传输原理课件4-热量传输

1、传输原理课件传输原理课件4-4-热量传输热量传输传热学与工程热力学的异同传热学与工程热力学的异同水，水，M220oC铁块，铁块，M1300oC热力学：热力学：tm , Q传热学：过程的速率传热学：过程的速率)( );,(fQzyxft1-2 1-2 热量传递的基本方式热量传递的基本方式 热量传递基本方式：热传导、热对流、热量传递基本方式：热传导、热对流、热辐射热辐射一、热传导（导热）一、热传导（导热）heat conduction1.1.定义和特征定义和特征定义：指温度不同的物体各部分或温度不定义：指温度不同的物体各部分或温度不同的两物体间直接接触时，依靠分子、同的两物体间直接接触时，依靠分子

2、、原子及自由电子等微观粒子热运动而进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。行的热量传递现象。导热的特点导热的特点 必须有温差必须有温差 物体直接接触物体直接接触 依靠分子、原子及自由电子等微观粒子依靠分子、原子及自由电子等微观粒子热运动而传递热量热运动而传递热量 不发生宏观的相对位移不发生宏观的相对位移3. 傅立叶公式傅立叶公式: 1822年，法国数学家年，法国数学家Fourier：（1768-1830）毕欧：毕欧： 大平壁导热问题研究大平壁导热问题研究实验。实验。傅立叶：傅立叶： 综合大量冶金机械固体导热实验数据综合大量冶金机械固体导热实验数据的基础上提出。的基础上提出。3.

3、傅立叶公式傅立叶公式: 1822年，法国数学家年，法国数学家Fourier：q：热通量，单位时间通过单位面积传递的热量：热通量，单位时间通过单位面积传递的热量 W/m2；：平壁的厚度：平壁的厚度m；12wwttt ：平壁两侧壁温之差：平壁两侧壁温之差C:C)(mW热导率热导率(导热系数导热系数)Thermal conductivity2W/m tq热导率（导热系数）热导率（导热系数）(Thermal conductivity) tq tq 具有单位温度差（具有单位温度差（1）的单位厚度的物体）的单位厚度的物体(1m)，在它的单位面积上，在它的单位面积上(1m2)、每单位时间、每单位时间(1s)

4、的导热量的导热量(J)热导率表示材料导热能力大小；物性参数；实验确定热导率表示材料导热能力大小；物性参数；实验确定 tq);/(0363. 0KmW丝绸);/(0589. 0KmW棉花; )(6 .0KmW水C)(20 )(026. 0KmW空气);/(398KmW纯铜例题例题1-1 有三块分别由纯铜有三块分别由纯铜(热导率热导率1=398W/(mK)、木材木材(热导率热导率2=0.12W/(mK)和铸铁和铸铁(热导率热导率3=40W/(mK)制成的大平板，厚度都为制成的大平板，厚度都为10mm，两，两侧表面的温差都维持为侧表面的温差都维持为tw1 tw2 = 50不变，试求通过不变，试求通过

5、每块平板的导热热流密度。每块平板的导热热流密度。解解： 根据傅立叶导热公式，对于纯铜板，根据傅立叶导热公式，对于纯铜板， 262w1w11/1099. 101. 0/50398mWttq1. 定义与特征定义与特征 热对流：流体中（气体或液体）温度不同热对流：流体中（气体或液体）温度不同的各部分之间，由于发生相对的宏观运动的各部分之间，由于发生相对的宏观运动而把热量由一处传递到另一处的现象。而把热量由一处传递到另一处的现象。 流体中有温差流体中有温差 热对流必然同时伴随着热对流必然同时伴随着 热传导，热传导， 对流换热：对流换热：流体流过与之温度不同的固体流体流过与之温度不同的固体 壁面时的热量

6、交换。壁面时的热量交换。 Convection heat transfer二、热对流二、热对流(convection)与对流换热与对流换热对流换热的特点对流换热的特点 对流换热与热对流不同，既有热对流，也对流换热与热对流不同，既有热对流，也有导热；不是基本传热方式有导热；不是基本传热方式 导热与热对流同时存在的复杂热传递过程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）和宏观运必须有直接接触（流体与壁面）和宏观运动；也必须有温差动；也必须有温差对流换热对流换热 有温差有温差 直接接触直接接触 宏观运动宏观运动 流体流体 加热元件表面加热元件表面 杯壁内表面杯壁内表面 2.分

