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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：了解了解稳稳定定传热传热的基本概念；的基本概念；理解理解稳稳定定导热导热、对对流流换热换热和和辐辐射射换热换热的基的基本概念；本概念；了解了解稳稳定定传热传热的的过过程及程及传热传热的增的增强强与削弱。与削弱。传热传热学是研究学是研究热热量量传递过传递过程程规规律的一律的一门门学学科。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：定义：用来表示物体冷用来表
2、示物体冷热热程度的物理量。程度的物理量。测测量温度的量温度的仪仪表表：温度温度计计，玻璃管温度，玻璃管温度计计、热电热电偶温度偶温度计计、热热电阻电阻温度温度计计等等。衡量温度的数衡量温度的数值标值标尺：温尺：温标标。绝绝对对温温标标：国国际际单单位位制制规规定定的的热热力力学学温温标标，符符号号T T，单单位位K(K(开开尔尔文文)，中文代号，中文代号“开开”。摄摄氏温氏温标标：工程工程实际实际常用一种温常用一种温标标，符号，符号t t，单单位位摄摄氏度，氏度，代号代号“”“”。换算换算关系关系 ：一般工程一般工程计计算中算中：T=t+273 T=t+273 2 2、热热量量 定义：定义：物
3、体吸收或放出物体吸收或放出热热能的多少。能的多少。热热量的量的单单位位 国际单位制中：国际单位制中：J J，kJkJ 工程工程单单位制中位制中：calcal，kcalkcal 换算换算关系关系 ：1 1热热量与能量的区量与能量的区别别：我我们们可可以以说说一一个个物物体体含含有有多多少少能能量量，但但我我们们不不能能说说它它含含有有多多少少热热量量。热热量量是是一一个个过过程程量量，只只有有在在物物体体通通过过热热传传递递交交换换热热能能才才谈谈得得上上热热量量。我我们们可可以以说说一一个个物物体体放放出出多多少少热热量量，吸收多少吸收多少热热量。量。3 3、传热传热的基本方式的基本方式 导热
4、导热热对热对流流热辐热辐射射4 4、稳稳定定传热传热的基本概念的基本概念稳稳定定传热传热 传热传热中温度差保持一恒定中温度差保持一恒定值值，即不随，即不随时间时间有所有所变变化。化。不不稳稳定定传热传热 传热传热中温度差随中温度差随时间变时间变化而化而变变化化。本章无特本章无特别说别说明的明的传热现传热现象都是指象都是指稳稳定定传热传热。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，温度较较高的物体把高的物体把热热能能传给传给温温度度较较低的物体，或在同一物体内部，低的物体，或在同一物体内部，热热能从温度能从温度较较高的部高的部分分传给传给温度温度
5、较较低部分的低部分的传热现传热现象。象。二、计算公式二、计算公式 单层墙单层墙壁壁t t1 1t t2 2，温度恒定不，温度恒定不变变，热热能能以以导热导热方式由方式由墙墙体内表面体内表面经墙经墙体体传传向向墙墙的外表面。的外表面。单位时间的导热量单位时间的导热量 墙壁的传热面积。墙壁的传热面积。墙壁的厚度。墙壁的厚度。通过单层平壁的导热量。通过单层平壁的导热量。墙壁外表面的温度。墙壁外表面的温度。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。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。墙体材料的导热系数墙体材料的导热系数，是材
6、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，或者说墙壁称为热阻，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力。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、一、对对流流换热换热的特征及影响因素的特征及影响因素 1 1、定、定义义 依靠流体的运依靠流体的运动动，热热量由一量由一处传递处传递到另一到另一处处的的现现象称之象称之为为热对热对流流。2 2、特征、特征传热过传热过程中程中流体流体质质点
7、点发发生了相生了相对对位移位移，而，而热传导热传导中中质质点并点并不不发发生相生相对对位移。位移。3 3、热对热对流与流与对对流流换热换热的区的区别别热对热对流流是基本是基本传热传热方式的一种方式的一种。对对流流换热换热不是基本不是基本传热传热方式，而是一种复方式，而是一种复杂杂的的传热过传热过程程，既有既有热对热对流作用，流作用，同时同时又有又有导热导热作用。作用。4 4、影响、影响对对流流换热换热的因素的因素（1 1）流动的起因）流动的起因自然自然对对流流受迫受迫对对流流（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
