1、第第2章章 传热学基本知识传热学基本知识 教学目标：教学目标： 了解稳定传热的基本概念；了解稳定传热的基本概念； 理解稳定导热、对流换热和辐射换热的基理解稳定导热、对流换热和辐射换热的基 本概念；本概念； 了解稳定传热的过程及传热的增强与削弱。了解稳定传热的过程及传热的增强与削弱。 传热学是研究热量传递过程规律的一门学传热学是研究热量传递过程规律的一门学 科。科。 本章介绍本章介绍传热传热的基本方式，分析导热、热的基本方式，分析导热、热 对流和辐射的基本特性及应用。对流和辐射的基本特性及应用。 21 稳定传热的基本概念稳定传热的基本概念 一、温度与热量一、温度与热量 1 1、温度、温度 定义：
2、定义：用来表示物体冷热程度的物理量。用来表示物体冷热程度的物理量。 测量温度的仪表测量温度的仪表：温度计，玻璃管温度计温度计，玻璃管温度计、热电偶温度热电偶温度 计计、热热电阻电阻温度计温度计等等。 衡量温度的数值标尺：温标。衡量温度的数值标尺：温标。 绝对温标：绝对温标：国际单位制规定的热力学温标国际单位制规定的热力学温标，符号符号T T，单位单位 K(K(开尔文开尔文) )，中文代号中文代号“开开”。 摄氏温标：摄氏温标：工程实际常用一种温标，符号工程实际常用一种温标，符号t t，单位摄氏度，单位摄氏度 ，代号，代号“”。 换算换算关系关系 ： T=t+273.16T=t+273.16 一
3、般工程计算中一般工程计算中：T=t+273 T=t+273 2 2、热量、热量 定义：定义：物体吸收或放出热能的多少。物体吸收或放出热能的多少。 热量的单位热量的单位 国际单位制中：国际单位制中：J J，kJkJ 工程单位制中工程单位制中：calcal，kcalkcal 换算换算关系关系 ：1kcal=4.19kJ1kcal=4.19kJ 热量与能量的区别：热量与能量的区别： 我们可以说一个物体含有多少能量我们可以说一个物体含有多少能量，但我们不能说它含有但我们不能说它含有 多少热量多少热量。热量是一个热量是一个过程量过程量，只有在物体通过热传递只有在物体通过热传递 交换热能才谈得上热量交换热
4、能才谈得上热量。我们可以说一个物体放出多少我们可以说一个物体放出多少 热量热量，吸收多少热量吸收多少热量。 3 3、传热的基本方式传热的基本方式 导热导热 热对流热对流 热辐射热辐射 4 4、稳定传热的基本概念、稳定传热的基本概念 稳定传热稳定传热 传热中温度差保持一恒定值，即不随时间有所变化。传热中温度差保持一恒定值，即不随时间有所变化。 不稳定传热不稳定传热 传热中温度差随时间变化而变化传热中温度差随时间变化而变化。 本章无特别说明的传热现象都是指稳定传热。本章无特别说明的传热现象都是指稳定传热。 22 稳定导热稳定导热 一、定义一、定义 温度不同的物体温度不同的物体直接直接接触接触，温度
5、较高的物体把热能传给，温度较高的物体把热能传给 温度较低的物体，或在同一物体内部，热能从温度较高温度较低的物体，或在同一物体内部，热能从温度较高 的部分传给温度较低部分的传热现象。的部分传给温度较低部分的传热现象。 二、计算公式二、计算公式 单层墙壁单层墙壁 t t1 1t t2 2，温度恒定不变，热能，温度恒定不变，热能 以导热方式由墙体内表面经墙以导热方式由墙体内表面经墙 体传向墙的外表面。体传向墙的外表面。 单位时间的导热量单位时间的导热量 12 ()QttF d 墙壁的传热面积。墙壁的传热面积。 F 墙壁的厚度。墙壁的厚度。 d 通过单层平壁的导热量。通过单层平壁的导热量。 Q 墙壁外
