传热学第一章

4、计算公式：
（1）热辐射公式： ②斯忒藩-玻耳兹曼定律（俗称温度四次方定律）（P3） （黑体） r AT 4
(实际物体) σ称为斯忒藩-玻耳兹曼常量或黑体辐射常数， σ=5.67×10-8 W/(m2.K4)。 ε称为该物体的发射率（习惯上称为黑度）， 表示物体辐射能力接近黑体的程度 实际物体 黑体
第一章 绪论
第二节 热量传递的三种基本方式
三、热辐射（简称辐射）
1、定义：（P3）
（3）辐射传热： 物体之间相互发射和吸收辐射的综合效果就造成了物体间 以热辐射方式进行的热量传递，称为表面辐射传热，简称辐射
传热，习惯上称为辐射换热。
第七章 辐射传热
第一节 基本概念 三、热辐射（简称辐射）
2、特点：
r AT 4
0 1 1
第一章 绪论
第二节 热量传递的三种基本方式
4、计算公式：
（2）辐射传热公式：（P3） 辐射传热热流量必须同时考虑物体的发射和吸收，即要算 收支总账。 ①两个面积均为A的平行近距放置的黑体表面间的辐射传热：
Φr=σA（T14－T24）
②一非凹小物体A1与外围大空腔之间的辐射传热热流量为：
第一章 绪论
第二节 热量传递的三种基本方式 三、热辐射（简称辐射）
1、定义：（P3）
（1）辐射： 物体中分子或原子受到激发而以电磁波的方式传递能量的 过程称为辐射。被传递的能量称为辐射能。 （2）热辐射： 物体会因各种原因产生辐射，其中由于自身温度或热的原 因而产生的辐射称为热辐射。 换句话说，热辐射的电磁波是物体内部微观粒子的热运动 状态改变时激发出来的。
c hc At hcdlt w t f
1017 .4W

6 3.14 0.15 12 60 30
第一章 绪论
第二节 热量传递的三种基本方式
管道辐射散热量为
r 1A T14 T24 1dl T14 T24
0.9 5.67 108
如水冷式柴油机气缸和冷凝器：
图1-4
第一章 绪论
第二节 热量传递的三种基本方式
例1-1 一块厚度δ=50mm的大平板，两侧表面温度分
别为tw1=200℃和tw2=100℃，试求不同材料时的导热热 流密度： （1）λ=389W/(m· K)的铜材； （2）λ=46W/(m· K)的钢材； （3）λ=0.13W/(m· K)的石棉；
计算结果表明：铜是热的良导体， 而石棉则可起到一定的隔热保温作用。
第一章 绪论
第二节 热量传递的三种基本方式
例1-2 直径为150mm的蒸汽管道有12m的长度通过机舱，机舱温 度为30℃，管道外壁面温度为60℃，发射率为0.9，与周围空 气间的对流传热系数为6W/(m2· K)，试分别计算蒸汽管道在机舱 内的对流散热量、辐射散热量和总散热量。 解：管道对流散热量为
第一章 绪论
第二节 热量传递的三种基本方式 一、热传导（简称导热）（P2）
1、定义：
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。
当物体内有温度差或两个不同温度的物体接触时，依靠分子、
2、特点：
①纯导热各部分之间无宏观的相对位移；
②无能量形式的变化； ③可以在固体、液体和气体中发生。
第一章 绪论
②同时受热量传递规律和流体流动规律的支配。 ③是换热的基本过程之一，工程应用十分广泛。
第一章 绪论
第二节 热量传递的三种基本方式
2、特点：
①流体各部分之间有宏观相对位移； ②与流动状况有关； ③无能量形式变化； ④包括边界层中的导热和主流中的对流。
3、机理：
分子的随机热运动和边界层内的成团运动。
第一章 绪论
第一节 基本概念 三、热辐射（简称辐射）
2、特点：
（3）热辐射是物质的固有特性。 ①物体间有温差时：高温物体将热量传给低温物体。 ②物体温度相同时：物体辐射出去与吸收进来的能量相等， 处于动平衡状态，辐射传热量为零。 （4）温差对辐射传热的影响更明显。 ①导热和对流传热：Φ∝Δt ②辐射传热：Φ∝Δ（T4）
Φr=ε1σA1（T14－T24）
第一章 绪论
第二节 热量传递的三种基本方式
4、计算公式：
（3）表面传热系数h（P3） ①表面传热： 工程实际中，一个物体表面常常既有对流传热又有辐射传 热，这种对流与辐射同时存在的复合传热现象称为表面传热。
②表面传热系数： 对于辐射传热与对流传热互不干扰的表面传热，总热流量 应为辐射传热量Φr与对流传热量Φc之和 ，即：
第一章 绪论
第三节 总传热过程 一、定义（P5）
总传热过程是指高温流体通过固体壁把热量传给另一侧低 温流体的热量传递过程，简称传热过程。
总传热过程工程应用十分广泛。 热量通过固体壁纯属导热，而流体与壁面之间则是对流传 热（对于液体），或者是对流传热与辐射传热的复合传热（对 于气体），因此:
传热过程通常包括两种或三种热传递的基本方式
1、定义：（P2）
（1）热对流： 由于流体中温度不同的各部分之间发生相对位移、冷热流 体相互掺混所引起的热量传递过程。 ①只能发生在流体中，必然伴随有导热现象
热对流
②是热量传递的基本方式之一，但工程中很少单独存在
第一章 绪论
第二节 热量传递的三种基本方式 二、热对流（简称对流）
1、定义：（P2）
（2）对流传热： 流动着的流体与所接触的物体表面之间的热量传递过程， 称为表面对流传热，简称对流传热，习惯上称为对流换热。 ①既有流体分子间的微观导热，又有流体宏观位移的热对流。
第一章 绪论
第二节 热量传递的三种基本方式 一、热传导（简称导热）（P2）
（2）Fourier公式
A
q
tW 1 tW 2


