第0章　緒論

0.1　 復習筆記

一、熱傳遞的基本方式

1．導熱

（1）導熱的定義

導熱又稱熱傳導，是指物體各部分無相對位移或不同物體直接接觸時依靠分子、原子及自由電子等微觀粒子熱運動而進行的熱量傳遞現象。

（2）導熱的條件

導熱過程可以在固體、液體及氣體中發生。但在引力場下，單純的導熱一般只發生在密實的固體中，因為在有溫差時，液體和氣體中可能出現熱對流而難以維持單純的導熱。

（3）導熱的計算

通過平壁的導熱量計算式是

或熱流密度

（4）熱導率

熱導率λ又稱導熱系數，是指單位厚度的物體具有單位溫度差時，在它的單位面積上每單位時間的導熱量，它的國際單位是。它表示材料導熱能力的大小。

（5）導熱熱阻

在傳熱學中，常用電學歐姆定律的形式（電流＝電位差／電阻）來分析熱傳遞過程中熱量與溫度差的關系。即把熱流密度的計算式改寫為歐姆定律的形式。

用R_λ表示導熱熱阻，則平壁導熱熱阻為，。

2．熱對流

（1）熱對流的定義

熱對流是指在流體內部，僅依靠流體的宏觀運動傳遞熱量的現象，是熱傳遞的另一種基本方式。

（2）熱對流的計算

熱對流傳遞的熱流密度為

（3）對流傳熱的定義

工程上經常涉及的傳熱現象往往是流體在與它溫度不同的壁面上流動時，兩者間產生的熱量交換，傳熱學把這一熱量傳遞過程稱為“對流傳熱”過程。

（4）對流傳熱的計算

牛頓冷卻公式

或面積A m²上的熱流量

按熱阻概念可改寫為

（5）表面傳熱系數

表面傳熱系數h，是指單位面積上，流體與壁之間在單位溫差下及單位時間內所能傳遞的熱量。常用的表面傳熱系數單位是J／（m²·s·K）或W／（m²·K）。h的大小表達了對流傳熱過程的強弱程度。

3．熱輻射

（1）熱輻射的定義

熱輻射是指依靠物體表面對外發射可見和不可見的射線（電磁波，或者說光子）傳遞熱量的過程。

（2）輻射力的定義

輻射力是指物體表面每單位時間、單位面積對外輻射的熱量，用E表示，它的常用單位是J／（m²·s）或W／m²，其大小與物體表面性質及溫度有關。

（3）輻射力的計算

①黑體輻射力

對于黑體（一種理想的熱輻射表面），它的輻射力E_b與表面熱力學溫度的4次方成比例，即斯蒂芬-玻爾茨曼定律

上式亦可寫作

式中σ_b——斯蒂芬-玻爾茨曼常量，又稱黑體輻射常數，σ_b＝5.67×10^－8W／（m²·K⁴）；

C_b——黑體輻射系數，C_b＝5.67W／（m²·K⁴）。

②實際物體的輻射力

一切實際物體的輻射力都低于同溫度下黑體的輻射力，等于

式中ε——實際物體表面的發射率，又稱黑度，其值處于0～1之間。

（4）輻射傳熱

①輻射傳熱的定義

輻射傳熱是指物體間靠熱輻射進行的熱量傳遞。

②輻射傳熱的特點

a．在熱輻射過程中伴隨著能量形式的轉換（物體熱力學能→電磁波能→物體熱力學能）；

b.不需要冷熱物體直接接觸；

c.不論溫度高低，物體都在不停地相互發射電磁波能，相互輻射能量。高溫物體輻射給低溫物體的能量大于低溫物體向高溫物體輻射的能量，總的結果是熱由高溫物體傳到低溫物體。

（5）輻射傳熱的計算

輻射傳熱熱流密度的計算式是

或Am²上的輻射熱流量

二、傳熱過程

圖0-1  兩流體間的熱傳遞過程

1．兩流體間的傳熱過程

（1）熱量由熱流體以對流傳熱方式傳給壁左側，其熱流密度為

（2）該熱量又以導熱方式通過壁，即

（3）它再由壁右側以對流傳熱方式傳給冷流體，即

2．傳熱熱流密度與熱流量

（1）傳熱熱流密度

按熱阻形式改寫熱流密度計算式，得

R_k即為平壁單位面積傳熱熱阻

（2）對Am²的平壁，傳熱熱流量Φ則為

式中

3．傳熱系數

k稱為傳熱系數，它表明單位時間、單位壁面積上，冷熱流體間溫差為1 K時所傳遞的熱量，k的單位是J／（m²·s·K）或W／（m²·K），k值的大小反映了傳熱過程的強弱。