热传导、空气对流和辐射热的原理与区别

传导性

当较快运动的分子将其一些能量传递给较慢运动的相邻分子（即在较低温度下）时，就会发生热传导，这可能发生在固体内部或固体与相邻的流体（例如空气）之间。在任何采暖的建筑物或围墙结构中，热量都是从温暖的内部空气传导或传递到内表面，然后通过墙或屋顶传导到较冷的外部表面，再传导到外部空气。

对流

热的对流传递即将热的和冷的流体混合，混合可能是由于自然对流的温度差异引起的密度差异的结果，或通过机械方式进行混合，则可能是强制对流。在采暖的建筑物中，对流损失发生在外部冷空气进入建筑物，与较热的内部空气混合，然后通过门或窗，裂缝等排出时。

辐射

通过辐射进行的热传递与通过传导或对流进行的热传递的不同之处在于，完成传递不需要任何物质。

远红外线热能只是辐射的几种形式之一，红外线以直线速度以每秒3亿米的光速传输，对空气的损失最小。可以通过具有高反射性的表面来瞄准，反射或聚焦它。当红外线撞击吸收性物体（例如混凝土，木材，水，油漆，皮肤或衣服）时，它会在表面转化为热量，然后通过传导和对流加热周围的空

气。这种热传递的最好例子是从太阳到地球，而没有热损失到外层空间。绝对零（-460°F）以上的所有物质都会发出辐射或红外线能量。热量的净传递是从一个物体到一个较冷的物体。温暖的物体，包括具有采暖的建筑物内的人，会向墙壁的较冷内壁散发或辐射热量，将热量传导到外表面，然后通过辐射，传导和对流将存储热量均匀地释放到房间中，可促进产生无尘和无菌的空气，从防止对流加热产生令人不适应的空气流动，完全保持静音，温度均匀垂直分布在整个房间。因此，豪赫蒂夫远红外采暖系统房间的墙壁和地板等总是温暖干燥，而不影响空气质量。

热传导与热辐射大作业报告..(精编文档).doc

【最新整理，下载后即可编辑】热传导与热辐射大作业报告

目录一、作业题目............................................................................................ - 1 - 二、作业解答............................................................................................ - 2 - 个人感想 ................................................................................................... - 17 - 附件.计算中所用程序........................................................................... - 18 -

一、作业题目一矩形平板a x ≤≤0, b y ≤≤0，内有均匀恒定热源0g ，在0=x 及0=y 处绝热，在a x =及b y =处保持温度1T ，初始时刻温度为0T ，如右图1所示： 1、求0>t 时，矩形区域内的温度分布()t y x T ,,的解析表达式； 2、若m a 18=，m b 12=，3 01m W g =，K 600=，K T 200=，热传导系数 K m W k ?=0.1，热扩散系数20.8m α=。请根据1中所求温度分布用MATLAB 软件绘出下列结果，加以详细物理比较和分析： (a) 300s 内，在同一图中画出点)4,0(、)8,0(、()0,6、)0,12(、)6,9(（单位：m ）温度随时间的变化； (b) 200s 内，画出点)4,18(、)8,18(、()12,6、)12,12(、)6,9(（单位：m ）处，分别沿x 、y 方向热流密度值随时间的变化； (c) 画出s s s s s t 1501251007550、、、、=时刻区域内的等温线； (d) 300s 内，在同一图中画出点()0,9（单位：m ）在0g 分别等于31m W ，32m W ，33m W 情况下的温度变化； (e) 300s 内，比较点(9,6) （单位：m ）在其它参数不变情况下热导率分别为K m W ?5.0、K m W ?0.1和K m W ?5.1的温度、热流密度变化； (f) 300s 内，比较点(9,6) （单位：m ）在其它参数不变情况下热扩散系数分别为s m 24.0、s m 28.0和m 22.1的温度、热流密度变化； 3、运用有限差分法计算2中(b)、(d)和(e)，并与解析解结果进行比较，且需将数值解与解析解的相对误差减小到1‰以下； 4、附上源程序和个人体会；以报告形式整理上述结果，用A4纸打印上交。

导热理论-热传导原理

图4-3 温度梯度与傅里叶定律第二节热传导热传导是由物质内部分子、原子和自由电子等微观粒子的热运动而产生的热量传递现象。热传导的机理非常复杂，简而言之，非金属固体内部的热传导是通过相邻分子在碰撞时传递振动能实现的；金属固体的导热主要通过自由电子的迁移传递热量；在流体特别是气体中，热传导则是由于分子不规则的热运动引起的。 4-2-1 傅里叶定律一、温度场和等温面任一瞬间物体或系统内各点温度分布的空间，称为温度场。在同一瞬间，具有相同温度的各点组成的面称为等温面。因为空间内任一点不可能同时具有一个以上的不同温度，所以温度不同的等温面不能相交。二、温度梯度从任一点开始，沿等温面移动，如图4-3所示，因为在等温面上无温度变化，所以无热量传递；而沿和等温面相交的任何方向移动，都有温度变化，在与等温面垂直的方向上温度变化率最大。将相邻两等温面之间的温度差△t 与两等温面之间的垂直距离△n 之比的极限称为温度梯度，其数学定义式为： n t n t gradt ??=??=lim (4-1) 温度梯度n t ??为向量，它的正方向指向温度增加的方向，如图4-3所示。对稳定的一维温度场，温度梯度可表示为： x t g r a d t d d = （4-2）三、傅里叶定律导热的机理相当复杂，但其宏观规律可用傅里叶定律来描述，其数学表达式为： n t S Q ??∝d d 或 n t S Q ??-=d d λ （4-3）式中 n t ??——温度梯度，是向量，其方向指向温度增加方向，℃/m ； Q ——导热速率，W ； S ——等温面的面积，m 2； λ——比例系数，称为导热系数，W/（m ·℃）。式4-3中的负号表示热流方向总是和温度梯度的方向相反，如图4-3所示。傅里叶定律表明：在热传导时，其传热速率与温度梯度及传热面积成正比。必须注意，λ作为导热系数是表示材料导热性能的一个参数，λ越大，表明该材料导热越快。和粘度μ一样，

