上交大環(huán)境工程原理課件04熱量傳遞

第四章

熱量傳遞第一節(jié)熱量傳遞的方式第二節(jié)熱傳導(dǎo)第三節(jié)對流傳熱第四節(jié)換熱器及間壁換熱器計算第五節(jié)輻射傳熱

本章主要內(nèi)容第四章熱量傳遞第一節(jié)熱量傳遞的方式一、熱傳導(dǎo)二、對流傳熱三、輻射傳熱

本節(jié)的主要內(nèi)容要點：與環(huán)境工程中常見的熱量傳遞過程相結(jié)合熱量傳遞的三種方式在環(huán)境工程中，很多過程涉及到加熱和冷卻：對水或污泥進行加熱；對管道及反應(yīng)器進行保溫以減少系統(tǒng)的熱量散失；在冷卻操作中移出熱量。傳熱是極普遍的過程：凡是有溫差存在的地方，就必然有熱量傳遞。第一節(jié)熱量傳遞的方式環(huán)境工程中涉及到的傳熱過程主要有兩種情況：強化傳熱過程，如各種熱交換設(shè)備中的傳熱；削弱傳熱過程，如對設(shè)備和管道的保溫，以減少熱量損失。傳熱速率問題根據(jù)傳熱機理的不同，熱的傳遞主要有三種方式：導(dǎo)熱熱對流熱輻射依靠物質(zhì)的分子、原子和電子的振動、位移和相互碰撞產(chǎn)生的熱量傳遞由于流體的宏觀運動，冷熱流體相互摻混而發(fā)生的熱量傳遞。對流必然伴隨導(dǎo)熱物體由于熱的原因而發(fā)出輻射能的現(xiàn)象物體各部分之間無宏觀運動，熱量以導(dǎo)熱方式傳遞（在固體、靜止的液體和氣體中）第一節(jié)熱量傳遞的方式物體將熱能變?yōu)檩椛淠?，以電磁波的形式傳播，當遇到另一個物體后，又被物體全部或部分吸收而變成熱能根據(jù)傳熱介質(zhì)的特征，熱量傳遞可以分為三種過程：熱傳導(dǎo)對流傳熱當流體流過某一固體壁面時發(fā)生的熱量傳遞，僅發(fā)生在流動的液體和氣體中。傳熱方式可能是導(dǎo)熱或?qū)α?。輻射傳熱?dǎo)熱在氣態(tài)、液態(tài)和固態(tài)物質(zhì)中都可以發(fā)生，但熱傳遞的方式和機理是不同的：氣體的熱量傳遞是氣體分子作不規(guī)則熱運動時相互碰撞的結(jié)果固體以兩種方式傳遞熱量：晶格振動和自由電子的遷移；（金屬）液體的結(jié)構(gòu)介于氣體和固體之間，分子可作幅度不大的位移，熱量的傳遞既由于分子的振動，又依靠分子間的相互碰撞。機理：依靠物質(zhì)的分子、原子和電子的振動、位移和相互碰撞發(fā)生的熱量傳遞條件：物體各部分之間無宏觀運動

熱傳導(dǎo)第一節(jié)熱量傳遞的方式強制對流傳熱流體在外加能量的作用下處于流動狀態(tài)自然對流傳熱流體由于內(nèi)部溫度差產(chǎn)生密度差而流動流體在傳熱過程中有無相變熱水冷卻蒸汽冷凝套管式換熱器對流傳熱過程的分類暖氣片第一節(jié)熱量傳遞的方式對流傳熱列管式換熱器包含的傳熱方式包含的熱量傳遞方式？

＆蒸汽和外管壁之間？

＆內(nèi)管壁和冷水之間？

＆內(nèi)外管壁之間？

＆換熱器外殼與室內(nèi)空氣之間？

第一節(jié)熱量傳遞的方式對流對流對流導(dǎo)熱輻射涉及熱量傳遞的實際問題：第一節(jié)熱量傳遞的方式熱傳導(dǎo)輻射傳熱1.熱力管道保溫問題：兩種保溫材料如何布置？保溫材料厚度多少合適？2.冷熱流體換熱問題：

如何實現(xiàn)高效換熱？3.減少高溫表面熱損失問題：

如何設(shè)置熱屏？4.極地冰蓋融化，溫室效應(yīng)等環(huán)境問題

熱傳導(dǎo)＋對流傳熱熱傳導(dǎo)＋對流傳熱熱輻射第一節(jié)熱量傳遞的方式(1)什么是導(dǎo)熱？(2)什么是對流傳熱？分別舉出一個強制對流傳熱和自然對流傳熱的實例。(3)簡述輻射傳熱的過程及其特點(4)試分析在居室內(nèi)人體所發(fā)生的傳熱過程，設(shè)室內(nèi)空氣處于流動狀態(tài)。思考題一、傅立葉定律二、導(dǎo)熱系數(shù)三、通過平壁的穩(wěn)定熱傳導(dǎo)四、通過圓管壁的穩(wěn)定熱傳導(dǎo)本節(jié)的主要內(nèi)容第二節(jié)熱傳導(dǎo)要點：（1）傅立葉定律傅立葉定律、導(dǎo)熱系數(shù)導(dǎo)溫系數(shù)

工程中常用材料的導(dǎo)熱性能（2）通過壁面的穩(wěn)定熱傳導(dǎo)通過平壁和圓管壁的熱傳導(dǎo)速率方程及其計算串聯(lián)熱阻疊加原則、接觸熱阻第二節(jié)熱傳導(dǎo)發(fā)生在固體、靜止的液體和氣體中熱傳導(dǎo)：物體各部分之間不發(fā)生相對位移，物體以導(dǎo)熱的方式發(fā)生的熱量傳遞過程，稱為熱傳導(dǎo)。第二節(jié)熱傳導(dǎo)熱傳導(dǎo)的速率？T=T0QT=T1熱流流量t=0T=T0T=T0需要一個恒定的熱量流量Q通過，才能維持溫度差不變第二節(jié)熱傳導(dǎo)一、傅立葉定律y方向上的熱量流量，也稱為傳熱速率，W導(dǎo)熱系數(shù)，W/(m·K)y方向上熱量通量，即單位時間內(nèi)通過單位面積傳遞的熱量，又稱為熱流密度，W/m2垂直于熱流方向的面積，m2y方向上的溫度梯度,K/m傅立葉定律第二節(jié)熱傳導(dǎo)一、傅立葉定律(4.2.1)(4.2.2)微分形式：熱量通量與溫度梯度成正比負號表示熱量通量方向與溫度梯度的方向相反，即熱量是沿著溫度降低的方向傳遞的。變換：導(dǎo)溫系數(shù)，或稱熱量擴散系數(shù)，m2/s熱量濃度,J/m3熱量傳遞的推動力令第二節(jié)熱傳導(dǎo)一、傅立葉定律(4.2.3)(4.2.4)是物質(zhì)的性質(zhì)，反映溫度變化在物體中的傳播能力

