熱傳遞

熱傳遞

改變内能的方式
熱傳遞,是改變内能的一種方式,是熱從溫度高的物體傳到溫度低的物體,或者從物體的高溫部分傳到低溫部分的過程。也是改變物體内能的方式。熱傳遞是自然界普遍存在的一種自然現象。隻要物體之間或同一物體的不同部分之間存在溫度差,就會有熱傳遞現象發生,并且将一直繼續到溫度相同的時候為止。發生熱傳遞的唯一條件是存在溫度差,與物體的狀态,物兩個物體之間或者一個物體的兩部分之間能夠發生熱條件,那就隻有一個原因:存在溫度差.火焰與水殼之間能發生熱傳遞,就是因為火焰的溫度比水壺的溫度高.水開始燒後不久,就能看到殼中的水在對流,也就是因為下面的水比上面的水的的溫度高了些。[1]
    中文名:熱傳遞 外文名: 别名: 英文名:re chuan di 本 質:改變内能的一種方式 性 質:物理變化 傳遞方式:熱傳導、熱對流和熱輻射 分 類:熱傳遞與動量傳遞、質量傳遞 對 流:自然對流,受迫對流

正文

熱傳遞改變系統内能的兩種方式之一,另一種方式為作功。在沒有作功而隻有溫度差的條件下,能量從一個物體轉移到另一個物體,或從物體的一部分轉移到另一部分的過程稱為熱傳遞。在熱傳遞過程中,一般用熱量來量度内能改變的多少。熱傳遞又分為熱對流、熱傳導、熱輻射。實際上,這三種傳熱方式常常同時并存,因而,增加了過程的複雜性。對于固體熱源,當它同周圍媒質溫度差不很大時(約50°C以下),熱源向周圍媒質傳遞的熱量Q可由牛頓冷卻定律:

來計算,其中s為進行熱量交換的表面積且在s上熱量交換是均勻的,θ是固體的溫度,θo是遠離熱源處的媒質溫度,t是進行熱交換的時間,α是表面熱傳遞系數。

熱對流  流體依靠其宏觀流動而實現的熱傳遞過程稱為熱對流。其特點是,在熱量傳遞的同時,伴随着大量分子的定向運動。熱對流又分為自然對流和強迫對流。

①自然對流。當流體内部存在溫度梯度,進而出現密度梯度時,高溫處流體的密度一般小于低溫處流體的密度(水在0——4°C的反常膨脹等除外)。如果密度由小到大對應于它們在空間的位置是由低到高,則受重力作用,流體便開始流動。又由于高溫處分子無規則運動的平均動能較低溫處大,從而出現了熱量由高溫處傳向低溫處的現象。冬天室内的取暖設備就是借助室内空氣的自然對流來傳熱的。大氣及海洋中也存在着這種熱對流現象。

②強迫對流。靠外來作用使流體作循環流動,從而進行熱量傳遞。

熱傳導  不借助于物質的宏觀移動,而靠分子、原子、電子等間的相互作用使熱量由高溫物體傳向低溫物體(或由物體的高溫部分傳向低溫部分)的宏觀過程稱為熱傳導。氣、液、固三态物體中都能發生這種傳熱過程。

根據傅裡葉實驗定律,在dt時間内流過面積元ds的熱量為

式中負号表示熱量沿溫度減小的方向傳遞,表示ds所在處沿ds法線方向的溫度梯度, λ(x,y,z)稱為物體在(x,y,z)處的熱導率,其值決定于物質的導熱性能。

簡介

在熱傳遞過程中,物質并未發生遷移,隻是高溫物體放出熱量,溫度降低,内能減少(确切地說是物體裡的分子做無規則運動的平均動能減小),低溫物體吸收熱量,溫度升高,内能增加。因此,熱傳遞的實質就是能量從高溫物體向低溫物體轉移的過程,這是能量轉移的一種方式。熱傳遞轉移的是熱量,而不是溫度。

