热量传输概述.ppt

材料成型传输原理热量传输,单击此处编辑母版标题样式,单击此处编辑母版文本样式,第二级,第三级,第四级,第五级,*,单击此处编辑母版标题样式,单击此处编辑母版文本样式,第二级,第三级,第四级,第五级,*,热量传输概述,内容提要,第一章 热量传输概述,第二章 导热基本定律和导热微分方程,第三章 稳态导热分析,第四章 非稳态导热分析,第五章 对流换热,第六章 辐射换热,第一章 热量传输概述,第一章 热量传输概述,第二章 导热基本定律和导热微分方程,第三章 稳态导热分析,第四章 非稳态导热分析,第五章 对流换热,第六章 辐射换热,一、研究对象和任务,(1),研究,热量传递,规律的科学，具体来讲主要有,热量传递的机理,、,规律,、,计算,和,测试方法,(2),热量传递过程的推动力：,温差,热力学第二定律：热量可以自发地由高温热源传给低温热源,有温差就会有传热,温差是热量传递的推动力,(3),日常生活中的例子：,a.为什么用手触摸铁比触摸木头感觉凉？,主要原因是铁的导热系数比木头的导热系数大，在300K温度下，纯铁的导热系数是80.2,W/m,K,，木头（硬木）约为0.16,W/m,K,。,b.,夏天人在同样温度（如：,25,度）的空气和水中的感觉不一样。为什么？,c.,下列技术领域大量存在传热问题,动力、化工、制冷、建筑、机械制造、新能源、微电子、核能、航空航天、微机电系统（,MEMS,）、新材料、军事科学与技术、生命科学与生物技术,d.,几个特殊领域中的具体应用,航空航天：,高温叶片气膜冷却与发汗冷却；火箭推力室的再生冷却与发汗冷却；卫星与空间站热控制；空间飞行器重返大气层冷却；超高音速飞行器（Ma=10）冷却；核热火箭、电火箭；微型火箭（电火箭、化学火箭）；太阳能高空无人飞机,微电子：,电子芯片冷却,生物医学：,肿瘤高温热疗；生物芯片；组织与器官的冷冻保存,军事：,飞机、坦克；激光武器；弹药贮存,制冷：,汽车空调/热泵；高温水源热泵,新能源：,太阳能；燃料电池,（,4,）传热过程的分类,按温度与时间的依变关系，可分为,稳态,和,非稳态,两大类。,二、热量传输的基本方式,热量传递的三种基本方式：,导热,(,热传导,),对流,(,热对流,),热辐射,1.,导热（热传导）,(Conduction),(1),定义：,指温度不同的物体各部分或温度不同的两物体间直接接触时，依靠分子、原子及自由电子等微观粒子热运动而进行的热量传递现象。,(2),物质的属性：,可以在固体、液体、气体中发生,(3),导热的特点,a,必须有温差；,b,物体直接接触；,c,依靠分子、原子及自由电子等微观粒子热运动而传递热量。,2.,对流（热对流）,(Convection),(1),定义：,流体中（气体或液体）温度不同的各部分之间，由于发生相对的宏观运动而把热量由一处传递到另一处的现象。,(2),对流换热特点：,当流体流过一个物体表面时的热量传递过程，它与单纯的对流不同，具有如下特点：,a,导热与热对流同时存在的复杂热传递过程,b,必须有直接接触（流体与壁面）和宏观运动；也必须有温差,c,壁面处会形成速度梯度很大的,边界层,（,3,）对流换热的分类,无相变：强迫对流和自然对流,有相变：沸腾换热和凝结换热,对流换热中边界层的示意图,3.,热辐射,(Thermal radiation),(1),定义：,有热运动产生的，以电磁波形式传递能量的现象,(2),特点：,a,任何物体，只要温度高于,0 K,，就会不停地向周围空间发出热辐射；,b,可以在真空中传播；,c,伴随能量形式的转变：热,电磁波,热；,(3),生活中的例子：,a,当你靠近火的时候，会感到面向火的一面比背面热；,b,冬天的夜晚，呆在有窗帘的屋子内会感到比没有窗帘时要舒服；,c,太阳能传递到地面；,d,冬天，蔬菜大棚内的空气温度在,0,以上，但地面却可能结冰。,d,具有强烈的方向性；,e,辐射能与温度和波长均有关；,f,发射辐射取决于温度的,4,次方。,三、温度场（,Temperature field,）,1.,温度场：,物体中温度随空间和时间的变化规律。,x,x,x,y,y,z,z,M(r,),M(r,z),M(x,y,z),r,y,r,z,2.,稳态温度场,与,非稳态温度场,（,1,）,稳态温度场：,传热体系中物体各点温度虽然不同，但各点温度不随传热过程进行而变化，只是,坐标的函数,（即只与空间位置有关而与,时间无关,）。