传递过程原理讲课提纲08

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1、传递过程原理湘潭大学化工学院第六章热量传递概论与能量方程§1热量传递的基本方程1热传导（导热）a导热：依靠物体（物质）内部分子、原子或电子的碰撞、振动及自由运动使热能从高温向低温部分的传递过程，称为导热。b导热可发生于固体、液体及气体中。对于非金属固体导热：则是由于分子在其平衡位置的不断振动而传热。对金属固体导热：则是自由电子的运动而传热。对于液体、气体导热：依靠分子、原子的振动与碰撞而传热。c导热所遵循的基本规律为傅立叶(Fourier’slaw)定律：式中“-”表示热流方向与温度梯度方向相反，自

2、发过程。2对流传热a由于流体微团宏观运动导致的传热过程，称为对流传热。b根据对流的强弱程度，可分为自然对流，强制对流。c对流传热遵循的基本规律为牛顿冷切定律（Newton’scollinglaw）：d无论对流强弱程度如何，在流体与壁面接触处由于层流内层的存在，传热的形式只能是导热，传热的阻力主要集中于此。因此，对流导热系数又常称为膜系数。3辐射传热a热能以电磁波的能量在空间辐射并被另一物体（或同一物体的其他部分）吸收和转化的过程称为辐射传热。b辐射传热特点：①无需任何介质；②理论上，只需物质的绝对温

3、度T＞0K即有辐射传热；③辐射的过程包含着能量的传递与转换。c辐射传热遵循的基本规律——波尔兹曼—斯蒂芬定律：式中：σ为黑体的发射常数，。d只有在较高温度下，才考虑辐射传热。4传导—对流—辐射联合传热过程如右图：平板的导热、流体的对流，平壁对外的热辐射。若为稳定过程，则有：66传递过程原理湘潭大学化工学院式中δ——平壁的厚度；ε——平壁的黑度。§2能量方程传热的过程常伴随着物质流动（辐射传热除外），因此为了解决热量传递问题，常需用到以下三组（个）方程，即①连续性方程——质量守恒定律②流体运动方程——

4、动量守恒定律（牛顿第二定律）③微分能量衡算方程——能量守恒定律（热力学第一定律）1能量衡算方程的推导可以采用拉格朗日法或欧拉法进行。但以拉格朗日法较方便——即选择固定的热流体微元，跟踪微元考察其能量转换情况。根据热力学第一定律宏观表达式：对于微元体积流体不难有：式中：U——内能，J/kgQ——热能，J/kg（规定流体获得热能为正）W——功，J/kg（规定流体获得功为正）①如图：沿x方向流体获得的导热热能为=②于是微元在x、y、z三方向所获得的导热形式热量为：（A）又根据Fourier定律有：故（A）

5、可以改写为：（A）’③微元流体所获得热量的总速率=导热速率+热累积（消耗或产生）速率66传递过程原理湘潭大学化工学院即：(B)式中：微元流体向外释放热能的速率，W/m2(J/m2s)④表面应力对微元流体所做的功由于表面应力（压力和粘性应力）的作用，流体微元将产生体积形变（膨胀/压缩）和形状变化（扭曲）。a.对于压力作用：流体微元的体积形变速率为，故单位体积流体微元的体积膨胀功为。又：=故体积膨胀功为-（C）（C）式中“-”表示p的方向与微元表面的法线方向相反。b对于粘性力作用：其结果是使流体产生内摩

6、擦而生热。设单位体积微元流体产生的摩擦热速率为φ（W/m3）。c于是，表面力对流体微元作功即为：=压力作功+粘性力作功=（D）⑤将（D）和（B）式代入微元流体热力学第一定律表达式得：（E）⑥根据热力学中内能与焓的关系H=U+pυ，得：，由于ρυ=1，故：（F）66传递过程原理湘潭大学化工学院即：――微元能量方程的一般表达式2．微元能量方程的特定形式①无内热源的不可压缩流体对流传热时则：ρ=常数，由式H=U+p/ρ有：（不可压缩流体cv=cp）于是若不计摩擦热速率（即对理想流体），则Φ=0上式即为：令

7、：—热扩散系数（导温系数），W/m2K则上式简化为：亦即：该式可用于流体对流传热问题的求解。对气体，若ρ变化不大，亦可进行近似求解。②固体内部的导热在固体内部，由于微团无宏观运动，故：ux=uy=uz=0及Φ=0。又若ρ=常数，则有：即：a.若无内热源，则上式成为：66传递过程原理湘潭大学化工学院上式即为固体中无内热源的不稳态热传导方程，又称Fourier第二定律或Fourier场方程。b若为有内热源的稳态传导传热，则及：—泊松（Poisson）方程c若为无内热源的稳态传导，则及：—典型的Lapla

8、ce方程3能量方程在柱坐标及球坐标中的表示①柱坐标中的能量方程①球坐标中的能量方程66传递过程原理湘潭大学化工学院66