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熱量傳遞的三種基本方式分別是什么?
熱量傳遞主要有三種基本方式:導熱、熱對流和熱輻射。傳熱可以以其中一種方式進行,也可以同時以兩種或三種方式進行。根據傳熱介質的特征,熱量傳遞的過程又可以分為熱傳導、對流傳熱和輻射傳熱。
1、導熱
導熱是指依靠物質的分子、原子和電子的振動、位移和相互碰撞而產生熱量傳遞的方式。例如,固體內部熱量從溫度較高的部分傳遞到溫度較低的部分,就是以導熱的方式進行的。
熱傳導在氣態、液態和固態物質中都可以發生,但熱量傳遞的機理不同。氣體的熱量傳遞是氣體分子作不規則熱運動時相互碰撞的結果。氣體分子的動能與其溫度有關,高溫區的分子具有較大的動能,即速度較大,當它們運動到低溫區時,便與低溫區的分子發生碰撞,其結果是熱量從高溫區轉移到低溫區。
固體以兩種方式傳遞熱量:晶格振動和自由電子的遷移。在非導電的固體中,主要通過分子、原子在晶體結構平衡位置附近的振動傳遞能量;對于良好的導電體如金屬,類似氣體分子的運動,自由電子在晶格之間運動,將熱量由高溫區傳向低溫區。
由于自由電子的數目多,所傳遞的熱量多于晶格振動所傳遞的熱量,因此良好的導電體一般都是良好的導熱體。
液體的結構介于氣體和固體之間,分子可作幅度不大的位移,熱量的傳遞既依靠分子的振動,又依靠分子間的相互碰撞。
在物體各部分之間不發生相對位移的情況下,如固體、靜止的液體和氣體中以導熱方式發生的熱量傳遞過程,稱為熱傳導。
2、熱對流
熱對流指由于流體的宏觀運動,冷熱流體相互摻混而發生熱量傳遞的方式。這種熱量傳遞方式僅發生在液體和氣體中。由于流體中的分子同時進行著不規則的熱運動,因此對流必然伴隨著導熱。
當流體流過某一固體壁面時,所發生的熱量傳遞過程稱為對流傳熱,這一過程在工程中廣泛存在。在對流傳熱過程中,根據流體的流態,熱量可能以導熱方式傳遞,也可能以對流方式傳遞。
根據引起流體質點位移(流體流動)的原因,可將對流傳熱分為自然對流傳熱和強制對流傳熱。自然對流傳熱是指由于流體內部溫度的不均勻分布形成密度差,在浮力的作用下流體發生對流而發生的傳熱過程,例如暖氣片表面附近空氣受熱向上流動的過程。
強制對流傳熱是指由于水泵、風機或其他外力引起流體流動而發生的傳熱過程。流體進行強制對流傳熱的同時,往往伴隨著自然對流傳熱。
根據流體與壁面傳熱過程中流體物態是否發生變化,可將對流傳熱分為無相變的對流傳熱和有相變的對流傳熱。無相變的對流傳熱指流體在傳熱過程中不發生相的變化;而有相變的對流傳熱指流體在傳熱過程中發生相的變化,如氣體在傳熱過程中冷凝成液體,或液體在傳熱過程中沸騰而轉變為氣體。
3、熱輻射
物體通過電磁波來傳遞能量的方式稱為輻射。輻射有多種類型,其中因熱的原因而發出輻射能的現象稱為熱輻射。
自然界中各個物體都不停地向空間發出熱輻射,同時又不斷地吸收其他物體發出的熱輻射。發出熱輻射與吸收熱輻射過程的綜合結果就造成了以輻射方式進行的物體間的熱量傳遞——輻射換熱。
當物體與物體或周圍環境處于熱平衡時,輻射換熱量等于零,但這是動態平衡,研究表明物體向外發出的熱輻射和吸收的熱輻射相等,但是該物體與其他物體或環境之間的輻射與吸收過程仍在不停地進行。
高溫物體通過輻射換熱將熱量傳給低溫物體實際上是由于高溫物體給低溫物體的輻射能大于低溫物體給高溫物體的輻射能的綜合結果。
與導熱和對流換熱相比,熱輻射具有如下特點:
①輻射能可以通過真空自由地傳播而無需任何中間介質;
②一切物體溫度高于0K的物體均能夠持續地發射出輻射能,同時也能持續地吸收來自其他物體的輻射能;
