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热量传递的三种基本方式:
(导热):物体各部分之间不发生相对位移时,依靠分子、原子及自由电子等微观粒子的热运动而产生的热量传递称热传导。
导热的基本规律(傅立叶定律):
λ称为热导率,又称导热系数,表征材料导热性能优劣的参数,是一种物性参数,单位: w/mk 。不同材料的导热系数值不同,即使同一种材料导热系数值与温度等因素有关。金属材料最高,良导电体,也是良导热体,液体次之,气体最小。
:是指由于流体的宏观运动,从而使流体各部分之间发生相对位移,冷热流体相互掺混所引起的热量传递过程。
对流仅发生在流体中,对流的同时必伴随有导热现象。
对流换热:指流体流经固体表面时流体与固体表面之间的热量传递现象。
1)根据对流换热时是否发生相变分:相变对流换热和单相对流换热。
2)根据引起流动的原因分:自然对流和强制对流。
对流换热的基本规律< 牛顿冷却公式>
h —比例系数(表面传热系数),单位。
h 的物理意义:单位温差作用下通过单位面积的热流量。
一般地,就介质而言:水的对流传热比空气强烈;
就传热方式而言:有相变的强于无相变的;强制对流强于自然对流。
:物体通过电磁波来传递能量的方式称为辐射。因热的原因而发出辐射能的现象称为热辐射。
辐射传热:辐射与吸收过程的综合作用造成了以辐射方式进行的物体间的热量传递称辐射传热。
导热、对流两种热量传递方式,只在有物质存在的条件下,才能实现,而热辐射不需中间介质,可以在真空中传递,而且在真空中辐射能的传递最有效。
在辐射传热过程中,不仅有能量的转移,而且伴随有能量形式的转换。
辐射传热是一种双向热流同时存在的换热过程,即不仅高温物体向低温物体辐射热能,而且低温物体向高温物体辐射热能。
把吸收率等于 1 的物体称黑体,是一种假想的理想物体。
实际物体辐射热流量根据斯忒潘——玻耳兹曼定律求得:
传热过程:热量由壁面一侧的流体通过壁面传到另一侧流体中去的过程称传热过程。
第二章
温度场:温度场是指在各个时刻物体内各点温度所组成的集合,又称温度分布。
稳态温度场:是指物体各点的温度随空间坐标而不随时间变化的温度场称稳态温度场。
非稳态温度场:是指物体中各点的温度分布随空间坐标和时间而变化的温度场称非稳态温度场。
等温面:同一时刻、温度场中所有温度相同的点连接起来所构成的面。
等温线:用一个平面与等温面相交,平面与等温面的交线称为等温线。
温度不同的等温面或等温线彼此不能相交。
在连续的温度场中,等温面或等温线不会中断,它们或者是物体中完全封闭的曲面(曲线),或者就终止于物体的边界上。
等温线图的物理意义:若等温线图上每两条相邻等温线间的温度间隔相等时,等温线的疏密可反映出不同区域导热热流密度的相对大小。
热流线:热流线是一组与等温线处处垂直的曲线,通过平面上任一点的热流线与该点的热流密度矢量相切。
影响导热系数的因素:物质的种类、材料成分、温度、湿度、压力、密度等。
对于任何导热过程,完整的数学描写包括导热微分方程和单值性条件。
初始条件:初始时间温度分布的初始条件;
边界条件:导热物体边界上温度或换热情况的边界条件。
①非稳态导热定解条件有两个;
②稳态导热定解条件只有边界条件,无初始条件。
导热问题的常见边界条件可归纳为以下三类
1)规定了边界上的温度值,称为第一类边界条件。对于非稳态导热,这类边界条件要求给出以下关系式:
2)规定了边界上的热流密度值,称为第二类边界条件。对于非稳态导热,
3)第三类边界条件规定了边界上物体与周围流体间的表面传热系数及周围流体的温度。
热扩散率: ①ɑ越大,表示物体受热时,其内部温度扯平的能力越大。②ɑ越大,表示物体中温度变化传播的越快。所以,ɑ也是材料传播温度变化能力大小的指标,亦称导温系数。
典型一维稳态导热问题:
平壁导热
面积热阻RA :单位面积的导热热阻称面积热阻。
热阻R:整个平板导热热阻称热阻。
圆筒壁的导热:
球壳导热:
串联热阻叠加原则:在一个串联的热量传递过程中,若通过各串联环节的热流量相同,则串联过程的总热阻等于各串联环节的分热阻之和。
肋片:指依附于基础表面上的扩展表面。
作用:增大对流换热面积及辐射散热面, 以强化换热。
非稳态导热的定义:物体的温度随时间而变化的导热过程称非稳态导热。
周期性非稳态导热:物体的温度随时间而作周期性的变化。
瞬态非稳态导热:物体的温度随时间的推移逐渐趋近于恒定的值。
非正规状况阶段(右侧面不参与换热):温度分布显现出部分为非稳态导热规律控制区和部分为初始温度区的混合分布。
正规状况阶段(右侧面参与换热):当右侧面参与换热以后,物体中的温度分布不受初始温度影响,主要取决于边界条件及物性,此时,非稳态导热过程进入到正规状况阶段。
第三章非稳态热传导
毕渥数