传热学简化.ppt

传热学 概念 传热学在高端科学领域的作用1 航天飞机在地球轨道上将反复地经受因太阳直接辐照产生的高温和进入地球阴影时面对接近0K 的宇宙空间导致的低温，变化范围达到 55-15℃ ，同时还要经受高真空环境； 航天飞机以 7 . 5km / s 的速度从 120km 高度重返地球大气层时，飞行器表面的热流密度大约达 105W / m2 ，机翼前缘和头锥帽上的温度高达 1650 ℃ 。 传热学在高端科学领域的作用2 航天飞机还必须能够经受太阳紫外线、高能粒子和微陨石可能的撞击。在这样严酷的情况下要能够保证飞行安全，内部的人员、设备不受任何干扰，必须采取特殊有效的热防护措施一陶瓷防热瓦。 航天飞机和宇宙飞船均有5万件以上的零缺陷的零部件。 海洋温差能 再比如地球上蕴藏海洋温差能极大，但是可利用的温差仅 15-25 ℃ ，要在这样小的温差下充分利用这个巨大的能源，非得有换热效率极高的热交换设备不可。 多孔介质中的传热传质 多孔介质中的传热传质是当今传热学科很活跃的一个前沿领域。所谓多孔介质是以自然形态存在的一类特殊材料，如土壤的团粒结构，很多建筑材料，如混凝土、砖、砂石等，生物材料，像人和动物的组织、脏器和皮肤等。它们一般是由固体骨架或固体颗粒堆积组成的多相体系，其中的质量、动量和热量的传递规律是揭开很多大自然秘密的关键因素。 生物传热学是近年才发展起来的新兴传热学科分支 。 热传递的三种基本方式 热传递有三种基本方式，即热传导、热对流和热辐射。 实际的工程应用中所遇到的热传递现象，常常是由几种基本方式共同作用的结果。例如房屋墙壁在冬季的散热，可分为三段，首先热由室内空气以对流换热和辐射方式传给墙内表面；再由墙内表面以固体导热方式传递到墙外表面；最后由墙外表面以空气对流换热和墙与物体间辐射方式把热传给室外环境。 热传导 热传导简称导热，是物体各部分无相对位移或不同物体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，导热是物体的属性，导热过程可以在固体、液体及气体中发生。但在引力场下，单纯的导热一般只发生在密实的固体中，因为，在有温差时，液体和气体中难以维持单纯的导热。 傅里叶（ J osePh Fourier ）固体计算公式 （0-1） （0-2） 式中 A-垂直于导热方向的壁面积， m 2 ; δ-壁厚度， m ; △t ― 壁两侧表面的温差， λ ― 导热系数，也称热导率。 意义：指具有单位温度差的单位厚度物体，在它的单位面积上每单位时间的导热量，它的国际单位是 W / ( m ·℃ ），它表示材料导热能力大小。 热对流 依靠流体的运动，把热量从一处传递到另一处的现象，称为热对流，它是热传递的另一种基本方式。所以热对流与流体的流动有关。若热对流过程中单位时间通过单位面积所有质量 的流体由温度 t1的地方流到 t2处，则此热对流传递的热量为(0-4 ) 牛顿（ Isaac Newton ）的冷却定律公式 (0-5 ) 式中 tw ― 固体壁面表面温度，℃ ； tf ― 流体温度，℃ ； α一对流换热表面传热系数，也称换热系数，其意义是指单位面积上，当流体与壁之间为单位温差，在单位时间内所能传递的热量， W / ( m2 · ℃ ）或 J / ( m2 · S · ℃ ） ; α的大小反映了对流换热过程的强弱，附录列出了一些典型条件下α的范围，可供参考。。 热辐射 导热或对流都是以冷、热物体的直接接触来传递热量的，热辐射则不同，它依靠物体表面对外发射可见和不可见的射线（电磁波，或者说光子）传递热量。热辐射是唯一一种非接触的传热方式。 物体表面每单位时间单位面积对外辐射的热量称为辐射力，用 E 表示，它的常用单位是 J / ( m2 · S ）或 W / m2 ，其大小与物体表面性质及温度有关。 绝对黑体 绝对黑体（一种理想的热辐射表面），理论和实验证实，它的辐射力 Eb 与表面热力学温度T的 4 次方成比例，即斯蒂芬一玻尔茨曼定律 (0-7 ) 式中Eb― 绝对黑体辐射力， W / m2; σb― 绝对黑体辐射常数， T一热力学温度， K 。 一切实际物体的辐射力都低于同温度下绝对黑体的辐射力。 实际物体的辐射力 实际物体的辐射力 ( 0-8 ) 式中：ε-为实际物体表面的发射率，又称黑度，其值处于0-1 之间。 辐射换热 物体间靠热辐射进行的热量传递称为辐射换热，它的特点是，在热辐射过程中伴随着能量形式的转换（物体内能～电磁波能～物体内能）； 不需要冷热物体直接接触；不论温度高低，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向高温物体辐射的能量，总的结果是热由高温体传到低温体。 图 0-1 两流