热传导,热辐射,热对流.. 共76页

1.4.3 辐射传热
理想黑体的辐射传热流量
Φ = σAT4 式中 σ ，Stefan-Boltzmann常数(=5.6710-5 W.m-2.K-4)
T，绝对温度(K) A，辐射表面积(m2) 对于非理想黑体
Φ = εσAT4 式中 ε，物体的辐射率或称黑度（0﹤ε ﹤ 1）
辐射换热
式中 h 对流传热系数(W.m-2.K-1) A 传热面积(m2) T 流体主体温度(K) Ts 固体表面温度(K)
典型对流传热系数范围(W.m-2.K-1)
Natural convection: gas 2-25; water ~890 Forced convection: gas 25-250; water ~3500
，单位体积微元体内热源在单位时间内生成 热量(J.m-3.s-1)
简化形式 （1）λ 为常数
T 2 xT2 y2T2 2zT2 c
式中 cp
thermal conductivity
热扩散率(thermal diffusivity)
(2) 无内热源 0
dr y
φ x
2.1.3 球形坐标系的微分方程式
参见教材
2.2. 稳态热传导（steady-state conduction)
2.2.1. 一维(one dimension)
2.2.1.1平板
T1 T2
T 2T

x2
d 2T
稳态时
0 dx2
L
x
积分通式： T c1xc2
边界条件： T ( 0 ) T 1 T (l) T2
几种材料的热传导系数(W.m-1.K-1)
Silver Copper Aluminum Iron Steel
410 385 202 73 ～16
Diamond Quartz Marble Sandstone Glass Glass wool
2300 42 2.1～3.0 1.8 0.78 0.038
2.1.1 直角坐标系的微分方程式
z
y
x
dz
dy
dx
c p T x T x y T y z T z
式中

ρ，比重 (kg.m-3) cp， 比热容(J.kg-1.K-1) λ，热传导系数(J.m-1.K-1.s-1)
热力学第一定律确立
直至20世纪，在对原子结构、量子认识的基础上，对热的本质有了更 进一步的认识。
热不是一种物质，而是一种物质的运动；热传递即是 运动的传递，可以从一种运动的形式转换成另一种运动的 形式。温度代表运动的激烈程度，而热量则代表热的多少 与规模。
1.2. 传热学研究对象及意义。 研究什么？ 热力学的研究对象：物质运动的趋势和平衡状态 热力学第一定律和第二定律
1797年 Tompson Benjamin等发现了功可以转换成热。首次可以不用火 将水煮沸。Watt（1736-1819）蒸汽机的发现，可以将热能转化为功。
19世纪中叶，Willian Tomson提出了比较现代的热观点： Heat is not a substance, but a dynamical form of mechanical effect。
脱飞灰
燃烧炉
水蒸汽
煤仓
汽轮机 发电机 V
脱氮 脱硫
空气 灰
煤燃烧发电工厂流程图
传热学的近代发展 研究问题的空间尺度增大，涉及的学科领域增多 计算机的应用
பைடு நூலகம்
三种传热方式：
T1>T2
Ts > T∞
T∞
T1
T2
Ts
Conduction
Convection
T1>T2 T1
T2 Radiation
1.4.1 传导 傅立叶定律(Fourier law） A dT
Water
0.556
Air
0.024
低压下导热系数
e o(1 C /(P * d/T ))
dN 2 65nm d Ar 300nm
常压下导热系数，常数，压力，气体自由运动距离，绝对温度
1.4.2 对流传热 u T
Ts
当Ts>T时，由固体表面向流体传热 Ф = hA (Ts – T)
(3) 热传导系数为常数、无内热源、稳定态
T 0
2.1.2 园柱形坐标系的微分方程式 z
φdr r
dz c T 1 r r r T r r 1 2 T z T z
dx
式中 Φ，热流量（J/s or W）; λ，热传导系数(J.m-1.K-1.s-1） A，传热面积(m2) dT/dx，温度梯度(K.m-1)
热流量或热流密度 q ＝ Φ /A
newton(N): m.kg.s-2; pascal(Pa): N.m-2;
Joule(J): N.m;
watt(W): J.s-1
结果：
TxT2
T1 L
1. 绪论 1.1 热的科学认识史
第一讲
什么是热？古代热素说。
1600年, 英国哲学家Francis Bacon提出： Heat itself, its essence is motion and nothing else.
1761年，苏格兰化学家Joseph Black区分了热强度(温度temperature)与热 数量（热量calorie）的概念，
第二讲
2. 热传导(heat conduction)
2.1. 热传导微分方程式 T 保温材料
Φ
问题：散热？贮热？
=> 非稳态过程、 => 稳态 （传热速率、热传导系数、温 度场概念）
解决问题的基本方法：
Fourier定律，能量守恒方程
A dT
dx
Fourier定律的三维空间形式？
传热学：热的传递过程，最主要的问题是速率
意义： 日常生活 → 各种工业生产（能源动力、冶金化工、 机械材料、电信交通、建筑、航天等） → 农业林业
工业革命：化石能源的利用（煤、石油和天然气）带来 了人类活动革命性的变化
大量消费化石能源造成的问题 能源利用的发展趋向：节能型、环保型、能源可再生型
烟囱