第六章 传递过程概论与能量方程.ppt
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1、第六章 传热概论与能量方程,本章讨论热量传递的方式,各种传热过程的机理以及能量方程的推导。,第六章 传热概论与能量方程,热量:在温差的作用下传递的热能的数量。由于温差几乎无处不在,所以热量传递是日常生活和生产实践中普遍存在的物理现象。 热能: 即热力学能。据统计,目前通过热能形式被利用的能源在我国占总能源利用的90以上,世界其它各国平均也超过85。,第六章 传热概论与能量方程,6.1 热量传递的基本方式,三、辐射传热,一、热传导,二、对流传热,第六章 传热概论与能量方程,一、热传导,热量不依靠宏观混合运动而从物体的高温区向低温区移动的过程; 借助于物体分子、原子、离子、自由电子等微观粒子的热运
2、动产生的热量传递,简称导热; 导热在气体、液体和固体中均能发生; 导热的推动力:温度差。,一、热传导,借助于物体分子、原子、离子、自由电子等微观粒子的热运动产生的热量传递,简称导热;,一、热传导,特点: 物体直接接触发生导热 没有流体的宏观移动 纯导热可以发生在固体内部,也可以发生在静止的液体和气体之中 微观上是靠分子、原子或自由电子的振动来完成的,描述导热现象的物理定律为傅立叶定律(Fourier Law),其数学表达式为,导热 通量,热通量与温度梯度方反,热导率或 导热系数,温度梯度,W/m2,一、热传导,W/( m . oC),热导率,单位温度梯度下的热通量。 表征物质热传导能力的大小,
3、是物质的基本物理性质之一,其值与物质的形态、组成、密度、温度及压力有关。,一、热传导,一、热传导,一、热传导,(1)气体和气体中:分子不规则热运动时相互碰撞产生导热,温度升高,动能增大,不同能量水平的分子相互碰撞,使热能从高温传到低温处。 (2)导电固体:自由电子的运动在导热中起主导作用。 (3)非导热固体:通过晶格结构的振动所产生的弹性波来实现导热。 (4)液体的导热机理。,(1)气体的热导率,气体,无关(极高、极低压力除外),常压气体混合物,组分i的摩尔分数,组分i的摩尔质量,一、热传导,(2)液体的热导率,金属液体的热导率比一般的液体要高。 纯液体的热导率比其溶液的要大。,液体,无关,除
4、水和甘油外,一、热传导,3.固体的热导率,纯金属的导热系数与电导率的关系可用魏德曼(Wiedeman)-弗兰兹(Franz)方程描述,良好的电导体必然是良好的导热体,反之亦然。,热导率,电导率,洛伦兹 (Lorvenz)数,一、热传导,大多数均质固体,热导率与温度近似呈线性:,大多数金属材料, 0,0 oC 时的 导热系数,温度系数,注意,k 一般为平均导热系数。,若沿各方向的导热系数相等 多维导热同性。,一、热传导,由于流体的宏观运动使不同温度的流体相对位移而产生的热量传递现象。,对流传热,强制对流传热,自然对流传热,外力作用引起;,流体的密度差引起。,二、对流传热,凝结换热,沸腾换热,二、
5、对流传热,特点:热对流只发生在流体之中,并伴随有微观粒子热运动而产生的导热。,对流换热:,流体与相互接触的固体表面之间的热量传递现象,是导热和热对流两种基本传热方式共同作用的结果。,本课程研究的对流传递包括:运动流体与固体壁面之间的热量传递;两个不互溶流体在界面的热量传递。,二、对流传热,对流传热速率可由牛顿冷却定律描述,即:,对流传热通量,对流传热系数或膜系数,流体与壁面间温度差,W/m2,二、对流传热,二、对流传热,h 的大小反映对流换热的强弱,与以下因素有关:,(1)流体的物性(热导率、粘度、密度、比热容);,(2)流体流动的形态(层流、紊流);,(3)流动的成因(自然对流或受迫对流);
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