目录
一、作业题目.............................................................................................................................. - 1 -
二、作业解答.............................................................................................................................. - 2 - 个人感想.................................................................................................................................... - 17 - 附件.计算中所用程序.............................................................................................................. - 18 -
一、作业题目
一矩形平板,，内有均匀恒定热源，在及处绝热，在
及处保持温度，初始时刻温度为，如右图1所示：
1、求时，矩形区域内的温度分布的解析表达
式；
2、若，，，，，热传导系数
，热扩散系数。请根据1中所求温度分布用
MATLAB软件绘出下列结果，加以详细物理比较
和分析：
(a)300s内，在同一图中画出点、、、、
（单位：m）温度随时间的变化；
(b)200s内，画出点、、、、（单位：m）处，分别沿x、y方向热流密
度值随时间的变化；
(c)画出时刻区域内的等温线；
(d)300s内，在同一图中画出点（单位：m）在分别等于，，情况下
的温度变化；
(e)300s内，比较点(9,6) （单位：m）在其它参数不变情况下热导
率分别为、和的温度、热流密度变化；
(f)300s内，比较点(9,6) （单位：m）在其它参数不变情况下热扩
散系数分别为、和的温度、热流密度变化；
3、运用有限差分法计算2中(b)、(d)和(e)，并与解析解结果进行比较，且需将数值解与解析解的相对误差减小到1‰以下；
4、附上源程序和个人体会；
以报告形式整理上述结果，用A4纸打印上交。
二、作业解答
1、求时，矩形区域内的温度分布的解析表达式；
解答：我们令，则可以得到一个方程和边界条件：
（1-1）
将上式分解为一个的稳态问题：
（1-2）
和一个的其次问题：
（1-3）
其中
则原问题的解根据下式求得：
（1-4）
发热强度为常数的特解可从表2-4中查的，则新变量可定义为：
（1-5）
将（1-5）带入（1-2）整理得到：
（1-6）
若令常数，则上式可以变为：
（1-7）
其中
假定可以分离出如下形式：
（1-8）
对应于的分离方程为：
（1-9）
（1-10）
在中特征值问题的解可以直接从表2-2第6条中得到，只需要用a代替L，
（1-11）
（1-12）
是下面方程的正根：
（1-13）
方程（1-10）的解可以取为
（1-14）
的完全解由下式组成：
（1-15）
此式满足热传导问题（1-7）及三个齐次边界条件，其中，系数可以根据方程的解还应满足非齐次的边界条件来决定。利用的边界条件可得：
（1-16）
利用函数的正交性可以求得系数，
（1-17）
式中：
将这个表达式带入式（1-15），其中范数在前面已经给出，解得结果为
（1-18）
则：
（1-19）假定分离成如下表达式
（1-20）
对应于函数和的分离方程为
：（1-21）
：（1-22）
的解为：
（1-23）
上述问题的完全解为：
（1-24）
其中0 当t=0时，上式变为： （1-25） 其中0 确定未知系数的方法是，在上式两边逐项用如下算子作运算： 及 并利用这些函数的正交性，得到： （1-26） 最终得到问题的解为： （1-27） 式中出现的特征函数，特征值及范数可以从表2-2中直接查得： （1-28） （1-29） 且为如下方程的正根： （1-30） 满足特征值问题的函数对应于表2-2中的第6条，得到： （1-31） （1-32） 且是如下方程的正根： 最后得到： （1-33） 令 其中令 令 根据余弦函数的正交性，只有当m=n时积分才不为0，故上式可以化为： 再令 所以 令 所以 由（1-4）、（1-19）及（1-33） 可知 。 以上是解析解的全过程，具 体值的计算采用MATLAB编程计算求取。 2、若，，，，，热传导系数，热扩散系数。请根据1中所求温度分布用MATLAB软件绘出下列结果，加以详细物理比较和分析：300s内，在同一图中画出点、、、、（单位：m）温度随时间的变化； 图1.不同点温度随时间变化曲线图 分析：开始时刻通过右、上边界向内部导热，这时候尽管有内热源，但谁相对离右、上边界越近，温度曲线越陡。即开始时刻（0,8）点比（0,4）点温度曲线陡，（12,0）点比（6,0）点温度曲线陡，一定时间后由于有内热源，内部温度逐渐高于边界温度，这时内部开始向边界导热。这时谁离两个绝热边交点越近，谁的温度会越高，这就是为什么最后（0,4）点比（0,8）点温度高，（6,0）点温度比（12,0）点温度高。 （b）.200s内，画出点、、、、（单位：m）处，分别沿x、y 方向热流密度值随时间的变化； 图2.200s内x方向不同点的热流密度曲线（解析解）图3.200s内y方向不同点的热流密度曲线（解析解） 图4.200s内x方向不同点的热流密度曲线（数值解） 图5.200s内y方向不同点的热流密度曲线（数值解） 图6.不同点x方向热 流密度数值解与解析 解相对误差 分析：右边 界（18,4）和 （18,8）这两点 开始时X方向两 侧温差较大，故 热流密度也会特别大，开始时内部温度较边界温度低，向内 部导热，热流密度为负值。后来内部温度大于边界温度，向 外散热，热流密度为正值。而上边界点温度相同，故在X方向不存在热传导，故导热系数为零。而中间点开始时从右向左导热，热流密度为负，随着边界层温度影响的深入，热流密度绝对值越来越大，但由于有内热源，会使此影响逐渐减弱， 故在一段时间后待热流密度达到一个顶峰以后会逐渐减小，后来由于内热源的作 用，导热由内向外进行，热流密度也由 负值变为正值。Y方向分析类似。由于 （9,6）离上边界更近，故沿Y方向达到 的下边界峰值更大。 （c）.画出时刻区域内的等 温线； 图8.50s时区域内的等温线 图9.75s时区域内的等温线 图10.100s时区域内的等温线图11.125s时区域内的等温线 图12.150s时区域内的等温线 分析：开始时刻，尽管有内热源的存在，但边界温度比内部温度高，此时边界向内部传热，故开始时靠近边界的温度比内部高，这就是为什么50、75、100s 时等温线呈现由坐下到右上温度逐渐升高。过一段时间后，中间部分由于内热源和边界热传导的共同作用，而坐下边界此时收到的内热源和边界热传导的作用小于中间部分，故造成了中间部分温度反而比其他部分高。