熱工基礎(chǔ)傳熱三種基本方式課件

第四章熱量傳遞的基本理論

－三種基本方式陜西科技大學(xué)機(jī)電學(xué)院《熱工基礎(chǔ)》主講教師：袁越錦第四章熱量傳遞的基本理論

－三種基本方式1研究由溫差引起的熱量傳遞規(guī)律的科學(xué)。熱量傳遞的機(jī)理、規(guī)律、計(jì)算和測試方法熱量傳遞過程的推動(dòng)力：溫差傳熱學(xué)定義研究由溫差引起的熱量傳遞規(guī)律的科學(xué)。傳熱學(xué)定義2

傳熱學(xué)與工程熱力學(xué)的關(guān)系

1.相同點(diǎn)：傳熱學(xué)以熱力學(xué)第一定律和第二定律為基礎(chǔ)，即：熱量傳遞始終是從高溫物體向低溫物體傳遞；在熱量傳遞過程中若無能量形式的轉(zhuǎn)換，則熱量始終保持守恒。2.不同點(diǎn)：a）從定義上來看：傳熱學(xué)與工程熱力學(xué)的關(guān)系3

工程熱力學(xué)：熱能的性質(zhì)、熱能與機(jī)械能及其他形式能量之間相互轉(zhuǎn)換的規(guī)律。

傳熱學(xué)：熱量傳遞過程的規(guī)律。b）從時(shí)間這個(gè)要素來分析：

工程熱力學(xué)：不考慮熱量傳遞過程的時(shí)間；

傳熱學(xué)：時(shí)間是重要參數(shù)。c)熱力學(xué)：研究平衡態(tài)；

傳熱學(xué)：研究溫度分布和非平衡態(tài)所以，傳熱學(xué)與工程熱力學(xué)研究的問題不同。工程熱力學(xué)：熱能的性質(zhì)、熱能與機(jī)械能及其他形式能量之間相互44-1熱量傳遞的三種基本方式(★)導(dǎo)熱[HeatConduction]；對(duì)流[Convection]；熱輻射[ThermalRadiation]。4-1熱量傳遞的三種基本方式(★)導(dǎo)熱[HeatCond5一、熱傳導(dǎo)(導(dǎo)熱)1、定義：物體各部分之間不發(fā)生相對(duì)位移時(shí)，依靠分子、原子及自由電子等微觀粒子的熱運(yùn)動(dòng)而產(chǎn)生的熱量傳遞過程；導(dǎo)熱是物質(zhì)固有的本質(zhì)，無論氣體、液體、固體都有導(dǎo)熱的本領(lǐng)。一、熱傳導(dǎo)(導(dǎo)熱)1、定義：6必須有溫差物體直接接觸依靠分子、原子及自由電子等微觀粒子熱運(yùn)動(dòng)而傳遞熱量不發(fā)生宏觀的相對(duì)位移導(dǎo)熱的特點(diǎn)：必須有溫差導(dǎo)熱的特點(diǎn)：7熱傳導(dǎo)(導(dǎo)熱)示意圖熱傳導(dǎo)(導(dǎo)熱)示意圖8：熱流量，單位時(shí)間傳遞的熱量[W]q：熱流密度，單位時(shí)間通過單位面積傳遞的熱量[W/m2]A：垂直于導(dǎo)熱方向的截面積[m2]2、基本定律(傅立葉定律)1822年，法國數(shù)學(xué)家Fourier：：熱流量，單位時(shí)間傳遞的熱量[W]q：熱流密度，單位時(shí)間通9熱導(dǎo)率（導(dǎo)熱系數(shù)）：——具有單位溫度差（1K）的單位厚度的物體(1m)，在它的單位面積上(1m2)、每單位時(shí)間(1s)的導(dǎo)熱量(J)熱導(dǎo)率表示材料導(dǎo)熱能力大??；物性參數(shù)；實(shí)驗(yàn)確定。熱導(dǎo)率（導(dǎo)熱系數(shù)）：——具有單位溫度差（1K）的單位厚度的10二、熱對(duì)流1.熱對(duì)流定義定義：由于流體的宏觀運(yùn)動(dòng)，從而流體各部分之間相對(duì)位移、冷熱流體相互摻混所引起的熱量傳遞過程。流體中有溫差—熱對(duì)流必然同時(shí)伴隨著熱傳導(dǎo)，自然界不存在單一的熱對(duì)流?！飳?duì)流換熱：流體與溫度不同的固體壁間接觸時(shí)的熱量交換過程。二、熱對(duì)流1.熱對(duì)流定義流體中有溫差—熱對(duì)流必然同時(shí)伴隨11對(duì)流換熱的特點(diǎn)：對(duì)流換熱與熱對(duì)流不同，既有熱對(duì)流，也有導(dǎo)熱；不是基本傳熱方式！導(dǎo)熱與熱對(duì)流同時(shí)存在的復(fù)雜熱傳遞過程；必須有直接接觸（流體與壁面）和宏觀運(yùn)動(dòng)；也必須有溫差。對(duì)流換熱的特點(diǎn)：122.分類對(duì)流換熱按照不同的原因可分為多種類型：

