生活中的传热学11

传热学知识嘿，你有没有想过，为什么冬天我们要穿上厚厚的棉衣，夏天又渴望躲在阴凉里呢？这可都和传热学知识有着千丝万缕的联系呢！今天呀，我就来给你好好唠唠传热学这档子事儿。

我记得小时候，家里有个暖水瓶。

那时候就特别好奇，为啥这个瓶子能让热水在里面长时间保持热度呢？后来才知道，这就涉及到传热学里的热传导和热辐射的知识啦。

暖水瓶有两层玻璃，中间抽成了真空。

你想啊，热传导需要介质，这真空里啥都没有，就像一道坚固的防线，把热量死死地困在里面。

就好比一群小蚂蚁想从这边走到那边，结果中间突然出现了一条巨大的沟壑，根本过不去呀！而那光亮的内胆涂层呢，又能减少热辐射。

这热辐射啊，就像那些无形的小使者，总是想把热量悄悄地散发出去。

不过暖水瓶内胆的涂层就像是给这些小使者设了个障碍，让它们难以得逞。

有一次，我和朋友出去野营。

我们在野外生火做饭，那时候我就发现了很多传热学的有趣现象。

我们用铁锅在火上煮饭，火苗舔着锅底，热量就迅速地从火焰传递到了锅里。

这就是热传导在发挥作用啦。

锅里的水开始变热，慢慢地沸腾起来。

我那朋友就问我：“你说这火这么热，为啥锅铲的木柄不烫呢？”我就得意洋洋地给他解释起来。

这木柄啊，是热的不良导体，就像一个反应特别迟钝的小懒虫。

热量传递到锅铲的金属部分时，就像遇到了一堵墙，很难再往木柄那边跑了。

这就跟让一个跑步健将在泥巴地里跑步一样，速度一下子就降下来了。

在日常生活中，传热学知识无处不在。

就拿我们住的房子来说吧。

冬天的时候，如果房子的保温不好，那可就像住在冰窖里一样难受。

热量会通过墙壁、窗户等地方偷偷地溜走。

这时候就需要用到一些保温材料啦，像岩棉、聚苯乙烯泡沫板之类的。

这些材料就像是一群忠诚的卫士，紧紧地把热量守在屋子里。

要是没有它们，那我们取暖的费用可就要像火箭一样飙升啦，多不划算啊！再说说夏天，我们都喜欢吹空调。

空调是怎么让房间变凉快的呢？其实就是通过制冷系统，把室内的热量搬运到室外去。

这就像有一个勤劳的小搬运工，不停地把那些让我们觉得热的“捣蛋分子”运走。

问题1 冬天，经过在白天太阳底下晒过的棉被，晚上盖起来为什么感到很暖和？并且经过拍打以后，为什么效果更加明显？回答：棉被经过晾晒以后，可使棉花的空隙里进入更多的空气。

而空气在狭小的棉絮空间里的热量传递方式主要是导热，由于空气的导热系数较小，具有良好的保温性能。

而经过拍打的棉被可以让更多的空气进入，因而效果更明显。

问题2 冬天，在相同的室外温度条件下，为什么有风比无风时感到更冷些？回答：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。

讨论：读者应注意的是人对冷暖感觉的衡量指标是散热量的大小而不是温度的高低，即当人体散热量低时感到热，散热量高时感到冷，经验告诉我们，当人的皮肤散热热流为58W/㎡时感到热，为232W/㎡时感到舒服，为696W/㎡时感到凉快，而大于为928W/㎡时感到冷。

问题3 夏季在维持20℃室内工作，穿单衣感到舒适，而冬季保持在22℃的室内工作时，为什么必须穿绒衣才觉得舒服？回答：首先，冬季和夏季的最大区别是室外温度不同。

夏季室外温度比室内温度高，因此通过墙壁的热量传递方向是由室外传向室内。

而冬季室外气温比室内气温低，通过墙壁的热量传递方向是由室内传向室外。

因此冬季和夏季墙壁内表面温度不同，夏季高而冬季低。

因此，尽管冬季室内温度22℃比夏季略高20℃，但人体在冬季通过辐射与墙壁的散热比夏季高很多。

根据上题人体对冷暖的感受主要是散热量的原理，在冬季散热量大，因此要穿厚一些的绒衣。

问题4 利用同一冰箱储存相同的物质时，试问结霜的冰箱耗电量大还是未结霜的冰箱耗电量大？回答：当其它条件相同时，冰箱的结霜相当于在冰箱蒸发器和冰箱冷冻室（或冷藏室）之间增加了一个附加热阻，因此，要达到相同的制冷室温度，必然要求蒸发器处于更低的温度。

