热工基础知识

第三章,热工学基础知识,热工学基础知识内容,一、传热基本方式1、传热基本概念2、传热基本方式3、传热公式,一、传热基本方式,1、传热学概念传热学是研究热量传递过程规律的一门科学，具体来讲主要有热量传递的机理、规律、计算和测试方法热量传递过程的推动力：温差 热力学第二定律：热量可以自发地由高温热源传给低温热源 有温差就会有传热 温差是热量传递的推动力,一、传热基本方式,2、传热学应用（1）锅炉和换热设备设计强化换热和节能（2）化工工业生产维持工艺流程的温度，研究特殊要求的加热冷却技术（3）建筑节能围护结构保温层（4）太阳能高效能换热器开发和设计,一、传热基本方式,3、传热基本方式（1）导热（2）热对流（3）热辐射,一、传热基本方式,3、传热基本方式密实的房屋砖墙或混凝土墙在冬季的散热 过程图整个过程可分为三段，首先热由室内空气以对流换热和墙与室内物体间的辐射方式传给墙内表面；再由墙内表面以固体导热方式传递到墙外表面；最后由墙外表面以空气对流换热和墙与周围物体间的辐射方式把热传递到室外环境。,一、传热基本方式,热水采暖散热器的热传递过程，热水的热量先以对流换热方式传给散热器壁内侧，再由导热方式通过壁，然后散热器壁外侧以空气对流换热和壁与周围物体间的辐射换热方式将热量传给室内,一、传热基本方式,（1）导热 （掌握）定义： 导热又称热传导，是指物体各部分无相对位移或不同物体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，导热是物质的属性，导热过程可以在固体、液体及气体中发生。 但在引力场下，单纯的导热一般只发生在密实的固体中，因为，在有温差时，液体和气体中可能出现热对流而难以维持单纯的导热,一、传热基本方式, 导热的特点A 必须有温差B 物体直接接触C 依靠分子、原子及自由电子等微观粒子热运动而传递热量D 不发生宏观的相对位移,一、传热基本方式,导热机理气体：导热是气体分子不规则热运动时相互碰撞的结果，温度升高，动能增大，不同能量水平的 分子相互碰撞，使热能从高温传到低温处。,一、传热基本方式,导热公式计算 大平壁导热是导热的典型问题之一。当两侧壁温不相等，热流从高温侧向低温侧传递。,一、传热基本方式,平壁导热量与壁两侧表面的温度差和平壁面积成正比；与壁厚成反比；并与材料的导热性能有关。因此，通过平壁的导热量的计算式是：,一、传热基本方式,在传热学中，常用电学欧姆定律的形式电流=电位差电阻来分析热量传递过程中热量与温度差的关系。即把热流密度的计算式改写为欧姆定律的形式 热流密度：,一、传热基本方式,单位热流密度,导热热阻,单位导热热阻,一、传热基本方式, 比例系数，称为导热系数或热导率，其意义是指单位厚度的物体具有单位温度差时，在它的单位面积上每单位时间的导热量，它的国际单位是 W( mK)。它表示材料导热能力的大小。导热系数一般由实验测定，例如，普通混凝土 W(mK), 纯铜的将近400 W(mK) 。,一、传热基本方式,（2）热对流基本概念 1) 对流：是指由于流体的宏观运动，从而使流体各部分之间发生相对位移，冷热流体相互掺混所引起的热量传递过程。 对流仅发生在流体中，流体中有温差 对流的同时必伴随有导热现象。自然界不存在单一的热对流。,一、传热基本方式,2) 对流换热：流体流过一个物体表面时的热量传递过程，称为对流换热。 3）对流换热的分类根据引起流动的原因分：自然对流和强制对流。自然对流： 由于流体冷热各部分的密度不同而引起流体的流动。如：暖气片表面附近受热空气的向上流动。强制对流： 流体的流动是由于水泵、风机或其他压差作用所造成的。,一、传热基本方式,对流换热特点对流换热与热对流不同，既有热对流，也有导热；导热与热对流同时存在的复杂热传递过程必须有直接接触（流体与壁面）和宏观运动；也必须有温差,一、传热基本方式,4） 对流换热的基本规律 流体被加热时： 流体被冷却时：式中， 及 分别为壁面温度和流体温度，。,一、传热基本方式,h表面传热系数，其意义是指单位面积上，流体与壁之间在单位温差下及单位时间内所能传递的热量。常用的表面传热系数单位是J/(sK)或W/(m2K)。h的大小表达了对流换热过程的强弱程度。例如采暖热水散热器外壁和空气间的表面传热系数约为1-10 W(m2K)，而它的内壁和热水之间的h 则可达数千 W(m2K) 。,一、传热基本方式,（3）热辐射定义：导热或对流都是以冷、热物体的直接接触来传递热量，热辐射则不同，它依靠物体表面对外发射可见和不可见的射线(电磁波，或者说光子)传递热量。,一、传热基本方式,基本概念 1 ）辐射和热辐射 物体通过电磁波来传递能量的方式称为辐射。因热的原因而发出辐射能的现象称为热辐射。 2 ）辐射换热 辐射与吸收过程的综合作用造成了以辐射方式进行的物体间的热量传递称辐射换热,一、传热基本方式,辐射换热的特点不需要冷热物体的直接接触；即：不需要介质的存在，在真空中就可以传递能量在辐射换热过程中伴随着能量形式的转换 物体热力学能 电磁波能 物体热力学能无论温度高低，物体都在不停地相互发射电磁波能、相互辐射能量；高温物体辐射给低温物体的能量大于低温物体辐射给高温物体的能量;总的结果是热由高温传到低温,一、传热基本方式,自然界中的物体都在不停的向空间发出热辐射，同时又不断的吸收其他物体发出的辐射热。 说明：辐射换热是一个动态过程，当物体与周围环境温度处于热平衡时，辐射换热量为零，但辐射与吸收过程仍在不停的进行，只是辐射热与吸收热相等。,作业题,1、现在冬季室内供暖可以采用多种方法。试就你所知分析每一种供暖方法为人们提供热量的主要热传递方式是什么？填写在各箭头上。 散热器：散热器内的蒸汽或热水散热器内壁散热器 外壁室内空气人体。 墙壁人体。 电热散热器： 电加热后的油散热器内壁散热器外壁室内空气人体。 红外电热器： 红外电热元件人体。 墙壁人体。 电热暖风机： 电加热