單位體積物質(zhì)溫度升高1oC時所需要的熱量,代表物質(zhì)的蓄熱能力

導(dǎo)熱系數(shù)，表明物質(zhì)的導(dǎo)熱能力說明物體的某部分一旦獲得熱量，該熱量能在整個物體中很快擴散或第二節(jié)熱傳導(dǎo)導(dǎo)溫系數(shù)導(dǎo)熱物質(zhì)在單位面積、單位溫度梯度下的導(dǎo)熱速率表明物質(zhì)導(dǎo)熱性強弱即導(dǎo)熱能力的大小是物質(zhì)的物理性質(zhì)，與物質(zhì)的種類、溫度和壓力有關(guān)不同物質(zhì)的導(dǎo)熱系數(shù)差異較大第二節(jié)熱傳導(dǎo)二、導(dǎo)熱系數(shù)(4.2.5)對于同一種物質(zhì)，值可能隨不同的方向變化－各向異性（1）氣體的導(dǎo)熱系數(shù)隨溫度升高而增高，近似與絕對溫度的平方根成正比。一般情況下，壓力對其影響不大，但在高壓（高于200MPa）或低壓（低于2.7kPa）下，氣體的導(dǎo)熱系數(shù)隨壓力的升高而增大。氣體的導(dǎo)熱系數(shù)第二節(jié)熱傳導(dǎo)二、導(dǎo)熱系數(shù)（一）的影響因素：液體的導(dǎo)熱系數(shù)水甘油第二節(jié)熱傳導(dǎo)二、導(dǎo)熱系數(shù)（2）液體的導(dǎo)熱系數(shù)隨溫度升高而減小（水、甘油例外）壓力對其影響不大。

經(jīng)驗公式：

（3）固體的導(dǎo)熱系數(shù)影響因素較多

純金屬的導(dǎo)熱系數(shù)隨溫度升高而減??；合金卻相反，隨溫度上升而增大。晶體的導(dǎo)熱系數(shù)隨溫度的升高而減小，非晶體則相反。第二節(jié)熱傳導(dǎo)二、導(dǎo)熱系數(shù)固體的導(dǎo)熱系數(shù)對于環(huán)境工程中經(jīng)常遇到的氣體和水，導(dǎo)熱系數(shù)隨溫度升高而增高，壓力對其影響不大金屬液體保溫材料氣體金屬50～415W/(m·K)，合金12～120W/(m·K)0.03～0.12W/(m·K）0.17～0.7W/(m·K)0.007～0.17W/(m·K)氫水水是工程上最常用的導(dǎo)熱介質(zhì)換熱壁面材料利用多孔材料作為保溫材料保溫材料受潮后保溫性能將大幅度下降－－露天保溫管道必須注意防潮（二）工程中常用材料的導(dǎo)熱系數(shù)第二節(jié)熱傳導(dǎo)對導(dǎo)熱不利，但利于絕熱、保溫非金屬中，石墨的導(dǎo)熱系數(shù)最高，可達100～200[W／（m·K）]，高于一般金屬；同時，由于其具有耐腐蝕性能，因此石墨是制作耐腐蝕換熱器的理想材料。GB4272規(guī)定的保溫材料導(dǎo)熱系數(shù)界定值平壁的穩(wěn)態(tài)熱傳導(dǎo)——池體、設(shè)備等的保溫圓管壁的穩(wěn)態(tài)熱傳導(dǎo)——管道、圓柱形設(shè)備的保溫傅立葉定律的應(yīng)用：解決一維穩(wěn)態(tài)熱傳導(dǎo)問題第二節(jié)熱傳導(dǎo)(一)單層平壁的穩(wěn)態(tài)熱傳導(dǎo)平壁厚度為，壁面兩側(cè)溫度分別為一維穩(wěn)態(tài)熱傳導(dǎo)第二節(jié)熱傳導(dǎo)三、通過平壁的穩(wěn)定熱傳導(dǎo)(4.2.6)(4.2.7)溫差為傳熱的推動力。導(dǎo)熱熱阻，導(dǎo)熱速率熱阻，K/W（按總傳熱面積計）導(dǎo)熱通量熱阻，m2·K/W（按單位傳熱面積計）溫度差傳導(dǎo)距離越大，傳熱壁面和導(dǎo)熱系數(shù)越小，則導(dǎo)熱熱阻越大傳熱速率=傳熱的推動力導(dǎo)熱熱阻第二節(jié)熱傳導(dǎo)取為常數(shù)W/(m·K)？T？解：（1）導(dǎo)熱系數(shù)按平壁的平均溫度第二節(jié)熱傳導(dǎo)(一)單層平壁的穩(wěn)態(tài)熱傳導(dǎo)400mm950300W/m2（2）導(dǎo)熱系數(shù)取為變量分離變量并積分對于平壁上的穩(wěn)態(tài)一維熱傳導(dǎo)，熱量通量不變即溫度分布為直線關(guān)系。以x表示沿壁厚方向上的距離，在x處等溫面上的溫度為第二節(jié)熱傳導(dǎo)因此整理，得此時溫度分布為曲線。在x處第二節(jié)熱傳導(dǎo)結(jié)論：（1）q（2）△T（二）多層平壁的熱傳導(dǎo)串聯(lián)熱阻疊加原則層與層之間接觸良好熱阻越大，通過該層的溫度差也越大Q傳熱的推動力導(dǎo)熱熱阻第二節(jié)熱傳導(dǎo)(4.2.10)穩(wěn)態(tài)傳熱下：附加熱阻——接觸熱阻

