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传热学(1)热量传递的基本方式

期末复习整理,因此可能不全。只是最重要的那一部分。

热传导(导热)

在物体内部或相互接触的物体表面之间,由于微观粒子的热运动而产生的热量传递现象称为热传导
在传热学中,单位时间内传递的热量称为热流量,用$\Phi$表示,单位为$W$。
对于平壁一维稳态导热的情况,有

$$ \Phi=\lambda A\frac{t_{w1}-t_{w2}}{\delta} $$

式中比例系数$\lambda$称为材料的导热率,单位为$W/(m\cdot K)$。导热率越大,材料导热能力越强。小标$w$表示平壁。

导热热阻$R_\lambda=\frac{\delta}{A\lambda}$,则有

$$ \Phi=\frac{t_{w1}-t_{w2}}{R_\lambda} $$

导热热阻单位$K/W$。

单位时间通过单位面积的热流量称为热流密度,用$q$来表示,单位为$W/m^2$

热对流

热对流是由于流体的宏观运动使不同温度的流体相对位移而产生的热量传递的现象。热对流必然伴随着导热。对流换热是导热和对流两种方式共同作用的结果。

牛顿冷却公式

$$ \Phi=Ah(t_w-t_f) $$

两个温度的单位是$^\circ C$。式中$h$称为对流换热的表面传热系数,习惯上也称为对流换热系数,单位$W/(m^2\cdot K)$。

定义对流换热热阻

$$ R_h=\frac{1}{Ah} $$

单位为$K/W$。

决定表面传热系数的因素

  • 流体的物性(热导率、粘度、密度、比热容)
  • 流体的形态(层流、湍流)
  • 流动的成因(自然对流、强迫对流)
  • 物体表面的形状和尺寸
  • 换热时流体有无相变(沸腾、凝结)

热辐射

由于物体内部微观粒子的热运动而使物体向外发射辐射能的现象称为热辐射

热辐射的特点

  • 总是伴随热能与辐射能这两种能量形式之间的相互转化。
  • 热辐射可以在真空中传播,不需要介质。
  • 物体间以热辐射的方式进行的热量传递是双向的。两个物体温度相等,是处于动态平衡。

传热过程

补充:若有

$$ \frac{A_{11}}{A_{12}}=\frac{A_{21}}{A_{22}}=\frac{A_{31}}{A_{32}}=c $$

$$ \frac{A_{11}+A_{21}+A_{31}}{A_{12}+A_{22}+A_{32}}=c $$

可以将一维平壁传热过程过程中的热阻相加,得到

$$ \Phi=\frac{\Delta t}{R_k} $$

也可以写成

$$ \Phi=Ak\Delta t $$

式中
$$k=\frac{1}{\sum_{i}{\frac{1}{h_i}}+\sum_{j}{\frac{\delta}{\lambda_j}}}$$
称为总传热系数

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