是否相變，分為：有相變的對(duì)流換熱和無相變的對(duì)流換熱

流動(dòng)原因，分為：強(qiáng)迫對(duì)流換熱和自然對(duì)流換熱。流動(dòng)狀態(tài)，分為：層流換熱和紊流換熱。表面液體狀態(tài)，分為：沸騰換熱和凝結(jié)換熱。2.分類對(duì)流換熱按照不同的原因可分為多種類型：是否相變，分13自然對(duì)流強(qiáng)制對(duì)流自然對(duì)流強(qiáng)制對(duì)流143.牛頓冷卻公式uttwA—熱流量[W]，單位時(shí)間傳遞的熱量q—熱流密度h—表面?zhèn)鳠嵯禂?shù)A—與流體接觸的壁面面積—固體壁表面溫度流體溫度3.牛頓冷卻公式uttwA—熱流量[W]，單位時(shí)間傳15表面?zhèn)鳠嵯禂?shù)（對(duì)流換熱系數(shù)）:——當(dāng)流體與壁面溫度相差1度時(shí)、每單位壁面面積上、單位時(shí)間內(nèi)所傳遞的熱量;h是表征對(duì)流換熱過程強(qiáng)弱的物理量.影響h因素：流動(dòng)原因、流動(dòng)狀態(tài)、流體物性、有無相變、壁面形狀大小等。表面?zhèn)鳠嵯禂?shù)（對(duì)流換熱系數(shù)）:——當(dāng)流體與壁面溫度相差1度16對(duì)流換熱系數(shù)的數(shù)值范圍5000-25000蒸汽凝結(jié)2500-35000沸騰水的相變換熱1000-15000水500-3500高壓水蒸汽20-100氣體強(qiáng)制對(duì)流200-1000水1-100空氣自然對(duì)流過程對(duì)流換熱系數(shù)的數(shù)值范圍5000-25000蒸汽凝結(jié)2500-17三、熱輻射（Thermalradiation）輻射－物體通過電磁波來傳遞能量的方式。熱輻射－因熱的原因而發(fā)出輻射能的現(xiàn)象。物體的溫度越高、輻射能力越強(qiáng)；若物體的種

類不同、表面狀況不同，其輻射能力不同；★輻射換熱：以輻射方式進(jìn)行的物體間的熱量傳遞。1.定義三、熱輻射（Thermalradiation）輻射－物體通182.輻射換熱的特點(diǎn)：——不需要冷熱物體的直接接觸；即：不需要介質(zhì)的存在，在真空中就可以傳遞能量——在輻射換熱過程中伴隨著能量形式的轉(zhuǎn)換物體熱力學(xué)能電磁波能物體熱力學(xué)能——無論溫度高低，物體都在不停地相互發(fā)射電磁波能、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;總的結(jié)果是熱由高溫傳到低溫物體。(熱能)(輻射能)(熱能)2.輻射換熱的特點(diǎn)：——不需要冷熱物體的直接接觸；即：不需要193.斯忒藩-玻爾茲曼定律黑體：能全部吸收投射到其表面輻射能的物體。或稱絕對(duì)黑體。黑體的輻射能力與吸收能力最強(qiáng)。黑體在單位時(shí)間內(nèi)發(fā)出的熱輻射熱量：

—絕對(duì)黑體輻射力

—斯蒂芬-玻爾茲曼常數(shù)，黑體輻射常數(shù):

—黑體表面的絕對(duì)溫度（熱力學(xué)溫度）[K]

—輻射表面積，[m2]3.斯忒藩-玻爾茲曼定律黑體：能全部吸收投射到其表面輻射能的20實(shí)際物體輻射能力：低于同溫度黑體：—實(shí)際物體表面的發(fā)射率（黑度）0～1；與物體的種類、表面狀況和溫度有關(guān)兩不同溫度間平行黑體的輻射換熱量：實(shí)際物體輻射能力：低于同溫度黑體：—實(shí)際物體表面的發(fā)21

在工程實(shí)際問題中,物體表面常常是即有對(duì)流換熱又有輻射換熱,這種情形稱為復(fù)合換熱。工程上為了計(jì)算方便，這時(shí)常將輻射換熱量折合成對(duì)流換熱量，即：于是，復(fù)合換熱的總換熱量：hr為輻射換熱系數(shù)。在工程實(shí)際問題中,物體表面常常是即有對(duì)流換熱又有22四.傳熱過程傳熱過程通常由導(dǎo)熱、熱對(duì)流、熱輻射組合形成。導(dǎo)熱對(duì)流輻射對(duì)流輻射墻壁的散熱