6、表面的温度。墙壁外表面的温度。 2 t 墙体材料的导热系数。墙体材料的导热系数。 墙壁内表面的温度。墙壁内表面的温度。 1 t 热流强度：单位时间内通过单位面积的热量。热流强度：单位时间内通过单位面积的热量。 12 ()qtt d 1212 tttt q d R 墙体材料的导热系数墙体材料的导热系数 ，是材料导热性能的一个指标，是材料导热性能的一个指标，由由 材料本身材料本身决定。决定。 材料导热系数大，导热性能好；反之，导热性能差材料导热系数大，导热性能好；反之，导热性能差 。 R称为热阻，是热流通过墙壁时遇到的阻力，或者说墙称为热阻，是热流通过墙壁时遇到的阻力，或者说墙 壁抵抗热流通过的能
7、力。壁抵抗热流通过的能力。 R与与成成反比反比关系关系。 23 对流换热对流换热 一、对流换热的特征及影响因素一、对流换热的特征及影响因素 1 1、定义、定义 依靠流体的运动，热量由一处传递到另一处的现象称之依靠流体的运动，热量由一处传递到另一处的现象称之 为为热对流热对流。 2 2、特征特征 传热过程中传热过程中流体质点发生了相对位移流体质点发生了相对位移，而热传导中质点，而热传导中质点 并不发生相对位移。并不发生相对位移。 3 3、热对流与对流换热的区别、热对流与对流换热的区别 热对流热对流是基本传热方式的一种是基本传热方式的一种。 对流换热对流换热不是基本传热方式，而是一种复杂的传热过程
8、不是基本传热方式，而是一种复杂的传热过程， 既有热对流作用，既有热对流作用，同时同时又有导热作用。又有导热作用。 4 4、影响对流换热的因素影响对流换热的因素 （1 1）流动的起因流动的起因 自然对流自然对流 受迫对流受迫对流 （2 2）流体的流动状态流体的流动状态 层层流流 紊流紊流 （3 3）流体的物理性质流体的物理性质 导热系数、热容、密度、动力粘度等。导热系数、热容、密度、动力粘度等。 （4 4）换热表面的几何尺寸、形状与大小）换热表面的几何尺寸、形状与大小 二、对流换热计算二、对流换热计算 1 () b Qtt F 1 () b qtt 对流换热热流强度。对流换热热流强度。 q 墙壁
9、的换热面积。墙壁的换热面积。 F 单位时间的对流换热量。单位时间的对流换热量。 Q 流体的温度。流体的温度。 1 t 对流换热系数，对流换热系数， 其大小反映了其大小反映了对流换热的强弱对流换热的强弱。 墙面的温度。墙面的温度。 b t 变换公式的形式，可得：变换公式的形式，可得： 11 1 bb tttt q R 对流换热热阻，与对流换热系数成反比。对流换热热阻，与对流换热系数成反比。 R 24 辐射换热辐射换热 一、热辐射的本质和特点一、热辐射的本质和特点 1 1、定义、定义 2 2、特点：、特点： 不依靠不依靠物质的物质的直接接触直接接触而进行能量传递而进行能量传递。 伴随能量形式两次转
10、化：内能伴随能量形式两次转化：内能电磁波能电磁波能内能内能。 只要只要T TOKOK，物体物体都会都会不断不断向向周围周围发射热射线发射热射线。 即使没有温差，也存在热辐射，只不过物体辐射和吸收的即使没有温差，也存在热辐射，只不过物体辐射和吸收的 能量相等，处于能量相等，处于动态平衡动态平衡。 二、辐射能的吸收二、辐射能的吸收、反射和透射反射和透射 根据能量守恒定律，有：根据能量守恒定律，有： GGGG 两边同除以两边同除以 ： G 1 分别为吸收率、反射率、透射率。分别为吸收率、反射率、透射率。 、 、 黑体：黑体：能吸收全部热射线的物体，即能吸收全部热射线的物体，即 。 白体：白体：能反射
