热量传递的三种基本方式

  Alu ·  2007-08-19 13:11  ·  56969 次点击
一、导热(热传导)
基本概念:
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量传递称导热。
如:固体与固体之间及固体内部的热量传递。
从微观角度分析气体、液体、导电固体与非金属固体的导热机理。
(1)气体中:导热是气体分子不规则热运动时相互碰撞的结果,温度升高,动能增大,不同能量水平的分子相互碰撞,使热能从高温传到低温处。
(2)导电固体:其中有许多自由电子,它们在晶格之间像气体分子那样运动。自由电子的运动在导电固体的导热中起主导作用。
(3)非导电固体:导热是通过晶格结构的振动所产生的弹性波来实现的,即原子、分子在其平衡位置附近的振动来实现的。
(4)液体的导热机理:存在两种不同的观点:第一种观点类似于气体,只是复杂些,因液体分子的间距较近,分子间的作用力对碰撞的影响比气体大;第二种观点类似于非导电固体,主要依靠弹性波(晶格的振动,原子、分子在其平衡位置附近的振动产生的)的作用。
说明:只研究导热现象的宏观规律。
二、对流
1、基本概念:
1)对流:是指由于流体的宏观运动,从而使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。
对流仅发生在流体中,对流的同时必伴随有导热现象。
2)对流换热:流体流过一个物体表面时的热量传递过程,称为对流换热。
2、对流换热的分类
根据对流换热时是否发生相变分:有相变的对流换热和无相变的对流换热。根据引起流动的原因分:自然对流和强制对流。
1)自然对流:由于流体冷热各部分的密度不同而引起流体的流动。
如:暖气片表面附近受热空气的向上流动。
2)强制对流:流体的流动是由于水泵、风机或其他压差作用所造成的。
3)沸腾换热及凝结换热:
液体在热表面上沸腾及蒸汽在冷表面上凝结的对流换热,称为沸腾换热及凝结换热(相变对流沸腾)。
三、热辐射
基本概念
1)辐射和热辐射
物体通过电磁波来传递能量的方式称为辐射。因热的原因而发出辐射能的现象称为热辐射。
2)辐射换热
辐射与吸收过程的综合作用造成了以辐射方式进行的物体间的热量传递称辐射换热。
自然界中的物体都在不停的向空间发出热辐射,同时又不断的吸收其他物体发出的辐射热。
说明:辐射换热是一个动态过程,当物体与周围环境温度处于热平衡时,辐射换热量为零,但辐射与吸收过程仍在不停的进行,只是辐射热与吸收热相等。
3)导热、对流、辐射的评述
①导热、对流两种热量传递方式,只在有物质存在的条件下,才能实现,而热辐射不需中间介质,可以在真空中传递,而且在真空中辐射能的传递最有效。
②在辐射换热过程中,不仅有能量的转换,而且伴随有能量形式的转化。
在辐射时,辐射体内热能→辐射能;在吸收时,辐射能→受射体内热能,因此,辐射换热过程是一种能量互变过程。
③辐射换热是一种双向热流同时存在的换热过程,即不仅高温物体向低温物体辐射热能,而且低温物体向高温物体辐射热能,
④辐射换热不需要中间介质,在真空中即可进行,而且在真空中辐射能的传递最有效。因此,又称其为非接触性传热。
⑤热辐射现象仍是微观粒子性态的一种宏观表象。
⑥物体的辐射能力与其温度性质有关。这是热辐射区别于导热,对流的基本特点。

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