材料加工冶金传输原理最新版精品课件传热部分-第一章 绪论

第一章绪论

§1‐1 热量传递的基本方式§1‐2传热过程与传热系数

第一节热量传递的基本方式

`思考：

（1）传热现象千差万别。传热学是如何研究它们的传递规律的？

（2）掌握了热量传递规律，我们又可以解决什么问题？

一、热传导

1.定义：物体各部分之间不发生相对位移，依靠微观粒子(分子、原子、自由电子等)的热运动产生的热量传递现象叫做热传导。

物质主要作用粒子气体导电固体

自由电子非导电固体

原子、分子气体的导热金属的导热非金属的导热

气体

液体非金属固体金属λλλλ>>>;

C)(m W 398D

⋅=纯铜λ;

C)(m W 6.0D ⋅=水λ）（空气C D D 20 C)(m W 026.0⋅=λ

`热对流：由于流体的宏观运动

而引起的流体各部分之间发生相对位移，冷、热

流体相互掺混所导致的热量传递过程。•

自然界不存在单一的热对流。

1.基本概念

•在日常生活及工程实践中，人们遇到更多的是流体流过一个温度不同的物体表面时引起的热量传递，这种情况称为对流换热。二、热对流

2.对流换热的影响因素

几何因素的影响流动起因的影响

流动状态的影响

强制对流自然对流

结论：影响因素很多！

3.对流换热的基本定律

•牛顿冷却公式

Δt —流体和物体表面的温差，约定永远为正，单位为K 或℃。

当流体被加热时，，当流体被冷却时，

；h —表面传热系数，单位为W/(m 2⋅K)。习惯上，表面传热系数常称为换热系数或对流换热系数。f w t t t −=Δw f t t t −=Δt

Ah Φt h q Δ=Δ=

或

•辐射——物体通过电磁波传递能量的方式。

•热辐射——由于热的原因，物体的内能转变成电磁波的能量而进行的辐射过程。

•辐射换热——不直接接触的物体之间，出于各自辐射与吸收的综合结果所产生的热量传递现象。

1.基本概念

三、热辐射

3.辐射换热的计算

•工程上常见的一种情形：某个物体表面与包围它的大环境间的辐射换热

()

44sur w T T A −=σεφ辐射换热的研究任务：1)研究物体表面的辐射特性和吸收特性。2)根据具体问题，计算辐射换热的传热速率。3)知道如何控制辐射传热速率的大小。

【回答】工程传热学一般采用宏观角度对三种传热方式的传递规律进行研究。这一规律具体就是是传热速率与温度差之间的关系，即速率方程。

【解决问题1】

问题1：传热现象千差万别。工程传热学是如何研究它们的传递规律的？

【解决问题2】

问题2：掌握了热量传递规律，我们又可以解决什么问题？【回答】基于传递规律，可以解决如下两类问题

1.计算热量传递的速率——这是定性、定量解决各种传热问题的关键。

2. 预测热量传递快慢程度——使我们能够控制传热速率，实现对传热现象的强化或削弱。

四、三种传热方式的比较

1. 三种基本传热方式的机理

•微观粒子随机热运动导致的热量扩散

•温度不同的各部分流体间宏观相对运

动、掺混引起的热量传递

•因物体温度导致的以电磁波形式进行

的热量转移

2.三种传热机制的特点

•水——热流；

•人——传热载体；

•井、教堂——有温差的热源。

•【问题】三个救火队分别采用不同的

救火方式，你能说出他们各自对应哪

种传热方式吗？

¾导热——直接接触，无宏观运动；

¾对流——直接接触，有宏观运动；

¾辐射——不直接接触，无宏观运动，甚至不需要载体。

3.三种传热方式的传热速率

【例题分析】热水瓶的保温设计

•热水瓶的瓶胆剖面示意图如下。瓶胆的两层玻璃中间抽成真空，内胆外壁及内壁都涂了发射率（ε =0.05）的银。试分析热水瓶的保温原理？

¾软木塞：削弱了热传导。

¾瓶胆抽真空：切断了热水与空气之间

的导热和对流（无接触。）

¾表面镀银：大大削弱了辐射换热。

【思考】如果不小心破坏了瓶胆上抽气口的密封，这会影响其保温效果吗？

【例题分析】冬夏房间里的换热•我们都有这样的经历，对相同的室温，夏天在该室

温的房间里可能仍然觉得热，而冬天在里面却还有

冷的感觉，这是什么原因？

【例题分析】冬夏房间里的换热

•身体与地面接触，发生

热传导。

•空气流过皮肤表面时，

发生对流换热。

•人与房间的墙壁之间互

相可见，辐射换热。

【例题分析】冬夏房间里的换热房间中的温度均为25℃，站立的人与空气间的自然对流换热表面传热系数取为2.6W/(m2·℃)。人体衣着与皮肤表面的温度取为30℃，表面发射率为0.95。夏天室内墙壁温度取26℃，冬天取为10℃。

【假设】

（1）将人体简化为直径等于25cm,高为

1.75m的圆柱体；

（2）过程是稳态的；

（3）略去人体与地板间的导热不计。

【例题分析】冬夏房间里的换热

换热面积:

２

ｍ

42.14/2

=+=D DL A ππ人体冬天的总换热量：

44int 11

2

()()w er w f w w hA t t A T T φεσ=−+−=18.5W 154W 172.5W

+=人体夏天的总换热量：

44112()()summer w f w w hA t t A T T φεσ=−+−=18.5W 33.4W 51.9W

+=【讨论】

（1）同一个室温，冬天人体的散热量是夏天的3倍多；

（2）一般人体与地板间的导热量仅占总散热量的百分之几，略去不计是可以的；

（3）人与墙壁的辐射换热量占了总散热量中的40%以上。