傳熱學(xué)課件第1章

1、 傳傳 熱熱 學(xué)學(xué) 教教 材材 及及 參參 考考 書書 v 教材教材: : 傳熱學(xué)（第四版），傳熱學(xué)（第四版）， 楊世銘、陶楊世銘、陶 文銓編著，高等教育出版社，文銓編著，高等教育出版社，2006.82006.8v傳熱學(xué)（第二版）傳熱學(xué)（第二版） 戴鍋生編戴鍋生編v數(shù)值傳熱學(xué)，陶文銓編，數(shù)值傳熱學(xué)，陶文銓編，西安西安: : 西安交通西安交通 大學(xué)出版社大學(xué)出版社, 1988, 1988v對(duì)流換熱對(duì)流換熱 V. S. V. S. 阿巴茲阿巴茲v凝結(jié)和沸騰施明恒等編凝結(jié)和沸騰施明恒等編v輻射換熱，余其錚編，輻射換熱，余其錚編，哈爾濱哈爾濱: :哈爾濱工業(yè)大哈爾濱工業(yè)大 學(xué)出版社，學(xué)出版社，2000

2、2000 第第1 1章作業(yè)章作業(yè) 1-81-101-161-181-211-231-28 第第1 1章章 緒緒 論論1.1.傳熱學(xué)的研究?jī)?nèi)容傳熱學(xué)的研究?jī)?nèi)容（Heat TransferHeat Transfer） (1) (1) 研究熱能傳遞研究熱能傳遞規(guī)律的科學(xué)。規(guī)律的科學(xué)。 (2)(2) 熱能傳遞過程的動(dòng)力：熱能傳遞過程的動(dòng)力：溫差溫差 1.1 1.1 傳熱學(xué)的研究?jī)?nèi)容及其應(yīng)用傳熱學(xué)的研究?jī)?nèi)容及其應(yīng)用2. 2. 傳熱學(xué)的重要性傳熱學(xué)的重要性自然界溫差無處不在，無時(shí)不有自然界溫差無處不在，無時(shí)不有傳熱學(xué)是能源、動(dòng)力、化工、傳熱學(xué)是能源、動(dòng)力、化工、機(jī)械、電子、土木等學(xué)科的主機(jī)械、電子、土木等

3、學(xué)科的主干技術(shù)基礎(chǔ)課干技術(shù)基礎(chǔ)課傳熱學(xué)與傳熱學(xué)與流體力學(xué)流體力學(xué)、工程熱工程熱力學(xué)力學(xué)并稱能源動(dòng)力類專業(yè)的并稱能源動(dòng)力類專業(yè)的三大支柱三大支柱3. 3. 傳熱學(xué)研究中的連續(xù)介質(zhì)假定傳熱學(xué)研究中的連續(xù)介質(zhì)假定假定：所研究物體中的溫度、密度、速度、壓假定：所研究物體中的溫度、密度、速度、壓 力等物理參數(shù)都是空間的連續(xù)函數(shù)。力等物理參數(shù)都是空間的連續(xù)函數(shù)。氣體：被研究物體的幾何尺度遠(yuǎn)大于分子間的氣體：被研究物體的幾何尺度遠(yuǎn)大于分子間的 平均自由行程，連續(xù)體的假定即成立。平均自由行程，連續(xù)體的假定即成立。微機(jī)電系統(tǒng)（微機(jī)電系統(tǒng)（MEMS）：由尺寸在）：由尺寸在1m到到1mm 之間的器件所組成的系統(tǒng)。之

4、間的器件所組成的系統(tǒng)。MEMS不能采用連續(xù)介質(zhì)的假定不能采用連續(xù)介質(zhì)的假定4. 4. 傳熱學(xué)與工程熱力學(xué)的關(guān)系傳熱學(xué)與工程熱力學(xué)的關(guān)系(1) 熱力學(xué)熱力學(xué) + 傳熱學(xué)傳熱學(xué) = 熱科學(xué)熱科學(xué) 系統(tǒng)從一個(gè)平衡系統(tǒng)從一個(gè)平衡態(tài)到另一個(gè)平衡態(tài)到另一個(gè)平衡態(tài)的過程中傳遞態(tài)的過程中傳遞熱能的多少。熱能的多少。 關(guān)心的是熱能關(guān)心的是熱能傳遞的過程，傳遞的過程，即熱量傳遞的即熱量傳遞的速率。速率。熱力學(xué)：熱力學(xué)： 傳熱學(xué)：傳熱學(xué)：tm)(),(fzyxt水，水，M2 20oC鐵塊鐵塊, M1 300oC傳熱學(xué)與熱力學(xué)的區(qū)別傳熱學(xué)與熱力學(xué)的區(qū)別(2) 傳熱學(xué)以熱力學(xué)第一定律和第二定律為基礎(chǔ)，即傳熱學(xué)以熱力學(xué)第

