2012年二级建造师辅导-热量传递的基本方式
热传递热量通过流体的对流传递
热传递热量通过流体的对流传递热量传递是指热量从高温物体传递到低温物体的过程。
传热的方式有三种：传导、对流和辐射。
在介绍流体的对流传热之前，先了解一下传热的基本知识。
一、热传递的基本原理热传递是能量的传递方式，能量从高温物体到低温物体传递，使两者达到热平衡。
热传递的方式有传导、对流和辐射三种。
（一）传导传导是指通过物质内部的分子热振动传递热量的过程。
热量沿温度梯度从高温区域传递到低温区域。
传导率取决于物质的导热性质和温度梯度。
常见的固体和液体都能够传导热量。
（二）对流对流是指通过物体表面上的流体（比如液体或气体）的运动传递热量的过程。
对流分为自然对流和强制对流两种形式。
自然对流是指在温差的驱动下，流体由于密度的差异而形成的运动。
比如，加热后的空气密度减小，上升形成对流。
强制对流是指通过外部力（如风或泵）使流体运动，从而传递热量。
强制对流可以通过风扇或泵等设备来搅动流体，加速热量传递。
（三）辐射辐射是指通过电磁波将热量从发光物体传递到其他物体的过程。
辐射可以在真空中传递，无需介质传递。
常见的辐射形式有电磁波、红外线和可见光等。
二、流体的对流传热流体的对流传热是指通过流动的流体传递热量的过程。
流体的对流传热包括自然对流和强制对流。
（一）自然对流传热自然对流传热是指在温差作用下，流体通过密度的差异而产生的运动，从而传递热量。
自然对流传热的机理是流体受热后密度下降，体积膨胀，从而使流体向上运动。
同时，冷却后的流体密度增加，使流体向下运动。
形成这种循环运动的力称为浮力。
自然对流传热最常见的例子就是热气球。
在热气球中，空气被加热后变得轻，从而使热气球得以上升。
（二）强制对流传热强制对流传热是通过外部力（如风或泵）使流体运动，从而传递热量。
强制对流传热的机理是外部力搅动流体，使流体中的高温部分与低温部分混合，加速热量的传递。
在实际工程中，强制对流传热是非常常见的应用。
比如，利用风扇将空气吹向加热元件，加速热量传递。
L02-热量传递的3种基本方式与传热过程-传热学
管壳式换热器中固体热阻可以忽略
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不同固体材质的传热阻力比较
比例 木头 0.5 100倍 珍珠岩 0.05 1000倍 铝 250 5倍
F1 A
传热阻 力对比
钢 50 1
tf1 tf 2 1 1 h h2 1
的宏观运动而把热量由一处传递到另一处的现象，称为热对流。
若热对流过程使具有质量流量G的流体由温度t1处流至温度t2处，
则此热对流过程传递的热流量为：
F Gc p t2 t1
流体中有温差— 对流换热必然同时伴随热传导,不是基本传热方式
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(表面)对流换热
对流换热： 流体与固体壁面间的换热
F
B t2 ~0 ℃
J.B. Biot & J.B. Fourier发现： t=(t1-t2) 两端的温差 传递的热量F
∝
L A
长度 横截面积
传递的热量
F AC
t 温差 面积 系数 x 长度
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dt F AC dx
6
导热所遵循的自然规律
A t1 ~100 ℃
热流
F
q ht
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空气：
20 ~ 100 w/m2· K
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10.3 热辐射
热辐射
定义：物体转化本身的热力学能向外发射辐射能的现象。 辐射换热：物体间靠热辐射进行的热量传递
辐射
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热辐射(和辐射换热)的特点
•所有物体都具有辐射能力; •不需要冷热物体的直接接触；即：不需要介质的存在，在真空中就
1
2
3
材料 + 操作工况
热量传递的三种基本方式导热(热传导)、对流(热对流)和热辐射。
一. 大空间自然对流换热的实验关联式 工程中广泛使用的是下面的关联式：
l / d 60
层流
湍流
