传热学基本知识.ppt

(1)温度
• 许多工程材料，在一定温度范围内，导热系数可以认为是温度的 线性函数，它们的关系可以用下式表达
(2)密度
0 1 bt
• 习惯上把导热系数小于0.2W/(m·℃)的材料定义为保温隔热材料。
如岩棉、矿渣棉、玻璃棉、微孔硅酸钙、膨胀珍珠岩、泡沫塑料
和发泡石棉等。
• 结论：密度越小，这些材料中所含的导热系数小的介质越多，材 料的导热系数越小。
2.2.2 影响对流换热的因素
(1)流动的起因 • 一种是自然对流，即由于流体各部分温度不同所引起的密度
②热量传递的三种方式：导热、热对流、热辐射。
a.导热：温度不同的物体直接接触，温度较高的物体把热能 传给温度较低的物体，或在同一物体内部，热能从温度较 高的部分传给温度较低的部分的传热现象。
• 导热的特点：在传热过程中没有物质的迁移。
• 导热存在条件：单纯导热只发生在密实的固体中。
• 导热的计算:
q
• 两者关系：1℃=1K 且 T=t+273.16≈t+273 K
2.1.1 温度场
• 导热与物体内的温度场密切相关。温度场是某一时 刻空间中各点温度分布的总称。一般来说，温度场 是空间坐标和时间的函数，即
t f x, y, z,
• 上式表示物体内部温度在x、y、z三个方向和在时 间上均发生变化的三维非稳态温度场。如果温度场 不随时间变化，则上式变为
t 600 400 4000℃ / m
x
0.5
2.1.4 导热定律
• 单位时间内通过单位给定截面的导热量，称为热流量，记 作q，单位是W/m2 。
• 傅里叶定律： q gradt
• 表明热流量是一个向量(热流向量)，它与温度梯度位于等 温面同一法线上，但指向温度降低的方向，式中的负号表 示热流量和温度梯度的方向相反，永远顺着温度降低的方 向。
三维传热。
2.2 对流换热
2.2.1 对流换热过程的特点
• 对流换热是一种复杂的热交换过程，它已不是导热的基本方 式，这种过程既包括流体分子之间的导热作用，同时也包括 流体位移所产生的对流作用。
• 对流时热量转移，则是依靠流体产生的位移。 • 一切支配流体导热和热对流作用的因素．诸如流动起因、流
动状态、流体的种类和物性、壁面几何参数等因素都会影响 对流换热。
t f x, y, z
•
• 如果在上式的基础上温度场内的温度变化仅 与两个或一个坐标有关，则称为二维或一维 稳态温度场，即
• t f x, y 或 t f y, z 或 t f x, z
• t f x 或 t f y 或 t f z
• 可以看出在直角坐标中将温度场分为不随时 间变化的和随时间变化的两种，即稳态温度 场和非稳态温度场。
2.1.2 等温面与等温线 • 等温面是同一时刻在温度场中所有温度相同的点连
接构成的面。 • 不同的等温面与同一平面相交所得到的一簇曲线为
等温线。 • 同时刻两个不同等温线不会彼此相交。同时刻两个
不同等温线不会彼此相交。
• 2.1.3 温度梯度
• 热传递的基本条件：在温差的作用下，才有热量传递，而 在等温面（线）上不可能有热量传递，所以热量传递只能
2 传热学基本知识
2.1 稳定传热的基本概念 2.2 对流换热 2.3 辐射换热的基本概念 2.4 传热
2.1 稳定传热的基本概念
• 温度 • 宏观定义：表示物体冷热程度的物理量。 • 微观定义：表示物体内部大量粒子热运动的剧烈程度，反
映了物体内粒子热运动平均动能的大小。 • 温标：温度的标尺 • ①绝对温标：国际单位制规定热力学温度温标，符号为T，
[例题2.1] 在稳态情况下，有一厚度为50mm的平壁，其材料的导 热系数为定值，平壁两侧的温度为400℃和600℃。如图2.2所 示的温度梯度是多少？
• [解] 由于在稳态情况下，再根据给出的条件。
•
情况(a)的温度梯度为
•
t 600 400 4000℃ / m
x 0.5
•
情况(b)的温度梯度为
2.1.5 导热系数
2.1.5.1 导热系数的定义
q
gradt
• 导热系数在数值上等于温度降度为1℃/m时单位时间内单位 导热面积的导热量，单位是w/(m·℃)。导热系数是材料固 有的热物理性质，其数值表示物质带热能力的大小。
• 表2.1列出了0℃时物质的导热系数。
2.1.5.2 导热系数的影响因素
(3)湿度来自百度文库
• 保温隔热性的多孔材料很容易吸收水分，吸水后，由于孔隙中充 满了水，水导热系数大于空气导热系数，加之在温度梯度的推动 下引起水分迁移而传递热量。
• 结论：物质湿度越大，它的导热系数较大；反之，导热系数较小 。 所以，在寒冷地区保温隔热时要特别注意防潮。
• 传热的基本方式：
①传热存在的条件：有温度差存在。（热量的转移总是由高 温物体向低温物体传送。
单位为K（开尔文），中文代号为开。热力学温标规定纯水 三相点温度（即水的汽、液、固三相平衡共存时的温度） 为基本定点，并指定为273.16K。 • ②摄氏温标：实用温标，又称百分温标。它是把在标准大 气压下，纯水开始结冰的温度（冰点）定为零度，把纯水
• 沸腾时的温度（沸点）定为100度，将0与100之间的尺面分 为100等份，每一等份就是1度。用符号t表示，单位为摄氏 度，代号为℃。
发生在不同的等温线之间。
• 温度梯度：两个等温线之间的变化以垂直于法线方向上温
度的变化率最大，这一温度最大变化率为温度梯度，用表
示。即
gradt n lim t n t n0 n n
• 温度梯度在直角坐标系中可表示为
gradt i t j t k t x y z
• 温度梯度的负值称为温度降度。
t1
t2
W
m2
或
Q
t1
t2
FW
• b.热对流：依靠流体的运动，热量由一处传递到另一处的 现象。
• 对流换热：流体与固体壁间的换热，它是热对流与导热的 综合作用，所以，它已不再是基本的传热方式。
• 热对流的特点：传热过程中，流体质点发生了相对位移。 C.热辐射及其特点在第三节介绍。 • 稳态传热的基本概念： a.稳态传热：温差保持定值，不随时间变化。 b.非稳态传热：温差不能保持定值，温差随时间发生变化。 c.根据热传递的方向性，传热可分为：一维传热、二维传热、