1、 传热学传热学传热学在日常生活中的应用传热学在日常生活中的应用主讲：刘立宁主讲：刘立宁 传热学传热学 传热学传热学：研究热量传递的规律：研究热量传递的规律以及控制以及控制和优化热量传递过程之方法的和优化热量传递过程之方法的学科。（在此学科。（在此仅研究由温差引起的热量传递）仅研究由温差引起的热量传递） 热量传递过程的推动力：温差热量传递过程的推动力：温差 由热力学第二定律：热量可以自发地由由热力学第二定律：热量可以自发地由高温热源传给低温热源。高温热源传给低温热源。 凡有温差存在，就会有热量传递。凡有温差存在，就会有热量传递。 在日常生活和生产实践中到处有温差在日常生活和生产实践中到处有温差
2、温差传热现象无处不在、无时不有。温差传热现象无处不在、无时不有。 传热学传热学农业农业国防国防工业工业科技科技传热学无时不有传热学无时不有 传热学传热学 1 1 热量传递的三种基本方式热量传递的三种基本方式 2 2 传热方式的影响因素传热方式的影响因素 3 3 传热过程和热阻传热过程和热阻 4 4 传热学在日常生活中的应用传热学在日常生活中的应用主要内容：主要内容： 传热学传热学导导热热对流对流热辐射热辐射热量传递的基本方式热量传递的基本方式 传热学传热学 一、导热一、导热 1 1概念概念 当物体的各部分之间存在温差或高当物体的各部分之间存在温差或高温物体与低温物体接触时，依靠自由电温物体与低
3、温物体接触时，依靠自由电子、分子、原子等子、分子、原子等微观粒子的热运动微观粒子的热运动而而产生的热量传递现象称为产生的热量传递现象称为导热导热。 举例：举例：？热流量高温低温 传热学传热学 2特点特点 （1 1）物体各部分之间不发生宏观的相对位移。）物体各部分之间不发生宏观的相对位移。 （2 2）能量的形式不发生变化，始终是热能。）能量的形式不发生变化，始终是热能。 （3 3）可以发生在固、液、气体三态物质中。）可以发生在固、液、气体三态物质中。 例如通过平壁的一维导热例如通过平壁的一维导热: : 无限大平壁无限大平壁（a、b）, ,面积面积A，厚，厚，两表面，两表面分别维持均匀分别维持均匀
4、tw1、tw2且且tw1tw2 0 xt tw2 tw1 传热学传热学 3 3一维稳态导热计算式一维稳态导热计算式（傅里叶公式傅里叶公式） 傅里叶由实验得，单位时间内通过平壁的傅里叶由实验得，单位时间内通过平壁的 导热量导热量( (热流量热流量) )： 21wwttA 单位时间内单位面积的导热量单位时间内单位面积的导热量( (热流密度热流密度) )： tttqww21W/m2W导热系数导热系数 ( (热导率热导率),),W/（mK） 传热学传热学导热系数表征物体导热能力的大小，导热系数表征物体导热能力的大小，越大表越大表示物体导热能力越强。它是热力工程设计中合示物体导热能力越强。它是热力工程设
5、计中合理选用材料的重要依据。理选用材料的重要依据。导热系数的影响因素：主要是物质的导热系数的影响因素：主要是物质的种类种类、物物态态以及以及温度温度、密度密度、含水率含水率等。等。一般同种物质三态中一般同种物质三态中, 固态固态液态液态气态气态对于同一种物质，温度的影响最大。对于同一种物质，温度的影响最大。 传热学传热学 绝热材料绝热材料: :习惯上把导热系数较小的材习惯上把导热系数较小的材料称为绝热材料（也称料称为绝热材料（也称保温材料保温材料）。）。 绝热材料导热系数界定值的大小反映了绝热材料导热系数界定值的大小反映了一个国家绝热材料的生产水平，我国标准一个国家绝热材料的生产水平，我国标准
6、GB4272-92GB4272-92中规定，平均温度不高于中规定，平均温度不高于350350时，时，绝热绝热0.12 0.12 W/(mK)。 传热学传热学 一般绝热材料的导热系数随温度升高而一般绝热材料的导热系数随温度升高而增大，随湿度增大而明显增大。增大，随湿度增大而明显增大。 eg：住新房和旧房的感觉一样么？住新房和旧房的感觉一样么？ 答：由于水的导热系数远远大于空气，而新房答：由于水的导热系数远远大于空气，而新房墙壁含水较多，住新房感觉冷。墙壁含水较多，住新房感觉冷。 )/(35. 0KmW干砖)/(0 . 1KmW湿砖)/(6 . 0KmW水 传热学传热学导热热阻导热热阻 qtr t
