ch6.传导传热
热能的传导与传热
热能的传导与传热热能的传导是指物体内部热量的传递过程，而传热则是指热量从一个物体传递到另一个物体的过程。
热能的传导和传热是热力学领域中的重要概念，其了解对于热工学、物理学等学科都具有重要的意义。
一、热能的传导热能的传导是指热量从一个物体的高温区传递到低温区的过程，其中热量会经过物体内部的传导方式传递。
热能的传导一般分为三种方式：导热、传导和辐射。
1. 导热导热是指在固体中由于分子、原子之间的相互作用而发生的热传导现象。
在导热过程中，热量在固体中由高温区向低温区传递，同时物质内部的分子、原子也发生着热运动，这种热运动使得高温区的分子、原子能量减少，而低温区的分子、原子能量增加，最终达到热平衡。
2. 传导传导是指在液体或气体中由于分子间碰撞和相互传递能量而发生的热传导现象。
在传导过程中，当液体或气体受到加热时，分子内部的平均动能增加，从而使分子的平均碰撞频率增加，进而使热量从高温区传递到低温区。
3. 辐射辐射是指在真空或无遮挡的情况下，热量通过电磁波的方式传递的现象。
辐射是通过物体的热辐射而传递热量的，热辐射的波长范围一般在0.1微米至100微米之间。
热辐射的传热速度受温度、物体表面性质、面积以及辐射体和吸收体之间的距离等因素的影响。
二、传热传热是热能从一个物体传递到另一个物体的过程。
传热一般分为三种方式：导热传热、对流传热和辐射传热。
1. 导热传热导热传热是指热传递通过固体直接传递的过程。
当两个物体接触时，由于温度差异，热量会从高温物体传递到低温物体，通过导热的方式传递。
2. 对流传热对流传热是指热传递通过液体或气体的流动传递的过程。
在对流传热中，热量通过固体与流体的接触，经过对流的方式传递。
对流传热可以分为自然对流和强制对流两种方式，其中自然对流是指由于密度差异产生的流动引起的对流传热，而强制对流则是通过外力驱动流体的流动来实现对流传热。
3. 辐射传热辐射传热是指热能通过电磁波的辐射传递的过程。
热能的传导与传热
热能的传导与传热热能是物体内部分子或粒子的运动状态，其传导是指热能在物体内部通过分子或粒子间的相互碰撞传递的过程。
而传热则是热能通过不同物质之间的传递。
一、热能传导的基本原理热传导是由物体内部高温区域到低温区域传递热能的过程。
在固体中，热能通过固体分子间的碰撞传递。
固体中分子、原子间的振动和相互碰撞是这种传导的主要方式。
分子振动时，其周围的分子也会受到影响而发生振动，从而传递热量。
导热时，固体中的孔隙和杂质是导热的障碍物，会阻碍热能的传播。
二、导热性能与物质特性物质的导热性能指的是物质传递热能的能力。
导热性能与物质的热传导系数有关，热传导系数越大，导热性能越好。
不同物质的导热性能差异很大，例如金属的导热性能较高，而塑料的导热性能较低。
因此，在实际应用中，我们可以根据材料的导热性能来选择合适的材料。
三、热传导的影响因素导热的过程受到多种因素的影响，其中主要包括以下几个方面：1.温度差：温度差越大，热传导速率越快。
这是因为温度差会使得分子的热能差距增大，从而促进了热能的传导。
2.物质的导热性能：不同物质具有不同的导热性能，导热性能越好的物质，热传导速率越快。
3.物质的形态和结构：在同一材料中，颗粒越致密，结构越完整，热传导速率越慢。
4.物质的面积和厚度：物质的热传导速率与其面积成正比，与其厚度成反比。
面积越大，热传导速率越快；厚度越大，热传导速率越慢。
5.导热介质：在一些情况下，我们会使用导热介质来提高热传导效率。
导热介质可以促进热能的传递，减少传热的阻力。
四、传热的基本方式热能的传热可以通过辐射、传导和对流等多种方式进行。
1.辐射：辐射是指热量通过电磁波的传播而传热。
辐射不需要介质，它是在真空中也能传热的方式。
例如，太阳的热能就是通过辐射传递给地球的。
2.传导：传导是指热量通过物质内部的传播而传热。
如前文所述，传导是通过分子间的碰撞传递热能的方式。
3.对流：对流是指液体或气体内部因温差而产生的流动，从而带走或带入热能。
传热过程基础知识