8、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、二、对对流流换热计换热计算算 对流换热热流强度。对流换热热流强度。墙壁的换热面积。墙壁的换热面积。单位时间的对流换热量。单位时间的对流换热量。流体的温度。流体的温度。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。变换变换公式的形式，可得：公式的形式，可得：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。24 辐射换热辐射换热一、一、热辐热辐射的本射的本质质和特点和特点 1 1、定、定义义2 2
9、、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发射射热热射射线线。即使没有温差，也存在即使没有温差，也存在热辐热辐射，只不射，只不过过物体物体辐辐射和吸收的射和吸收的能量相等，能量相等，处处于于动态动态平衡平衡。二、二、辐辐射能的吸收射能的吸收、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：两两边边同除以同除以 ：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
10、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。三、三、热辐热辐射的基本定律射的基本定律 在所有的物体中，黑体在所有的物体中，黑体辐辐射能力最射能力最强强，其他物体，其他物体辐辐射能力射能力小于黑体，称小于黑体，称灰体灰体。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。绝对温度。绝对温度。物体物体的的黑度，表示物体与黑体的接近
11、程度。黑度，表示物体与黑体的接近程度。黑体黑体的的辐辐射系数射系数。四、四、辐辐射射换热换热的的计计算算 T TOKOK的物体都能的物体都能辐辐射射热热量，两物体通量，两物体通过辐过辐射射进进行行热热交交换换，高温物体高温物体辐辐射射给给低温物体的低温物体的热热量大于低温物体量大于低温物体辐辐射射给给高温高温物体的物体的热热量，最量，最终终两者差两者差值值决定决定换热换热量量。平均角系数平均角系数。25 传热传热一、一、稳稳定定传热传热的的过过程程 建筑物建筑物围护结围护结构和构和换热设备换热设备的的传热过传热过程，程，实际实际上是上是导热导热、热对热对流和流和热辐热辐射三种基本方式都存在的复
12、射三种基本方式都存在的复杂杂的的换热过换热过程。程。以一以一建筑物外建筑物外墙墙为为例，来分析建筑物例，来分析建筑物围护结围护结构的构的实际传热实际传热过过程。程。假定假定墙墙两两侧侧空气温度分空气温度分别为别为t tn n和和t tw w，且，且t tn nt tw w，室内室内热热量通量通过过墙墙体向外体向外传热传热的的过过程，要程，要经历经历三三个个阶阶段。段。1 1、吸、吸热阶热阶段（段（对对流流换热换热和和辐辐射射换热换热）2 2、导热阶导热阶段段 3 3、放、放热阶热阶段（段（对对流流换热换热和和辐辐射射换热换热）由于是由于是稳稳定定传热过传热过程，外程，外墙墙三个三个阶阶段的段的
13、传热传热量量应应当相等，当相等，即：即：联联立立、及及式，可得：式，可得：墙体的总传热阻墙体的总传热阻。墙墙体体的的总传热总传热系数系数。式中：式中：二、二、传热传热的增的增强强与削弱与削弱 1 1、增、增强强传热传热的基本途径的基本途径（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、增强强传热传热的方法的方法（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、削弱传热传热的方法的方法（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，什么时候需要增增强强传热传热，什么时，什么时候需要候需要削弱削弱传热传热？2 2、吹吹电电风风扇扇为为什什么么会会觉觉得得凉凉快快？如如果果环环境境温温度度大大于于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？出汗、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后不擦干为什么容易感冒?问题：问题：作作 业业传热传热有哪几种基本方式？它有哪几种基本方式？它们们各各有何特点？有何特点？