5、一定律和第二定律為基礎(chǔ)，即 始始終從高溫?zé)嵩聪虻蜏責(zé)嵩磦鬟f，如果沒有能量形式的轉(zhuǎn)化，終從高溫?zé)嵩聪虻蜏責(zé)嵩磦鬟f，如果沒有能量形式的轉(zhuǎn)化，則則 始終是守恒的。始終是守恒的。 5. 5. 傳熱學(xué)的應(yīng)用傳熱學(xué)的應(yīng)用廣泛應(yīng)用廣泛應(yīng)用傳統(tǒng)工業(yè)傳統(tǒng)工業(yè)高新技術(shù)高新技術(shù)節(jié)能環(huán)保節(jié)能環(huán)保日常生活日常生活 5. 5. 傳熱學(xué)的應(yīng)用傳熱學(xué)的應(yīng)用節(jié)能環(huán)保節(jié)能環(huán)保建筑環(huán)境建筑環(huán)境大氣環(huán)境大氣環(huán)境 5. 5. 傳熱學(xué)的應(yīng)用傳熱學(xué)的應(yīng)用太陽能集熱器太陽能集熱器家用散熱器家用散熱器手套手套日日常常生生活活 5 5. . 傳熱學(xué)的應(yīng)用傳熱學(xué)的應(yīng)用航空航天航空航天高新技術(shù)高新技術(shù)電子器件電子器件醫(yī)藥衛(wèi)生醫(yī)藥衛(wèi)生 5. 5. 傳

6、熱學(xué)的應(yīng)用傳熱學(xué)的應(yīng)用能源動(dòng)力能源動(dòng)力傳統(tǒng)工業(yè)傳統(tǒng)工業(yè)石油化工石油化工制冷空調(diào)制冷空調(diào) 5. 5. 傳熱學(xué)的應(yīng)用傳熱學(xué)的應(yīng)用航空航天航空航天在航空航天領(lǐng)域，航天飛在航空航天領(lǐng)域，航天飛機(jī)表面材料要求絕熱良好；機(jī)表面材料要求絕熱良好；衛(wèi)星上裝有的太陽能吸收衛(wèi)星上裝有的太陽能吸收裝置能提供衛(wèi)星工作所需裝置能提供衛(wèi)星工作所需的部分能量。的部分能量。大大型型客客機(jī)機(jī)火火箭箭升升空空 5. 5. 傳熱學(xué)的應(yīng)用傳熱學(xué)的應(yīng)用建筑環(huán)境建筑環(huán)境建筑上，利用空氣導(dǎo)熱系數(shù)建筑上，利用空氣導(dǎo)熱系數(shù)小的特點(diǎn)，制成的空心磚具小的特點(diǎn)，制成的空心磚具有良好的保溫效果。有良好的保溫效果?？湛招男拇u磚實(shí)實(shí)心心磚磚室外環(huán)境仿真室

7、外環(huán)境仿真?zhèn)鳠釋W(xué)廣泛應(yīng)用于激光手傳熱學(xué)廣泛應(yīng)用于激光手術(shù)、腫瘤高溫治療、低溫術(shù)、腫瘤高溫治療、低溫外科、移植器官冷凍儲(chǔ)存、外科、移植器官冷凍儲(chǔ)存、疾病熱診斷等技術(shù)中疾病熱診斷等技術(shù)中 醫(yī)藥衛(wèi)生醫(yī)藥衛(wèi)生 5. 5. 傳熱學(xué)的應(yīng)用傳熱學(xué)的應(yīng)用電腦內(nèi)電腦內(nèi), ,必須加強(qiáng)必須加強(qiáng)諸多芯片的散熱諸多芯片的散熱電子器件電子器件芯片內(nèi)空氣流動(dòng)換熱示意圖芯片內(nèi)空氣流動(dòng)換熱示意圖 5. 5. 傳熱學(xué)的應(yīng)用傳熱學(xué)的應(yīng)用 5. 5. 傳熱學(xué)的應(yīng)用傳熱學(xué)的應(yīng)用是傳熱學(xué)最主要的應(yīng)用領(lǐng)域是傳熱學(xué)最主要的應(yīng)用領(lǐng)域能源與動(dòng)力能源與動(dòng)力發(fā)電廠的冷卻塔發(fā)電廠的冷卻塔核核聚聚變變裝裝置置300MW300MW的水的水- -氫冷發(fā)電組