传热过程基础知识传热过程是一个物体或系统与其周围环境之间热量交换的过程。
热量是指能量的转移，可以通过辐射、传导和对流三种方式传递。
首先，我们来看辐射传热。
辐射传热是指物体通过电磁波的传播而向周围环境传递热量。
辐射传热不需要介质的存在，它可以在真空中传输热量。
这是因为所有物体都会产生热辐射，用一个术语叫做黑体辐射。
黑体辐射的强度与物体的温度有关，温度越高，辐射的能量越多。
例如，太阳发出的光和热就是一种辐射传热。
传导传热是指物体之间的热量通过分子或原子之间的碰撞传递。
这种传热方式通常发生在固体物体中，因为固体物体的分子或原子之间是紧密排列的。
热传导通常发生在热端和冷端之间存在温度差的物体中。
当物体的一部分受热后，分子或原子的振动能量会传递给相邻的分子或原子，从而传递热量。
对流传热是指液体或气体中的热量通过流体的运动和对流传递给周围环境。
对流传热通常包括自然对流和强制对流两种方式。
自然对流是指流体受热而形成的密度梯度引起的自发流动。
如在锅中烧开水时，底部热水会上升，而冷水会下降，形成对流循环。
强制对流是指通过外力的作用，如风或泵浦，使流体产生对流流动。
例如，空调中的风扇可以通过强制对流将室内的热空气排出室外，从而降低室内温度。
除了以上三种传热方式，还存在相变传热和混相传热。
相变传热是指物体在相变过程中释放或吸收热量。
当物体发生相变时，其温度保持不变，所吸收或释放的热量用于相变过程。
例如，冰块融化时，吸收的热量被用于将冰转化为水。
混相传热是指不同相（如气相和液相）之间的热量转移。
这种传热方式通常发生在液滴蒸发和冷凝过程中。
传热过程的速率可以通过热传导、辐射和对流传热的传热系数来衡量。
传热系数是指单位时间内单位面积上热量的传递速率与温度差的比值。
热传导传热系数取决于物体的导热性质，如热导率。
辐射传热系数取决于物体的辐射性质，例如发射率和吸收率。
对流传热系数取决于流体的流动性质，如流速和流体的粘度。
传热过程在许多实际应用中起着重要作用，如建筑物的供暖和空调、发动机的冷却、工业生产中的加热与冷却等。
热量传导与传热机制分析
热量传导与传热机制分析热量传导是热能在物体内部自发传递的过程，是热能从高温区域向低温区域传递的方式之一。
它是热力学和热工技术中重要的基础理论，对于我们理解和应用许多热工学现象具有重要意义。
1. 热量传导的基本原理热量传导是由于物体内部存在温度差异而产生的。
温度高的物体分子具有较大的平动和振动能量，碰撞力较大，而温度低的物体分子则相对较小。
当两物体接触时，温度高的物体中的分子会与温度低的物体中的分子发生碰撞，并将一部分能量传递给温度低的物体。
这样，温度高的物体会逐渐降低温度，而温度低的物体则逐渐升高温度，直到两者达到热平衡。
2. 热量传导的传热方式热量传导的传热方式主要有三种：导热、对流传热和辐射传热。
导热是指热量通过物体内部的传递。
物体的导热性能主要取决于物质的热导率。
金属等导热性能良好的物质由于分子间的结构紧密，导热性能较强，而气体和液体的导热性能相对较弱。
导热过程中，热量的传递是由高温区到低温区的。
对流传热是在流体中发生的热量传递。
流体的传热过程中，除了热量传导外，还涉及到流体的热量对流传递。
热量经过流体的对流传递，能够大大提高热量传递效率。
如煮沸水中，开水产生的蒸汽不仅通过热量传导传递热量，同时也通过对流传递到环境中。
辐射传热是通过电磁辐射的方式传递热量。
热量的传递是通过物体发射和吸收辐射能量来完成的。
即使在真空中也能进行辐射传热，就像太阳的热量通过太空中的辐射传递到地球上一样。
辐射传热不需要介质，可以在真空中进行，因此具有广泛的应用。
3. 热量传导的影响因素热量传导的速率与材料的导热性能和温度差有关。
不同的材料导热性能各不相同，在工程上常用热导率来度量。
热导率越大，热量传导越快。
材料的形状和尺寸也会影响热量传导的速率。
相同材料，不同形状和尺寸的物体，热量传导的速度也会有所不同。
一般来说，物体的面积越大，热量传导的速率越快。
此外，温度差也是影响热量传导速度的因素之一。
