(9)第八章

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。
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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；
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 – tf)
q = h(tw – tf)
5
= Ah(tw – tf)
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：

传热热阻网络：
tf1
Rh1
tw1 R tw2
Rh 2
tf2
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传热系数 将传热热流量的计算公式写成 Ak tf 1 tf 2 Ak t 式中 k
1 1 h1 h2 1
k 称为传热系数，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 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。
t t t w tf w f = Ah(tw – tf) 1 Rh Ah
1 Rh 称为对流换热热阻，单位为 W/K。 Ah
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）；
A tw1 tw 2 t w1 t w 2 tw1 tw 2 A R A

tw1
q


tw1 tw 2
RtBiblioteka 2热阻网络48－2 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。
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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。 （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。
3.平壁温度不随时间改变；
t tw1 tw2
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
A
tw1 tw 2
: 材料的热导率（导热系数） ,
表明材料的导热能力，W/(m· K)。


0

3
x
热流密度 q :单位时间通过单位面积的热流量
R 称为平壁的导热热阻，表示物体对 A 导热的阻力，单位为K/W 。
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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。 低温 热 辐 射 是 热 量 传 递 高温 物体 的基本方式之一 。 物体
（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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表1-1
一些表面传热系数的数值范围
表面传热系数 h /[W /( m2K])
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
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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
第二篇 传热学
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 热对流 热辐射
(thermal conduction) (thermal convection) (thermal radiation)
本章将分别介绍这三种热量传递基本 方式的特点及传热过程。
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8－1 热传导
热传导（简称导热）
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1～10
100～1 000 10～100 100～15 000 2 500～35 000
水蒸气凝结
5 000～25 000
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8－3 热辐射
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
c — 某介质中的光速, c c0 n 式中： 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。
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微波： 103 m < < 106 m 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 。
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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。
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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
tf 1 tw1 Ah1 tf1 tw1 1 Ah1 tf1 tw1 Rh1
tf1
t
tw1 h1


h2 tw2
tf2

（2）平壁的导热
A
tw1 tw 2
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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 高 低 体 方式传递到另一侧壁面； 温 温 （3）热量从低温流体侧壁面以 流 流 对流换热（或对流换热＋辐射 体 壁 体 换热）的方式传给低温流体。
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 t f 2 tf 1 t f 2 tf 1 t f 2 1 1 Rh1 R Rh 2 Rk Ah1 A Ah2 式中 Rk Rh1 R Rh 2 ，Rk称为传热热阻。