tW 1 tW 2
λ称为热导率或导热系数，是表征材料导 热能力大小的物性参数，单位为W/(m.K)
图1-2 平壁一维稳态导热
第一章 绪论
第二节 热量传递的三种基本方式 二、热对流（简称对流）
第一节 传热学的研究对象和任务 二、传热学与工程热力学的比较：
例如:
500℃
20℃
工程热力学—平衡态可逆过程 —热功转换规律 —平衡温度T 传热量Q 传热学—非平衡态不可逆过程 —热传递规律 —传热速率Φ 图1-1 温度场t=f（x，y，z，τ） 传热时间τ
第一章 绪论
第一节 传热学的研究对象和任务 三、稳态热传递过程和非稳态热传递过程


3.14 0.15 12 60 273

4
30 273
4

1115 .5W
总散热量为
c r 2132 .9W
计算结果表明，管道表面温度不高，其辐射散热量与对流 散热量具有相同的数量级，必须同时予以考虑。
第一章 绪论
第二节 热量传递的三种基本方式
第一章 绪论
第一节 传热学的研究对象和任务 一、研究对象： 热量传递规律
热量传递是自然界和工程技术中常见的现象 在船舶轮机工程中应用广泛
二、传热学与工程热力学的比较：
同属工程热物理学科，
两者从不同的角度研究了热物理现象的客观规律
第一章 绪论
第一节 传热学的研究对象和任务 二、传热学与工程热力学的比较：
稳态热传递过程： 温度分布不随时间而变 （稳定工况运行） 非稳态热传递过程： 温度分布随时间而变 （起动、停机、变工况运行）
第一章 绪论
第一节 传热学的研究对象和任务 四、任务：
解决实际问题
增强传热 1、计算热流量 削弱传热 现象判断 2、确定温度分布 温度控制 其他计算 改善设备运行 节约能源 保护环境
（1）辐射传热是非接触传热。 ①导热和对流传热都必须由冷热物体直接接触 或通过中间介质相接触才能进行； ②而辐射传热不依靠物质的接触而进行热量传递， 且以光速传递，在真空中最为有效。 （2）辐射传热过程伴随着能量形式的两次转化，即： ①发射时：热力学能→辐射能 ②吸收时：辐射能→热力学能
第七章 辐射传热
第一章 绪论
第二节 热量传递的三种基本方式
解： 由公式 q
（1） q 389
tW 1 tW 2

可计算
200 100 7.78 10 5 W/m2 0.05 200 100 4 q 46 9 . 20 10 （2） W/m2 0.05
200 100 2 q 0 . 13 2 . 60 10 （3） W/m2 0.05
例1-3 某钢板的发射率为0.8，表面温度等于室温为27℃， 试计算钢板的辐射热流密度。此时，钢板与环境之间的辐 射传热热流密度又为多少？
解：钢板的辐射热流密度为：
r 4 8 4 qr T 0.8 5.6710 27 273 367.4 W/m2 A
此时钢板与环境温度相同，处于动态平衡，因此辐射传热 热流密度为零。
第一章 绪论
第二节 热量传递的三种基本方式 三、热辐射（简称辐射）
1、定义：（P3）
（2）热辐射： ※温度高于0K的所有物体都在不断地将自身的热能转换为辐射 能向外发出热辐射。 ※同时亦不断地吸收周围物体投射到它上面的热辐射， 并把吸收的辐射能转变成热能（热力学能）。 ※因此说热辐射是物体的固有特性，是热传递基本方式之一。
Φ=Φr+Φc=hrAΔt+hcAΔt=(hr+hc)AΔt=hAΔt
表面传热系数： h
ቤተ መጻሕፍቲ ባይዱ
hr hc
表面辐射传热系数 hr 单位W/(m2.K) 表面对流传热系数 hc
第一章 绪论
第二节 热量传递的三种基本方式
※工程实际问题：
要进行传热计算首先要学会传热分析，分析一个复杂的实 际热量传递过程由哪些串联环节组成，以及在同一环节中有哪 些热量传递方式并联地起作用，并能分清主次，这是求解实际 热量传递问题的基本功。