发布时间 : 星期日 文章传热学绪论更新完毕开始阅读
ht0.doc 绪论 ５
?T?2
Eb?Cb?? W／m
?100?T4)A W (0－5b) ??Cb(1004式中 Eb——黑体辐射力， W／m2 ；
?b——斯蒂芬—玻尔茨曼常量，亦称黑体辐射常数，?b=5.67 ×10?8
W/(m2?K4)
Cb——黑体辐射系数，Cb?5.67 W/(m2?K4)； T——黑体表面的热力学温度， K。
一切实际物体的辐射力都低于同温度下黑体的辐射力，等于 E???bT4 W／m2
T4) W／m2 (0－5c) E??Cb(100式中 ε为实际物体表面的发射率，也称黑度，其值处于0～1之间。
物体间靠热辐射进行的热量传递称为辐射换热，它的特点是：在热辐射过程中伴随着能量形式的转换(物体内能→电磁波能→物体内能)；不需要冷热物体直接接触；不论温度高低，物体都在不停地相互发射电磁波能，相互辐射能量，高温物体辐射给低温物体的能量大于低温物体向高温物体辐射的能量，总的结果是热由高温传到低温。 两个无限大的平行平面间的热辐射是最简单的辐射换热问题，设它的两表面热力学温度分别为T1 和 T2 ，且T1＞T2，则单位面积高温表面在单位时间内以辐射方式传递给低温表面的辐射换热热流密度的计算式是：
??T1?4?T2?4?2 q?C1,2??????? W/m (0－5d)
??100?????100???T1?4?T2?4?或Am上的辐射热流量 ??C1,2???????A W (0－5e)
???100??100???式中C1,2称为 l和2两表面间的系统辐射系数， 它取决于辐射表面材料性质及状态，其
2值在0～5.67之间。关于辐射换热热阻的表述，将在第九章讨论。本书的辐射换热部分将论述热辐射的宏观规律及若干典型条件下的辐射换热计算方法。
0－2传 热 过 程
工程中经常遇到冷热两种流体隔着固体壁面的换热，即热量从壁一侧的高温流体通
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过壁传给另一侧的低温流体的过程，称为传热过程。在初步了解前述基本热传递方式后，即可导出传热过程的基本计算式。设有一大平壁，面积为A；它的一侧为温度tf1的热流体，另一侧为温度tf2 的冷流体；两侧表面传热系数分别为h1及h2；壁面温度则分别为tw1和tw2；壁的材料导热系数为?；厚度为?；如图0—2所示。又设传热工况不随时间变化，即各处温度及传热量不随时间改变，传热过程处于稳态；壁的长和宽均远大于它的厚度，可认为热流方向与壁面垂直。若将该传热过程中各处的温度描绘在 t~x 坐标图上,将如图中的曲线所示，即该传热过程的温度分布线。按图0—1的分析方法，整个传热过程分三段分别用下列三式表达：
图 0－2 两流体间的热传递过程
热量由热流体以对流换热方式传给壁左侧，按式(0－4)，其热流密度为： q?h1tf1?tw1 该热量又以导热方式通过壁，按式(0－1) q????tw1?tw2 ???它再由壁右侧以对流换热方式传给冷流体，即 q?h2tw2?tf2
在稳态情况下，以上三式的热流密度q相等，把它们改写为：
tf1?tw1?q/h1??? tw1?tw2?q/??
???tw2?tf2?q/h2??三式相加，消去tw1 及tw2, 整理后得该壁传热热流密度 q?11?1??h1?h2?tf1?tf2?
?ktf1?tf2??W/m2 (0－6a)
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对A m2的平壁，传热热流量?则为： ??qA?ktf1?tf2A式中
k?11?1??h1?h2?? W (0－6b)
W／(m2·K) (0－7)
k称为传热系数，它表明单位时间、单位壁面积上，冷热流体间温差1度时所传递的热量，k的单位是J/(m2?s?K) 或W／(m2·K)，故k值的大小反映了传热过程的强弱。为理解它的意义, 按热阻形式改写式(0－6 a)，得 q?tf1?tf2?t? W／m2 (0－6c) 1RkkRk即为平壁单位面积传热热阻： Rk?11?1 m2·K／W (0－8) ???kh1?h2可见传热过程的热阻等于冷、热流体与壁之间的对流换热热阻及壁的导热热阻之和，相当于串联电阻的计算方法，掌握这一点对于分析和计算传热过程就十分方便。由传热热阻的组成不难认识，传热阻力的大小与流体的性质、流动情况、壁的材料以及形状等许多因素有关，所以它的数值变化范围很大。例如，建筑物室内空气和物体通过240mm 厚砖墙向周围环境的散热过程的k值约为2 W／(m2·K)，如果墙外贴上几厘米厚的高效保温层则可使它降到0.5；建筑物围护结构和热力管道的保温层的作用是减少热损失，保温材料的导热系数越小，k值越小，保温性能越好；而在蒸汽热水器中，k值可达5000 W／(m2·K)，其值越大，传热越好。书末附录11列有各类情况下k值的概略范围，可供参考。
综上所述，学习传热学的目的概括起来就是：认识传热规律；计算各种情况下的传热量或热传过程中的温度及其分布；掌握增强或削弱传热过程的措施以及对传热现象进行实验研究的方法。
本书采用国际单位制，为方便起见，附录1列出传热计算中常用的国际单位制与工程单位制的换算表。
本书各章均有小结，它将指出该章的中心内容，学习思路及对学习该章的基本要求，对复习会有一定的指导作用。
本书各章的例题，将力求与该章的主要概念密切结合，例题附有分析讨论，用数据
ht0.doc 绪论 ８
来加强对概念的理解和掌握，并有助于与实际工程问题的联系。
小 结
绪论概述了传热学应用的实例及其广泛性。介绍了本书的主要内容，即导热、对流换热、热辐射、传热等部分最基本的计算式。学习绪论的基本要求是：
(1) 掌握一些基本概念，如导热、热对流、对流换热、热辐射、辐射换热、传热、传质，热阻等；认清那些是热量传递基本方式？
(2) 在以后的传热学学习中，将会经常使用上述一些基本计算式，因此需要理解和熟练掌握式(0－1)至式(0－8)各式的意义及各物理量的单位。 (3) 综合本专业特点初步了解学习传热学的目的。
【例0-1】某住宅砖墙壁厚?1=240 mm，其导热系数?1=0．6 W/(m·K)，墙壁内外两侧的表面传热系数分别为：h1=7．5 W／(m2·K)，h2=10 W／(m2·K)，冬季内外两侧空气温度分别为tf1=20℃和tf2=－5℃，试计算墙壁的各项热阻、传热系数以及热流密度?为减少墙壁的散热损失，节约能源，特在墙的一侧加装厚度?2=50mm的聚苯乙烯硬质泡沫塑料保温层，其导热系数?2=0.03 W/(m·K)，试问改造后墙壁的传热会发生什么变化？
【解】 无保温层时单位壁面积各项热阻 Rh1 = R??11==0.133 h17.5?10.24??0.4 ?10.611??0.1 m2?K／W h210 Rh2?∴传热热阻(单位面积)
Rk?Rh1?R??Rh2?0.133?0.4?0.1?0.633 m2·K/W 如是无保温层时砖墙壁的传热系数 k=
11??1.58 W／(m2·K) Rk0.633热流密度为：
q?k?t?1.58??20?5??39.5 W／m2 加装保温层后墙体的导热热阻等于砖层与保温层两者之和：