热传递的三种方式

传热理论基础
刁乃仁 diaonr@sdai.edu.cn
电话：86623257
22.06.2020
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一、热量传递的基本方式
热量传递有三种基本方式: 导热 对流 辐射
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1、导热
在物体内部或相互接触的物体表面之 间，由于分子、原子及自由电子等微观粒 子的热运动而产生的热量传递现象。
tw1
R
tw2
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导热系数
导热系数物质导热能力的大小。单位：W/m.K。 绝大多数材料的导热系数值都可以通过实验测得。
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物质的导热系数在数值上具有下述特点:
(1) 对于同一种物质, 固态的导热系数值最大,气态的 导热系数值最小； (2)一般金属的导热系数大于非金属的热导率 ； (3)导电性能好的金属, 其导热性能也好 ； (4)纯金属的导热系数大于它的合金 。
辐射换热：以热辐射的方式进行的热量交换。 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。
注意：
（1）热传导、热对流和热辐射三种热量传递基 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
50～1000
气体强迫对流换热
25～250
液体强迫对流换热
50～25000
液体沸腾
2500～100000
蒸气凝结
2000～100000
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3、热辐射 －电磁波的波谱：
射线： < 5×10-5 m X射线： 5×10-7 < < 5×10-2 m
紫外线： 4×10-3 < < 0.38 m
导热系数数值的影响因素较多, 主要取决于物质的 种类、物质结构与物理状态, 此外温度、密度、湿度 等因素对导热系数也有较大的影响。其中温度对导热 系数的影响尤为重要。
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温度对导热系数的影响：
一般地说, 所有物质 的导热系数都是温度的函 数,不同物质的热导率随温 度的变化规律不同。
对流换热热阻：
= Ah(tw – tf)
tw
1
tf
tw tf Rh
Ah
Rh
1 Ah
称为对流换热热阻，单位为 W/K。
对流换热热阻网络：
tw
Rh
tf
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表面传热系数的影响因素：
h 的大小反映对流换热的强弱，与以下 因素有关：
（1）流体的物性（热导率、粘度、密度、比 热容等）；
可见光： 0.38 < < 0.76 m
红外线： 0.76 < < 103 m
无线电波： > 103 m
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微波： 103< < 106 m
微波炉就是利用微波加热食物，因微波可穿 透塑料、玻璃和陶瓷制品，但会被食物中水分子 吸收，产生内热源，使食品均匀加热。
热辐射
由于物体内部微观粒子的热运动而使物体向 外发射辐射能的现象。
W
tw2
: 材料的导热系数，表明材料
的导热能力，W/(m·K)。
0
x
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热流密度 q :单位时间通过单位面积的热流量
qtw1tw2
A
导热热阻
Atw1 tw2
tw1 t w 2
tw1 tw 2 R
A
R
A
称为平壁的导热热阻，表示物体对 导热的阻力，单位为K/W 。
热阻网络
（2）流体流动的形态（层流、紊流）； （3）流动的成因（自然对流或受迫对流）；
（4）物体表面的形状、尺寸；
（5）换热时流体有无相变（沸腾或凝结）。
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表1-1 一些表面传热系数的数值范围
对流换热类型
表面传热系数 h W /( m2K)
空气与外墙面自然对流换热
2～25
液体自然对流换热
特点：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：换流热体与相互接触的固体表面之间的热量
传递现象，是导热和热对流两种基本传热方式共同 作用的结果。
牛顿冷却公式:
= Ah(tw – tf)
q = h(tw – tf)
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h 称为对流换热的表面传热系数（习惯称为 对流换热系数），单位为W/(m2K)。
典型材料导热系数的数值范围
纯金属
50--415
W/m·K
合金
12--120
W/m·K
非金属固体
1--40
W/m·K
液体(非金属) 0.17--0.7
W/m·K
绝热材料
0.03--0.12 W/m·K
气体
0.007--0.17 W/m·K
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2 、对流
由于流体的宏观运动使不同温度的流体相对 位移而产生的热量传递现象。
纯金属的导热系数随温 度的升高而减小。
一般合金和非金属的导 热系数随温度的升高而增 大。
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保温材料（或称绝热材料）： 用于保温或隔热的材料。国家标准规定，温度低于 350℃时导热系数小于0.12 W/(mK)的材料称为保温材料。
多孔材料的导热系数随温度的升高而增大。
多孔材料的导热系数与密度和湿度有关。一般情况下 密度和湿度愈大，热导率愈大。
发射热辐射时：内热能 辐射能
（2）所有实际物体都具有吸收热辐射的能力， 吸收热辐射时：辐射能 内热能 ；
（3）热辐射不依靠中间媒介，可以在真空中传 播；
（4）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 热 辐 射 是 热 量 传 递 物体 的基本方式之一 。
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纯导热现象可以发生在固体内部，也可以 发生在静止的液体和气体之中。
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大平壁的一维稳态导热
特点：平壁两表面维持均匀恒定不变的 温度， 平壁各处温度不随时间改变；
壁内温度只沿垂直于壁面的方向变化；Leabharlann Baidu
热量只沿着垂直于壁面的方 t
向传递。
tw1
热流量：单位时间传过的热量
Atw1 tw2
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。
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二、传热过程
传热过程是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。
理论上热辐射的波长范围从零到无穷大，但在日 常生活和工业上常见的温度范围内，热辐射的波长 主要在0.1m至100m之间,包括部分紫外线、可见 光和部分红外线三个波段 。
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热辐射的主要特点：
（1）所有温度大于0 K的物体都具有发射热辐 射的能力，温度愈高，发射热辐射的能力愈强。