(15)第四章 4.1热量传递的三种基本方式简介
热量初中物理中热量的传递与能量转化
热量初中物理中热量的传递与能量转化热量是物理学中研究的重要内容之一，它是一种能量形式，可以传递和转化。
本文将探讨初中物理中热量的传递与能量转化的相关知识。
一、热量的传递方式热量的传递是通过热传导、热辐射和热对流三种方式进行的。
1. 热传导热传导是通过物体内部的微观碰撞进行能量传递的过程。
当物体的一部分受热后，其中的分子和原子振动增强，再通过与相邻分子和原子的碰撞将热量传递给它们，从而实现热量的传导。
热传导通常发生在固体和液体中。
2. 热辐射热辐射是指由于物体内部分子和原子的运动而产生的电磁辐射。
所有物体都能够辐射出热辐射，而辐射的大小与物体的温度有关。
热辐射的传播无需介质，可以在真空中传播，因此它可以在空气、水和真空中传递。
3. 热对流热对流是通过流体（气体或液体）的运动进行能量传递的过程。
当流体受热后，由于密度减小，发生的浮力将使得流体上升，而冷却后的流体由于密度增加而下降，形成对流的循环。
热对流通常发生在气体和液体中。
二、能量的转化方式热量作为一种能量形式，可以与其他形式的能量进行转化，常见的转化方式有以下几种。
1. 热能转化为机械能热能可以通过蒸汽机、内燃机等装置转化为机械能。
以蒸汽机为例，燃料燃烧后产生热量，使水蒸气膨胀推动活塞运动，从而通过连杆和曲轴转化为机械能。
2. 热能转化为电能热能可以通过热电效应转化为电能。
热电效应是指在不均匀温度分布的导体中，由于温度差异而产生电势差。
利用热电材料的这一特性，可以制造热电堆和热电发电机，将热能转化为电能。
3. 电能转化为热能电能可以通过电阻加热转化为热能。
当电流通过具有一定电阻的导体时，导体产生电阻加热现象，电能转化为热能。
这种现象在电炉、电热水壶等电热设备中得到广泛应用。
4. 机械能转化为热能机械能可以通过摩擦转化为热能。
当物体之间发生相对滑动或运动时，由于摩擦力的存在，机械能被转化为热能。
这种现象在摩擦生热、摩擦发热等实验中常常可以观察到。
2012年二级建造师辅导-热量传递的基本方式
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。
热量传递的三种方式的原理与应用
热量传递的三种方式的原理与应用热量传递是物体之间热能传递的过程，三种主要的传热方式是传导、对流和辐射。
本文将介绍每种传热方式的原理和应用。
一、传导传导是通过物质内部分子的碰撞传递热能的方式。
当一个物体的一部分温度升高，其内部分子会以更高的平均动能碰撞周围的分子，将热能传递给相邻的分子。
传导的速度取决于物质的导热性能和温度差异。
传导的应用广泛。
例如，热锅底部传导热量给食物使其加热。
此外，导热材料如铜和铝用于制作散热器，将热能从电子设备中传导出来，以保持设备的正常工作温度。
二、对流对流是通过物质的流动传递热能，主要由流体的混合和运动引起。
当一个区域的物质受热而密度降低时，会上升形成对流上升流。
相反，冷却的物质密度增加，下降形成对流下降流。
对流速率取决于流体的性质、流动性及温度差异。
对流广泛应用于自然界和人类活动中。
例如，气象学中的对流是造成云形成和天气变化的原因之一。
此外，暖气系统通过对流变换空气温度，使室内保持舒适温暖。
三、辐射辐射是通过电磁波传递热能的方式，不需要介质参与。
热能以红外辐射的形式通过空间传递，当辐射遇到物体时，一部分被吸收，一部分被反射，一部分被透过。
辐射的速率取决于物体的温度和表面特性。
辐射被广泛利用。
太阳辐射是地球上的主要热源，被植物进行光合作用，供给生命所需。
在工业中，辐射能用于加热和照明，例如激光切割和紫外线固化。
总结热量传递的三种方式中，传导适用于固体和非流动液体，对流适用于流动液体和气体，而辐射对于任何外部介质都是可行的。
这些方式相互影响，通常同时存在，共同完成热能的传递。
理解热量传递的原理和应用对于优化能源利用和热功效非常重要。
通过合理选择材料、设计和技术手段，可以最大限度地减少能源浪费和热损失，提高效率和节能达到可持续发展的目标。
了解热传递方式的特点和适用范围，能够帮助我们更好地应用于各个领域，并推动科技的发展。
热量传递的三种基本方式
热量传递的三种基本方式热量传递是在物质中传递热能的过程。
在自然界中，热量会通过不同的方式在物体之间传递，从而调节温度和能量分布。
本文将介绍热量传递的三种基本方式：传导、对流和辐射。
1. 传导传导是热量通过直接接触的方式从一个物体传递到另一个物体的过程。
在传导中，热量从高温区域传递到低温区域，直到两个物体的温度达到平衡。
