《建筑物理》课程授课教案（建筑热工学）第三讲 传热基本知识（1/2）

第2周，第1进课程名称：《建筑物理》摘要第二章传热的基本知识第一节传热方式授课题目（章、节）【目的要求】了解传热的三种方式，各自的传热特点

课程名称：《建筑物理》 第 2 周，第 1 讲 摘 要 授课题目（章、节） 第二章传热的基本知识 第一节传热方式 【目的要求】了解传热的三种方式，各自的传热特点

第一节传热方式1.导热1.1导热的机理导热是温度不同的质点（分子，原子，自由电子）在热运动中引起的热能传递的现象。固体、液体、气体均能产生导热现象，但机理不同。1.2棒的热传导的公式：T,-T2FQ=Q——棒的导热量(W),F——棒的截面积(m2);TI、T2——分别为棒两端的温度(K);L棒长(m);入——导热系数(W/mK);1.3壁体的热传导公式：T,-T2q=入d9—单位面积、单位时间的导热量（W/m2)入—壁体材料的导热系数(W/(m·K));d—壁体的厚度（m）；入——反映了壁体材料的导热能力入的物理意义：在数值上等于：当材料层单位厚度的温度差为1K时，在1h内通过1m2表面积的热量。1.4材料的导热系数及影响因素>材质的影响（入小于0.3W（m·K）的称为绝热材料）>材料干密度的影响（一般正比，某些特殊）>材料含湿量的影响（正比）>使用温度状况和某些材料的方向性

第一节 传热方式 1.导热 1.1 导热的机理 导热是温度不同的质点(分子,原子,自由电子)在热运动中引起的热能传递的 现象。固体、液体、气体均能产生导热现象，但机理不同。 1.2 棒的热传导的公式: Q= λ F Q——棒的导热量(W); F——棒的截面积(m2 ) ; T1、 T2——分别为棒两端的温度(K); L——棒长(m); λ——导热系数(W/(m·K)); 1.3 壁体的热传导公式: q=λ q——单位面积、单位时间的导热量（W/m2 ); λ——壁体材料的导热系数(W/(m·K)); d——壁体的厚度（m）; λ——反映了壁体材料的导热能力 λ的物理意义：在数值上等于：当材料层单位厚度的温度差为 1K 时，在 1h 内通过 1m2 表面积的热量。 1.4 材料的导热系数及影响因素 ➢材质的影响（ λ小于 0.3 W/(m·K)的称为绝热材料） ➢材料干密度的影响（一般正比，某些特殊） ➢材料含湿量的影响（正比） ➢使用温度状况和某些材料的方向性 T1 -T2 L T1 -T2 L T1 -T2 d T1 -T2 d

2对流2.1对流的机理由于温度不同的各部分流体之间发生相互运动，相互掺合而传递热能。对流换热只发生在流体之中或者固体表面和与其相邻的运动流体之间。2.2对流传热过程（固体表面与其紧邻的流体对流传热情况）p0000ngo0ofogQQQ100OCQO9000C009c图1.2-5对流换热对流换热的强弱主要取决于层流边界层内的换热与流体运动发生原因、流体运动的状况、流体与固体壁面温差、流体的物性、固体壁面的形状、大小及位置等因素。2.3对流换热的传热量qe= αe(o- t)一对流换热强度（W/m）；qe-对流换热系数（Wm2K））；ae6壁面温度（℃）；流体主体部分温度（℃）t2.4实际应用2.4.1自然对流换热平壁处于垂直状态：ac=2Ve-t平壁处于水平状态：热流自下而上ac=2.5热流自上而下αc=1.3Ve-t2.4.2受迫对流换热围护结构外表面：ac=(2.5~6.0)+4.2v围护结构内表面：ac=2.5+4.2v

2 对流 2.1 对流的机理 由于温度不同的各部分流体之间发生相互运动，相互掺合而传递热能。 对流换热只发生在流体之中或者固体表面和与其相邻的运动流体之间。 2.2 对流传热过程（固体表面与其紧邻的流体对流传热情况） 对流换热的强弱主要取决于层流边界层内的换热与流体运动发生原因、流体 运动的状况、流体与固体壁面温差、流体的物性、固体壁面的形状、大小及位置 等因素。 2.3 对流换热的传热量 qc = αc (θ- t) 2.4 实际应用 2.4.1 自然对流换热 平壁处于垂直状态：αc = 2 平壁处于水平状态：热流自下而上 αc = 2.5 热流自上而下 αc = 1.3 2.4.2 受迫对流换热 围护结构外表面: αc = (2.5~6.0) + 4.2v 围护结构内表面: αc = 2.5 +4.2v 4 θ- t 4 θ- t

3辐射3.1热辐射的本质与特点3.1.1本质：通过热射线传播热能称为辐射传热。热射线：通常把波长在0.440um范围内的电磁波（包括可见光和红外线的短波部分称为热射线，因为它照射在物体上的热效应显著。3.1.2特点(1）在辐射传热过程中伴随着能量形式的转化。（内能电磁能一一内能）(2）电磁波的传播不需要任何中间介质，也不需要冷、热物体的直接接触。（3）凡是温度高于绝对零度的一切物体，不论它们的温度高低都在不间断地向外辐射不同波长的电磁波。3.2辐射能的吸收、反射和透射I. +I,+1, = lo+++++=1。。lP h+rn+ t h= 1-Ph=1绝对黑体，rh=1绝对透明体，Th=1绝对白体3.3辐射本领，辐射系数和黑度3.3.1全辐射本领单位时间内在物体单位面积上辐射的波长从0到范围的总能量，通常用E表示，单位为W/m3.3.2单色辐射本领单位时间内在物体单位表面积上辐射的某一波长的能量。通常用E，表示，单位为w/m：um.公式：T人黑体全辐射本领：E.=C(100E绝对黑体全辐射本领（W/m）；T—绝对黑体的绝对温度（K）;Cp——绝对黑体的辐射系数，C=5.68（W/m2·K））。1灰体全辐射本领：E=C100E——灰体的辐射本领（W/m）；T—一灰体的绝对温度（K）：C—灰体的辐射系数（W/（m·K））

