《传热学》是工程热力学领域的一门重要学科,主要研究热量传递的三种基本方式:热传导、热对流和热辐射。热传导是指物质内部由于分子或原子的热运动而引起的热量传递,通常发生在固体中。热对流则是流体流动过程中,流体分子与固体壁面之间的热交换,包括流体内部的动量传递和能量传递。热辐射则是物体通过电磁波的形式(主要是红外线)直接传递能量,无需媒介。
热流量是单位时间内传递的热量,单位为瓦特(W)。热流密度是单位面积上的热流量,单位为瓦特每平方米(W/m²)。总传热过程指的是热量从高温流体通过固体壁传递到低温流体的过程,它的强度由总传热系数来衡量,单位为瓦特每平方米每开尔文(W/(m²·K))。
对流传热系数和辐射传热系数分别表示对流和辐射传热的能力,单位相同,都是W/(m²·K)。复合传热系数用于描述同时存在对流和辐射传热的情况,也是W/(m²·K)。总传热系数K则综合考虑了所有传热途径的影响,表示在温差为1K时,单位面积和单位时间内传递的热量。
热阻是衡量传热难易程度的参数,单位面积热阻rt的单位是m²·K/W,总面积热阻Rt的单位是K/W。热阻与传热系数的关系为rt=1/K和Rt=1/KA。稳态传热是指物体内部各点温度不随时间变化的传热过程,而非稳态传热则相反。
在实际应用中,如燃煤电站的过热器,烟气向管壁的传热可能同时涉及辐射和对流,其复合传热系数为两者的代数和。热辐射在高温环境中如炉膛火焰向水冷壁的传热中占据主导,而在烟气向空气预热器的传热中,热对流则更为重要。
通过传热热阻和温差,可以计算热流量,例如一个传热过程的热阻为0.035K/W,温差为70℃,则热流量为2kW。对于平壁传热,通过传热系数、两侧流体的传热系数和壁厚,可以求得平壁的导热系数和导热热阻。
总传热方程式可以表示为传热量φ或热流量q等于总传热系数K乘以传热面积A和温差Δt,即φ=KAΔt,q=KΔt。理解并掌握这些基本概念和计算方法,对于解决工程中的传热问题至关重要。