傳熱學(xué)基本知識

傳熱學(xué)基本知識第一頁，共十四頁，2022年，8月28日在日常生活和生產(chǎn)實(shí)踐中，會遇到大量傳熱的現(xiàn)象。傳熱學(xué)是研究熱量傳遞規(guī)律的一門技術(shù)學(xué)科，通過分析傳熱現(xiàn)象，解決工程中的增強(qiáng)和削弱傳熱問題，以實(shí)現(xiàn)能源的合理使用。凡是有溫度差別的地方就一定有熱量的傳遞，熱量總是自動地由高溫物體傳向低溫物體。熱傳遞有三種基本方式：即導(dǎo)熱，對流換熱和熱輻射。第二頁，共十四頁，2022年，8月28日2.1穩(wěn)定傳熱的基本概念溫度與熱量1.溫度：表示物體冷熱程度的物理量絕對溫標(biāo)：T攝氏溫標(biāo)：tT=t+2732.熱量：物體吸收或放出熱能的多少單位：焦耳傳熱的基本方式第三頁，共十四頁，2022年，8月28日導(dǎo)熱導(dǎo)熱是指物體各部分無相對位移或不同物體直接接觸時依靠物質(zhì)分子、原子及自由電子等微觀粒子的熱運(yùn)動而進(jìn)行的熱量傳遞現(xiàn)象。在地球引力范圍內(nèi)，單純的導(dǎo)熱只能發(fā)生在密實(shí)的固體中。在導(dǎo)熱過程中，導(dǎo)熱的熱流量與壁兩側(cè)的溫差成正比，與壁的厚度成反比，并與材料的導(dǎo)熱性能有關(guān)。對流對流是依靠流體的運(yùn)動，把熱量由一處傳遞到另一處。與導(dǎo)熱一樣，其也是傳熱的一種基本方式。但工程實(shí)際中所遇到的傳熱問題，例如在傳熱的三個階段中的第一個階段和第三個階段，往往是流體與固體壁面接觸時的換熱，在這種情況下，換熱過程就不單有流體的對流作用，同時伴隨著導(dǎo)熱，我們把導(dǎo)熱和對流共同存在的過程，稱為對流換熱過程。第四頁，共十四頁，2022年，8月28日熱輻射通過以上對導(dǎo)熱和對流換熱過程的介紹，我們知道，無論導(dǎo)熱和對流，都必須通過冷熱物體的直接接觸來傳遞熱量，但熱輻射則不同。熱輻射是依靠物體表面發(fā)射可見和不可見的射線來傳遞熱量。物體表面每平方米每秒對外輻射的熱量稱為輻射力E，其大小與物體表面性質(zhì)和溫度有關(guān)。第五頁，共十四頁，2022年，8月28日2.2穩(wěn)定導(dǎo)熱單層平壁穩(wěn)定導(dǎo)熱熱阻：R指熱流通過平壁時遇到的阻力多層平壁穩(wěn)定導(dǎo)熱第六頁，共十四頁，2022年，8月28日材料名稱熱導(dǎo)率λ[W/（m.K）]材料名稱熱導(dǎo)率λ[W/（m.K）]銅鋁鋼不銹鋼木材紅磚383204約47290.120.23～0.58礦渣棉玻璃棉珠光砂碳酸鎂水空氣0.04～0.0460.0370.0350.026～0.038約0.580.023

常用材料的熱導(dǎo)率表第七頁，共十四頁，2022年，8月28日2.3對流換熱特征自然對流受迫對流對流換熱的計算熱阻形式：第八頁，共十四頁，2022年，8月28日2.4輻射換熱2.5穩(wěn)定傳熱過程及傳熱的增強(qiáng)與削弱穩(wěn)定傳熱第九頁，共十四頁，2022年，8月28日假設(shè)兩側(cè)的流體溫度為tf1、tf2，壁兩側(cè)的對流換熱系數(shù)分別為α1、α2，壁兩側(cè)的溫度分別為tw1、tw2，壁的導(dǎo)熱系數(shù)為λ，壁厚為δ，壁面積為F，傳熱處于穩(wěn)定狀態(tài)，因?yàn)楸诘拈L度和寬度遠(yuǎn)遠(yuǎn)大于壁厚，可以認(rèn)為熱流方向和壁面垂直，則沿著傳熱過程列出三個階段的熱流量的計算式為q＝α1(tf1

－tw1)q＝λ/δ(tw1－tw2)q＝α2

(tw2－tf2)K：傳熱系數(shù)第十頁，共十四頁，2022年，8月28日混凝土板厚為δ＝100mm，導(dǎo)熱系數(shù)λ＝1.54W/(m·℃)，兩側(cè)空氣溫度分別為t1＝5℃和t2＝30℃，換熱系數(shù)α1＝25W/(m2·

℃)，α2＝8W/(m2·℃)，求單位面積上傳熱過程的各項(xiàng)熱阻、傳熱熱阻、傳熱系數(shù)及熱流通量?！窘狻繂挝幻娣e各項(xiàng)熱阻R1

＝0.04(m2·℃/W)R2

＝0.065(m2·℃/W)R3

＝0.125(m2·℃/W)傳熱熱阻為R＝R1

＋R2

＋R3

＝0.04＋0.065＋0.125＝0.23(m2·℃/W)傳熱系數(shù)為K＝＝＝4.35[W/(m2·℃)]熱流通量為q＝K·Δt＝4.35×(30－5)＝109(W/m2)第十一頁，共十四頁，2022年，8月28日求房屋外墻的散熱量q以及它的內(nèi)外表溫度tw1和tw2。已知外墻厚度δ=360㎜，室外溫度tf1=-10℃，室內(nèi)溫度tf2=18℃，墻的導(dǎo)熱系數(shù)λ=0.61W/m·℃，內(nèi)表面換熱系數(shù)α1=8.7W/㎡·℃，外表面換熱系數(shù)α2=24.5

W/㎡·℃第十二頁，共十四頁，2022年，8月28日夏季在維持20℃的室內(nèi)，穿單衣感到舒適，而冬季在保持同樣溫度的室內(nèi)卻必須穿毛衣，試從傳熱的觀點(diǎn)分析其原因。冬季掛上窗簾布后覺得很暖和，原因何在？第十三頁，共十四頁，2022年，8月28日傳熱的增強(qiáng)和削弱增強(qiáng)傳熱的途徑：1.擴(kuò)展傳熱面2.改變流動狀況3.使用添