热辐射计算公式

传热学课程自学辅导资料（热动专业）二○○八年十月

传热学课程自学进度表教材：《传热学》教材编者：杨世铭陶文铨出版社：高教出版时间：2006 1

注：期中（第10周左右）将前半部分测验作业寄给班主任，期末面授时将后半部分测验作业直接交给任课教师。总成绩中，作业占15分。 2

传热学课程自学指导书第一章绪论一、本章的核心、重点及前后联系（一）本章的核心 1、导热、对流、辐射的基本概念。 2、传热过程传热量的计算。（二）本章重点 1、导热、对流、辐射的基本概念。 2、传热过程传热量的计算。（三）本章前后联系简要介绍了热量传递的三种基本方式和传热过程二、本章的基本概念、难点及学习方法指导（一）本章的基本概念 1、热传导导热（Heat Conduction）：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称为导热。特点：从宏观的现象看，是因物体直接接触，能量从高温部分传递到低温部分，中间没有明显的物质迁移。从微观角度分析物体的导热机理：气体：气体分子不规则运动时相互碰撞的结果。导电固体：自由电子不规则运动相互碰撞的结果，自由电子的运动对其导热起主导作用。非导电固体：通过晶格结构振动所产生的弹性波来实现热量传递，即院子、分子在其平衡位置振动。液体：第一种观点类似于气体，只是复杂些，因液体分子的间距较近，分子间的作用力对碰撞的影响比气体大；第二种观点类似于非导电固体，主要依靠弹性波（晶格的振动，原子、分子在其平衡位置附近的振动产生的）的作用。热流量：单位时间传递的热量称为热流量，用Ф表示，单位为W。 3

传热学试题库含参考答案

《传热学》试题库第一章概论一、名词解释 1．热流量：单位时间所传递的热量 2．热流密度：单位传热面上的热流量 3．导热：当物体有温度差或两个不同温度的物体接触时，在物体各部分之间不发生相对位移的情况下，物质微粒(分子、原子或自由电子)的热运动传递了热量，这种现象被称为热传导，简称导热。 4．对流传热：流体流过固体壁时的热传递过程，就是热对流和导热联合用的热量传递过程，称为表面对流传热，简称对流传热。 5．辐射传热：物体不断向周围空间发出热辐射能，并被周围物体吸收。同时，物体也不断接收周围物体辐射给它的热能。这样，物体发出和接收过程的综合结果产生了物体间通过热辐射而进行的热量传递，称为表面辐射传热，简称辐射传热。6．总传热过程：热量从温度较高的流体经过固体壁传递给另一侧温度较低流体的过程，称为总传热过程，简称传热过程。7．对流传热系数：单位时间单位传热面当流体温度与壁面温度差为1K是的对流传热量，单位为W／(m2·K)。对流传热系数表示对流传热能力的大小。 8．辐射传热系数：单位时间单位传热面当流体温度与壁面温度差为1K是的辐射传热量，单位为W／(m2·K)。辐射传热系数表示辐射传热能力的大小。 9．复合传热系数：单位时间单位传热面当流体温度与壁面温度差为1K是的复合传热量，单位为W／(m2·K)。复合传热系数表示复合传热能力的大小。 10．总传热系数：总传热过程中热量传递能力的大小。数值上表示传热温差为1K时，单位传热面积在单位时间的传热量。二、填空题 1．热量传递的三种基本方式为、、。（热传导、热对流、热辐射） 2．热流量是指，单位是。热流密度是指，单位是。（单位时间所传递的热量，W，单位传热面上的热流量，W/m2） 3．总传热过程是指，它的强烈程度用来衡量。 (热量从温度较高的流体经过固体壁传递给另一侧温度较低流体的过程，总传热系数) 4．总传热系数是指，单位是。（传热温差为1K时，单位传热面积在单位时间的传热量，W／(m2·K)） 5．导热系数的单位是；对流传热系数的单位是；传热系数的单位是。（W／(m·K)，W／(m2·K)，W／(m2·K)） 6．复合传热是指，复合传热系数等于之和，单位是。（对流传热与辐射传热之和，对流传热系数与辐射传热系数之和，W／(m2·K)） 7．单位面积热阻r t的单位是；总面积热阻R t的单位是。（m2·K/W，K/W） 8．单位面积导热热阻的表达式为。（δ/λ） 9．单位面积对流传热热阻的表达式为。（1/h） 10．总传热系数K与单位面积传热热阻r t的关系为。（r t=1/K） 11．总传热系数K与总面积A的传热热阻R t的关系为。（R t=1/KA） 12．稳态传热过程是指。（物体中各点温度不随时间而改变的热量传递过程。） 13．非稳态传热过程是指。

