作业 1-9、1-20、1-27
1-9、1-20、1-27 作业
第一章绪论 11热量传递的三种基本方式 热量传递有三种基本方式:导热、对流和热辐射。 1·导热 物体各部分之间不发生相对位移时,依靠分子、原子及自由 电子等微观粒子的热运动而产生的热量传递过程称为导热(或称热 传导)。 导热机理: 气体:导热是气体分子不规则热运动时相互碰撞的结果 导电固体中:有相当多的自由电子,自由电子的运动在导电 固体的导热中起着主要作用
1-1 热量传递的三种基本方式 热量传递有三种基本方式:导热、对流和热辐射。 1·导热 物体各部分之间不发生相对位移时，依靠分子、原子及自由 电子等微观粒子的热运动而产生的热量传递过程称为导热(或称热 传导)。 导热机理： 气体：导热是气体分子不规则热运动时相互碰撞的结果。 导电固体中：有相当多的自由电子，自由电子的运动在导电 固体的导热中起着主要作用。 第一章 绪论
在非导电固体:导热是通过晶格结构的振动,即原子、分子 在其平衡位置附近的振动来实现的 液体:两种观点。一、认为定性上类似于气体,只是情况更 复杂,因为液体分子间的距离比较近,分子间的作用力对碰撞过 程的影响远比气体大 认为液体的导热机理类似于非导电固 体,主要靠弹性波的作用。 导热现象的规律已经总结为傅里叶定律。图1-1-1所示。 ①=-入A (1-1-1) dx 图1-1-1通过平板的一维导热
在非导电固体：导热是通过晶格结构的振动，即原子、分子 在其平衡位置附近的振动来实现的。 液体：两种观点。一、认为定性上类似于气体，只是情况更 复杂，因为液体分子间的距离比较近，分子间的作用力对碰撞过 程的影响远比气体大。二、认为液体的导热机理类似于非导电固 体，主要靠弹性波的作用。 导热现象的规律已经总结为傅里叶定律。图1-1-1所示。 dx dt = −A （1-1-1） 图1-1-1通过平板的一维导热
单位时间内通过某一给定面积的热量称为热流量,记为④ 单位为W。单位时间内通过单位面积的热流量称为热流密度 (或称面积热流量),记为q,单位为W/m2 一维导热物体热流密度表达式为: dt q=-入 dx (1-1-2) 导热系数是表征材料导热性能优劣的参数,材料不同,导热 系数值不同,即使是同一种材料,导热系数值还与温度等因素 有关。这里仅指出:一般地说,金属材料的导热系数最高,良导 电体,如银和铜,也是良导热体;液体次之;气体最小
单位时间内通过某一给定面积的热量称为热流量，记为 ， 单位为W。单位时间内通过单位面积的热流量称为热流密度 (或称面积热流量)，记为 ，单位为 q 2 W / m 一维导热物体热流密度表达式为： dx dt q = − (1-1-2) 导热系数是表征材料导热性能优劣的参数，材料不同,导热 系数值不同，即使是同一种材料，导热系数值还与温度等因素 有关。这里仅指出:一般地说，金属材料的导热系数最高，良导 电体，如银和铜，也是良导热体；液体次之；气体最小
2对流 对流定义:流体的宏观运动造成流体各部分之间发生相对位 移,冷热流体相互掺混所引起的热量传递过程。 特点:对流仅能发生在流体中,由于流体中的分子不规则的 热运动,对流必然伴随有导热现象。 对流换热:流体流过一个物体表面时的热量传递过程。 分类:就引起流动的原因可区分为自然对流与强制对流两大 类 自然对流原因:流体冷、热各部分的密度不同而引起的换热 现象。 强制对流:流体的流动是由于其他压差作用所造成的。冷油 器、冷凝器等管内冷却水的流动都由水泵驱动,它们都属于 强制对流
2·对流 对流定义：流体的宏观运动造成流体各部分之间发生相对位 移，冷热流体相互掺混所引起的热量传递过程。 特点：对流仅能发生在流体中，由于流体中的分子不规则的 热运动，对流必然伴随有导热现象。 对流换热：流体流过一个物体表面时的热量传递过程。 分类：就引起流动的原因可区分为自然对流与强制对流两大 类。 自然对流原因：流体冷、热各部分的密度不同而引起的换热 现象。 强制对流：流体的流动是由于其他压差作用所造成的。冷油 器、冷凝器等管内冷却水的流动都由水泵驱动，它们都属于 强制对流
另外,工程上还常遇到液体在热表面上沸腾及蒸气在冷表 面上凝结的对流换热问题,分别简称为沸腾换热及凝结换热, 它们是伴随有相变的对流换热。 对流换热的基本计算式是牛顿冷却公式: 流体被加热时q=h(tl-t)(113) 流体被冷却时q=h(t-t)(14) 如果把温差(亦称温压)记为人t,并约定永远取正值,则牛顿冷 却公式可表示为 (11-5) q=h△t Q=Ah△t (11-6)
