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1、第五章 传热概论与能量方程,5-1.热量传递概论；,5-2.能量方程；,本章讨论热量传递的方式，各种传热过程的机理以及能量方程的推导。,第五章 传热概论与能量方程 5-1.热量传递概论；5-,5-1.热量传递概论,传热特点：热量 高温区 低温区,研究目的：传热速度的求解。,热量传递的基本方式:,3、辐射传热,1、导热,2、对流传热,5-1.热量传递概论传热特点：热量 高温区,5-1.热量传递概论,热量不依靠宏观混合运动而从物体的高温区向低温区移动的过程；借助于物体分子、原子、离子、自由电子等微观粒子的热运动产生的热量传递，简称导热；导热在气体、液体和固体中均能发生；导热的推动力：温度差。,1、
2、导热,5-1.热量传递概论 热量不依靠宏观混合运动而从物,5-1.热量传递概论,描述导热现象的物理定律为傅立叶定律（Fourier Law），其数学表达式为,W/m2,5-1.热量传递概论 描述导热现象的物理定律为傅,5-1.热量传递概论,2、对流传热,对流传热是指由于流体的宏观运动，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。对流传热只能发生在有流体流动的场合，而且由于流体中的分子同时在进行着不规则的热运动，因而对流传热必然伴随着导热现象。,对流传热,强制对流传热,自然对流传热,外力作用引起；,流体的密度差引起。,5-1.热量传递概论2、对流传热 对流传热是指由,5-1
3、.热量传递概论,对流传热速率可由牛顿冷却定律描述，即：,对流传热系数或膜系数,W/m2,5-1.热量传递概论 对流传热速率可由牛顿冷却定,5-1.热量传递概论,因热的原因而产生的电磁波在空间的传递称为热辐射。热辐射与热传导和对流传热的最大区别就在于它可以在完全真空的地方传递而无需任何介质。,描述热辐射的基本定律是斯蒂芬(Stefan)-玻尔兹曼(Boltzmann)定律：,3、辐射传热,q/A 黑体的发射能力；0 黑体的辐射常数(Stefan-Boltzmann常数)，5.6710-8 W/(m2K4)T 黑体表面的绝对温度；适用于绝对黑体的热辐射。,5-1.热量传递概论 因热的原因而产生的电
4、磁波在空,5-2.能量方程,1、能量方程的推导,根据热力学第一定律（能量守恒定律），采用拉格朗日观点：流体微元的内能增长速率=加入流体微元的热速率+表面应力对流体微元所做的功率,在流场中选一微元系统：质量 一定，体积和形状变化,5-2.能量方程1、能量方程的推导,5-2.能量方程,微元系统的体积为 dV=dxdydz 微元系统的质量为 dM=dxdydz,J/(kg.s),流体微元内能增长速率,加入流体微元的热速率,环境对流体微元所作的功率,5-2.能量方程 微元系统,5-2.能量方程,1)、加入流体微元的热速率,x方向：,同理，y、z方向：,5-2.能量方程1)、加入流体微元的热速率x方向：
5、同理，,5-2.能量方程,加入流体微元总的热速率,代入得,设导热三维同性，kx=ky=kz=k，由傅立叶定律,5-2.能量方程加入流体微元总的热速率代入得设导热三维同,5-2.能量方程,则,故,对于一般情况，假定微元系统内部存在内热源。,（1）,加入流体微元总的热速率可写为,5-2.能量方程则单位体积流体生成的热速率设J/(,5-2.能量方程,2）、表面应力对流体微元所作的功率,表面应力,压力引起,使流体微元发生体积形变,黏滞力引起,由于黏性产生摩擦,5-2.能量方程2）、表面应力对流体微元所作的功率表面应,5-2.能量方程,J/(m3.s）,流体微元所作的膨胀功率为,负号表示压力方向与法线方
6、向相反,J/s,5-2.能量方程J/(m3.s）流体微元所作的,5-2.能量方程,单位体积流体产生的摩擦热,则,设,J/(m3.s）,故,散逸热速率,J/s,（2）,将（1）及（2）代入上式，得,J/(m3.s）,能量方程,5-2.能量方程单位体积流体产生的摩擦热则设J/(,5-2.能量方程,2、能量方程的特定形式,（1）不可压缩流体的对流传热,当流速不是特别高、黏度较低时,不可压缩流体,化简得,5-2.能量方程2、能量方程的特定形式（1）不可压缩流体,5-2.能量方程,定压比热容,由,不可压缩流体,因此得,定容比热容,或,5-2.能量方程定压比热容由不可压缩流体因此得定容比热容,5-2.能量
7、方程,令,则,导温系数(热量扩散系数),展开得,对流传热微分方程：适用于液体对流传热或密度变化不太大的气体,5-2.能量方程令则导温系数(热量扩散系数)展开得对流传,5-2.能量方程,（2）热传导,没有对流：,化简得,普遍化热传导微分方程,当流速不是特别高、黏度较低时,5-2.能量方程（2）热传导没有对流：化简得普遍化热传导,5-2.能量方程,若无内热源,泊松(Poisson)方程,若稳态导热,傅立叶第二定律,若无内热源稳态导热,拉普拉斯(Laplace)方程,5-2.能量方程若无内热源泊松(Poisson)方程若稳,5-2.能量方程,3、柱坐标系与球坐标系的能量方程,1).柱坐标,柱坐标温度场,能量方程,5-2.能量方程3、柱坐标系与球坐标系的能量方程1).,5-2.能量方程,2）.球坐标,能量方程,球坐标温度场,5-2.能量方程2）.球坐标能量方程球坐标温度场,小 结,1、掌握导热、对流传热、辐射传热等热量传递的方式和机理。2、熟悉能量方程的推导过程，以及能量方程的特殊形式对流传热微分方程、热传导微分方程。,小 结 1、掌握导热、对流传热、辐射传热等热量,
