人们都知道热传导有三种形式
- 格式:doc
- 大小:46.50 KB
- 文档页数:5
热力学三种传热方式
嘿,朋友们!今天咱来聊聊热力学里超重要的三种传热方式。
先来说说热传导吧。
这就好比是一群人排着队传递东西,热量就从温度高的地方顺着这个“队伍”慢慢传到温度低的地方。
你想想,冬天的时候,你为啥觉得靠近暖气就暖和啦?就是因为暖气的热量通过热传导传给了你呀!金属就是热传导的高手,比如铁锅,你在火上一烧,整个锅很快就热起来了,这就是热传导在起作用。
再讲讲对流。
对流就像是一群小伙伴在跳舞,热的那部分小伙伴带着热量往上或者往其他地方跑,冷的小伙伴就补过来,然后再被加热,再跑走,这样不断循环。
就像烧开水的时候,底部的水被加热了就往上跑,上面冷的水就下来,是不是很好理解呀?夏天开风扇觉得凉快,也是因为风扇让空气产生了对流呢。
最后可不能忘了热辐射呀!热辐射就像超人一样,不需要接触就能传递热量。
太阳就是通过热辐射把热量送到地球上的,虽然太阳离我们那么那么远,但我们还是能感受到它的温暖。
还有,你在火边烤火,即使不碰到火,也能感觉到热,这也是热辐射的功劳呀!
这三种传热方式在我们生活中无处不在呢!没有它们,我们的世界会变得很不一样哦。
想想看,如果没有热传导,做饭得多麻烦呀;没有对流,房间里的空气怎么能保持新鲜呢;没有热辐射,我们怎么能享受到阳光的温暖呢?所以说呀,这三种传热方式真的是太重要啦!。
热量传递的三种方式的原理与应用热量传递是物体之间热能传递的过程,三种主要的传热方式是传导、对流和辐射。
本文将介绍每种传热方式的原理和应用。
一、传导传导是通过物质内部分子的碰撞传递热能的方式。
当一个物体的一部分温度升高,其内部分子会以更高的平均动能碰撞周围的分子,将热能传递给相邻的分子。
传导的速度取决于物质的导热性能和温度差异。
传导的应用广泛。
例如,热锅底部传导热量给食物使其加热。
此外,导热材料如铜和铝用于制作散热器,将热能从电子设备中传导出来,以保持设备的正常工作温度。
二、对流对流是通过物质的流动传递热能,主要由流体的混合和运动引起。
当一个区域的物质受热而密度降低时,会上升形成对流上升流。
相反,冷却的物质密度增加,下降形成对流下降流。
对流速率取决于流体的性质、流动性及温度差异。
对流广泛应用于自然界和人类活动中。
例如,气象学中的对流是造成云形成和天气变化的原因之一。
此外,暖气系统通过对流变换空气温度,使室内保持舒适温暖。
三、辐射辐射是通过电磁波传递热能的方式,不需要介质参与。
热能以红外辐射的形式通过空间传递,当辐射遇到物体时,一部分被吸收,一部分被反射,一部分被透过。
辐射的速率取决于物体的温度和表面特性。
辐射被广泛利用。
太阳辐射是地球上的主要热源,被植物进行光合作用,供给生命所需。
在工业中,辐射能用于加热和照明,例如激光切割和紫外线固化。
总结热量传递的三种方式中,传导适用于固体和非流动液体,对流适用于流动液体和气体,而辐射对于任何外部介质都是可行的。
这些方式相互影响,通常同时存在,共同完成热能的传递。
理解热量传递的原理和应用对于优化能源利用和热功效非常重要。
通过合理选择材料、设计和技术手段,可以最大限度地减少能源浪费和热损失,提高效率和节能达到可持续发展的目标。
了解热传递方式的特点和适用范围,能够帮助我们更好地应用于各个领域,并推动科技的发展。
什么是热量传递的三种方式在我们的日常生活和各种科学技术领域中,热量传递是一个极其常见且重要的现象。
从烧开水时热量从火焰传递到水壶,到冬天我们感受到室内外的温差,热量传递无处不在。
热量传递主要有三种方式:热传导、热对流和热辐射。
热传导是热量传递最常见也最基础的方式。
简单来说,热传导就是指由于物质内部的温度差异,导致热量从高温部分向低温部分传递的过程。