这种传递是通过物质内部分子间的碰撞和能量传递实现的。
导热性能是一个物质传导热量的重要性能指标。
导热性能取决于物质的热传导系数、形状和温度梯度等因素。
例如，金属具有良好的导热性能，因此常被用于传导热量的材料。
相比之下，绝缘材料的导热性能较差，能够阻碍热量的传递。
2. 对流对流是热量通过流体介质传递的方式。
在对流中，热量通过流体流动的方式从一个区域传递到另一个区域。
流体可以是气体或液体，其流动可以通过自然对流或强迫对流两种方式进行。
自然对流是指由于温度差异引起的流体流动。
当一个区域的温度升高，流体会膨胀变得轻，然后上升；而在另一个区域，流体则会冷却并变得密，然后下沉。
这样的循环运动将热量从热源传递到周围环境。
强迫对流是通过外部的力或设备施加到流体上，使其流动来传递热量。
例如，在散热器中，通过电风扇引导空气流动，加速热量的传递。
这种对流的传热速度通常比自然对流更快。
3. 辐射辐射是通过电磁波的传播而传递热量的方式。
辐射无需介质，可以在真空中传播。
在辐射中，热量以电磁波的形式从高温物体传递到低温物体，不需要任何介质来传递能量。
光和红外线是最常见的热辐射形式。
热辐射的传热能力受到物体的表面特性和温度的影响。
黑体是一种理想化的物体，它对所有入射辐射都能完全吸收，并能以相同的速率发射出辐射。
斯蒂芬-波尔兹曼定律描述了黑体辐射能量与其温度的关系，即辐射功率与温度的四次方成正比。
根据这个定律，温度越高的物体辐射的能量越多。
总结热量传递的三种基本方式分别是传导、对流和辐射。
传导通过物质内部的分子碰撞传递热量，对流通过流体介质的流动传递热量，而辐射则是通过电磁波的传播来传递热量。
初中物理认识热能的传递方式
初中物理认识热能的传递方式热能是物体内部分子、原子的运动能量，它具有传递和转化的特性。
热能的传递方式包括传导、传热和辐射，下面将对这三种方式进行详细介绍。
一、传导传导是指热能在物体内部传递的方式。
当一个物体的一部分受热时，热量会从这部分传递给周围的其他部分。
这是因为物体中的分子不停地振动，振动剧烈的分子会将振动能量传递给周围分子，从而实现热能的传导。
传导的速度与物体的导热性质有关。
导热性好的物体可以迅速传递热能，而导热性差的物体则传导速度较慢。
导热性质受到物体内部分子排列的影响，例如金属由于分子排列比较紧密，导热性能较好。
二、传热传热是指热能通过物体表面直接传递给其他物体的过程。
这种方式下，物体与物体之间没有直接的接触，在空气或其他介质的作用下，热能能够传递给其他物体。
传热主要通过三种方式进行：对流传热、辐射传热和传热辐射的组合。
1.对流传热对流传热是指热能通过流体（如空气、水等）的对流传递给其他物体。
在对流传热中，流体流动起到了重要的作用。
当物体表面受热时，周围的流体受热后会膨胀，从而形成流体的上升，取而代之，冷却下去的流体相对较重，下沉。
2.辐射传热辐射传热是指热能通过空间中的电磁波辐射传递给其他物体。
辐射传热不需要介质的存在，热能可以以电磁波的形式在真空中传递。
3.传热辐射的组合对流传热和辐射传热在很多情况下并不是单独进行的，而常常会同时发生。
例如，大气中的传热就是对流和辐射的结合。
对流使热量通过空气传递，辐射使太阳的热能通过不断辐射的方式传递给地球。
三、辐射辐射是指热能以电磁波的形式传递的过程。
辐射通过能量的传播，将热量从热源传递到周围的物体上。
在辐射中，热能的传播不需要介质的存在，可以在真空中进行。
例如，太阳向地球发送的热辐射就是通过真空进行的。
辐射传热的特点是可以以很大的速度进行，传递的热量也相对传导和对流来说更多。
我们日常生活中接触到的热能传递往往会涉及到辐射的方式。
总结起来，初中物理中我们认识到热能的传递方式分为传导、传热和辐射。
热量传递的主要三种基本方式
热量传递的主要三种基本方式热量传递的三种方式:热传导、热辐射和热对流。
热传导：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。
热辐射：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。
热对流：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。
一般情况下，热传递的三种方式往往是同时进行的。
热传递的三种方式
tw1
R
tw2
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导热系数
导热系数物质导热能力的大小。单位：W/m.K。 绝大多数材料的导热系数值都可以通过实验测得。
