热工课件第九章

辐射换热的主要影响因素
（1）物体本身的温度、表面辐射特性； （2）物体的大小、几何形状及相对位置。 概念 ● 黑体：能全部吸收投射到其表面辐射能的 物体。或称绝对黑体。 ● 黑体的辐射能力与吸收能力最强
计算方法
斯忒藩-玻尔兹曼定律
Φ = AσT
4
σ−
T−
黑体的热力学温度 斯忒藩-玻尔兹曼常数
5.67 ×10 −8 W / m 2 ⋅ K 4
固 体 壁
低 温 流 体
汽车散热器的散热过程就是一个典型的传热过程， 即：水 散热器内壁 散热器外壁 空气
通过平壁的稳态传热过程
假设： tf1、tf2、h1、h2不随时间变化；λ为常数。
（1）左侧的对流换热 tf1
t
(t f 1 − t w1 ) Φ = Ah1 (t f 1 − t w1 ) = 1 Ah1 (t f 1 − t w1 ) = Rh1
Rh 2
tf2
关于传热系数
将传热热流量的计算公式写成 式中 k =
Φ=
1 1 δ + + Ah1 Aλ Ah2
tf 1 − tf 2
k 称为传热系数，单位为 1 δ 1 + + W/(m2·K)，∆t为传热温差。 h1 λ h2 冬天，屋顶积雪 通过单位面积平壁的热流密度为
1
Φ =Ak ( tf 1 − tf 2 ) =Ak ∆t
tf 1 − tf 2 = Rh1 + Rλ + Rh 2
在稳态情况下，以上三式的热流量相同，可得
Φ=
1 1 δ + + Ah1 Aλ Ah2
tf 1 − tf 2
tf 1 − tf 2 = Rk
式中 Rk = Rh1 + Rλ + Rh 2 传热热阻网络： tf1
Rh1
，Rk称为传热热阻。
Φ
tw1 R tw2 λ
Φ
三种情况，h2不断增大，k
t
tf1 tf2 tw1 tw2
（1） （2） （3）
Φ = Aλ
t = t1 −
tw1 − tw 2
t1 − t 2
δ
δ
x
直线越来越陡
x
例
题
同样是25°C的房子，为什么夏天可以穿衬 衫，而冬天却要穿毛衣？
墙壁内侧温度夏天比冬天 高，所以人体向外辐射的能量 冬天比夏天多，而自然对流和 辐射换热处在同一数量级。
第九章 热量传递的基本方式
公司
哈尔滨工业大学（威海）汽车工程学院
本章主要内容及重点 传热学的研究方法 简要介绍热量传递的基本方式 传热过程简介 1、基本概念 2、基本定律
传热学研究方法 传热学的研究方法
1.理论分析：数学分析 ，求解偏微分方程获得解析解。 （理论分析的主要任务） 2.实验研究：通过实验测定。（基本研究方法） 3.数值模拟：通过计算机求解。（本课程不作介绍）
[
]
● 黑度：实际物体接近黑体的程度
Φ = εAσ T 4
[W m ]
2
ε—
实际物体表面的发射率，0-1； 与物体的种类、表面状况和温度有关
实际物体辐射能力：低于同温度量传递基 本方式往往不是单独出现的； （2）分析传热问题时首先应该弄清楚有那些 传热方式在起作用，然后再按照每一种传热 方式的规律进行计算。 （3）如果某一种传热方式与其他传热方式相 比作用非常小，往往可以忽略。
对流换热类型 空气自然对流换热 水自然对流换热 空气强迫对流换热 水强迫对流换热 水沸腾 水蒸气凝结 表面传热系数 h W /( m2⋅K) 1～10 200～1000 10～100 100～15000 2500～35000 这就是为什么Jack冻死 了，而Rose没有！ 5000～25000
对流换热的基本计算公式： 牛顿冷却公式
Φ = hA(t w − tf ) [W ]
q = h(t w − tf ) W/m
[
2
]
2
h — 表面传热系数， A —
对流换热系数 [W (m ⋅ K )] 与流体接触的壁面面积 [m ]
2
t w —固体壁表面温度
[℃]
t f —流体温度
[℃]
对流换热热阻
Φ = Ah(tw – tf) = tw − tf = tw − tf
t
tf1 tf2 tw1 tw2
x
本章结束
公司
哈尔滨工业大学（威海）汽车工程学院
导热（热传导）
(thermal conduction)
热对流
(thermal convection)
热辐射
(thermal radiation)。
9.1 导热
导热：指温度不同的物体各部分或温度不同的两 物体间直接接触时，依靠分子、原子及自由电子 等微观粒子热运动而进行的热量传递现象。
导热现象发生在 固体内部，也可发生 在静止的液体和气体 之中。
9.4