在温度差较大时，物体之间的热量传递速度更快。
热的传递与节能学习热的传递方式与节能措施
热的传递与节能学习热的传递方式与节能措施热的传递是热力学中一个重要的概念，同时也是我们日常生活中不可避免的一个现象。
在能源高效利用和节能减排的背景下，研究和应用热的传递方式以及采取节能措施变得尤为重要。
本文将就热的传递方式和节能措施进行探讨和分析。
一、热的传递方式热的传递方式主要包括传导、传热和辐射三种形式。
1. 传导传导是热从高温物体到低温物体的传递方式，通过物体内部的微观振动和快速随机运动来实现。
传导的速率与物质的导热系数相关，导热系数越高，传导速度越快。
传导的例子包括铁质物体的传热和地面的传热等。
2. 传热传热是指热通过流体介质传递的方式，常见的传热方式有对流传热、辐射传热和相变传热等。
对流传热是热通过流体的流动来传递，是建筑物空调、风扇等设备传热的基础。
辐射传热是指热以电磁波的形式传递，如太阳辐射照射到地球上。
相变传热则是热通过物质的相变来传递，如水的沸腾和凝结过程。
3. 辐射辐射是指热以电磁波的形式传递，通过发射和吸收辐射热来实现。
辐射传热不需要介质作为媒介，如阳光辐射到地球上。
二、节能措施为了实现热能资源的有效利用和减少能源浪费，人们提出了许多节能措施。
1. 建筑节能建筑节能是指在建筑的设计、施工和使用过程中，采取一系列的技术手段，减少能源的消耗。
例如，在建筑的外墙和屋顶增加隔热层，减少热的传递；采用节能型窗户和门窗，减少热的散失；利用太阳能等可再生能源进行供暖和照明等。
2. 工业节能工业节能是指在生产和制造过程中，通过改进生产工艺、提高设备效率和优化能源结构等措施，实现能源的节约和效益提高。
例如，通过优化设备的运行参数和节能控制系统，减少能源消耗；利用高效的余热回收技术，将废热转化为热能资源等。
3. 交通节能交通运输是日常生活中能源消耗较大的领域之一，进行交通节能可以有效减少能源浪费和环境污染。
采取合理的出行方式，如公共交通和步行，减少私人车辆的使用；使用高效节能的交通工具，如混合动力汽车和电动车等；推广环保驾驶理念，合理行驶，降低能源消耗。
传导传热的原理
传导传热的原理传导传热是一种通过物质直接接触而传递热量的过程。
它是三种传热方式中最常见的一种，也是我们日常生活中经常遇到的一种传热方式。
传导传热的原理可以通过分子动理论来解释。
根据分子动理论，物质是由大量微观粒子（分子或原子）组成的，粒子之间存在着相互作用力。
在固体中，这些微观粒子相对位置稳定，能量处于平衡状态。
但是，当固体物体的一部分受热时，热能使得该部分微观粒子振动加剧，能量增加。
接下来，这些振动加剧的微观粒子会传递给相邻的微观粒子，使其振动加剧，能量逐渐传递下去。
这样一来，固体中的热量就从一个部分传递到了另一个部分，完成了传导传热的过程。
传导传热的速度与物质的导热性质有关。
导热性质是指物质传导热量的能力，不同的物质具有不同的导热性质。
一般而言，金属具有较好的导热性质，因为金属中的自由电子能够快速传递热量。
而绝缘材料则具有较差的导热性质，因为绝缘材料中的电子运动受限，不能有效传递热量。
传导传热还受到温度梯度的影响。
温度梯度是指热量从高温区向低温区传导时，温度的变化率。
通常情况下，热量会自然地从高温区传递到低温区，直到两者达到热平衡。
温度梯度越大，热量传导速度越快。
这也是为什么我们感觉物体上方比下方温度高，因为热量会沿着温度梯度方向传导。
传导传热的速率还受到物体形状和大小的影响。
具体而言，传导传热的速度与物体的截面积、长度以及传热面的形状有关。
在相同温度梯度下，传热速率正比于物体截面积，反比于物体长度。
此外，传热面的形状也会影响传热速率。
例如，传热面积越大，传热速度越快。
传导传热是一种通过物质分子间相互碰撞传递热能的过程，它在我们日常生活中起着重要的作用。
我们常常通过传导传热来制作热饮料、烹饪食物、加热室内等。
同时，在工业生产中，也广泛应用了传导传热的原理，如制造电子元件、冷却设备等。