导热理论热传导原理

第二节热传导热传导是由物质内部分子、原子和自由电子等微观粒子的热运动而产生的热量传递现象。热传导的机理非常复杂，简而言之，非金属固体内部的热传导是通过相邻分子在碰撞时传递振动能实现的；金属固体的导热主要通过自由电子的迁移传递热量；在流体特别是气体中，热传导则是由于分子不规则的热运动引起的。 4-2-1 傅里叶定律一、温度场和等温面任一瞬间物体或系统内各点温度分布的空间，称为温度场。在同一瞬间，具有相同温度的各点组成的面称为等温面。因为空间内任一点不可能同时具有一个以上的不同温度，所以温度不同的等温面不能相交。、温度梯度 4-3所示，因为在等温面上无温度变化，所以无热量传都有温度变化，在与等温面垂直的方向上温度变化率最大。将相邻两等温面之间的温度差 △ t 与两等温面之间的垂直距离其数学定义式为: gradt 温度梯度 —为向量，它的正方向指向温度增加的方向，如图 n 对稳定的一维温度场，温度梯度可表示为: gradt ( 4-2) dx 三、傅里叶定律导热的机理相当复杂，但其宏观规律可用傅里叶定律来描述，其数学表达式为：或 dQ dS 丄 (4-3) n 式中 —— 温度梯度，是向量，其方向指向温度增加方向，C /m ; n Q ――导热速率，W ; S ――等温面的面积， m 2 ；入比例系数，称为导热系数， W/ ( m ?C) < 式4-3中的负号表示热流方向总是和温度梯度的方向相反，如图4-3所示。傅里叶定律表明：在热传导时，其传热速率与温度梯度及传热面积成正比。必须注意，入作为导热系数是表示材料导热性能的一个参数，入越大，表明该材料导热越快。和粘度卩一样，导热系数入也是分子微观运动的一种宏观表现。 4-2-2导热系数从任一点开始，沿等温面移动，如图递；而沿和等温面相交的任何方向移动， △ n 之比的极限称为温度梯度, (4-1) 4-3所示。图4-3温度梯度与傅里叶定律

传热学试题(答案)

①Nu准则数的表达式为（A ） ② ③根据流体流动的起因不同，把对流换热分为（ A） ④A．强制对流换热和自然对流换热B．沸腾换热和凝结换热 ⑤C．紊流换热和层流换热D．核态沸腾换热和膜态沸腾换热 ⑥雷诺准则反映了（ A） ⑦A．流体运动时所受惯性力和粘性力的相对大小 ⑧B．流体的速度分布与温度分布这两者之间的内在联系 ⑨C．对流换热强度的准则 ⑩D．浮升力与粘滞力的相对大小 ?彼此相似的物理现象，它们的（ D）必定相等。 ?A．温度B．速度 ?C．惯性力D．同名准则数 ?高温换热器采用下述哪种布置方式更安全（ D） ?A．逆流B．顺流和逆流均可 ?C．无法确定D．顺流

?顺流式换热器的热流体进出口温度分别为100℃和70℃，冷流体进出口温度分别为20℃和40℃，则其对数平均温差等于（） A．60.98℃B．50.98℃ C．44.98℃D．40.98℃ ?7．为了达到降低壁温的目的，肋片应装在（ D） ?A．热流体一侧B．换热系数较大一侧 ?C．冷流体一侧D．换热系数较小一侧 21黑体表面的有效辐射（ D）对应温度下黑体的辐射力。 22A．大于B．小于 C．无法比较D．等于 23通过单位长度圆筒壁的热流密度的单位为（ D） 24A．W B．W／m2 C．W／m D．W／m3 25格拉晓夫准则数的表达式为（D ） 26 27.由炉膛火焰向水冷壁传热的主要方式是( A ) 28 A.热辐射 B.热对流 C.导热 D.都不是 29准则方程式Nu=f(Gr,Pr)反映了( C )的变化规律。 30A.强制对流换热 B.凝结对流换热

31 C.自然对流换热 D.核态沸腾换热 32下列各种方法中，属于削弱传热的方法是( D ) 33A.增加流体流度 B.设置肋片 34 C.管内加插入物增加流体扰动 D.采用导热系数较小的材料使导热热阻增加 35冷热流体的温度给定，换热器热流体侧结垢会使传热壁面的温度( A ) 36 A.增加 B.减小 C.不变 D.有时增加，有时减小 37将保温瓶的双层玻璃中间抽成真空，其目的是( D ) 38A.减少导热 B.减小对流换热 39 C.减少对流与辐射换热 D.减少导热与对流换热 40下列参数中属于物性参数的是( B ) 41A.传热系数 B.导热系数 42 C.换热系数 D.角系数 43已知一顺流布置换热器的热流体进出口温度分别为300°C和150°C，冷流体进出口温度分别为50°C和100°C，则其对数平均温差约为( )

热传导与热辐射大作业报告..

热传导与热辐射大作业报告

目录一、作业题目.............................................................................................................................. - 1 - 二、作业解答.............................................................................................................................. - 2 - 个人感想.................................................................................................................................... - 17 - 附件.计算中所用程序.............................................................................................................. - 18 -

一矩形平板a x ≤≤0, b y ≤≤0，内有均匀恒定热源0g ，在0=x 及0=y 处绝热，在a x =及b y =处保持温度1T ，初始时刻温度为0T ，如右图1所示： 1、求0>t 时，矩形区域内的温度分布()t y x T ,,的解析表达式； 2、若m a 18=，m b 12=，301m W g =，6T 1=0K m W k ?=0.1，热扩散系数20.8m s α=。请根据1中所求温度分布用 MATLAB 软件绘出下列结果，加以详细物理比较和分析： (a) 300s 内，在同一图中画出点)4,0(、)8,0(、()0,6、)0,12(、)6,9(（单位：m ）温度随时间的变化； (b) 200s 内，画出点)4,18(、)8,18(、()12,6、)12,12(、)6,9(（单位： m ）处，分别沿x 、y 方向热流密度值随时间的变化； (c) 画出s s s s s t 1501251007550、、、、=时刻区域内的等温线； (d) 300s 内，在同一图中画出点()0,9（单位：m ）在0g 分别等于 31m W ，32m W ，33m W 情况下的温度变化； (e) 300s 内，比较点(9,6) （单位：m ）在其它参数不变情况下热导率分别为K m W ?5.0、K m W ?0.1和K m W ?5.1的温度、热流密度变化； (f) 300s 内，比较点(9,6) （单位：m ）在其它参数不变情况下热扩散系数分别为m 24.0、s m 28.0和s m 22.1的温度、热流密度变化； 3、运用有限差分法计算2中(b)、(d)和(e)，并与解析解结果进行比较，且需将数值解与解析解的相对误差减小到1‰以下； 4、附上源程序和个人体会；以报告形式整理上述结果，用A4纸打印上交。

