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传热学课件
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§1-0 概 述
一、基本概念
1 、传热学
    传热学是研究热量传递规律的学科。
   1)物体内只要存在温差，就有热量从物体的高温部分传向低温部分；
   2)物体之间存在温差位移时，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导热。
如：固体与固体之间及固体内部的热量传递。
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从微观角度分析气体、液体、导电固体与非金属固体的导热机理。
（ 1 ）气体中：导热是气体分子不规则热运动时相互碰撞的结果，温度升高，动能增大，不同能量水平的分子相互碰撞，使热能从高温传到低温处。
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（ 2 ）导电固体：其中有许多自由电子，它们在晶格之间像气体分子那样运动。自由电子的运动在导电固体的导热中起主导作用。
（ 3 ）非导电固体：导热是通过晶格结构的振动所产生的弹性波来实现的，即原子、分子在其平衡位置附近的振动来实现的。
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（ 4 ）液体的导热机理：存在两种不同的观点：第一种观点类似于气体，只是复杂些，因液体分子的间距较近，分子间的作用力对碰撞的影响比气体大；第二种观点类似于非导电固体，主要依靠弹性波（晶格的振动，原子、分子在其平衡位置附近的振动产生的）的作用。
说明：只研究导热现象的宏观规律。
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2 、导热的基本规律
1 ）傅立叶定律
（ 1822 年，法国物理学家）
如图 1-1 所示的两个表面分别维持均匀恒定温度的平板，是个一维导热问题。对于x方向上任意一个厚度为的微元层来说，根据傅里叶定律，单位时间内通过该层的导热热量与当地的温度变化率及平板面积A成正比，即
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式中 是比例系数，称为热导率，又称导热系数，负号表示热量传递的方向与温度升高的方向相反。
（1-1）
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2 ）热流量
单位时间内通过某一给定面积的热量称为热流量，记为 ，单位 w。
3 ）热流密度（面积热流量）
单位时间内通过单位面积的热量称为热流密度，记为 q ，单位 w/ ㎡。
当物体的温度仅在 x 方向放生变化时，按傅立叶定律，热流密度的表达式为:
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说明：傅立叶定律又称导热基本定律，式（ 1-1 ）、（ 1-2 ）是一维稳态导热时傅立叶定律的数学表达式。通过分析可知：
（1-2）
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（ 1 ）当温度 t 沿 x 方向增加时， ＞０而 q ＜０，说明此时热量沿 x 减小的方向传递；
（ 2 ）反之，当 <0 时， q>0 ，说明热量沿 x 增加的方向传递。
（ 3 ）导热系数 λ 表征材料导热性能优劣的参数，是一种物性参数，单位： w/mk 。
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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。
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二、对流
1 、基本概念
1) 对流：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。
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2 、对流换热的分类
1）根据对流换热时是否发生相变分：有相变的对流换热和无相变的对流换热。
2）根据引起流动的原因分：自然对流和强制对流。
2) 对流换热：流体流过一个物体表面时的热量传递过程，称为对流换热。
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1 ）自然对流：
由于流体冷热各部分的密度不同而引起流体的流动。
    如：暖气片表面附近受热空气的向上流动。
2 ）强制对流：
流体的流动是由于水泵、风机或其他压差作用所造成的。
3 ）沸腾换热及凝结换热：
     液体在热表面上沸腾及蒸汽在冷表面上凝结的对流换热，称为沸腾换热及凝结换热（相变对流沸腾）。
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3 、对流换热的基本规律 < 牛顿冷却公式 >
流体被加热时：
流体被冷却时：
式中， 及 分别为壁面温度和流体温度，℃。
（1-3）
（1-4）
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如果把温差（亦称温压）记为 ，并约定永远取正值，则牛顿冷却公式可表示为
其中 h —比例系数（表面传热系数）
单位 。
（1-5）
（1-6）
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h 的物理意义：单位温差作用下