7、RAR 热阻网络热阻网络对平壁导热的热阻计算式：对平壁导热的热阻计算式： rtw1 tw2 R 传热学传热学 Question： 冬天，棉被经过晒后拍打，为什么感觉冬天，棉被经过晒后拍打，为什么感觉特别暖和？特别暖和？ Answer: 被晒过的棉被，轻轻拍打后，大量的空被晒过的棉被，轻轻拍打后，大量的空气进入棉絮空间，空气在狭小的棉絮空气进入棉絮空间，空气在狭小的棉絮空间内自然对流换热不容易展开，由于空间内自然对流换热不容易展开，由于空气的导热系数很低，故能起到很到的保气的导热系数很低，故能起到很到的保温作用。温作用。 传热学传热学 二、对流二、对流 1 1概念概念 对流：对流：由于流体的由于
8、流体的宏观运动宏观运动，不同温，不同温度的流体各部分之间发生相对位移时产生的度的流体各部分之间发生相对位移时产生的热量传递现象热量传递现象。 对流换热：对流换热：流体流过与其温度不同的流体流过与其温度不同的固体表面时固体表面时, ,与壁面之间的热量传递现象。与壁面之间的热量传递现象。 它是它是导热导热和和热对流热对流两种基本传热方式两种基本传热方式联合作用联合作用的结果。的结果。 传热学传热学 2 2对流换热基本公式（牛顿冷却公式）对流换热基本公式（牛顿冷却公式） 单位时间单位面积的对流换热量：单位时间单位面积的对流换热量： 总面积上的对流换热量：总面积上的对流换热量： tAhAq t=tw-
9、tf换热温差换热温差, , KW对流换热系数对流换热系数 W/（m2K）W/m2thq 传热学传热学 3 3、影响换热系数的因素、影响换热系数的因素 流体流动的起因： 流体流动的状态： 流体有无相变： 流体的物理性质 换热壁面的几何因素自然强制hh层流紊流hh单相相变hh 传热学传热学对平壁换热的热阻计算式对平壁换热的热阻计算式 hhqtrhrh1hhtRhARh1热阻网络热阻网络对流换热热阻对流换热热阻tw tf Rh 传热学传热学QuestionQuestion： 电影电影泰坦尼克泰坦尼克号号里，为什么里，为什么JackJack冻死了，而冻死了，而RoseRose没有？没有？ Answer
10、 Answer： 一般来说，水的一般来说，水的换热能力比空气换热能力比空气强，所以强，所以JackJack身身体散热比体散热比RoseRose快。快。 传热学传热学 三、热辐射三、热辐射 1 1概念概念 辐射辐射：物体通过电磁波传递能量的现象。：物体通过电磁波传递能量的现象。 辐射能辐射能：以辐射方式所传递的能量。：以辐射方式所传递的能量。 物体会因各种原因产生不同的电磁波而发物体会因各种原因产生不同的电磁波而发出辐射能（如无线电波，出辐射能（如无线电波，、射线，紫外线、射线，紫外线、可见光，红外线等）。可见光，红外线等）。 热辐射热辐射：物体因热的原因产生电磁波发射物体因热的原因产生电磁波发
11、射辐射能的现象。辐射能的现象。 辐射换热辐射换热：物体之间以辐射方式进行的热：物体之间以辐射方式进行的热量交换称为辐射换热。量交换称为辐射换热。 传热学传热学2.2.热辐射区别于导热和对流的主要特点热辐射区别于导热和对流的主要特点（2 2）所有温度大于所有温度大于0K0K的物体都具有发射热的物体都具有发射热辐射的能力，辐射的能力，能量在传递过程中伴随有形式能量在传递过程中伴随有形式的转化。的转化。（1 1）热辐射不依靠中间媒介，可以在）热辐射不依靠中间媒介，可以在真空中进行真空中进行 传热学传热学3 3、黑体：、黑体： 所谓绝对所谓绝对黑体黑体：把吸收率等于：把吸收率等于 1 1 的物体的物体