关于热传导问题

本科毕业论文论文题目：关于热传导问题学生姓名：姜丽丽学号：200600910058 专业：物理学指导教师：李健学院：物理与电子科学学院 2010年5月20日

毕业论文（设计）内容介绍论文（设计）题目关于热传导问题选题时间2010.1.10 完成时间2010.05.20 论文（设计）字数 8000 关键词热传导，热量，温度论文（设计）题目的来源、理论和实践意义：题目来源：基础研究。理论和实践意义：在了解热传导的概念基础之上，通过系统地分析热传导的过程，得出热传导的微分方程，从量上对热传导过程有了一个深刻的认识；并且将热传导微分方程应用于解决各种几何形状的固体材料，得出温度分布的情况，以及简单的应用于气体、液体。热传导是深入学习和研究各种传热现象乃至工程热物理各学科的重要基础之一。论文（设计）的主要内容及创新点：主要内容：本文主要通过对热传导过程的理论分析，总结出热量与温度的关系，然后分析各种热传导现象温度的变化规律。创新点：1、总结了不同传热条件下热传导过程中热量与温度的关系； 2、分析了不同条件下热传导温度的变化规律。附：论文（设计）本人签名：2010年5月20日

目录摘要 (1) ABSTRACT (1) 一、引言 (2) 二、热传导理论基础 (2) （一）热传导的概念 (2) （二）温度场与温度梯度 (3) （三）热传导方程 (4) 三、固体、液体、气体热传导及热源的影响 (7) （一）无源热传导温度的变化规律 (8) （二）有源热传导温度的变化规律 (10) 四、影响热传导的因素 (11) 五、热传导的应用 (12) 六、总结 (12) 参考文献 (12)

热传递方式

热传递有三种方式：传导、对流和辐射传导热从物体温度较高的部分沿着物体传到温度较低的部分，叫做传导。热传导是固体中热传递的主要方式。在气体或液体中，热传导过程往往和对流同时发生。各种物质都能够传导热，但是不同物质的传热本领不同。善于传热的物质叫做热的良导体，不善于传热的物质叫做热的不良导体。各种金属都是热的良导体，其中最善于传热的是银，其次是铜和铝。瓷、纸、木头、玻璃、皮革都是热的不良导体。最不善于传热的是羊毛、羽毛、毛皮、棉花、石棉、软木和其他松软的物质。液体中，除了水银以外，都不善于传热，气体比液体更不善于传热。对流靠液体或气体的流动来传热的方式叫做对流。对流是液体和气体中热传递的主要方式，气体的对流现象比液体更明显。利用对流加热或降温时，必须同时满足两个条件：一是物质可以流动，二是加热方式必须能促使物质流动。辐射热由物体沿直线向外射出，叫做辐射。用辐射方式传递热，不需要任何介质，因此，辐射可以在真空中进行。地球上得到太阳的热，就是太阳通过辐射的方式传来的。一般情况下，热传递的三种方式往往是同时进行的。补充内容：一、热传递与动量传递、质量传递并列为三种传递过程。二、热传递与热传导的关系有许多人在学习物理、解答物理习题时，常把热传递与热传导混为一谈，认为热传递与热传导描述的是同一物理过程，殊不知它们是两个不同的概念。由内能与热能一节以及热、热运动与热现象的阐述可知，物体的内能就是组成物体全部分子、原子的动能、势能和内部电子能等总和，物体内能的改变可以通过分子、原子有规则运动的能量交换来达成，也可以通过分子、原子的无规则运动的能量交换来达成（或者是两者兼有）。前者能量交换的方式就是作宏观机械功的方式，后者能量交换的方式就是所谓的热传递。更确切地讲，所谓热传递就是没有作宏观机械功而使内能从一个物体转移到另一个物体，或者从物体的一部分转移到另一部分的过程。它通过热传导、对流和热辐射三种方式来实现。实际热传递过程中，这三种方式常常是相伴进行的，重要的是看哪一种方式占主要地位。在热力学中，把除了热传递以外的其他一切能量转移方式都归于作功。所以，热传递和作功是能量转移的两种方式，除此之外没有其他方式。由以上论述可知，热传递是能量传递的一种方式，它具体又包括热传导、对流和热辐射三种形式。为了帮助大家能把热传递与热传导更好地加以区别，下面我们有必要对热传导、对流和总辐射分别作论述。热传导指的是物质系统（气体、液体或固体），由于内部各处温度不均匀而引起的热能（内能）从温度较高处向温度较低处输运的现象。热传导的实质是由大量分子、原子或电子的相互碰撞，而使热能（内能）从物体温度较高部分传到温度较低部分的过程。热传导是固体中热传递的主要方式，在气体、液体中它往往与对流同时发生。各种物质的热传导性能不同，热传导过程的基本定律是博里叶定律。

