熱量傳輸?shù)幕靖拍顪囟葓稣n件

第2篇熱量傳輸

研究對(duì)象：研究不同物體間或同一物體不同部位間存在溫度差時(shí)，其間的熱量傳遞規(guī)律。傳熱推動(dòng)力：溫度差或溫度梯度。研究目的：一定條件下熱量傳遞的速率。降低傳熱速率：提高熱效率，減少熱損失，節(jié)能提高傳熱速率：提高生產(chǎn)率第9章熱量傳輸?shù)幕靖拍罴盎径?/p>

9.3傅里葉—克希荷夫?qū)嵛⒎址匠蘁-K方程

9.2傅里葉導(dǎo)熱定律9.1熱量傳輸?shù)幕靖拍?/p>

傳熱方式9.1熱量傳輸?shù)幕靖拍?/p>

傳導(dǎo)傳熱（導(dǎo)熱）對(duì)流傳熱（對(duì)流）輻射傳熱（輻射）（1）導(dǎo)熱定義：在一連續(xù)介質(zhì)內(nèi)若有溫度差存在，或者兩溫度不同的物體直接接觸時(shí)，在物體內(nèi)沒有可見的宏觀物體運(yùn)動(dòng)時(shí)所發(fā)生的傳熱現(xiàn)象。條件：溫度差。取決于物體本身的物性。9.1熱量傳輸?shù)幕靖拍?/p>

（2）對(duì)流定義：有流體存在，并有流體宏觀運(yùn)動(dòng)情況下所發(fā)生的傳熱。條件：溫度差，流體的宏觀運(yùn)動(dòng)。取決于流體本身的物性、流動(dòng)狀態(tài)。9.1熱量傳輸?shù)幕靖拍?/p>

（3）輻射定義：物體因受熱發(fā)出熱輻射，高溫物體向低溫物體熱輻射，同時(shí)低溫物體向高溫物體熱輻射，最終結(jié)果是高溫物體失去熱量而低溫物體得到熱量。輻射傳熱不需要物體作傳熱媒介，而是依靠物體發(fā)射電磁波來傳遞熱量。條件：溫度差。取決于兩物體空間位置（輻射角系數(shù)）和物體表面輻射特性（黑度）。

9.1熱量傳輸?shù)幕靖拍?/p>

JJ/s(W)W/m2

熱流量Φ：單位時(shí)間傳遞的熱量。熱通量（熱流密度）q：單位時(shí)間通過單位面積傳遞的熱量。傳熱系數(shù)K：單位時(shí)間、單位面積、溫度差為1℃時(shí)傳遞的熱量，即單位傳熱量。傳熱方程：實(shí)踐證明，各種傳熱過程的傳熱量都和溫度差、傳熱面積A、傳熱時(shí)間成正比。9.1熱量傳輸?shù)幕靖拍?/p>

JJ/s(W)W/m2

℃/W

總傳熱面積上的熱阻。

m2·℃/W單位傳熱面積上的熱阻。

熱阻：阻礙熱量傳遞的阻力。9.1熱量傳輸?shù)幕靖拍?/p>

傳熱系數(shù)K

和熱阻R

是傳熱中兩個(gè)極為重要的概念。

上兩式類似于電學(xué)中的歐姆定律，為了求解熱流可類似電路中電阻的串、并聯(lián)法求熱阻?；谶@一點(diǎn)，有研究傳熱問題的電模擬法。

9.1熱量傳輸?shù)幕靖拍?/p>

溫度場：溫度隨空間及時(shí)間的變化規(guī)律。數(shù)學(xué)表達(dá)式：溫度場按時(shí)間穩(wěn)定溫度場：不穩(wěn)定溫度場：，，無熱量蓄積穩(wěn)定傳熱定態(tài)傳熱不定態(tài)傳熱有熱量蓄積不穩(wěn)定傳熱9.1熱量傳輸?shù)幕靖拍?/p>

溫度場物理量性質(zhì)空間三維溫度場二維溫度場一維溫度場數(shù)量場一維穩(wěn)定溫度場：一維不穩(wěn)定溫度場：9.1熱量傳輸?shù)幕靖拍?/p>

等溫面：溫度場中，同一時(shí)刻溫度相同的點(diǎn)所構(gòu)成的面。等溫線：一平面與等溫面的交線。等溫線9.1熱量傳輸?shù)幕靖拍?/p>

溫度梯度

定義：等溫面法線方向單位距離上的溫度變化量（最大溫度變率）。向量：低溫→高溫方向?yàn)檎?/p>

表達(dá)式：9.1熱量傳輸?shù)幕靖拍?/p>

9.2傅里葉導(dǎo)熱定律

t0txtyt0txt0tx1．穩(wěn)定溫度場的建立δ

一無限寬大，厚為的平板初溫為t0

平板下表面溫度躍升到tx并保持不變相鄰各層逐次吸熱升溫，熱量沿板厚方向傳遞不穩(wěn)定溫度場溫度分布不變，穩(wěn)定溫度場已經(jīng)建立熱量傳遞方向與溫度梯度方向相反

