第一章 修建热工学

　　第一节 修建热工学根本原理

　　一、传热方式

　　热量的传递称为传热。

　　依据传热机理的不同，传热的根本方式分为导热、对流和辐射。

　　(一)导热(热传导)

　　导热是指温度不同的物体各局部或温度不同的两物体直接接触而发作的传热景象

　　1.傅立叶定律

　　导热根本定律，均质资料物体内各点的热流密度与温度梯度成反比，即：

　　(1-1)

　　式中 q——热流密度(热流强度)，单位工夫内，经过

　　等温面上单位面积的热量，单位为W/m2

　　——温度梯度，温度差△t与沿法线方向两个等温面

　　之间间隔△n的比值的极限，单位为K/m

　　λ——资料的导热系数，单位为W/(m?K)

　　图1-1 等温面表示图

　　式(1-1)中的负号表示热量的传递方向和温度梯度的方向相反。

　　2.导热系数

　　导热系数是表征资料导热才能大小的物理量。它的物理意义是，物体中单位温度降度(即1m厚的资料的两侧温度相差1oC时)，单位工夫内经过单位面积所传导的热量。

　　应该熟习常常运用的修建资料的导热系数。各种资料导热系数入的大致范围是：

　　气体： 0.006～0.6

　　液体： 0.07～0.7

　　金属： 2.2～420

　　修建资料和绝热资料：0.025～3

　　影响导热系数的要素：物质的品种(液体、气体、固体)、密度、湿度、压力、温度等。

　　而影响导热系数次要要素是资料的密度和湿度。

　　密度。普通状在互联网思维的影响下，传统服务业不再局限于规模效益，加强对市场的反应速度成为传统服务业发展的首要选择。在互联网思维下，通过对传统服务业的改革，为传统服务业发展创造了全新的天地。况下，密度小的资料导热系数就小，反之就大。但是关于一些密度较小的保温资料，特别是某些纤维状资料和发泡资料，当密度低于某个值当前，导热系数反而会增大。在最佳密度下，该资料的导热系数最小。

　　湿度。修建资料含水后，水或冰填充了资料孔隙中空气的地位，导热系数将明显增大，在修建保温、隔热、防潮设计时，都必需思索到这种影响。

　　温度。大少数资料的导热系数随温度的降低而增大，工程计算中，导热系数常取运用温度范围内的算术均匀值，并当作常数。

　　热流方向。各向异性资料(如木材、玻璃纤维)，平行于热流方向时，导热系数较大，垂直于热流方向时，导热系数较小。

　　(二)对流

　　对传播热之发作在流体(液体、气体)中，是指因温度不同的各局部流体之间发作绝对运动，相互掺合而传热的景象。

　　由于惹起流体活动的动力不同，对流的类型可分为：

　　1.自在对流：由于温度的不同惹起的对流换热。

　　2.受迫对流：由外力作用构成的对流。受迫对流在传递热量的强度方面要大于自在对流。

　　在修建热工中所触及的次要是空气沿围护构造外表活动时，与壁面之间所发生的热交流进程。这种外表的对流换热的根本计算式为牛顿冷却公式：

　　(1-2)

　　式中 qc——对流换热强度，W/m2

　　αc——对流换热系数，W/(m2?K)

　　t——流体主体局部温度，K

　　θ——固体壁面温度，K

　　对流换热量取决要素：温度差、物体外表情况等。

　　(三)辐射

　　由于本身温度或热运动的缘由而激起发生的电磁波传达称为热辐射。

　　1.热辐射的实质和特点

　　(1)不依托物质的接触而停止热量传递。

　　(2)辐射换热进程随同着能量方式的两次转化，即物体的局部内能转化为电磁波能发射出去，当此电磁波能射到另一物体外表而被吸收时，电磁波能有转化成内能。

　　(3)但凡温度高于相对零度(0K)的物体都能发射辐射能。

　　2.物体的辐射特性

　　物体按其辐射特性分为黑体、灰体和选择性辐射体(非灰体)三大类。

　　黑体：能发射全波段的热辐射，在相反的温度条件下，辐射才能最大。

　　灰体：假如—个物体在每一波长下的单色辐射力与同温度、同波长下黑体的单色辐射力的比值为—常数，这个物体称为灰体。普通修建资料均可看作为灰体。灰体的辐射身手Eλ与同温度下黑体的辐射身手Eλ，b的比值称为黑度(发射率)ε。

