華科大工程傳熱學(xué)教案01緒論VIP

6按照熱力學(xué)的定義，熱是一種傳遞中的能量。傳遞中的能量不外乎是處于無序熱和有序狀態(tài)的功。實際的傳遞過程常常發(fā)生在能量系統(tǒng)處于不平對于一個不可壓縮的熱力學(xué)系統(tǒng)，溫度的高低就反映了系統(tǒng)能量狀態(tài)的高低和單位質(zhì)量系統(tǒng)內(nèi)熱能（或稱熱力學(xué)能，簡稱內(nèi)能）或焓的多少。熱力學(xué)第二定律告訴我們，能量總是自發(fā)地從高能級狀態(tài)向低能級狀態(tài)傳遞和遷移。因此，熱的傳遞和遷移就會發(fā)生在熱系統(tǒng)然界的物體和系統(tǒng)，當(dāng)將其視為一個熱力學(xué)系統(tǒng)時，他們常常是處于不平衡的能量狀態(tài)之一個物體的加熱過程可以視為一個熱力學(xué)過程，熱力學(xué)可以根據(jù)能量一系統(tǒng)最終達到的平衡溫度，以及初始狀態(tài)和最終狀態(tài)之間的能量變化，而傳熱學(xué)則是基于物質(zhì)傳遞熱量的機理，研究該物體在達到平衡以前的任何時刻、任意位置的溫度變從以上的分析可知，傳熱學(xué)是研究熱量傳遞規(guī)律的科學(xué)。它分析各種具體是如何進行的，探求工程及自然現(xiàn)象中熱量傳遞過程的物理本質(zhì)，發(fā)現(xiàn)各種熱現(xiàn)象的傳輸機理，建立能量輸運過程的數(shù)學(xué)模型，分析計算傳熱系統(tǒng)的溫度和熱流水平，揭示熱量傳遞的具體規(guī)律。在一些較為復(fù)雜的場合，則通過計算機模擬加熱爐、熔化爐的熱力設(shè)計；汽車與船用熱力發(fā)動機的工作過程和設(shè)計；機械加工中的熱變形與熱應(yīng)力的控制和預(yù)測；激光成型過程中的傳熱問題；機械電子器件中的熱設(shè)計；材干燥和冷卻問題；環(huán)境工程中的傳熱傳質(zhì)及流體流動問題；航空和航天技術(shù)中的傳熱與流動問題等，都必須用傳熱學(xué)的理論去分析，用傳熱學(xué)的計算方法去處理。因此，學(xué)習(xí)傳熱學(xué)，掌握熱量傳遞過程的基本理論和研究方法，提高分析和處理傳熱問題的能力必然是工傳熱學(xué)要分析和處理的具體問題很多，但歸納起來有兩個大類型。一類是確定在任意時刻物體系統(tǒng)內(nèi)的溫度分布，從而了解系統(tǒng)的特性以便于進行溫度和熱流的調(diào)整與控制及其進行其它的計算，如物體熱應(yīng)力、熱變形計算。另一類是計算和傳熱；為了減少熱設(shè)備散熱，節(jié)約能源，必須削弱傳熱。因此，在給定條件下計算溫度分7Q移的情況下，熱量會從物體的高溫部分傳到低溫部分；此外，不同溫度的物體互相接觸時，熱量也會在相互沒有物質(zhì)轉(zhuǎn)移的情況下，從高溫物體傳遞到低溫物體。這樣一種熱量傳遞的方式被稱為熱傳導(dǎo)或簡稱為導(dǎo)熱（從Qt2Ax0Ax0在熱傳導(dǎo)問題的研究中，畢歐（Boit）在對平板導(dǎo)通過垂直于平板方向上的熱流量正比于平板兩側(cè)的式中，Q為單位時間沿x方向傳導(dǎo)的熱量，稱為熱流量，單位為W；A為垂直于x方向的導(dǎo)熱面積，單位為m2；t1?t2為大平板兩表面之間的溫差，單位為℃（或Kλ為相應(yīng)的單位是W/(m.oC)。