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熱分析基礎(chǔ)知識(shí)瀏覽數(shù):1782次
熱的傳遞是由于物體內(nèi)部或物體之間的溫度不同而引起的。當(dāng)無(wú)外功輸入時(shí),根據(jù)熱力學(xué)第二定律,熱總是自動(dòng)地從溫度較高的部分傳給溫度較低的部分,根據(jù)傳熱機(jī)理的不同,傳熱的基本方式有熱傳遞、熱對(duì)流和熱輻射三種。 一、熱傳導(dǎo)1)基本概念:當(dāng)物體的內(nèi)部或者兩個(gè)直接接觸的物體之間存在著溫度差異時(shí),物體各個(gè)部分之間不發(fā)生相對(duì)位移時(shí),依靠分子、原子及自由電子等微觀粒子的熱運(yùn)動(dòng)而產(chǎn)生的熱量傳遞稱為熱傳導(dǎo)。熱能就從物體的較高部分傳給溫度較低的部分或從一個(gè)溫度較高的物體傳給直接接觸的溫度較低的物體。 2)特點(diǎn):物體各個(gè)部分不發(fā)生宏觀的相對(duì)位移。導(dǎo)電固體中,導(dǎo)熱起主要作用的是由自由電子的擴(kuò)散運(yùn)動(dòng);非導(dǎo)電固體和大部分的液體中,導(dǎo)熱是通過(guò)振動(dòng)能從一個(gè)分子傳遞到另一個(gè)分子;在空氣中,導(dǎo)熱則是由于分子的不規(guī)則運(yùn)動(dòng)而引起的。 3)熱傳導(dǎo)基本規(guī)律-傅里葉定律 傅里葉定律表示:在單位時(shí)間以熱傳導(dǎo)方式傳遞的熱量與垂直于熱流的截面積成正比,與溫度梯度成正比。負(fù)號(hào)表示導(dǎo)熱方向與溫度梯度方向相反。 傅里葉定律中的導(dǎo)熱系數(shù)是物質(zhì)的一種物理性質(zhì),表示位置的導(dǎo)熱能力的大小,導(dǎo)熱系數(shù)值越大,物質(zhì)的導(dǎo)熱性能越好。導(dǎo)熱系數(shù)只能實(shí)際測(cè)定。一般來(lái)說(shuō),金屬的導(dǎo)熱系數(shù)最大,非金屬的固體次之,液體的較小,氣體的最小。 二、熱對(duì)流1)基本概念:是指由于流體的宏觀運(yùn)動(dòng),從而使流體各個(gè)部分之間發(fā)生相對(duì)位移,冷熱流體互相摻混所引起的熱量傳遞過(guò)程。熱對(duì)流僅發(fā)生在流體中,對(duì)流的同時(shí)必伴隨有導(dǎo)熱現(xiàn)象。 2)對(duì)流換熱:流體流過(guò)一個(gè)物體表面時(shí)的熱量傳遞過(guò)程。 3)對(duì)流換熱的分類: 根據(jù)對(duì)流換熱時(shí)是否發(fā)生相變,分為有相變的對(duì)流換熱與無(wú)相變的對(duì)流換熱; 根據(jù)引起流動(dòng)的原因,分為自然對(duì)流和強(qiáng)制對(duì)流。 自然對(duì)流:自由流體冷熱各部分的密度不同而引起流體的流動(dòng)。如,暖氣片表面附近受熱空氣的向上流動(dòng)。 強(qiáng)制對(duì)流:流體的流動(dòng)是由于水泵、風(fēng)機(jī)或其他壓差作用而引起的。 沸騰及凝結(jié)換熱:液體在熱表面上沸騰及蒸汽在冷表面上凝結(jié)的對(duì)流換熱(相變換熱) 4)熱對(duì)流的基本規(guī)律-牛頓冷卻公式 牛頓冷卻公式中的對(duì)流換熱系數(shù)的大小與傳熱過(guò)程中的許多因素有關(guān)。不僅取決于物體的物性、換熱表面的形狀大小、相對(duì)位置,而且與流體的流速有關(guān)。一般地,就介質(zhì)而言,水的對(duì)流換熱比空氣強(qiáng)烈;就換熱方式而言,有相變的對(duì)流換熱強(qiáng)于無(wú)相變的對(duì)流換熱。 三、熱輻射1)輻射與熱輻射:物體通過(guò)電磁波來(lái)傳遞能力的方式稱為輻射。因熱的原因而發(fā)出輻射能的現(xiàn)象稱為熱輻射。 2)輻射傳熱:輻射與吸收過(guò)程的綜合作用造成了以輻射方式進(jìn)行的物體間的熱量傳遞稱為輻射換熱。輻射換熱時(shí)一個(gè)動(dòng)態(tài)過(guò)程,當(dāng)物體與周圍環(huán)境溫度處于熱平衡時(shí),輻射換熱量為零,但輻射與吸收過(guò)程仍在不停的進(jìn)行,只是輻射熱與吸收熱相等。 3)熱輻射的基本規(guī)律-斯蒂芬—波爾茨曼定律 在工程中通??紤]兩個(gè)或者兩個(gè)以上物體之間的輻射,系統(tǒng)中的每個(gè)物體同時(shí)輻射并吸收熱量。要增加輻射換熱,可以提高熱源表面的黑度和到冷表面的視角系數(shù),增加表面積。
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