6 传热学基本知识.ppt.ppt

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1、第六章 传热学基本知识,主要内容,6.1 传热学基本知识6.2 传热过程,6.1 传热学基本知识,一、导热（热传导）二、热对流和对流换热三、热辐射及辐射换热,由物理学知道热量的传递有三种基本方式：即热传导、热对流和热辐射。但在实际工程遇到的热传递现象，往往是由两种或三种基本方式同时出现综合组成的传热过程。,一、导热（热传导）导热是指温度不同的物体直接接触时，或同一物体内温度不同的相邻部分之间所发生的热传递现象。热之所以能通过导热方式传递，是由于组成物体的微观粒子运动的结果。在气体中，热传导主要依靠原子、分子的热运动；在液体中，热传导主要依靠弹性波的作用；而在固体中热传导主要依靠晶格振动和自由电

2、子的运动。固体平壁中进行的导热过程最为简单。可以想像，当平壁内各部分温度不随时间变化，而处于稳定导热时，如图6-1所示，平壁内外两侧面的温度差12(当12时)越大，平壁厚度越薄，壁的面积F越大，则在单位时间内通过此平壁的导热量就越多，可以列出平壁导热公式为,由式(61)可知导热系数是表征该材料导热能力的物理量。材料的导热系数越大，则其导热性越好。不同材料的导热系数是不同的；即使对于同一种材料，导热系数的数值也随所处状态的不同而有差异。,二、热对流和对流换热 温度不同的流体各部分之间发生相对位移，把热量从高温处带到低温处的热传递现象，称为热对流。所以热对流只能发生在流体中，与流体的流动有关。由于

3、流体质点位移在改变空间位置时不可避免的要和周围流体相接触，因而热对流的同时一定伴有导热存在。工程上最关心的是流动着的流体与温度不同的壁面接触时，它们之间所发生的热传递现象，例如管内流动的热水与管内壁面间的换热，称之为对流换热。对流换热过程是热对流和导热的综合过程。对流换热又分为受迫(强制)对流和自然(自由)对流换热。受迫对流是指流体在外力如风扇、泵等的作用下，流过固体表面的运动。自然对流则是与固体邻接的较热(或较冷)的流体内各处温度不同引起密度的不同而产生的循环运动。,对流换热的计算，是牛顿在1701年首先提出来的，称为牛顿冷却定律，其方程式为,表示在单位时间内，当流体与壁面温差为1K时，流体

4、通过壁面单位面积所交换的热量。其大小表征对流换热的强弱。对于对流换热系数或放热系数的物理意义，一般说来，可认为是系统的几何形状、流体的物性和流体流动的状况(如层流、紊流及层流边界层等)以及温差T的函数。近似计算时，可参照教材表6-1选取。,三、热辐射及辐射换热 凡物理温度高于绝对零度，由于物体的热状态促使分子及原子中的电子不问断的振动和激发，它就不间断地转化本身的内热能，以电磁波(波长主要在0.1100m)热射线形式向周围空间辐射能量，当它达到另一物体表面被其吸收时，又重新转换为内热能，这种热射线传播过程称为热辐射。物体的温度愈高，辐射的能力愈强。温度相同而物体性质和表面情况不同，辐射能力也不

5、同。当物体之间存在温度差时，以热辐射的形式实现热量交换的现象称为辐射换热。辐射换热有如下特点：1)参与辐射换热的物体无需接触；2)辐射换热不必借助中间介质,热辐射在真空中也可进行;3)任何物体在不断发射热辐射的同时也在吸收热辐射。4)物体间以热辐射的方式进行热量传递是双向的。最终的效果是热量从高温物体传到低温物体。,辐射能投射到物体上的能量，一般说来，一部分可能被吸收，一部分可能被反射，其余部分可能穿透过物体。三者的百分比如以表示，则：黑体对投射其上的各种波长的能量，能全部吸收的理想体称为绝对黑体，简称黑体。试验和理论分析证明黑体的辐射能为：,分别称为物体的吸收率、反射率和透射率。绝大多数固体

6、和液体，热辐射线不能透过，可以认为其透射率为零，则1,灰体对投射来各种波长的射线均同等程度吸收的物体，也即其表面吸收率与波长无关的物体。实际上大多数固、流体表面很接近灰体性质，因而人们把实际物体当作灰体处理，则实际物体的辐射力为：,由上述可见，物体有好的吸收能力，就一定有好的辐射能力。也就是说，物体都只能吸收其自身所能辐射的辐射能。不同温度的两物体(或多个物体)间互相进行着热辐射和吸收，由此引起相互问的热传递现象称为辐射换热。,6.2 传热过程,一、传热过程二、平壁传热过程的计算,一、传热过程 工业生产中经常需要在温度不等的两种流体之间实现热量交换，而流体又不能混合在一起，因此热交换过程是在称

7、之为换热器的设备中实现的。散热器的作用是让内部的热水将热量传递给外部温度相对较低的空气，达到了采暖的目的。散热器的热交换经历了这样的过程：高温流体借助对流换热将热量传递给固体壁面的一侧，在固体中经导热将热量传递给固体的另一侧表面，再通过对流换热将热量传递给紧靠这一侧的低温流体。热量从壁面一侧的流体传递给另一侧流体的全过程，称为传热过程。,传热过程的特点：1)传热过程至少包含了三个串联的环节，其中两个环节有流体参与换热；2)传热过程至少包含了两种以上的换热方式：固体本身的导热及流体与固体表面的对流换热。对流换热可能是受迫对流，也可能是自然对流。,二、平壁传热过程的计算 有一墙壁如图所示，其壁厚为，面积为F，墙壁一侧有温度t1的热流体在流动，另一侧有温度t2的冷流体在流动，其两侧的对流换热系数分别为1和2(如有辐射，应是对流换热和辐射换热共同作用的结果)，在流体和墙壁的温度不随时间变化的稳定传热情况下，热量传递计算。,墙一侧表面的对流换热、墙壁的导热量以及墙另一侧表面的对流换热量，三者均应相等，可列出三个等式：,当壁面积为F(m2)时，总的传热量为：,K为传热系数，含义是当壁面两侧流体的温度差为1K时，单位时间内通过每平方米的壁面所传递的热量。K值越大，传热量越多，因此K值表示了热流体的热量通过墙壁传给冷流体的能力。,