传热学第一章－绪论

单击此处编辑母版标题样式,单击此处编辑母版文本样式,第二级,第三级,第四级,第五级,*,*,*,传 热 学,Heat Transfer,参 考 书 目,?传热学根本原理?；葛新石等；安徽教育出版社,戴锅生等；?传热学?第三版；高等教育出版社,?传热学与传质分析?，E.R.G.埃克尔斯，R.M德雷克，科学出版社,?传热学专题讲座?，陈钟颀，高等教育出版社,Fundamentals of Heat Transfer,by F.P.Incropera,D.P.DeWitt,?传热学?第三版；杨世铭、陶文铨编著，高等教育出版社，1998,教 材,第一章 绪 论,传热学：研究热量传递过程规律的一门科学，,是现代科技的主要技术根底学科。,1-1 传热的根本方式,传热的根本方式包括：热传导、热对流和热辐射。,一般的传热过程仍是由热传导、热对流和热辐射三种根本形式组合而成。,1-1-1 热传导导热,定义：,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。纯粹的热传导一般只在固体中发生。,例：大平壁导热，根据经验常识,写成：,对于单位面积的热流量q热流能量,其中：,壁厚，m,导热壁面温差，,导热系数；表征材料导热能力的大小，是物体物性之一，其值一般由实验测定。其物理意义：单位厚度的物体在单位温差作用下，在单位时间内每单位面积上的导热量。其单位为：W/m,由上式可得：,令,（导热热阻，简称热阻）,对于面积为F的导热面，其热阻为：,例1 一块厚度=50 mm 的平板，两侧外表分别维持在,试求以下条件下的热流密度,材料为铜，,=375,w/(mK,);,材料为钢，,=36,.4,w/(mK,);,材料为铬砖，,=2.,32,w/(mK,),；,材料为铬藻土砖，,=0.,242,w/(mK,),。,解：,根据一维稳态导热公式，有：,铬砖：,硅藻土砖,：,讨论：由计算可见，由于铜与硅藻土砖导热系数的巨大差异，导致在相同的条件下通过铜板的导热量比通过硅藻土砖的导热量大三个数量级。因而，铜是热的良导体，而硅藻土砖那么起到一定的隔热作用,铜：,钢：,1-1-2 热对流对流换热,定义：,依靠流体的运动而把热量从一处传到另一处的物理现象。,分析流体由12的对流换热：,根据热力学第一定律，由12有：,工程上往往忽略动能变化量 ，于是有：,对流传递的能量是流体分子随机运动和流体自身成团运动,所形成能量传输的叠加。对流传热的模式是靠分子随机运动,和边界层内流体的成团运动来维持的。,速度边界层,温度边界层,根据流动特性：,对流,强迫对流外力作用下形成,自然对流浮升力作用,对流换热：流体与固体壁面间的换热，称为对流换热。,对流换热模式,显热传递一般对流换热,潜热传递伴随着液态和汽态之间相变的沸,腾和凝结换热,对流换热的根本计算公式牛顿冷却公式,其中：,壁面温度，,流体温度，,对流换热系数。其物理意义：流体与壁面之间在单位面积、单位温差条件下，单位时间里所能传递的热量。其单位为：,对流换热热阻：,或：,1-1-3 热辐射,定义：,依靠物体表面对外发射的电磁波传递能量。热辐射是物,质的属性之一，其能量的传播不需要有媒介。,辐射力E：,物质表面每单位时间、单位面积对外辐射的热量称,为辐射力，是一个反映物质辐射能力强弱的参数。,单位,绝对黑体：,一种理想的热辐射表面，同等条件下具有最大的,辐射力 ，其辐射力用,E,b,表示。,一般物体的辐射力：,最简单热辐射：两个无限大平行平面之间的热辐射换热,斯蒂芬玻耳兹曼定律：,热力学温度，k,绝对黑体辐射系数,例2,：,一个装满咖啡的封闭容器放在一个恒温房间中，分析咖啡的冷却传热过程并指出改善保温容器性能的技术措施。,coffee,气室,外壳,室内空气,改进措施：,瓶和外壳用低发射率外表镀膜,把气室抽成真空或利用充填材料以阻滞自然对流,1-2 传热过程,定义：,两流体间的换热，热量从壁一侧的流体通过壁面传递给另一侧流体的过程。,分析如下的一无限大平板，设,传热过程为：,：热流体通过对流换热传递热给壁面1,：因 ，壁面,1将通过,导热形式把热量传给冷壁面2,：冷壁面2通过对流换热形式把热量传递给冷流体,稳定传热时，应有：,通过整理后有：,可以写成：,对于面积为A的平壁，传热量Q为：,传热系数K，是一反映传热过程强弱的重要参数，K值越大，说明热阻越小，传热越好。,传热系数,其中,例3：一根水平放置的蒸汽管道，其保温层外径d=583 mm，外外表实测平均温度及空气温度分别为 ，此时空气与管道外外表间的自然对流换热的外表传热系数h=3.42 W/(m2 K),保温层外外表的发射率,问：1此管道散热必须考虑哪些热量传递方式；2计算每米长度管道的总散热量。,解：,(1),此管道的散热有辐射换热和自然对流换热两种方式(2)把管道每米长度上的散热量记为,q,l,近似地取管道的外表温度为室内空气温度，于是每米长度管道外外表与室内物体及墙壁之间的辐射为：,当仅考虑自然对流时，单位长度上的自然对流散热,例4:一房屋的混凝土外墙的厚度为=200mm，混凝土的热导率为=1.5W/(mK)，冬季室外空气温度为tf2=-10,有风天和墙壁之间的外表传热系数为h2=20W/(m2K)，室内空气温度为tf1=25,和墙壁之间的外表传热系数为h1=5 W/(m2K)。假设墙壁及两侧的空气温度及外表传热系数都不随时间而变化，求单位面积墙壁的散热损失及内外墙壁面的温度。,解：,由给定条件可知，这是一个稳态传热过程。通过墙壁的热流密度，即单位面积墙壁的散热损失为,根据牛顿冷却公式，对于内、外墙面与空气之间的对流换热，,得：,本章小结：,(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,思考题：,1.热量传递的根本方式及传热机理。,2.傅立叶定律的根本表达式及其中各物理量的定义。,3.牛顿冷却公式的根本表达式及其中各物理量的定义。,4.黑体辐射换热的四次方定律根本表达式及其中各物理量,的定义。,5.传热过程及传热系数的定义及物理意义。,6.热阻的概念.对流热阻,导热热阻的定义及根本表达式。,7.使用串连热阻叠加的原那么和在换热计算中的应用。,8.对流换热和传热过程的区别；导热系数,外表传热系数和传热系数之间的区别与联系。,作业：,1-7,1-9,1-11,1-15,1-20,1-29,