需要注意的是，不同材料的导热性质不同，因此在传导传热过程中，热能的传递速度也会有所不同。
为了提高传导传热的效率，我们可以使用导热性能较好的材料，或者改变物体形状和大小来达到相应的目的。
热能的传递了解传导辐射和对流的热传递方式
热能的传递了解传导辐射和对流的热传递方式热能的传递：了解传导、辐射和对流的热传递方式热传递是热能从高温物体传递到低温物体的过程。
在热传递过程中，有三种主要的传热方式，分别是传导、辐射和对流。
本文将详细介绍这三种热传递方式，帮助我们更好地理解热传递的基本原理。
一、传导热传递传导是热能在固体或液体中通过分子之间的碰撞传递的方式。
当物体的一部分受热时，分子会增加其振动，然后通过与相邻分子的碰撞将热传递到相邻部分。
传导热传递的速度取决于物体的导热性能和温度差异。
导热性能是物质传导热量的能力，一般使用导热系数来表示。
不同的物质具有不同的导热系数，导热系数越大，该物质导热性能越好。
二、辐射热传递辐射是指热量通过电磁辐射的方式传递。
无论是在真空中还是在空气中，辐射热传递都能够发生。
任何物体只要有温度，都会发射电磁波，这些电磁波能够携带热能。
辐射热传递的速度与物体的温度的四次方成正比。
辐射传热的特点是它能在真空中传热，热辐射可以从高温物体发出、穿过真空媒介，到达低温物体，实现热量的传递。
这在太空中的传热过程中起到了重要作用。
三、对流热传递对流热传递是通过流体介质（液体或气体）的对流运动进行热量传递的方式。
对流传热的过程需要涉及到物体表面与流体之间的传递和流体的流动。
对流传热有两种基本形式：自然对流和强制对流。
自然对流是指由温差引起的流体密度差异，产生自然流动的现象。
而强制对流是通过外界力驱动流体的流动，比如风扇或泵等。
对流热传递的速度取决于温度差异、流体的性质以及流体流动的速度。
流体的流动会带走物体表面的热量，加速热能的传递。
综上所述，传导、辐射和对流是三种不同的热传递方式。
传导是通过分子之间的碰撞传递热能；辐射是通过电磁辐射传递热能；对流是通过流体介质的对流运动传递热量。
不同的热传递方式在不同的条件下起到不同的作用，我们可以根据具体情况选择合适的方式来实现热量的传递。
通过对热传递方式的了解，我们可以更好地应用于实际生活中的问题。
传热的基本原理
传热的基本原理
传热是指热量从一个物体传递到另一个物体的过程。
热量传递可以通过三种基本途径发生：传导、对流和辐射。
传导是指热量通过物质内部的分子或离子的振动和碰撞来传递的过程。
当一个物体的一部分受热时，其分子通过振动和碰撞将能量传递给周围的分子，从而逐渐使整个物体达到热平衡。
传导的速率取决于物体的导热性质，即物体的热导率。
热导率越高，传导速率越快。
对流是指流体（气体或液体）的传热过程。
当一个物体受热时，周围的流体也会受热并产生密度变化，从而形成对流流动。
对流能够有效地传递热量，因为流体的流动会带走热量并将其传递到其他地方。
对流的速率取决于流体的热扩散性质和流体的流动性质。
辐射是指热量以电磁波的形式传递，无需通过物质进行传导或对流。
所有物体都会辐射热量，其强度取决于物体的温度和辐射特性。
辐射热量可以在真空中传递，也可以在透明的介质（例如空气或玻璃）中传递。
在实际情况中，传热往往是以上三种方式的综合作用。
例如，在烹饪中，热量通过盖子底部的传导传递给锅内的食物，然后通过对流将热量均匀分布到整个食物中。
而太阳的热量则通过辐射传递到地球表面，然后通过导热和对流进一步分布到大气层和海洋中。
了解传热的基本原理对于很多日常生活和工程应用都非常重要。
通过控制传热过程，我们可以更好地设计和改进热交换设备、节能系统以及热管理系统，从而提高能源利用效率，减少能源消耗。
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解：炉墙单位面积上的热损失：
q
1 2 3 1 2 3
t1 t 4
850 50 512 W / m 2 0.125 0.125 0.005 0.40 0.1 40
中间温度：
t2 t1 q
t3=?
