一、导热（热传导）

　1 、定义：物体各部分之间不发生相对位移时，依靠分子、原子及自由电子等微观粒子的热运动而产生的热量传递称导热。

    如：固体与固体之间及固体内部的热量传递。

　2 、导热现象的基本规律

1 ）傅立叶定律（ 1822 年，法国物理学家）

如图 1-1 所示，一维导热问题，两个表面均维持均匀温度的平板导热。根据傅立叶定律，对于 x 方向上任意一个厚度为 dx 的微元层，单位

时间内通过该层的导热量与当地的温度变化率及平板面积A 成正比，

即

（ 1 — 1 ）

  其中 λ ——比例常数，导热率（导热系数）；

    负号表示热量传递的方向同温度升高的方向相反。

2 ）热流量：单位时间内通过某一给定面积的热量称为热流量，记为 ，单位w 。

3 ）热流密度（面积热流量）：单位时间内通过单位面积的热量称为热流密度，记为q ，单位 w/ ㎡。

    当物体的温度仅在 x 方向放生变化时，按傅立叶定律，热流密度的表达式为

                               （ 1 — 2 ）

    说明：傅立叶定律又称导热基本定律，式（ 1-1 ）、（ 1-2 ）是一维稳态导热时傅立叶定律的数学表达式。通过分析可知：

（1 ）当温度 t 沿 x 方向增加时，而q ＜０，说明此时热量沿 x 减小的方向传递；

（2 ）反之，当时，q > 0 ，说明热量沿x 增加的方向传递。

（3 ）导热系数 λ 表征材料导热性能优劣的参数，是一种物性参数，单位：w/mk 。

    不同材料的导热系数值不同，即使同一种材料导热系数值与温度等因素有关。金属材料最高，良导电体，也是良导热体，液体次之，气体最小。

二、对流

1 、基本概念

1) 对流：是指由于流体的宏观运动，从而使流体各部分之间发生相对位移，冷热流体相互掺混所引起的热量传递过程。

      对流仅发生在流体中，对流的同时必伴随有导热现象。

2) 对流换热：流体流过一个物体表面时流体与物体表面间的热量传递过程，称为对流换热。

2 、对流换热的分类

    根据对流换热时是否发生相变来分：有相变的对流换热和无相变的对流换热。

根据引起流动的原因分：自然对流和强制对流。

1 ）自然对流：由于流体冷热各部分的密度不同而引起流体的流动。如：暖气片表面附近受热空气的向上流动。

2 ）强制对流：流体的流动是由于水泵、风机或其他压差作用所造成的。

3 ）沸腾换热及凝结换热：

    液体在热表面上沸腾及蒸汽在冷表面上凝结的对流换热，称为沸腾换热及凝结换热（相变对流沸腾）。

3 、对流换热的基本规律 < 牛顿冷却公式 >

        流体被加热时，             （ 1 — 3 ）

    流体被冷却时，          （ 1 — 4 ）

    其中 及 分别为壁面温度和流体温度；

    用 表示温差（温压），并取 为正，则牛顿冷却公式表示为

                                     （ 1 — 5 ）

                                   （ 1 — 6 ）

    其中 h —比例系数（表面传热系数）单位 。

    h的物理意义：单位温差作用下通过单位面积的热流量。

    表面传热系数的大小与传热过程中的许多因素有关。它不仅取决于物体的物性、换热表面的形状、大小相对位置，而且与流体的流速有关。

    一般地，就介质而言：水的对流换热比空气强烈；

    就换热方式而言：有相变的强于无相变的；强制对流强于自然对流。

    对流换热研究的基本任务： 用理论分析或实验的方法推出各种场合下表面换热导数的关系式。

三、热辐射

1、基本概念

1 ）辐射和热辐射

    物体通过电磁波来传递能量的方式称为辐射。因热的原因而发出辐射能的现象称为热辐射。

2 ）辐射换热

    辐射与吸收过程的综合作用造成了以辐射方式进行的物体间的热量传递称辐射换热。

    自然界中的物体都在不停的向空间发出热辐射，同时又不断的吸收其他物体发出的辐射热。

    说明：辐射换热是一个动态过程，当物体与周围环境温度处于热平衡时，辐射换热量为零，但辐射与吸收过程仍在不停的进行，只是辐射热与吸收热相等。

2 、热辐射的基本规律：

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。

黑体在单位时间内发出的辐射热量服从于斯忒藩——玻耳兹曼定律，即

                             （1 — 7 ）

    其中 T ——黑体的热力学温度 K ；

    ——斯忒潘—玻耳兹曼常数（黑体辐射常数）， ；

    A——辐射表面积 m *m 。

    实际物体辐射热流量根据斯忒潘——玻耳兹曼定律求得：

                           （1 — 8 ）

    其中 Φ ——物体自身向外辐射的热流量，而不是辐射换热量；

          ——物体的发射率（黑度），其大小与物体的种类及表面状态有关。

    要计算辐射换热量，必须考虑投到物体上的辐射热量的吸收过程，即收支平衡量，详见第八章。

    物体包容在一个很大的表面温度为 的空腔内，物体与空腔表面间的辐射换热量

                         （1 — 9 ）