8、氫冷發(fā)電組 5. 5. 傳熱學(xué)的應(yīng)用傳熱學(xué)的應(yīng)用化工廠內(nèi)各種熱交換裝置化工廠內(nèi)各種熱交換裝置煉油廠星羅棋布的熱力管道煉油廠星羅棋布的熱力管道石油開采現(xiàn)場(chǎng)石油開采現(xiàn)場(chǎng) 5. 5. 傳熱學(xué)的應(yīng)用傳熱學(xué)的應(yīng)用分體式空調(diào)分體式空調(diào)立式空調(diào)立式空調(diào) 在制冷空調(diào)中，大量的運(yùn)用了在制冷空調(diào)中，大量的運(yùn)用了散熱片、換熱器來達(dá)到熱交換散熱片、換熱器來達(dá)到熱交換的目的的目的制冷空調(diào)制冷空調(diào)天氣環(huán)境天氣環(huán)境溫室效應(yīng)溫室效應(yīng)環(huán)境科學(xué)家估計(jì)環(huán)境科學(xué)家估計(jì): :如果全球大氣平均溫度如果全球大氣平均溫度升高升高5-65-6度，目前南北極地區(qū)的冰雪將融度，目前南北極地區(qū)的冰雪將融化，地球上絕大部分陸地將被淹沒?；厍蛏辖^大

9、部分陸地將被淹沒。大氣中的二氧化碳含量增加近地表大氣層起著大氣中的二氧化碳含量增加近地表大氣層起著溫室玻璃的作用溫室玻璃的作用, ,太陽光可以射到溫室，但熱量太陽光可以射到溫室，但熱量很難發(fā)射出去很難發(fā)射出去, ,這樣使得地球的溫度升高。這樣使得地球的溫度升高。 5. 5. 傳熱學(xué)的應(yīng)用傳熱學(xué)的應(yīng)用應(yīng)用：應(yīng)用： 5. 5. 傳熱學(xué)的應(yīng)用傳熱學(xué)的應(yīng)用強(qiáng)化傳熱強(qiáng)化傳熱削弱傳熱削弱傳熱溫度控制溫度控制6. 6. 傳熱過程的分類傳熱過程的分類傳熱過程傳熱過程穩(wěn)態(tài)傳熱穩(wěn)態(tài)傳熱非穩(wěn)態(tài)傳熱非穩(wěn)態(tài)傳熱1.1 1.1 熱量傳遞的三種基本方式熱量傳遞的三種基本方式對(duì)流換熱對(duì)流換熱熱輻射熱輻射傳熱傳熱（溫差（溫差

10、能量傳輸）能量傳輸）導(dǎo)熱導(dǎo)熱換熱器換熱器(1)(1)定義：定義：(2)(2)物質(zhì)的屬性：物質(zhì)的屬性：(3)(3)導(dǎo)熱的特點(diǎn)：導(dǎo)熱的特點(diǎn)：1.1.導(dǎo)熱導(dǎo)熱在靜態(tài)介質(zhì)中，由溫度梯度引起的熱能傳遞在靜態(tài)介質(zhì)中，由溫度梯度引起的熱能傳遞可以在固體、液體、氣體中發(fā)生?？梢栽诠腆w、液體、氣體中發(fā)生。v 必須有溫差；必須有溫差；v 物體直接接觸；物體直接接觸； v 依靠分子、原子及自由電子等微觀粒子熱運(yùn)動(dòng)依靠分子、原子及自由電子等微觀粒子熱運(yùn)動(dòng) 而傳遞熱能；而傳遞熱能；v 在引力場(chǎng)下單純的導(dǎo)熱只發(fā)生在密實(shí)固體中。在引力場(chǎng)下單純的導(dǎo)熱只發(fā)生在密實(shí)固體中。1.1.導(dǎo)熱導(dǎo)熱(4)(4)導(dǎo)熱的物理機(jī)制導(dǎo)熱的物理機(jī)制

11、不同物質(zhì)導(dǎo)熱機(jī)制不同不同物質(zhì)導(dǎo)熱機(jī)制不同氣體：氣體：固體固體氣體分子不規(guī)則熱運(yùn)動(dòng)時(shí)相互碰撞的結(jié)果氣體分子不規(guī)則熱運(yùn)動(dòng)時(shí)相互碰撞的結(jié)果導(dǎo)電體：導(dǎo)電體： 自由電子的運(yùn)動(dòng)自由電子的運(yùn)動(dòng)非導(dǎo)電體：非導(dǎo)電體： 晶格結(jié)構(gòu)的振動(dòng)晶格結(jié)構(gòu)的振動(dòng)彈性波彈性波液體：液體： 存在不同的觀點(diǎn)存在不同的觀點(diǎn)只只研研究究導(dǎo)導(dǎo)熱熱現(xiàn)現(xiàn)象象的的宏宏觀觀規(guī)規(guī)律律 1.1.導(dǎo)熱導(dǎo)熱(5)(5)傅里葉定律傅里葉定律通過平板的一維導(dǎo)熱通過平板的一維導(dǎo)熱18221822年，法國數(shù)學(xué)家年，法國數(shù)學(xué)家FourierFourier2mW ddxtAqW ddxtA熱流密度熱流密度,W/m,W/m2 2熱流量熱流量,W,W溫度梯度溫度梯度導(dǎo)熱