3 辐射 3.1 热辐射的本质与特点 3.1.1 本质: 通过热射线传播热能称为辐射传热。 热射线：通常把波长在 0.4～40um 范围内的电磁波（包括可见光和红外线的短波 部分称为热射线，因为它照射在物体上的热效应显著。 3.1.2 特点 (1) 在辐射传热过程中伴随着能量形式的转化。（内能——电磁能——内能） (2) 电磁波的传播不需要任何中间介质，也不需要冷、热物体的直接接触。 (3) 凡是温度高于绝对零度的一切物体，不论它们的温度高低都在不间断地向外 辐射不同波长的电磁波。 3.2 辐射能的吸收、反射和透射 I0 I r Iα Iτ I0 I r Iα I0 I r Iα I0 I r Iα I0 I r Iα Iτ 3.3 辐射本领，辐射系数和黑度 3.3.1 全辐射本领 单位时间内在物体单位面积上辐射的波长从０到∞范围的总能量，通常用Ｅ 表示，单位为Ｗ／m ２ 3.3.2 单色辐射本领 单位时间内在物体单位表面积上辐射的某一波长的能量。通常用Ｅλ表示，单 位为Ｗ／m ２。 um. 公式： 黑体全辐射本领： Ｔb 100 Eb=Cb ( ) Ｔ 4 b 100 Eb=Cb ( ) 4 Ｔ 100 E = C ( ) 灰体全辐射本领： E = C ( ) 4 Ρh＝1 绝对黑体，rh＝1绝对透明体，τh＝1绝对白体 Iα+ I r + Iτ = I0 Iτ I0 Iα I0 I r I0 + + = 1 ρh+rh+τh= 1 Iα+ I r + Iτ = I0 Iτ I0 Iα I0 I r I0 + + = 1 Iτ I0 Iα I0 I r I0 + + Iτ I0 Iα I0 I r I0 + Iα I0 I r I0 + + = 1 ρh+rh+τh= 1

黑体温度变化对辐射本领的影响025=1400K20波长m3.3.3黑度：灰体的全辐射本领与同温度下绝对黑体全辐射本领的比值称之为灰体的黑度，通常ε用表示。Tc(“100ECe=TEbChph=e#解释：物体对辐射热的吸收系数在数值上与其C(100)黑度是相等的。3.4辐射换热的计算3.4.1一般位置的灰体表面Q1-2=C[（-（PiF(1.2-13a)Q2-1Ca[()-()F或(1.2-136)式中Q1-2表面1传给表面2的净辐射换热量（W）：Q2-1-表面2传给表面1的净辐射换热量（W）：Tr.T2分别为两表面的绝对温度（K）：F1.F2分别为两表面相互“看得见“的面积（m）：C12或C21相当辐射系数（Wm2K*））。C·CC12=C21=ChCl、C2、C—分别为表面1和2及绝对黑体的辐射系数；412———表面1对表面2的平均角系数；一表面2对表面1的平均角系数。中21图1.2-12两灰体表面间辅射换热12F2iF2Q中12Q3.4.2两平行灰体表面

黑体温度变化对辐射本领的影响 3.3.3 黑度：灰体的全辐射本领与同温度下绝对黑体全辐射本领的比值称之为灰体 的黑度，通常ε用表示。 Ｔ 100 ( ) 4 C = = E Eb ε C Cb Ｔ 100 ( ) 4 Cb = Ｔ 100 ( ) 4 C = = E Eb ε C Ｔ Cb 100 ( ) 4 ( ) 4 C = = E Eb ε C Cb Ｔ 100 ( ) 4 Cb = Ｔ 100 ( ) 4 ( ) 4 Cb = 解释：物体对辐射热的吸收系数在数值上与其 黑度是相等的。 ρh= ε 3.4 辐射换热的计算 3.4.1 一般位置的灰体表面 3.4.2 两平行灰体表面 ＝

中12=21-1单位面积的净辐射换热量为：12q1-2=C12W/m?100Ci2=W/(m2·K*)11-1CCC图1.2-13两平行无限大灰体表面间的辐射换热3.4.3包含关系的灰体表面在这种情况下，物体1发射的辐射热全部投射到物体2上，故±12=1：但物体2所发射的辐射热则只有一部分投射到物体1上，故2<1。两个物体互相投射的结果，由物体1传给物体2的净辐射热量Q：为：T)-（T2)(1.2-18)IF十国通的饰Q1-3=C12图i.2-14物体1被物体2完全包时的辑射换热C12=+ECFCC3.4.4利用辐射换热系数辐射换热量（W/m2）：qr辐射换热系数（W/（m2.K））：0qr=α(01-02)0表面F的温度（C）：与F,辐射换热的表面F,的温度（C）。6,辐射换热系数（W/（m2.K））；T相当辐射系数（W/m2.K））；12OL001001-F的绝对温度，Ti=273+6（K）：α,=C1201-02-F2的绝对温度，T2=273+02（K）；T2412—F对F2的平均角系数。课后复习题：全辐射本领、单色辐射本领、黑度的物理意义？

单位面积的净辐射换热量为： 3.4.3 包含关系的灰体表面 3.4.4 利用辐射换热系数 课后复习题： 全辐射本领、单色辐射本领、黑度的物理意义？