西安建筑科技大学：《材料工程基础》课程教学资源（PPT课件）第三章 传热学基础——热量传递（热传导）

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1 第3章 热量传递 西安建筑科技大学 粉体工程研究所

传导传热 对流换热 热辐射 传热过程与换热器

2 • 传导传热 • 对流换热 • 热辐射 • 传热过程与换热器

31概述 动量传递口}流体力学 传递过程能量传递传热学 质量传递传质学 应用领域:各种工业窑炉及换热设备的设计; 核能、火箭等尖端技术; 太阳能、地热能和工业余热利用; 农业、生物、地质、气象等部门。 主要传热问题:一类是求解局部或者平均的传热速率的大小; 另一类求解研究对象内部的温度分布

3 3.1 概 述 传递过程 动量传递 能量传递 质量传递 流体力学 传热学 传质学 应用领域：各种工业窑炉及换热设备的设计； 核能、火箭等尖端技术； 太阳能、地热能和工业余热利用； 农业、生物、地质、气象等部门。 主要传热问题：一类是求解局部或者平均的传热速率的大小； 另一类求解研究对象内部的温度分布

3.11传热的基本方式与热流速率的基本方程 热力学第二定律:热量总是自发地、不可逆地从高温处流向低 温处。即:有温差存在,就会出现热量的传递 机理 l2 92 T q q 77 热传导 热对流 热辐射 稳态 传热 禩 非稳态t 4

4 3.1.1 传热的基本方式与热流速率的基本方程 热力学第二定律：热量总是自发地、不可逆地从高温处流向低 温处。 机理 热传导 热对流 热辐射 传热 稳态 非稳态 t 禩 ? ¶ 即：有温差存在，就会出现热量的传递

热传导:两个相互接触的物体或同一物体的各部分之间由于温差而 引起的热量传递现象,简称导热。通常发生在固体与固体之间。 1)对于x方向上一个厚度为的微元层 单位时间内通过该层的导热热量 O=-kA 通过平板的一维导热 q k 维稳态导热 傅里叶定律数 学表达式

5 热传导：两个相互接触的物体或同一物体的各部分之间由于温差而 引起的热量传递现象，简称导热。通常发生在固体与固体之间。 通过平板的一维导热 1) 对于x方向上一个厚度为dx的微元层， 单位时间内通过该层的导热热量 dt Q kA dx = - Q dt q k A dx = = - 一维稳态导热 傅里叶定律数 学表达式

热对流:依靠流体的运动,而引起流体与固体壁表面之间的传热。 有流体参与,通常发生在气固、液固之间。 导热 自然对流 对流换热 热对流 强制对流 沸腾换热 有相变的对流换热 引起流体流 凝结换热 动的原因 对流换热量的基本计算式牛顿冷却公式(1701年提出) 0= AhDt 9= hDt

6 热对流：依靠流体的运动，而引起流体与固体壁表面之间的传热。 有流体参与，通常发生在气-固、液-固之间。 有相变的对流换热 对流换热量的基本计算式——牛顿冷却公式（1701年提出）： Q Ah t = D q h t = D 引起流体流 动的原因 导热 热对流 共同 作用 对流换热 自然对流 强制对流 沸腾换热 凝结换热

热辐射:依靠物体表面对外发射可见和不可见的电磁波来传递能量。 不需要直接接触 物体内能 电磁波能 物体内能 辐射 辐射换热 吸收 传热方式:非接触 辐射换热特征 能量的转移中伴随着能量形式的转换 影响因素:温度以及物体的属性和表面状况

辐射换热 辐射 吸收 共同 作用 7 热辐射：依靠物体表面对外发射可见和不可见的电磁波来传递能量。 辐射换热特征 传热方式：非接触 能量的转移中伴随着能量形式的转换 影响因素：温度以及物体的属性和表面状况。 物体内能 电磁波能 物体内能 不需要直接接触

黑体是指能吸收投入到其表面上的所有热辐射能的物体 斯蒂芬-玻尔兹曼( Stefan- Boltzmann)定律 O= As T 经验修正 四次方定律 O=eAs T SE 567?108w(m2啄K4)斯蒂芬-玻尔兹曼系数 巴物体辐射率,其值<1 例:两块非常接近的互相平行的壁面间的辐射换热 Q=e1As(14-

8 斯蒂芬-玻尔兹曼（Stefan-Boltzmann）定律： 黑体是指能吸收投入到其表面上的所有热辐射能的物体。 4 Q A T = s 经验修正 4 Q A T = e s 四次方定律 例：两块非常接近的互相平行的壁面间的辐射换热: 4 4 1 1 1 2 Q A T T = e s ( - ) 8 2 4 s 5.67 10 w/(m K ) - = ? 斯蒂芬-玻尔兹曼系数 e 物体辐射率，其值<1

3.1.2传热热阻 类比热量传递与电量传递 欧姆定律: R q k 变形 k 类比 Dt g- hDt h Dt 及 =d/k或1/h g Ri 传热热阻

9 3.1.2 传热热阻 类比热量传递与电量传递 变形 t q k d D = - 1 t q h D = dt q k dx = - q h t = D 类比 t t q R D = 欧姆定律: U I R = / 1/ R k h t = d 或 传热热阻

问题:冷、热流体通过一块大平壁交换热量的稳态传热过程 分析:传热过程包括三个环节,①热流体与 f 壁面高温侧的热量传递;②穿过固体 壁的导热;③壁面低温侧与冷流体的 热量传递。 Two 解:稳态,通过串联着的每个环节的热流量 Q相同。设平壁表面积为A。 Ih,(t-t) Ak Q=Ah2(t12-t2) h2 A(t-t22)Dt Rt 10

10 问题：冷、热流体通过一块大平壁交换热量的稳态传热过程。 传热过程包括三个环节，①热流体与 壁面高温侧的热量传递；②穿过固体 壁的导热；③壁面低温侧与冷流体的 热量传递。 稳态，通过串联着的每个环节的热流量 Q相同。设平壁表面积为A。 1 1 1 1 2 2 2 2 ( ) ( ) ( ) f w w w w f Q Ah t t Ak Q t t Q Ah t t d ìï = - ï ï ï ï í = - ï ï ï ï = - ï ïî 1 2 1 2 ( ) 1 1 A t t f f t Q Rt h k h d - D = = + + 解： 分析：