热工基础传热三种基本方式课件

第四章热量传递的基本理论

－三种基本方式陕西科技大学机电学院《热工基础》主讲教师：袁越锦第四章热量传递的基本理论

－三种基本方式1研究由温差引起的热量传递规律的科学。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：温差传热学定义研究由温差引起的热量传递规律的科学。传热学定义2

传热学与工程热力学的关系

1.相同点：传热学以热力学第一定律和第二定律为基础，即：热量传递始终是从高温物体向低温物体传递；在热量传递过程中若无能量形式的转换，则热量始终保持守恒。2.不同点：a）从定义上来看：传热学与工程热力学的关系3

工程热力学：热能的性质、热能与机械能及其他形式能量之间相互转换的规律。

传热学：热量传递过程的规律。b）从时间这个要素来分析：

工程热力学：不考虑热量传递过程的时间；

传热学：时间是重要参数。c)热力学：研究平衡态；

传热学：研究温度分布和非平衡态所以，传热学与工程热力学研究的问题不同。工程热力学：热能的性质、热能与机械能及其他形式能量之间相互44-1热量传递的三种基本方式(★)导热[HeatConduction]；对流[Convection]；热辐射[ThermalRadiation]。4-1热量传递的三种基本方式(★)导热[HeatCond5一、热传导(导热)1、定义：物体各部分之间不发生相对位移时，依靠分子、原子及自由电子等微观粒子的热运动而产生的热量传递过程；导热是物质固有的本质，无论气体、液体、固体都有导热的本领。一、热传导(导热)1、定义：6必须有温差物体直接接触依靠分子、原子及自由电子等微观粒子热运动而传递热量不发生宏观的相对位移导热的特点：必须有温差导热的特点：7热传导(导热)示意图热传导(导热)示意图8：热流量，单位时间传递的热量[W]q：热流密度，单位时间通过单位面积传递的热量[W/m2]A：垂直于导热方向的截面积[m2]2、基本定律(傅立叶定律)1822年，法国数学家Fourier：：热流量，单位时间传递的热量[W]q：热流密度，单位时间通9热导率（导热系数）：——具有单位温度差（1K）的单位厚度的物体(1m)，在它的单位面积上(1m2)、每单位时间(1s)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（导热系数）：——具有单位温度差（1K）的单位厚度的10二、热对流1.热对流定义定义：由于流体的宏观运动，从而流体各部分之间相对位移、冷热流体相互掺混所引起的热量传递过程。流体中有温差—热对流必然同时伴随着热传导，自然界不存在单一的热对流。★对流换热：流体与温度不同的固体壁间接触时的热量交换过程。二、热对流1.热对流定义流体中有温差—热对流必然同时伴随11对流换热的特点：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！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。对流换热的特点：122.分类对流换热按照不同的原因可分为多种类型：

是否相变，分为：有相变的对流换热和无相变的对流换热

流动原因，分为：强迫对流换热和自然对流换热。流动状态，分为：层流换热和紊流换热。表面液体状态，分为：沸腾换热和凝结换热。2.分类对流换热按照不同的原因可分为多种类型：是否相变，分13自然对流强制对流自然对流强制对流143.牛顿冷却公式uttwA—热流量[W]，单位时间传递的热量q—热流密度h—表面传热系数A—与流体接触的壁面面积—固体壁表面温度流体温度3.牛顿冷却公式uttwA—热流量[W]，单位时间传15表面传热系数（对流换热系数）:——当流体与壁面温度相差1度时、每单位壁面面积上、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.影响h因素：流动原因、流动状态、流体物性、有无相变、壁面形状大小等。表面传热系数（对流换热系数）:——当流体与壁面温度相差1度16对流换热系数的数值范围5000-25000蒸汽凝结2500-35000沸腾水的相变换热1000-15000水500-3500高压水蒸汽20-100气体强制对流200-1000水1-100空气自然对流过程对流换热系数的数值范围5000-25000蒸汽凝结2500-17三、热辐射（Thermalradiation）辐射－物体通过电磁波来传递能量的方式。热辐射－因热的原因而发出辐射能的现象。物体的温度越高、辐射能力越强；若物体的种

类不同、表面状况不同，其辐射能力不同；★辐射换热：以辐射方式进行的物体间的热量传递。1.定义三、热辐射（Thermalradiation）辐射－物体通182.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物体。(热能)(辐射能)(热能)2.辐射换热的特点：——不需要冷热物体的直接接触；即：不需要193.斯忒藩-玻尔兹曼定律黑体：能全部吸收投射到其表面辐射能的物体。或称绝对黑体。黑体的辐射能力与吸收能力最强。黑体在单位时间内发出的热辐射热量：

—绝对黑体辐射力

—斯蒂芬-玻尔兹曼常数，黑体辐射常数:

—黑体表面的绝对温度（热力学温度）[K]

—辐射表面积，[m2]3.斯忒藩-玻尔兹曼定律黑体：能全部吸收投射到其表面辐射能的20实际物体辐射能力：低于同温度黑体：—实际物体表面的发射率（黑度）0～1；与物体的种类、表面状况和温度有关两不同温度间平行黑体的辐射换热量：实际物体辐射能力：低于同温度黑体：—实际物体表面的发21

在工程实际问题中,物体表面常常是即有对流换热又有辐射换热,这种情形称为复合换热。工程上为了计算方便，这时常将辐射换热量折合成对流换热量，即：于是，复合换热的总换热量：hr为辐射换热系数。在工程实际问题中,物体表面常常是即有对流换热又有22四.传热过程传热过程通常由导热、热对流、热辐射组合形成。导热对流辐射对流辐射墙壁的散热