一段时间后，内热源起主导作用，向外散热，这事等温线上的温度由左下到右上逐渐降低。 （d）.300s内，在同一图中画出点（单位：m）在分别等于，，情况下的温度变化； 图13.不同内热源下温度变化曲线（解析解）图14.不同内热源下温度变化曲线（数值解） 图15.不同内热源下数值解与解析解相对误差 分析：内热源越大，单位时间内内部产生的能量越多，节点温度升高的越快。 在其它条件相同的情况下，内热源越大，最终内部温度也越高。开始时，由于温度变化剧烈，此时解析解和数值解的误差也相对较大，一段时间以后温度趋于稳定，这个时候相对误差也趋于一个较小的稳定值。 （e）.300s内，比较点(9,6) （单位：m）在其它参数不变情况下热导率分别为、和的温度、热流密度变化； 图16.不同导热数下温度变化曲线（解析解）图17.不同导热数下温度变化曲线（数值解） 图18.不同导热系数下数值解和解析解的相对误差 图19.不同导热系数下X方向热流密度曲线（解析解） 图20.不同导热系数下X方向热流密 数值解与解析解相对误差 图23.(9,6)点不同导热系数下y方向数值解和解析解的相对误差 分析：导热系数K越大，内部温度越能快速的传递给外界，这就是问什么导热系数越大，节点最终温度低。根据热流密度方程，可知。K越大，热流密度越大，这就是为什么K 越大，热流密度最低点峰值越大。而最后由于内热源相同， 根据能量守恒，最后导热系数也必然趋近于一个定值。开始时由于温度变化剧烈，在不同的导热系数下同一点温度随之间变化值得数值解和解析解的相对误差较大，一段时间后温度趋于稳定，此时数值解和解析解的相对温差是一个较小值。 （f）.300s内，比较点(9,6) （单位：m）在其它参数不变情况下热扩散系数分别为、和的温度、热流密度变化； 图24（9,6）点在不同热扩散系数下的温度曲线图25.（9,6）点在不同热扩散系数下X方向的热流密度 图26.（9,6）点在不同热扩散系数下Y方向的热流密度 分析：热扩散系数越大，边界对温度越能快速的影响到内部，这就是为什么同一点热扩散系数越大，温度升高的越快。热扩散系数越大，边界对温度越能快速的影响到内部，这导致最低点峰值向左移动。热扩散系数表示“温度扯平能力”，热扩散系数越高表示其温度扯平能力越大。如果时间趋于无穷大，最终即使热扩散系数不同，最终温度也会趋于同一个值。300s对于热扩散系数为0.8和1.2值来说已经时间足够趋于同一个稳定值，但对于0.4的值来说时间却不是够大，这就是为什么300s时，热扩散系数为0.8和1.2的趋于同一值，而0.4的却比它们的小。 三、关于绘图命令的说明 绘图命令大致类似，故我们这里只以X方向热流密度为例来说明，其它的绘图命令不再赘述。 plot(KX1) hold on plot(KX2,'r') plot(KX3,'k') plot(KX4,'y') plot(KX5,'g') xlabel('时间t') ylabel('x方向热流密度') title('不同点x方向热流密度曲线（数值解）') legend('（18,4）','（18,8）','（6,12）','(12,12)','(9,6)') 个人感想 经过一个多星期的连续奋战，终于搞定了这“万恶”的热传导与热辐射的大作业。首先真诚的感谢在作业中帮助过我的老师和同学。 本来以为求温度场并不会是一件特别难的事情，可是等到实践时却发现里面有很多自己意想不到的困难。自己的MATLAB零基础确实也增添了不少困难。好不容易把程序编出来了，带入运行却是出问题了，总是比时间值少很多，花了一晚上一点一点的查却没有任何结果。知道第二天早上才发现是自己在循环中占用了原先定义的一个量。让人崩溃又让人欣喜：悲的是半天没有结果，喜的是终于找到了问题的根源。这样的事情还有很多很多。有时候为了查一个错误总需要花很长时间，但是经过奋战后终于把问题弄明白的那种欣喜确实很快乐的。 在数值解的过程中，出现了一些令人感觉崩溃的问题。比如，步长取大了难以保证精度，取小了计算特别慢，而且出现一个让人再也做不下去的感觉“out of memory”。曾经一次计算了十几个小时最后得出了一个这样的结果，最后只能两者中和取，得出最终结果。 从MATLAB的零基础、从对温度场求解的模糊认识。这种现象伴随着作业的深入，使自己对这些问题有了一个更加清晰地认识。同时也对MATLAB这个软件有了一定的了解。 最后再次感谢在这次作业中帮助过我的各位同学和老师！ 附件.计算中所用程序 附件1.解析解完整程序 clear all; %清除系统中原有的变量 clc; %清除屏幕 a=18; %x方向长度 b=12; %y方向长度 g=1; %g为内热源 k=1; %k为导热系数 ar=0.8; %ar为热扩散系数 T0=200; % T0为初始温度 T1=600; %T1为边界温度 for p=1:19 x=p-1; for q=1:13 y=q-1; wtj=0; for i=1:15 btm=(2Ki-1)Kpi/(2Ka); wtj=wtj+2KgKsin(btmKa)Kcosh(btmKy)Kcos(btmKx)/(aKkKbtm^3Kcosh(btm Kb)); end wt=(a^2-x^2)Kg/(2Kk)+T1-wtj for i=1:300 fwt=0; for j=1:15 for k0=1:15 btn=(2Kj-1)Kpi/(2Ka); gmv=(2Kk0-1)Kpi/(2Kb); fwt=fwt+4/(aKb)Ksin(btnKa)Ksin(gmvKb)/(btnKgmv)K((T0-T1-g/(kKbtn^ 2))+gKgmv^2/(kK(gmv^2+btn^2)Kbtn^2))Kcos(btnKx)Kcos(gmvKy)Kexp(-a rK(btn^2+gmv^2)Kt); end end A(p,q,1)=wt+fwt; end end end 附件2.数值解完整程序（显式法） clear all dx=0.3; %dx为x方向步长 dy=0.3; %dy为y方向步长 dt=0.01; %dt为时间步长 k=1; %k为导热系数 sjz=300; %sjs为时间值 【最新整理，下载后即可编辑】 热传导与热辐射大作业报告 目录 一、作业题目............................................................................................ - 1 - 二、作业解答............................................................................................ - 2 - 个人感想 ................................................................................................... - 17 - 附件.