热工基础-4-(1)-传热-三种基本方式

热导率表示材料导热能力大小；物性参数；实验确定。
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二、热对流
1.热对流定义
➢ 定义：由于流体的宏观运动，从而流体各 部分之间相对位移、冷热流体相互掺混所 引起的热量传递过程。
➢流体中有温差 — 热对流必然同时伴随着热 传导，自然界不存在单一的热对流。
★ 对流换热：流体与温度不同的固体壁间接 触时的热量交换过程。
h是表征对流换热过程强弱的物理量.
影响h因素：流动原因、流动状态、流体物性、有 无相变、壁面形状大小等。
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对流换热系数的数值范围
过程 自然对流 空气
水 强制对流 气体 高压水蒸汽
水 水的相变换热
沸腾 蒸汽凝结
h/W/(m2K)
1-100 200-1000
20-100 500-3500 1000-15000
陕西科技大学机电学院《热工基础》
第四章 热量传递的基本理论 －三种基本方式
主讲教师：袁 越 锦
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传热学定义
• 研究由温差引起的热量传递规律的科学。 • 热量传递的机理、规律、计算和测试方法 • 热量传递过程的推动力：温差
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传热学与工程热力学的关系
1. 相同点：
传热学以热力学第一定律和第 二定律为基础，即：热量传递始终是 从高温物体向低温物体传递；在热量 传递过程中若无能量形式的转换，则 热量始终保持守恒。
2. 不同点： a）从定义上来看：
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工程热力学：热能的性质、热能与机械能及
其他形式能量之间相互转换的规律。
传热学：热量传递过程的规律。
b）从时间这个要素来分析：
工程热力学：不考虑热量传递过程的时间； 传热学：时间是重要参数。
c)热力学：研究平衡态；
传热学：研究温度分布和非平衡态
所以，传热学与工程热力学研究的问题不同。
2500-35000 5000-25000
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三、热辐射（Thermal radiation）
1.定义
辐射－物体通过电磁波来传递能量的方式。 热辐射－因热的原因而发出辐射能的现象。
物体的温度越高、辐射能力越强；若物体的 种 类不同、表面状况不同，其辐射能力不同；
★ 辐射换热：以辐射方式进行的物体间的热量传递。
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3.斯忒藩-玻尔兹曼定律
黑体在单位时间内发出的热辐射热量：
AT4
— 绝对黑体辐射力
A — 辐射表面积，[m2]
— 斯蒂芬-玻尔兹曼常数，黑体辐射
常数: 5. 617 -0 8W (m 2K 4)
T — 黑体表面的绝对温度（热力学温度）[K]
黑体：能全部吸收投射到其表面辐来自百度文库能的物
r hrAt
hr 为辐射换热系数。
于是，复合换热的总换热量：
h c A t h r A t ( h c h r ) A t h A t
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四.传热过程
一个实际的传热过程通常由许多环节组合形成。
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导热的特点：
➢必须有温差 ➢物体直接接触 ➢依靠分子、原子及自由电子等微观
粒子热运动而传递热量 ➢不发生宏观的相对位移
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热传导(导热)示意图
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2、基本定律(傅立叶定律)
1822年，法国数学家Fourier：
Φ A dt
dx
q dt
A dx
：热流量，单位时间传递的热量[W]
流动原因，分为：强迫对流换热和自然对 流换热。
流动状态，分为：层流换热和紊流换热。
表面液体状态，分为：沸腾换热和凝结换热。
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自然对流
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强制对流
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3.牛顿冷却公式
u
Φ h(tA wtf)W
qΦ A
h(tw tf ) Wm2
t
A
tw
— 热流量[W]，单位时间传递的热量
q — 热流密度 Wm2 h — 表面传热系数 W(m 2K)
A — 与流体接触的壁面面积 m2
t t — 固体壁表面温度 w
C
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f
流体温度 C
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表面传热系数（对流换热系数）:
h/(A(twtf))
—— 当流体与壁面温度相差1度时、每单位壁面 面积上、单位时间内所传递的热量;
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4-1 热量传递的三种基本方式(★)
• 导热[Heat Conduction]； • 对流[Convection]； • 热辐射[Thermal Radiation]。
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一、 热传导(导热)
1、定义：
➢物体各部分之间不发生相对位移时， 依靠分子、原子及自由电子等微观粒子 的热运动而产生的热量传递过程； ➢导热是物质固有的本质，无论气体、 液体、固体都有导热的本领。
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2.辐射换热的特点：
——不需要冷热物体的直接接触；即：不需要介 质的存在，在真空中就可以传递能量
——在辐射换热过程中伴随着能量形式的转换 物体热力学能 电磁波能 物体热力学能
(热能) (辐射能) (热能)
——无论温度高低，物体都在不停地相互发射电
磁波能、相互辐射能量；高温物体辐射给低温物 体的能量大于低温物体辐射给高温物体的能量;总 的结果是热由高温传到低温物体。
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对流换热的特点： ➢ 对流换热与热对流不同，既有热对流，也有
导热；不是基本传热方式！ ➢ 导热与热对流同时存在的复杂热传递过程； ➢ 必须有直接接触（流体与壁面）和宏观运动；
也必须有温差。
2.分类
对流换热按照不同的原因可分为多种类型：
是否相变，分为：有相变的对流换热和无 相变的对流换热
q：热流密度，单位时间通过单位面积传
递的热量[W/ m2]
A：垂直于导热方向的截面积[m2]
dt：沿热流方向的温度度梯； dx
：导热率或导热系 可编W 辑数 ppt /， (m.K；)
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热导率（导热系数）：
1
A(dt/dx)
—— 具有单位温度差（1K）的单位厚度的物体 (1m)，在它的单位面积上(1m2)、每单位时间(1s) 的导热量(J)
体。 或称绝对黑体。黑体的辐射能力与吸收
能力最强。
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实际物体辐射能力：低于同温度黑体：
A T4
— 实际物体表面的发射率（黑度）
0～1；与物体的种类、表面状况和温度有关
两不同温度间平行黑体的辐射换热量：
A(T14T24)
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在工程实际问题中,物体表面常常是即 有对流换热又有辐射换热,这种情形称为复合 换热。工程上为了计算方便，这时常将辐射 换热量折合成对流换热量，即：