传热过程简介
传热过程：指热量从固体壁面一侧的流体通过固体 壁面传递到另一侧流体的过程。 传热过程通常由导热、热对流、热辐射组合形成
9.4
传热过程简介
传热过程由三个相互串联的热量传递环节组成: （1）热量从高温流体以对流换热（或对流换热 ＋辐射换热）的方式传给壁面； （2）热量从壁面一侧以导热的 方式传递到壁面另一侧； 高 （3）热量从低温流体侧壁面以 温 对流换热（或对流换热＋辐射 流 换热）的方式传给低温流体。 体
电磁波谱
热辐射的主要特点
依靠电磁波传递能量 不需要任何介质 温度高于0K,都有发射辐射粒子的能力。 物体间以热辐射的方式进行的热量传递是双向的。
高温 物体
低温 物体
辐射换热
辐射换热： 物体间靠热辐射进行的热量传递
辐射换热不仅有能 量转移,还有能量形 式的变化
内能
发射 电磁能 吸收
内能
发射辐射能是物质的固有属性
（2）平壁的导热
tw1 h1
Φ Φ
h2 tw2 tf2
Φ
0
δ
x
tw1 − tw 2 = tw1 − tw 2 Φ = Aλ δ
δ
Aλ
tw1 − tw 2 = Rλ
通过平壁的稳态传热过程
（3）右侧的对流换热
= Ah2 ( tw 2 − tf 2 ) Φ
t w 2 − tf 2 t w 2 − tf 2 = = 1 Rh 2 Ah2
的阻力，单位为K/W 。
欧姆定律
tw1 λ
δ
tw2
热阻网络
9.2 热对流 热对流: 流体中（气体或液体）温度不同的各部分之
间，由于发生相对的宏观运动而把热量由 一 处传递到另一处的现象。 热对流只发生在流体之中，并伴随有微观粒子热 运动而产生的导热。
对流换热:
流体流过物体表面时，流 体与固体壁间的换热，是 导热和热对流两种基本传 热方式共同作用的结果。
= k ( tf 1 − tf 2 ) q
tf 1 − tf 2 = 1 δ 1 + + h1 λ h2
有助于房屋保温
利用上述公式, 可以很容易求得通过平壁的热流 量Φ、热流密度q及壁面温度tw1、tw2。
第九章 小结
（1）掌握导热、热对流、热辐射三种热量传递基本 方式的机理及特点； （2）掌握热流量、热流密度、导热系数、对流换热、 表面传热系数、传热系数、热阻等基本概念； （3）灵活运用平壁的一维稳态导热公式、对流换热 的牛顿冷却公式、通过平壁的一维传热过程计算公式 进行相关的计算、分析。
tf1 t tw1 h1
Φ Φ
t
h2 tw2
Φ
tf1 tf2 tf2
（1） （2） （3）
0
δ
x
x
例
室内： Φ = Ah1 (t f 1 − t w1 ) 如果：Φ
k= 1 δ 1 + + h1 λ h2 1
题
其中：h1、A、tf1不变
(t f 1 − t w1 )
Φ =Ak ( tf 1 − tf 2 ) =Ak ∆t
9.2 热对流 对流换热特点：
必须有流体的宏观运动，同时必须存在 温差； 必然同时伴随着热传导，自然界不存在 单一的热对流； 只能发生在流体中； 由于流体的粘性和受壁面摩擦阻力的影 响，紧贴壁面处会形成速度梯度很大的 边界层。
对流换热分类
没有相变：自然对流换热 如：暖气 强制对流换热 如：换热器 有相变： 液体沸腾 如：液体在热表面上 蒸汽凝结 如：蒸汽在冷表面上 计算公式： q = h∆t 牛顿冷却公式： Φ = hA∆t h:比例系数，称表面传热系数或对流换热系数 单位： W/m2 .K h不是物性参数
9.1 导热
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
例如：大平壁的一维稳态导热 特点：
1.平壁两表面维持均匀恒定不变温度； 2.平壁温度只沿垂直于壁面的方向发生变化； 3.平壁温度不随时间改变； t 4.热量只沿着垂直于壁面的方向传递。 tw1 热流量： 单位时间内通过某一给定面 积的热量。W
Φ = Aλ
t w1 − t w 2
tw2
λ : 材料的热导率（导热系数）：表明
材料的导热能力，W/(m·K)。物性参数
δ
Φ
0
λ金属 > λ非金属固体 > λ液体 > λ气体
δ
x
例如：大平壁的一维稳态导热 热流密度 q :单位时间通过单位面积的热流量 t w1 − t w 2 Φ 傅里叶定律 = = λ q δ A t w1 − t w 2 t w1 − t w 2 t w1 − t w 2 Φ = Aλ = = δ δ Rλ δ Aλ Rλ = Aλ 称为平壁的导热热阻，表示物体对导热