若層與層之間存在空氣層與接觸面的材料、接觸界面的粗糙度、接觸面的壓緊力和空隙中的氣壓等有關(guān)接觸熱阻（三）n層平壁的熱傳導(dǎo)第二節(jié)熱傳導(dǎo)(4.2.11)采用圓柱坐標時，即為一維穩(wěn)態(tài)熱傳導(dǎo)對于半徑為r的等溫圓柱面，根據(jù)傅立葉定律，有穩(wěn)態(tài)導(dǎo)熱時，徑向的Q為常數(shù)，將上式分離變量并積分傳熱面積隨半徑發(fā)生變化內(nèi)徑r1外徑r2半徑r第二節(jié)熱傳導(dǎo)四、通過圓管壁的穩(wěn)定熱傳導(dǎo)(4.2.13)當時，可以用算術(shù)平均值代替對數(shù)平均值，簡化計算圓管壁的導(dǎo)熱熱阻，K/W平壁的導(dǎo)熱熱阻對數(shù)平均半徑對數(shù)平均面積第二節(jié)熱傳導(dǎo)薄壁管圓管壁：第二節(jié)熱傳導(dǎo)n層圓管壁的穩(wěn)態(tài)熱傳導(dǎo)假設(shè)層與層之間接觸良好，根據(jù)串聯(lián)熱阻疊加原則，有(4.2.13)通過各層的傳熱速率相同通過各層的熱量通量？設(shè)保溫層內(nèi)半徑為r處的溫度為T17738第二節(jié)熱傳導(dǎo)(1)簡述傅立葉定律的意義和適用條件。(2)分析導(dǎo)溫系數(shù)和導(dǎo)熱系數(shù)的涵義及影響因素。(3)為什么多孔材料具有保溫性能？保溫材料為什么需要防潮？(4)當平壁面的導(dǎo)熱系數(shù)隨溫度變化時，若分別按變量和平均導(dǎo)熱系數(shù)計算，導(dǎo)熱熱通量和平壁內(nèi)的溫度分布有何差異。(5)若采用兩種導(dǎo)熱系數(shù)不同的材料為管道保溫，試分析應(yīng)如何布置效果最好。思考題第三節(jié)對流傳熱一、對流傳熱的特點二、對流傳熱的機理三、對流傳熱速率四、對流傳熱系數(shù)的經(jīng)驗式五、影響對流傳熱的因素六、保溫層的臨界直徑本節(jié)的主要內(nèi)容要點：（1）對流傳熱的特點，流動對傳熱的影響（2）對流傳熱機理傳熱邊界層、邊界層厚度（3）對流傳熱速率牛頓冷卻定律、典型情況下的對流傳熱系數(shù)，對流傳熱影響因素（4）保溫層的臨界直徑第三節(jié)對流傳熱對流傳熱：流體中質(zhì)點發(fā)生相對位移時發(fā)生的熱量傳遞過程★對流傳熱僅發(fā)生在流動的流體中★對流與熱傳導(dǎo)的區(qū)別：流體質(zhì)點的相對位移

（1）流動對傳熱的貢獻攪拌杯中熱水人站在冷風里在高溫的夏季里，打開電扇流體流動使傳熱速率加快——加快熱水冷卻——與站在背風的地方相比感覺要冷得多——人會感到?jīng)隹祀娚绒D(zhuǎn)速越大，感覺愈涼快第三節(jié)對流傳熱一、對流傳熱的特點對流傳熱指流體流過與其溫度不同的固體壁面時流體與壁面之間的熱量交換換熱器的換熱過程是導(dǎo)熱與對流聯(lián)合作用的結(jié)果。（2）對流傳熱過程第三節(jié)對流傳熱間壁式換熱器熱量傳遞過程：①熱量由熱流體傳給固體壁面②熱量由壁面的熱側(cè)傳到冷側(cè)③熱量由壁面的冷側(cè)傳到冷流體對流傳熱對流傳熱熱傳導(dǎo)對流傳熱對流傳熱熱傳導(dǎo)第三節(jié)對流傳熱列管式換熱器（3）工程中常見的對流換熱過程——間壁式換熱器的換熱過程流體的熱交換熱交換器（換熱器）套管式換熱器第三節(jié)對流傳熱>熱量傳遞固體壁面附近形成溫度分布？傳熱的機理第三節(jié)對流傳熱二、對流傳熱的機理冷流體熱壁面y

QTX(一)流動邊界層的傳熱機理及溫度分布

流體層與層之間無流體質(zhì)點的摻混，在垂直于流動方向上，熱量的傳遞主要通過導(dǎo)熱方式進行。（1）層流邊界層層流區(qū)湍流區(qū)第三節(jié)對流傳熱冷流體流動邊界層

有其它傳熱方式嗎？

有自然對流，但不是主要的！yTX（2）湍流邊界層層流底層緩沖層湍流中心湍流區(qū)

層流底層中，熱量傳遞主要依靠導(dǎo)熱進行，符合傅立葉定律，溫度分布幾乎為直線；

由于流體的導(dǎo)熱系數(shù)較低，使層內(nèi)導(dǎo)熱熱阻很大，因此該層中溫度差較大，溫度分布曲線的斜率大由邊界層的流動情況決定第三節(jié)對流傳熱冷流體yTX層流底層緩沖層湍流中心湍流區(qū)

緩沖層中，質(zhì)點的脈動較弱，對流與導(dǎo)熱的作用大致處于同等地位，由于對流傳熱的作用，溫度梯度變小。

在湍流中心，質(zhì)點強烈脈動，使主體部分的溫度趨于均一，熱量傳遞主要依靠對流進行，導(dǎo)熱所起的作用很??；溫度梯度很小，即傳熱熱阻很小，溫度分布曲線趨于平坦。第三節(jié)對流傳熱冷流體yTX湍流傳熱時，流體從主流到壁面的傳熱過程也為穩(wěn)定的串聯(lián)傳熱過程，熱阻集中在層流底層上。湍流流動的傳熱速率遠大于層流。層流底層緩沖層湍流中心湍流區(qū)減少層流底層厚度是強化傳熱的重要途徑湍流流動中存在流體質(zhì)點的隨機脈動，促使流體在y方向上摻混，傳熱過程被強化熱阻分布情況？湍流傳熱速率的大小？第三節(jié)對流傳熱yTX(T-TW)＝0.99(T0-TW)(二)傳熱邊界層（1）什么是傳熱邊界層δT第三節(jié)對流傳熱

壁面附近因傳熱而使流體溫度發(fā)生較大變化的區(qū)域（即溫度梯度較大的區(qū)域）

也稱為熱邊界層，溫度邊界層yTX(T-TW)＝0.99(T0-TW)

將(T-TW)＝0.99(T0-TW)處作為傳熱邊界層的界限，該界限到壁面的距離稱為邊界層的厚度。（2）傳熱邊界層的厚度δT

邊界層以外的區(qū)域認為不存在溫度梯度。傳熱過程的阻力主要集中在傳熱邊界層內(nèi)，傳熱阻力取決于傳熱邊界層的厚度。δT第三節(jié)對流傳熱yTXδTδ(T-TW)＝0.99(T0-TW)u=0.99u0取決于普蘭德數(shù)PrlmanprcP==第三節(jié)對流傳熱流動邊界層厚度與傳熱邊界層厚度間的關(guān)系運動粘度,或稱動量擴散系數(shù)，m2/s導(dǎo)溫系數(shù)，或稱熱量擴散系數(shù)，m2/slmanprcP==表明分子動量傳遞能力和分子熱量傳遞能力的比值。yTXδTδ(T-TW)＝0.99(T0-TW)u=0.99u0Pr＝1時，δ＝δT對于高黏度流體δ>δT溫度變化主要在層流底層中，熱阻主要集中在層流底層中第三節(jié)對流傳熱流動邊界層厚度與傳熱邊界層厚度間的關(guān)系Pr的量級：油：102～103水：1～10氣體：0.7～1液態(tài)金屬：10-3～10-2對于低黏度流體δ<δT整個傳熱過程熱阻分布均勻,層流底層中熱阻所占比例較小yTX在靜止的流體中在層流流動的流體中機理相同大小變化質(zhì)點發(fā)生相對位移

