传热学在日常生活中的应用 主讲：刘立宁 传热学.

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1 传热学在日常生活中的应用 主讲：刘立宁 传热学

2 传热学：研究热量传递的规律以及控制和优化热量传递过程之方法的学科。（在此仅研究由温差引起的热量传递）
热量传递过程的推动力：温差 由热力学第二定律：热量可以自发地由高温热源传给低温热源。 凡有温差存在，就会有热量传递。 在日常生活和生产实践中到处有温差 温差传热现象无处不在、无时不有。 传热学

3 传热学无时不有 工业 农业 传热学无处不在 国防 科技 传热学

4 主要内容： 1 热量传递的三种基本方式 2 传热方式的影响因素 3 传热过程和热阻 4 传热学在日常生活中的应用 传热学

5 导热 对流 热辐射 热量传递的基本方式 传热学

6 当物体的各部分之间存在温差或高温物体与低温物体接触时，依靠自由电子、分子、原子等微观粒子的热运动而产生的热量传递现象称为导热。
热流量Φ 高温 低温 一、导热 1．概念 当物体的各部分之间存在温差或高温物体与低温物体接触时，依靠自由电子、分子、原子等微观粒子的热运动而产生的热量传递现象称为导热。 举例：？ 传热学

7 2．特点 （1）物体各部分之间不发生宏观的相对位移。 （2）能量的形式不发生变化，始终是热能。 （3）可以发生在固、液、气体三态物质中。 t
例如通过平壁的一维导热: 无限大平壁（a>>δ、b>>δ）,面积A，厚δ，两表面分别维持均匀tw1、tw2且tw1>tw2  x t  tw2 tw1 传热学

8 单位时间内单位面积的导热量(热流密度)：
3．一维稳态导热计算式（傅里叶公式） 傅里叶由实验得，单位时间内通过平壁的 导热量(热流量)： W 导热系数 (热导率),W/（m·K） 单位时间内单位面积的导热量(热流密度)： W/m2 传热学

9 导热系数表征物体导热能力的大小，λ越大表示物体导热能力越强。它是热力工程设计中合理选用材料的重要依据。
导热系数的影响因素：主要是物质的种类、物态以及温度、密度、含水率等。 一般同种物质三态中, λ固态＞λ液态＞λ气态 对于同一种物质，温度的影响最大。 传热学

10 绝热材料:习惯上把导热系数较小的材料称为绝热材料（也称保温材料）。
绝热材料导热系数界定值的大小反映了一个国家绝热材料的生产水平，我国标准GB 中规定，平均温度不高于350℃时，λ绝热＜0.12 W/(m·K)。 传热学

11 一般绝热材料的导热系数随温度升高而增大，随湿度增大而明显增大。
eg：住新房和旧房的感觉一样么？ 答：由于水的导热系数远远大于空气，而新房墙壁含水较多，住新房感觉冷。 传热学

12 导热热阻  tw1 tw2 Rλ 热阻网络 对平壁导热的热阻计算式： 传热学

13 冬天，棉被经过晒后拍打，为什么感觉特别暖和？
Question： 冬天，棉被经过晒后拍打，为什么感觉特别暖和？ Answer: 被晒过的棉被，轻轻拍打后，大量的空气进入棉絮空间，空气在狭小的棉絮空间内自然对流换热不容易展开，由于空气的导热系数很低，故能起到很到的保温作用。 传热学

14 对流：由于流体的宏观运动，不同温度的流体各部分之间发生相对位移时产生的热量传递现象。
二、对流 1．概念 对流：由于流体的宏观运动，不同温度的流体各部分之间发生相对位移时产生的热量传递现象。 对流换热：流体流过与其温度不同的固体表面时,与壁面之间的热量传递现象。 它是导热和热对流两种基本传热方式联合作用的结果。 传热学

15 2．对流换热基本公式（牛顿冷却公式） 单位时间单位面积的对流换热量： W/m2 对流换热系数 W/（m2·K）
△t=│tw-tf│—换热温差, K 总面积上的对流换热量： W 传热学

16 3、影响换热系数的因素 ⑴ 流体流动的起因： ⑵ 流体流动的状态： ⑶ 流体有无相变： ⑷ 流体的物理性质 ⑸ 换热壁面的几何因素 传热学

17 对流换热热阻  tw tf Rh 热阻网络 对平壁换热的热阻计算式 传热学

18 电影《泰坦尼克号》里，为什么Jack冻死了，而Rose没有？
Question： 电影《泰坦尼克号》里，为什么Jack冻死了，而Rose没有？ Answer： 一般来说，水的换热能力比空气强，所以Jack身体散热比Rose快。 传热学