计算中所用程序........................................................................... - 18 - 一、作业题目 一矩形平板a x ≤≤0, b y ≤≤0，内有均匀恒定热源0g ，在0=x 及0=y 处绝热，在a x =及b y =处保持温度1T ，初始时刻温度为0T ，如右图1所示： 1、求0>t 时，矩形区域内的温度分布()t y x T ,,的解析表达式； 2、若m a 18=，m b 12=，3 01m W g =，K 600=，K T 200=，热传导系数 K m W k ?=0.1，热扩散系数20.8m α=。请根据1中所求温度分布用MATLAB 软件绘出下列结果，加以详细物理比较和分析： (a) 300s 内，在同一图中画出点)4,0(、)8,0(、()0,6、)0,12(、)6,9(（单位：m ）温度随时间的变化； (b) 200s 内，画出点)4,18(、)8,18(、()12,6、)12,12(、)6,9(（单位：m ）处，分别沿x 、y 方向热流密度值随时间的变化； (c) 画出s s s s s t 1501251007550、、、、=时刻区域内的等温线； (d) 300s 内，在同一图中画出点()0,9（单位：m ）在0g 分别等于31m W ，32m W ，33m W 情况下的温度变化； (e) 300s 内，比较点(9,6) （单位：m ）在其它参数不变情况下热导率分别为K m W ?5.0、K m W ?0.1和K m W ?5.1的温度、热流密度变化； (f) 300s 内，比较点(9,6) （单位：m ）在其它参数不变情况下热扩散系数分别为s m 24.0、s m 28.0和m 22.1的温度、热流密度变化； 3、运用有限差分法计算2中(b)、(d)和(e)，并与解析解结果进行比较，且需将数值解与解析解的相对误差减小到1‰以下； 4、附上源程序和个人体会； 以报告形式整理上述结果，用A4纸打印上交。 传热学课程自学辅导资料 （热动专业） 二○○八年十月 传热学课程自学进度表 教材：《传热学》教材编者：杨世铭陶文铨出版社：高教出版时间：2006 1 注：期中（第10周左右）将前半部分测验作业寄给班主任，期末面授时将后半部分测验作业直接交给任课教师。总成绩中，作业占15分。 2 传热学课程自学指导书 第一章绪论 一、本章的核心、重点及前后联系 （一）本章的核心 1、导热、对流、辐射的基本概念。 2、传热过程传热量的计算。 （二）本章重点 1、导热、对流、辐射的基本概念。 2、传热过程传热量的计算。 （三）本章前后联系 简要介绍了热量传递的三种基本方式和传热过程 二、本章的基本概念、难点及学习方法指导 （一）本章的基本概念 1、热传导 导热（Heat Conduction）：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为导热。 特点：从宏观的现象看，是因物体直接接触，能量从高温部分传递到低温部分，中间没有明显的物质迁移。 从微观角度分析物体的导热机理： 气体：气体分子不规则运动时相互碰撞的结果。 导电固体：自由电子不规则运动相互碰撞的结果，自由电子的运动对其导热起主导作用。 非导电固体：通过晶格结构振动所产生的弹性波来实现热量传递，即院子、分子在其平衡位置振动。 液体：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。 热流量：单位时间传递的热量称为热流量，用Ф表示，单位为W。 3 《传热学》试题库 第一章概论 一、名词解释 1．热流量：单位时间所传递的热量 2．热流密度：单位传热面上的热流量 3．导热：当物体有温度差或两个不同温度的物体接触时，在物体各部分之间不发生相对位移的情况下，物质微粒(分子、原子或自由电子)的热运动传递了热量，这种现象被称为热传导，简称导热。 4．对流传热：流体流过固体壁时的热传递过程，就是热对流和导热联合用的热量传递过程，称为表面对流传热，简称对流传热。 5．辐射传热：物体不断向周围空间发出热辐射能，并被周围物体吸收。同时，物体也不断接收周围物体辐射给它的热能。这样，物体发出和接收过程的综合结果产生了物体间通过热辐射而进行的热量传递，称为表面辐射传热，简称辐射传热。6．总传热过程：热量从温度较高的流体经过固体壁传递给另一侧温度较低流体的过程，称为总传热过程，简称传热过程。7．对流传热系数：单位时间单位传热面当流体温度与壁面温度差为1K是的对流传热量，单位为W／(m2·K)。对流传热系数表示对流传热能力的大小。 8．辐射传热系数：单位时间单位传热面当流体温度与壁面温度差为1K是的辐射传热量，单位为W／(m2·K)。辐射传热系数表示辐射传热能力的大小。 9．复合传热系数：单位时间单位传热面当流体温度与壁面温度差为1K是的复合传热量，单位为W／(m2·K)。复合传热系数表示复合传热能力的大小。 10．总传热系数：总传热过程中热量传递能力的大小。数值上表示传热温差为1K时，单位传热面积在单位时间的传热量。 二、填空题 1．热量传递的三种基本方式为、、。 （热传导、热对流、热辐射） 2．热流量是指，单位是。热流密度是指，单位是。 （单位时间所传递的热量，W，单位传热面上的热流量，W/m2） 3．总传热过程是指，它的强烈程度用来衡量。 (热量从温度较高的流体经过固体壁传递给另一侧温度较低流体的过程，总传热系数) 4．总传热系数是指，单位是。 （传热温差为1K时，单位传热面积在单位时间的传热量，W／(m2·K)） 5．导热系数的单位是；对流传热系数的单位是；传热系数的单位是。 （W／(m·K)，W／(m2·K)，W／(m2·K)） 6．复合传热是指，复合传热系数等于之和，单位是。 （对流传热与辐射传热之和，对流传热系数与辐射传热系数之和，W／(m2·K)） 7．单位面积热阻r t的单位是；总面积热阻R t的单位是。 （m2·K/W，K/W） 8．单位面积导热热阻的表达式为。 （δ/λ） 9．单位面积对流传热热阻的表达式为。 （1/h） 10．总传热系数K与单位面积传热热阻r t的关系为。 （r t=1/K） 11．总传热系数K与总面积A的传热热阻R t的关系为。 （R t=1/KA） 12．稳态传热过程是指。 （物体中各点温度不随时间而改变的热量传递过程。） 13．非稳态传热过程是指。 热辐射的基本定律 ? ?smyt_1983 ?2位粉丝 ? 1楼 在工程技术中，在日常生活中，辐射换热现象是屡见不鲜的。太阳对大地的照射是最常见的辐射现象。高炉中灼热的火焰会烘烤得人们难以忍受…太阳对人造卫星的辐射，会使卫星的朝阳面的温度明显地高于卫星背阳面的温度；高温发动机部件与飞机机体之间的辐射换热严重地影响着飞机的结构与强度设计，等等。特别是近年来，人类对太阳能的利用，都大大地促进了人们对辐射换热的研究。 本章首先介绍辐射的基本特性和基本规律；然后重点讨论物体之间的辐射换热规律；最后对气体辐射换热的特点作扼要的介绍。 第一节基本概念 1－1 热辐射的本质和特征 由于不同的原因，物体能够向其所在的空间发射各种不同波长的电磁波；不同波长的电磁波具有不同的效应，人们可以利用不同波长的电磁波效应达到一定的目的。比如，人们可以利用无线电波传送信息，利用x射线穿透物质的能力进行零件探伤，利用热射线传递热能，等等。