这就好比一排排列整齐的士兵,前面的士兵受到冲击往后退,后面的士兵就会依次受到影响而移动。
在固体中,热传导主要是通过晶格振动和自由电子的运动来实现的。
例如,我们握住一根金属棒的一端,将另一端放在火上加热,很快就会感觉到握住的这一端也变热了,这就是热传导的典型例子。
不同的材料具有不同的热传导性能,一般来说,金属是热的良导体,而像木材、塑料、玻璃纤维等则是热的不良导体,也被称为绝热体。
这也是为什么我们用金属锅做饭,而用木头或塑料做锅把,以防止烫手。
热对流则是指流体(液体或气体)中由于温度不均匀而引起的热量传递方式。
当流体的一部分被加热时,它的密度会减小,从而上升;而周围较冷、密度较大的流体则会下沉,填补上升流体原来的位置。
这样就形成了对流循环,从而实现热量的传递。
比如,我们烧开水时,底部受热的水会上升,而上部较冷的水会下沉,不断循环,最终使整壶水都沸腾。
热对流在自然界中也非常常见,比如大气环流和海洋环流,都是大规模的热对流现象。
在工程技术中,我们常常利用热对流来进行冷却或加热,比如汽车发动机的水冷系统和空调的风冷系统。
热辐射是热量传递的另一种重要方式,它与热传导和热对流有着本质的区别。
热辐射不需要任何介质,可以在真空中进行。
它是由物体自身的温度决定的,任何温度高于绝对零度(-27315℃)的物体都会不断地向周围空间发射电磁波,从而传递热量。
这就像一个发光的灯泡,即使在没有空气的真空环境中,它也能通过辐射将热量传递出去。
太阳的热量能够穿越遥远的太空到达地球,主要就是通过热辐射的方式。
热力学传热方式一、热传递的三大法宝大家好,今天我们来聊聊热力学里最有意思的一部分——传热方式。
说到这,你可能会想,热力学听起来多高深,什么传热方式,听起来像是科幻电影里的词儿。
其实吧,这些东西离我们并不远。
无论是冬天你捧着一杯热水,还是厨房里炒菜时油锅里的油炸得滋滋作响,热量都在不断地传递呢。
所以,热传递有三种主要方式:导热、对流和辐射。
导热。
这玩意儿最简单不过了,大家想象一下,如果你拿着一根铁棍,一头放在火上,另一头肯定会变热。
为什么呢?因为铁棒里的分子在受热后,会开始震动,然后把震动传递给周围的分子,最后让另一头也热起来。
这种方式就叫做“导热”。
大家别看它简单,其实它非常普遍。
比如你用铁勺搅汤,勺子把热量从热汤中传导到你手上,你摸到的就是热度。
导热就像是分子之间的小小接力赛。
接下来是对流。
嗯,简单来说就是“热的东西往上走,冷的东西往下掉”。
这种现象可以说是生活中随处可见。
比如冬天你开暖气,热空气上升,冷空气下来循环。
这样形成了一个热空气流,温暖了整个房间。
你看,暖气一开,房间不知不觉就热了。
对流就像是空气中的舞蹈,每个分子都在跳跃、旋转,把热量传递给其他地方。
水里烧水也是一样,锅底的水加热了,上面冷的水就得下去,形成循环,直到水开了。
最后一个,辐射。
这可是个不靠“物质”的传热方式,完全依靠能量的传播。
想想太阳光吧,它是通过辐射把热量传递到地球的。
你站在阳光下,虽然中间空气没变热,但是你能感受到太阳的热量。
其实啊,辐射就像是一种“隐形的触碰”,不需要物质媒介的支持,也能把热量传递得飞快。
是不是很神奇?就像夏天站在阳光下,即便是风吹过,也能感到那股从太阳而来的灼热感,这就是辐射的魔力。
二、这些方式的妙用大家可能会想,这些看似不着边际的知识,和我们有啥关系?咱们生活中处处都能看到它们的身影。
拿导热来说,很多家电都在利用它。
比如,锅底热了之后,锅的把手也会变热,这时候如果用的是不锈钢的把手,那导热得特别快,可能就一不小心就烫到手了。
传热的基本形式范文传热是热力学的一个重要分支,研究热量如何在物质之间传递的过程。
传热的基本形式包括三种传热方式:传导、对流和辐射。