12、系數(shù)，導(dǎo)熱系數(shù)，W/( m.K)W/( m.K)面積面積,m,m2 2負(fù)號(hào)表示熱流方向與負(fù)號(hào)表示熱流方向與溫度梯度方向相反溫度梯度方向相反1.1.導(dǎo)熱導(dǎo)熱氣體液體非金屬固體金屬(6)(6)導(dǎo)熱系數(shù)：導(dǎo)熱系數(shù)：v 屬性：屬性：表征材料導(dǎo)熱能力的大小表征材料導(dǎo)熱能力的大小是物性參數(shù)是物性參數(shù)與材料種類及溫度有關(guān)與材料種類及溫度有關(guān)v 符號(hào)：符號(hào)： v 單位：?jiǎn)挝唬篧/( m.K)v 材料導(dǎo)熱系數(shù)大小所遵循的規(guī)律：材料導(dǎo)熱系數(shù)大小所遵循的規(guī)律：1.1.導(dǎo)熱導(dǎo)熱穩(wěn)態(tài)穩(wěn)態(tài) q = const q = const210 dd21wwttttqtxqww通過平板的一維導(dǎo)熱通過平板的一維導(dǎo)熱(7)(7)一維穩(wěn)

13、態(tài)導(dǎo)熱及其導(dǎo)熱熱阻一維穩(wěn)態(tài)導(dǎo)熱及其導(dǎo)熱熱阻 210 dd21wwttttqtxqwwFourierFourier定律改寫成：定律改寫成：dtqdx兩邊積分：兩邊積分：1.1.導(dǎo)熱導(dǎo)熱(7)(7)一維穩(wěn)態(tài)導(dǎo)熱及其導(dǎo)熱熱阻一維穩(wěn)態(tài)導(dǎo)熱及其導(dǎo)熱熱阻 Q 1wt2wtA導(dǎo)熱熱阻圖示導(dǎo)熱熱阻圖示 v v 2.2.對(duì)流換熱（對(duì)流換熱（Convection）(2)(2)對(duì)流換熱：對(duì)流換熱：熱對(duì)流：熱對(duì)流：當(dāng)流體流過一個(gè)物體表面時(shí)的熱量傳遞當(dāng)流體流過一個(gè)物體表面時(shí)的熱量傳遞過程。過程。 流體（氣體或液體）中溫度不同的各部分流體（氣體或液體）中溫度不同的各部分之間，由于發(fā)生相對(duì)的宏觀運(yùn)動(dòng)之間，由于發(fā)生相對(duì)的宏觀

14、運(yùn)動(dòng)而把熱量而把熱量由一處傳遞到另一處的現(xiàn)象。由一處傳遞到另一處的現(xiàn)象。v 導(dǎo)熱與熱對(duì)流同時(shí)存在的復(fù)雜熱傳遞過程導(dǎo)熱與熱對(duì)流同時(shí)存在的復(fù)雜熱傳遞過程(3)(3)對(duì)流換熱的特點(diǎn)：對(duì)流換熱的特點(diǎn)：v 必須有直接接觸（流體與壁面）和宏觀運(yùn)動(dòng)必須有直接接觸（流體與壁面）和宏觀運(yùn)動(dòng)v 壁面處會(huì)形成速度梯度很大的邊界層壁面處會(huì)形成速度梯度很大的邊界層（4 4）對(duì)流換熱的分類：）對(duì)流換熱的分類： 2.2.對(duì)流換熱（對(duì)流換熱（Convection）凝結(jié)換熱凝結(jié)換熱流動(dòng)起因流動(dòng)起因 強(qiáng)迫對(duì)流強(qiáng)迫對(duì)流自然對(duì)流自然對(duì)流有無相變有無相變 無相變無相變有相變有相變沸騰換熱沸騰換熱2.2.對(duì)流換熱（對(duì)流換熱（Convec

