冶金传输原理

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1、冶金传输原理第二篇热量传输刘宁热量传输简称是传热，是一种普遍的物理现象。热量传输是物质运动的一种体现。主要研究不同物体之间或者同一物体的不同部分存在温度差异时进行热量传输的规律，包括热量传输的方式、传输速率以及热量传输中的分布规律。热量传输过程中，温度及其分布是主要因素，温度差是热烈传输的推动力。第8章热量传输的基本概念第一节热量传输方式导热热量从物体中温度较高的部分传递到温度较低的部分，或从高温物体传递到与之接触的低温物体的过程称为导热。特点：①依靠物体中分子、原子以及自由电子等微观粒子的热运动进行热量传输；

2、②发生在同一物体的两个部分之间，或彼此相接触的两种物体的接触面之间；③物体各部分之间不发生宏观的相对位移。导热可以在气体、液体及固体中发生，但是单一的导热一般发生在致密固体中。对流对流传热是指流体流动时，冷热流体相互掺混所引起的热量传输过程。特点：流体各部之间发生相对移动。对流不仅发生在流体流动中，而且伴随着导热。工程上经常遇到流体对流的同时，流体流过与自身温度不同的固（液）体表面并与该表面发生热量的传递，这种综合的对流方式通常称为对流给热或对流换热。对流一般分为自然对流和强制对流。自然对流是由于流体中各部分温

3、度不同引起密度变化而进行对流的传热过程。强制对流是因流体在各种机械力作用下（如水泵、风机等）而产生的流动。辐射物体依靠电磁波的发射与吸收传递能量的过程称为辐射。热辐射是由热引起的物体内部的分子、原子或离子振动或电子激动而发射的辐射能，并以电磁波的形式向空间传播。自然界中各物体不停地向空间发射热辐射，同时不断地吸收其他物体发出的热辐射，这种发射与吸收的综合效果就构成了物体间的辐射传热。当某一物体与周围环境达到热平衡时，辐射换热热量等于零，处于动态平衡状态，但发射与吸收过程仍在进行。特点：①不需要物体或质点的直接接

4、触，可以在真空中传播；②不仅发生能量转移，而且还伴有能量形式的转化，即发射时能量转换为辐射能，而吸收时又将辐射能转化为热能。第二节温度场、等温场和温度梯度温度场传热物质体系中，温度在空间和时间上的分布状态称为体系的温度场，它是时间和空间的函数。物体中各点的温度随时间改变的温度场称为非稳态温度场；物体中各点的温度不随时间改变的温度场称为稳态温度场。一维二维三维特点稳态T=f(x)T=f(x,y)T=f(x,y,z)非稳态T=f(x,t)T=f(x,y,t)T=f(x,y,z,t)等温面温度场中，同一瞬间相同温度各

5、点构成的面称为等温面。一平面和一系列等温面相交得到一簇等温线，等温面（线）就是温度场中的等值面（线），物体的等温场通常用等温线图或等温面图表示。不同温度的等温面（线）是不会相交的，因为空间的任何点不可能同时具有两个温度值。温度梯度温度场中任意一点沿等温面法线方向的温度增加率称为该点的温度梯度。稳态传热和非稳态传热稳态温度场下发生的传热过程称为稳态传热。特点：以导热为例，发生稳态传热时物体各处温度不随时间变化，物体不吸热，也不放热，物体的热焓量不变，没有热量的蓄积，仅起到导热的作用，同时物体的导热量为常数。非稳态

6、传热是指非稳态温度场下发生的传热过程。特点：非稳态传热时，物体因其温度的变化，进行吸热或放热的传热过程，有热量的蓄积，导热量不再是常数。第三节傅里叶导热定律导热基本方程式：傅里叶导热定律表明：导热热量Q与导热热通量q正比于温度梯度，负号表示导热方向与温度梯度方向相反。第四节导热系数与热量传输系数导热系数由傅里叶导热定律，导热系数可以表示为：因此，导热系数是指当物体中温度梯度为1W/（m·℃）时，单位时间通过单位面积的导热量。物体的导热系数主要取决于物体的种类和温度，也与压力、密度等因素有关。就温度来说，一定范围

7、内，多数物体的导热系数与温度呈线性关系。气体导热气体导热是借助于分子的热运动和碰撞。导热系数与气体分子的均方根速度u和分子平均自由行程L之积成正比。随着温度升高u增大，λ增大；当压力不很高时，λ与压力无关。液体导热液体导热主要依靠分子振动，多数液体导热系数随着温度升高而降低。固体导热固体导热主要依靠晶格的弹性振动所产生的振动波进行，活动于晶格间的自由电子是导热的媒介。金属导热能力强，导热系数大，且随着温度升高而减小，合金和其他有杂质的金属的导热系数比纯金属小。非金属固体依靠晶格振动导热导热。温度升高，振动加强，

8、导热系数增大。大多数金属氧化物的导热系数随着温度升高而减小。热量传输系数将傅里叶定律表示为：热量传输系数是表征物体热量传输能力的参数，与导热系数成正比，与物体的密度和比热容成反比。热量传输系数概括了物体在导热时的导热能力和物体自身的热焓变化。在非稳态导热中，物体的热焓随时间变化，同时又有热量的传导，热量传输系数将二者有机地统一起来。热量传输系数a大，表明物体导热时的导热量大，吸收的热量