上式亦可表示為如下形式，式中，?t/?n稱為溫度梯度，負(fù)號表示熱流密度的方向與溫度梯度的方向相反。式（1-3）2熱對流與對流換熱流體中溫度不同的各部分流體之間，由于發(fā)生相對運動而把熱量由一處帶到另熱現(xiàn)象稱為熱對流，這是一種借助于流體宏觀位移而實現(xiàn)的熱量傳遞過程。實際上流體在進行熱對流的同時熱量的傳導(dǎo)過程也在同時發(fā)生。因此，發(fā)生在流動介質(zhì)中的熱量傳遞是熱傳導(dǎo)與熱對流的綜合過程。工程上還經(jīng)常遇到流體與溫度不同的固體壁面接觸時的熱量交換的情況，這種熱量的傳遞過程稱為對流換熱。由于單一的熱對w8式中，tw是物體表面的溫度；t∞是流體的溫度；u∞u∞3熱輻射物質(zhì)的微觀粒子（分子、原子和電子等）的運動會以光的形式向外輻射能量，我們稱之為電磁輻射。電磁輻射的波長范圍很廣，從長達數(shù)百米的無線電波到小于10-14米的宇宙射線。這些射線不僅產(chǎn)生的原因各不相同，而且性質(zhì)也各異，由此圍繞輻射過程也就構(gòu)成了廣泛的科學(xué)和技術(shù)領(lǐng)域。這里我們僅僅對由物質(zhì)的熱運動（即無序運動）而產(chǎn)生的電磁輻射，以及因這些電磁輻射投射到物體上而引起的熱效應(yīng)感興趣。我們把這一部分電磁輻射稱為熱輻射。凡是溫度高于0[K]的物體都有向外發(fā)射熱射線的能力。物體的溫度越高，一個理想的輻射和吸收能量的物體被稱為黑體。黑體向周圍空間發(fā)射出去的式中，Q為黑體發(fā)射的輻射能；A為物體的輻射表面積，T為絕對溫度，K；σ0為斯蒂芬-式（1-5）是斯蒂芬-玻爾茲曼(Stefen-Boltzmann)定律的一種形式，又稱為輻射四次方定律，是計算熱輻射的基礎(chǔ)。實際物體發(fā)射的輻射能可以用輻射四次方定律的經(jīng)驗Q=εAσ0T4，自然界中的所有物體都在不斷的向周圍空間發(fā)射輻射能，與此同時，又在不斷地吸收來自周圍空間其它物體的輻射能，兩者之間的差額就是物體之間的輻射換熱量。物體表面之間以輻射方式進行的A1T1QQA2T29熱交換過程我們稱之為輻射換熱。對于兩個相距很近的黑體表面，由于一個表面發(fā)射工業(yè)生產(chǎn)中所遇到的許多實際熱交換過程常常是熱介質(zhì)將熱量先傳給換熱表換熱表面的導(dǎo)熱再傳給冷介質(zhì)。這種經(jīng)由熱流體通過固體壁面把熱量傳給冷流體的數(shù)，W/(m2.oC)，是一個表征傳熱過程強烈程度的物理溫?zé)煔夂妥茻釥t料的熱量，通過爐襯和爐外殼傳到爐外空氣，這個過程就屬于一個典型的傳熱過程。設(shè)工業(yè)爐爐內(nèi)的煙氣溫度為tf1，爐外的空氣溫度為tf2，傳熱溫差任何一種物理量都有它的量綱及其計量單位。由于工程技術(shù)中要測量的物理量很當(dāng)選用某幾種量綱作為基本量綱，并且選擇了基本量綱的單位時，就有了相應(yīng)的一些導(dǎo)出中相應(yīng)的單位值?？梢姡瑑烧叩臄?shù)值屬于同一P111μ111υα111c111QW111q111λ11αk112夏季在溫度為20oC的室內(nèi)，穿單衣感到舒適，而冬季在同樣溫度的室3冬天,在太陽下曬過的棉被,晚上睡覺時蓋上1-7宇宙空間可近視看