15、tion）(4) (4) 牛頓冷卻公式牛頓冷卻公式 fwtthq熱流密度熱流密度,W/m,W/m2 2表面?zhèn)鳠嵯禂?shù)表面?zhèn)鳠嵯禂?shù), ,W/W/（m m2 2.K).K)壁面溫度壁面溫度,流體溫度，流體溫度，qA 熱流量熱流量,W,W換熱面積，換熱面積，m m2 2對(duì)流換熱示意圖對(duì)流換熱示意圖2.2.對(duì)流換熱（對(duì)流換熱（Convection）當(dāng)流體與壁面溫度相差當(dāng)流體與壁面溫度相差1K 1K 時(shí)，單位時(shí)間時(shí)，單位時(shí)間 單位面積所傳遞的熱量單位面積所傳遞的熱量影響因素：影響因素：（Convection heat transfer coefficientConvection heat transfer

16、 coefficient） (5)(5)表面?zhèn)鳠嵯禂?shù)表面?zhèn)鳠嵯禂?shù) ( (對(duì)流換熱系數(shù)對(duì)流換熱系數(shù)) )h v 流體物性流體物性v 流速流速v 換熱表面的形狀、大小與布置換熱表面的形狀、大小與布置pc、研研究究對(duì)對(duì)流流換換熱熱的的基基本本任任務(wù)務(wù)就就是是確確定定 h K)(mW2/wfhA tt 2.2.對(duì)流換熱（對(duì)流換熱（Convection）(6)(6)表面?zhèn)鳠嵯禂?shù)的大致范圍表面?zhèn)鳠嵯禂?shù)的大致范圍表面?zhèn)鳠嵯禂?shù)的數(shù)值范圍表面?zhèn)鳠嵯禂?shù)的數(shù)值范圍過程過程W/(mW/(m2 2.K).K)自然對(duì)流自然對(duì)流空氣空氣1 11010水水20020010001000強(qiáng)制對(duì)流強(qiáng)制對(duì)流氣體氣體202010010

17、0高壓水蒸氣高壓水蒸氣50050035003500水水100010001500015000水的相變水的相變換熱換熱沸騰沸騰250025003500035000蒸汽凝結(jié)蒸汽凝結(jié)5000500025000250003.3.熱輻射熱輻射(Thermal radiation)(Thermal radiation)(1) (1) 定義：定義：(2) (2) 特點(diǎn)：特點(diǎn)：由熱運(yùn)動(dòng)產(chǎn)生的，以電磁波形式傳遞能量的現(xiàn)象由熱運(yùn)動(dòng)產(chǎn)生的，以電磁波形式傳遞能量的現(xiàn)象v 任何物體，只要溫度高于任何物體，只要溫度高于0K0K，就會(huì)不停地向，就會(huì)不停地向 周圍空間發(fā)出熱輻射周圍空間發(fā)出熱輻射v 可以在真空中傳播可以在真空中

18、傳播v 伴隨能量形式的轉(zhuǎn)變伴隨能量形式的轉(zhuǎn)變v 具有強(qiáng)烈的方向性具有強(qiáng)烈的方向性v 輻射能與溫度和波長(zhǎng)均有關(guān)輻射能與溫度和波長(zhǎng)均有關(guān)3.3.熱輻射熱輻射(Thermal radiation)(Thermal radiation)(3) (3) 生活中的例子：生活中的例子：v 當(dāng)你靠近火的時(shí)候，會(huì)感到面向火的一面比背面熱當(dāng)你靠近火的時(shí)候，會(huì)感到面向火的一面比背面熱v 冬天的夜晚，在有窗簾的屋子內(nèi)會(huì)感到比沒有窗冬天的夜晚，在有窗簾的屋子內(nèi)會(huì)感到比沒有窗 簾時(shí)要舒服簾時(shí)要舒服v 太陽能傳遞到地面太陽能傳遞到地面v 冬天，蔬菜大棚內(nèi)的空氣溫度在冬天，蔬菜大棚內(nèi)的空氣溫度在00以上以上3.3.熱輻射熱輻

19、射(Thermal radiation)(Thermal radiation)輻射換熱示意圖輻射換熱示意圖太陽能集熱器示意圖太陽能集熱器示意圖(4) (4) 輻射換熱：輻射換熱： 物體間靠熱輻射進(jìn)行的熱量傳遞物體間靠熱輻射進(jìn)行的熱量傳遞3.3.熱輻射熱輻射(Thermal radiation)(Thermal radiation)v 不需要介質(zhì)的存在，在真空中就可以傳遞能量不需要介質(zhì)的存在，在真空中就可以傳遞能量 v 伴隨著能量形式的轉(zhuǎn)換伴隨著能量形式的轉(zhuǎn)換 v 熱力學(xué)能熱力學(xué)能 電磁能電磁能 熱力學(xué)能熱力學(xué)能v 無論溫度高低，物體都在不停地向外發(fā)射電磁波無論溫度高低，物體都在不停地向外發(fā)射電