實際上，流體流動使傳熱增強！

∵流體的流動增大了壁面處的溫度梯度，使壁面處的熱量通量較靜止時大第三節(jié)對流傳熱

問題：與靜止流體中的導(dǎo)熱一樣嗎？在層流邊界層和湍流邊界層的層流底層中，熱量傳遞的方式是導(dǎo)熱。流體靜止時一維穩(wěn)態(tài)導(dǎo)熱層流流動時∴在溫差相同的情況下，流體的流動增大了壁面處的溫度梯度，使壁面處的熱通量較靜止時大

T+dT

T壁面處的熱量通量壁面處的熱量通量T+dT

T空間微元體流體沿流動方向溫度升高流體流出微元體時帶走熱量>(一)牛頓冷卻定律通過傳熱面dA的局部對流傳熱速率第三節(jié)對流傳熱三、對流傳熱速率(4.3.1)冷流體(一)牛頓冷卻定律與傳熱方向垂直的微元傳熱面積，m2局部對流傳熱系數(shù)，或稱為膜系數(shù)，W/（m2·K）流體與固體壁面dA之間的溫差，K通過傳熱面dA的局部對流傳熱速率，W流體被冷卻時在流體被加熱時與流體相接觸的傳熱壁面的溫度，K流體的溫度傳熱速率正比于固體壁面與周圍流體的溫度差和傳熱面積第三節(jié)對流傳熱為對流傳熱熱阻，K/W。局部對流傳熱系數(shù)

在傳熱過程中，溫度沿程變化，因此對流傳熱系數(shù)為局部的參數(shù)。在實際工程中，常采用平均值進行計算，因此牛頓冷卻定律可寫成W/（m2·K）對流傳熱速率也可以用對流傳熱熱阻表示，即導(dǎo)熱熱阻第三節(jié)對流傳熱(一)牛頓冷卻定律(4.3.2a)(4.3.2b)

式中，y不是實際的流體層厚度，而是某個虛擬的流體層厚度，稱之為有效膜厚度。比較傅立葉定律與牛頓冷卻定律可以發(fā)現(xiàn)y

在厚度y內(nèi)集中了全部的傳熱熱阻，這樣一個對流傳熱過程的熱阻相當于某個厚為y的靜止流體膜所造成的導(dǎo)熱熱阻。有效膜厚度第三節(jié)對流傳熱(4.3.1)(4.2.2)（二）對流傳熱系數(shù)不是物性參數(shù)，與很多因素有關(guān)，其大小取決于流體物性、壁面情況、流動原因、流動狀況、流體是否有相變等第三節(jié)對流傳熱換熱方式空氣自然對流5～25氣體強制對流20～100水自然對流200～1000水強制對流1000～15000水蒸氣冷凝5000～15000有機蒸氣冷凝500～2000水沸騰2500～25000

流體與固體壁面之間的熱量傳遞必然通過緊貼壁面速度為零的流體層，其傳熱為導(dǎo)熱，因此傳熱規(guī)律遵循傅立葉定律。用表示近壁處的溫度梯度，則牛頓冷卻定律很難得出??！如何確定對流傳熱系數(shù)？對流傳熱微分方程式——理論上計算對流傳熱系數(shù)的基礎(chǔ)第三節(jié)對流傳熱（1）量綱分析（2）利用動量傳遞與熱量傳遞的類似性求解對流傳熱系數(shù)的途徑對流傳熱系數(shù)的經(jīng)驗式第三節(jié)對流傳熱但是這二種傳遞過程具有類似性，這種類似性不僅表現(xiàn)在分子傳遞中，在渦流傳遞中也具有類似性。動量、熱量傳遞在傳遞機理、數(shù)學(xué)表達式以及傳遞特征量等方面表現(xiàn)出類似性。動量傳遞、熱量傳遞二種不同的物理現(xiàn)象分子傳遞過程只有在固體、靜止流體或?qū)恿髁鲃拥牧黧w中才會單獨發(fā)生。分子傳遞：由分子的不規(guī)則熱運動而導(dǎo)致的傳遞渦流傳遞：由宏觀流體微團的不規(guī)則摻混運動導(dǎo)致的傳遞渦流傳遞在湍流中發(fā)生。傳遞機理

在湍流運動中，流體中充滿了旋渦，因此除分子傳遞現(xiàn)象外，宏觀流體微團的不規(guī)則摻混運動也引起動量、熱量的傳遞，其結(jié)果使動量、熱量的傳遞過程大大加劇。分子傳遞速率由分子運動引起的動量傳遞——牛頓粘性定律由分子運動引起的熱量傳遞——傅立葉定律數(shù)學(xué)表達式傅立葉定律單位體積流體中的動量，稱為動量濃度，kg·(m/s)/m3

動量濃度梯度

kg·(m/s)/（m3·m）運動粘度,或稱動量擴散系數(shù)，m2/s

熱量擴散系數(shù)，m2/s剪切應(yīng)力，或稱動量通量，N/m2熱量濃度,J/m3牛頓黏性定律分子傳遞類比表傳遞特征量（2）非常相似的數(shù)學(xué)表達式——現(xiàn)象方程（1）共同的物理本質(zhì)，即都是基于分子的熱運動（3）對于理想氣體，根據(jù)氣體動力學(xué)理論可以推導(dǎo)二者的分子傳遞系數(shù)相等。典型情況：無相變時管內(nèi)強制對流大空間自然對流(一)管內(nèi)強制對流傳熱1．流體在圓形直管內(nèi)呈強烈的湍流狀態(tài)流動努塞爾特數(shù)普蘭德數(shù)

流體被冷卻時,f＝0.3流體被加熱時,f＝0.4對于低粘度（小于2倍常溫水的粘度）的流體第三節(jié)對流傳熱四、對流傳熱系數(shù)的經(jīng)驗式？定性溫度：流體進出口溫度的算術(shù)平均值。特征尺寸：管內(nèi)徑管內(nèi)壁面光滑；管長與管徑之比≥50。應(yīng)用條件：應(yīng)用范圍：

傳熱面的類型要相同，同時無量綱數(shù)Re、Pr和Gr應(yīng)在實驗數(shù)值范圍內(nèi)，原則上不能外推。因此，準數(shù)關(guān)聯(lián)式通常給出Re、Pr或Gr的數(shù)值范圍。

無量綱數(shù)與定性溫度、特征尺寸和特征速度相對應(yīng)，使用經(jīng)驗式時必須嚴格按照該公式的規(guī)定選取定性溫度、特征尺寸和特征速度。第三節(jié)對流傳熱應(yīng)用經(jīng)驗式的注意事項：Pr的量級：油：102～103水：1～10氣體：0.7～1液態(tài)金屬：10-3～10-2對于<50的短管，由于進口段流體的速度和溫度在不斷變化，因此對流傳熱系數(shù)變化較大。為了修正進口段的影響，乘以大于1的短管修正系數(shù)第三節(jié)對流傳熱進口段熱邊界層薄，局部對流傳熱系數(shù)較充分發(fā)展段大，且沿主流方向降低若出現(xiàn)湍流，則局部對流傳熱系數(shù)又提高，再逐漸降低，趨于充分發(fā)展段2．流體在圓形直管內(nèi)呈層流狀態(tài)流動①層流流動下進口段影響較大②往往需要考慮附加的自然對流傳熱的影響格拉曉夫數(shù)，表示自然對流影響的特征數(shù)為體積膨脹系數(shù)層流與湍流流動傳熱的區(qū)別：第三節(jié)對流傳熱除粘度的溫度為壁溫外，其余均為流體進、出口溫度的算術(shù)平均值。定性溫度：特征尺寸：應(yīng)用條件：小管徑且流體和壁面的溫差不大時，<25000，自然對流的影響可以忽略

