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传 热 学 第一章：绪论 一、什么是传热学 研究热量传递规律的科学。 热量传递的机理、规律、计算和测试方法 热量传递过程的推动力：温差 传热学以热力学第一定律和第二定律为基础 热力学第一定律：在热量传递过程中若无能量形式的转换，则热量始终保持守恒 热力学第二定律：热量 Q 传递始终是从高温物体向低温物体传递。 二．热量传递的基本方式 ：热传导、热对流、热辐射 第二章：热传导（导热） 定义：指温度不同的物体各部分或温度不同的两物体间直接接触时，依靠分子、原子及自由电子等微观粒子热运动而进行的热量传递现象。 物质的属性：可以在固体、液体、气体中发生 导热的特点 必须有温差 物体直接接触 依靠分子、原子及自由电子等微观粒子热运动而传递热量 不发生宏观的相对位移 导热机理 气体：气体分子不规则热运动时相互碰撞的结果。 导电固体：自由电子运动。 非导电固体：晶格结构的振动。 液体：很复杂。 .傅里叶公式:1822年，法国数学家Fourier： 平壁导热： (：热流量，单位时间传递的热量[W] q：热流密度，单位时间通过单位面积传递的热量 A：垂直于导热方向的截面积[m2] △T=（T1—T2）平壁两侧壁温之差 λ：热导率（导热系数） W/（m.℃） 通过圆筒壁的导热： t1 r1 t2 r r2= 圆筒壁就是圆管的壁面。当管子的壁面相对于管长而言非常小，是一维导热问题。这里仅讨论稳态的情况。 例题1-1 有三块分别由纯铜（热导率λ1=398W/(m·K)）、黄铜（热导率λ2=109W/(m·K)）和碳钢（热导率λ3=40W/(m·K)）制成的大平板，厚度都为10mm，两侧表面的温差都维持为tw1 – tw2 = 50℃不变，试求通过每块平板的导热热流密度。 第三章：热对流(convection)与对流换热 定义与特征 定义：流体中（气体或液体）温度不同的各部分之间，由于发生相对的宏观运动 而把热量由一处传递到另一处的现象 对流换热：流体与温度不同的固体壁间接触时的热量交换过程 对流换热的特点 对流换热与热对流不同，既有热对流，也有导热；不是基本传热方式 导热与热对流同时存在的复杂热传递过程 必须有直接接触（流体与壁面）和宏观运动；也必须有温差 对流换热按照不同的原因可分为多种类型 ： 是否相变，分为：有相变的对流换热和无相变的对流换热 流动原因，分为：强迫对流换热和自然对流换热。 流动状态，分为：层流和紊流 牛顿冷却公式（1701） (— 热流量[W]，单位时间传递的热量 q---— 热流密度 h — 表面传热系数 A--— 与流体接触的壁面面积 Tw— 固体壁表面温 T00-----流体温度 h是表征对流换热过程强弱的物理量 影响h因素：流动原因、流动状态、流体物性、有无相变、壁面形状大小等 例题1-2 一室内暖气片的散热面积为3m2，表面温度为tw = 50℃，和温度为20℃的室内空气之间自然对流换热的表面 传热系数为h = 4 W/(m2·K)。试问该暖气片相当于多大功率的电暖气? 第四章：热辐射 1.定义 ——物体通过电磁波来传递热量的方式 物体的温度越高、辐射能力越强；若物体的种 类不同、表面状况不同，其辐射能力不同 辐射换热：物体间靠热辐射进行的热量传递 2.辐射换热的特点 ——不需要冷热物体的直接接触；即：不需要介质的存在，在真空中就可以传递能量 ——在辐射换热过程中伴随着能量形式的转换 物体热力学能 电磁波能 物体热力学能 ——无论温度高低，物体都在不停地相互发射电磁波能、相互辐射能量；高温物体辐射给低温物体的能量 大于低温物体辐射给高温物体的能量;总的结果是热由高温传到低温 3.斯蒂芬-玻尔兹曼定律 黑体：能全部吸收投射到其表面辐射能的物体。 或称绝对黑体。黑体的辐射能力与吸收能力最强 黑体向外发射的辐射能： Eb为黑体的辐射力（W/m2）；T为黑体的绝对温度（K）；σ0为斯忒芬－波尔兹曼常数， 其值为5.67×10-8[W/(m2K4)]。这是我们在以后的辐射换热计算中使用最多的关系式 实际物体辐射能力：低于同温度黑体 ε— 实际物体表面的发射率（黑度），0~1；与物体的种类、表面状况和温度有关 对于两个相距很近的黑体表面，由于一个表面发射出来的能量几乎完全落到另一个表面上， 那么它们之间的辐射换热量为 ： 单色辐射力定义： 单色辐射力被定义为单位时间单位辐射面积向半球空间辐射出去的某一波长范围的辐射能量， 用来描述辐射能量随波长的分布特征。 普朗克定律：， 式中，两个常数，；其中，h为普朗克常数，c为光速，κ为波尔兹曼常数；λ为热射线的波长（μm）；Ebλ为黑体单色辐射力。 例6