冶金传输动量课件

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1、热量传输北京科技大学冶金与生态学院程树森教授附件3在下列技术领域大量存在传热问题动力、化工、制冷、建筑、环境、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…参考书《冶金传输原理》的“热量传输部分”张先棹编著《冶金传输原理》的“热量传输部分”沈颐身等编著《传热学》杨世铭陶文铨编著《HEATTRANSFER》YanhuiFeng等编著《TransportPhenomena》R.ByronBird编著第一章绪论§1-1热量传输概述§1-2热量传输的基本方式§1-3传热过程与热阻

2、第一章绪论§1-1热量传输概述一、热量传输研究热量传递规律的科学。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)（TheSecondLawofThermodynamics）传热学与工程热力学的异同水，M220oC铁块，M1300oC热力学：tm,Q传热学：过程的速率§1-2热量传递的基本方式热量传递基本方式：热传导、热对流、热辐射一、热传导（导热）heatconduction1.定义和特征定义：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

3、热运动而进行的热量传递现象。导热的特点必须有温差物体直接接触依靠分子、原子及自由电子等微观粒子热运动而传递热量不发生宏观的相对位移2.导热机理气体：气体分子不规则热运动时相互碰撞的结果。导电固体：自由电子运动。非导电固体：晶格结构的振动。液体：很复杂。3傅里叶公式:1822年，法国数学家Fourier：q：热流密度，单位时间通过单位面积传递的热量[W/m2]；平壁的厚度[m]；：平壁两侧壁温之差热导率(导热系数)Thermalconductivity热导率（导热系数）(Thermalconductivity)——具有单位温度差（1K）

4、的单位厚度的物体(1m)，在它的单位面积上(1m2)、每单位时间(1s)的导热量(J)热导率表示材料导热能力大小；物性参数；实验确定例题1-1有三块分别由纯铜(热导率λ1=398W/(m·K))、木材(热导率λ2=0.12W/(m·K))和铸铁(热导率λ3=40W/(m·K))制成的大平板，厚度都为10mm，两侧表面的温差都维持为tw1–tw2=50℃不变，试求通过每块平板的导热热流密度。解：根据傅立叶导热公式，对于纯铜板，对于木板对于铸铁板高炉——铜冷却壁和铸铁冷却壁连铸——铜结晶器炒勺——木质手柄二、热对流(convection)

5、与对流换热Heatedairrises,cools,thenfalls. Airnearheaterisreplacedbycoolerair,andthecyclerepeats.Whatifcoilswereatthebottom?1.定义与特征热对流：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。流体中有温差—热对流必然同时伴随着热传导，自然界不存在单一的热对流对流换热：流体流过与之温度不同的固体壁面时的热量交换。Convectionheattransfer对流换热的特

6、点对流换热与热对流不同，既有热对流，也有导热；不是基本传热方式导热与热对流同时存在的复杂热传递过程必须有直接接触（流体与壁面）和宏观运动；也必须有温差2.分类对流换热按照不同的原因可分为多种类型是否相变，分为：有相变的对流换热和无相变的对流换热流动原因，分为：强迫对流换热和自然对流换热。流动状态，分为：层流和紊流。3.牛顿冷却公式（1701）uttwA—热流量[W]，单位时间传递的热量q—热流密度h—表面传热系数A—与流体接触的壁面面积—固体壁表面温度—流体温度Convectionheattransfercoefficient表

7、面传热系数（对流换热系数）（Convectionheattransfercoefficient）——当流体与壁面温度相差1度时、每单位壁面面积上、单位时间内所传递的热量h是表征对流换热过程强弱的物理量影响h因素：流动原因、流动状态、流体物性、有无相变、壁面形状大小等例题1-2一室内暖气片的散热面积为3m2，表面温度为tw=50℃，和温度为20℃的室内空气之间自然对流换热的表面传热系数为h=4W/(m2·K)。试问该暖气片相当于多大功率的电暖气?解：暖气片和室内空气之间是稳态的自然对流换热，Q=Ah(tw–tf)=3m2×4W/(m2·

8、K)×(50-20)K=360W=0.36kW即相当于功率为0.36kW的电暖气。三、热辐射（Thermalradiation）1.定义——物体通过电磁波来传递热量的方式。物体的温度越高、辐射能力越强；若物体的种类不同、