二. 横掠管束换热实验关联式
• 外掠管束在换热器 中最为常见。 • 通常管子有叉排和 顺排两种排列方式。 顺叉排换热的比较： 叉排换热强、阻力 损失大并难于清洗。 影响管束换热的因 Pr 素除 Re 、 数外，还 有：叉排或顺排； 管间距；管束排数 等。
后排管受前排管尾流的扰动作用对平均表面传热系数的影 响直到10排以上的管子才能消失。 这种情况下，先给出不考虑排数影响的关联式，再采用管 束排数的因素作为修正系数。 气体横掠10排以上管束的实验关联式为
(5) 流体的热物理性质：
3 密度 [kg m ] 热导率 [ W (m C) ] 2 比热容 c [J (kg C) ] 动力粘度 [ N s m ] 运动粘度 [m 2 s] 体胀系数 [1 K ]
1 v 1 v T p T p
Nu c Re n Nu c Re n Pr m Nu c(Gr Pr)n
式中，c、n、m 等需由实验数据确定，通常由图解法和 最小二乘法确定
④常见准则数的定义、物理意义和表达式，及其各量的 物理意义
⑤模化试验应遵循的准则数方程 强制对流:
Nu f (Re, Pr)； Nu x f ( x ' , Re, Pr)
导热热阻：平壁，圆筒壁
q
t w1 t w 2 t w1 t w 2
t r t R
t
t w1
dt
dx
Φ
A
Q
0
tw2
R A
r
热量的传导方式
热传递有热传导、热对流和热辐射三种基本方式。
热传导与热对流都需要一个中间介质，而热辐射则不需要。
热量从火焰传递到可燃物上，会导致可燃物热解、碳化或者起火。
热量传递的驱动力是能量差（温差），即热量总是从高温向低温物体传递。
一、热传导热传导属于接触传热，大量分子、原子或电子的互相撞击，使能量从物体温度较高部分传至温度较低部分的过程。
同时加热一段铜管（左）、钢管（右），7分钟后，左边的铜管温度上升至96℃，右边的钢管上升至30.6℃，这主要是因为这两种材料的导热系数不相同。
导热系数是物质导热能力的量度，又称热导率。
例如，铜的导热系数是387W/mK，钢的导热系数是45.8W/mK，而聚氨酯泡沫是0.034W/mK（常用于冷冻仓库）。
在这三者里面，铜是最佳的导热体，聚氨酯泡沫是导热性能最差的导热体，也是热的绝缘体。
二、传导热通量单位时间传递的热量可以用热通量表示，热通量也叫热流，表示热能传递的速率。
流经导热体的热通量（热能/单位面积）取决于以下要素：温差：温差越大，热传导速率越大（热流密度大）传导距离：热传导距离越短，热传导率/单位面积（热流密度）越高，距离越长，热传导率/单位面积（热流密度）越低。
材料的导热系数：导热系数越高，热传导率/单位面积越高（热流密度越大）。
在火场中，我们通常会通过门把手来预判屋内温度(建议用热成像仪)，主要就是因为门把手通常都是铜制品，导热系数高。
三、热对流热对流是指在流体流动进程中发生的热量传递的现象。
它是室内火灾早期热传递的主要方式，热烟气（热对流）能向各个方向传递热量。
例如给水加热，首先底部附近的水被加热，被加热的流体上升，较冷的水下沉取代它。
火灾中产生的热气和它们流过的气体表面会发生对流传热，气体的流速越高，对流换热的速率越大。
对流换热主要有两种形式：自然对流和强迫对流。
在自然对流中，气体在材料上流动的速度是由于气体表面和气体之间的温差所产生的浮力引起热气流的流动。
上图为自然对流，我们可以看到烟气热对流对泡沫的影响。
热量传递的基本方式
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。
发射热辐射时：内热能 辐射能 ；
（2）所有实际物体都具有吸收热辐射的能力， 物体吸收热辐射时：辐射能 内热能 ；
（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
tw1
热流量：单位时间传导的热量,W
tw2
Atw1 tw2
: 材料的热导率（导热系数）： 0
表明材料的导热能力，W/(m·K)。
x
3
热流密度 q :单位时间通过单位面积的热流量
qtw1tw2
A
ቤተ መጻሕፍቲ ባይዱ
Atw1 tw2
tw1 t w 2
tw1 tw 2 R
A
R A
称为平壁的导热热阻，表示物体对 导热的阻力，单位为K/W 。
的现象
解释辐射现象的两种理论 ： 电磁理论与量子理论
电磁波的数学描述： c
c — 某介质中的光速, c c0 n