傳遞方式

簡介

熱傳導、熱對流和熱輻射。

傳導

它具有依靠物體内部的溫度差或兩個不同物體直接接觸,在不産生相對運動,僅靠物體内部微粒的熱運動傳遞了熱量;

a.固體與液體:分子碰撞;

b.固體與固體間:自由電子運動;

c.氣體之間:分子熱運動;

對流

流體中溫度不同的各部分之間發生相對位移時所引起的熱量傳遞的過程;

(1)自然對流:靠物體的密度差,引起密度變化的最大因素是溫度;

(2)受迫對流:(是靠認為作功)受到機械作用或壓力差而引起的相對運動

熱輻射

借助電磁波傳遞能量的方式稱為熱輻射。由于熱的原因,物體的内能轉化為電磁波的能量而進行的輻射過程。

 

任何物體隻要在0K以上,就能發生熱輻射,是紅外線探測運用的較廣,在空分中運用的較

 

少,闆翅式換熱器真空釺焊加熱是依靠熱輻射。

 

釺焊的目的是破壞鋁材表面嚴密的氧化鋁膜,650℃高溫,以前是運用鹽熔爐,能耗大;

 

影響換熱系數的幾個因素:

 

1、 流體的流動狀态:

 

a.層流:易産生熱邊界層;

 

b.紊流:破壞熱邊界層,多運用紊流;

 

c.過渡層:

 

2、流體的流速:流速大, 大;

 

3、放熱面形狀:光滑: 大;粗糙: 小。

 

傳導熱從物體溫度較高的部分沿着物體傳到溫度較低的部分,叫做傳導。

 

 

熱傳導是固體中熱傳遞的主要方式。在氣體或液體中,熱傳導過程往往和對流同時發生。各種物質都能夠傳導熱量,但是不同物質的傳熱本領不同。善于傳熱的物質叫做熱的良導體,不善于傳熱的物質叫做熱的不良導體。各種金屬都是熱的良導體,其中最善于傳熱的是銀,其次是銅和鋁。瓷、紙、木頭、玻璃、皮革都是熱的不良導體。最不善于傳熱的是羊毛、羽毛、毛皮、棉花、石棉、軟木和其他松軟的物質。液體中,除了水銀以外,都不善于傳熱,氣體比液體更不善于傳熱。

 

對流是靠液體或氣體的流動來傳熱的,是液體和氣體中熱傳遞的主要方式,氣體的對流現象比液體更明顯。

 

利用對流加熱或降溫時,必須同時滿足兩個條件:一是物質可以流動,二是加熱方式必須能促使物質流動。

 

輻射:由物體沿直線向外射出,叫做輻射。用輻射方式傳遞熱,不需要任何介質,因此,輻射可以在真空中進行。地球上得到太陽的熱,就是太陽通過輻射的方式傳來的。

 

一般情況下,熱傳遞的三種方式往往是同時進行的。它具有連續的輻射能譜,波長自遠紅外區延伸至紫外區,但主要靠波長較長的紅外線。輻射源表面在單位時間内、單位面積上所發射(或吸收)的能量同該表面的性質及溫度有關,表面越黑暗越粗糙,發射(吸收)能量的能力就越強。

不同物體對同樣電磁波的吸收、穿透和反射的程度各不相同。物體吸收的輻射能同射到物體上的總輻射能之比a稱為吸收系數;反射的部分同總輻射能之比r稱為反射系數;穿透部分同總輻射能之比t稱為穿透系數。三者間有下列關系a+r+t=1。

當t=1時,a=r=0,稱為理想透射體;

當r=1時,a=t=0,稱為理想反射體;

當a=1時,t=r=0,稱為理想黑體。

一個物體向外輻射能量的同時,還吸收從其他物體輻射來的能量。如果物體輻射出去的能量恰好等于在同一時間内所吸收的能量,則輻射過程達到平衡,稱為平衡輻射,此時物體具有固定的溫度(見普朗克公式)

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