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第 2 篇 热量传输

提高传热速率：提高生产率. 降低传热速率：提高热效率，减少热损失，节能. 第 2 篇 热量传输. 研究对象 ：. 研究不同物体间或同一物体不同部位间存在 温度差时，其间的热量传递规律。. 传热推动力：. 温度差或温度梯度。. 研究目的 ：. 一定条件下热量传递的速率。. 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. 9.2 傅里叶导热定律. 9.3 傅里叶 — 克希荷夫导热微分方程 F-K 方程. 9.1 热量传输的基本概念. 传热方式. 传导传热（导热）. 对流传热（对流）. 辐射传热（辐射）.

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第 2 篇 热量传输

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Presentation Transcript

  1. 提高传热速率：提高生产率 降低传热速率：提高热效率，减少热损失，节能 第2篇 热量传输 • 研究对象： 研究不同物体间或同一物体不同部位间存在 温度差时，其间的热量传递规律。 • 传热推动力： 温度差或温度梯度。 • 研究目的： 一定条件下热量传递的速率。

  2. 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 9.2 傅里叶导热定律 9.3 傅里叶—克希荷夫导热微分方程 F-K方程

  3. 9.1 热量传输的基本概念 传热方式 传导传热（导热） 对流传热（对流） 辐射传热（辐射）

  4. 9.1 热量传输的基本概念 （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运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。

  5. 9.1 热量传输的基本概念 （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。

  6. 9.1 热量传输的基本概念 （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）。

  7. 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 J/s (W) W/m2 9.1 热量传输的基本概念 • 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。

  8. J J/s (W) W/m2 • ℃/W总传热面积上的热阻。 • m2·℃/W 单位传热面积上的热阻。 9.1 热量传输的基本概念 • 热阻：阻碍热量传递的阻力。

  9. 9.1 热量传输的基本概念 • 传热系数K和 热阻R是传热中两个极为重要的概念。 • 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。

  10. 稳定传热 无热量蓄积 定态传热 温度场 按时间 不稳定传热 有热量蓄积 不定态传热 9.1 热量传输的基本概念 • 温度场： 温度随空间及时间的变化规律。 数学表达式： ， 稳定温度场： 不稳定温度场： ，

  11. 空间 温度场 物理量性质 9.1 热量传输的基本概念 一维温度场 二维温度场 三维温度场 数量场 一维稳定温度场： 一维不稳定温度场：

  12. 9.1 热量传输的基本概念 • 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。 等温线

  13. 9.1 热量传输的基本概念 • 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。

  14. δ y t0 tx t 一无限宽大，厚为 的平板初温为t0 t0 tx t0 tx 9.2 傅里叶导热定律 1．稳定温度场的建立 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

  15. 9.2 傅里叶导热定律 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 温度梯度，℃/m。 热量传递方向与温度梯度方向相反 物体的导热通量与温度梯度成正比

  16. 9.2 傅里叶导热定律 3.导热系数（热导率 ） 单位 W/m. ℃ 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。 物理意义 物体的种类 气体<液体<固体<金属 影响因素 温度 混合气体的导热系数

  17. 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） 9.2 傅里叶导热定律 4．热量传输系数（导温系数）a 物体的导热通量与单位体积物体的热量梯度成正比

  18. a 物体传递热量的能力强或物体传递热量的速度快 a 物体传递热量的能力弱或物体传递热量的速度慢 9.2 傅里叶导热定律 4．热量传输系数（导温系数）a 单位 m2/s 物理意义 表征物体热量传递能力的重要参数 影响因素 物体的种类和温度

  19. 等为常数 9.3 傅里叶—克希荷夫导热微分方程 F-K方程 建立方法： 元体分析法 假设： （1）无内热源 （2）忽略摩擦热 （3）常物性物体 建立依据： 热力学第一定律 [元体热收入]- [元体热支出]= [元体热蓄积] [元体热收支差] = [元体热蓄积]

  20. z B A y X o 9.3 傅里叶—克希荷夫导热微分方程 F-K方程 1．方程的建立 1）元体对流热收支差 x方向 经A面带入 经B面带出 对流热收支差 y方向、z方向元体的对流热收支差

  21. 9.3傅里叶—克希荷夫导热微分方程 F-K方程 2）元体导热热收支差 x方向 经A面导入 经B面带出 导热热收支差 同理 y方向、z方向元体的导热热收支差

  22. 9.3傅里叶—克希荷夫导热微分方程 F-K方程 3) 元体的热量蓄积 元体的热量蓄积就是元体热焓的变化，表现为温度对时间的变率 代入 [元体热收入]- [元体热支出]= [元体热蓄积] F-K方程

  23. 9.3傅里叶—克希荷夫导热微分方程 F-K方程 2．方程的讨论 元体导热热量传输差量 元体的热量蓄积 元体对流热量传输差量 方程的物理意义： 表示流体在流动过程中的热量平衡关系。 方程的适用条件： 满足假设条件的对流导热过程。

  24. 9.3傅里叶—克希荷夫导热微分方程 F-K方程 3．方程的简化 固体一维稳定导热 直角坐标 柱坐标 固体一维不稳定导热

  25. 9.3傅里叶—克希霍夫导热微分方程 F-K方程 4．方程的求解 第一类边界条件 第二类边界条件 第三类边界条件

  26. 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。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。 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 小　结 一、本课的基本要求 二、本课的重点、难点 难点：F-K方程的推导 三、作业 习题P133 9-6

  27. 本章小结 主要内容：热量传输的基本概念，傅里叶导热定律，热量平衡微分方程（傅里叶-克希荷夫导热微分方程）。 重点：传热系数及热阻，导热系数及热量传输系数，傅里叶导热定律。 基本要求：掌握传热系数及热阻，导热系数及热量传输系数的单位、物理意义及影响因素，掌握傅里叶导热定律的物理意义。

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