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6
物质的导热系数在数值上具有下述特点:
(1) 对于同一种物质, 固态的导热系数值最大,气态的 导热系数值最小； (2)一般金属的导热系数大于非金属的热导率 ； (3)导电性能好的金属, 其导热性能也好 ； (4)纯金属的导热系数大于它的合金 。
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 。
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15
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。
特点：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：换流热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 – tf)
q = h(tw – tf)
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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)。
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， 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。
高温 物体
低温 热 辐 射 是 热 量 传 递 物体 的基本方式之一 。
热量传递方式
热量传递方式热量传递方式指的是热量从一个物体或系统传递到另一个物体或系统的方式。
热量传递是热力学中的基本概念，对于我们理解热力学现象和工程实践有着重要的意义。
热量传递方式主要包括传导、辐射和对流三种方式。
首先，传导是指热量通过物体内部的分子碰撞传递的方式。
当物体中部分分子受热时，它们的动能增加，分子之间相互碰撞会使热量迅速地从高温区域传递到低温区域，从而使得物体整体的温度发生变化。
传导过程中的热量传递速度取决于物体的导热性能和温度梯度。
导热性能是物体传导热量的能力，通常由物质的导热系数决定。
温度梯度则是指单位长度内的温度差异。
传导的热量传递速率可以用傅里叶热传导定律来描述。
其次，辐射是指热量通过电磁波的辐射传递的方式。
对于大部分物体来说，它们的温度会影响辐射的频率和强度。
物体在吸收热能后，会以不同频率的电磁波辐射能量。
这种辐射能量的频率分布和强度与物体的温度有关，它们可以通过普朗克辐射定律和斯特藩-玻尔兹曼定律来描述。
辐射的热量传递速率取决于物体的表面特性、温度和辐射环境的特性。
最后，对流是指热量通过流体介质中的传输流动传递的方式。
当流体受热后，其密度减小，形成一个密度较低的区域，这个区域会上升，而冷流体则会下降，形成对流流动。
对流可以分为自然对流和强迫对流两种。
自然对流是指没有外部力驱动的对流流动，如烟囱产生的气流。
强迫对流是通过外部力，如风扇、水泵等的驱动产生的对流流动。
对流的热量传递速率取决于流体的性质、流动剖面、温度差、流体性状和传热特性等因素。
总结以上三种热量传递方式，它们在自然界和工程实践中起着重要的作用。
传导是固体和液体中主要的热量传递方式，辐射主要发生在高温物体或电磁波的作用下，对流则主要发生在液体和气体这样的流体介质中。
在很多实际问题中，这三种方式往往同时存在，相互作用，共同影响着热量的传递。
因此，了解和研究热量传递方式，对我们的生活和工程实践都有着重要的意义。
为了更好地利用热量传递方式，我们可以通过提高传导、辐射和对流的速率来提高传热效率。
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1第二篇传热学
2
第四章热量传递的基本理论
4.1热量传递的三种基本方式简介(thermal conduction)(thermal convection)(thermal radiation)
1.热传导3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。
本书不讨论导热的微观机理，只讨论热量传递的宏观规律。
4应用：最简单的导热现象：大平壁的一维稳态导热5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；
3.平壁温度不随时间改变；
4.热量只沿着垂直于壁面的
方向传递。
