传热的三种方式精.ppt

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1、传热的三种方式2023/5/211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热传导热传导 l热对流热对流 l热辐射热辐射 2023/5/212第2页，本讲稿共21页1、热传导热传导（简称简称导热导热）：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

2、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。2023/5/213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:材材材材料料料料的的的的导导热热系系数数，表表明明材

3、材料料的的导导热能力，热能力，W/(mK)。W2023/5/214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，表示物体对导热称为平壁的导热热阻，表示物体对导热的阻力，单位为的阻力，单位为K/WK/W 。tw1 tw2 热阻网络热阻网络2023/5/215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

4、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。2023/5/216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:(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

5、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

6、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数也有较大的影响。其中温度对导热系数的影响尤为重要。系数也有较大的影响。其中温度对导热系数的影响尤为重要。系数也有较大的影响。其中温度对导热系数的影响尤为重要。系数也有较大的影响。其中温度对导热系数的影响尤为重要。2023/5/217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,不不同同物物质质

7、的的热热导导率率随随温温度度的的变化规律不同。变化规律不同。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温温度的升高而减小。度的升高而减小。一一般般合合金金和和非非金金属属的的导导导导热系数热系数热系数热系数随温度的升高而增大。随温度的升高而增大。随温度的升高而增大。随温度的升高而增大。2023/5/218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.

8、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湿度愈大，热导率愈大。和湿度愈大，热导率愈

9、大。和湿度愈大，热导率愈大。和湿度愈大，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 2023/5/219第9页，本讲稿共21页2、热对流、热对流 由于流体的宏观运动使不同温度的流体相对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

10、递现象。位移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热量：流体与相互接触的固体表面之间的热量：流体与相互接触的固体表面之间的热量：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同作用的传递现象，是导热和热对流两种基本传热方式共同作用的传递现象，是导热和热对流两种基本传热方式

11、共同作用的传递现象，是导热和热对流两种基本传热方式共同作用的结果。结果。结果。结果。牛顿冷却公式牛顿冷却公式:=Ah(tw tf)q=h(tw tf)2023/5/2110第10页，本讲稿共21页tw tf h h 称称为为对对流流换换热热的的表表面面传传热热系系数数（习习习习惯惯惯惯称称称称为为为为对对对对流换热系数流换热系数流换热系数流换热系数），单位为），单位为），单位为），单位为W/(m2K)K)。对流换热热阻：对流换热热阻：=Ah(tw tf)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：2023/5/2111第11页，本讲稿共21页表

12、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有关：素有关：（1 1）流体的物性（热导率、粘度、密度、比热流体的物性（热导率、粘度、密度、比热容等）；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）；（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）。2023/5/2112第12页，本讲稿

13、共21页 表表表表1-1 1-1 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)空空空空气气气气与与与与外外外外墙墙墙墙面面面面自自自自然然然然对对对对流流流流换换换换热热热热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502

14、5000 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20001000002023/5/2113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电磁波的波谱电磁波的波谱：射线射线射线射线：510 510-5 -5 mmX X射线射线射线射线：510 510-7 510 510-2 mm紫外线紫外线紫外线紫外线：410-3-3 0.38 0.38 mm可见光可见光可见光可见光：0.38 0.38 0.76 0.76 mm红外线红外线红外线红外线：0.76 0.76 10 10 103 3 m m 2023/5/2114第14页，本

15、讲稿共21页微波微波：103 106 m 微微微微波波波波炉炉炉炉就就就就是是是是利利利利用用用用微微微微波波波波加加加加热热热热食食食食物物物物，因因因因微微微微波波波波可可可可穿穿穿穿透透透透塑塑塑塑料料料料、玻玻玻玻璃璃璃璃和和和和陶陶陶陶瓷瓷瓷瓷制制制制品品品品，但但但但会会会会被被被被食食食食物物物物中中中中水水水水分分分分子子子子吸吸吸吸收收收收，产产产产生生生生内内内内热热热热源，使食品均匀加热。源，使食品均匀加热。源，使食品均匀加热。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

16、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射射射辐射能的现象。辐射能的现象。辐射能的现象。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0.1 mm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 。2023/5/2115第15页，本讲稿共21页热辐射的主要特点：热辐射的主要特

17、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 0 KK的的物物体体都都具具有有发发射射热热辐辐射射的能力，温度愈高，发射热辐射的能力愈强。的能力，温度愈高，发射热辐射的能力愈强。发发射射热热辐辐射射时时：内内热热能能 辐辐射射能能 ；（2 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）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

18、间媒介，可以在真空中传播；（4 4）物物物物体体体体间间间间以以以以热热热热辐辐辐辐射射射射的的的的方方方方式式式式进进进进行行行行的的的的热热热热量量量量传传传传递递递递是是是是双双双双向向向向的。的。的。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本方式之一基本方式之一基本方式之一基本方式之一 。2023/5/2116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：

19、（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；（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：（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）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

20、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起作用，然后再按照每一种传热方式的规律进行计算。在起作用，然后再按照每一种传热方式的规律进行计算。在起作用，然后再按照每一种传热方式的规律进行计算。在起作用，然后再按照每一种传热方式的规律进行计算。（3 3 3 3）如如如如果果果果某某某某一一一一种种种种传传传传热热热热方方方方式式式式与与与与其其其其他他他他传传传传热热热热方方方方式式式式相相相相比比比比作作作作用用用用非常小，往往可以忽略。非常小，往往可以忽略。非常小，往往可以忽略。非常小，往往可以忽略。2023/5/2117第17页，本讲稿共21页二、二、传热过

21、程传热过程 传传热热过过程程是是指指热热量量从从固固体体壁壁面面一一侧侧的的流流体体通通过固体壁面传递到另一侧流体的过程。过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）热热热热量量量量从从从从高高高高温温温温流流流流体体体体以以以以对对对对流流流流换换换换热热热热（或或或或对对对对流流流流换换换换热热热热辐辐辐辐射射射射换热）的方式传给壁面；换热）的方式传给壁面；换热）的方式传给壁面；换热）的方式传给壁面；（2 2

22、 2 2）热热量量从从一一侧侧壁壁面面以以导导热热的的方式传递到另一侧壁面；方式传递到另一侧壁面；（3 3 3 3）热热热热量量量量从从从从低低低低温温温温流流流流体体体体侧侧侧侧壁壁壁壁面面面面以以以以对对对对流流流流换换换换热热热热（或或或或对对对对流流流流换换换换热热热热辐辐辐辐射射射射换换换换热热热热）的方式传给低温流体。的方式传给低温流体。的方式传给低温流体。的方式传给低温流体。2023/5/2118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：tf1f1、tf2f2、h h1、h h2 2不随时间变化；不随时间变化；为常数为常数。（1 1）左侧的

23、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 2023/5/2119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，在稳态情况下，在稳态情况下，以上以上以上以上三式的热流量相同，可得三式的热流量相同，可得三式的热流量相同，可得三式的热流量相同，可得 式中式中 ，R Rk称为传热热阻。称为传热热阻。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传热热阻网络传热热阻网络：2023/5/2120第20页，本讲稿

24、共21页传热系数传热系数 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。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q q及壁面温度及壁面温度及壁面温度及壁面温度t tw1w1、t tw2。2023/5/2121第21页，本讲稿共21页