首页物理学热学工程热力学与传热学 24 6-1 导热基本定律.ppt

24 6-1 导热基本定律.ppt

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本课件先区分热能的直接利用与间接利用,说明传热学研究热量传递的机理、规律与计算方法;随后依次给出导热、热对流与热辐射三种基本传热方式的定义,进入第6章后讲解气体、非导电固体与导电固体的导热机理、温度场与等温面、傅里叶导热定律以及导热系数的一般规律。

热能利用方式页,对比热能直接利用与间接利用,并给出热机在高低温热源间的能量关系
传热学绪论页,说明传热学研究热量传递的机理、规律与计算方法,热量自发地由高温传向低温
传热学应用领域页,列举能源动力、化工、冶金、建筑、航空航天等存在传热问题的工业领域
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第1页:热能的利用方式

  • 热能的直接利用:直接用热能加热物体,如取暖、烘干、冶炼、蒸煮、分馏、加热原油等,热能形式不变
  • 热能的间接利用:把热能转换为机械能或电能,为生产和生活提供动力,如火力发电、交通运输、石油化工等

第2页:传热学的研究对象

日常生活中,《泰坦尼克号》里为什么 Jack 冻死了而 Rose 没有?70 ℃ 的铁和 600 ℃ 的木头摸上去感觉一样,为什么?

传热学
研究热量传递规律的科学,具体包括热量传递的机理、规律和计算方法。

自然界与生产过程到处存在温差,有温差就会有传热,热量自发地由高温物体传给低温物体。

第3页:传热学的应用领域

传统工业领域如能源动力、化工、冶金、建筑、建材、轻工纺织、医药、航空航天、核能、农业工程等都存在大量传热问题。

高新技术领域与石油工业同样离不开传热分析。

第4页:热量传递的三种基本方式

  • 导热(热传导):温度不同的物体各部分或温度不同的两物体直接接触时,依靠分子、原子及自由电子等微观粒子热运动进行的热量传递
  • 热对流:流体中温度不同的各部分之间发生相对位移时所引起的热量传递现象
  • 热辐射:由于温度(热)的原因而发出辐射能的现象

第5页:三种传热方式对比

本页源文件仅提取到页脚信息,页面主体为导热、热对流与热辐射三种传热方式的对比示意图,建议对照原课件图片补充。

第6页:导热机理与温度场

6-1 导热基本定律。各类物体的导热机理:

  • 气体:分子不规则热运动时相互碰撞交换能量
  • 非导电固体:通过晶格振动实现能量交换
  • 导电固体:自由电子在晶格之间运动
温度场
各个时刻物体中各点温度所组成的集合,是时间和空间的函数。不随时间变化的称稳态温度场,随时间变化的称非稳态温度场。

第7页:傅里叶导热定律

大量实践经验证明,单位时间内所传导的热量(导热量 Φ)与导热面积 A 成正比,与当地垂直于截面方向上的温度变化率成正比。

等温面(等温线)
同一时刻温度场中所有温度相同的点连接起来所构成的面。

用热流密度 q 表示时,q 与沿 x 方向的温度变化率成正比。

第8页:导热系数

导热系数(热导率)λ
表征物质导热能力大小,是物质重要的热物性参数,由实验测定。
  • λ(金属) > λ(非金属)
  • λ(纯金属) > λ(其合金):掺入杂质会破坏晶格完整性,干扰自由电子运动
  • 导电性能好的金属,其导热性能也好

第9页:导热系数的一般规律

物质的热导率在数值上的特点:

  • 同种物质,λ(固) > λ(液) > λ(气)
  • 同种物质,λ(湿) > λ(干)

配图为物质热导率数据表。

第10页:保温材料与导热系数

  • 同种物质,λ(实心) > λ(多孔)
  • 国家标准规定,温度低于 350 ℃ 时导热系数小于 0.12 W/(m·K) 的材料称为保温材料或绝热材料
  • 一般地,所有物质的导热系数都是温度的函数;温度范围变化不大时可近似取常数

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