19 出辐射能（如无线电波，χ、γ射线，紫外线、 可见光，红外线等）。 热辐射：物体因热的原因产生电磁波发射 辐射能的现象。
三、热辐射 1．概念 辐射：物体通过电磁波传递能量的现象。 辐射能：以辐射方式所传递的能量。 物体会因各种原因产生不同的电磁波而发 出辐射能（如无线电波，χ、γ射线，紫外线、 可见光，红外线等）。 热辐射：物体因热的原因产生电磁波发射 辐射能的现象。 辐射换热：物体之间以辐射方式进行的热 量交换称为辐射换热。 传热学

20 （1）热辐射不依靠中间媒介，可以在真空中进行。
2.热辐射区别于导热和对流的主要特点 （1）热辐射不依靠中间媒介，可以在真空中进行。 （2）所有温度大于0K的物体都具有发射热辐射的能力，能量在传递过程中伴随有形式的转化。 传热学

21 所谓绝对黑体：把吸收率等于 1 的物体称黑体，是一种假想的理想物体。
3、黑体： 所谓绝对黑体：把吸收率等于 1 的物体称黑体，是一种假想的理想物体。 黑体的吸收和辐射能力在同温度的物体中是最大的而且辐射热量服从于斯忒藩——玻耳兹曼定律。 传热学

22 4.辐射换热的基本公式 （1）黑体辐射能量的计算式（四次方定律） W 黑体辐射常数 W/(m2·K4) 实际物体辐射的能量： W
该物体的发射率（黑度） 传热学

23 ★两面积相等且平行放置的无限大黑体表面：
（2）两表面的封闭系统内的辐射换热量 ★两面积相等且平行放置的无限大黑体表面： W ★小物体1被大空腔包围时： W 传热学

24 四、传热过程 一般包括相互串联的三个环节： 热流体壁面高温侧壁面低温侧冷流体
热量由壁面一侧的高温流体通过壁面传到另一侧低温流体的过程称为传热过程。 Φ 高温流体 低温流体 一般包括相互串联的三个环节： 热流体壁面高温侧壁面低温侧冷流体 对流换热 导热 对流换热 传热学

25 传热学

26 稳态传热过程的总热阻等于各个环节分热阻之和，简称热阻叠加原则。
 tw1 tw2 tf1 tf2 传热热阻网络： 传热热阻： 热阻叠加原则 稳态传热过程的总热阻等于各个环节分热阻之和，简称热阻叠加原则。 传热学

27 暖气片 热水内壁外壁空气 辐射与对流换热 导热 对流换热 eg：热量传递方式分析 传热学

28 改变暖气中的水流速度是否可以改变显著地增强换热？
Question： 改变暖气中的水流速度是否可以改变显著地增强换热？ Answer: 暖气内是水的强制对流换热，而外部是空气的自然对流散热。由于空气侧对流换热表面传热系数远小于水侧的。热阻主要集中在空气侧，因而通过改变水速（即进一步减小水的热阻）对传热量的贡献不大。 传热学

29 五、传热学在日常生活中的应用 1、72°C的铁和600°C的木头摸上去的感觉是一样的，您知道为什么吗？
答：人手感觉到的冷暖实质是热量传递的快慢，而铁的吸热系数远大于木头的。 2、为什么耳朵大的人更容易生冻疮? 答：耳朵的散热可以看成是一维肋片导热，耳朵大的人沿肋高的方向热阻较小，则耳朵温度更容易接近周围环境的温度。 传热学

30 3、大电流电线外所包的绝缘层，是否不利于电线散热？
答：家用电线的直径一般小于20mm，在一般情况下，小于其临界绝缘直径，此时在电线外加绝缘层，不仅起到了绝缘的作用，而且还有利于电线散热。 4、海水的颜色为什么总是蓝色的？ 答：这是由于海水的非灰性质引起的，即海水对不同的波长的可见光吸收率不同，对蓝色波长附近的射线吸收少，反射多，所以呈蓝色。 传热学

31 5、为什么要及时清除冰箱内的结霜，否则耗电量就会增加？
答：因为冰箱结霜相当于在冷流体（制冷剂）与热流体（空气）的传热过程中串联环节中增加了一个热阻。因此，要保证冰箱内达到相同的空气温度，在结霜情况下必然要降低制冷剂的蒸发温度，而这是以增加压缩机功耗为代价的。 传热学

32 谢谢大家，祝大家学习顺利！ 传热学