人们根据电磁波不同效应把电磁波分成若干波段。波长λ＝0.38一0.76μm的电磁波段称为可见光波段λ＝0. 76—1000 μm的电磁波段称为红外波段(一般将红外波段范围又分为近红外波段和远红外波段，近红外波段为λ＝0.7—25μm，远红外波段为λ＝25—1000μm)；波长大于1000μm的电磁波段称为无线电波段(根据其波长的不同又可分为雷达、视频和广播三个波段)；波长小于0.4μm的电磁波依次分为紫外线、x射线和Y射线等。可见光和红外线以及紫外线的一部分被物体吸收后产生热效应，即波长λ＝0.1—1000 μm范围内的电磁技能被物体吸收变为热能，因此，这一波长范围的电磁波称为热射线。因为在一般常见的工业温度条件下，其辐射波长均在这一范围，所以本课程所感兴趣的将是热射线，下面将专门讨论这一波长范围内电磁波的发射、传播和吸收的规律。 一、热辐射的本质和特点 第8章 热辐射基本定律和辐射特性 课堂讲解 课后作业 【8-10】一等温空腔的内表面为漫射体，并维持在均匀的温度。其上有一个面积为0.022 m 的小孔，小孔面积相对于空腔内表面积可以忽略。今测得小孔向外界辐射的能量为70W ，试确定空腔内表面的温度。如果把空腔内表面全部抛光，而温度保持不变，问这一小孔向外的辐射有何影响？ 【解】小孔可以当做黑体来处理，4T A Φσ= 498.4496K 02 .01067.570 484 b =??==-A E T σ 小孔的黑体特性与空腔的内表面的性质无关，故不影响小孔向外的辐射。 【8-18】暖房的升温作用可以从玻璃的光谱穿透比变化特性解释。有一块厚为3mm 的玻璃，经测定，其对波长为0.3～2.5μm 的辐射能的穿透比为0.9，而对其他波长的辐射能可以认为完全不穿透。试据此计算温度为5800K 的黑体辐射及温度为300K 的黑体辐射投射到该玻璃上时各自的总穿透比。 【解】 ()()()()()()()() [] 12212 1 2 1 2 1 2 2 1 1 ~0b ~0b ~b b b b b b b b b b b b b b 0 b 9.09.0d 9 .0d 9.0d d d d d λλλλλλ λλλλλλ λλ λλλλλλλλ λ λλτλ λτλ λτλλτλλττF F F E E E E E E E E E E E E E E -==== = + + ==???????∞ ∞ T 1=5800K ，K m 174058003.011?=?=μλT ，K m 1450058005.212?=?=μλT ()0.032854 1~0b =λF ，()0.9660652~0b =λF ()()[][]0.8398899032854 .0966065.09.09.01 2 ~0b ~0b =-=-=λλτF F T 2=300K ，K m 903003.011?=?=μλT ，K m 0573005.212?=?=μλT ()0.0000288 1~0b =λF ，()0.000242~0b =λF ()()[][]0.000190080.0000288 0.000249.09.01 2 ~0b ~0b =-=-=λλτF F 【8-21】温度为310K 的4个表面置于太阳光的照射下，设此时各表面的光谱吸收比随波 长的变化如附图所示。试分析，在计算与太阳能的交换时，哪些表面可以作为灰体处理？为什么？ 【解】太阳辐射能的绝大部分集中在2μm 以下的区域，温度为310K 的物体辐射能则绝大部分在6μm 以上的红外辐射，由图可见，第一种情形与第三种情形，上述波段范围内单色吸收率相同，因而可以作为灰色处理。 ①Nu准则数的表达式为（A ） ② ③根据流体流动的起因不同，把对流换热分为（ A） ④A．强制对流换热和自然对流换热B．沸腾换热和凝结换热 ⑤C．紊流换热和层流换热D．核态沸腾换热和膜态沸腾换热 ⑥雷诺准则反映了（ A） ⑦A．流体运动时所受惯性力和粘性力的相对大小 ⑧B．流体的速度分布与温度分布这两者之间的内在联系 ⑨C．对流换热强度的准则 ⑩D．浮升力与粘滞力的相对大小 ?彼此相似的物理现象，它们的（ D）必定相等。 ?A．温度B．速度 ?C．惯性力D．同名准则数 ?高温换热器采用下述哪种布置方式更安全（ D） ?A．逆流B．顺流和逆流均可 ?C．无法确定D．顺流 ?顺流式换热器的热流体进出口温度分别为100℃和70℃，冷流体进出口温度分别为20℃和40℃，则其对数平均温差等于（） A．60.98℃B．50.98℃ C．44.98℃D．40.98℃ ?7．为了达到降低壁温的目的，肋片应装在（ D） ?A．热流体一侧B．换热系数较大一侧 ?C．冷流体一侧D．换热系数较小一侧 21黑体表面的有效辐射（ D）对应温度下黑体的辐射力。 22A．大于B．小于 C．无法比较D．等于 23通过单位长度圆筒壁的热流密度的单位为（ D） 24A．W B．W／m2 C．W／m D．W／m3 25格拉晓夫准则数的表达式为（D ） 26 27.由炉膛火焰向水冷壁传热的主要方式是( A ) 28 A.热辐射 B.热对流 C.导 热 D.都不是 29准则方程式Nu=f(Gr,Pr)反映了( C )的变化规律。 30A.强制对流换热 B.凝结对流换热 31 C.自然对流换热 D.核态沸腾换热 32下列各种方法中，属于削弱传热的方法是( D ) 33A.增加流体流度 B.设置肋片 34 C.管内加插入物增加流体扰动 D.采用导热系数较小的材 料使导热热阻增加 35冷热流体的温度给定，换热器热流体侧结垢会使传热壁面的温度( A ) 36 A.增加 B.减小 C.不变 D.有时增 加，有时减小 37将保温瓶的双层玻璃中间抽成真空，其目的是( D ) 38A.减少导热 B.减小对流换热 39 C.减少对流与辐射换热 D.减少导热与对流换热 40下列参数中属于物性参数的是( B ) 41A.传热系数 B.导热系数 42 C.换热系数 D.角系数 43已知一顺流布置换热器的热流体进出口温度分别为300°C和150°C，冷流体进出口温度分别为50°C和100°C，则其对数平均温差约为( ) 热传导与热辐射大作业报告 目录 一、作业题目.............................................................................................................................. - 1 - 二、作业解答.............................................................................................................................. - 2 - 个人感想.................................................................................................................................... - 17 - 附件.