这三种方式都是自然界中常见的传热现象,它们在工程和科学领域中都有重要的应用价值。
**1.传导**传导是物质内部热量传递的方式,它是通过物质内部的分子传递热量的过程。
在传导中,热量从热源传递到冷却源,经过物质内部的分子传递,使得物质的温度发生变化。
传导的速度取决于物质的导热系数和温度梯度,导热系数越大、温度梯度越大,传热速率就越快。
传导可分为三种基本形式:导热、扩散和辐射。
导热是指热量通过物质内部的分子传递的过程,通常发生在固体中,如金属、绝缘体等。
扩散是指热量通过物质内部的分子传递的过程,通常发生在液体和气体中。
辐射是指热量通过电磁波传递的过程,可以在真空中传递,是一种不需要介质的传热方式。
**2.对流**对流是热量传递的一种方式,通过流体的运动将热量传递到物体表面。
对流可以分为自然对流和强制对流两种形式。
自然对流是指热量传递是由流体内部的密度差异产生的,如热源附近的流体受热膨胀、密度减小,导致上升,形成对流运动。
强制对流是指外界施加一定的力场使得流体运动,如风扇、水泵等。
对流是一种比传导更有效的传热方式,适用于流体介质。
对流传热可以通过流体的导热性质、动力学性质、边界条件等来描述。
在对流传热中,流体的导热系数、流速、流体的比热等参数都会影响传热速率。
对流传热过程中流体的状态也会发生变化,如流体温度、流速、密度等。
**3.辐射**辐射是一种热能以电磁波的形式传递的方式,无需介质传递,是一种自发的传热过程。
辐射传热是通过发射、吸收和传播电磁波来实现的。
所有物体都会发射一定波长的辐射,而辐射的强度和频率取决于物体的温度、表面性质等因素。
辐射传热可以通过辐射热通量、黑体辐射、辐射传热系数等参数来描述。
辐射传热的速率受到物体的表面特性、温度差异、介质的影响等因素。
总的来说,传热是热力学中一个重要的研究方向,不同的传热方式在不同的环境和条件下有不同的应用。
热传递热传导热辐射类比《神奇的热传递:热传导、热辐射大揭秘》嘿,同学们!你们知道吗?在我们的日常生活中,有一种特别神奇的现象,那就是热传递!热传递有三种方式:热传导、热辐射,还有热对流。
今天,咱们就来好好聊聊热传导和热辐射这两个有趣的家伙!先来说说热传导吧。
这就好比是排队时的传声筒游戏,一个接一个地传递消息。
热传导也是这样,热量从一个物体的高温部分传到低温部分。
就像冬天的时候,我把手放在热乎乎的暖气片上,哇塞!那股热流就顺着我的手一点点地传遍全身,这不就是热传导嘛!你们想想看,炒菜的时候,铁锅的手柄为什么一开始不烫,炒着炒着就变得烫手了呢?这就是因为锅里的热量通过铁锅这个“小桥梁”传到了手柄上呀!这难道不神奇吗?再来讲讲热辐射。
热辐射就像是太阳公公散发的光芒,不需要任何介质,就能把热量送到我们身边。
难道你们不觉得很奇妙吗?夏天的时候,我们站在太阳底下,就算没有直接接触太阳,也能感受到那火辣辣的热,这就是热辐射的功劳啊!就好像太阳是个超级大的“火炉”,不停地向四周发射着热量“子弹”,而我们就被这些“子弹”击中,变得热乎乎的。
热传导和热辐射,它们虽然不一样,但都在默默地影响着我们的生活。
比如说,我们用烤箱烤蛋糕,烤箱里的发热管通过热辐射把热量传给蛋糕,让蛋糕变得香喷喷的;而我们用热水袋暖手,就是热传导在发挥作用啦。
你们说,要是没有热传导和热辐射,我们的生活会变成什么样呢?冬天是不是会冷得受不了?做饭是不是也变得超级困难?所以说呀,热传导和热辐射就像是我们生活中的两个好帮手,虽然它们看不见摸不着,但却一直在默默地为我们服务。
我们可得好好珍惜它们,好好利用它们,让我们的生活变得更加温暖、更加美好!我觉得,了解热传导和热辐射真的太重要啦,能让我们更好地理解这个世界,也能让我们更聪明地利用这些知识,创造更舒适的生活!你们觉得呢?。