7、类分类对流换热按照不同的原因可分为多种类型对流换热按照不同的原因可分为多种类型 是否相变是否相变，分为：有相变的对流换热和无，分为：有相变的对流换热和无相变的对流换热相变的对流换热 流动原因流动原因，分为：强迫对流换热和自然对，分为：强迫对流换热和自然对流换热。流换热。流动状态流动状态，分为：层流和紊流。，分为：层流和紊流。3.牛顿冷却公式（牛顿冷却公式（1701）utftw AtwtfQ Q 热流量热流量W，单位时间传递的热量，单位时间传递的热量q2mW 热流密度热流密度C)(mW2 表面传热系数表面传热系数F2m 与流体接触的壁面面积与流体接触的壁面面积C 固体壁表面温度固体壁表面温度C

8、流体温度流体温度Convection heattransfer coefficientTFFTTQfwTTTqfw 表面传热系数（对流换热系数）表面传热系数（对流换热系数） （Convection heat transfer coefficient）)t(F(tQ fwC)(mW2 当流体与壁面温度相差当流体与壁面温度相差1度时、每单位壁面度时、每单位壁面面积上、单位时间内所传递的热量面积上、单位时间内所传递的热量h 是表征对流换热过程强弱的物理量是表征对流换热过程强弱的物理量 影响影响h因素：因素：流动原因、流动状态、流体物性、流动原因、流动状态、流体物性、有无相变、壁面形状大小等有无相变、

9、壁面形状大小等例题例题1-2 一室内暖气片的散热面积为一室内暖气片的散热面积为3m2，表面温度，表面温度为为tw = 50，和温度为，和温度为20的室内空气之间自然对流的室内空气之间自然对流换热的表面传热系数为换热的表面传热系数为 = 4 W/(m2K)。试问该暖气。试问该暖气片相当于多大功率的电暖气片相当于多大功率的电暖气?解解： 暖气片和室内空气之间是稳态的自然对流换热，暖气片和室内空气之间是稳态的自然对流换热， Q= F (tw tf) = 3m24 W/(m2K)(50-20)K = 360W = 0.36 kW 即相当于功率为即相当于功率为0.36kW的电暖气。的电暖气。 三、热辐射

10、三、热辐射（Thermal radiation）1.定义定义物体通过电磁波来传递热量的方式。物体通过电磁波来传递热量的方式。 物体的温度越高、辐射能力越强；物体的温度越高、辐射能力越强；若物体的种若物体的种 类不同、表面状况不同，类不同、表面状况不同，其辐射能力不同其辐射能力不同辐射换热：物体间靠热辐射进行的热量传递辐射换热：物体间靠热辐射进行的热量传递 Radiation heat transfer2.辐射换热的特点不需要冷热物体的直接接触；即：不需要介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在

11、辐射换热过程中伴随着能量形式的转换 物体热力学能物体热力学能 电磁波能电磁波能 物体热力学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体的能量大于低温物体辐射给高温物体的能量;总总的结果是热由高温传到低温的结果是热由高温传到低温3. 黑体 为了研究不依赖于物质具体物性的热辐射规为了研究不依赖于物质具体物性的热辐射规律，物理学家们定义了一种理想物体律，物理学家们定义了一种理想物体黑体黑体(black body)，以此作为热辐射研

12、究的标准物体。，以此作为热辐射研究的标准物体。黑体：能全部吸收投射到其表面辐射能的物黑体：能全部吸收投射到其表面辐射能的物体，既没有反射，也没有透射体，既没有反射，也没有透射( 当然黑体仍然当然黑体仍然要向外辐射要向外辐射)。或称绝对黑体。或称绝对黑体。（Black body） 按照基尔霍夫辐射定律按照基尔霍夫辐射定律(Kirchhoff)，在一，在一定温度下，黑体必然是辐射本领最大的物体，可定温度下，黑体必然是辐射本领最大的物体，可叫作完全辐射体叫作完全辐射体 4. 斯蒂芬斯蒂芬-玻尔兹曼定律玻尔兹曼定律 （Stefan-Boltzmann law） 黑体向外发射的辐射能：黑体向外发射的辐射

13、能：24mW TEbb 绝对黑体辐射力绝对黑体辐射力 黑体表面的绝对温度（热力学温度）黑体表面的绝对温度（热力学温度） 斯蒂芬斯蒂芬-玻尔兹曼常数，玻尔兹曼常数， bET b)K(mW105.6742-8 K 实际物体辐射能力：低于同温度黑体实际物体辐射能力：低于同温度黑体24mW TEb 实际物体表面的发射率（黑度），实际物体表面的发射率（黑度），01；与物体的种类、表面状况和温度有关与物体的种类、表面状况和温度有关 （Emissivity） FTTQ424101T2T 通过物体间相互辐射和吸收进行通过物体间相互辐射和吸收进行的热量传输过程称为辐射换热的热量传输过程称为辐射换热对于三种方式同时存在的对于三种方式同时存在的综合传热，总传热量为：综合传热，总传热量为： Q = k t F (w) k : 综合传热系