传热的三种方式 (2)精.ppt

传热的三种方式2022/10/251第1页，本讲稿共21页一、热量传递的基本方式一、热量传递的基本方式 热量传递有三种基本方式热量传递有三种基本方式:l导热导热 l对流对流 l辐射辐射 2022/10/252第2页，本讲稿共21页1、导热导热 在在物物体体内内部部或或相相互互接接触触的的物物体体表表面面之之间间，由由于于分分子子、原原子子及及自自由由电电子子等等微微观观粒粒子子的的热热运动而产生的热量传递现象。运动而产生的热量传递现象。纯纯纯纯导导导导热热热热现现现现象象象象可可可可以以以以发发发发生生生生在在在在固固固固体体体体内内内内部部部部，也也也也可可可可以以以以发发发发生生生生在静止的液体和气体之中。在静止的液体和气体之中。在静止的液体和气体之中。在静止的液体和气体之中。2022/10/253第3页，本讲稿共21页大平壁的一维稳态导热大平壁的一维稳态导热 0 xt tw2 tw1 特特点点：平平壁壁两两表表面面维维持持均均匀匀恒恒定定不不变变的的温温度，度，平壁各处温度不随时间改变；平壁各处温度不随时间改变；壁内温度只沿垂直于壁面的方向变化；壁内温度只沿垂直于壁面的方向变化；热量只沿着垂直于壁面的方向热量只沿着垂直于壁面的方向传递。传递。热流量热流量：单位时间传过的热量：单位时间传过的热量:材材料料的的导导热热系系数数，表表明明材材料料的的导导热能力，热能力，W/(mW/(mK)。W2022/10/254第4页，本讲稿共21页热流密度热流密度 q:单位时间通过单位面积的热流量单位时间通过单位面积的热流量导热热阻导热热阻称为平壁的导热热阻，表示物体对导称为平壁的导热热阻，表示物体对导热的阻力，单位为热的阻力，单位为K/W 。tw1 tw2 热阻网络热阻网络2022/10/255第5页，本讲稿共21页 导热系数导热系数 导热系数物质导热能力的大小。单位：导热系数物质导热能力的大小。单位：导热系数物质导热能力的大小。单位：导热系数物质导热能力的大小。单位：W/m.KW/m.KW/m.KW/m.K。绝大多数材料的导热系数值都可以通过实验测得。绝大多数材料的导热系数值都可以通过实验测得。绝大多数材料的导热系数值都可以通过实验测得。绝大多数材料的导热系数值都可以通过实验测得。2022/10/256第6页，本讲稿共21页物质的导热系数在数值上具有下述特点物质的导热系数在数值上具有下述特点物质的导热系数在数值上具有下述特点物质的导热系数在数值上具有下述特点:(1)(1)(1)(1)对对对对于于于于同同同同一一一一种种种种物物物物质质质质,固固固固态态态态的的的的导导导导热热热热系系系系数数数数值值值值最最最最大大大大,气气气气态态态态的的的的导导导导热系数值最小；热系数值最小；热系数值最小；热系数值最小；(2)(2)(2)(2)一般金属的导热系数大于非金属的热导率一般金属的导热系数大于非金属的热导率一般金属的导热系数大于非金属的热导率一般金属的导热系数大于非金属的热导率 ；(3)(3)(3)(3)导电性能好的金属导电性能好的金属导电性能好的金属导电性能好的金属,其导热性能也好其导热性能也好其导热性能也好其导热性能也好 ；(4)(4)(4)(4)纯金属的导热系数大于它的合金纯金属的导热系数大于它的合金纯金属的导热系数大于它的合金纯金属的导热系数大于它的合金 。导导导导热热热热系系系系数数数数数数数数值值值值的的的的影影影影响响响响因因因因素素素素较较较较多多多多,主主主主要要要要取取取取决决决决于于于于物物物物质质质质的的的的种种种种类类类类、物物物物质质质质结结结结构构构构与与与与物物物物理理理理状状状状态态态态,此此此此外外外外温温温温度度度度、密密密密度度度度、湿湿湿湿度度度度等等等等因因因因素素素素对对对对导导导导热热热热系系系系数数数数也也也也有有有有较较较较大大大大的的的的影影影影响响响响。其其其其中中中中温温温温度度度度对对对对导导导导热热热热系系系系数数数数的的的的影响尤为重要。影响尤为重要。影响尤为重要。影响尤为重要。2022/10/257第7页，本讲稿共21页温度对导热系数的影响：温度对导热系数的影响：一一一一般般般般地地地地说说说说,所所所所有有有有物物物物质质质质的的的的导导导导热热热热系系系系数数数数都都是是温温度度的的函函数数,不不不不同同同同物物物物质质质质的的的的热热热热导导导导率率率率随随随随温温温温度度度度的的的的变变变变化化化化规律不同。