建筑物理—建筑热工—第二章：传热基本知识

同一物体的辐射本领随着温 度的升高而急剧增加。
温度升高时，短波辐射所占 的比例逐渐增多，最大单色 辐射本领向短波方向移动— 维恩位移定律
当温度较低时，辐射能主要 集中在长波范围，可见光的 辐射可以忽略；当温度提高 到一定程度，红外线和可见 光部分逐渐增多。
t —— 流体主体部分的温度，K
—— 壁面的温度，K
R ——对流换热热阻 (m2 K) /W c
对流换热系数 c 的影响因素
1 R
c c
流体：运动发生的原因、流体的运动状况、流体的物理性质、流 体与壁面的温差
壁面：壁面的形状、材质、大小、位置关系
对流换热系数的简化计算
（1）自然对流
平壁垂直 c 24 t
平壁水平
热流由下而上 c 2.54 t 热流由上而下 c 1.34 t
（2）强制对流（中等粗糙度）
外表面 c (2.5 ~ 6.0) 4.2v
内表面 c 2.5 4.2v
3. 辐射
（1）辐射的本质与特点 所有温度高于绝对零度（K）的 物体，都会发射电磁波。
波长在0.4-40um范围的电磁波， 照射到物体上热效应特别显著， 称热射线，包括可见光及红外线 的短波部分。
固体
导电固体——自由电子移动 非导电固体——相邻分子碰撞
液体——分子振动（平衡位置间歇移动） 气体——分子无规则运动时的相互碰撞
（2）平壁的导热
一维稳态导热的傅利叶公式
q 1 2
d
1
2
q —— 单位面积、单位时间的热流量，也叫热流
密度，W / m2 ；
—— 材料的导热系数，W /(m K )
Eb
Cb
( Tb )4 100
Eb ——绝对黑体全辐射本领， W / m2 Tb ——绝对黑体的绝对温度，K Cb ——绝对黑体的辐射系数，常数 5.68 W /(m2 K 4 )
灰体的全辐射本领 E C( T )4 100
E —— 灰体的全辐射本领， W / m2 T ——灰体的绝对温度，K C ——灰体的辐射系数，W /(m2 K 4 )
材质的不同，导热系数就有差别。 工程上常把导热系数小于0.3 W /(m K) 的材料称为绝热材料，用于 保温、隔热。 常温下，空气的导热系数 0.026 W /(m K )
（b）导热系数受材料干密度的影响
材料的干密度越大，材料越密实，导热性能越强，导热系数越大。 反之，材料干密度越小，材料孔隙越大，导热系数越小—多孔绝热材料 但是，某些材料，当干密度下降到某一程度后，如果继续降低干密度， 其导热系数不再变小，反而增大—最佳干密度，即在该干密度时，材料的 导热系数最小。
灰体—辐射光谱的形状与 黑体相似，单色辐射本领 比黑体在同一波长下的单 色辐射本领小，但是两者 之比是一个小于1的常数， 称为黑度。建筑材料大多 可看成灰体。
选择性吸收体—只能吸收 和发射某些波长的辐射能。
物体的辐射光谱 1-黑体；2-灰体；3-选择性辐射体
斯蒂芬—波尔兹曼定律
黑体的全辐射本领
层流边界层——层流状态，导热为 主，温度分布为倾斜的直线状。
过渡区——层流边界层与紊流核心 区间的过渡，温度分布呈抛物线状
紊流核心区——紊流状态，温度分 布均匀，呈水平直线状。
对流换热量的计算
q ( t) ( t)
cLeabharlann Baidu
c
R
c
qc —— 对流换热强度，W / m2 ； c —— 对流换热系数，W /(m2 K )
绝对白体—将辐射热全部反射的 物体
绝对黑体—将辐射热全部吸收的 物体
绝对透明体（透热体）—将辐射 热全部透过的物体
建筑工程中，绝大多数材料都是 非透明体，即
h 0 rh h 1
因此，对辐射能反射越强的物体， 对辐射能的吸收越少。
（3）辐射本领、辐射系数、黑度
辐射本领—物体对外放射辐 射能的本领。
建筑物理（I）
— 建筑热工、建筑光学
浙江大学 建筑工程学院 建筑学系 建筑技术科学研究所
第2章 传热基本知识
第1节 传热方式
传热—物体内部或者物体之间热能转移的现象。凡有温度 差，就必然有热能的传递和转移显现。
传热的基本方式— 导热、对流、辐射
1.导热
（1）导热的机理
温度不同的质点（分子、原子、自由电子）在热运动 中引起的热能传递的现象。
热射线的传播过程叫热辐射。 通过热射线传播热能的方式叫辐 射传热。
辐射传热的特点
（a）辐射传热过程中伴随着能量形式的转化。物体内 能—电磁能—内能
（b）电磁波的传播不需要中间介质，也不需要冷热物体 的直接接触。
（c）辐射传热是物体间相互辐射的结果。
（2）辐射能的吸收、反射和透射
根据能量守恒定律
d —— 材料的厚度，m
1,2 —— 壁面的温度，K
定义 单位
Rd
称材料的导热热阻，则
q
1
2
R
传热的动力 ( 传热的阻力)
(m2 K) /W
（3）材料的导热系数
材料非常重要的热物理参数，直接反映了材料的导热能力的大小 各种材料在一定的条件下，都有确定的导热系数(附录I)
导热系数的影响因素 （a）导热系数主要受到材质的影响
I Ir I I0
I ——被吸收的辐射能 I r ——被反射的辐射能 I ——被透射的辐射能 I 0 ——总入射辐射能
两边同时除以 I 0
h
I I0
吸收系数
I Ir I 1 I0 I0 I0
rh
Ir I0
反射系数
h
I I0
透射系数
各种物体对辐射热的吸收、反射 和透射，取决于材料本身，还取 决于辐射波长。
（c）材料含湿量的影响 随着含湿量增大，导热系数明显增加—工程中须注意材料的防潮
砖砌体导热系数与重量湿度的关系
（d）温度对导热系数的影响 温度对材料的导热系数略有影响。在建筑热工中，该变化可以忽略不计。
2. 对流
对流是温度不同的流体发生相对运动而引起的热能传递。 发生在流体之中，或者固体表面与其紧邻的运动流体之间。
全辐射本领—单位时间单位 物体表面上辐射的所有波长 的总能量，E, W / m2
单色辐射本领—单位时间单 位物体表面上辐射的某一波 长的能量，E W / m2 um
辐射光谱—物体在同一温度 下不同波长的单色辐射本领。
物体的辐射光谱 1-黑体；2-灰体；3-选择性辐射体
黑体—能吸收一切外来辐 射，同时能够辐射一切波 长的辐射能，在同温度下， 黑体的辐射本领最大。