1.3建筑围护结构传热基础知识
更新时间:2023-04-21 10:40:01 阅读量: 实用文档 文档下载
大学建筑物理
§1.3建筑围护结构传热基础知识 只要有温差,就会有热量的传递。 热量总是从高温物体传至低温物体,或从 物体的高温部分传至低温部分,温差是传 热的动力。 如:冬天,T室内>T室外,所以,室内 夏季,白天,室外 夜间,室内热能 高温和太阳辐射作用 热流 室外气温下降 热能
室外
室内 室外
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热量的传递称传热,其方式有辐射、对流和 导热三种。 建筑物的传热并非某一种传热方式单独进行, 而大多是辐射、对流、导热三种方式综合作 用的结果。 自然界中的传热过程无论对么复杂和多种多 样,都是这三种方式的不同组合。首先分别 研究这三种方式各自传热机理和规律,再考 虑它们的一些典型组合过程。
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1.3.1 导热 导热是指物体中有温差时,由于直接接触 的物质质点作热运动而引起的热能传递过 程。 在固体、液体、气体中都存在导热现象。 其各自的导热机理不同。 纯粹的导热现象仅发生在理想的密实固体 中。在热工计算中,可以认为在固体建筑 材料中的热传递仅仅是导热过程。
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1)温度场、温度梯度和热流密度
①一般情况下,温度t是空间坐标x、y、z和 时间τ 的函数,即t = f(x,y,z,τ ) (1-10)
温度场:在某一时刻物体内各点的温度分布。 (1-10)式为温度场的数学表达式。
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a) t随τ 变,不稳定温度场。b) t不随τ 变,稳定温度场,t = f(x,y,z,) c) 一维稳定温度场:温度只沿x一个坐标轴 发生变化,t = f (x)。 d) 二维稳定温度场:t = f (x,y)。
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②等温面:温度场中同一 时刻有相同温度各点连成 的面。 等温面性质:ⅰ.等温面 上各点温度相同;ⅱ.温 度不同的等温面不相交。
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③温度差△t与沿法线方向 两等温面之间距离△n的比 值的极限。叫做温度梯度。 表示为: t t lim n n 0 n
(1-11)
④由上,导热不能沿等温面进行,必须穿过 等温面,即沿着等温面的法线方向 。
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⑤ 热流密度
单位时间内,通过等温面上单位面积的热 量称为热流密度。dQ q (W / m 2) dF
(1-12)
由式(1-12)得dQ qdF 或 Q qdFF
W
(1-13)
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如果热流密度在面积F上均匀分布,则热流量 为: Q = q ·F (1-14)
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3)傅立叶定律
傅立叶定律内容:匀质材料内各点的热流 密度与温度梯度的大小成正比,即 t q n W/m 2
(1-15)
λ—表示材料导热能力的系数,称导热系数, 恒为正。 负号——热流有方向性。
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4)导热系数 由(1-15)式q [W /( m K )] t n
(1-16)
导热系数大,表明材料的导热能力强。 各种物质的导热系数,均由实验确定。以金 属的导热系数最大,非金属和液体次之,气 体最小。
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各种材料的λ值大致范围是:气体为0.006 ~ 0.6;液体为0.07 ~ 0.7;建筑材料和绝 热材料为0.025 ~ 3;金属为2.2 ~ 420。导 热系数小于0.25的材料叫保温材料(绝热 材料),如石棉制品,泡沫混凝土,不流 动的空气等。 空气的导热系数很小,不流动的空气就是 一种很好的绝热材料。
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如果材料含有气隙或气孔,λ值降低;含水性大, λ值增大。 导热系数还与温度有关,实验证明,大多数材料 的λ值与温度的关系近似直线关系,即λ=λ0+bt (1-17)
式中 λ 0——0℃时的导热系数;b——实验测定的 常数。 工程计算中,导热系数常取使用温度范围内的算 术平均值,并把它作为常数看待。
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1.3.2 对流
定义:对流只发生在流体中,是因温度不 同的各部分流体之间发生相对运动,互相 掺合而传递热能的。 促使流体产生对流的原因: 1.本来温度相同的流体,因其中某一部分 受热(或冷却)而产生温度差,形成对流 运动,称为“自然对流”。 2.因受外力作用(如风吹、泵压等)迫使 流体产生对流,称为“受迫对流”。
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自然对流的程度主要决定于各部分之间的 温度差。温差愈大则对流愈强。 受迫对流取决于外力的大小,外力愈大, 则对流愈强。 建筑热工中所涉及主要是空气沿围护结构 表面流动时,与壁面之间所产生的热交换 过程。→表面“对流换热” (空气流动引 起的对流、空气分子间和空气分子与壁面 分子之间的导热)。
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当流体沿壁面流动时,一 般情况下在壁面附近也就 是边界层内,纯在着层流 区、过渡区和紊流区三种 流动情况,如图所示。
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为确定表面对流换热量,可利用牛顿公式:
qC C (t )
(1-18)
式中 qc——对流换热强度,W/m2; t——流体的温度,℃; α c——对流换热系数,W/(m2· K); θ ——固体表面温度,℃。
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α C值取决于很多因数,是一个复杂的物理量。为简化起 见,在建筑热工学中,根据空气流动情况(自然对流或 受迫对流),结构所在位置(垂直、水平或倾斜),壁 面状况(有利或不利空气流动)采用一定的实用经验计 算公式。
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1.3.3 辐射 凡是温度高于绝对零度(0K即-273.15℃)的物体, 表面就会不停地向四周发射电磁波,同时又不断 地吸收其他物体投射来的电磁波。 如果这种辐射的波长范围为0.4~40μ m,就会有明 显的热效应。这种辐射与吸收的过程就造成了以 辐射形式进行的物体间的能量转移——辐射传热。 辐射传热与导热和对流有本质区别:以电磁波传 递热能。
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