1、2021/2/22,1,传热理论基础,刁乃仁 电话：86623257,2021/2/22,2,一、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,2021/2/22,3,1、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。,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。,2021/2/22,4,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；,热量只沿着垂直于壁面的方向传递。,热流量：单位时间传过的热量,: 材料的导热系数，表
2、明材料的导热能力，W/(mK)。,W,2021/2/22,5,热流密度 q,:单位时间通过单位面积的热流量,导热热阻,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,2021/2/22,6,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。,2021/2/22,7,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 。,导热系数数值的影
3、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。,2021/2/22,8,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。,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。,2021/2/22,9,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。,保温材料（或称绝热材料）：,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
4、。一般情况下密度和湿度愈大，热导率愈大。,典型材料导热系数的数值范围,纯金属 50-415 W/mK 合金 12-120 W/mK 非金属固体 1-40 W/mK 液体(非金属) 0.17-0.7 W/mK 绝热材料 0.03-0.12 W/mK 气体 0.007-0.17 W/mK,2021/2/22,10,2 、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。,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。,对流换热,：流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
5、),q = h(tw tf),2021/2/22,11,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)。,对流换热热阻：, = Ah(tw tf),称为对流换热热阻，单位为 W/K。,对流换热热阻网络：,2021/2/22,12,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）；,（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）。,2021/2/22,13,表1-1 一些表面传热系数的数值范围
6、,2021/2/22,14,3、热辐射 电磁波的波谱：, 射线： 510-5 m,X射线： 510-7 510-2 m,紫外线： 410-3 0.38 m,可见光： 0.38 0.76 m,红外线： 0.76 103 m,无线电波： 103 m,2021/2/22,15,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。,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,
7、包括部分紫外线、可见光和部分红外线三个波段 。,2021/2/22,16,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。,（2）所有实际物体都具有吸收热辐射的能力，,（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。,热辐射是热量传递的基本方式之一 。,2021/2/22,17,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
8、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。,2021/2/22,18,二、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。,传热过程由三个相互串联的环节组成:,（1）热量从高温流体以对流换热（或对流换热辐射换热）的方式传给壁面；,（2）热量从一侧壁面以导热的方式传递到另一侧壁面；,（3）热量从低温流体侧壁面以对流换热（或对流换热辐射换热）的方式传给低温流体。,2021/2/22,19,通过平壁的稳态传热过程,假设：,tf1、tf2、h1、h2不随时间变化；为常数。,（1）左侧的对流换热,（2）平壁的导热,2021/2/22,20,（3）右侧的对流换热,在稳态情况下，以上三式的热流量相同，可得,式中,，Rk称为传热热阻。,传热热阻网络：,2021/2/22,21,传热系数,将传热热流量的计算公式写成,式中,k 称为传热系数，单位为 W/(m2K)，t为传热温差。,通过单位面积平壁的热流密度为,利用上述公式, 可以很容易求得通过平壁的热流量、热流密度q及壁面温度tw1、tw2。,