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/mKAA6061型铝合金155 W/mKAA6063型铝合金201 W/mKADC12型铝合金96 W/mKAA1070型铝合金226 W/mKAA1050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.各种铝合金材料根据不同的需要,通过调整配方材料的成分与比例,可以获得各种不同的特性,适合于不同的成形、加工方式,应用于不同的领域.上表中列出的5种不同铝合金中:AA6061与AA6063具有不错的热传导能力与加工性,适合于挤压成形工艺,在散热片加工中被广为采用.ADC12适合于压铸成形,但热传导系数较低,因此散热片加工中通常采用AA1070铝合金代替,可惜加工机械性能方面不及ADC12.AA1050则具有较好的延展性,适合于冲压工艺,多用于制造细薄的鳍片.如何判断芯片是否需要增加散热措施如何判断芯片是否需要增加散热措施【铝合金散热器】第一步:搜集芯片的散热参数.主要有:P、Rja、Rjc、Tj等第二步:计算T c-max:Tc-max=Tj- Rjc*P第三步:计算要达到目标需要的Rca:Rca=(Tc-max-Ta)/P第四步:计算芯片本身的Rca’:Rca’=Rja-Rjc如果Rca大于Rca’,说明不需要增加额外的散热措施.如果Rca小于Rca’,说明需要增加额外的散热措施.比如增加散热器、增加风扇等等.如前所述,Rja不能用于准确的计算芯片的温度,所以这种方法只能用于简单的判断.而不能用于最终的依据.下面举一个简单的例子:例:某芯片功耗——1.7W;Rja——53℃/W;Tj——125℃;Rjc——25℃/W,芯片工作的最大环境温度是50℃.判断该芯片是否需要加散热器,散热器热阻是多少.Tc-max=Tj- Rjc*P=125℃-25℃/W*1.7W=℃Rca=(Tc-max-Ta)/P=(82.5-50)1.7=℃/WRca’=Rja-Rjc=53-25=28℃/WRca小于Rca’,所以需要增加散热器.散热器的热阻假设为Rs,则有:Rs//Rca’小于RcaRs*28/(Rs+28)小于19.12Rs小于℃/W所以选用的散热器热阻必须小于℃/W.在普通的数字电路设计中,我们很少考虑到集成电路的散热,因为低速芯片的功耗一般很小,在正常的自然散热条件下,芯片的温升不会太大.随着芯片速率的不断提高,单个芯片的功耗也逐渐变大,例如:Intel的奔腾CPU的功耗可达到25W.当自然条件的散热已经不能使芯片的温升控制在要求的指标之下时,就需要使用适当的散热措施来加快芯片表面热的释放,使芯片工作在正常温度范围之内.通常条件下,热量的传递包括三种方式:传导、对流和辐射.传导是指直接接触的物体之间热量由温度高的一方向温度较低的一方的传递,对流是借助流体的流动传递热量,而辐射无需借助任何媒介,是发热体直接向周围空间释放热量.在实际应用中,散热的措施有散热器和风扇两种方式或者二者的同时使用.散热器通过和芯片表面的紧密接触使芯片的热量传导到散热器,散热器通常是一块带有很多叶片的热的良导体,℃/W.选择散热器时,除了机械尺寸的考虑之外,最重要的参数就是散热器的热阻.热阻越小,散热器的散热能力越强.散热设计的一些基本原则业裕铝合金散热器散热设计的一些基本原则从有利于散热的角度出发,印制版最好是直立安装,板与板之间的距离一般不应小于2cm,而且器件在印制版上的排列方式应遵循一定的规则:·对于采用自由对流空气冷却的设备,最好是将集成电路(或其它器件)按纵长方式排列,如图3示;对于采用强制空气冷却的设备,最好是将集成电路(或其它器件)按横长方式排列.·同一块印制板上的器件应尽可能按其发热量大小及散热程度分区排列,发热量小或耐热性差的器件(如小信号晶体管、小规模集成电路、电解电容等)放在冷却气流的最上流(入口处),发热量大或耐热性好的器件(如功率晶体管、大规模集成电路等)放在冷却气流最下游.