Question

什么叫热传递的三种方式？

Answer 1

传热的三种方式：
热的传递是由于物体内部或物体之间的温度差引起的。若无外功输入，根据热力学第二定律，热量总是自动地从温度高的地方传递至温度较低的地方。

热能的传递有三种基本方式：热传导、热对流、热辐射，下面分别介绍这三种传热方式

（一）热传导
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能传递成为热传导。

热传导的基本计算公式是傅立叶定律：在单位时间内热传导方式传递的热量与垂直于热流的截面积成正比，与温度梯度成正比，负号表示导热方向与温度梯度方向相反。

其中Q表示热流率，单位为W; dT/dx为温度梯度，单位为°C/m ;A为导热面积，单位为m2；

λ为材料的导热系数，又称热导率，单位为W/(m°C) ，也可以为W/(mK) 。

热导率是材料的固有的物理特性，代表材料的导热能力，导热系数越大，说明材料的导热性能越好。

（二）热对流
热对流是指由于流体的宏观运动而引起的流体各部分之间发生相对位移，冷，热流体相互掺混导致的热量传递过程。热对流仅发生在流体中，由于流体中的分子同时也会进行不规则的热运动，因此，热对流总是伴随着热传导现象。

工程上比较常见的情况上，流体流过一个物体并与其表面间产生热量传递过程，这种现象称为对流传热过程。

对流传热分为两种类型：自然对流和强制对流。

自然对流是由于流体冷、热各部分的密度不同导致流动，如暖气片附近的空气受热向上流动

强迫对流是由于流体由于压差导致的流动。如冷却水路由水泵驱动流动，而不是密度差。

热对流的基本计算公式是牛顿冷却公式：

其中，Q,A 与傅立叶公式中的Q,A代表的含义一致，分别为热流率与面积

ts与tf分别代表固体表面温度和流体温度；

h为对流换热系数，表示单位温差作用下通过单位面积的热流率，单位为W/m2°C，对流换热系数越大，传热越剧烈

对流换热系数与传热过程中的许多因素有关。如，物体的物性，换热表面的形状、大小相对位置，而且还与流体的流速有关。在对流分析中，通常需要使用理论分析或是实验方法来推算出物体表面的对流换热系数。

（三）热辐射
物体通过电磁波来传递能量的方式成为辐射。物体会因各种原因发出辐射，其中因热而发出的辐射能现象称为热辐射。

辐射与前两种热量传递方式不同的是，前两种都需要有物质存在，而辐射可以在真空中传递能量，甚至在真空中的传递最高效。

物体辐射热流率可根据波尔茨曼定律经验公式来计算：

其中，A为辐射表面积，单位为m2 ;

ε 为物体的发射率，又称黑度，其值总小于1，它与物体的种类和表面状态有关；

σ为斯忒藩-玻尔兹曼常量，又称黑体辐射常数，它是一个自然常数，值为5.67x10-8W/m2*k4

φ为物体自身向外辐射的热流率，而不是辐射换热的能量

工程上通常考虑两个或两个以上物体之间的辐射，系统中每个物体都同时辐射并吸收热量。他们之间的净热量传递用斯蒂芬-玻尔兹曼方程来计算：

其中，Q为热流率 ；ε1为物体的黑度；σ为斯蒂芬-玻尔兹曼常数；

A1为辐射面1的面积，F12为辐射面1到辐射面2的形状系数；

T1为辐射面1的绝对温度，T2为辐射面2的绝对温度

由上式可以看出包含热辐射的热分析是高度非线性的。