热流量：单位时间传导的热量,W λ:材料的热导率（导热系数）,表明材料的导热能力，W/(m·K)。
6热流密度
q :
单位时间通过单位面积的热流量
称为平壁的导热热阻，表示物体对
导热的阻力，单位为K/W 。
Φ
t w1t w2
热阻网络
2.热对流
7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:Φ= Ah (t w –t f )q = h (t w –t f )8
Φt w 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/(m 2⋅K)。
对流换热热阻：Φ= Ah (t w –t f )称为对流换热热阻，单位为W/K 。
对流换热热阻网络：Φ= Ah (t w –t f )
9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）。
10表1-1一些表面传热系数的数值范围对流换热类型表面传热系数h /[W /(m 2⋅K])空气自然对流换热1～10水自然对流换热100～1 000
空气强迫对流换热10～100
水强迫对流换热100～15 000
水沸腾 2 500～35 000
水蒸气凝结 5 000～25 000
3.热辐射11辐射：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 —某介质中的光速,
m/s 为真空中的光速; n 为介质的折射率。
λ—波长, 常用μm 为单位, 1μm = 10-6m 。
ν—频率,单位s －1。
式中：电磁波的波谱：γ
射线：
λ<5×10-5μm
X 射线：5×10-7μm <λ<5×10-2μm
紫外线：4×10-3μm <λ<0.38μm 可见光：0.38μm <λ<0.76μm 红外线：0.76μm <λ<103μm
无线电波：λ>103μm
13微波：103μm <λ<106μm 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0.1μm 至100μm 之间,包括部分紫外线、可见光和部分红外线三个波段。
14热辐射的主要特点：（1）所有温度大于0K 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。
高温物体低温物体热辐射是热量传递
的基本方式之一。
15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。
（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。
4.传热过程16
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；
（2）热量从一侧壁面以导热的方式传递到另一侧壁面；（3）热量从低温流体侧壁面以
对流换热（或对流换热＋辐射换热）的方式传给低温流体。
17通过平壁的稳态传热过程假设：t f1、t f2、h 1、h 2不随时间变化；λ为常数。
（1）左侧的对流换热（2）平壁的导热Φt w2t w1δ0 x t Φh 1t f1h 2t
f2
Φ 18
（3）右侧的对流换热
在稳态情况下，以上三式的热流量相同，可得
式中，R k 称为传热热阻。
Φ
t w1t w2t f1t f2传热热阻网络：
19传热系数将传热热流量的计算公式写成式中k 称为传热系数，单位为W/(m 2·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Φ、热流密度q 及壁面温度t w1、t w2。
204.1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。
•综合作业布置：结合热学发展最新动态，引入工
程实际问题或基础科学问题，通过学校数据库（
web of science
）下载有关该问题近五年的几篇反
映热力学和传热学最新进展的SCI 文献（如
International Journal of Heat and Mass Transfer 等传
热学领域相关期刊杂志）, 认真阅读撰写综合报告
一份（含读书报告：如综述论文翻译成中文并了
解该方向的最新进展；如研究论文明晰研究背景
和创新点，读懂该工作是用了什么方法解决了什
么问题），读懂几篇论文，读透一篇文献，利用
热力学和传热学的基本原理，进行问题分析，提
出解决方案。
并将该作业以PPT/Poster 的形式表达
出来，在课程内容结束后展示。
21。