(4.3.10)第三節(jié)對流傳熱應(yīng)用范圍：管內(nèi)徑對于2300≤≤104時的過渡區(qū)，其傳熱情況非常復(fù)雜，對流傳熱系數(shù)可先用湍流時的經(jīng)驗式計算，再乘以小于1的修正系數(shù)3.流體在圓形直管內(nèi)呈過渡流狀態(tài)流動第三節(jié)對流傳熱(4.3.12)4.流體在彎曲管道內(nèi)流動時的對流傳熱系數(shù)兩個途徑：（1）將特征尺寸改為當量直徑，仍用圓管計算式計算，方法簡便，但計算準確性欠佳；（2）通過實驗直接找到計算對流傳熱系數(shù)的經(jīng)驗公式。R—彎管的曲率半徑由于離心力的作用，擾動加劇，使傳熱系數(shù)增加5.非圓型管內(nèi)強制對流的傳熱系數(shù)第三節(jié)對流傳熱(4.3.13)(二)大空間自然對流傳熱

固體壁面與靜止流體之間由于流體內(nèi)部存在溫差造成密度差，由此產(chǎn)生升浮力使流體流動，稱為自然對流。

大空間自然對流傳熱是指固體壁面邊界層的發(fā)展不受空間限制或干擾的自然對流傳熱。

第三節(jié)對流傳熱

例如：換熱過程中常用的換熱設(shè)備、中溫或高溫反應(yīng)器、熱水或蒸汽管道等的熱表面向周圍大氣的對流散熱過程(二)大空間自然對流傳熱（2）對流傳熱系數(shù)與和有關(guān)與傳熱表面的性質(zhì)、位置以及有關(guān)定性溫度取壁面與流體平均溫度的算術(shù)平均值

第三節(jié)對流傳熱（1）豎壁上流體自然對流的傳熱特征:壁面法向上，流體溫度逐漸降低溫度場存在于靠近壁面的薄層內(nèi)速度分布依賴于溫度分布壁面和邊界層外邊緣之間存在最大值第三節(jié)對流傳熱常見大空間自然對流時的C和n值（1）物性特征（2）幾何特征固體壁面的形狀、尺寸、方位、粗糙度是否處于管道進口段，彎管還是直管等。v流體的密度r或比熱容pc越大，流體與壁面間的傳熱速率越大v導(dǎo)熱系數(shù)l越大，熱量傳遞越迅速；v流體的粘度m越大，越不利于流動，會削弱與壁面的傳熱。

第三節(jié)對流傳熱五、影響對流傳熱的因素短管修正系數(shù)彎管修正系數(shù)湍流情況下，對流傳熱系數(shù)與流速的0.8次方成正比，與管徑的0.2次方成反比。強化傳熱措施：提高流速，或采用小直徑的管道其中提高流速更為有效。第三節(jié)對流傳熱(4.3.6b)（2）幾何特征（3）流動特征流動起因（自然對流、強制對流）流動狀態(tài)（層流、湍流）有無相變化（液體沸騰、蒸汽冷凝）第三節(jié)對流傳熱換熱方式空氣自然對流5～25氣體強制對流20～100水自然對流200～1000水強制對流1000～15000水蒸氣冷凝5000～15000有機蒸氣冷凝500～2000水沸騰2500～25000根據(jù)對流傳熱微分方程式層流邊界層或?qū)恿鞯讓拥暮穸葴p小通過改善流動狀況使層流底層厚度減小，是工程上強化對流傳熱的主要途徑之一(4.3.3)第三節(jié)對流傳熱設(shè)備和管道保溫的方法是在其外部包裝絕熱材料問題：保溫層的厚度？越厚越好？傳導(dǎo)熱阻對流傳熱熱阻當保溫層厚度增加（即增大）時熱傳導(dǎo)對流傳熱?第三節(jié)對流傳熱六、保溫層的臨界直徑(4.3.19)由此得到熱損失為最大值時的保溫層直徑：為正值保溫層的臨界直徑保溫層的臨界厚度如果保溫層的外徑小于臨界直徑即即增加保溫層的厚度反而使熱損失增加。第三節(jié)對流傳熱【例】外徑為25mm的鋼管，其外壁溫度保持350℃，為減少熱損失，在管外包一層導(dǎo)熱系數(shù)為0.2W/(m·K)的保溫材料。已知保溫層外壁對空氣的對流傳熱系數(shù)近似為10W/(m2·K)，空氣溫度為20℃。試求（1）保溫層厚度分別為2mm、5mm和7mm時，每米管長的熱損失及保溫層外表面的溫度；（2）保溫層厚度為多少時熱損失量最大？此時每米管長的熱損失及保溫層外表面的溫度各為多少？（3）若要起到保溫作用，保溫層厚度至少為多少？設(shè)保溫層厚度對管外空氣對流傳熱系數(shù)的影響可忽略。第三節(jié)對流傳熱解：（1）穩(wěn)態(tài)傳熱時，各層傳熱速率相等，即當保溫層厚度為2mm時，＝0.029mW/m℃第三節(jié)對流傳熱同理，當保溫層厚度為5mm時，＝0.035m當保溫層厚度為7mm時，＝0.039m在保溫層為2～7mm時，隨著厚度的增加，熱損失量增加。W/m℃W/m℃第三節(jié)對流傳熱第三節(jié)對流傳熱一般情況下，熱損失隨保溫層厚度增加而減小。但對于小直徑的管道，則可能出現(xiàn)相反的情況，即隨保溫層的厚度增加，熱損失加大。第三節(jié)對流傳熱第四節(jié)換熱器及間壁傳熱過程計算一、換熱器的分類及間壁換熱器二、間壁傳熱過程計算三、強化換熱器傳熱過程的途徑本節(jié)的主要內(nèi)容要點：（1）間壁換熱器的主要形式（2）間壁傳熱過程計算總傳熱速率方程、總傳熱系數(shù)、平均溫差計算、*傳熱單元數(shù)法（3）強化換熱的措施第四節(jié)換熱器及間壁傳熱過程計算（一）換熱器的分類與結(jié)構(gòu)形式按用途分按交換方式分加熱器、預(yù)熱器、過熱器、蒸發(fā)器、再沸器、冷卻器、冷凝器間壁式直接接觸式蓄熱式一、換熱器的分類與間壁換熱器第四節(jié)換熱器及間壁傳熱過程計算（二）管式換熱器蛇管式換熱器列管式換熱器套管式換熱器第四節(jié)換熱器及間壁傳熱過程計算噴淋式換熱器第四節(jié)換熱器及間壁傳熱過程計算（三）板式換熱器夾套式換熱器平板式換熱器第四節(jié)換熱器及間壁傳熱過程計算平板式換熱器第四節(jié)換熱器及間壁傳熱過程計算熱流體通過間壁將熱量傳給冷流體的過程分為三步：－對流傳熱－熱傳導(dǎo)－對流傳熱A1