规律不同。规律不同。规律不同。纯纯纯纯金金金金属属属属的的的的导导导导热热热热系系系系数数数数随随随随温温温温度的升高而减小。度的升高而减小。度的升高而减小。度的升高而减小。一一一一般般般般合合合合金金金金和和和和非非非非金金金金属属属属的的的的导导导导热热热热系数随温度的升高而增大。系数随温度的升高而增大。系数随温度的升高而增大。系数随温度的升高而增大。2022/10/258第8页，本讲稿共21页 用用用用于于于于保保保保温温温温或或或或隔隔隔隔热热热热的的的的材材材材料料料料。国国国国家家家家标标标标准准准准规规规规定定定定，温温温温度度度度低低低低于于于于350350时导热系数小于时导热系数小于时导热系数小于时导热系数小于0.120.12 W/(mW/(m K)K)的材料称为的材料称为的材料称为的材料称为保温材料保温材料保温材料保温材料。保温材料保温材料保温材料保温材料（或称（或称（或称（或称绝热材料绝热材料绝热材料绝热材料）：）：）：）：多孔材料的导热系数随温度的升高而增大。多孔材料的导热系数随温度的升高而增大。多孔材料的导热系数随温度的升高而增大。多孔材料的导热系数随温度的升高而增大。多多多多孔孔孔孔材材材材料料料料的的的的导导导导热热热热系系系系数数数数与与与与密密密密度度度度和和和和湿湿湿湿度度度度有有有有关关关关。一一一一般般般般情情情情况况况况下下下下密密密密度度度度和和和和湿湿湿湿度愈大，热导率愈大。度愈大，热导率愈大。度愈大，热导率愈大。度愈大，热导率愈大。典型材料导热系数的数值范围典型材料导热系数的数值范围典型材料导热系数的数值范围典型材料导热系数的数值范围纯金属纯金属纯金属纯金属 50-415 W/mK 合金合金合金合金 12-120 W/mK 非金属固体非金属固体非金属固体非金属固体 1-40 W/mK 液体液体液体液体(非金属非金属非金属非金属)0.17-0.7 W/mK 绝热材料绝热材料绝热材料绝热材料 0.03-0.12 W/mK 气体气体气体气体 0.007-0.17 W/mK 2022/10/259第9页，本讲稿共21页2、对流、对流 由于流体的宏观运动使不同温度的流体相对位移由于流体的宏观运动使不同温度的流体相对位移由于流体的宏观运动使不同温度的流体相对位移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。而产生的热量传递现象。而产生的热量传递现象。而产生的热量传递现象。特点：热对流只发生在流体之中，并伴随有微观特点：热对流只发生在流体之中，并伴随有微观特点：热对流只发生在流体之中，并伴随有微观特点：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。粒子热运动而产生的导热。粒子热运动而产生的导热。粒子热运动而产生的导热。对流换热对流换热 ：流体与相互接触的固体表面之间的：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。同作用的结果。牛顿冷却公式牛顿冷却公式牛顿冷却公式牛顿冷却公式:=Ah(tw tf)q=h(tw tf)2022/10/2510第10页，本讲稿共21页tw tf h 称称为为对对流流换换热热的的表表表表面面面面传传传传热热热热系系系系数数数数（习习惯惯称称为为对对流流换热系数换热系数），单位为），单位为W/(m2K)。对流换热热阻：对流换热热阻：=Ah(tw tf)称为称为称为称为对流换热热阻对流换热热阻，单位为，单位为 W/K。对流换热热阻对流换热热阻网络：网络：2022/10/2511第11页，本讲稿共21页表面传热系数的影响因素表面传热系数的影响因素：h 的的大大小小反反映映对对流流换换热热的的强强弱弱，与与以以下下因因素素有关：有关：（1 1）流体的物性（热导率、粘度、密度、比热容等）流体的物性（热导率、粘度、密度、比热容等）流体的物性（热导率、粘度、密度、比热容等）流体的物性（热导率、粘度、密度、比热容等）；（2 2）流体流体流体流体流动的形态（层流、紊流）；流动的形态（层流、紊流）；流动的形态（层流、紊流）；流动的形态（层流、紊流）；（3 3）流动的成因（自然对流或受迫对流）；流动的成因（自然对流或受迫对流）；流动的成因（自然对流或受迫对流）；流动的成因（自然对流或受迫对流）；（4 4）物体表面的形状、尺寸物体表面的形状、尺寸；（5 5）换热时流体有无相变（沸腾或凝结）。