,稳态温度场内没有产生热量的蓄存或释放，而只起着传热介质的作用。,动量传输中的不可压缩。,（,2,）非稳态温度场：,非稳态温度场内有产生热量的蓄存或释放。,动量传输中的可压缩。,3.,温度场在空间的分布,一维温度场：,在空间两个方向保持恒定，在一个方向有变化。,非稳态,二维温度场：,在空间一个方向保持恒定，在两个方向有变化。,稳态,稳态,非稳态,三维温度场：,在空间三个方向都有变化。,非稳态,稳态,物理意义上看，稳态传热可理解为传热物体本身在传热过程中没有产生热量的蓄存或释放，而只起着传热介质的作用，故温度不随时间改变，相反，在不稳定传热过程中，物体本身产生了能量的积蓄和释放，故温度也随传热过程进行而改变。,4.,等温面与等温线,等温面：,同一时刻、温度场中所有温度相同的点连接起来所构成的面。,等温线：,用一个平面与各等温面相交，在这个平面上得到一个等温线簇。,(1),温度不同的等温面或等温线彼此不能相交。,等温面与等温线的特点：,(2),在连续的温度场中，等温面或等温线不会中断，它们或者是物体中完全封闭的曲面（曲线），或者就终止于物体的边界上。,物体的温度场通常用,等温面,或,等温线,表示。,(3),等温面（线）上无热流。,四、温度梯度,(Temperature gradient,）,沿等温面法线方向上的温度增量与法向距离比值的极限，,gradt,沿等温面法线方向上的温度增量与法向距离比值的极限，gradt,三维温度场：在空间三个方向都有变化。,三、温度场（Temperature field）,等温线（实线）与热流线（虚线）,b 必须有直接接触（流体与壁面）和宏观运动；,c 依靠分子、原子及自由电子等微观粒子热运动而传递热量。,最大热流密度：法向的热流密度,沿等温面法线方向上的温度增量与法向距离比值的极限，gradt,按温度与时间的依变关系，可分为稳态和非稳态两大类。,第三章 稳态导热分析,按温度与时间的依变关系，可分为稳态和非稳态两大类。,夏天人在同样温度（如：25度）的空气和水中的感觉不一样。,温度场中温度随空间坐标的,变化率,：,线性：,非线性：,等温面（线）法向：,注意,：,温度为标量，温度梯度为矢量，正向朝着温度增加的方向。,在直角坐标系中，温度梯度可表示为：,五、热流密度、热流量,1.,热流量,Q,单位时间内通过某一面积,F,的热。（,W,）,2.,热流密度,q,是指单位时间通过单位面积的热量,（热通量）,热流密度矢量：,等温面上某点，以通过该点处最大热流密度的方向为方向、数值上正好等于沿该方向的热流密度：,微电子：电子芯片冷却,(1)温度不同的等温面或等温线彼此不能相交。,空间飞行器重返大气层冷却；,a 当你靠近火的时候，会感到面向火的一面比背面热；,热流密度矢量：等温面上某点，以通过该点处最大热流密度的方向为方向、数值上正好等于沿该方向的热流密度：,二维温度场：在空间一个方向保持恒定，在两个方向有变化。,二维温度场：在空间一个方向保持恒定，在两个方向有变化。,等温线（实线）与热流线（虚线）,四、温度梯度(Temperature gradient）,主要原因是铁的导热系数比木头的导热系数大，在300K温度下，纯铁的导热系数是80.,a 导热与热对流同时存在的复杂热传递过程,三、温度场（Temperature field）,(1)研究热量传递规律的科学，具体来讲主要有热量传递的机理、规律、计算和测试方法,b 可以在真空中传播；,三、温度场（Temperature field）,等温线：用一个平面与各等温面相交，在这个平面上得到一个等温线簇。,（1）稳态温度场：传热体系中物体各点温度虽然不同，但各点温度不随传热过程进行而变化，只是坐标的函数（即只与空间位置有关而与时间无关）。,直角坐标系中：,最大热流密度：,法向的热流密度,热流方向：,最大热流密度的方向,热流线：,最大热流方向的迹线,等温线（实线）与热流线（虚线）,3.,热量,当：稳态,&,q,垂直于,F,&,q,在,F,上处处相等,4.,热阻,在稳态传热中，热通量总是与传热体系的温差,T,成正比，即：,物理意义：,传热中的热通量与温差,T,成正比，与热阻成反比。,谢谢观看,谢谢观看,