计算中所用程序.............................................................................................................. - 18 - 一矩形平板a x ≤≤0, b y ≤≤0，内有均匀恒定热源0g ，在0=x 及0=y 处绝热，在a x =及b y =处保持温度1T ，初始时刻温度为0T ，如右图1所示： 1、求0>t 时，矩形区域内的温度分布()t y x T ,,的解析表达式； 2、若m a 18=，m b 12=，301m W g =，6T 1=0K m W k ?=0.1，热扩散系数20.8m s α=。请根据1中所求温度分布用 MATLAB 软件绘出下列结果，加以详细物理比较和分析： (a) 300s 内，在同一图中画出点)4,0(、)8,0(、()0,6、)0,12(、)6,9(（单位：m ）温度随时间的变化； (b) 200s 内，画出点)4,18(、)8,18(、()12,6、)12,12(、)6,9(（单位： m ）处，分别沿x 、y 方向热流密度值随时间的变化； (c) 画出s s s s s t 1501251007550、、、、=时刻区域内的等温线； (d) 300s 内，在同一图中画出点()0,9（单位：m ）在0g 分别等于 31m W ，32m W ，33m W 情况下的温度变化； (e) 300s 内，比较点(9,6) （单位：m ）在其它参数不变情况下热导 率分别为K m W ?5.0、K m W ?0.1和K m W ?5.1的温度、热流密度变化； (f) 300s 内，比较点(9,6) （单位：m ）在其它参数不变情况下热扩 散系数分别为m 24.0、s m 28.0和s m 22.1的温度、热流密度变化； 3、运用有限差分法计算2中(b)、(d)和(e)，并与解析解结果进行比较，且需 将数值解与解析解的相对误差减小到1‰以下； 4、附上源程序和个人体会； 以报告形式整理上述结果，用A4纸打印上交。 本科毕业论文 论文题目：关于热传导问题 学生姓名：姜丽丽 学号：200600910058 专业：物理学 指导教师：李健 学院：物理与电子科学学院 2010年5月20日 毕业论文（设计）内容介绍 论文（设计） 题目 关于热传导问题 选题时间2010.1.10 完成时间2010.05.20 论文（设计） 字数 8000 关键词热传导，热量，温度 论文（设计）题目的来源、理论和实践意义： 题目来源：基础研究。 理论和实践意义：在了解热传导的概念基础之上，通过系统地分析热传导的过程，得出热传导的微分方程，从量上对热传导过程有了一个深刻的认识；并且将热传导微分方程应用于解决各种几何形状的固体材料，得出温度分布的情况，以及简单的应用于气体、液体。热传导是深入学习和研究各种传热现象乃至工程热物理各学科的重要基础之一。 论文（设计）的主要内容及创新点： 主要内容：本文主要通过对热传导过程的理论分析，总结出热量与温度的关系，然后分析各种热传导现象温度的变化规律。 创新点：1、总结了不同传热条件下热传导过程中热量与温度的关系； 2、分析了不同条件下热传导温度的变化规律。 附：论文（设计）本人签名：2010年5月20日 目录 摘要 (1) ABSTRACT (1) 一、引言 (2) 二、热传导理论基础 (2) （一）热传导的概念 (2) （二）温度场与温度梯度 (3) （三）热传导方程 (4) 三、固体、液体、气体热传导及热源的影响 (7) （一）无源热传导温度的变化规律 (8) （二）有源热传导温度的变化规律 (10) 四、影响热传导的因素 (11) 五、热传导的应用 (12) 六、总结 (12) 参考文献 (12) 热传递有三种方式：传导、对流和辐射 传导热从物体温度较高的部分沿着物体传到温度较低的部分，叫做传导。 热传导是固体中热传递的主要方式。在气体或液体中，热传导过程往往和对流同时发生。各种物质都能够传导热，但是不同物质的传热本领不同。善于传热的物质叫做热的良导体，不善于传热的物质叫做热的不良导体。各种金属都是热的良导体，其中最善于传热的是银，其次是铜和铝。瓷、纸、木头、玻璃、皮革都是热的不良导体。最不善于传热的是羊毛、羽毛、毛皮、棉花、石棉、软木和其他松软的物质。液体中，除了水银以外，都不善于传热，气体比液体更不善于传热。 对流靠液体或气体的流动来传热的方式叫做对流。 对流是液体和气体中热传递的主要方式，气体的对流现象比液体更明显。 利用对流加热或降温时，必须同时满足两个条件：一是物质可以流动，二是加热方式必须能促使物质流动。 辐射热由物体沿直线向外射出，叫做辐射。 用辐射方式传递热，不需要任何介质，因此，辐射可以在真空中进行。 地球上得到太阳的热，就是太阳通过辐射的方式传来的。 一般情况下，热传递的三种方式往往是同时进行的。 补充内容： 一、热传递与动量传递、质量传递并列为三种传递过程。 二、热传递与热传导的关系 有许多人在学习物理、解答物理习题时，常把热传递与热传导混为一谈，认为热传递与热传导描述的是同一物理过程，殊不知它们是两个不同的概念。 由内能与热能一节以及热、热运动与热现象的阐述可知，物体的内能就是组成物体全部分子、原子的动能、势能和内部电子能等总和，物体内能的改变可以通过分子、原子有规则运动的能量交换来达成，也可以通过分子、原子的无规则运动的能量交换来达成（或者是两者兼有）。前者能量交换的方式就是作宏观机械功的方式，后者能量交换的方式就是所谓的热传递。更确切地讲，所谓热传递就是没有作宏观机械功而使内能从一个物体转移到另一个物体，或者从物体的一部分转移到另一部分的过程。它通过热传导、对流和热辐射三种方式来实现。实际热传递过程中，这三种方式常常是相伴进行的，重要的是看哪一种方式占主要地位。在热力学中，把除了热传递以外的其他一切能量转移方式都归于作功。所以，热传递和作功是能量转移的两种方式，除此之外没有其他方式。 由以上论述可知，热传递是能量传递的一种方式，它具体又包括热传导、对流和热辐射三种形式。为了帮助大家能把热传递与热传导更好地加以区别，下面我们有必要对热传导、对流和总辐射分别作论述。 热传导指的是物质系统（气体、液体或固体），由于内部各处温度不均匀而引起的热能（内能）从温度较高处向温度较低处输运的现象。 热传导的实质是由大量分子、原子或电子的相互碰撞，而使热能（内能）从物体温度较高部分传到温度较低部分的过程。热传导是固体中热传递的主要方式，在气体、液体中它往往与对流同时发生。各种物质的热传导性能不同，热传导过程的基本定律是博里叶定律。 《热传导和热辐射》习题 一.如右图1所示，长度为L 的杆，暴露在温度为T ∞的环境中，杆内安装有电热元件，使沿杆长方向产生均匀的内热源速率q ? 。试用长度为dx 的微元体的概念推导控制方程（注：所用到的量自己设定）。 二．边界条件和初始条件如下图2所示，求(),,T x y τ的表达式。 三. 如上图3所示，一矩形板，初始条件：0τ=时，(),T f x y =。 边界条件：0x = 处，0T =；x a =处， 10T H T x ?+=?；y=0处，20T H T y ?