《热传导和热辐射》习题

《热传导和热辐射》习题一.如右图1所示，长度为L 的杆，暴露在温度为T ∞的环境中，杆内安装有电热元件，使沿杆长方向产生均匀的内热源速率q ? 。试用长度为dx 的微元体的概念推导控制方程（注：所用到的量自己设定）。二．边界条件和初始条件如下图2所示，求(),,T x y τ的表达式。三. 如上图3所示，一矩形板，初始条件：0τ=时，(),T f x y =。边界条件：0x = 处，0T =；x a =处， 10T H T x ?+=?；y=0处，20T H T y ?-+=?；y b =处，30T H T y ?+=?。求0τ>时，矩形板的温度分布(),,T x y τ。四. 某一半无限大角区，初始条件和边界条件如右图4所示。求该区域的(),,T x y τ的表达式。五. 一块平板0x L ≤≤，初始温度是零度，当时间0τ>时，平板内以恒定的速

率20g w m ????产生热量，而0x =处的边界面保持绝热，x L =处的边界保持温度为零度。试求：时间0τ>时平板内温度分布(),T x τ的表达式。六．某实心无限长圆柱，0r b ≤≤，初始温度分布为()F r ，时间0τ>时，r b =处的边界以对流方式向温度为零的环境散热。试求该圆柱的温度分布(),T r τ。七. 半径r b =的无限长圆柱，初始温度分布为()F r ，突然圆柱体置于温度为T ∞ 环境中，在r b =处的边界以对流形式向温度为T ∞的环境散热。试求0τ>时圆柱内的温度分布(),T r τ。八.某实心半球，01μ≤≤，0r b ≤≤，初始温度为(),0T r μ=，时间 0τ>时，r b =处的球表面保持温度为零，0μ=处的底面绝热，如右图5所示。试求该半球的温度分布(),,T f r μτ=。九.一半无限大物体，0x ≤≤∞，初始温度为i T ，当时间0τ>时，0x =处的边界条件为00 x q T k x A =?-=?；x →∞时，(),i T T τ∞=。试用Laplace 变换法求解时间0τ>时该区域的温度分布。十.已知某个函数的Laplace 变换为()22 1 F s s β = +，其中β是正实数。试求函数()F t 。十一.处于熔解温度m T 的液体占据 0x >的半空间，见右图6，在时间0τ=时，0x =的边界温度降低到温度为0T （0m T T <），并在时间0τ>时，始终维持这个温度。试用精确法或近似法求解固相中的温度分布以及固—液界面的位置随时间的变化。

导热理论-热传导原理.pdf

图4-3 温度梯度与傅里叶定律第二节热传导热传导是由物质内部分子、原子和自由电子等微观粒子的热运动而产生的热量传递现象。热传导的机理非常复杂，简而言之，非金属固体内部的热传导是通过相邻分子在碰撞时传递振动能实现的；金属固体的导热主要通过自由电子的迁移传递热量；在流体特别是气体中，热传导则是由于分子不规则的热运动引起的。 4-2-1 傅里叶定律一、温度场和等温面任一瞬间物体或系统内各点温度分布的空间，称为温度场。在同一瞬间，具有相同温度的各点组成的面称为等温面。因为空间内任一点不可能同时具有一个以上的不同温度，所以温度不同的等温面不能相交。二、温度梯度从任一点开始，沿等温面移动，如图4-3所示，因为在等温面上无温度变化，所以无热量传递；而沿和等温面相交的任何方向移动，都有温度变化，在与等温面垂直的方向上温度变化率最大。将相邻两等温面之间的温度差△t 与两等温面之间的垂直距离△n 之比的极限称为温度梯度，其数学定义式为： n t n t gradt lim (4-1) 温度梯度 n t 为向量，它的正方向指向温度增加的方向，如图 4-3所示。对稳定的一维温度场，温度梯度可表示为： x t g r a d t d d （4-2）三、傅里叶定律导热的机理相当复杂，但其宏观规律可用傅里叶定律来描述，其数学表达式为： n t S Q d d 或n t S Q d d （4-3）式中 n t ——温度梯度，是向量，其方向指向温度增加方向，℃ /m ； Q ——导热速率， W ； S ——等温面的面积， m 2 ； λ——比例系数，称为导热系数，W/（m ·℃）。式4-3中的负号表示热流方向总是和温度梯度的方向相反，如图 4-3所示。傅里叶定律表明：在热传导时，其传热速率与温度梯度及传热面积成正比。必须注意，λ作为导热系数是表示材料导热性能的一个参数，λ越大，表明该材料导热越快。和粘度 μ一样，

热传导原理

第一节热传导一、傅立叶定律如图4—1所示，热能总是朝温度低的方向传导，而导热速率dQ 则和温度梯度 n t ??以及垂直热流方向的截面dA 成正比： dQ=-dA n t ??λ (4—1) 式中负号表示dQ 与 n t ??的方向相反，比例系数λ称为导热系数。根据傅立叶定律（4—1）可以导出各种情况下的热传导计算公式。图4—1 温度梯度与图4—2单层平壁的热流方向的关系稳定热传导二、导热系数导热系数的定义式为：

n t dA dQ ??= λ （4—2）导热系数在数值上等于单位导热面积、单位温度梯度下在单位时间内传导的热量，这也是导热系数的物理意义。导热系数是反映物质导热能力大小的参数，是物质的物理性质之一。导热系数一般用实验方法进行测定。通常金属导热系数最大，非金属固体的导热系数较小，液体更小，而气体的导热系数最小。因而，工业上所用的保温材料，就是因为其空隙中有气体，所以其导热系数小，适用与保温隔热。三、平壁的稳定热传导（一）（一）单层平壁如图4—2所示，平壁内的温度只沿垂直于壁面的x 方向变化，因此等温面都是垂直于x 轴的平面。根据傅立叶定律可由下式求算：导热热阻导热推动力 =?=-= -= R t A b t t t t b A Q λλ2121)( (4—3) 利用上式可解决热传导量（或热损失）Q ；保温材料厚度b ；外侧温度t 2；结合热量衡算式可进行材料导热系数λ的测定。设壁厚x 处的温度为t ，则可得平壁内的温度分布关系式（4—4），表示平壁距离和等温面t 两者的关系为直线关系。 A Qx t t λ- =1 (4—4) (二) 多层平壁在稳定导热情况下，通过各层平壁的热速率必定相等，即 Q 1= Q 2=Q Q n == 。则通过具有n 层的平壁，其热传导量的计算式为： R t A b t t Q i i n i n ∑?∑=-= ∑=+导热总热阻导热总推动力λ111

