第二章 温度、热量与能量（六）---显热

2.6 显热Sensible Heat2.6.1 定义显热Sensible Heat是指引起物体温度发生变化但不改变物质相态的那部分热量。例如将一杯 20 ℃ 的水加热到 80 ℃。整个过程中水始终保持液态温度不断升高吸收的热量全部用于增加焓。因此这部分热量称为显热。之所以称为显热是因为它能够直接表现为温度变化可以通过温度计测量出来。2.6.2 显热的数学表达对于比热近似不变的情况显热可表示为其中显热Jm质量kg定压比热J/(kg·K)温度变化K因此比热决定了单位温度变化所对应的显热大小。【注】工程手册的显热公式中热容几乎都取并不是定容显热不存在而是基于以下考虑绝大多数工程本身是定压定压或开口系统的除了一些特殊的分析对象如刚性密闭容器大多数材料手册、物性数据库默认提供定压比热容更易通过实验测量甚至有些手册查不到液固体系中二者数值本就接近、气体虽有差异但工程惯例统一用配合焓方程处理。2.6.3 显热与焓的关系上一节已经介绍对于定压过程单位质量的比焓变化与热容的关系为积分后可得单位质量的比焓变化如果比热近似为常数则对于总质量为 m 的物质总显热 Q 为因此在定压、无相变、无其他形式功的条件下显热本质上就是由温度变化引起的比焓变化若考虑总质量总显热等于质量与比焓变化的乘积。这一结论的物理基础是能量守恒方程dHδQVdp在定压dp0时简化为 δQdH即定压过程中吸收/释放的热量恰好等于焓的变化量。注意这里讨论的是没有发生相变的情况且系统不做除膨胀功以外的其他功。如果发生相变即使焓继续增加温度也可能保持不变这部分焓变化就不属于显热而属于下一节要介绍的潜热。2.6.4 显热的物理本质从微观角度来看当物体吸收显热时分子运动更加剧烈分子平均动能增加温度升高。因此显热主要对应的是分子平均动能的增加。例如空气从 20 ℃ 加热到 40 ℃。虽然分子之间距离几乎没有明显变化但运动速度变快因此温度升高。2.6.5 显热与潜热的区别工程中经常把热量分为两部分项目显热潜热温度是否变化是否理想相变过程相态是否变化否是是否与比热有关是否2.6.6 Fluent 中的显热在 Fluent 中显热通常由比热 ()温度共同决定。材料数据库中的Constant CpPolynomial CpPiecewise Polynomial实际上都是在描述焓如何随温度变化。因此Energy Equation 求解得到焓后再结合材料的 () 关系即可计算对应温度。2.6.7 易混淆概念1显热一定会升温吗不一定。如果物体降温例如80 ℃↓20 ℃释放出去的仍然是显热。因此显热既可以吸收也可以释放。2显热和热量是不是一样不是。显热是热量的一种表现形式。热量还包括潜热。3为什么显热可以直接测量准确地说不是显热可以直接测量而是显热会引起温度变化因此可以根据温度变化和比热间接计算出来。2.6.8 本节小结显热是引起温度变化而不改变相态的热量。显热与比热直接相关常用公式为 ()。显热本质上对应温度变化引起的焓变化。在 Fluent 中没有发生相变时能量变化通常全部表现为显热。