-+=?；y b =处，30T H T y ?+=?。求0τ>时，矩形板的温度分布(),,T x y τ。 四. 某一半无限大角区，初始条件和边界条 件如右图4所示。求该区域的(),,T x y τ的表达式。 五. 一块平板0x L ≤≤，初始温度是零度，当时间0τ>时，平板内以恒定的速 率20g w m ????产生热量，而0x =处的边界面保持绝热，x L =处的边界保持温 度为零度。试求：时间0τ>时平板内温度分布(),T x τ的表达式。 六．某实心无限长圆柱，0r b ≤≤，初始温度分布为()F r ，时间0τ>时，r b =处的边界以对流方式向温度为零的环境散热。试求该圆柱的温度分布(),T r τ。 七. 半径r b =的无限长圆柱，初始温度分布为()F r ，突然圆柱体置于温度为T ∞ 环境中，在r b =处的边界以对流形式向温度为T ∞的环境散热。试求0τ>时圆柱内的温度分布(),T r τ。 八.某实心半球，01μ≤≤，0r b ≤≤，初始温度为(),0T r μ=，时间 0τ>时，r b =处的球表面保持温 度为零，0μ=处的底面绝热，如右图5所示。试求该半球的温度分布(),,T f r μτ=。 九.一半无限大物体，0x ≤≤∞，初始温度为i T ，当时间0τ>时，0x =处的边界 条件为00 x q T k x A =?-=?；x →∞时，(),i T T τ∞=。试用Laplace 变换法求解时间0τ>时该区域的温度分布。 十.已知某个函数的Laplace 变换为()22 1 F s s β = +，其中β是正实数。试求函数()F t 。 十一.处于熔解温度m T 的液体占据 0x >的半空间，见右图6，在时间0τ=时，0x =的边界温度降低到温度为0T （0m T T <），并在时间0τ>时，始终维持这个温度。试用精确法或近似法求解固相中的温度分布以及固—液界面的位置随时间的变化。 2.1.2 热辐射的基本定律 第七章 光的量子性 本章主要介绍历史上在研究黑体辐射，光电效应和康普顿效应时，怎样打破经典理论成见，逐渐认识到光的波粒二象性，并阐述波粒二象性的含义。 §7—1 热辐射、基尔霍夫定律 一、几种不同形式的辐射 物体向外辐射将消耗本射的能量。要长期维持这种辐射，就必须不断从外面补偿能量，否则辐射就会引起物质内部的变化。在辐射过程中物质内部发生化学变化的，叫做化学发光。用外来的光或任何其它辐射不断地或预先地照射物质而使之发光的过程叫做光致发光。由场的作用引起的辐射叫场致发光。另一种辐射叫做热辐射，这种辐射在量值方面和按波长分布方面都取决全辐射体的温度。 任何温度的物体都发出一定的热辐射。 一物体 500℃左右，暗红色。随温度不断上升，辉光逐渐亮起来，而且波长较短的辐射越来越多。1500℃变成明亮的白炽光。同一物体在一定温度下所辐射的能量，在不同光谱区域的分布是不均匀的，而且温度越高，光谱中与能量最大的辐射相对应的频率也越高。在一定温度下，不同物体所辐射的光谱成份有显著的不同。 二、辐射出射度和吸收比 从上面知道：在单位时间内从物体单位面积向各个方向所发射的，频率在νννd +→范围内的辐射能量Φd 与ν和T 有关，而且νd 足够小时，可认为与νd 成正比 ν ννd E d T T =Φ, T E ,ν是ν和T 的函数，叫做该物体在温度T 时发射频率为ν的单色辐射出射度（单色 辐出度）。它的物理意义是从物体表面单位面积发出的，频率在ν附近的单位频率间隔内的辐射功率。它反映了在不同温度下，辐射能量按频率分布的情况。单位为 s m J m W ?=22// 从特体表面单位面积上所发出的各种频率的总辐射功率，称为物体的辐射出射度。用 )(0T Φ表示： νννd E d T T T ,0 ,0 0)(??∞ ∞ =Φ=Φ )(0T Φ只是温度的函数。T E ,ν和)(0T Φ同表面情况有关。 另一方面，当辐射照射到某一不透明物体表面时，其中一部分能量将被物体散射或反射，另一部分能量则被物体所吸收。用T d ,νΦ表示频率在ν和ννd +范围内照射到温度为 T 的物体的单位面积上的辐射能量；T d ,ν Φ'表示物体单位面积上所吸收的辐射能量，则 一、中国太阳能直接辐射的计算方法 ()1bS a Q S +='（1） () 211111S c S b a Q S ++='（2）⊙ ()n c S b a Q S 2122++='（3） S ′为直接辐射平均月（年）总量；Q 为计算直接辐射的起始数据，可采用天文总辐射S 0，理想大气总辐射，Q i ,晴天总辐射Q 0来表示。a ，b ，a 1，b 1，c 1，a 2，b 2，c 2为系数。n 为云量。S 1为日照百分率。 相关系数的计算公式： ()() ()() ()()∑∑∑∑∑∑∑∑∑=========?? ? ??-?? ? ??--= ----= n i n i i i n i n i i i n i n i n i i i i i n i i i n i i i y y n x x n y x y x n y y x x y y x x r 12 12 12 121 1 1 1 2 21 考虑到大气透明度，则有 ()()n c S b a P P P Q n c S b a P P P Q S i m i 2122cos cos sin sin 1 2122++=++='+海 年海 年δ ?δ?（4） 其中m 为大气质量： δ ?δ?cos cos sin sin 1 sinh 1+== Θm 其中，φ为测站的纬度；δ为赤纬角，取每月15日的赤纬值作为月平均值；时角ω统一取中午12时，则ω=0，cosω=1；年P 为测站的年平均气压，P 海为海平面气压，P 海=1013.25mp ，海年P P 为对大气质量进行的高度订正。 对于a 2的计算： 当测站的海拔H≥3000m 时，a 2=0.456； 当H≤3000m 是，若年平均绝对湿度E ≤10.0mb ，则 F a ?-=00284.0688.02 否则F a ?-=01826.07023.02，其中F 为测站沙尘暴日数与浮尘日数之和。 对于（4）式中，系数之间的关系式为 { 011.1039.02222=+-=+b a c a 人们都知道热传导有三种形式：辐射、传导、对流。 ①热传导：热量从系统的一部分传到另一部分或由一个系统传到另一系统的现象叫做热传导。热传导是固体中热传递的主要方式。在气体或液体中，热传导过程往往和对流同时发生。各种物质的热传导性能不同，一般金属都是热的良导体，玻璃、木材、棉毛制品、羽毛、毛皮以及液体和气体都是热的不良导体，石棉的热传导性能极差，常作为绝热材料。 热从物体温度较高的一部分沿着物体传到温度较低的部分的方式叫做热传导。 ②对流：液体或气体中较热部分和较冷部分之间通过循环流动使温度趋于均匀的过程。对流是液体和气体中热传递的主要方式，气体的对流现象比液体明显。对流可分自然对流和强迫对流两种。自然对流往往自然发生，是由于温度不均匀而引起的。强迫对流是由于外界的影响对流体搅拌而形成的。 靠气体或液体的流动来传热的方式叫做对流。 ③热辐射：物体因自身的温度而具有向外发射能量的本领，这种热传递的方式叫做热辐射。