热辐射实验

1.实验题目：热辐射与红外扫描成像系列实验 2.实验目的 1）学习热辐射的背景知识及相关定律，理解科学家们创造性的思维方法和相关实验技术。 2）学习用虚拟仪器研究热辐射基本定律，测量Planck 常数。 3）了解红外扫描成像的基本原理，掌握扫描成像的实验方法和技术。 4）培养学生运用热辐射的基本原理和相关技术进行基础研究和应用设计的能力。 3.实验内容 1）验证热辐射基本定律，用黑体辐射公式测量Planck 常数 2）研究和测定物体不同表面状态的辐射发射量 3）研究辐射发射量与距离的关系 4）红外扫描成像实验研究 5）红外无损探伤实验研究 6）红外温度计的设计与材料热性质的研究 7）运用热辐射基本定律和本实验装置进行自主应用设计性实验 4.实验原理 1. 了解热辐射的基本概念和定律当物体的温度高于绝对零度时，均有红外光向周围空间辐射出来，红外辐射的物理本质是热辐射。其微观机理是物体内部带电粒子不停的运动导致热辐射效应。热辐射的波长和频率在0.76?100μ之间，与电磁波一样具有反射、透射和吸收等性质。设辐射到物体上的能量为Q ，被物体吸收的能量为Q α，透过物体的能量为Q τ，被反射的能量为Q ρ。由能量守恒定律可得： Q=Q α+Q τ+Q ρ归一化后可得： +1Q Q Q Q Q Q βαταβτ+=++= （1）式中α为吸收率，τ为透射率，ρ为反射率。 1.1 基尔霍夫定律基尔霍夫指出：物体的辐射发射量M 和吸收率α的比值M/α与物体的性质无关，都等同于在同一温度下的绝对黑体的辐射发射量M B ，这就是著名的基尔霍夫定律。

1 212()B M M M f t αα====L （2）基尔霍夫定律不仅对所有波长的全辐射（或称总辐射）而言是正确的，而且对任意单色波长λ也是正确的。 1.2 绝对黑体能完全吸收入射辐射，并具有最大辐射率的物体叫做绝对黑体。实验室中人工制作绝对黑体的条件是：1）腔壁近似等温，2）开孔面积<<腔体。本实验中我们利用红外传感器测量辐射方盒表面的总辐射发射量M 。M 是所有波长的电磁波的光谱辐射发射量的总和，数学表达式为： M M d λλ∞ =∫ （3）上式被称为斯蒂芬-玻尔兹曼定律。不同的物体，处于不同的温度，辐射发射量都不同，但有一定的规律。比辐射率ε的定义：物体的辐射发射量与黑体的辐射发射量之比，即 00d =d B B T B M M M M λλλελελ ∞∞??==????∫∫物体辐射发射量黑体辐射发射量（4）由基尔霍夫定律可知，辐射发射量M与吸收率α的关系：B M M α= 由能量守恒定律和基尔霍夫定律，即公式（1）和（2）联立求解 1B M M αβτα++=??=? 可得: ()1B M M τρ=?? （5）由上述知识可知，若我们测出物体的辐射发射量和黑体的辐射发射量，便可求出物体的吸收率，还可以获得物体反射率和透射率的有关信息。 2. 空气中热辐射的传播规律研究我们知道，许多物理量都与距离 r 的反平方成正比。现代物理学认为，这很大程度上是由空间的几何结构决定的。以天体辐射为例，如果距离 r 的指数比 2 大或者比 2 小，就会影响太阳的辐射场，使地球温度过低或者过高，从而不适合碳基生命形式的存在。那么热源的辐射量与距离的关系是否也遵循这一规律呢？对于球形均值热源和各种不同形状和不同材料构成的热源的辐射量在空气中的衰减规律及其分布是否都遵循反平方定律呢？我们首先引进几个概念。辐射功率 P ：单位时间内传递的辐射能 W ，即