11、全部热射线的物体，即能反射全部热射线的物体，即 。 透明体：透明体：能透过全部热射线的物体，即能透过全部热射线的物体，即 。 在自然界中，绝对黑体、白体和透明体的是不存在的。在自然界中，绝对黑体、白体和透明体的是不存在的。 1 1 1 三、热辐射的基本定律三、热辐射的基本定律 在所有的物体中，黑体辐射能力最强，其他物体辐射能在所有的物体中，黑体辐射能力最强，其他物体辐射能 力小于黑体，称力小于黑体，称灰体灰体。 4 () 100 T c 灰体的辐射系数，表示物体的向外辐射的能力灰体的辐射系数，表示物体的向外辐射的能力。 c 绝对温度。绝对温度。 T 0 cc 物体物体的的黑度，表示物体与黑体的
12、接近程度。黑度，表示物体与黑体的接近程度。 黑体黑体的的辐射系数辐射系数。 0 c 四、辐射换热的计算四、辐射换热的计算 T TOKOK的物体都能辐射热量，两物体通过辐射进行热交换，的物体都能辐射热量，两物体通过辐射进行热交换， 高温物体辐射给低温物体的热量大于低温物体辐射给高高温物体辐射给低温物体的热量大于低温物体辐射给高 温物体的热量，最终温物体的热量，最终两者差两者差值值决定换热量决定换热量。 44 12 1212121 ()() 100100 TT QCF 44 21 2121212 ()() 100100 TT QCF 1221 QQ 平均角系数平均角系数。 25 传热传热 一、稳定
13、传热的过程一、稳定传热的过程 建筑物围护结构和换热设备的传热过程，实际上是导热、建筑物围护结构和换热设备的传热过程，实际上是导热、 热对流和热辐射三种基本方式都存在的复杂的换热过程。热对流和热辐射三种基本方式都存在的复杂的换热过程。 以一以一建筑物外建筑物外墙墙为例，来分析建筑物围护结构的实际传为例，来分析建筑物围护结构的实际传 热过程。热过程。 假定墙两侧空气温度分假定墙两侧空气温度分 别为别为t tn n和和t tw w，且，且t tn nt tw w， 室内热量通过室内热量通过墙墙体向外体向外 传热的过程，要经历三传热的过程，要经历三 个阶段。个阶段。 1 1、吸热阶段（对流换热和辐射换
14、热）、吸热阶段（对流换热和辐射换热） 2 2、导热阶段、导热阶段 3 3、放热阶段（对流换热和辐射换热）、放热阶段（对流换热和辐射换热） 1 () nnnb qtt 12bb tt q d 2 () wwbw qtt 由于是稳定传热过程，外墙三个阶段的传热量应当相等，由于是稳定传热过程，外墙三个阶段的传热量应当相等， 即：即： 联立、及式，可得：联立、及式，可得： nw qqqq () 11 nwnwnw nw dw nw tttttt qK tt d RRRR 111 11 nw nw K d RRRR 墙体的总传热阻墙体的总传热阻。 R 墙体墙体的的总传热系数总传热系数。 K 式中：式中：
15、 二、传热的增强与削弱二、传热的增强与削弱 1 1、增强传热的基本途径、增强传热的基本途径 （1 1）提高传热系数）提高传热系数 （2 2）增大传热面积）增大传热面积 （3 3）增大传热温差）增大传热温差 2 2、增强传热的方法、增强传热的方法 （1 1）改变流体的流动状况）改变流体的流动状况 （2 2）改变流体的物性）改变流体的物性 （3 3）改变换热表面情况）改变换热表面情况 3 3、削弱传热的方法、削弱传热的方法 （1 1）热绝缘）热绝缘 （2 2）改变表面状况）改变表面状况 QKF t 1 1、现实生活中，什么时候需要、现实生活中，什么时候需要增强传热增强传热，什么，什么 时候需要时候需要削弱传热削弱传热？ 2 2、吹电风扇为什么会觉得凉快吹电风扇为什么会觉得凉快？如果环境温度如果环境温度 大于大于3737，会出现什么情况会出现什么情况? ? 3 3、夏天出汗觉得凉快还是不出汗觉得凉快？出、夏天出汗觉得凉快还是不出汗觉得凉快？出 汗后不擦干为什么容易感冒汗后不擦干为什么容易感冒? ? 问题：问题： 作作 业业 传热有哪几种基本方式？它们传热有哪几种基本方式？它们各各有何特点？有何特点？
