热量传输的基本概念及基本定律广西现代职业技术学院.DOC

第 1~2 次课 课题： 热量传输的基本概念及基本定律（3学时） 一、本课的基本要求 1．掌握热量传输的三种基本方式、传热系数K和热阻R的概念。 2．理解温度场、等温面和温度梯度的概念。 3．掌握导热系数、热量传输系数a的单位、物理意义和影响因素。 4．掌握F-K方程的物理意义和适用条件。 二、本课的重点、难点 重点：导热系数、热量传输系数a的单位、物理意义和影响因素。 难点：F-K方程的推导。 三、作业 习题P133 9-6 四、教参及教具 《动量、热量、质量传输原理》 高家锐主编 重庆大学出版社 补充图 图9-6 第2篇 热量传输 （） 第9章 热量传输的基本概念及基本定律 9.1 热量传输的基本概念 传热方式 三种基本传热方式：传导传热、对流传热、辐射传热，分别简称导热、对流、辐射。 工程上的传热过程多是包括两种或三种基本传热方式的传热过程，简称综合传热。 （1）导热 定义：在一连续介质内若有温度差存在，或者两温度不同的物体直接接触时，在物体内没有可见的宏观物体流动时所发生的传热现象。 条件：温度差。取决于物体本身的物性。 （2）对流 定义：有流体存在，并有流体宏观运动情况下所发生的传热。 条件：温度差，流体的宏观运动。取决于流体本身的物性、流动状态。 （3）辐射 定义：物体因受热发出热辐射，高温物体向低温物体热辐射，同时低温物体向高温物体热辐射，最终结果是高温物体失去热量而低温物体得到热量。辐射传热不需要物体作传热媒介，而是依靠物体发射电磁波来传递热量。 条件：温度差。取决于两物体空间位置（辐射角系数）和物体表面辐射特性（黑度）。 传热基本方程 各种传热过程最终都要确定传热量。 热流量Φ：单位时间传递的热量。 热通量（热流密度）q：单位时间通过单位面积传递的热量。 传热方程：实践证明，各种传热过程的传热量都和温度差、传热面积A、、传热时间成正比。 J 或 J/s（W） （1） W/m2 （2） 传热系数K：单位时间、单位面积、温度差为1℃时传递的热量，即单位传热量。 将（1）（2）改写为： （3） （4） 式中 ℃/W 总传热面积上的热阻； m2.℃/W 单位传热面积上的热阻。 热阻：阻碍热量传递的阻力。 上两式类似于电学中的欧姆定律，为了求解热流可类似电路中电阻的串、并联法求热阻。基于这一点，有研究传热问题的电模拟法。 传热系数K和热阻R是传热中两个极为重要的概念。 温度场、等温面和温度梯度 （1）温度场 定义：温度随空间及时间的变化规律。数学表达式： 分类：时间 稳定温度场：，，无热量蓄积 不稳定温度场：，，有热量蓄积 空间：一维 二维 三维温度场 物理量性质：有大小无方向，数量场。 一维稳定温度场： 一维不稳定温度场： （2）等温面 等温面：温度场中，同一时刻温度相同的点所构成的面。 等温线：一平面与等温面的交线。 （3）温度梯度 定义：等温面法线方向单位距离上的温度变化量（最大温度变率）。 表达式： 向量：低温高温方向为正。 9.2 傅里叶导热定律 1．稳定温度场的建立 补充图 一无限宽大，厚为的平板初温为t0，在的初始时刻，平板下表面温度跃升到tx并保持不变。，相邻各层逐次吸热升温，热量沿板厚方向传递，不稳定温度场。，温度分布不变，稳定温度场已经建立。 2．傅里叶导热定律 稳定温度场 W W/m2 固体薄层 W W/m2 任意方向 W/m2 式中 —温度梯度，℃/m；负号—热量传递方向与温度梯度方向相反。 表述：物体的导热通量与温度梯度成正比。 导热系数（热导率） （1）单位 W/m. ℃ （2）物理意义 表征物体导热能力的物性参数，即温度梯度为1时，单位时间通过单位面积的导热量。 （3）影响因素 A．物体的种类：气体液体固体金属 B．温度：工程材料（耐火材料、保温隔热材料、建筑材料等） 查表 混合气体的导热系数 4．热量传输系数a 傅里叶导热定律可改写为 式中 —单位体积物体的热量梯度 —热量传输系数（导温系数、热扩散率） 表述：物体的导热通量与单位体积物体的热量梯度成正比。 （1）单位 m2/s （2）物理意义 表征物体热量传输能力的重要参数。 a，物体传播热量的能力强或物体传播热量的速度快。 a，物体传播热量的能力弱或物体传播热量的速度慢。 a—不稳定导热的重要参数；—稳定导热的重要参数。 （3）影响因素 物体的种类和温度。 9