·在水平方向上,大功率器件尽量靠近印制板边沿布置,以便缩短传热路径;在垂直方向上,大功率器件尽量靠近印制板上方布置,以便减少这些器件工作时对其它器件温度的影响.·对温度比较敏感的器件最好安置在温度最低的区域(如设备的底部),千万不要将它放在发热器件的正上方,多个器件最好是在水平面上交错布局.·设备内印制板的散热主要依靠空气流动,所以在设计时要研究空气流动路径,合理配置器件或印制电路板.空气流动时总是趋向于阻力小的地方流动,所以在印制电路板上配置器件时,要避免在某个区域留有较大的空域.整机中多块印制电路板的配置也应注意同样的问题.业裕铝合金散热器-功率器件的散热计算及散热器选择功率器件的散热计算及散热器选择目前的电子产品主要采用贴片式封装器件,但大功率器件及一些功率模块仍然有不少用穿孔式封装,这主要是可方便地安装在散热器上,便于散热。
进行大功率器件及功率模块的散热计算,其目的是在确定的散热条件下选择合适的散热器,以保证器件或模块安全、可靠地工作。
散热计算任何器件在工作时都有一定的损耗,大部分的损耗变成热量。
小功率器件损耗小,无需散热装置。
而大功率器件损耗大,若不采取散热措施,则管芯的温度可达到或超过允许的结温,器件将受到损坏。
因此必须加散热装置,最常用的就是将功率器件安装在散热器上,利用散热器将热量散到周围空间,必要时再加上散热风扇,以一定的风速加强冷却散热。
在某些大型设备的功率器件上还采用流动冷水冷却板,它有更好的散热效果。
散热计算就是在一定的工作条件下,通过计算来确定合适的散热措施及散热器。
功率器件安装在散热器上。
它的主要热流方向是由管芯传到器件的底部,经散热器将热量散到周围空间。
若没有风扇以一定风速冷却,这称为自然冷却或自然对流散热。
热量在传递过程有一定热阻。
由器件管芯传到器件底部的热阻为R JC,器件底部与散热器之间的热阻为R CS,散热器将热量散到周围空间的热阻为R SA,总的热阻R JA=R JC+R CS+R SA。
若器件的最大功率损耗为PD,并已知器件允许的结温为TJ、环境温度为TA,可以按下式求出允许的总热阻R JA。
R JA≤(TJ-TA)/PD则计算最大允许的散热器到环境温度的热阻R SA为R SA≤({T_{J}-T_{A}}\over{P_{D}})-(R JC+R CS)出于为设计留有余地的考虑,一般设TJ为125℃。
环境温度也要考虑较坏的情况,一般设TA=40℃60℃。
R JC的大小与管芯的尺寸封装结构有关,一般可以从器件的数据资料中找到。
R CS的大小与安装技术及器件的封装有关。
如果器件采用导热油脂或导热垫后,再与散热器安装,其R CS典型值为0.1 ℃/W;若器件底面不绝缘,需要另外加云母片绝缘,则其R CS可达1℃/W。
PD为实际的最大损耗功率,可根据不同器件的工作条件计算而得。
这样,R SA可以计算出来,根据计算的R SA值可选合适的散热器了。
散热器简介小型散热器(或称散热片)由铝合金板料经冲压工艺及表面处理制成,而大型散热器由铝合金挤压形成型材,再经机械加工及表面处理制成。
它们有各种形状及尺寸供不同器件安装及不同功耗的器件选用。
散热器一般是标准件,也可提供型材,由用户根据要求切割成一定长度而制成非标准的散热器。
散热器的表面处理有电泳涂漆或黑色氧极化处理,其目的是提高散热效率及绝缘性能。
在自然冷却下可提高10 15%,在通风冷却下可提高3%,电泳涂漆可耐压500 800V。
散热器厂家对不同型号的散热器给出热阻值或给出有关曲线,并且给出在不同散热条件下的不同热阻值。
计算实例一功率运算放大器PA02(APEX公司产品)作低频功放,其电路如图1所示。