热辐射虽然也是热传递的一种方式，但它和热传导、对流不同。它能不依靠媒质把热量直接从一个系统传给另一系统。热辐射以电磁辐射的形式发出能量，温度越高，辐射越强。辐射的波长分布情况也随温度而变，如温度较低时，主要以不可见的红外光进行辐射，在500摄氏度以至更高的温度时，则顺次发射可见光以至紫外辐射。热辐射是远距离传热的主要方式，如太阳的热量就是以热辐射的形式，经过宇宙空间再传给地球的。 高温物体直接向外发射热的现象叫做热辐射。 热的导体 各种物体都能够传热，但是不同物质的传热本领不同．容易传热的物体叫做热的良导体，不容易传热的物体叫做热的不良导体。金属都是热的良导体。瓷、木头和竹子、皮革、水都是不良导体。金属中最善于传热的是银，其次是铜和铝．最不善于传热的是羊毛、羽毛、毛皮、棉花，石棉、软木和其他松软的物质。液体，除了水银外，都不善于传热，气体比液体更不善于传热． 散热器材料的选择 散热片的制造材料是影响效能的重要因素,选择时必须加以注意!目前加工散热片所采用的金属材料与常见金属材料的热传导系数: 金 317 W/mK 银429 W/mK 铝401 W/mK 铁237 W/mK 铜 48 W/mK AA6061型铝合金155 W/mK AA6063型铝合金201 W/mK ADC12型铝合金96 W/mK AA1070型铝合金226 W/mK AA1050型铝合金209 W/mK 热传导系数的单位为W/mK,即截面积为1平方米的柱体沿轴向1米距离的温差为1开尔文(1K＝1℃)时的热传导功率. 热传导系数自然是越高越好,但同时还需要兼顾到材料的机械性能与价格.热传导系数很高的金、银,由于质地柔软、密度过大、及价格过于昂贵而无法广泛采用;铁则由于热传导率过低,无法满足高热密度场合的性能需要,不适合用于制作计算机空冷散热片.铜的热传导系数同样很高,可碍于硬度不足、密度较大、成本稍高、加工难度大等不利条件,在计算机相关散热片中使用较少,但近两年随着对散热设备性能要求的提高,越来越多的散热器产品部分甚至全部采用了铜质材料.铝作为地壳中含量最高的金属,因热传导系数较高、密度小、价格低而受到青睐;但由于纯铝硬度较小,在各种应用领域中通常会掺加各种配方材料制成铝合金,寄此获得许多纯铝所不具备的特性,而成为了散热片加工材料的理想选择. 目录 一、作业题目.............................................................................................................................. - 1 - 二、作业解答.............................................................................................................................. - 2 - 个人感想.................................................................................................................................... - 17 - 附件.计算中所用程序.............................................................................................................. - 18 - 一、作业题目 一矩形平板,，内有均匀恒定热源，在及处绝热，在 及处保持温度，初始时刻温度为，如右图1所示： 1、求时，矩形区域内的温度分布的解析表达 式； 2、若，，，，，热传导系数 ，热扩散系数。请根据1中所求温度分布用 MATLAB软件绘出下列结果，加以详细物理比较 和分析： (a)300s内，在同一图中画出点、、、、 （单位：m）温度随时间的变化； (b)200s内，画出点、、、、（单位：m）处，分别沿x、y方向热流密 度值随时间的变化； (c)画出时刻区域内的等温线； (d)300s内，在同一图中画出点（单位：m）在分别等于，，情况下 的温度变化； (e)300s内，比较点(9,6) （单位：m）在其它参数不变情况下热导 率分别为、和的温度、热流密度变化； (f)300s内，比较点(9,6) （单位：m）在其它参数不变情况下热扩 散系数分别为、和的温度、热流密度变化； 3、运用有限差分法计算2中(b)、(d)和(e)，并与解析解结果进行比较，且需将数值解与解析解的相对误差减小到1‰以下； 4、附上源程序和个人体会； 以报告形式整理上述结果，用A4纸打印上交。 二、作业解答 1、求时，矩形区域内的温度分布的解析表达式； 解答：我们令，则可以得到一个方程和边界条件： （1-1） 将上式分解为一个的稳态问题： （1-2） 和一个的其次问题： （1-3） 人 体 辐 射 换 热 的 计 算 方 法 The Calculation Method Of Radiative Heat Loss From Human Body 同济大学楼宇设备工程与管理系 叶海 摘要：本文简要介绍了两种情况下人体辐射换热的计算方法，即人体与室内整体环境间的辐射换热、人体与单一壁面间的辐射换热。作者力求避免繁复的理论推导，而仅仅就研究结果，研究方法作了归纳与总结，列出了一些计算参数的取值范围，可供工程技术人员在计算时参考。 在热舒适的研究中，我们经常要计算人体与室内环境间的热交换，进而对人体的热感觉进行预测。人体与环境之间主要通过对流和辐射方式换热，导热基本上可以忽略不计。在普通的室内气候条件下，人体外表温度高于环境平均辐射温度，而室内风速一般较小，因此辐射散热量可占总散热量的50%左右，对流散热为30%左右，其余为蒸发散热。 一、人体与室内环境间的辐射换热 人体与室内环境间的辐射换热量Q R 可按空腔与内包壁面间的换热计算，即 W )11(1 )(44-+-=S S eff p mrt surf eff R A A T T A Q εεσ (1) 式中，eff A ——人体的有效辐射面积，m 2； 428K W/m 1067.5??=-σ，黑体的辐射常数。 surf T ——人体外表的平均温度，K ； mrt T ——环境的平均辐射温度，K ； P ε ——人体外表的平均发射率，无因次； S A ——包围人体的室内总面积，m 2； S ε ——环境的平均发射率，无因次； 式(1)中，由于人体面积远小于环境面积，且一般室内材料的发射率接近于1，故分母的第二项可略去不计。在热舒适研究中，对人体的产热（即代谢率）和散热计算一般取单位皮肤面积，于是得到 244W/m )(mrt surf eff cl P r T T f f Q -=σε (2) 式中，cl f ——称为服装面积系数，无因次；后面将作进一步介绍。 eff f ——人体的有效辐射面积系数，无因次；后面将作进一步介绍。 式(2)虽然给出了人体辐射换热计算的具体形式，但令人遗憾的是，式中右边的各项大多难以从理论上确定，一般依赖于经验公式来解决。