银河系热辐射和非热辐射成分分离原理

银河系热辐射和非热辐射成分分离原理摘要银河系内射电源的辐射机制主要有两种：热的自由—自由辐射和非热的同步辐射。分别来自于带电粒子的相互作用和相对论电子在磁场中的螺旋运动，与之相对应的强射电源是电离氢区和超新星遗迹，而且银河系的大尺度结构的背景辐射也是来自于同步辐射。将这两种辐射成分进行分离是研究银河系星际介质的重要手段。本文利用多波段的射电连续谱观测数据，建立了一种新的辐射成分分离方法，通过对观测数据每一个像素点对应的银河系辐射的谱指数进行分析，以达到热辐射和非热辐射成分分离的目的，并求出同步辐射成分谱指数在银河系内的分布情况。关键词射电连续谱；超新星遗迹；电离氢区 0引言由于在光学波段观测银道面会有消光效应的存在，所以射电波段的观测数据成为了研究银河系结构的主要工具。在射电波段，银河系辐射主要有两种辐射机制：热的轫致辐射（自由—自由辐射）和非热的同步辐射。自由—自由辐射源于带电粒子相互碰撞，同步辐射是由相对论电子在磁场中的螺旋运动产生的。在厘米和分米波段的射电连续谱中，观测到的两种强射电源——超新星遗迹和电离氢区（HII区）的辐射机制分别是同步辐射和自由—自由辐射。将这两种辐射成分分离，对于研究银河系的意义是重大的。利用分离后的结果，可以描述银河系内不同种类电子的分布，可以发现未知的射电源以及新的超新星遗迹和HII区，也可以对已知的超新星遗迹和HII区进行验证。利用超新星遗迹，又可以研究大质量恒星的晚期演化，了解其对星际介质的加热作用、超新星爆发时的构成元素，也可以研究星际介质的磁场结构。结合复合线数据，可以求得HII区的光度，这对确定银河系的哈勃类型有着重要的作用。同时由得到的非热辐射成分的谱指数分布，也可以更准确的对丢失大尺度结构的观测数据，进行大尺度结构辐射的补偿。分离热辐射和非热辐射成分的方法，前人已经建立了几种模型（如Hinshaw et al. （2007），Marta I. R. Alves et al. （2011），Paladini et al. （2005）），但是这些模型或者存在着很大的不确定度，或者有诸多的局限。本文中，我们将设计一种新的方法，利用多波段的射电连续谱数据，通过对谱指数的分析，来实现热辐射成分和非热辐射成分的分离，并且求得观测数据每一个像素点所对应的非热辐射成分的谱指数。 1 分离方法 1.1数据的选取现已完成的银河系全天巡天和银道面巡天观测有很多，但是一些早期的数据灵敏度很低，分辨率也非常差，而且没有电子版的数据，这样的数据并不适合做

导热理论-热传导原理

图4-3 温度梯度与傅里叶定律第二节热传导热传导是由物质内部分子、原子和自由电子等微观粒子的热运动而产生的热量传递现象。热传导的机理非常复杂，简而言之，非金属固体内部的热传导是通过相邻分子在碰撞时传递振动能实现的；金属固体的导热主要通过自由电子的迁移传递热量；在流体特别是气体中，热传导则是由于分子不规则的热运动引起的。 4-2-1 傅里叶定律一、温度场和等温面任一瞬间物体或系统内各点温度分布的空间，称为温度场。在同一瞬间，具有相同温度的各点组成的面称为等温面。因为空间内任一点不可能同时具有一个以上的不同温度，所以温度不同的等温面不能相交。二、温度梯度从任一点开始，沿等温面移动，如图4-3所示，因为在等温面上无温度变化，所以无热量传递；而沿和等温面相交的任何方向移动，都有温度变化，在与等温面垂直的方向上温度变化率最大。将相邻两等温面之间的温度差△t 与两等温面之间的垂直距离△n 之比的极限称为温度梯度，其数学定义式为： n t n t gradt ??=??=lim (4-1) 温度梯度n t ??为向量，它的正方向指向温度增加的方向，如图4-3所示。对稳定的一维温度场，温度梯度可表示为： x t gradt d d = （4-2）三、傅里叶定律导热的机理相当复杂，但其宏观规律可用傅里叶定律来描述，其数学表达式为： n t S Q ??∝d d 或 n t S Q ??-=d d λ （4-3）式中 n t ??——温度梯度，是向量，其方向指向温度增加方向，℃/m ； Q ——导热速率，W ； S ——等温面的面积，m 2； λ——比例系数，称为导热系数，W/（m ·℃）。式4-3中的负号表示热流方向总是和温度梯度的方向相反，如图4-3所示。傅里叶定律表明：在热传导时，其传热速率与温度梯度及传热面积成正比。必须注意，λ作为导热系数是表示材料导热性能的一个参数，λ越大，表明该材料导热越快。和粘度μ一样，

热传导方程抛物型偏微分方程和基本知识

1. 热传导的基本概念 1.1温度场一物体或系统内部，只要各点存在温度差，热就可以从高温点向低温点传导，即产生热流。因此物体或系统内的温度分布情况决定着由热传导方式引起的传热速率（导热速率）。温度场：在任一瞬间，物体或系统内各点的温度分布总和。因此，温度场内任一点的温度为该点位置和时间的函数。〖说明〗若温度场内各点的温度随时间变化，此温度场为非稳态温度场，对应于非稳态的导热状态。若温度场内各点的温度不随时间变化，此温度场为稳态温度场，对应于稳态的导热状态。若物体内的温度仅沿一个坐标方向发生变化，且不随时间变化，此温度场为一维稳态温度场。 1.2 等温面在同一时刻，具有相同温度的各点组成的面称为等温面。因为在空间同一点不可能同时有两个不同的温度，所以温度不同的等温面不会相交。 1.3 温度梯度从任一点起沿等温面移动，温度无变化，故无热量传递；而沿和等温面相交的任一方向移动，温度发生变化，即有热量传递。温度随距离的变化程度沿法向最大。温度梯度：相邻两等温面间温差△t与其距离△n之比的极限。〖说明〗温度梯度为向量，其正方向为温度增加的方向，与传热方向相反。稳定的一维温度场，温度梯度可表示为：grad t = dt/dx

2. 热传导的基本定律——傅立叶定律物体或系统内导热速率的产生，是由于存在温度梯度的结果，且热流方向和温度降低的方向一致，即与负的温度梯度方向一致，后者称为温度降度。傅立叶定律是用以确定在物体各点存在温度差时，因热传导而产生的导热速率大小的定律。定义：通过等温面导热速率，与其等温面的面积及温度梯度成正比： q = dQ/ds = -λ·dT/dX 式中：q 是热通量（热流密度），W/m2 dQ是导热速率，W dS是等温表面的面积，m2 λ是比例系数，称为导热系数，W/m·℃ dT / dX 为垂直与等温面方向的温度梯度 “－”表示热流方向与温度梯度方向相反 3. 导热系数将傅立叶定律整理，得导热系数定义式： λ= q/(dT/dX) 物理意义：导热系数在数值上等于单位温度梯度下的热通量。因此，导热系数表征物体导热能力的大小，是物质的物性常数之一。其大小取决于物质的组成结构、状态、温度和压强等。导热系数大小由实验测定，其数值随状态变化很大。 3.1 固体的导热系数金属：35～420W/(m·℃)，非金属：0.2～3.0W/ (m·℃) 〖说明〗