换热时流体有无相变（沸腾或凝结）。2022/10/2512第12页，本讲稿共21页 表表表表1-1 1-1 一些表面传热系数的数值范围一些表面传热系数的数值范围 对流换热类型对流换热类型对流换热类型对流换热类型表面传热系数表面传热系数表面传热系数表面传热系数 h W/(m2K)空气与外墙面自然对流换热空气与外墙面自然对流换热空气与外墙面自然对流换热空气与外墙面自然对流换热225 液体自然对流换热液体自然对流换热液体自然对流换热液体自然对流换热501000 气体强迫对流换热气体强迫对流换热气体强迫对流换热气体强迫对流换热25250 液体强迫对流换热液体强迫对流换热液体强迫对流换热液体强迫对流换热5025000 液体沸腾液体沸腾液体沸腾液体沸腾2500100000 蒸气凝结蒸气凝结蒸气凝结蒸气凝结20001000002022/10/2513第13页，本讲稿共21页3 3、热辐射、热辐射 电磁波的波谱电磁波的波谱：射线射线射线射线：510-5 -5 mmX X射线射线射线射线：510510-7-7 510-2 -2 mm紫外线紫外线：410410-3-3 0.38 0.38 mm可见光可见光可见光可见光：0.38 0.38 0.76 mm红外线红外线红外线红外线：0.76 10 10 103 3 m m 2022/10/2514第14页，本讲稿共21页微波微波：103 106 m m 微微波波炉炉就就是是利利用用微微波波加加热热食食物物，因因微微波波可可穿穿透透塑塑料料、玻玻璃璃和和陶陶瓷瓷制制品品，但但会会被被食食物物中中水水分分子子吸吸收收，产生内热源，使食品均匀加热。产生内热源，使食品均匀加热。热辐射热辐射 由由由由于于于于物物物物体体体体内内内内部部部部微微微微观观观观粒粒粒粒子子子子的的的的热热热热运运运运动动动动而而而而使使使使物物物物体体体体向向向向外外外外发发发发射辐射能的现象。射辐射能的现象。射辐射能的现象。射辐射能的现象。理理论论上上热热辐辐射射的的波波长长范范围围从从零零到到无无穷穷大大，但但在在日日常常生生活活和和工工业业上上常常见见的的温温度度范范围围内内，热热辐辐射射的的波波长长主主要要在在0.1mm至至至至100100 mm之之之之间间间间,包包包包括括括括部部部部分分分分紫紫紫紫外外外外线线线线、可可可可见见见见光光光光和和和和部部部部分红外线三个波段分红外线三个波段分红外线三个波段分红外线三个波段 。2022/10/2515第15页，本讲稿共21页热辐射的主要特点：热辐射的主要特点：热辐射的主要特点：热辐射的主要特点：（1 1）所所所所有有有有温温温温度度度度大大大大于于于于0 K的的的的物物物物体体体体都都都都具具具具有有有有发发发发射射射射热热热热辐辐辐辐射射射射的的的的能力，温度愈高，发射热辐射的能力愈强。能力，温度愈高，发射热辐射的能力愈强。能力，温度愈高，发射热辐射的能力愈强。能力，温度愈高，发射热辐射的能力愈强。发射热辐射时：内热能发射热辐射时：内热能 辐射能辐射能 （2）所有实际物体都具有吸收热辐射的能力所有实际物体都具有吸收热辐射的能力所有实际物体都具有吸收热辐射的能力所有实际物体都具有吸收热辐射的能力，吸收热辐射时：辐射能吸收热辐射时：辐射能 内热能内热能 ；（3 3）热辐射不依靠中间媒介，可以在真空中传播；热辐射不依靠中间媒介，可以在真空中传播；热辐射不依靠中间媒介，可以在真空中传播；热辐射不依靠中间媒介，可以在真空中传播；（4 4）物体间以热辐射的方式进行的热量传递是双向的。物体间以热辐射的方式进行的热量传递是双向的。物体间以热辐射的方式进行的热量传递是双向的。物体间以热辐射的方式进行的热量传递是双向的。高温高温物体物体低温低温物体物体热热热热辐辐辐辐射射射射是是是是热热热热量量量量传传传传递递递递的的的的基基基基本方式之一本方式之一本方式之一本方式之一 。2022/10/2516第16页，本讲稿共21页辐射换热：辐射换热：以热辐射的方式进行的热量交换。以热辐射的方式进行的热量交换。以热辐射的方式进行的热量交换。