溫度梯度，℃/m。2．傅里葉導(dǎo)熱定律穩(wěn)定溫度場W

W/m2

W/m2

W固體薄層任意方向

W/m2

物體的導(dǎo)熱通量與溫度梯度成正比9.2傅里葉導(dǎo)熱定律

3.導(dǎo)熱系數(shù)（熱導(dǎo)率）單位

W/m.℃物理意義表征物體導(dǎo)熱能力的物性參數(shù)，即溫度梯度為1時(shí)，單位時(shí)間通過單位面積的導(dǎo)熱量。

影響因素物體的種類溫度氣體<液體<固體<金屬

混合氣體的導(dǎo)熱系數(shù)9.2傅里葉導(dǎo)熱定律

4．熱量傳輸系數(shù)（導(dǎo)溫系數(shù)）a單位體積物體的熱量梯度熱量傳輸系數(shù)（導(dǎo)溫系數(shù)、熱擴(kuò)散率）物體的導(dǎo)熱通量與單位體積物體的熱量梯度成正比9.2傅里葉導(dǎo)熱定律

單位物理意義影響因素m2/s4．熱量傳輸系數(shù)（導(dǎo)溫系數(shù)）a表征物體熱量傳遞能力的重要參數(shù)a物體傳遞熱量的能力強(qiáng)或物體傳遞熱量的速度快

a物體傳遞熱量的能力弱或物體傳遞熱量的速度慢物體的種類和溫度9.2傅里葉導(dǎo)熱定律

9.3傅里葉—克希荷夫?qū)嵛⒎址匠?/p>

F-K方程

建立方法：元體分析法假設(shè)：（1）無內(nèi)熱源（2）忽略摩擦熱（3）常物性物體等為常數(shù)建立依據(jù)：熱力學(xué)第一定律[元體熱收入]-[元體熱支出]=[元體熱蓄積]

[元體熱收支差]=[元體熱蓄積]1．方程的建立yoXzAB1）元體對(duì)流熱收支差x方向經(jīng)A面帶入經(jīng)B面帶出對(duì)流熱收支差y方向、z方向元體的對(duì)流熱收支差9.3傅里葉—克希荷夫?qū)嵛⒎址匠?/p>

F-K方程

2）元體導(dǎo)熱熱收支差x方向經(jīng)A面導(dǎo)入經(jīng)B面帶出導(dǎo)熱熱收支差同理y方向、z方向元體的導(dǎo)熱熱收支差9.3傅里葉—克希荷夫?qū)嵛⒎址匠?/p>

F-K方程

3)元體的熱量蓄積元體的熱量蓄積就是元體熱焓的變化，表現(xiàn)為溫度對(duì)時(shí)間的變率[元體熱收入]-[元體熱支出]=[元體熱蓄積]代入F-K方程9.3傅里葉—克希荷夫?qū)嵛⒎址匠?/p>

F-K方程

2．方程的討論元體的熱量蓄積元體對(duì)流熱量傳輸差量元體導(dǎo)熱熱量傳輸差量方程的物理意義：

表示流體在流動(dòng)過程中的熱量平衡關(guān)系。方程的適用條件：

滿足假設(shè)條件的對(duì)流導(dǎo)熱過程。9.3傅里葉—克希荷夫?qū)嵛⒎址匠?/p>

F-K方程

3．方程的簡化固體一維穩(wěn)定導(dǎo)熱

直角坐標(biāo)柱坐標(biāo)固體一維不穩(wěn)定導(dǎo)熱

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F-K方程

4．方程的求解第一類邊界條件第二類邊界條件第三類邊界條件9.3傅里葉—克希霍夫?qū)嵛⒎址匠?/p>

F-K方程

小結(jié)一、本課的基本要求1．掌握熱量傳輸?shù)娜N基本方式、傳熱系數(shù)K和熱阻R的概念。2．理解溫度場、等溫面和溫度梯度的概念。3．掌握導(dǎo)熱系數(shù)、熱量傳輸系數(shù)a的單位、物理意義和影響因素。4．掌握F-K方程的物理意義和適用條件。二、本課的重點(diǎn)、難點(diǎn)重點(diǎn)：導(dǎo)熱系數(shù)、熱量傳輸系數(shù)a的單位、物理意義和影響因素難點(diǎn)：F-K方程的推導(dǎo)