1.3.3傳熱方式

傳熱方式：熱傳導(dǎo)——宏觀靜止，微觀粒子之間的運(yùn)動(dòng)傳熱，是物體內(nèi)部或相互接觸的物體表面之間，由于分子、原子及電子等微觀粒子的熱運(yùn)動(dòng)而產(chǎn)生的熱量傳遞現(xiàn)象。導(dǎo)熱依賴兩個(gè)基本條件：一是必須有溫差，二是必須直接接觸（不同物體）或是物體內(nèi)部傳遞。

熱對(duì)流——流體之間由于質(zhì)點(diǎn)運(yùn)動(dòng)發(fā)生冷熱交替，僅發(fā)生在流體中。

對(duì)流換熱——當(dāng)流體流過一個(gè)固體表面時(shí)，由于流體具有黏性，因此附著于固體表面的很薄的一層流體為靜止的，在離開固體表面的法向上，流體的速度逐漸增加到來流速度，這一層厚度很薄、速度很小的流體稱為邊界層。在邊界層內(nèi)，流體與固體表面之間的熱量傳遞是邊界層外層的熱對(duì)流和附著于固體表面的靜止的邊界層底層的流體導(dǎo)熱兩種基本傳熱方式共同作用的結(jié)果，這種傳熱現(xiàn)象在傳熱學(xué)中稱為對(duì)流換熱。

熱輻射——內(nèi)能轉(zhuǎn)電磁波傳熱。

（1）熱對(duì)流

是指流體中溫度不同的各部分由于相互混合的宏觀運(yùn)動(dòng)所導(dǎo)致的熱量傳遞現(xiàn)象。溫度分布不均必然會(huì)產(chǎn)生導(dǎo)熱現(xiàn)象，因此熱對(duì)流和導(dǎo)熱同時(shí)發(fā)生。

對(duì)流換熱：相對(duì)運(yùn)動(dòng)的流體與固體壁面之間的傳熱，就是一個(gè)對(duì)流與導(dǎo)熱聯(lián)合作用的熱傳遞過程，稱之為“對(duì)流換熱”。當(dāng)具有一定熱量的流體流過一定面積一定溫度的壁面時(shí)，對(duì)流換熱量——Q對(duì)流=hAΔT（牛頓冷卻公式，h為對(duì)流換熱系數(shù)，單位為W/(m2·K),A為界面面積，ΔT為溫差）。

在熱對(duì)流的內(nèi)容中涉及到邊界層流動(dòng)區(qū)和主流區(qū)的概念。

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可以這樣理解：流體在壁面流動(dòng)，緊貼壁面有一相對(duì)壁面很薄的薄層，這個(gè)薄層就是所謂的邊界層。由于黏性作用和流體慣性力共同作用使邊界層與壁面保持近似相對(duì)靜止?fàn)顟B(tài)，壁面與流體之間的熱量交換必須穿過邊界層，換熱方向垂直于邊界層。邊界層外的流體叫作主流區(qū)，這里黏性力很小，可視為理想流體。對(duì)于邊界層，其中沿邊界層法線方向速度梯度和溫度梯度變化劇烈，而主流區(qū)梯度變化幾乎不存在。

（2）熱輻射

指的是物體的內(nèi)能轉(zhuǎn)化為電磁波向外界發(fā)射的熱量傳遞過程。特點(diǎn)是非接觸傳熱，不依賴中間介質(zhì)的媒介作用。物體溫度越高輻射能力越強(qiáng)。物體能夠完全吸收投射到表面的輻射能，叫作黑體，黑體輻射能力最強(qiáng)。

面積為A，溫度為T的黑體向外輻射的熱量計(jì)算公式：Q輻射=σbAT4，但一般物體并非理想黑體且輻射弱于黑體，故需要乘以一個(gè)小于1的修正系數(shù)ε（黑度，表面發(fā)射率），σb?(5.67E-8 W/(m2·K))是斯特藩—玻爾茲曼常量（黑體輻射常量）。

傳熱總結(jié)：

熱量傳遞有三種形式，導(dǎo)熱（conduction)、對(duì)流(convection)、輻射（radiation)。對(duì)于直接接觸的物體，熱量主要由導(dǎo)熱方式傳遞，此時(shí)遵循傅里葉定律：熱量與溫差、接觸面積成正比，與距離成反比，并引入了熱導(dǎo)率的概念作為修正系數(shù)。導(dǎo)熱會(huì)發(fā)生在固體、不流動(dòng)的流體?(Circulation-free Fluids)中。這里并不是指流體不去流動(dòng)，而是指不通過流動(dòng)導(dǎo)致的熱傳遞是通過熱傳導(dǎo)方式達(dá)成的，否則就是別的方式。主要原則就是熱傳導(dǎo)過程中沒有質(zhì)量的移動(dòng)；至于對(duì)流傳熱（convection)，應(yīng)當(dāng)理解為流體的宏觀運(yùn)動(dòng)使冷熱流體相互摻混導(dǎo)致的熱量傳遞；這種傳熱方式遵循牛頓冷卻公式，熱流量與接觸面積和溫差成正比，引入對(duì)流換熱系數(shù)。室內(nèi)冷風(fēng)、翻滾沸水、冷水管的換熱等都是對(duì)流換熱。

參考：

1.https://zhuanlan.zhihu.com/p/423206587

2.https://baike.baidu.com/item/%E5%AF%B9%E6%B5%81%E4%BC%A0%E8%B4%A8/6909250#:~:text=%E5%AF%B9%E6%B5%81%E4%BC%A0%E8%B4%A8

3.https://www.zhihu.com/question/321231293/answer/2108926245

?4.樊丁，黃健康《弧焊物理過程建模與數(shù)值分析》?