11. 传热过程分析与换热器计算11.1 知识结构1． 传热系数k （平壁，圆桶壁，肋壁）； 2． 热绝缘临界直径；3． 肋壁传热（肋化系数β，肋效率ηf ，肋面总效率ηo ）； 4． 平均温压Δt m ；5． 换热器计算（设计、校核）（平均温压法、ε-NTU 法）； 6． 污垢热阻，传热过程分热阻的威尔逊图解法； 7． 换热器的型式与特点； 8． 传热的强化与削弱。

11.2 重点内容剖析11.2.1 传热过程分析与计算 一. 传热计算公式与传热系数传热量计算公式： ()k f f f f f f R t t kAt t t t kA 2121211-=-=-=Φ (11-1) 式中：k(传热系数)——传热强弱的度量参数，数值上等于单位传热温差作用下的热流密度。

R k ——传热过程总热阻。

1. 平壁传热热阻和传热系数A h A A h R k 2111++=λδ (11-2) 211111h h AR k k ++==λ (11-3)2. 圆筒壁传热热阻和传热系数ld h d d l l d h A h d d l A h R o o i o i i o o i o i i k ππλππλ1ln 2111ln 211++=++= (11-4)传热系数：（1）以外表面积为基准(l d A o o π=)oi o o i o i ok h d d d d d h A R k 1ln 2111++==λ (11-5)（2）以内表面积为基准(l d A i i π=)oi o i o i i ok d d h d d d h A R k 1ln 2111++==λ (11-6) 热绝缘临界直径：由圆筒壁传热热阻公式可见，对于圆管外保温，随着保温层厚度的增加，导热热阻增加，而外层换热热阻减小，总热阻的极值点外径为临界直径。

令：011212=⋅-=∂∂o o o o k d l h d l d R ππλ ocr o o h d d h λλ20121=⇒=-⇒ (11-7) 由于保温材料的导热系数较小，临界直径一般很小，对于热力工程保温一般无须考虑。

生活中辐射传热的例子引言辐射传热是一种非接触的热传递方式，在我们的日常生活中无处不在。

从阳光照射到地球上，到微波炉加热食物，辐射传热的例子随处可见。

本文将探讨几个生活中常见的辐射传热现象，并解释其原理和应用。

电热毯原理电热毯是一种利用辐射传热加热的家用电器。

它内部包含一些发热线圈，通过电流产生热量，然后以辐射的形式传递到周围的环境和人体上。

应用•在冬季寒冷的夜晚，人们可以使用电热毯来增加床上的温暖。

•电热毯还可以帮助缓解肌肉酸痛和关节疼痛，促进血液循环。

太阳能热水器原理太阳能热水器利用太阳能辐射传热的原理来加热水。

太阳能热水器通常由太阳能集热器、储热器和水箱组成。

太阳能集热器吸收太阳辐射的能量，将其转化为热量，然后通过传导和辐射的方式传递给水箱中的水。

应用•太阳能热水器是一种环保、节能的热水供应方式，可以减少对传统能源的依赖。

•在阳光充足的地区，太阳能热水器可以提供稳定和可持续的热水供应。

红外线热感应仪原理红外线热感应仪可以通过红外辐射传热的原理来检测物体的热能分布。

它通过感应红外线辐射的强弱来显示出不同物体的温度差异。

应用•红外线热感应仪常用在工业领域，可用于检测设备运行时的温度异常或故障。

•在建筑领域，红外线热感应仪可以检测建筑物的热漏点，帮助提高能源利用效率。

火炉原理火炉是一种利用辐射传热的加热设备。

火炉内部燃烧燃料，产生高温烟气，这些烟气通过辐射的方式将热量传递给周围的物体。

应用•火炉常用于供暖和烹饪，特别是在没有中央供暖系统的地区。

•在一些工业过程中，火炉还可以用于熔炼金属和烧结陶瓷等。

微波炉原理微波炉是一种利用微波辐射传热的设备。

微波炉产生的微波能量通过辐射传递到食物中，使其分子振动，从而产生热量。

应用•微波炉被广泛应用于食品加热和解冻。

与传统炉灶相比，微波炉能更快速地加热食物。

•微波炉还可以用于家庭实验和科学研究，如测量微波辐射的强度和频率。

总结辐射传热是我们日常生活中常见的热传递方式之一。

生活中常见的热学现象分析物理和我们的实际生活有很大联系，在教材课本上能够学习到的知识，我们几乎都可以在日常生活中看见。

热学是物理知识中最关键的组成结构，在生活中我们经常可以看见热学现象，观察这些现象能够有助于我们更好地学习物理知识。

本文就以实际生活现象为例子，详细地阐述物理中的热学现象。

一、热传递与热膨胀相关的热学现象所谓热传递，其就是指因为温度差导致的热能传递现象。

在整个热传递中，用热量量度物体内能改变。

热传递主要存在热传导、热辐射和热对流三种模式。

例如在生活中我们经常可以看见热学现象：若是直接使用手去端盛菜的盘子就会感到烫手，以及我们在做饭时候使用的锅铲、汤勺等工具的手柄都是用木料做成的，这样做的原因是木料不会传热与导热，以此来防止在做菜时被热量烫到手。