定义：热量由壁面一侧的流体通过壁面传到另一侧流体中去的过程。一个实际的传热过程通常由许多环节组合形成。如下图：还有保温瓶、暖气片等的散热。四.传热过程传热过程通常由导热、热对流、热辐射组合形成。导热23本节小结：(1)导热

Fourier定律：

(2)对流换热

Newton冷却公式：

(3)热辐射

Stenfan-Boltzmann定律：

(4)传热过程

本节小结：(1)导热

Fourier定律：

24作业：P185

无！思考题:P183

2，3，4

作业：P18525完完26第四章热量传递的基本理论

－三种基本方式陕西科技大学机电学院《热工基础》主讲教师：袁越锦第四章热量传递的基本理论

－三种基本方式27研究由温差引起的热量传递规律的科学。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：温差传热学定义研究由温差引起的热量传递规律的科学。传热学定义28

传热学与工程热力学的关系

1.相同点：传热学以热力学第一定律和第二定律为基础，即：热量传递始终是从高温物体向低温物体传递；在热量传递过程中若无能量形式的转换，则热量始终保持守恒。2.不同点：a）从定义上来看：传热学与工程热力学的关系29

工程热力学：热能的性质、热能与机械能及其他形式能量之间相互转换的规律。

传热学：热量传递过程的规律。b）从时间这个要素来分析：

工程热力学：不考虑热量传递过程的时间；

传热学：时间是重要参数。c)热力学：研究平衡态；

传热学：研究温度分布和非平衡态所以，传热学与工程热力学研究的问题不同。工程热力学：热能的性质、热能与机械能及其他形式能量之间相互304-1热量传递的三种基本方式(★)导热[HeatConduction]；对流[Convection]；热辐射[ThermalRadiation]。4-1热量传递的三种基本方式(★)导热[HeatCond31一、热传导(导热)1、定义：物体各部分之间不发生相对位移时，依靠分子、原子及自由电子等微观粒子的热运动而产生的热量传递过程；导热是物质固有的本质，无论气体、液体、固体都有导热的本领。一、热传导(导热)1、定义：32必须有温差物体直接接触依靠分子、原子及自由电子等微观粒子热运动而传递热量不发生宏观的相对位移导热的特点：必须有温差导热的特点：33热传导(导热)示意图热传导(导热)示意图34：热流量，单位时间传递的热量[W]q：热流密度，单位时间通过单位面积传递的热量[W/m2]A：垂直于导热方向的截面积[m2]2、基本定律(傅立叶定律)1822年，法国数学家Fourier：：热流量，单位时间传递的热量[W]q：热流密度，单位时间通35热导率（导热系数）：——具有单位温度差（1K）的单位厚度的物体(1m)，在它的单位面积上(1m2)、每单位时间(1s)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（导热系数）：——具有单位温度差（1K）的单位厚度的36二、热对流1.热对流定义定义：由于流体的宏观运动，从而流体各部分之间相对位移、冷热流体相互掺混所引起的热量传递过程。流体中有温差—热对流必然同时伴随着热传导，自然界不存在单一的热对流。★对流换热：流体与温度不同的固体壁间接触时的热量交换过程。二、热对流1.热对流定义流体中有温差—热对流必然同时伴随37对流换热的特点：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！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。对流换热的特点：382.分类对流换热按照不同的原因可分为多种类型：

是否相变，分为：有相变的对流换热和无相变的对流换热

流动原因，分为：强迫对流换热和自然对流换热。流动状态，分为：层流换热和紊流换热。表面液体状态，分为：沸腾换热和凝结换热。2.分类对流换热按照不同的原因可分为多种类型：是否相变，分39自然对流强制对流自然对流强制对流403.牛顿冷却公式uttwA—热流量[W]，单位时间传递的热量q—热流密度h—表面传热系数A—与流体接触的壁面面积—固体壁表面温度流体温度3.牛顿冷却公式uttwA—热流量[W]，单位时间传41表面传热系数（对流换热系数）:——当流体与壁面温度相差1度时、每单位壁面面积上、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.影响h因素：流动原因、流动状态、流体物性、有无相变、壁面形状大小等。表面传热系数（对流换热系数）:——当流体与壁面温度相差1度42对流换热系数的数值范围5000-25000蒸汽凝结2500-35000沸腾水的相变换热1000-15000水500-3500高压水蒸汽20-100气体强制对流200-1000水1-100空气自然对流过程对流换热系数的数值范围5000-25000蒸汽凝结2500-43三、热辐射（Thermalradiation）辐射－物体通过电磁波来传递能量的方式。热辐射－因热的原因而发出辐射能的现象。物体的温度越高、辐射能力越强；若物体的种

类不同、表面状况不同，其辐射能力不同；★辐射换热：以辐射方式进行的物体间的热量传递。1.定义三、热辐射（Thermalradiation）辐射－物体通442.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物体。(热能)(辐射能)(热能)2.辐射换热的特点：——不需要冷热物体的直接接触；即：不需要453.斯忒藩-玻尔兹曼定律黑体：能全部吸收投射到其表面辐射能的物体。或称绝对黑体。黑体的辐射能力与吸收能力最强。黑体在单位时间内发出的热辐射热量：

—绝对黑体辐射力

—斯蒂芬-玻尔兹曼常数，黑体辐射常数:

—黑体表面的绝对温度（热力学温度）[K]

—辐射表面积，[m2]3.斯忒藩-玻尔兹曼定律黑体：能全部吸收投射到其表面辐射能的46实际物体