另外，工程上还常遇到液体在热表面上沸腾及蒸气在冷表 面上凝结的对流换热问题，分别简称为沸腾换热及凝结换热， 它们是伴随有相变的对流换热。 对流换热的基本计算式是牛顿冷却公式： q h(t t ) = w − f 流体被冷却时 q h(t t ) = f − w 流体被加热时 (1-1-3) (1-1-4) 如果把温差(亦称温压)记为 ，并约定永远取正值，则牛顿冷 却公式可表示为 t q = ht Q = Aht (1-1-5) (1-1-6)
表面传热系数的大小取决于多种因素。表1-1-1给出了几种 对流换热过程表面传热系数数值的大致范围。由表1-1-1可见, 就介质前言,水的对流换热比空气强烈;就换热方式而言,有相 变的优于无相变的,强制对流高于自然对流。 表1-1-1表面传热系数的数值范围 h[W/(m2K)] 自然对流 空气 1~10 水 强制对流 气体 高压水蒸气 500~3500 水 1000~15000 水的相变换热 沸腾 2500~35000 蒸汽凝结 5000~25000
表面传热系数的大小取决于多种因素。表1-1-1给出了几种 对流换热过程表面传热系数数值的大致范围。由表1-1-1可见， 就介质前言，水的对流换热比空气强烈；就换热方式而言，有相 变的优于无相变的，强制对流高于自然对流。 表1-1-1表面传热系数的数值范围
3热辐射 定义:物体通过电磁波来传递能量的方式称为辐射。物体会 因各种原因发出辐射能,其中因热的原因而发出辐射能的现象称 为热辐射 辐射换热:物体发射辐射与吸收辐射的综合结果就造成了以 辐射方式进行的物体间的热量传递。当物体与周围环境处于热平 衡时,辐射换热量等于零,但这是动态平衡,辐射与吸收过程仍 在不停地进行 特点: 1、导热、对流的进行需要有物质存在,热辐射可以在真空中传递, 而且实际上在真空中辐射能的传递最有效。 2、辐射换热不仅产生能量的转移,而且还伴随着能量
3·热辐射 定义：物体通过电磁波来传递能量的方式称为辐射。物体会 因各种原因发出辐射能，其中因热的原因而发出辐射能的现象称 为热辐射。 辐射换热：物体发射辐射与吸收辐射的综合结果就造成了以 辐射方式进行的物体间的热量传递。当物体与周围环境处于热平 衡时，辐射换热量等于零，但这是动态平衡，辐射与吸收过程仍 在不停地进行。 特点： 1、导热、对流的进行需要有物质存在,热辐射可以在真空中传递, 而且实际上在真空中辐射能的传递最有效。 2、辐射换热不仅产生能量的转移，而且还伴随着能量
形式的转换,即发射时从热能转换为辐射能,而被吸收时又从辐 射能转换为热能。 物体的辐射能力与温度有关,同一温度下不同物体的辐射与 吸收本领也大不一样 黑体:是指能吸收投入到其表面上的所有热辐射能的物体。 说明:黑体的吸收本领和辐射本领在同温度的物体中是最大的 黑体在单位时间内发出的热辐射热量由斯忒藩-玻耳兹曼定律: CP= AoT (1-1-7) 实际物体辐射热流量的计算总可以采用斯式藩-玻耳兹曼定 律的经验修正形式: p= CAoT 4 (1-1-8)
形式的转换，即发射时从热能转换为辐射能，而被吸收时又从辐 射能转换为热能。 物体的辐射能力与温度有关，同一温度下不同物体的辐射与 吸收本领也大不一样。 黑体：是指能吸收投入到其表面上的所有热辐射能的物体。 说明：黑体的吸收本领和辐射本领在同温度的物体中是最大的。 黑体在单位时间内发出的热辐射热量由斯忒藩-玻耳兹曼定律： 4 = AT (1-1-7) 实际物体辐射热流量的计算总可以采用斯式藩-玻耳兹曼定 律的经验修正形式: 4 = AT (1-1-8)
斯忒藩-玻耳兹曼定律又称四次方定律,是辐射换热计算 的基础。 说明:式(1-1-7)、(1-1-8)中的D是物体自身向外辐射的热 流量,而不是辐射换热量。要计算辐射换热量还必须考虑 投到物体上的辐射热量的吸收过程,即要算收支总帐。 最简单的辐射换热为两块非常接近的 互相平行黑体壁面间的辐射换热。右图所示。 另外一种简单的辐射换热为一物体包含在另 个大空腔里面的情形,此时该物体与空腔 表面间的辐射换热量按下式计算 T Φ=1Ao(T4-T2)(1-19)
斯忒藩-玻耳兹曼定律又称四次方定律，是辐射换热计算 的基础 。 说明：式(1-1-7)、(1-1-8)中的 是物体自身向外辐射的热 流量，而不是辐射换热量。要计算辐射换热量还必须考虑 投到物体上的辐射热量的吸收过程，即要算收支总帐。 最简单的辐射换热为两块非常接近的 互相平行黑体壁面间的辐射换热。右图所示。 另外一种简单的辐射换热为一物体包含在另 一个大空腔里面的情形，此时该物体与空腔 表面间的辐射换热量按下式计算: A (T T ) 4 2 4 = 1 1 1 − (1-1-9)