热量传递的基本方式

高 温
体
低 温
递到另一侧壁面；
流
流
体
体
（3）热量从低温流体侧壁面以对流换热
壁
（或对流换热＋辐射换热）的方式传给
低温流体。
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通过平壁的稳态传热过程
假设： tf1、tf2、h1、h2不随时间变化；为常数。
（1）左侧的对流换热
tf1 t
tw1
h1
h2 tw2
tf2
（2）平壁的导热
0
x
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（3）右侧的对流换热
称为对流换热热阻，单位为 W/K。
对流换热热阻网络：
tw
Rh
tf
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表面传热系数的影响因素：
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、湍流）； （3）流动的成因（自然对流或受迫对流）； （4）物体表面的形状、尺寸； （5）换热时流体有无相变（沸腾或凝结）。
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微波炉就是利用微波加热食物，因微波可穿透塑料、玻璃和 陶瓷制品，但会被食物中水分子吸收，产生内热源，使食品 均匀加热。
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 。
第八章 热量传递的基本方式
热量传递有三种基本方式热传导 thermal conduction)
热对流 (thermal convection)
热辐射 (thermal radiation)
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8－1 热传导
热传导（简称导热）:在物体内部或相互接触的物体表面之 间，由于分子、原子及自由电子等微观粒子的热运动而产 生的热量传递现象。 导热现象发生在固体内部，也可发生在静止的液体和气体 之中。
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表1-1 一些表面传热系数的数值范围
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
表面传热系数 h /[W /( m2K])
1～10 100～1 000
10～100 100～15 000 2500～35 000 5000～25 000
8
8－3 热辐射 辐射：
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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双向的。
本书不讨论导热的微观机理，只讨论热量传递的宏观规律。
2
最简单的导热现象：大平壁的一维稳态导热
特点： 1.平壁两表面维持均匀恒定不变温度；
2.平壁温度只沿垂直于壁面的方向发生变化；
t
3.平壁温度不随时间改变；
tw1
4.热量只沿着垂直于壁面的方向传递。
tw2
热流量：单位时间传导的热量,W
0
x
:
材料的热导率(导热系数):表明材料的导热能力，W/(m·K)。 3
热流密度 q :单位时间通过单位面积的热流量
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 。
tw1
R
tw2
热阻网络
4
8－2 热对流
热对流:
由于流体的宏观运动使不同温度的流体相对位移而产生的热量 传递现象。热对流只发生在流体之中，并伴随有微观粒子热运 动而产生的导热。
对流换热:
流体与相互接触的固体表面之间的热量传递现象，是导热和热 对流两种基本传热方式共同作用的结果。
牛顿冷却公式:
Ah(tw t f )
q h(tw t f )
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Ah(tw t f ) h 称为对流换热的表面传热系数（习惯称为对流换热系数）， 单位为W/(m2K)。 对流换热热阻：
Ah(tw t f )
指物体受某种因素的激发而向外发射辐射能的现象
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 3.0 108
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。
度q及壁面温度tw1、tw2。
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第八章 小结
重点掌握以下内容： （1）热传导、热对流、热辐射三种热量传递基本方 式的机理及特点；
（2）热流量、热流密度、导热系数、对流换热、表 面传热系数、传热系数、热阻等基本概念；
（3）灵活运用平壁的一维稳态导热公式、对流换热 的牛顿冷却公式、通过平壁的一维传热过程计算公式 进行相关物理量的计算。
（3）如果某一种传热方式与其他传热方式相比作用非常小， 往往可以忽略。
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8－4 传热过程
传热过程：
指热量从固体壁面一侧的流体通过固体壁面传递到另一侧流 体的过程。
传热过程由三个相互串联的热量传递环节组成:
（1）热量从高温流体以对流换热（或对流换热＋辐射换热）
的方式传给壁面；
固
（2）热量从一侧壁面以导热的方式传
高温物 体
低温物 体
热辐射是热量传递的基本 方式之一 。
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辐射换热： 以热辐射的方式进行的热量交换。
辐射换热的主要影响因素： （1）物体本身的温度、表面辐射特性； （2）物体的大小、几何形状及相对位置。 注意： （1）热传导、热对流和热辐射三种热量传递基本方式往往不 是单独出现的；
（2）分析传热问题时首先应该弄清楚有哪些传热方式在起作 用，然后再按照每一种传热方式的规律进行计算。
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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
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微波： 103 m < < 106 m
在稳态情况下，以上三式的热流量相同，可得
式中 传热热阻网络：
，Rk称为传热热阻。
tf1 Rh1 tw1 R tw2
t Rh2
f2 16
传热系数 将传热热流量的计算公式写成
式中
k 称为总传热系数
单位为 W/(m2·K)
t为传热温差。
通过单位面积平壁的热流密度为
利用上述公式, 可以很容易求得通过平壁的热流量、热流密