c0 3.0108 m/s 为真空中的光速; n 为介质的折射率。
— 波长, 常用m为单位, 1m = 10-6 m。
— 频率, 单位 s－1。
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电磁波的波谱：
射线： < 5×10-5 m X射线： 5×10-7 m < < 5×10-2 m 紫外线： 4×10-3 m < < 0.38 m 可见光： 0.38 m < < 0.76 m 红外线： 0.76 m < < 103 m 无线电波： > 103 m
对流换热类型 空气自然对流换热 水自然对流换热 空气强迫对流换热 水强迫对流换热 水沸腾 水蒸气凝结
热量传递的三种方式
热量传递的三种方式热量传递是指物体之间传递热能的过程，它可以通过三种方式进行：导热、对流和辐射。
本文将详细介绍这三种方式，并探讨它们在不同场景下的应用。
一、导热导热是指热量通过直接接触传递的方式。
在导热过程中，高温物体的分子具有更大的能量，它们与低温物体的分子发生碰撞并传递热能，使得低温物体的分子动能增加，温度升高。
导热是固体物体最常见的热量传递方式。
它的传输速度与物体的导热系数和温度差有关，即温度差越大、导热系数越大，导热速率越快。
导热也存在于液体和气体中，但其传输速度相对较慢。
在我们生活中，导热被广泛应用于热传导、散热和保温等领域。
例如，热传导在烹饪中起到重要作用，当我们用锅加热食物时，锅底受热后，热量通过导热方式传递给食物。
另外，导热也是保温材料的分析基础，一些绝缘材料通过减缓导热速度来实现保温的效果。
二、对流对流是指热量通过流体运动传递的方式。
流体（包括气体和液体）中的分子具有自由度，它们可以通过运动来传递能量。
当流体受热时，其分子热运动增强，流体密度减小，由此产生的浮力使得流体发生对流运动。
对流分为自然对流和强迫对流两种形式。
自然对流是指由温度差引起的自发流动，如烟囱里的烟气上升。
强迫对流是通过外力施加来引起的，如风扇吹动空气。
对流在许多领域中起到重要作用，如空气和水的循环系统、热交换器和气候调节。
例如，冷气机通过强迫对流使室内热量散发到室外，实现室内温度的调节。
另外，风扇通过对流传热来提高材料表面的散热效果，常用于电脑散热系统。
三、辐射辐射是指热能以电磁波的形式传播的方式。
热辐射不需要介质，可以在真空中传播，而且传输速度非常快。
辐射的强度与物体的温度和表面特性有关，温度越高、表面越黑，辐射强度越大。
热辐射广泛应用于能源利用、光照和生物医学等领域。
例如，我们常常用太阳能电池板将太阳辐射转化为电能。
此外，在医学中，热辐射被应用于肿瘤治疗，高能量的辐射能够破坏肿瘤细胞，起到治疗作用。
综上所述，热量传递的三种方式：导热、对流和辐射，在我们的日常生活中扮演着重要角色。
第9章 热量传递的基本方式
t w —固体壁表面温度 ℃ t f —流体温度 ℃
6
表面传热系数h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（自然对流或强迫对流）；
（4）物体表面的形状、尺寸；
A
tw1 tw 2
0
x
tw1 tw 2
A
tw1 tw 2 R
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（3）右侧的对流换热
t w 2 tf 2 t w 2 tf 2 Ah2 tw2 tf 2 1 Rh 2 Ah2 在稳态情况下，以上三式的热流量相同，可得 tf 1 tf 2 tf 1 tf 2 tf 1 tf 2 1 1 R R R R k h1 h2 Ah1 A Ah2
紫外线： 4×10-3 < < 0.38 m 可见光： 0.38 < < 0.76 m 红外线： 0.76 < < 103 m 无线电波： > 103 m
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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 , 包括部 分紫外线、可见光和部分红外线三个波段 。
通过单位面积平壁的热流密度为 tf 1 tf 2 q k tf1 tf 2 1 1 h1 h2 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。 19
本章结束