A2

Am

b外側(cè)內(nèi)側(cè)熱流體冷流體（1）熱流體將熱量傳給固體壁面；（2）熱量從壁的熱側(cè)面?zhèn)鞯嚼鋫?cè)面；（3）熱量從壁面?zhèn)鹘o冷流體二、間壁傳熱過程計算第四節(jié)換熱器及間壁傳熱過程計算熱側(cè)流體對壁面的傳熱速率為通過間壁的傳熱速率為在穩(wěn)態(tài)情況下A1

A2

Am

b冷側(cè)流體對壁面的傳熱速率為外側(cè)內(nèi)側(cè)熱流體冷流體（一）總傳熱速率方程(4.3.20)(4.3.21)(4.3.22)第四節(jié)換熱器及間壁傳熱過程計算傳熱過程總推動力傳熱總熱阻總熱阻等于各項熱阻之和（一）總傳熱速率方程(4.3.23)第四節(jié)換熱器及間壁傳熱過程計算取定的面積傳熱基本方程式總傳熱系數(shù)表示換熱設(shè)備性能的極為重要的參數(shù)由總傳熱速率方程可以得到什么？

影響傳熱速率的因素調(diào)控傳熱過程的措施第四節(jié)換熱器及間壁傳熱過程計算以外表面積作為基準對于平壁或薄管壁熱側(cè)為外側(cè)時（二）總傳熱系數(shù)(4.3.25)第四節(jié)換熱器及間壁傳熱過程計算污垢熱阻外側(cè)表面上單位傳熱面積的污垢熱阻內(nèi)側(cè)表面上單位傳熱面積的污垢熱阻比間壁的熱阻大得多難以準確估計，采用經(jīng)驗值對于平壁或薄管壁，有(4.3.26)第四節(jié)換熱器及間壁傳熱過程計算【例題】一空氣套管式冷卻器，空氣在管外橫向流過，對流傳熱系數(shù)為80W/（m2·K）；冷卻水在管內(nèi)流過，對流傳熱系數(shù)為5000W/（m2·K）。冷卻管為φ25×2.5mm的鋼管，其導(dǎo)熱系數(shù)為45W/（m·K）。求（1）該狀態(tài)下的總傳熱系數(shù)；（2）若將管外對流傳熱系數(shù)提高一倍，其它條件不變，總傳熱系數(shù)如何變化？（3）若將管內(nèi)對流傳熱系數(shù)提高一倍，其它條件不變，總傳熱系數(shù)如何變化？第四節(jié)換熱器及間壁傳熱過程計算解：（1）以管外表面積為基準的總傳熱系數(shù)滿足即=25mm，=20mmW/（m2·K）mm4.222025ln2025ln211=-=-=ddd2ddm第四節(jié)換熱器及間壁傳熱過程計算（2）若提高一倍，則W/（m2·K）

（3）若提高一倍，則結(jié)果分析：氣側(cè)熱阻遠大于水側(cè)熱阻，因此增加氣側(cè)對流傳熱系數(shù)，總傳熱系數(shù)的提高遠遠大于增加水側(cè)對流傳熱系數(shù)。W/（m2·K）第四節(jié)換熱器及間壁傳熱過程計算若間壁外側(cè)對流傳熱控制間壁內(nèi)側(cè)對流傳熱控制若污垢熱阻很大，則稱為污垢熱阻控制，此時欲提高必須設(shè)法減慢污垢形成速度或及時清除污垢討論：傳熱控制第四節(jié)換熱器及間壁傳熱過程計算與換熱器中兩流體的溫度變化情況及兩流體的相互流動方向有關(guān)(三)傳熱推動力－平均溫差并流逆流錯流折流第四節(jié)換熱器及間壁傳熱過程計算間壁式換熱器并流逆流折流錯流變溫傳熱第四節(jié)換熱器及間壁傳熱過程計算以套管式換熱器為例計算平均溫差Th1Tc1Th2Tc2冷流體熱流體第四節(jié)換熱器及間壁傳熱過程計算（1）逆流和并流時的傳熱溫差Th1Tc1Th2Tc2Th1Th2Tc1Tc2Th1Th2Tc1Tc2Th1Th2Tc2Tc1逆流并流沿傳熱面的溫度變化第四節(jié)換熱器及間壁傳熱過程計算Th1Th2Tc1Tc2通過微元面的傳熱量為在微元中熱、冷流體的溫差為熱流體放出熱量，溫度下降冷流體得到熱量，溫度上升分別對熱流體和冷流體進行熱量衡算(4.3.27)(4.3.28)(4.3.29)(4.3.30)第四節(jié)換熱器及間壁傳熱過程計算（d）沿流動方向的導(dǎo)熱量可忽略不計。第四節(jié)換熱器及間壁傳熱過程計算積分，得熱容流量平均傳熱溫差，對數(shù)平均溫差

換熱器兩端溫差大的數(shù)值換熱器兩端溫差小的數(shù)值

時，對數(shù)平均值與算術(shù)平均值的差小于4％，此時在工程計算中可以用算術(shù)平均值代替對數(shù)平均值。計算并流和逆流情況下平均溫差的通式第四節(jié)換熱器及間壁傳熱過程計算【例題】在套管換熱器中用冷水將100℃的熱水冷卻到60℃，冷水溫度從20℃升至30℃。試求在這種溫度條件下，逆流和并流時的平均溫差。結(jié)論：在冷熱流體的初、終溫度相同的條件下，逆流的平均溫差較并流的大。＝60－20＝40℃，＝100－30＝70℃＝60－30＝30℃，＝100－20＝80℃℃℃并流時解：逆流時第四節(jié)換熱器及間壁傳熱過程計算

在換熱器的傳熱量及總傳熱系數(shù)相同的條件下，采用逆流操作，其優(yōu)點是：（1）可以節(jié)省傳熱面積，減少設(shè)備費；（2）或可以減少換熱介質(zhì)的流量，降低運行費。

因此，在實際工程中多采用逆流操作

熱、冷流體的最高溫度集中在換熱器的一端，使得該處的壁溫較高。高溫換熱器應(yīng)避免采用逆流操作逆流操作的缺點：第四節(jié)換熱器及間壁傳熱過程計算（2）錯流和折流時的傳熱溫差

