上傳人：中***

認(rèn)證信息

認(rèn)證類型：個(gè)人認(rèn)證

認(rèn)證主體：丁**（實(shí)名認(rèn)證）

IP屬地：江蘇

IP屬地：江蘇 上傳時(shí)間：2025-03-23 格式：PPT 頁數(shù)：21 大?。?47KB 積分：25 舉報(bào) 版權(quán)申訴

前言傳熱學(xué)研究的對(duì)象和意義

熱量傳輸是研究不同溫度的物體間(或物體內(nèi))熱量傳遞規(guī)律的一門科學(xué)。所要解決的問題是確定傳熱速率以及系統(tǒng)內(nèi)部的溫度分布。熱量傳輸有4個(gè)分支學(xué)科，即導(dǎo)熱、對(duì)流換熱、輻射換熱和相變換熱。導(dǎo)熱是熱量傳輸中最早研究的問題。從法國(guó)數(shù)學(xué)家傅里葉(Fourier)研究導(dǎo)熱開始，已有近200年的歷史。通過對(duì)大量實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)的歸納總結(jié)，導(dǎo)熱學(xué)最重要的定律——傅里葉定律。19世紀(jì)末，應(yīng)用數(shù)學(xué)有了突破，偏微分方程可以求解，使得導(dǎo)熱學(xué)在20世紀(jì)初漸趨成熟。目前，許多問題可以通過新概念或新方法重新評(píng)估價(jià)、計(jì)算和研究。前言傳熱學(xué)研究的對(duì)象和意義對(duì)流換熱學(xué)的發(fā)展以牛頓(Newton)冷卻公式為標(biāo)志，迄今已有300多年的歷史。由于對(duì)流換熱的偏微分方程較導(dǎo)熱復(fù)雜得多，因此對(duì)流換熱學(xué)發(fā)展緩慢。直到1904年，普朗特(Prandtl)提出了著名的邊界層理論，對(duì)流換熱問題的研究得以突破。20世紀(jì)30年代，邊界層理論和隨著湍流理論的出現(xiàn)開始受到了普遍的重視。20世紀(jì)50年代，邊界層理論的研究達(dá)到了頂峰，對(duì)流換熱學(xué)日趨成熟。隨著黏性流體力學(xué)的發(fā)展及計(jì)算機(jī)的普及應(yīng)用，進(jìn)一步推動(dòng)了邊界層理論及對(duì)流換熱學(xué)的發(fā)展。前言傳熱學(xué)研究的對(duì)象和意義輻射換熱從斯蒂芬-玻爾茲曼(Stefan-Boltzman)研究輻射現(xiàn)象開始，經(jīng)歷了100多年的發(fā)展。1900年，普朗克提出輻射理論；20世紀(jì)60年代，分子光譜學(xué)及固體物理學(xué)日趨成熟，輻射換熱有了更為堅(jiān)實(shí)的理論基礎(chǔ)；而計(jì)算機(jī)的廣泛應(yīng)用，使得輻射換熱學(xué)突飛猛進(jìn)，并于20世紀(jì)70年代趨于成熟。相變換熱因?yàn)楦鼜?fù)雜，發(fā)展得更晚一些，直至上世紀(jì)80年代初才基本成熟，但其理論基礎(chǔ)與前幾個(gè)傳熱學(xué)分支相比，尚未完善，仍是理論研究的熱門問題?？紤]到冶金專業(yè)本科生的學(xué)時(shí)數(shù)、選修課程及與研究生教學(xué)的適當(dāng)區(qū)別，沒有包含相變傳熱理論。對(duì)于數(shù)值法傳熱計(jì)算僅進(jìn)行了簡(jiǎn)單的介紹。第九章熱量傳輸?shù)幕痉绞?/p>

9.1導(dǎo)熱9.2對(duì)流9.3輻射9.4

組合傳熱9.1導(dǎo)熱熱量傳遞的三種基本方式：導(dǎo)熱(熱傳導(dǎo))、對(duì)流(熱對(duì)流)和熱輻射。

導(dǎo)熱(熱傳導(dǎo))(Conduction)導(dǎo)熱又稱熱傳導(dǎo)，它起源于溫差。從微觀角度看，導(dǎo)熱與物體中分子、原子或自由電子等微觀粒子的熱運(yùn)動(dòng)有關(guān)。9.1導(dǎo)熱導(dǎo)熱的基本規(guī)律是Fourier定律（導(dǎo)熱基本定律），是一個(gè)一維穩(wěn)態(tài)導(dǎo)熱。Q：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]；