1
s1
850 512
0.125 690 ℃ 0.40
平壁稳定导热特点： q 为常数
q
x0
h 1 ( t f1 t w1 )
λ q ( t w1 t w2 ) δ q x h 2 ( t w 2 t f2 )
t f1 t f 2 q 1 δ 1 h1 λ h 2
15:45:07 第6章 传导传热
W/m2
7
x δ
m tf t m f ( Bi, Fo ) 0 tf t0
t ti x f f ( Bi, ) m tf t0
x
x 0
图11-14 P146；图11-16、11-17 P147
图11-15 P146；图11-18、11-19 P148
tw tm
1 0.93 0.0007t 0.93 0.0007
2 t 2 t1 q 1 1087 C 1
与假设基本相符。
1
15:45:08
第6章 传导传热
19
6.1 稳定导热
4、二维稳定导热 如半无限大平薄板（x方向有限尺寸L，y方向→∞，z方向薄）
2t 2t 2 0 2 x y
物体内外温度差的相对大小表示
Bi 0.1
薄材
15:45:08
第6章 传导传热
26
6.2.1 不稳定导热基本概念 5．有限厚与无限厚
透热深度超过物体实际厚度——
有限厚
15:45:08
透热深度未超过物体实际厚度— —无限厚
第6章 传导传热 27
6.2.2 不稳定导热分析解
1、第三类边界条件“有限厚”
6.1 稳定导热
（2）第三类边界条件 圆筒壁内半径为r1，外半径为r2 两侧流体温度为 t f >
1
tf
2
对流换热系数分别为h1及h2
h1
h2
t f1 t f2 t f1 t f 2 ql 1 1 r2 1 1 1 d2 1 ln ln 2 r1 h1 2 λ r1 2 r2 h 2 d1 h1 2 λ d1 d 2 h 2
2
积分
t C1 C2 x
t w1 t x t w1 t w2
x 0 t t w1
t t w2
第6章 传导传热
3
6.1 稳定导热
t w1 t x t w1 t w2
t w1 t w 2 dt dx
dt q dx
导热通量 q t w1 t w 2 导热量 Q t w1 t w 2 A
边界条件：x=0，t=0;x=L，t=0；y=0,t=t0;y=∞,t=0 应用分离变量法求解，设t=X(x)Y(y),则
1 d 2 X 1 d 2Y 2 X dx2 Y dy2 d2X d 2Y 2 2 X 0 , Y 0 dx2 dy2
15:45:08 第6章 传导传热 20
15:45:08 第6章 传导传热
当导热系数为常数时， 导热量Q为常数
10
6.1 稳定导热
单位管长热流 ql
t w1 t w 2 Q ql 1 d2 l ln 2π λ d1
W/m
d2 Rl ln 2 λ d1 1
对n层圆筒壁
单位长度圆筒壁的导热热阻，单位为m· ℃/W
ql
6.1 稳定导热
t f1 t f 2 q 1 δ 1 h1 λ h 2
外热阻 内热阻 外热阻
W/m2
n层平壁：
q
t f1 t f 2
n δi 1 1 h1 i 1 λ i h 2
W/m2
表面温度
15:45:07
t w1
1 t f1 q h1
t w2 t f 2
6.1 稳定导热
常系数齐次线性方程，其通解
nx X C1 cos(x ) C 2 sin(x ) C 2 sin(nx / L) C n sin L n 0
Y C 3 e y C 4 e y C 4 e n y / L t XY An e
dt Q 4r 2 dr
分离变量积分
r r1 t t w1
r r2 t tw2
Q
n
t w1 t w 2 Q 1 1 1 4 r1 r2
W
多层球壁导热量
t w1 t w( n 1) 1 1 1 ri 1 i 1 4i ri