定義：熱量由壁面一側(cè)的流體通過壁面?zhèn)鞯搅硪粋?cè)流體中去的過程。一個(gè)實(shí)際的傳熱過程通常由許多環(huán)節(jié)組合形成。如下圖：還有保溫瓶、暖氣片等的散熱。四.傳熱過程傳熱過程通常由導(dǎo)熱、熱對(duì)流、熱輻射組合形成。導(dǎo)熱23本節(jié)小結(jié)：(1)導(dǎo)熱

Fourier定律：

(2)對(duì)流換熱

Newton冷卻公式：

(3)熱輻射

Stenfan-Boltzmann定律：

(4)傳熱過程

本節(jié)小結(jié)：(1)導(dǎo)熱

Fourier定律：

24作業(yè)：P185

無！思考題:P183

2，3，4

作業(yè)：P18525完完26第四章熱量傳遞的基本理論

－三種基本方式陜西科技大學(xué)機(jī)電學(xué)院《熱工基礎(chǔ)》主講教師：袁越錦第四章熱量傳遞的基本理論

－三種基本方式27研究由溫差引起的熱量傳遞規(guī)律的科學(xué)。熱量傳遞的機(jī)理、規(guī)律、計(jì)算和測試方法熱量傳遞過程的推動(dòng)力：溫差傳熱學(xué)定義研究由溫差引起的熱量傳遞規(guī)律的科學(xué)。傳熱學(xué)定義28

傳熱學(xué)與工程熱力學(xué)的關(guān)系

1.相同點(diǎn)：傳熱學(xué)以熱力學(xué)第一定律和第二定律為基礎(chǔ)，即：熱量傳遞始終是從高溫物體向低溫物體傳遞；在熱量傳遞過程中若無能量形式的轉(zhuǎn)換，則熱量始終保持守恒。2.不同點(diǎn)：a）從定義上來看：傳熱學(xué)與工程熱力學(xué)的關(guān)系29

工程熱力學(xué)：熱能的性質(zhì)、熱能與機(jī)械能及其他形式能量之間相互轉(zhuǎn)換的規(guī)律。

傳熱學(xué)：熱量傳遞過程的規(guī)律。b）從時(shí)間這個(gè)要素來分析：

工程熱力學(xué)：不考慮熱量傳遞過程的時(shí)間；

傳熱學(xué)：時(shí)間是重要參數(shù)。c)熱力學(xué)：研究平衡態(tài)；

傳熱學(xué)：研究溫度分布和非平衡態(tài)所以，傳熱學(xué)與工程熱力學(xué)研究的問題不同。工程熱力學(xué)：熱能的性質(zhì)、熱能與機(jī)械能及其他形式能量之間相互304-1熱量傳遞的三種基本方式(★)導(dǎo)熱[HeatConduction]；對(duì)流[Convection]；熱輻射[ThermalRadiation]。4-1熱量傳遞的三種基本方式(★)導(dǎo)熱[HeatCond31一、熱傳導(dǎo)(導(dǎo)熱)1、定義：物體各部分之間不發(fā)生相對(duì)位移時(shí)，依靠分子、原子及自由電子等微觀粒子的熱運(yùn)動(dòng)而產(chǎn)生的熱量傳遞過程；導(dǎo)熱是物質(zhì)固有的本質(zhì)，無論氣體、液體、固體都有導(dǎo)熱的本領(lǐng)。一、熱傳導(dǎo)(導(dǎo)熱)1、定義：32必須有溫差物體直接接觸依靠分子、原子及自由電子等微觀粒子熱運(yùn)動(dòng)而傳遞熱量不發(fā)生宏觀的相對(duì)位移導(dǎo)熱的特點(diǎn)：必須有溫差導(dǎo)熱的特點(diǎn)：33熱傳導(dǎo)(導(dǎo)熱)示意圖熱傳導(dǎo)(導(dǎo)熱)示意圖34：熱流量，單位時(shí)間傳遞的熱量[W]q：熱流密度，單位時(shí)間通過單位面積傳遞的熱量[W/m2]A：垂直于導(dǎo)熱方向的截面積[m2]2、基本定律(傅立葉定律)1822年，法國數(shù)學(xué)家Fourier：：熱流量，單位時(shí)間傳遞的熱量[W]q：熱流密度，單位時(shí)間通35熱導(dǎo)率（導(dǎo)熱系數(shù)）：——具有單位溫度差（1K）的單位厚度的物體(1m)，在它的單位面積上(1m2)、每單位時(shí)間(1s)的導(dǎo)熱量(J)熱導(dǎo)率表示材料導(dǎo)熱能力大??；物性參數(shù)；實(shí)驗(yàn)確定。熱導(dǎo)率（導(dǎo)熱系數(shù)）：——具有單位溫度差（1K）的單位厚度的36二、熱對(duì)流1.熱對(duì)流定義定義：由于流體的宏觀運(yùn)動(dòng)，從而流體各部分之間相對(duì)位移、冷熱流體相互摻混所引起的熱量傳遞過程。流體中有溫差—熱對(duì)流必然同時(shí)伴隨著熱傳導(dǎo)，自然界不存在單一的熱對(duì)流?！飳?duì)流換熱：流體與溫度不同的固體壁間接觸時(shí)的熱量交換過程。二、熱對(duì)流1.熱對(duì)流定義流體中有溫差—熱對(duì)流必然同時(shí)伴隨37對(duì)流換熱的特點(diǎn)：對(duì)流換熱與熱對(duì)流不同，既有熱對(duì)流，也有導(dǎo)熱；不是基本傳熱方式！導(dǎo)熱與熱對(duì)流同時(shí)存在的復(fù)雜熱傳遞過程；必須有直接接觸（流體與壁面）和宏觀運(yùn)動(dòng)；也必須有溫差。對(duì)流換熱的特點(diǎn)：382.分類對(duì)流換熱按照不同的原因可分為多種類型：