：導(dǎo)熱系數(shù)(熱導(dǎo)率)[W/(mK)]。單位面積直角坐標(biāo)系中9.1導(dǎo)熱導(dǎo)熱系數(shù)的物理意義是，在導(dǎo)熱方向的單位長(zhǎng)度上，溫度降低1℃時(shí)，單位時(shí)間內(nèi)通過單位面的熱量。經(jīng)驗(yàn)表明在一定溫度范圍內(nèi)，大多數(shù)材料的導(dǎo)熱系數(shù)都可作為溫度的線性函數(shù)。9.1導(dǎo)熱例題1：已知金屬桿內(nèi)的溫度分布為下式，其中t的單位為h，x為從桿的一端量起的坐標(biāo)，L為桿的總長(zhǎng)度。桿的導(dǎo)熱系數(shù)λ=45W/m℃；L=1m，求10h后通過桿中心截面的導(dǎo)熱通量。解：已知桿中溫度分布，利用傅立葉定律即可計(jì)算導(dǎo)熱通量。現(xiàn)在溫度分布是時(shí)間τ和空間坐標(biāo)x的函數(shù)，這表明該溫度場(chǎng)是一維不穩(wěn)態(tài)溫度場(chǎng)。由傅立葉定律公式，取時(shí)間為常數(shù)，將t對(duì)x求導(dǎo)，得：9.1導(dǎo)熱例題2：有一厚度為s的無限大平壁，其兩側(cè)表面分別保持均勻不變的溫度Tw1和Tw2，如下圖所示。試求下列條件下通過平壁的導(dǎo)熱通量和壁內(nèi)的溫度分布。⑴平壁材料的導(dǎo)熱系數(shù)為常數(shù)；(2)平壁材料的導(dǎo)熱系數(shù)為λ=λ0(1+bT)。中心截面即x=1/2處和當(dāng)t=10h時(shí)

：10h后通過桿中心截面的導(dǎo)熱通量為：9.1導(dǎo)熱解：這是一個(gè)一維穩(wěn)態(tài)導(dǎo)熱問題，利用傅立葉定律可直接導(dǎo)出通過平壁的導(dǎo)熱公式。⑴導(dǎo)熱系數(shù)為常量，在穩(wěn)態(tài)條件下，通過平壁的導(dǎo)熱通量為常數(shù)，并對(duì)公式分離變量，并進(jìn)行積分，則有：平壁導(dǎo)熱的計(jì)算公式設(shè)壁內(nèi)距離表面x處的溫度為T，將傅立葉公式從0到x積分后帶入上式得：

9.1導(dǎo)熱(2)由導(dǎo)熱系數(shù)λ=λ0(1+bT)情況下的傅立葉定律表達(dá)式按前面相同的方法處理：

λm為是平壁條件下的平均導(dǎo)熱系數(shù)。其中：

9.1導(dǎo)熱設(shè)壁內(nèi)距離表面x處的溫度為T，將傅立葉公式從0到x積分后帶入上式得：

當(dāng)λ=λ0(1+bT)時(shí)，平壁內(nèi)溫度分布是一條曲線。b為正值時(shí)，形成向上凸起的溫度分布曲線，反之則反。當(dāng)λ=const時(shí)，平壁內(nèi)溫度分布是一條直線；9.2對(duì)流

對(duì)流(熱對(duì)流)(Convection)定義：依靠流體的運(yùn)動(dòng)，把熱量從一處傳遞到另一處的現(xiàn)象稱為熱對(duì)流。

對(duì)流(熱對(duì)流)是指流體各部分之間發(fā)生相對(duì)位移而引起的熱量傳輸現(xiàn)象。它是熱量傳遞的基本方式之一。(2)熱對(duì)流過程中，若單位時(shí)間內(nèi)通過單位面積的流體質(zhì)量流量為M，單位為kg/(m2?s)，其溫度由斷面1處的T1升高到斷面2處的T2，則過程中兩斷面間傳遞的熱量可由工程熱力學(xué)中的穩(wěn)定流量方程式確定。上式中：υ為流體的速度，m/s；ΔZ為斷面1，2間的位置高差，m9.2對(duì)流在大部分工程問題中，比動(dòng)能(1/2)Δυ2，比位能gΔZ均遠(yuǎn)遠(yuǎn)小于比焓差Δi，所以可簡(jiǎn)化為：

上式中：cp-定壓比熱容，J/(kg?℃)熱對(duì)流僅發(fā)生在流體中，由于流體在運(yùn)動(dòng)的同時(shí)存在溫度差，流體微團(tuán)之間或質(zhì)點(diǎn)之間因直接接觸而存在導(dǎo)熱，因此熱對(duì)流也同時(shí)伴隨著導(dǎo)熱