按逆流計算對數(shù)平均溫差，再乘以溫度修正系數(shù)

溫度修正系數(shù)小于1，即錯流和折流時的傳熱溫差小于逆流時的溫差。按逆流計算的對數(shù)平均溫差溫度修正系數(shù)，無量綱(4.3.35)第四節(jié)換熱器及間壁傳熱過程計算第四節(jié)換熱器及間壁傳熱過程計算折流錯流

溫度修正系數(shù)小于1，即錯流和折流時的傳熱溫差小于逆流時的溫差。第四節(jié)換熱器及間壁傳熱過程計算工程上采用折流和其它復(fù)雜流動的目的是提高傳熱系數(shù)，其代價是使平均溫差減少。因此，在設(shè)計時最好使溫度修正系數(shù)>0.9；當其<0.8時，經(jīng)濟上不合理，應(yīng)另選其它形式，如增加殼程數(shù)，或?qū)⒍嗯_換熱器串聯(lián)使用，以使傳熱過程接近逆流。第四節(jié)換熱器及間壁傳熱過程計算流體在殼體內(nèi)每通過一次為一殼程單殼程兩管程

1－2型兩殼程四管程

2－4型殼程:

流體在殼體內(nèi)每通過一次為一殼程管程:

流體在管內(nèi)每通過一次為一管程第四節(jié)換熱器及間壁傳熱過程計算單殼程

兩殼程第四節(jié)換熱器及間壁傳熱過程計算三殼程第四節(jié)換熱器及間壁傳熱過程計算（1）當K變化不大時，工程中可采用換熱器進出口處傳熱系數(shù)的平均值作為常數(shù)處理?；虬磽Q熱器進出口處溫度的平均值計算（2）當K變化很大時，K隨溫度變化(四)傳熱面積計算傳熱速率：第四節(jié)換熱器及間壁傳熱過程計算當換熱器出口溫度未知時，無法直接計算平均溫差，因此需通過反復(fù)試算傳熱單元數(shù)法（NTU）傳熱效率－傳熱單元數(shù)法（ε-NTU）1.傳熱效率ε意義：流體可用的熱量被利用的程度(五)傳熱單元數(shù)(4.3.28)第四節(jié)換熱器及間壁傳熱過程計算若換熱器的熱損失可以忽略，兩流體均無相變，則實際傳熱量：最大可能傳熱量：理論上換熱器中可能達到的最大溫差兩流體中最小的熱容流量熱流體的熱容流量較小時：冷流體的熱容流量較小時：ε(4.3.36)(4.3.37)若已知第四節(jié)換熱器及間壁傳熱過程計算如何確定傳熱效率？可根據(jù)傳熱速率方程和熱量衡量式導(dǎo)出單程并流換熱器兩流體的熱容流量比單程逆流換熱器任一流體發(fā)生相變時(4.3.45)(4.3.44)(4.3.46)第四節(jié)換熱器及間壁傳熱過程計算傳熱單元數(shù)2.傳熱單元數(shù)由換熱器的熱量衡算及總傳熱速率方程得對于冷流體:當K與為常數(shù)換熱器兩端溫差的對數(shù)平均值以冷流體計的傳熱單元數(shù):以熱流體計的傳熱單元數(shù):傳熱單元數(shù)是溫度的無量綱函數(shù)，在數(shù)值上等于單位傳熱推動力引起流體溫度變化的大小，表明換熱器傳熱能力的強弱。第四節(jié)換熱器及間壁傳熱過程計算使用傳熱單元數(shù)進行傳熱計算時，應(yīng)以熱容流量小的流體為基準基于熱容流量小的流體的傳熱單元長度，單位為m設(shè)換熱器的換熱管的直徑為d，長度為L，管數(shù)為n，則傳熱單元長度是傳熱熱阻的函數(shù)，總傳熱系數(shù)越大，傳熱單元長度越小，即傳熱所需的傳熱面積越小。第四節(jié)換熱器及間壁傳熱過程計算3.傳熱效率和傳熱單元數(shù)的關(guān)系可根據(jù)傳熱速率方程和熱量衡量式導(dǎo)出單程并流換熱器單程逆流換熱器任一流體發(fā)生相變時(4.3.45)(4.3.44)(4.3.46)第四節(jié)換熱器及間壁傳熱過程計算

根據(jù)換熱器的操作工況，計算傳熱系數(shù)；計算傳熱單元數(shù)NTU和熱容流量比cR

；根據(jù)換熱器中流體流動的型式和NTU、cR，

計算或利用算圖查得相應(yīng)的ε；根據(jù)冷熱流體進口溫度等已知量，計算傳熱速率；根據(jù)熱量衡算，求出冷熱流體的出口溫度。4.傳熱單元數(shù)法步驟：第四節(jié)換熱器及間壁傳熱過程計算ε（1）增大傳熱面積采用小直徑管、異形表面、加裝翅片等（2）增大平均溫度差提高蒸汽的壓強以提高蒸汽的溫度改變兩側(cè)流體相互流向增加列管式換熱器的殼程數(shù)（3）提高傳熱系數(shù)①提高流體的速度②增強流體的擾動③在流體中加固體顆粒④在氣流中噴入液滴⑤采用短管換熱器⑥防止結(jié)垢和及時清除污垢設(shè)法減少對傳熱系數(shù)影響最大的熱阻三、強化換熱器傳熱過程的途徑第四節(jié)換熱器及間壁傳熱過程計算(1)簡述影響對流傳熱的因素。(2)簡述對流傳熱的機理、傳熱阻力的分布及強化傳熱的措施。(3)為什么流體層流流動時其傳熱過程較靜止時增強？(4)

傳熱邊界層的范圍如何確定？試分析傳熱邊界層與流動邊界層的關(guān)系。(5)試分析影響對流傳熱系數(shù)的因素。(6)

分析圓直管內(nèi)湍流流動的對流傳熱系數(shù)與流量和管徑的關(guān)系，若要提高對流傳熱系數(shù)，采取哪種措施最有效？(7)流體由直管流入短管和彎管，其對流傳熱系數(shù)將如何變化？為什么？(8)間壁傳熱熱阻包括哪幾部分？若冷熱流體分別為氣體和液體，要強化換熱過程，需在哪一側(cè)采取措施？(9)什么是傳熱效率和傳熱單元數(shù)？(10)什么情況下保溫層厚度增加反而會使熱損失加大？保溫層的臨界直徑由什么決定？思考題第四節(jié)換熱器及間壁傳熱過程計算一、輻射傳熱的基本概念二、物體的輻射能力三、物體間的輻射傳熱四、氣體的熱輻射五、對流和輻射聯(lián)合傳熱本節(jié)的主要內(nèi)容第五節(jié)輻射傳熱要點：（1）輻射傳熱的基本概念熱輻射、輻射傳熱、熱輻射對物體的作用（2）物體的輻射能力單色輻射能力、輻射能力黑體最大單色輻射能力的波長與溫度的關(guān)系，斯蒂芬－波爾茨曼定律)灰體的輻射能力、黑度、輻射與吸收度關(guān)系（3）物體間的輻射傳熱速率（4）氣體熱輻射的特點第五節(jié)輻射傳熱(一)熱輻射熱輻射：由于熱的原因而發(fā)出輻射能的過程輻射：物體通過電磁波來傳遞能量的方式