两个系数的意义在于，着装增大了人体的外表面积，而人体的外表之间存在着相互辐射。至于平均辐射温度，它是假想室内环境在均一的温度下与人体进行换热。以下将对其中各项进行详细讨论。 1-1 人体外表的平均发射率 发射率有时也称为黑度、黑率或辐射系数，它表明物体表面与黑体相比辐射能量的效率。根据基尔霍夫定律，“漫-灰表面”在温度平衡时，可以认为发射率与吸收率相等，但在工程计 热传导、空气对流和辐射热的原理与区别 传导性 当较快运动的分子将其一些能量传递给较慢运动的相邻分子（即在较低温度下）时，就会发生热传导，这可能发生在固体内部或固体与相邻的流体（例如空气）之间。在任何采暖的建筑物或围墙结构中，热量都是从温暖的内部空气传导或传递到内表面，然后通过墙或屋顶传导到较冷的外部表面，再传导到外部空气。 对流 热的对流传递即将热的和冷的流体混合，混合可能是由于自然对流的温度差异引起的密度差异的结果，或通过机械方式进行混合，则可能是强制对流。在采暖的建筑物中，对流损失发生在外部冷空气进入建筑物，与较热的内部空气混合，然后通过门或窗，裂缝等排出时。 辐射 通过辐射进行的热传递与通过传导或对流进行的热传递的不同之处在于，完成传递不需要任何物质。 远红外线热能只是辐射的几种形式之一，红外线以直线速度以每秒3亿米的光速传输，对空气的损失最小。可以通过具有高反射性的表面来瞄准，反射或聚焦它。当红外线撞击吸收性物体（例如混凝土，木材，水，油漆，皮肤或衣服）时，它会在表面转化为热量，然后通过传导和对流加热周围的空 气。这种热传递的最好例子是从太阳到地球，而没有热损失到外层空间。绝对零（-460°F）以上的所有物质都会发出辐射或红外线能量。热量的净传递是从一个物体到一个较冷的物体。温暖的物体，包括具有采暖的建筑物内的人，会向墙壁的较冷内壁散发或辐射热量，将热量传导到外表面，然后通过辐射，传导和对流将存储热量均匀地释放到房间中，可促进产生无尘和无菌的空气，从防止对流加热产生令人不适应的空气流动，完全保持静音，温度均匀垂直分布在整个房间。因此，豪赫蒂夫远红外采暖系统房间的墙壁和地板等总是温暖干燥，而不影响空气质量。 第七章热辐射的基本定律 在工程技术中，在日常生活中，辐射换热现象是屡见不鲜的。太阳对大地的照射是最常见的辐射现象。高炉中灼热的火焰会烘烤得人们难以忍受‘太阳对人造卫星的辐射，会使卫星的朝阳面的温度明显地高于卫星背阳面的温度；高温发动机部件与飞机机体之间的辐射换热严重地影响着飞机的结构与强度设计，等等。特别是近年来，人类对太阳能的利用，都大大地促进了人们对辐射换热的研究。 本章首先介绍辐射的基本特性和基本规律；然后重点讨论物体之间的辐射换热规律；最后对气体辐射换热的特点作扼要的介绍。 第一节基本概念 1－1 热辐射的本质和特征 由于不同的原因，物体能够向其所在的空间发射各种不同波长的电磁波；不同波长的电磁波具有不同的效应，人们可以利用不同波长的电磁波效应达到一定的目的。比如，人们可以利用无线电波传送信息，利用x射线穿透物质的能力进行零件探伤，利用热射线传递热能，等等。人们根据电磁波不同效应把电磁波分成若干波段。波长λ＝0.38一0.76μm的电磁波段称为可见光波段λ＝0.76—1000 μm的电磁波段称为红外波段(一般将红外波段范围又分为近红外波段和远红外波段，近红外波段为λ＝0.7—25μm，远红外波段为λ＝25—1000μm)；波长大于1000μm的电磁波段称为无线电波段(根据其波长的不同又可分为雷达、视频和广播三个波段)；波长小于0.4μm的电磁波依次分为紫外线、x射线和Y射线等。可见光和红外线以及紫外线的一部分被物体吸收后产生热效应，即波长λ＝0.1—1000 μm范围内的电磁技能被物体吸收变为热能，因此，这一波长范围的电磁波称为热射线。因为在一般常见的工业温度条件下，其辐射波长均在这一范围，所以本课程所感兴趣的将是热射线，下面将专门讨论这一波长范围内电磁波的发射、传播和吸收的规律。 一、热辐射的本质和特点 1、发射辐射能是各类物质的固有特性。当原子内部的电子受温和振动时，产生交替变化的电场和磁场，发出电磁波向空间传播，这就是辐射。由于自身温度或热运动的原因面激发产生的电磁波传播，就称热辐射。显然，热辐射是电磁波，电磁波的波长范围可从几万分之一微米到数千米，它们的名称和分类如图所示。通常把λ＝0.1—100μm范围的电磁波称热射线，其中包括可见光线、部分紫外线和红外线具有波动和量子特性。 2、特点 热辐射的本质决定了热辐射过程有如下三个特点： 传热系数和导热系数的区别 ------彭彭 热传导：热量总是从温度高的物体传到温度低的物体，这个过程叫做热传导。热传导是 热传递的三种（热对流、热传导、热辐射）方式之一。热传导是固体中热传递的主要方式。在气体或液体中，热传导过程往往和对流同时发生。让一块热的铁块和一块冷的铁块接触，热的铁块会逐渐变冷，冷的铁块会逐渐变热，直到两者温度相同为止，这是热传导的原故。各种物质的热传导性能不同，一般金属都是热的良导体，玻璃、木材、棉毛制品、羽毛、毛皮以及液体和气体都是热的不良导体，石棉的热传导性能极差，常作为绝热材料。热传导只在两种物体相接触并且有温度差时才能进行。 热对流：热传递三种方式（热对流、热传导、热辐射）之一。依靠流体（液体、气体） 体身流动而实现传热的过程称为热对流，简称对流。对流可分自然对流和强迫对流两种。自然对流往往自然发生，是由于温度不均匀而引起的。强迫对流是由于外界的影响对流体搅拌而形成的。例如冬天室内取暖设备是靠室内空气自然对流来传热的。暖气放在窗下，热空气向上，冷空气向下，形热对流，使室内空气变暖。 热辐射：物体因自身的温度而具有向外发射能量的本领，这种热传递的方式叫做热辐射。 热辐射虽然也是热传递的一种方式，但它和热传导、对流不同。它能不依靠媒质把热量直接从一个系统传给另一系统。热辐射以电磁辐射的形式发出能量，温度越高，辐射越强。辐射的波长分布情况也随温度而变，如温度较低时，主要以不可见的红外光进行辐射，在500℃以至更高的温度时，则顺次发射可见光以至紫外辐射。热辐射是远距离传热的主要方式，如太阳的热量就是以热辐射的形式，经过宇宙空间再传给地球的。 传热系数 thermal conductivity又称传热总系数，是传热过程方程式中的一个比例系数，表示固体壁两边的流体间传热的数值。传热现象将传导、对流和辐射3种基本方式一并考虑。传热系数其值是当两边流体间的温度差为1℃时，在单位时间(1小时)内，每单位壁面(1m2)所通过的热量(kJ)，单位为kJ／(m2．h·K)。传热系数愈大，传热效率愈高。《安全工程大辞典》（1995年11月化学工业出版社出版）…… 导热系数：在稳态条件下，1m厚的物体，两侧表面温差为1℃，1h内通过1m2面积传递的热量； 传热系数：在稳态条件下，围护结构两侧空气温差为1℃（1K），1h内通过1m2面积传递的热量； K值只有经试验确定，试验方法上有计算公式 热流系数应该就是两侧温差为1K单位时间内通过的热量热传导与热辐射大作业报告..(精编文档).doc
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