第二章传热原理本章节主要内容：传热的基本概念传导传热对流换热辐射传热传热学概述在材料技术领域存在节能问题2.1传热基本概念特点：物体各部位不发生宏观相对位移导热机理：气体－分子不规则运动时相互碰撞；导电固体－自由电子；非导电固体－晶格振动产生的弹性波；液体－兼有气体和非导电固体的机理。（2）对流传热：依靠流体质点的宏观位移而传热。（3）辐射传热：不借助于媒介物，热量以热射线形式从高温物体传向低温物体导热、对流、辐射的评述①导热、对流两种热量传递方式，只在有物质存在的条件下，才能实现，而热辐射不需中间介质，可以在真空中传递，而且在真空中辐射能的传递最有效。②在辐射换热过程中，不仅有能量的转换，而且伴随有能量形式的转化。在辐射时，辐射体内热能→辐射能；在吸收时，辐射能→受射体内热能，因此，辐射换热过程是一种能量互变过程。③辐射换热是一种双向热流同时存在的换热过程，即不仅高温物体向低温物体辐射热能，而且低温物体向高温物体辐射热能。④辐射换热不需要中间介质，在真空中即可进行，而且在真空中辐射能的传递最有效。因此，又称其为非接触性传热。⑤热辐射现象仍是微观粒子性态的一种宏观表象。⑥物体的辐射能力与其温度性质有关。这是热辐射区别于导热，对流的基本特点。稳定温度场：t=f(x,y,z)热量从高温面向侧面、对面传递热量从高温面向两侧面、对面、上下底面传递等温面被平面所切产生等温线等温面与等温线的特点：（4）温度梯度2.1.4热流传热量2.1.5稳定传热与不稳定传热2.2传导传热应用傅立叶定律时注意点：1、负号“—”表示热量传递指向温度降低的方向，n是通过该点的等温线上法向单位矢量，指向温度升高的方向；2、热流方向总是与等温线（面）垂直；3、物体中某处的温度梯度是引起物体内部及物体间热量传递的根本原因；4、傅立叶定律是实验定律，是普遍适用的，即不论是否变物性，不论是否有内热源，不论物体的几何形状如何，不论是否非稳态，也不论物质的形态（固、液、气），傅立叶定律都是适用的。2.2.2导热系数2.2.2.2液体的导热系数λ=0.093～0.7W/m.℃特点：除水、甘油外，一般液体t↑,λ↓（4）绝热材料λ≦0.25W/m.℃特点：t↑,λ↑说明：导热系数λ是表征材料导热性能优劣的参数，是一种物性参数，与材料的种类和温度有关。单位：W/m·℃。2.2.2.4影响λ的因素导热微分方程2.2.3稳定导热传热量的计算2.2.3.1单层平壁导热平均温度时平壁的导热系数导热计算所需保温层的厚度计算炉墙等物体的内外壁温度（2）平壁的平均导热系数：2.2.3.2多层平壁的导热如图：三层壁厚度分别为δ1、δ2、δ3，平均导热系数分别为λ1、λ2、λ3，各层材料间接触良好，相接触的两表面具有相同的温度。n层平壁的导热：应用公式注意的问题交界面温度未知校核交界面温度：（℃）【例】：某窑炉炉墙由耐火粘土砖、硅藻土砖与红砖砌成，硅藻土砖与红砖的厚度分别为40mm和250mm，导热系数分别为0.13和0.39W/m℃，如果不用硅藻土层，但又希望窑炉墙的散热维持原状，则红砖必须加厚到多少毫米？2.2.3.3复合平壁导热2.2.3.4单层圆筒壁导热:2.2.3.5多层圆筒壁传热减少筒壁散热量的措施：【例】蒸汽管道内径、外径各为0.16m、0.17m，外包两层绝缘材料，第一层厚度0.03m，第二层厚度0.05m，管壁及两层绝缘材料的平均导热系数各等于λ1=81.5w/m.℃，λ2=0.174w/m.℃，λ3=0.093w/m.℃，管道内表面温度为t1=300℃，第二层绝缘材料外表面温度t4=50℃，试求每米长蒸汽管道的热损失和各层交界面温度t2、t3。交界面温度：2.2.3.6球壁传热（1）单层空心球壁（2）多层空心球传热2.2.3.7形状不规则物体的导热2.2.3.8表面温度不均匀时平均温度的计算Q：在寒冷的北方地区，建房用砖采用实心砖还是多孔的空心砖好？为什么？2.3对流换热56(1)导热与对流同时存在的热传递过程；(2)必须有直接接触（流体与壁面）和宏观运动；也必须有温差；(3)由于流体粘性和受壁面摩擦阻力的影响，紧贴壁面处会形成速度梯度很大的边界层。2.3.2对流换热基本定律——牛顿冷却定律2α的意义：是代表对流换热能力大小的一个参数，表示单位时间内，当流体与固体壁面之间温度差为1℃时，通过单位面积的热量。3对流换热影响因素：1）流体运动的动力（A）强制流动：受外力作用引起。（B）自由流动：流体冷热不均引起。2）流体流动状态层流：主要依靠导热，与流体流动速度无关；湍流：依靠导热和对流，与边界层热阻有关。最大温度梯度发生在边界层中，相应地边界热阻最大。3）流体物理性质流体密度、比热越大，热流量越