　　(1-3)

　　选择性辐射体 (非灰体)：此类物体的单色辐射力与黑体、灰体一模一样，有的只能发射某些波长的辐射线。

　　全辐射力E(辐射身手，全辐射身手)：在单位工夫内、从单位外表积上以波长0～ 的全波段向半球空间辐射的总能量，单位：W/┫，

　　黑体的全辐射才能Eb(斯蒂芬—波尔兹曼定律)，可表示为：

　　(1-4)

　　式中 Tb——黑体的相对温度，K。

　　σb—黑体辐射常数，5.68x10—8W/(┫.K4)，

　　Cb逐个黑体辐射系数，5.68W/(┫，K4)

　　灰体的辐射才能E

　　(1-5)

　　式中 T——灰体的相对温度，K

　　C——灰体辐射系数，W/(┫，K4)

　　ε——灰体的黑度。

　　辐射系数C表示物体外表的辐射才能，普通粗造的外表辐射力大，润滑的外表辐射力小。

　　(5)单色辐射力Eλ(单色辐射身手)：单位工夫内从单位外表积向半球空间辐射出的某一波长的能量，单位：W/(m2?μm)。

　　3.物体对外来辐射的反射、吸收和透射

　　图1-2 物体对辐射热的吸收、反射和透射表示图

　　(1)反射系数r：被反射的辐射能Ir与入射辐射能Io的比值。

　　(1-6)

　　(2)吸收系数ρ：被吸收的辐射能Iρ，与入射辐射能Io的比值。

　　(1-7)

　　(3)透射系数 ：被透射的辐射能I 与入射辐射能Io的比值。

　　(1-8)

　蓬勃发展的行业不仅给从业者提供了巨大的发展机遇，也带来了全新的挑战。　显然， (1-9)

　　我们还可以用三个系数定义黑体、白体、通明体。

　　黑体(相对黑体)：能将外来辐射全部吸收的物体，ρ=1

　　白体(相对白体)：能将外来辐射全部反射的物体，r=1。

　　通明体：能将外来辐射全部透过的物体，τ=1。

　　4. 影响资料吸收率、反射率、透射率的要素

　　资料吸收率、反射率、透射率与物体的性质、温度和外表情况有关，还和透射能量按波长的散布有关。

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　　留意，关于任一特定的波长，资料外表对外来辐射的吸收系数与其本身的发射率或黑度在数值上相等，即ρ=ε，所以资料的辐射才能越大，它的吸收才能也越大。

　　物体对不同波长的外来辐射的反射才能不同，对短波辐射，颜色起主导作用但对长波辐射，材性(导体还是非导体)起主导作用。例如，在阳光下，黑色物体与白色物体的反射才能相差很大，白色反射才能强而在室内，黑、白物体外表的反射才能相差极小。

　　常温下，普通资料对辐射的吸收系数可取其黑度值，对来自太阳的辐射，资料的吸收系数并不等于物体外表的黑度。

　　玻璃作为修建常用的资料属于选择性辐射体，其透射率与外来辐射的波长有亲密的关系。易于透过短波而不易透过长波是玻璃修建具有温室效应的缘由。

　　5.辐射换热量

　　物体之间，以辐射方式停止热量交流称为辐射换热。两外表间的辐射换热量次要与外表的温度、外表发射和吸收辐射的才能、外表的几何尺寸与绝对地位有关。

　　在不计两外表之间的屡次反射，仅思索第一次吸收的前提下，恣意两外表的辐射换热量的通式为

　　(1-10)

　　式中 q1-2——辐射换热热流密度，W/┫

　　θ1——外表1的温度，K

　　θ2——外表2的温度，K

　　αr——辐射换热系数，W/(┫?K)。

　　辐射换热系数αr取决于外表的温度、外表发射和吸收辐射的才能、外表的几何尺寸与绝对地位。

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