冶金传输原理----第九章至第十章.ppt

传输原理
热量的传输
导热
11/11/2017
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第一章热量传输概论
主要内容:
热量传输的三种基本方式,传热微分方程式
关键词:
温度场;稳态、非稳态传热;温度梯度;等温线;等温面;热流量、热通量;导热;对流传热,辐射传热
导热系数;对流传热系数,斯蒂芬—波尔斯曼常数,单质性条件,热量传输系数,热阻
基本定律:
付立叶定律牛顿冷却公式,四次方定律
热量传输微分方程。
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复习与思考
1 气体和液体的导热在机理上有何差别,为什么温度升高时气体导热系数升高,而大多数液体的导热系数却降低?
2 何谓绝热保温材料?为什么多孔材料的隔热性能较好,若其被水浸湿后其导热性能有何变化?
3 何谓等温线(面)?有何特性?温度场的划分?
4 理解热阻的概念
5 掌握导热系数的确定方法。
6 了解传热微分方程的推导过程及方程中各项的物理意义,简化及边界条件的划分。
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第二篇热量的传输
第一章热量传输概论
§1—1 研究的对象和目的
一研究的对象:
热量的传输是研究由于“温度差异”所引起的能量的传递过程为对象的。
所谓差异就是矛盾,当物体内部或物体之间的温度出现了差异,或两温度不同的物体相互接触时,就有了相对“热”和“冷”的矛盾双方,这时总会发生热量从温度高的区域向温度低的区域转移的过程。通常,将这一过程叫传热过程。虽然在此过程中所传递的热量我们无法看到,但其产生的效应则是可被观察或被测量得到的。一般而言,体积不变的物体得到或失去
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热量,都将引起其内能的变化,具体的表现为温度的升高或降底,或者发生相的变化。对于自发的传热,将永远使矛盾的双方向自己的反面转化,原温度较高的物体因传走热量而被冷却;原温度较低的物体因得到热量而被加热,随着温差的降低,最终将建立起温度一致的平衡态。
若想保持某一部分的温度高于另一部分,就必须从外界向高温区不断的补充被传走的热量,并从低温区不断取走所得到的热量。
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二研究热量传输的目的:
在于研究热量的传递规律,并确定热量传递速率,这也是它与热力学的不同之处。
热力学研究平衡体系,应用热力学,我们可以预计体系由一个平衡态到另一个平衡态需要多少热量,但无法指出这一变化有多快,因为在变化中体系是不平衡的。为了说明这个问题,考滤水中热钢棒的冷却问题,热力学可以预计钢棒—水这一体系的最终平衡温度,但不能告诉我们需要经过多长时间才能达到这一平衡态,或者到达平衡态的某一时刻,钢棒或水的温度是多少?而应用热量传输就可预计出钢棒和水的温度随时间的变化规律。而后者是以经验定律基础的,故我们说传热学以经验定律(能够确定传热学速率的)补充了热力学第二定律。所谓传热速率即单位时间内传递的热量。即热流量。
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在传热文献中,通常认为热量的传输有三种基本方式,即导热,对流传热和辐射传热。
导热(热传导)
导热是指温度不同的物质由于直接接触, 没有相对宏观运动时发生的热量传输现象, 导热是物质的本能, 或者是物质的固有性质, 若追究到底, 则根据分子运动论, 温度是物质的微观运动和激烈程度的衡量, 只要物体内部的温度分布不均匀, 不同地点的微观粒子的动能就不同, 对气体而言就会通过分子或原子间的彼此碰撞, 对液体则通过弹性波的作用, 固体依靠晶格的振动, 金属中还有自由电子的扩散而引起的热量的传递。
考虑如图所示的大平壁,对于平壁的两侧维持
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均匀不变的温度和的导热问题,毕欧(Boit)在对图
所示的大平壁,平壁的两侧维持均匀不变的温度和的导热问题研究中得出如下结论:即:
式中:为比例系数叫导热系数,单位
为 w/(m·℃),F为平壁的面积㎡,Q 为
热流量,单位为 w。单位时间,通过单
位面积的热量叫热通量(热流密度),
用q表示,单位为w/㎡,与热流量的关系
为: Q=qF,
则:
x
t
tw1
tw2
Q
Q
图1-1通过无限大平板的导热
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1822年,傅里叶(Joseph Fourier)将毕欧得到的热传导关系归纳为

式中,t/x称为温度梯度,负号表示热通量的方向与温度梯度的方向相反。
上式称为傅立叶定律,将在第二章中将对其进行详细的论述。
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对流传热(对流换热,对流放热)
1 热对流与对流传热:
热对流是指流体中各部分间发生相对位移而引起的热传递现象,即不同温度的各部分发生相互对流,掺混。如果单位时间内通过单位面积的质量为m的流体从温度为t1处流到t2处,其对流传递的热量为: