02-传热学.

第二讲传热学基础知识2.1概述2.2热量传递的三种基本方式2.3传热过程和传热系数一、日常生活中的例子•人体为恒温体。若房间里空气的温度在夏天和冬天都保持20度，那么在冬天与夏天、人在房间里所穿的衣服能否一样？夏天人在同样温度（如：30度）的空气和水中的感觉不一样。为什么？冬天，上午晒了被子，晚上用时为什么还会很暖和？2.1概述二、两类传热过程：非稳态传热：物体中各点温度随时间而改变稳态传热：物体中各点温度不随时间而改变当平壁内外表面温度不随时间变化，且平壁宽与高的尺寸比厚度大得多，可以认为热量只沿厚度方向传递，这种情况为一维稳态传热。其传热特征：1.通过平壁的热流强度q处处相等2.平壁内任一截面处的温度保持恒定，不随时间变化一、热量传递的基本方式（BasicModesofHeatTransfer）热传导(ThermalConduction)热对流(Convection)热辐射(HeatRadiation)2.2热量传递的三种基本方式2.2热量传递的三种基本方式二、导热1.定义：物体各部位不发生相对位移，不同温度的物体直接接触，依靠分子、原子及自由电子等微粒的热运动而产生热量传递。可以在固体、液体、气体中发生。2.导热现象（物体固有的属性）单纯的导热只存在密实的固体中温度较高的固体把热量传递给与之接触的温度较低的另一个固体导热的特点:•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3、通过无限大平壁的导热单位时间内通过某一给定面积的热量：热流密度（单位面积的传热量）的表达式：λ－导热系数，w/m.℃dxdtA通过平板的一维导热WW/m2tAq:平壁的厚度[m]；是表征导热性能优劣的参数tRtRttq/绝热性能：材料层使通过它的热量尽可能小的能力。由比值确定的大小金属＞非金属固体＞液体＞气体tRtq导热热阻温度差热流通量33221141wtwtqniiin,wtwtq1114、多层平壁的热阻CCBBBBAAR2/212/111复合平壁(了解)5.复合平壁（了解）由多种材料按一定规律排列而成的复杂结构平壁。Assume:当组成复合平壁的各种材料的导热系数相差不是很大时，近似当作一维导热问题处理。RtQ三、热对流定义：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。对流换热流体与温度不同的固体壁间接触时的热量交换过程对流换热的特点:•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，复杂的热传递过程；•必须有直接接触（流体与壁面）和宏观运动；也必须有温差。三、热对流2、对流换热流体流过一个固体表面时的热量传递过程)tt(hqwf)tt(hqfw流体被冷却：h——对流换热系数，W/m2.℃tw——固体壁面的温度,℃tf——流体的温度，℃流体被加热thqutftwAtAh与欧姆定律类比：aRtq对流换热热阻温度差热流通量aRthtq/1thq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1、定义：物体通过电磁波来传递能量的方式称为辐射辐射与吸收：自然界中各个物体都在不停地向空间发出热辐射同时又不断地吸收其他物体发出的热辐射四、热辐射2、辐射换热的特点：可以在真空中传递传热过程伴随着能量形式的转换辐射能力与温度有关2、辐射力物体表面每单位时间、单位面积对外辐射的热量称为辐射力。概念：黑体、白体、透明体黑体的辐射力Eb=bT4w/m2或Eb=Cb(T/100)4w/m2T——热力学温度，Kb——黑体辐射常数，5.67×10-8w/m2.k4Cb——黑体辐射系数，5.67w/m2.k4两无限大物体单位面积间的辐射换热：142412121F)100T()100T(CQ)/(21422121KmWCWQ辐射系数的净辐射换热量传给表面表面五、传热在建筑设备工程的应用综述：导热、对流和热辐射三种热量传递的基本方式，在实际问题中，这些方式往往不是单独出现的.(一)、传热过程（图）热量由壁面一侧流体通过壁面传到另一侧流体中去的过程传热过程计算公式的推导：从热流体到壁面高温侧的热量传递从表面高温侧到表面低温侧的热量传递从表面低温侧到冷流体的热量传递2.3传热过程和传热系数)tt(Fh1w1f1)tt(F2w1w)tt(Fh2f2w2三式并整理：令：212f1fh1h1)tt(F21h1h11ktFk)tt(Fk2f1f21h1h1R总热阻R表示围护结构在冬季阻止室内的热损失的能力RK1表示热量损失的一个度量得到(二)、传热系数传热系数k值，在数值上，它等于冷热流体间温差△t＝1℃，传热面积1m2时的热流量的值.单位：w/m2.℃传热过程越强，k值越大，反之则越弱。k值的大小取决于：参与传热过程的两种流体的种类与传热过程本身有关（速度大小、有无相变等）21h1h1k1串联热阻叠加原则与电学中串联电阻叠加原则相对应热量传递过程中，如果通过各个环节的热流量都相等，则各串联环节的总热阻等于各串联环节热阻的和.电学中的欧姆定律：传热过程的热阻等于两侧热流体、冷流体的换热热阻及壁的导热热阻之和.例题：某建筑外墙厚度δ=100㎜，室外空气温度tf2=5℃，室内温度tf1=30℃，墙的导热系λ=1.54W/m·℃，，两侧换热系数α1=25/㎡·℃，α2=8/㎡·℃。求单位面积上的传热热阻，传热系数、散热量q。单位面积上的各项热阻04.0251111R125.081122R065.054.11.0R单位面积的热阻23.021RRRR传热系数CmWRK2/35.423.011散热量2/109)530(35.4mWtKq不同地区居住建筑围护结构K值限值「W／㎡﹒K」采暖期室外平均温度（℃）代表性城市顶外墙不采暖楼梯间体形系数≤0.3体形系数＞0.3体形系数≤0.3体形系数＞0.3隔墙户门2.0～1.0郑州洛阳宝鸡徐州0.800.601.101.400.801.101.832.700.9～0.0西安拉萨济南青岛安阳0.800.601.001.280.701.001.832.70－0.1～－1.0德州晋城天水石家庄0.800.600.921.200.600.851.832.00－1.1～－2.0北京天津大连阳泉平凉0.800.600.901.160.550.821.832.00－2.1～－3.0兰州太原唐山阿坝喀什0.700.500.851.100.620.780.942.00－3.1～－4.0西宁银川丹东0.700.50.680.650.942.00作业已知外墙厚度δ=360㎜，，室外温度tf2=-12℃，室内温度tf1=20℃，墙的导热系数λ=0.54W/m·℃，内表面换热系数α1=7.8W/㎡·℃，外墙表面换热系数α2=23.2W/㎡·℃。求房屋外墙的单位面积散热量q，传热热阻，传热系数，以及它的内外表面温度tw1和tw2思考题：1、住宅地板采暖主要采用的哪种基本传热方式把热量传递到室内各物体？2、教室内的暖气片采暖主要采用的那种方式？公共建筑节能设计标准(GB50189-2005)4-.1.2严寒、寒冷地区体形系数不超过0.44.2.4建筑每个朝向窗（包括透明幕墙）墙比不应大于0.7，当小于0.4时，透明材料的可见光透射比不应小于0.4。4.2.6屋顶透明部分的面积不应大于屋顶总面积的20%4.2.8外窗的可开启面积不应小于窗面积的30%传热过程α1α2λQF