热传递

编辑:森严网互动百科 时间:2019-12-15 16:55:40
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热传递(heat transfer)是指热力学过程中改变系统状态的方式之一 ,另一种方式为做。在不做功情况下发生的能量从高温物体迁移到低温 物体,或热量从一个物体中的高温部分迁移到低温部分的现象称为热传递 。热传递中用热量量度物体内能的改变。热传递有热传导热辐射热对流三种形式。实际上,这三种传热方式经常同时并存,因而,增加了过程的复杂性。对于固体热源,当它同周围媒质温度差不很大时(约50°C以下),热源向周围媒质传递的热量可由牛顿冷却定律来计算。[1-2] 
中文名
热传递
外文名
heat transfer
特    征
改变系统状态的方式之一
传递方式
热传导、热对流和热辐射
量    度
用热量量度物体内能的改变
复杂性
三种传热方式常常同时并存

热传递热传导

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热传导由组成系统的分子原子热运动及其相互作用引起的热量从高温向低温迁移的
热传递与热传导 热传递与热传导
宏观现象。物质的三种聚集态——气、液、固中都能发生热传导。热传导遵从的宏观规律是傅里叶定律。根据这个定律,由系统内温度分布不均匀引起的在dt时间内流过面积元dS的微热量为:
dQ=-λ(r)(2T/2n)dSdt
式中的r是确定面积元dS位置的径矢,(2T/2n)表示r处沿dS法线方向的温度梯度,负号说明热量总是沿着温度减小的方向进行,λ(r)表示r处系统的热导率,它的数值反映该种物质传递热量的本领。热导率是温度的函数,在一个温度分布不均匀的系统中,它随径矢而改变。但对很多物质,当温度变化不大时热导率可近似为常数。铜在室温下的热导率为3.98×102瓦/(米·开),而相同条件下的空气热导率为2.57×10-2瓦/(米·开)。[1] 

热传递热辐射

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借助电磁波传递能量的方式称为热辐射。它具有连续的辐射能谱波长远红外区延伸
CPU热传递 CPU热传递
至紫外区,但主要靠波长较长的红外线辐射源表面在单位时间内、单位面积上所发射(或吸收)的能量同该表面的性质及温度有关 ,表面越黑暗越粗糙,发射(吸收)能量的能力就越强。任何物体都以电磁波的形式向周围环境辐射能量。辐射电磁波在其传播路上遇到物体时,将激励组成该物体的微观粒子热运动,使物体加热升温。热辐射电磁波的波长限于0.8微米至0.8毫米的红外波段。物体的温度升高到400—500℃后就会发出可见光(波长为0.4—0.8微米) ,同时以热的形式辐射能量。热辐射遵循的宏观规律是建立在普朗克平衡辐射场能量密度公式基础上的斯忒藩-玻耳兹曼定律黑体的总辐出度E0(单位时间里从单位面积发射的能量)与它温度T4成正比:
E0(T)=σ0T4=σ0′(T/100)4
式中的比例系数σ0′=5.67焦/(秒·米2·开4)称斯忒藩-玻耳兹曼常数。落到物体上的电磁辐射部分被吸收,部分被反射,部分贯穿物体,可分别定义物体的吸收系数a反射系数r和透射系数d为:
a=Qa/Q r=Qr/Q d=Qd/Q
式中的QQaQrQd分别表示入射物体的电磁辐射能量及其被吸收、反射和透射的那一部分能量。由能量守恒定律可得:a+r+d=1。通常把a=1、r=d=0的物体称为绝对黑体;具有全反射r=1、a=d=0)性质的物体称绝对白体绝对透明体d=1、a=r=0。实际上只有薄膜固体才具有相当的透明度。一些气体可看作是透明体,另一些气体对辐射的吸收具有选择性。吸收系数与波长无关(aλ=a=常数)的物体被称为灰体。灰体的单色辐出度类似黑体是连续分布的,只是数值按比例ε减小,ε又称黑度。由此可得灰体的总辐出度为:
E=εE0=εσ0T4=σT4=σ′(T/100)4
式中的σ=εσ0(或者σ′=εσ0′),称作灰体的辐射系数。[1]  [2] 
不同物体对同样电磁波的吸收、穿透和反射的程度各不相同。[2] 
一个物体向外辐射能量的同时,还吸收从其他物体辐射来的能量。如果物体辐射出去的能量恰好等于在同一时间内所吸收的能量,则辐射过程达到平衡,称为平衡辐射,此时物体具有固定的温度(见普朗克公式)。[2] 
热辐射能把热能以光速穿过真空,从一个物体传给另一个物体。任何物体只要温度高于绝对零度,就能辐射电磁波,被物体吸收而变成热能,称为热射线。电磁波的传播不需要任何媒质,热辐射是真空中唯一的热传递方式。太阳传递给地球的热能就是以热辐射的方式经过宇宙空间而来。[3] 

热传递热对流

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热对流是流体(包括液体和气体)流动过程中从温度较高处向温度较低处放热的现象。对流又分为强迫对流自由对流。前者是流体在外界动力(如、风扇、压强差等)驱动下的运动;后者是流体因温度分布不均匀诱发密度不均匀而产生浮力作用下的运动。管道内发生的对流传热称为内部问题,流体流过物体时发生的对流传热是外部问题。[1] 
  温度为t0的流体流过一个温度为tw(大于t0)的物体时,流体的温度从物体表面温度tw变化到t0的过程发生的物体表面附近的薄层内,薄层的厚度取决于流体的性质及其运动特征。流体运动越湍急,此温度边界层越薄,正是在此边界层内发生的热传导和对流,使热量从物体表面传递向流体。实验表明,对流传热过程中物体从流体获得(或放出)的热量Q与物体的表面积A、时间τ和它与流体之间的平均温度差Δt=twt成正比,故有牛顿冷却定律:Q=αΔtAτ。式中的比例系数α叫作放热系数twt分别是物体表面和流体的平均温度。计算对流传热问题的困难在于确定放热系数α,应用实验和理论确定不同情况下的放热系数构成了热交换理论的主要内容。[1] 
参考资料
  • 1.    词条作者:包科达.《中国大百科全书》74卷(第二版)物理学 词条:热传递:中国大百科全书出版社,2009-07:381页
  • 2.    词条作者:孙志铭.《中国大百科全书》74卷(第一版)物理学 词条:热传递:中国大百科全书出版社,1987
  • 3.    热传递  .汉语词典[引用日期2013-06-7]
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非自然 自然学科 科技术语 科技 科学 物理学 学科