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辐射换热的主要影响因素：（1 1 1 1）物体本身的温度、表面辐射特性；）物体本身的温度、表面辐射特性；）物体本身的温度、表面辐射特性；）物体本身的温度、表面辐射特性；（2 2 2 2）物体的大小、几何形状及相对位置。）物体的大小、几何形状及相对位置。）物体的大小、几何形状及相对位置。）物体的大小、几何形状及相对位置。注意：注意：注意：注意：（1 1 1 1）热热热热传传传传导导导导、热热热热对对对对流流流流和和和和热热热热辐辐辐辐射射射射三三三三种种种种热热热热量量量量传传传传递递递递基基基基本本本本方方方方式式式式往往不是单独出现的；往往不是单独出现的；往往不是单独出现的；往往不是单独出现的；（2 2 2 2）分分分分析析析析传传传传热热热热问问问问题题题题时时时时首首首首先先先先应应应应该该该该弄弄弄弄清清清清楚楚楚楚有有有有那那那那些些些些传传传传热热热热方方方方式式式式在在在在起起起起作作作作用用用用，然然然然后后后后再再再再按按按按照照照照每每每每一一一一种种种种传传传传热热热热方方方方式式式式的的的的规规规规律律律律进进进进行计算。行计算。行计算。行计算。（3 3）如如果果某某一一种种传传热热方方式式与与其其他他传传热热方方式式相相比比作作用非常小，往往可以忽略。用非常小，往往可以忽略。2022/10/2517第17页，本讲稿共21页二、二、传热过程传热过程 传传热热过过程程是是是是指指指指热热热热量量量量从从从从固固固固体体体体壁壁壁壁面面面面一一一一侧侧侧侧的的的的流流流流体体体体通通通通过过过过固体壁面传递到另一侧流体的过程。固体壁面传递到另一侧流体的过程。固体壁面传递到另一侧流体的过程。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环节组成传热过程由三个相互串联的环节组成:高高温温流流体体低低温温流流体体固固体体壁壁 （1 1 1 1）热热量量从从高高温温流流体体以以对对流流换换热热（或或对对流流换换热热辐辐射换热）的方式传给壁面；射换热）的方式传给壁面；（2 2 2 2）热热热热量量量量从从从从一一一一侧侧侧侧壁壁壁壁面面面面以以以以导导导导热热热热的的的的方方方方式传递到另一侧壁面；式传递到另一侧壁面；式传递到另一侧壁面；式传递到另一侧壁面；（3 3 3 3）热热量量从从低低温温流流体体侧侧壁壁面面以以对对流流换换热热（或或对对流流换换热热辐辐射射换换热热）的方式传给低温流体。的方式传给低温流体。2022/10/2518第18页，本讲稿共21页通过平壁的稳态传热过程通过平壁的稳态传热过程 假设：假设：t tf1、t tf2f2、h h1、h h2 2不随时间变化；不随时间变化；不随时间变化；不随时间变化；为常数为常数。（1 1）左侧的对流换热）左侧的对流换热）左侧的对流换热）左侧的对流换热 （2 2）平壁的导热）平壁的导热 tw2 tw1 0 xt h1 tf1 h2 tf2 2022/10/2519第19页，本讲稿共21页（3 3 3 3）右侧的对流换热）右侧的对流换热）右侧的对流换热）右侧的对流换热 在稳态情况下，在稳态情况下，以上以上三式的热流量相同，可得三式的热流量相同，可得 式中式中式中式中 ，R Rk称为传热热阻。称为传热热阻。tw1 tw2 tf1 tf2 传热热阻网络传热热阻网络：2022/10/2520第20页，本讲稿共21页传热系数传热系数传热系数传热系数 将传热热流量的计算公式写成将传热热流量的计算公式写成将传热热流量的计算公式写成将传热热流量的计算公式写成 式中式中 k k 称称称称为为为为传传热热系系数数，单单单单位位位位为为为为 W/(mW/(m2 2K)K)，t t为传热温差。为传热温差。为传热温差。为传热温差。通过单位面积平壁的热流密度为通过单位面积平壁的热流密度为通过单位面积平壁的热流密度为通过单位面积平壁的热流密度为 利利利利用用用用上上上上述述述述公公公公式式式式,可可可可以以以以很很很很容容容容易易易易求求求求得得得得通通通通过过过过平平平平壁壁壁壁的的的的热热热热流流流流量量量量、热流密度、热流密度、热流密度、热流密度q及壁面温度及壁面温度及壁面温度及壁面温度tw1、t tw2。2022/10/2521第21页，本讲稿共21页