简述三种传热基本方式及其传热基本原理。
简述三种传热基本方式及其传热基本原理。
传热是研究物质之间热量转移的过程，它是众多物理学领域的重要组成部分。
对于很多行业和应用来说，从工程、医学到农业、环境等领域，热的传递是需要研究和掌握的。
传热一般基于三种基本机制，它们分别是对流传热，辐射传热和传导传热。
本文将简要介绍这几种传热机制及其基本原理。
第一，对流传热。
对流传热是指热量通过流体（气体和液体）的流动而传递，从而到达另外一个位置。
热导率通常被定义为单位时间内单位面积的温度差，即热通量除以温度差。
气体和液体都有比较低的热导率，但它们有较高的热容和热扩散系数。
对流传热的速度和效率取决于流体的速度和流动形态，以及其携带热量的能力。
第二，辐射传热。
辐射传热是指在真空中或介质中通过电磁波的传递而传热的一种现象。
辐射传热的基本原理是光和电磁波的波动，与传导传热和对流传热不同，它不需要介质传递热量。
因此，在真空中，只有辐射传热才能将热量传递到另一个物体。
当一个物体温度较高时，它会辐射出较高频率的热电磁波，这些波照射到另一个物体上，会导致该物体表面颗粒和分子的运动，以此来吸收热量。
第三，传导传热。
传导传热是物质内部微观分子的热量传递。
传热时，热量沿着物体的一个方向从高温区域到低温区域传递。
传导传热时，热量通过固体或液体中的分子运动，以及分子之间的能量传递来传递热量。
在传导传热过程中，物质往往会受到热源和外部环境温度的影响，而导致温度差异，从而产生热流。
综上所述，对流传热、辐射传热和传导传热是三种传热基本机制。
理解这些机制及其原理可以帮助研究人员在众多行业和领域进行更好的研究和应用。
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2012年二级建造师辅导:热量传递的基本方
式
热量传递的基本方式
热量传递有三种基本方式：
（1）导热，又称热传导
*导热是指物体各部分无相位移或不同物体直接接触时，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
*导热系数丸又称导热率，是指单位厚度的物体具有单位温度差时，在它的单位面积上单位时间的导热量。
（2）热对流
*依靠流体的运动，把热量由一处传递到另一处的现象，称为热对流。
*工程上常见的传热情况（如管壳式换热器、蒸汽锅炉的管束\冰箱的冷凝器等）往往不是单纯的热对流，而是流体与固体壁直接接触时的换热过程，这时既有热对流也伴随有热传导，已不再是基本传热方式，将其称为对流换热（又称放热）。
*对流换热表面传热系数（有时简称对流换热系数），
是指单位面积上，当流体同壁之间为单位温差，在单位时间内所能传递的热量，表达了该对流换热过程的强弱。
（3）热辐射
*依靠物体表面对外发射可见和不可见的射线（电磁波）传递热量称为热辐射，也称为辐射换热。
*热辐射传热过程并不需要像导热或热对流那样以冷、热物体的直接接触传递热量。
（4）传热过程
导热、热对流和热辐射三种基本传热方式的组合，形成了由温度差引起的传热过程
1M411042 增强和削弱传热的途径
所谓增强传热，是提高换热设备单位传热面积的传热量，即提高传热系数，减少传热热阻。
而削弱传热是指降低传热系数、增加传热热阻。
（1）传热系数和传热热阻
工程中常遇到热量从固体壁面一侧的高温流体，通过固体壁传递给另一侧低温流体的过程，称为传热过程。
如图1M411042所示，假设传热过程处于稳态，热流方向与壁面垂直。
传热的热流量基本汁算式：
Q=k（tl-t2）A
才由 6--J《执蔡擀
*传热系数k:即单位时间、单位壁面积上，冷热流体
间每单位温度差可传递的热量。
A值能反映传热过程的强弱。
*传热过程的热阻是冷、热流体的换热热阻及壁的导热热阻之和，与传热系数互为倒数关系。
对于换热器，传热系数k值越大，传热热阻R值越小，传热就越好；对于热力管道的保温，传热系数K值越小，传热热阻及值越大，保温性能越好。
（2）增强传热的主要途径
*扩展传热面。
*改变流动状况。
*在流体中加入添加剂。
*改变换热表面状况。
小直径管代替大直径管，用椭圆管代替圆管提高表面传热系数。
*改变能量传递方式
*靠外力强化换热：
（3）削弱传热的主要途径
*在冷热设备上包裹绝热材料的保温措施。
*将热设备的外壳制成真空夹层
*改变表面的辐射特性
*附加抑制对流的元件例如：点击下载Word文档【VIP】注册会员登录会员加入VIP。