20、磁波, ,物體間能相互輻射能量；高溫物體輻射給低溫物體物體間能相互輻射能量；高溫物體輻射給低溫物體的能量大于低溫物體輻射給高溫物體的能量；總的的能量大于低溫物體輻射給高溫物體的能量；總的結(jié)果是熱量由高溫傳到低溫結(jié)果是熱量由高溫傳到低溫3.3.熱輻射熱輻射(Thermal radiation)(Thermal radiation)(6) (6) 輻射換熱的研究方法：輻射換熱的研究方法：假設(shè)一種黑體，它只關(guān)心假設(shè)一種黑體，它只關(guān)心熱輻射的共性規(guī)律，忽略其他因素，然后，真實(shí)物熱輻射的共性規(guī)律，忽略其他因素，然后，真實(shí)物體的輻射則與黑體進(jìn)行比較和修正，通過實(shí)驗(yàn)獲得體的輻射則與黑體進(jìn)行比較和修正，通過實(shí)

21、驗(yàn)獲得修正系數(shù)，從而獲得真實(shí)物體的熱輻射規(guī)律修正系數(shù)，從而獲得真實(shí)物體的熱輻射規(guī)律(7) (7) 黑體的定義：黑體的定義：能吸收投入到其表面上的所有能吸收投入到其表面上的所有熱輻射的物體，包括所有方向和所有波長(zhǎng)，因熱輻射的物體，包括所有方向和所有波長(zhǎng)，因此，相同溫度下，黑體的吸收能力最強(qiáng)此，相同溫度下，黑體的吸收能力最強(qiáng) ， 黑體輻射的控制方程：黑體輻射的控制方程： Stefan-Boltzmann Stefan-Boltzmann 定律定律 4TA實(shí)際物體則為：實(shí)際物體則為： （9 9） 兩黑體表面間的輻射換熱兩黑體表面間的輻射換熱 )(4241TTA3.3.熱輻射熱輻射(Thermal r

22、adiation)(Thermal radiation)4TA4Tq黑體：黑體： 兩黑表面間的輻兩黑表面間的輻射換熱射換熱 42T1T2T41T3.3.熱輻射熱輻射(Thermal radiation)(Thermal radiation)（1010）空腔與內(nèi)包小物體間的輻射換熱空腔與內(nèi)包小物體間的輻射換熱 441112()ATT 表面積為表面積為 、表面溫度、表面溫度為為 、發(fā)射率為、發(fā)射率為 的物體的物體被包容在一個(gè)很大的表面被包容在一個(gè)很大的表面溫度為溫度為 的空腔內(nèi)的空腔內(nèi)1A1T12T例題例題1.1 1.1 v 一根水平放置的蒸汽管道，一根水平放置的蒸汽管道， 其保溫層外徑其保溫層外

23、徑d=583mm，外表面實(shí)測(cè)平均溫度及空氣溫度分別，外表面實(shí)測(cè)平均溫度及空氣溫度分別為為 ，此時(shí)空氣與管道外表面間，此時(shí)空氣與管道外表面間的自然對(duì)流換熱的表面?zhèn)鳠嵯禂?shù)的自然對(duì)流換熱的表面?zhèn)鳠嵯禂?shù)h=3.42W /(m2 K), 保溫層外表面的發(fā)射率保溫層外表面的發(fā)射率 。CtCtfw23,489 . 0問：（問：（1） 此管道的散熱必須考慮哪些熱量傳遞方式；此管道的散熱必須考慮哪些熱量傳遞方式； （2）計(jì)算每米長(zhǎng)度管道的總散熱量。）計(jì)算每米長(zhǎng)度管道的總散熱量。 量為：解：解： （1）此管道的散熱有輻射換熱和自然對(duì)流換熱兩種方式。）此管道的散熱有輻射換熱和自然對(duì)流換熱兩種方式。 （2）把管道每米

24、長(zhǎng)度上的散熱量記為）把管道每米長(zhǎng)度上的散熱量記為 。lq)(,fwclttdhthdq)/( 5 .156)2348(42. 3583. 014. 3mW近似地取墻壁的表面溫度為室內(nèi)空氣溫度，近似地取墻壁的表面溫度為室內(nèi)空氣溫度， 于是每于是每米長(zhǎng)度管道外表面與室內(nèi)物體及墻壁之間的輻射為米長(zhǎng)度管道外表面與室內(nèi)物體及墻壁之間的輻射為)(4241,TTdqrl)/(7 .274)27323()27348(9 . 01067. 5583. 014. 3448mW討論：討論： 計(jì)算結(jié)果表明，計(jì)算結(jié)果表明， 對(duì)于表面溫度為幾到幾十?dāng)z氏對(duì)于表面溫度為幾到幾十?dāng)z氏度的一類表面的散熱問題，度的一類表面的散熱問