12、称黑体，是一种假想的理想物体。称黑体，是一种假想的理想物体。 黑体的吸收和辐射能力在同温度的物体中黑体的吸收和辐射能力在同温度的物体中是最大的而且辐射热量服从于是最大的而且辐射热量服从于斯忒藩斯忒藩玻耳兹曼定律玻耳兹曼定律。 传热学传热学 4.4.辐射换热的基本公式辐射换热的基本公式 （1 1）黑体辐射能量的计算式（四次方定律）黑体辐射能量的计算式（四次方定律） 4TAbb W/(m2K4)W81067. 5 b 黑体辐射常数黑体辐射常数4TAbb W实际物体辐射的能量：实际物体辐射的能量：该物体的发射率（黑度）该物体的发射率（黑度） 传热学传热学 （2 2）两表面的封闭系统内的辐射换热量）两
13、表面的封闭系统内的辐射换热量 两面积相等且平行放置的无限大黑体表两面积相等且平行放置的无限大黑体表面：面： )(424111TTAb 小物体小物体1 1被大空腔包围时：被大空腔包围时：)(4241TTAb WW 传热学传热学四、传热过程四、传热过程 热量由壁面一侧的热量由壁面一侧的高温流体通过壁面传高温流体通过壁面传到另一侧低温流体的到另一侧低温流体的过程称为过程称为传热过程传热过程。 一般包括一般包括相互串联相互串联的三个环节：的三个环节： 热流体热流体壁面高温侧壁面高温侧壁面低温侧壁面低温侧冷流体冷流体 高高温温流流体体低低温温流流体体高高温温流流体体对流换热对流换热对流换热对流换热导热导
14、热 传热学传热学 传热学传热学| 热阻叠加原则热阻叠加原则 稳态传热过程的总热阻等于各个环稳态传热过程的总热阻等于各个环节分热阻之和，简称热阻叠加原则。节分热阻之和，简称热阻叠加原则。 tw1 R1hR2hRtw2 tf1 tf2 | 传热热阻网络：传热热阻网络：传热热阻：传热热阻：21hhtRRRR 传热学传热学 暖气片暖气片 热水热水内壁内壁外壁外壁空气空气辐射与对流换热辐射与对流换热 导热导热对流换热对流换热egeg：热量传递方式分析：热量传递方式分析AhAAhttff212111 传热学传热学 Question： 改变暖气中的水流速度是否可以改变显改变暖气中的水流速度是否可以改变显著地
15、增强换热？著地增强换热？ Answer: 暖气内是水的强制对流换热，而外部是空气的暖气内是水的强制对流换热，而外部是空气的自然对流散热。由于空气侧对流换热表面传热自然对流散热。由于空气侧对流换热表面传热系数远小于水侧的。热阻主要集中在空气侧，系数远小于水侧的。热阻主要集中在空气侧，因而通过改变水速（即进一步减小水的热阻）因而通过改变水速（即进一步减小水的热阻）对传热量的贡献不大。对传热量的贡献不大。 传热学传热学五、传热学在日常生活中的应用五、传热学在日常生活中的应用 1、72C的铁和的铁和600C的木头摸上去的感觉的木头摸上去的感觉是一样的，您知道为什么吗？是一样的，您知道为什么吗？ 答：人
16、手感觉到的冷暖实质是热量传递的快慢，而铁的吸热系数远大于木头的。 2、为什么耳朵大的人更容易生冻疮、为什么耳朵大的人更容易生冻疮? 答：耳朵的散热可以看成是一维肋片导热，耳朵大的人沿肋高的方向热阻较小，则耳朵温度更容易接近周围环境的温度。 传热学传热学 3、大电流电线外所包的绝缘层，是否不利于电、大电流电线外所包的绝缘层，是否不利于电线散热？线散热？ 答：家用电线的直径一般小于20mm，在一般情况下，小于其临界绝缘直径，此时在电线外加绝缘层，不仅起到了绝缘的作用，而且还有利于电线散热。 4、海水的颜色为什么总是蓝色的？、海水的颜色为什么总是蓝色的？ 答：这是由于海水的非灰性质引起的，即海水对不同的波长的可见光吸收率不同，对蓝色波长附近的射线吸收少，反射多，所以呈蓝色。 传热学传热学 5、为什么要及时清除冰箱内的结霜，、为什么要及时清除冰箱内的结霜，否则耗电量就会增加？否则耗电量就会增加？ 答：因为冰箱结霜相当于在冷流体（制冷剂）与热流体（空气）的传热过程中串联环节中增加了一个热阻。因此，要保证冰箱内达到相同的空气温度，在结霜情况下必然要降低制冷剂的蒸发温度，而这是以增加压缩机功耗为代价的。 传热学传热学