人们都知道热传导有三种形式

人们都知道热传导有三种形式：辐射、传导、对流。 ①热传导：热量从系统的一部分传到另一部分或由一个系统传到另一系统的现象叫做热传导。热传导是固体中热传递的主要方式。在气体或液体中，热传导过程往往和对流同时发生。各种物质的热传导性能不同，一般金属都是热的良导体，玻璃、木材、棉毛制品、羽毛、毛皮以及液体和气体都是热的不良导体，石棉的热传导性能极差，常作为绝热材料。热从物体温度较高的一部分沿着物体传到温度较低的部分的方式叫做热传导。 ②对流：液体或气体中较热部分和较冷部分之间通过循环流动使温度趋于均匀的过程。对流是液体和气体中热传递的主要方式，气体的对流现象比液体明显。对流可分自然对流和强迫对流两种。自然对流往往自然发生，是由于温度不均匀而引起的。强迫对流是由于外界的影响对流体搅拌而形成的。靠气体或液体的流动来传热的方式叫做对流。 ③热辐射：物体因自身的温度而具有向外发射能量的本领，这种热传递的方式叫做热辐射。热辐射虽然也是热传递的一种方式，但它和热传导、对流不同。它能不依靠媒质把热量直接从一个系统传给另一系统。热辐射以电磁辐射的形式发出能量，温度越高，辐射越强。辐射的波长分布情况也随温度而变，如温度较低时，主要以不可见的红外光进行辐射，在500摄氏度以至更高的温度时，则顺次发射可见光以至紫外辐射。热辐射是远距离传热的主要方式，如太阳的热量就是以热辐射的形式，经过宇宙空间再传给地球的。高温物体直接向外发射热的现象叫做热辐射。热的导体各种物体都能够传热，但是不同物质的传热本领不同．容易传热的物体叫做热的良导体，不容易传热的物体叫做热的不良导体。金属都是热的良导体。瓷、木头和竹子、皮革、水都是不良导体。金属中最善于传热的是银，其次是铜和铝．最不善于传热的是羊毛、羽毛、毛皮、棉花，石棉、软木和其他松软的物质。液体，除了水银外，都不善于传热，气体比液体更不善于传热．散热器材料的选择散热片的制造材料是影响效能的重要因素,选择时必须加以注意!目前加工散热片所采用的金属材料与常见金属材料的热传导系数: 金 317 W/mK 银429 W/mK 铝401 W/mK 铁237 W/mK 铜 48 W/mK AA6061型铝合金155 W/mK AA6063型铝合金201 W/mK ADC12型铝合金96 W/mK AA1070型铝合金226 W/mK AA1050型铝合金209 W/mK 热传导系数的单位为W/mK,即截面积为1平方米的柱体沿轴向1米距离的温差为1开尔文(1K＝1℃)时的热传导功率. 热传导系数自然是越高越好,但同时还需要兼顾到材料的机械性能与价格.热传导系数很高的金、银,由于质地柔软、密度过大、及价格过于昂贵而无法广泛采用;铁则由于热传导率过低,无法满足高热密度场合的性能需要,不适合用于制作计算机空冷散热片.铜的热传导系数同样很高,可碍于硬度不足、密度较大、成本稍高、加工难度大等不利条件,在计算机相关散热片中使用较少,但近两年随着对散热设备性能要求的提高,越来越多的散热器产品部分甚至全部采用了铜质材料.铝作为地壳中含量最高的金属,因热传导系数较高、密度小、价格低而受到青睐;但由于纯铝硬度较小,在各种应用领域中通常会掺加各种配方材料制成铝合金,寄此获得许多纯铝所不具备的特性,而成为了散热片加工材料的理想选择.

【Selected】热传导与热辐射大作业报告.doc

一、作业题目一矩形平板,，内有均匀恒定热源，在及处绝热，在及处保持温度，初始时刻温度为，如右图1所示： 1、求时，矩形区域内的温度分布的解析表达式； 2、若，，，，，热传导系数，热扩散系数。请根据1中所求温度分布用 MATLAB软件绘出下列结果，加以详细物理比较和分析： (a)300s内，在同一图中画出点、、、、（单位：m）温度随时间的变化； (b)200s内，画出点、、、、（单位：m）处，分别沿x、y方向热流密度值随时间的变化； (c)画出时刻区域内的等温线； (d)300s内，在同一图中画出点（单位：m）在分别等于，，情况下的温度变化； (e)300s内，比较点(9,6) （单位：m）在其它参数不变情况下热导率分别为、和的温度、热流密度变化； (f)300s内，比较点(9,6) （单位：m）在其它参数不变情况下热扩散系数分别为、和的温度、热流密度变化； 3、运用有限差分法计算2中(b)、(d)和(e)，并与解析解结果进行比较，且需将数值解与解析解的相对误差减小到1‰以下； 4、附上源程序和个人体会；以报告形式整理上述结果，用A4纸打印上交。二、作业解答 1、求时，矩形区域内的温度分布的解析表达式；解答：我们令，则可以得到一个方程和边界条件：（1-1）将上式分解为一个的稳态问题：（1-2）和一个的其次问题：（1-3）