絕對溫度在零度以上的任何物體，總是不斷地把熱能變?yōu)檩椛淠?，向外發(fā)出輻射；同時也不斷地吸收周圍物體投射到它上面的熱輻射，并轉(zhuǎn)變?yōu)闊崮?。輻射傳熱：熱平衡時，熱輻射存在，但輻射傳熱量為0第五節(jié)輻射傳熱一、輻射傳熱的基本概念

熱輻射的能力與溫度有關(guān)，隨著溫度的升高，熱輻射的作用將變得越加重要；高溫時，熱輻射將起決定作用。

理論上，物體熱輻射的電磁波波長可以包括電磁波的整個波譜范圍在工程中有實際意義的熱輻射波長在0.38～100μm，而且大部分能量位于紅外線區(qū)段，即0.76～20μm。電磁波譜第五節(jié)輻射傳熱(二)熱輻射對物體的作用總能量反射吸收穿透物體對投射輻射的吸收率反射率穿透率投射輻射第五節(jié)輻射傳熱(4.4.1a)(4.4.1b)(4.4.1c)若A＝1，則表示落在物體表面上的輻射能全部被物體吸收，這種物體稱為絕對黑體。沒有光澤的黑漆表面的吸收率為0.96～0.98，接近黑體；磨光的銅表面的反射率為0.97，接近鏡體；單原子和對稱的雙原子氣體可視為透熱體。若R=1，則表示落在物體表面上的輻射能全部被反射出去。此時，若入射角等于反射角，則物體稱為鏡體；若反射情況為漫反射，該物體稱為絕對白體。若D＝1，則表示落在物體上的輻射能將全部穿透過去，這類物體稱為絕對透明體或透熱體。引入理想物體的概念，作為實際物體與之比較的標準，可以使輻射傳熱計算大大簡化。第五節(jié)輻射傳熱境面反射漫反射物體的吸收率、反射率和穿透率的大小取決于物體的性質(zhì)、表面狀況、溫度和投射輻射的波長。吸收能力大的物體其反射能力就小固體和液體（1）物體的性質(zhì)－物態(tài)，物質(zhì)結(jié)構(gòu)一般固體和液體都是不透熱體，即D＝0，A+R=1輻射能進入其表面后，在極短的距離內(nèi)被吸收完金屬導(dǎo)體：1μm的數(shù)量級，非導(dǎo)電體材料：<1mm第五節(jié)輻射傳熱氣體吸收能力大的氣體，其穿透能力就差氣體對輻射能幾乎沒有反射能力，可以認為R=0，A+D=1第五節(jié)輻射傳熱固體和液體物體對外界的輻射，以及對投射輻射的吸收和反射過程，都是在物體表面上進行的（2）表面狀況

固體和液體物體的表面狀況對吸收率、反射率和穿透率的影響至關(guān)重要氣體發(fā)射和吸收輻射能發(fā)生在整體氣體體積內(nèi)部，即吸收和輻射與熱射線所經(jīng)歷的路程有關(guān)灰體:能以相同的吸收率吸收所有波長范圍的輻射能大多數(shù)工程材料可視為灰體實際物體對投入輻射的吸收率不僅和物體本身的情況有關(guān)，而且還與輻射物體投入的輻射波長有關(guān)

灰體對投入輻射的吸收率與外界無關(guān)（3）投射輻射的波長

氣體不能近似地作為灰體處理第五節(jié)輻射傳熱分析：在全球變暖問題中，極地冰蓋的融化被認為會加速地球變暖，從熱輻射角度解釋這一問題。北極的浮冰就像一面巨大的鏡子將太陽能量反射回太空中，大多數(shù)的陽光都不會被海洋吸收。如果氣候變暖，海冰融化，意味著這面“大鏡子”將大大縮小。沒有了明亮的浮冰反射掉許多陽光，深色的海洋將吸收更多的太陽能量，海洋會變得更暖，進一步導(dǎo)致更多的海冰融化，然后海洋吸收的熱量更多……如此惡性循環(huán)。第五節(jié)輻射傳熱輻射能力:物體在一定溫度下，單位表面積、單位時間內(nèi)所發(fā)出的全部波長的總能量E表征物體發(fā)射輻射能的能力發(fā)射能量與波長有關(guān)第五節(jié)輻射傳熱二、物體的輻射能力W/m2物體的單色輻射能力

:物體在一定溫度下發(fā)射某種波長的能力,單位為W/m3輻射能力:第五節(jié)輻射傳熱(4.4.2)(一)黑體的輻射能力黑體的輻射能力黑體的單色輻射能力第五節(jié)輻射傳熱黑體單色輻射能力按波長的分布規(guī)律(4.4.3)最大值短波強輻射隨溫度變化黑體的輻射系數(shù)，其值為5.67

W/(m2·K4)黑體的輻射常數(shù)，其值為5.67×10－8

W/(m2·K4)

熱輻射對溫度非常敏感，低溫時熱輻射往往可以忽略，高溫時則起主要作用。工程上（2）黑體的輻射能力斯蒂芬－波爾茨曼定律四次方定律（1）最大單色輻射能力的波長第五節(jié)輻射傳熱(4.4.7)T：絕對溫度只要知道物體的黑度，就可求得該物體的輻射能力。(二)灰體的輻射能力灰體的輻射系數(shù)由于黑體具有最大的輻射能力，因此定義：物體的黑度ε灰體的輻射能力同溫度下黑體的輻射能力第五節(jié)輻射傳熱(4.4.10)(4.4.8)(4.4.9)灰體的輻射能力

物體的性質(zhì)、溫度以及表面狀況，包括粗糙度及氧化程度，是物體本身的特性，一般可通過實驗確定。材料溫度/oC黑度紅磚耐火磚鋼板（氧化的）鋼板（磨光的）鉛（氧化的）鉛（磨光的）銅（氧化的）銅（磨光的）鑄鐵（氧化的）鑄鐵（磨光的）20－200－600940－1100200－600225－575200－600－200－600330－9100.88-0.930.8-0.90.80.55-0.610.11-0.190.039-0.0570.57-0.870.030.64-0.780.6-0.7荒漠、旱地和絕大部分的林地的黑度近似為0.90；水、海灘、冰川則約為0.95；人體無論是什么膚色黑度均為0.96左右。影響物體表面的黑度的因素第五節(jié)輻射傳熱【例題】若將地球看成是平均溫度為15℃、表面積為5.1×1014m2的黑體，求單位時間地球熱輻射的能量和最大單色輻射能力時的波長，并將此波長與太陽輻射的波長相比（表面溫度5800K）。

地球最大單