③熱輻射不僅具有能量的傳遞,而且具有能量形式的轉換。發射時從熱能轉換為輻射能,而被吸收時又從輻射能轉換為熱能。
擴展資料
在傳熱研究中,為了分析問題和數學處理的方便,與研究流體流動時一樣,采用了連續介質模型,即通常假定所研究的物體中溫度、密度、速度等傳熱相關物理參數都是空問的連續函數。對于氣體只要被研究物體的幾何尺度遠大于分子問的平均自由程,這種連續體的假定總是成立的。
研究熱量傳遞的傳熱學與工程熱力學都是研究與熱現象有關的科學。然而,這兩門學科的研究內容和方法是有區別的。首先,工程熱力學研究的是處于平衡狀態的體系,其中不存在溫差或者壓力差,而傳熱學則是研究有溫差存在時處于不平衡狀態的體系的熱能傳遞規律。
例如,經過高溫制備出的材料的冷卻,熱力學主要研究單位質量的材料在這一冷卻過程中散失的熱量;而傳熱學則主要研究該冷卻過程受哪些因素影響,冷卻過程中溫度如何變化,冷卻需要多長時間等諸多問題。
其次,熱力學中所說的熱量通常是指能量,其單位通常用焦耳(J)和卡(kcal)來表示,而傳熱學中所說的傳熱量通常是指單位時間內傳遞的熱量,因此其單位通常用瓦(W)等功率單位。
盡管如此,傳熱學與工程熱力學有著密切的關系:分析任何的熱量傳遞過程都要用到熱力學第一定律,即能量守恒定律。熱量傳遞過程的動力是溫度差,熱能總是由高溫處向低溫處傳遞。
兩種介質或者同一物體的兩部分之間如果沒有溫差就不可能有熱量的傳遞,而這正是熱力學第二定律所規定的基本內容。因此,工程熱力學的第一、第二定律是進行傳熱學研究的基礎。
熱傳遞有哪三種方式?
熱傳遞主要存在三種基本形式:熱傳導、熱輻射和熱對流。
熱傳遞是物理學上的一個物理現象,是由于溫度差引起的熱能傳遞現象。熱傳遞中用熱量量度物體內能的改變。熱傳遞主要存在三種基本形式:熱傳導、熱輻射和熱對流。
只要在物體內部或物體間有溫度差存在,熱能就必然以以上三種方式中的一種或多種從高溫到低溫處傳遞。對于固體熱源,當它同周圍媒質溫度差不很大時(約50°C以下),熱源向周圍媒質傳遞的熱量可由牛頓冷卻定律來計算。
擴展資料:
熱傳遞的熱輻射應用:熱輻射成像系統。
1、THEMIS。
THEMIS包括兩個相互的多光譜成像子系統:10波段熱紅外成像子系統(IR),和5波段可視成像子系統(VIS)。
2、熱輻射圖像的分辨率。
熱紅外成像子系統(IR)的分辨率能達到100米/像素;可視成像子系統(VIS)的分辨率能達到19米/像素。
3、熱輻射成像系統使用的波段。
熱紅外成像子系統(IR)的波段集中在6.78微米、6.78微米、7.93微米、8.56微米、9.35微米,10.21微米、11.04微米、11.79微米、12.57微米和14.88微米。
可視成像子系統(VIS)的波段集中在0.425微米、0.540微米、0.654微米、0.749微米和0.860微米。
4、14.88微米波段的圖像。
在14.88微米波段上,紅外線不能穿透火星大氣層,所以熱輻射成像系統看不到火星表面的樣子。
5、熱輻射成像系統捕捉到水或冰。
無論是水還是冰,其輻射光譜在熱輻射成像系統所用的紅外波段內都可以被很好的吸收。
6、熱輻射成像系統有透視眼。
熱輻射成像系統能夠穿透少量的大氣塵埃,但是火星表面的灰塵,哪怕是薄薄的一層,也會使其覆蓋物質散發的的熱紅外光譜信號衰減。日間的導熱性能夠使其穿透幾厘米厚的灰塵,但是結果只能升高或降低表面灰塵的溫度。
參考資料來源:百度百科-熱傳遞
中國網-熱輻射成像系統(THEMIS)常見問題解答
熱傳遞的三種方式都有什么
熱傳遞的三種方式有:1、熱傳導,2、對流,3、輻射。
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