温度场随时间变化,
Fo ,
稳定
毕渥数
Bi
hL
1 h
L
物体内部的导热热阻 物体表面以外的传热热 阻
平壁：厚度之半（对称加热） 圆筒壁：半径
L—定形尺寸
努塞尔数
Nu
hL
L—定形尺寸
15:45:08
平壁：长度 管道：内径
第6章 传导传热 25
6.2.1 不稳定导热基本概念 4．薄材与厚材
t w f ( ) C
q w f ( ) C
t f f ( ) C h f ( ) C
h( t w t f ) λ t n
w
24
边界条件
第二类
第三类
15:45:08
第6章 传导传热
6.2.1 不稳定导热基本概念 3．相似特征数
傅里叶数
a Fo 2 L
tw(i 1) tw1 Q( R1 R2 Ri )
t w( i 1) t w1 q ( r1 r2 r i )
15:45:07 第6章 传导传热 5
6.1 稳定导热
复合平壁导热
15:45:07
第6章 传导传热
6
6.1 稳定导热
（2）第三类边界条件
当导热系数 为常数时，导热通量
15:45:07
K
W/m2
R A
W
r
4
q
为常数。
第6章 传导传热
6.1 稳定导热
多层平壁导热
q
t w1 t w ( n 1)
r
i 1
n
n
W/m2
i
Q
t w1 t w ( n 1)
R
i 1
W
i
各层界面温度：
平壁导热系数为常数时，壁内温度场是线性的。 如果，
0 1 bt
壁内温度场？
试算法
[例10-1]-[例10-3] P138
15:45:08
第6章 传导传热
16
6.1 稳定导热
例题6-1、某冶金炉炉墙分别由耐火砖、保温层、金属薄板组成，厚度 分别为125, 125，5 mm，导热系数分别为0.40, 0.10, 40 W/m.℃。已 知炉内、外侧壁温分别为850℃，50℃，求炉墙单位面积上的热损失 及炉墙的温度分布。
1 q h2
8
第6章 传导传热
6.1 稳定导热
2．圆筒壁稳定导热
（1）第一类边界条件
无限长（实际上长度为外径的8-10） 圆筒壁，沿径向的导热 ——一维圆筒壁稳定导热
内半径为r1，外半径为r2 导热系数 两表面温度为tw1＞ tw2
为常数
积分
d dt r 0 dr dr
15:45:07 第6章 传导传热
9
6.1 稳定导热
t C1 ln r C2
r r1 t t w1
r r2
当导热系数
t tw2
r1 ln t w1 t r r1 t w1 t w 2 ln r2
为常数时，圆筒壁内温度场呈对数曲线分布
dt dt Q A 2rl W dr dr t w1 t w 2 t w1 t w 2 = Q d2 1 r 1 ln 2 ln 2 π λ l r1 2 π λ l d1
t w1 t w ( n 1 )
R
i 1
n
t w1 t w ( n 1 )
li
i 1
n
d i 1 1 ln 2 λ i di
i
W/m
各层之间的温度
t w( i 1) t w1 ql ( Rl1 Rl2 Rl )
第6章 传导传热 11
15:45:08
15:45:08
第6章 传导传热
17
6.1 稳定导热
例题6-2、某冶金炉炉墙分别由硅砖、轻质粘土砖组成，厚度分别 为460, 230 mm。已知炉内、外侧壁温分别为1600℃，150℃，求 炉墙单位面积上的热损失及炉墙的温度分布。 解：查资料得硅砖：λ1=0.93+0.0007t； 轻质粘土砖：λ2=0.35+0.00026t。 采用试算法先假设t2=1100℃，则：
Ai 1 Ai Ai 1 ln Ai
i i
圆筒壁
Acpi
i ri 1 ri
对数平均值
Ai 2ril
球壁
Acpi Ai Ai 1
i ri 1 ri
几何平均值
Ai 4ri2
15:45:08
第6章 传导传热
15
6.1 稳定导热
壁内实际温度场