25、題， 自然對(duì)流散熱量與輻射具自然對(duì)流散熱量與輻射具有相同的數(shù)量級(jí)，必須同時(shí)予以考慮。有相同的數(shù)量級(jí)，必須同時(shí)予以考慮。當(dāng)僅考慮自然對(duì)流時(shí)，單位長(zhǎng)度上的自然對(duì)流散熱當(dāng)僅考慮自然對(duì)流時(shí)，單位長(zhǎng)度上的自然對(duì)流散熱1.2 1.2 傳熱過程和傳熱系數(shù)傳熱過程和傳熱系數(shù)1 1 定義：定義：熱量由壁面一側(cè)的流體通過壁面?zhèn)鞯搅頍崃坑杀诿嬉粋?cè)的流體通過壁面?zhèn)鞯搅硪粋?cè)流體中去的過程稱傳熱過程。一側(cè)流體中去的過程稱傳熱過程。 2 2 傳熱過程包含的傳熱方式：傳熱過程包含的傳熱方式： 導(dǎo)熱、對(duì)流、熱輻射導(dǎo)熱、對(duì)流、熱輻射3 3 一維穩(wěn)態(tài)傳熱過程中的熱量傳遞一維穩(wěn)態(tài)傳熱過程中的熱量傳遞 傳熱過程的剖析傳熱過程的剖析11

26、1fwh A tt w1t 2wt f11th， f22th， 12wwAtt 222wfh A tt 121211ffA tthh 12ffkA ttkA t （1 1） 傳熱過程的計(jì)算：傳熱過程的計(jì)算： 傳熱系數(shù)，傳熱系數(shù)， KmW2傳熱方程式傳熱方程式 （2 2） 傳熱系數(shù)：傳熱系數(shù)： 3 3 一維穩(wěn)態(tài)傳熱過程中的熱量傳遞一維穩(wěn)態(tài)傳熱過程中的熱量傳遞 是指用來表征傳熱過程強(qiáng)烈程度的指標(biāo)，不是指用來表征傳熱過程強(qiáng)烈程度的指標(biāo)，不是物性參數(shù)，與過程有關(guān)。是物性參數(shù)，與過程有關(guān)。 傳熱系數(shù)的表達(dá)式：傳熱系數(shù)的表達(dá)式： 12111khh12111khh 1ft 1wt 2wt 2ft 11h A

27、 21h A A 傳熱過程的熱阻分析傳熱過程的熱阻分析 a. k k 越大，傳熱越好。若要增大越大，傳熱越好。若要增大 k k，可增大，可增大或減小21 , ,hhh h1 1、h h2 2的計(jì)算方法及增加的計(jì)算方法及增加k k值的措施是本課程值的措施是本課程 的重要的重要內(nèi)容內(nèi)容（3）注意：）注意： 非穩(wěn)態(tài)傳熱過程以及有內(nèi)熱源時(shí)，不能用非穩(wěn)態(tài)傳熱過程以及有內(nèi)熱源時(shí)，不能用 熱阻分析法熱阻分析法（3）傳熱系數(shù)的大致數(shù)值范圍傳熱系數(shù)的大致數(shù)值范圍傳熱系數(shù)的大致數(shù)值范圍傳熱系數(shù)的大致數(shù)值范圍過程過程 W/(m W/(m2 2.K).K)從氣體到氣體（常壓）從氣體到氣體（常壓）10103030從氣體

28、到高壓水蒸氣或水從氣體到高壓水蒸氣或水1010100100從油到水從油到水100100600600從凝結(jié)有機(jī)物到水從凝結(jié)有機(jī)物到水50050010001000從水到水從水到水1000100025002500從凝結(jié)水蒸氣到水從凝結(jié)水蒸氣到水2000200060006000本章小結(jié)本章小結(jié) (1) 導(dǎo)熱導(dǎo)熱 Fourier 定律：定律：xtAddtAh4TA(2) 對(duì)流換熱對(duì)流換熱 Newton 冷卻公式：冷卻公式：(3) 熱輻射熱輻射 Stenfan-Boltzmann 定律：定律：(4) 傳熱過程傳熱過程 傳熱方程：傳熱方程：kA t 用一只手握住盛有熱水的杯子，另一只手用用一只手握住盛有熱水

