《传热学》第一讲20140307

t t f 1 f 2

A ( t t ) f 1 f 2
=146.8 W

②单层玻璃窗情形：
A ( t t ) 1 . 1 1 . 2 [ 25 ( 10 )] f 1 f 2 Φ 363 . 37 W 2 3 1 1 1 11 10 1 h h 20 1 . 05 15 1 1 2
K ) 厚3mm，导热系数为1.05 W/(m ；中间空 气层厚度为5mm，设空气间隙仅起导热作用， 2 导热系数为 2 。室内空气温度 . 6 0 1 0 W / ( m K ) 2 为25℃，表面传热系数为20W/(m ；室外 K) 空气温度为-10℃，表面传热系数为15W/(m2 K). 试计算通过双层玻璃窗的散热量，并与同样厚 度单层玻璃窗相比较。假定在两种情况下，室 内、室外空气温度及表面传热系数相同。
[例1-6]冬天，在相同的室外温度条件下，为 什么有风比无风感到更冷些？ 解：假定人体表面温度相同时，人体的散热在 有风时相当于强制对流换热，而在无风时属自 然对流换热（不考虑热辐射或假定辐射换热量 相同时）。而空气的强制对流换热强度要比自 然对流强烈。因而在有风时从人体带走的热量 更多，所以感到更冷一些。
持在 tw1 150 C 和tw2 1 0 0 C。试求不同材料时的热 流密度：(1) 的铜材，(2) 3 8 9 W / ( m K ) 5 0 W / ( m K ) 的铸铁，(3) 的石棉。 0 . 1 3 W / ( m K )
解：①双层玻璃窗情形，由传热过程计算式:
Φ 1 1 1 1 1 1 2 3 1 3 2 h A1 A2 A3 A h Ah 1 2 1 1 2 3 h 2

工程热力学研究平衡过程（冷热介质的温差逐渐趋于无限小） 和可逆过程（理想过程），传热学研究的是非平衡过程和不可 逆过程（有能量损失和耗散）
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热力学 +

系统从一个平衡态到 另一个平衡态的过程 中传递热量的多少。
传热学 = 热科学(Thermal Science)

关心的是热量传 递的过程，即热 量传递的速率。

q：热流密度，单位时间通过单位面积传递的热量 A：垂直于导热方向的截面积
平壁的厚度[m]；
热导率(导热系数)
平壁两侧壁温之差 C
tf2, h2
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热导率 (导热系数) (Thermal conductivity)
单位厚度(1m)、单位温度差（1K）物体，在它的单位面 积上(1m2)、每单位时间(1s)的导热量(J)。
工程热力学不考虑能量传递过程所需要的时间，研究热力过程 进行的条件、方向和深度，研究能量转换和传递的数量关系和 能量利用的品质；传热学则引入时间的概念，研究在不同方式 下热量传递的动态过程，研究热力设备在单位时间内传递热量 的效能。
工程热力学不考虑热力设备在不同地点的参数变化，研究热力 过程的起始点的状态参数变化；传热学则引入空间的概念，研 究热力设备场空间的物理参数。
黑体在单位时间内向外发出的辐射能：
— 黑体表面的绝对温度（热力学温度）K
— 斯蒂芬-玻尔兹曼常数，或称黑体辐射常数
— 黑体辐射表面积 [m2 ]
一切实际物体辐射能力都小于同温度下的黑体
AT 4 [W]
— 实际物体表面的发射率（黑度），0~1；与物体 的种类、表面状况和温度有关
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对流换热

通过对大量实际导热问题的经验提炼，导热现象的规律 已经总结为傅里叶定律，又称导热基本定律。
液氮、液氧的低温容器设备（称杜瓦瓶）的设计，由于 采取了减少热量传递的措施，使得在垂直于杜瓦瓶壁面方 向的热量传递减少到采取措施之前的千分之一，甚至更少， 从而有效地防止了瓶内低温液体的蒸发，减少了能量损失。
传热学基础
——传热学应用
3、温度控制
为使一些设备能安全经济的运行，或者为得到优质产品， 要对热量传递过程中物体关键部位的温度进行控制。
1、强化传热
即在一定的条件（如一定的温差、体积、重量或泵功等） 下增加所传递的热量。
以家用空调为例：最近20年，家用空调广泛进入民众 家庭，家用空调的尺寸不断缩小，并且能耗也在不断降低， 这主要归功于强化传热弱传热，或称绝缘传热
即在一定条件下使热量的传递减到最小。热绝缘类型的 问题主要对于高温的设备，目的是减少散热损失，或称减 少漏热；对于低温的设备，主要就是减少冷量的损失。
还有就是，人们衣着随季节而变化这一现象就涉及 上面所属的三种类型的问题：在冬天利用保温性能好的衣 服来削弱人体向外的散热，在夏天则是通过较多的裸露皮 肤以及穿白色的衣服增加人体向环境的散热，而这样做的 目的就是要把人体的温度控制在一定的范围以内。
传热学基础
——传热学应用
传热学的应用是将节约能源作为贯穿始终的一条主线。
热量传递的强化与削弱紧密地与节能措施联系起来，通 过学习不仅了解节约能源的技术和方法，并且树立起“节 能优先”的基本观点。也就是传热学学习和研究的目的所 在。
传热学基础
——热传导
热能传递的三种基本方式
热能的传递有三种基本方式：热传导、热对流与热辐射。 分别简述如下：
一、热传导
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能传递称为热传 导，简称导热。例如，固体内部热量从温度较高的部分传 递到温度较低的部分，以及温度较高的固体把热量传递给 与之接触的温度较低的另一固体都是导热现象。

传热过程：热量由壁面一侧的流体通过壁面传递到
另一侧流体中去的过程。
传热方程： = kA(t fi t fo )
传热系数 W /(m2 K )
例：平壁中导热和对流综合传热
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t fi t fo
t fi
1
Ahi

t fo

1
A
Aho
t fi hi

A, ,
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表1 一些表面传热系数的数值范围
对流换热类型 空气自然对流换热 水自然对流换热 空气强迫对流换热 水强迫对流换热
水沸腾 水蒸气凝结
表面传热系数 h (W /( m2K) ) 1～10
200～1000 10～100
100～15000 2500～35000 5000～25000
= AT 4
——斯忒藩—玻耳兹曼常数，又称为黑体辐射常数，
5.67×10-8 W/(m2K4)；
T ——绝对温度，K。
3.实际物体：
= AT 4
——黑度（又称发射率）。
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四、辐射换热
1.定义: 物体间靠热辐射进行的热量传递。
高温 物体
低温 物体
2.黑体间的辐射换热 以无限靠近的黑体平板为例：
t fo ho
=
1
t fi t fo

1
=
A(t fi t fo )
1 1
Ahi A Aho hi ho
= kA(t fi t fo )
1
k = 1 1 hi ho
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工程传热学