程单 位制，应注意他们的换算，要求记住热量单位的换算 即：1 kCal = 4.1868 kJ≈4.2kJ ;
1 kcal/h = 1.163J/s (w)
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总

结

主要内容： 热量传输的三种基本方式，传热微分方程式 关键词：
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二 研究热量传输的目的：
在于研究热量的传递规律，并确定热量传递速率， 这也是它与热力学的不同之处。 热力学研究平衡体系，应用热力学，我们可以预计 体系由一个平衡态到另一个平衡态需要多少热量，但 无法指出这一变化有多快，因为在变化中体系是不平 衡的。为了说明这个问题，考滤水中热钢棒的冷却问 题，热力学可以预计钢棒— 水这一体系的最终平衡温 度，但不能告诉我们需要经过多长时间才能达到这一 平衡态，或者到达平衡态的某一时刻，钢棒或水的温 度是多少？而应用热量传输就可预计出钢棒和水的温 度随时间的变化规律。而后者是以经验定律基础的， 故我们说传热学以经验定律（能够确定传热学速率的） 补充了热力学第二定律。所谓传热速率即单位时间内 传递的热量。即热流量。
温度场；稳态、非稳态传热；温度梯度；等温线；等 温面；热流量、热通量；导热；对流传热，辐射传热 导热系数；对流传热系数，斯蒂芬—波尔斯曼常数， 单质性条件，热量传输系数，热阻

基本定律： 付立叶定律 牛顿冷却公式，四次方定律 热量传输微分方程。
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复习与思考




1 气体和液体的导热在机理上有何差别，为什么 温度升高时气体导热系数升高，而大多数液体的 导热系数却降 低？ 2 何谓绝热保温材料？为什么多孔材料的隔热性 能较好，若其被水浸湿后其导热性能有何变化？ 3 何谓等温线（面）？有何特性？温度场的划分？ 4 理解热阻的概念 5 掌握导热系数的确定方法。 6 了解传热微分方程的推导过程及方程 中各项的 物理意义，简化及边界条件的划分。
此式即表示了物体内任意一点在任意时刻的温度， 一般认为研究对象是连续介质，即上式为连续函数， 温度的全微分为： Dt t t t t vx vy vz D x y z
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2 稳态和非稳态传热
如果温度仅是坐标的函数而与时间无关，即 则此温度场为稳定温度场，此时温度场的表达式为：
传输原理
热量的传输
导 热
第二篇

热量的传输
第一章 热量传输概论 §1—1 研究的对象和目的 一 研究的对象：
热量的传输是研究由于“ 温度差异” 所引起的能量 的传递过程为对象的。 所谓差异就是矛盾，当物体内部或物体之间的温度 出现了差异，或两温度不同的物体相互接触时，就有 了相对“ 热” 和“ 冷” 的矛盾双方，这时总会发生 热量从温度高的区域向温度低的区域转移的过程。通 常，将这一过程叫传热过程。虽然在此过程中所传递 的热量我们无法看到，但其产生的效应则是可被观察 或被测量得到的。一般而言，体积不变的物体得到或 失去