是否相變，分為：有相變的對(duì)流換熱和無相變的對(duì)流換熱

流動(dòng)原因，分為：強(qiáng)迫對(duì)流換熱和自然對(duì)流換熱。流動(dòng)狀態(tài)，分為：層流換熱和紊流換熱。表面液體狀態(tài)，分為：沸騰換熱和凝結(jié)換熱。2.分類對(duì)流換熱按照不同的原因可分為多種類型：是否相變，分39自然對(duì)流強(qiáng)制對(duì)流自然對(duì)流強(qiáng)制對(duì)流403.牛頓冷卻公式uttwA—熱流量[W]，單位時(shí)間傳遞的熱量q—熱流密度h—表面?zhèn)鳠嵯禂?shù)A—與流體接觸的壁面面積—固體壁表面溫度流體溫度3.牛頓冷卻公式uttwA—熱流量[W]，單位時(shí)間傳41表面?zhèn)鳠嵯禂?shù)（對(duì)流換熱系數(shù)）:——當(dāng)流體與壁面溫度相差1度時(shí)、每單位壁面面積上、單位時(shí)間內(nèi)所傳遞的熱量;h是表征對(duì)流換熱過程強(qiáng)弱的物理量.影響h因素：流動(dòng)原因、流動(dòng)狀態(tài)、流體物性、有無相變、壁面形狀大小等。表面?zhèn)鳠嵯禂?shù)（對(duì)流換熱系數(shù)）:——當(dāng)流體與壁面溫度相差1度42對(duì)流換熱系數(shù)的數(shù)值范圍5000-25000蒸汽凝結(jié)2500-35000沸騰水的相變換熱1000-15000水500-3500高壓水蒸汽20-100氣體強(qiáng)制對(duì)流200-1000水1-100空氣自然對(duì)流過程對(duì)流換熱系數(shù)的數(shù)值范圍5000-25000蒸汽凝結(jié)2500-43三、熱輻射（Thermalradiation）輻射－物體通過電磁波來傳遞能量的方式。熱輻射－因熱的原因而發(fā)出輻射能的現(xiàn)象。物體的溫度越高、輻射能力越強(qiáng)；若物體的種

類不同、表面狀況不同，其輻射能力不同；★輻射換熱：以輻射方式進(jìn)行的物體間的熱量傳遞。1.定義三、熱輻射（Thermalradiation）輻射－物體通442.輻射換熱的特點(diǎn)：——不需要冷熱物體的直接接觸；即：不需要介質(zhì)的存在，在真空中就可以傳遞能量——在輻射換熱過程中伴隨著能量形式的轉(zhuǎn)換物體熱力學(xué)能電磁波能物體熱力學(xué)能——無論溫度高低，物體都在不停地相互發(fā)射電磁波能、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;總的結(jié)果是熱由高溫傳到低溫物體。(熱能)(輻射能)(熱能)2.輻射換熱的特點(diǎn)：——不需要冷熱物體的直接接觸；即：不需要453.斯忒藩-玻爾茲曼定律黑體：能全部吸收投射到其表面輻射能的物體?；蚍Q絕對(duì)黑體。黑體的輻射能力與吸收能力最強(qiáng)。黑體在單位時(shí)間內(nèi)發(fā)出的熱輻射熱量：

—絕對(duì)黑體輻射力

—斯蒂芬-玻爾茲曼常數(shù)，黑體輻射常數(shù):

—黑體表面的絕對(duì)溫度（熱力學(xué)溫度）[K]

—輻射表面積，[m2]3.斯忒藩-玻爾茲曼定律黑體：能全部吸收投射到其表面輻射能的46實(shí)際物體