29、的杯子，另一只手用筷子快速攪拌熱水，握杯子的手會(huì)顯著地感筷子快速攪拌熱水，握杯子的手會(huì)顯著地感到熱。試分析其原因。到熱。試分析其原因。 思考題思考題 用一只手握住盛有熱水的杯子，手所感受到的是杯用一只手握住盛有熱水的杯子，手所感受到的是杯子外壁面的溫度。不攪拌時(shí)，杯中的水與杯子間為子外壁面的溫度。不攪拌時(shí)，杯中的水與杯子間為自然對(duì)流傳熱，這種情況下的對(duì)流傳熱系數(shù)相對(duì)較自然對(duì)流傳熱，這種情況下的對(duì)流傳熱系數(shù)相對(duì)較小，杯子外壁面的溫度相對(duì)較低；當(dāng)另一只手用筷小，杯子外壁面的溫度相對(duì)較低；當(dāng)另一只手用筷子快速攪拌熱水，水在杯中隨著攪拌而旋轉(zhuǎn)，水與子快速攪拌熱水，水在杯中隨著攪拌而旋轉(zhuǎn)，水與杯子間的換

30、熱為強(qiáng)制對(duì)流換熱，對(duì)流傳熱系數(shù)增大，杯子間的換熱為強(qiáng)制對(duì)流換熱，對(duì)流傳熱系數(shù)增大，水與杯子間的換熱量增加，杯子外壁面的溫度升高，水與杯子間的換熱量增加，杯子外壁面的溫度升高，因此握杯子的手會(huì)顯著地感到熱。因此握杯子的手會(huì)顯著地感到熱。 習(xí)題習(xí)題 習(xí)題習(xí)題1-4附圖附圖 熱面位熱面位置不同對(duì)換熱的影響置不同對(duì)換熱的影響1-4.對(duì)于附圖所示的對(duì)于附圖所示的兩種水平夾層，試分兩種水平夾層，試分析冷、熱表面間熱量析冷、熱表面間熱量交換的方式有何不同？交換的方式有何不同？如果要通過實(shí)驗(yàn)來測(cè)如果要通過實(shí)驗(yàn)來測(cè)定夾層中流體的導(dǎo)熱定夾層中流體的導(dǎo)熱系數(shù)，應(yīng)采用哪一種系數(shù)，應(yīng)采用哪一種布置？布置？ 習(xí)題習(xí)題 1

31、-4.對(duì)于附圖所示的對(duì)于附圖所示的兩種水平夾層，試分兩種水平夾層，試分析冷、熱表面間熱量析冷、熱表面間熱量交換的方式有何不同？交換的方式有何不同？如果要通過實(shí)驗(yàn)來測(cè)如果要通過實(shí)驗(yàn)來測(cè)定夾層中流體的導(dǎo)熱定夾層中流體的導(dǎo)熱系數(shù)，應(yīng)采用哪一種系數(shù)，應(yīng)采用哪一種布置？布置？ 習(xí)題習(xí)題 1-5.一個(gè)內(nèi)部發(fā)熱的圓球懸掛于室內(nèi)一個(gè)內(nèi)部發(fā)熱的圓球懸掛于室內(nèi), ,對(duì)于附圖對(duì)于附圖所示的三種情況所示的三種情況, ,試分析試分析,(1),(1)圓球表面熱量散失圓球表面熱量散失的方式的方式;(2);(2)圓球表面與空氣之間的熱交換方式圓球表面與空氣之間的熱交換方式。 習(xí)題習(xí)題1-5附圖附圖 熱圓球的三種冷卻方式熱圓球

32、的三種冷卻方式習(xí)題習(xí)題 1-5.一個(gè)內(nèi)部發(fā)熱的圓球懸掛于室內(nèi)一個(gè)內(nèi)部發(fā)熱的圓球懸掛于室內(nèi), ,對(duì)于附圖對(duì)于附圖所示的三種情況所示的三種情況, ,試分析試分析,(1),(1)圓球表面熱量散失圓球表面熱量散失的方式的方式;(2);(2)圓球表面與空氣之間的熱交換方式圓球表面與空氣之間的熱交換方式。 習(xí)題習(xí)題 1-15.用均勻地繞在圓管用均勻地繞在圓管外表面上的電阻帶作加熱外表面上的電阻帶作加熱元件元件, ,以以進(jìn)行管內(nèi)流體對(duì)流進(jìn)行管內(nèi)流體對(duì)流換熱的試驗(yàn)，如附圖所示。換熱的試驗(yàn)，如附圖所示。用功率表測(cè)得外表面加熱用功率表測(cè)得外表面加熱的熱流密度為的熱流密度為3500Wm2；用熱電偶測(cè)得某一截；用熱電偶測(cè)得某一截面