所以热传递一般是根据物体是否是良导体来决定，这也是一种热传导的现象。

或者是我们冬天用烤火炉烤火取暖的时候，只要是在烤火炉旁边，就能够感受到一定的热度，这种现象主要是热传递中的热辐射现象，热辐射属于热传递的一种方式，不含化学物质，不会对人造成伤害。

而热对流也是我们生活中经常能够看见的一种，例如在使用电水壶烧开水的时候，我们主要将盖子打开，就能够看见热水与冷水之间的对流。

再比如打开刚用热水泡得茶，可以看到因为热对流而形成的空气对流。

经过对这些现象的分析，我们就能够知道在热学中的热传递只要在物体内部或物体间有温度差存在，热能就一定会以上述三种方式中的一种或者是多种方式，从高温到低温处传递。

二、物体状态变化的热学现象物体状态的变化也可以理解成为我们物理知识中的物态变化，具体是指将物质从一种状态转化成为另外一种状态的过程，其中的液化、气化以及凝固等相关的形式。

在发生物态变化之时，物体需要吸热或放热。

在物体从高密度向低密度转化时即为吸热从低密度向高密度转化时即为放热。

在我们生活中有很多和物态变化有关的热学现象。

比如在夏天的时候将冰块放在室外，很快就会融化成为水，这就是从固态转换成液态的现象，在这个过程中冰块吸热。

与传热有关的生活知识1. 保温瓶在设计和使用中采取了那些防止热损失的措施？答：倒一杯开水，任它放著，不久就涼了。

你想过吗，为什么热水会变凉的呢？原来这杯热水在它变成冷水之前，受着三种因素的作用：第一，周围的环境比它冷，热分子是非常活跃的，它不断跑到冷空气里去，以求得跟外界的温度一样，这叫做热的对流。

第二，如果你在杯口上加一个盖，把对流的路断了，这杯水还是会冷的，不过时间要长些。

現在的问题不是对流了，而是杯子有传热的性质，這叫做热的传导。

第三，即使你想办法解决了杯子的传热问题，水还是会冷的。

太阳射到我们身上，我们感到热呼呼的，这个热既不是对流过来的，也不是传导过来的，而是像光线一样，直射过来的，这叫做热的辐射。

夏天晚上，太阳已经下山了，但朝西的墙壁，还是散发着热，这也是热的辐射。

因为热的辐射跟光的辐射一样，所以解决辐射问题最好的办法是把它挡回去。

反射光线最好的是镜子，反射热最好的也是镜子。

一只热水瓶胆，我们用塞子把它对流的路切断；用真空的办法把它传导的路切断；留下来的只有辐射了。

把瓶胆涂上银，不是就像镜子一样了吗？这层银把热辐射挡了回去。

第一，保温瓶瓶胆设计成玻璃夹层结构，夹层空气被抽出至接近真空，可防止对流散热损失。

第二，瓶胆夹层内表面镀有银、铝等低黑度涂层，大幅度降低了辐射散热量。

第三，瓶盖选用导热系数很小的软木制作，而且在灌水时在瓶颈处留有一段空气柱，因为空气的导热系数比水小得多，从而降低了瓶口的导热损失。

如果把暖水瓶的外壳拿掉，你就会看到暖水瓶里有一个玻璃做的胆。

这个胆是用两层玻璃制的，中间没有空气，是一个“真空”。

“真空”有一个特殊的本领，就是不容易传热。

往瓶胆里灌了热水后，里面的热量不容易传出去，外面的冷也不容易传进来，热水就不容易变凉了。

另外，暖水瓶胆上，还涂有光闪闪的一层银，它能把瓶胆里传出来的热反射回去。

再加上瓶口上的软木塞，也不容易传热，所以，暖水瓶里的热水就不容易凉。

保温瓶是用玻璃做的，瓶塞选用软木塞，瓶胆下面垫有橡皮垫，这些材料都是不容易传热的物体，隔断了热传导的通路。