。工程實(shí)際中，更為重要的不是流體內(nèi)部的這種純粹熱對(duì)流

現(xiàn)象，而是流體流過與其溫度不同的物體表面時(shí)的熱量傳輸過程，這種過程稱為對(duì)流換熱。當(dāng)流體流過一熱表面時(shí)，熱量首先通過導(dǎo)熱方式從壁面?zhèn)鹘o鄰近的流體。9.2對(duì)流然后，由于流體的流動(dòng)把受熱流體帶到低溫區(qū)并與其它流體混合，從而把熱量傳給低溫流體。對(duì)流換熱一方面是依靠流體分子熱運(yùn)動(dòng)產(chǎn)生的導(dǎo)熱作用，另一方面是由于流體流動(dòng)的對(duì)流作用。影響對(duì)流換熱的因素有流體的流速、密度、黏度、比熱和導(dǎo)熱系數(shù)等。對(duì)流換熱過程中，流體的流動(dòng)可分為：強(qiáng)制流動(dòng)和自然流動(dòng)。強(qiáng)制流動(dòng)是由于外力作用(如泵、風(fēng)機(jī)的作用)引起的流動(dòng)；自然流動(dòng)是由于流體各部分溫度不同，致使各部分密度不同而引起的流動(dòng)。相應(yīng)于這兩種流動(dòng)的對(duì)流換熱分別稱為強(qiáng)制對(duì)流換熱和自然對(duì)流換熱。9.2對(duì)流(4)對(duì)流換熱的基本計(jì)算公式——牛頓冷卻公式或?qū)α鲹Q熱介質(zhì)αW/(m2·℃)對(duì)流換熱介質(zhì)A

(W/m2·℃)自然對(duì)流氣體3~30強(qiáng)制對(duì)流氣體5~250

水溶液和有機(jī)溶液100~1000黏性流體50~550

水沸騰1000~20000水500~10000

銅液和鋼液5500~55000液體金屬1500~15000

無論哪一種對(duì)流換熱形式，其熱流量和熱流密度都可按全面的公式計(jì)算，下表是對(duì)流換熱系數(shù)的大致范圍式中：Tw為壁面溫度，℃；Tf為流體平均溫度，℃；A為與流體接觸的壁面面積，m2；α為比例系數(shù)，稱為對(duì)流換熱系數(shù)，簡(jiǎn)稱換熱系數(shù)，W/(m2·℃)。9.3輻射

輻射(Thermalradiation)(1)定義：物體由于本身溫度引起的發(fā)射能量的過程(2)輻射力：?jiǎn)挝粫r(shí)間內(nèi)，物體的單位表面積向外輻射的熱量。(3)黑體：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)，因此，相同溫度下，黑體的吸收能力最強(qiáng)。(4)黑體輻射的控制方程：

Stefan-Boltzmann定律的方程如下：式中：ε為物體的發(fā)射率，或稱黑度和輻射率，它介于0~1之間。實(shí)際物體9.3輻射(5)輻射換熱：物體間相互輻射和吸收的綜合結(jié)果，造成了熱量由高溫物體向低溫物體的傳遞。(6)輻射換熱特點(diǎn)：即使物體間被真空隔開，輻射換熱同樣能進(jìn)行。

對(duì)于同時(shí)存在對(duì)流換熱和輻射換熱的情況，工程上為計(jì)算方便，常把輻射換熱量QR，用對(duì)流換熱公式的形式表示，即式中，下標(biāo)R表示輻射換熱，αR稱為輻射換熱系數(shù)，W/(m2·℃)；A為輻射換熱的面積，m2；△T為輻射換熱物體間的溫差，K?？偟膿Q熱量式中，下標(biāo)c表示對(duì)流換熱，α∑稱為總換熱系數(shù)，W/(m2·℃)。9.4組合傳熱單層平壁的導(dǎo)熱流密度公式為：計(jì)算熱流量的公式：“導(dǎo)熱”和“導(dǎo)電”這兩個(gè)現(xiàn)象類似對(duì)于對(duì)流換熱問題，牛頓冷卻公式可類似地表示為對(duì)流換熱熱阻單位面積的對(duì)流換熱熱阻9.4組合傳熱如果在傳熱過程中，導(dǎo)熱和對(duì)流同時(shí)存在，熱量傳輸中的熱流量和熱流密度由下式表示：熱阻為熱量傳輸中的基本概念，利用它可將某些熱量傳輸問題轉(zhuǎn)換成相應(yīng)的模擬電路來分析。在分析模擬電路時(shí)，串聯(lián)電路和并聯(lián)電路的計(jì)算原則仍然適用，即熱阻串聯(lián)時(shí)，總熱阻等于各串聯(lián)分熱阻之和；熱阻并聯(lián)時(shí)，總熱阻的倒數(shù)等于各并聯(lián)熱阻的倒數(shù)之和。熱流量的組合傳熱熱阻熱流密度組合傳熱熱阻9.5小結(jié)本章介紹傳熱的基本方式：傳導(dǎo)、對(duì)流和輻射，給出了計(jì)算熱量傳輸