工程热力学与传热学热力学第八章Refrigeration Principle
工程热力学与传热学(第八讲)4-2、3
第二节热力学第二定律一、自发过程和非自发过程自然界中的过程都具有一定的方向性。
如：热量从高温物体传递给低温物体；水从高处流向低处；摩擦所作的功会转变成热等。
这些过程有一个共同特点，就是不需要借助外力的作用就能进行。
自发过程：不需要借助外力的作用就能进行的过程称为自发过程。
非自发过程：需要借助外力的作用才能进行的过程称为非自发过程。
（也就是自发过程的逆过程）。
如用水泵将水由低处流到高处就属于非自发过程。
强调：非自发过程可以进行，只是不能自发进行，而是需要外界条件给予补偿。
如：热量从低温物体传向高温物体需要有机械能转变成热能的过程来补偿；反之，热能转变成机械能则需要有热量从高温物体传向低温物体的过程做补偿。
非自发过程的补偿条件都是自发过程。
即一个非自发过程的进行需要一个自发过程做补偿。
自然界中的一切过程，在没有补偿条件的情况下，都只能朝着自发过程的方向进行。
即任何过程都具有方向性。
二、热力学第二定律的实质和表述热力学第二定律说明了有关热现象的各种过程的方向、条件和限度等问题的规律。
热力学第二定律的代表性描述有两种：1．克劳修斯说法：不可能把热量从低温物体传到高温物体，而不引起其他变化。
理解：热量不可能自动（自发）地不付代价地从低温物体传到高温物体，它需要机械能转变成热能的自发过程来补偿。
意义：指出了热量传递的方向，从热量传递的角度表述了热力学第二定律。
2．开尔文说法：不可能从单一热源吸收热量使之完全变为有用功，而不引起其他变化。
意义：指出了热功转换过程的方向性以及热变功的条件，从热、功转换的角度表述了热力学第二定律。
理解：（1）热转变成功是非自发过程，实现这种过程需要一定的补偿条件。
即热机在工作时，不仅要有供热的高温热源，额功放热的低温热源。
在部分热转变成功的同时，还要有另一部分的热从高温热源传向低温热源。
即引起了其他变化。
所以，热便成功至少需要两个热源，热效率不可能达到100%。
这就是在循环中热变功的条件和限度。
传热学与工程热力学的区别
传热学与工程热力学的区别
传热学与工程热力学是热力学的两个分支学科。
传热学研究物质内部和相邻物质之间的热量传递规律，探究热量传递的机理及其影响因素。
而工程热力学则是将传热学的知识应用于工程实践中，研究热力系统中的热力学问题，如热力循环、热力转化等。
两者的区别在于研究对象和研究内容的不同，传热学侧重于基础理论的探究，而工程热力学则更关注实际工程应用中的问题解决。
然而，两者之间存在着密切的联系和互相促进的关系，传热学为工程热力学提供了基础理论支撑，而工程热力学则通过实践验证和应用推广，反过来又促进了传热学的发展和完善。
- 1 -。
工程热力学与传热学概念整理
工程热力学与传热学概念整理工程热力学第一章、基本概念1.热力系：根据研究问题的需要，人为地选取一定范围内的物质作为研究对象，称为热力系（统），建成系统。
热力系以外的物质称为外界；热力系与外界的交界面称为边界。
2.闭口系：热力系与外界无物质交换的系统。
开口系：热力系与外界有物质交换的系统。
绝热系：热力系与外界无热量交换的系统。
孤立系：热力系与外界无任何物质和能量交换的系统3.工质：用来实现能量像话转换的媒介称为工质。
4.状态：热力系在某一瞬间所呈现的物理状况成为系统的状态，状态可以分为平衡态和非平衡态两种。
5.平衡状态：在没有外界作用的情况下，系统的宏观性质不随时间变化的状态。
实现平衡态的充要条件：系统内部与外界之间的各种不平衡势差（力差、温差、化学势差）的消失。
6.强度参数：与系统所含工质的数量无关的状态参数。
广延参数：与系统所含工质的数量有关的状态参数。
比参数：单位质量的广延参数具有的强度参数的性质。
基本状态参数：可以用仪器直接测量的参数。
7.压力：单位面积上所承受的垂直作用力。
对于气体，实际上是气体分子运动撞击壁面，在单位面积上所呈现的平均作用力。
8.温度T：温度T是确定一个系统是否与其它系统处于热平衡的参数。
换言之，温度是热力平衡的唯一判据。
9.热力学温标：是建立在热力学第二定律的基础上而不完全依赖测温物质性质的温标。
它采用开尔文作为度量温度的单位，规定水的汽、液、固三相平衡共存的状态点（三相点）为基准点，并规定此点的温度为273.16K。
10状态参数坐标图：对于只有两个独立参数的坐标系，可以任选两个参数组成二维平面坐标图来描述被确定的平衡状态，这种坐标图称为状态参数坐标图。
11.热力过程：热力系从一个状态参数向另一个状态参数变化时所经历的全部状态的总和。
12.热力循环：工质由某一初态出发，经历一系列状态变化后，又回到原来初始的封闭热力循环过程称为热力循环，简称循环。
13.准平衡过程：由一系列连续的平衡状态组成的过程称为准平衡过程，也成准静态过程。
工程热力学和传热学
热力学（经典热力学）：研究能量 （特别是热能)性质及其转换规律的科学。
工程热力学：热力学的一个分支， 着重研究热能与机械能相互转换（热功转 换）的规律。
19
具体的工程应用
节能潜力的评估 露点及控制 油船中剩余舱容的确定
20
第二章 基本概念
Chapter 2 Basic Concepts
工程热力学和传热学
第一篇 工程热力学
Engineering Thermodynamics
1
工程热力学是研究什么的？ What the Engineering
Thermodynamics study for?
我们为什么要学习工程热力学？ Why we study Engineering
Thermodynamics？
二、系统的类型
1.按系统与外界交换的形式分类
系统与外界有三种相互作用形式：质、功、热 （1）开口系统：open system 系统与外界有 物质交换
工质流入
系统边界
W
Q 工质流出
稳定流动开口系统 不稳定流动开口系统
（2）闭口系统： closed system 系统与外界无 物质交换
闭口系统具有恒定质量，但具有恒定质量 的系统不一定都是闭口系统 。
制冷循环：
目的是把热量Q2 从低温物体中取出排 向高温，为此要消耗 外功W。在状态参数
坐标图P－V图上为
逆时针方向。为逆循 环。
热泵循环：
为另一种逆循环，目的是向高 温热源供热（空调取暖）。其工作原 理和P-V图与制冷循环相同。
a.压力：系统表面单位面积的垂直作用力。
(1)压力的单位：1N/m2 = 1Pa(帕） 1MPa = 106Pa ； 1bar = 105Pa
传热学-第八章
2. 传热学与工程热力学的关系
(1) 热力学 + 传热学 = 热科学(Thermal Science)
关心的是热量传 递的过程，即热 量传递的速率。
铁块, M1 300oC
系统从一个平衡态到 另一个平衡态的过程 中传递热量的多少。
热力学： tm
Φ
传热学： t ( x, y, z , )
Φ f ( )
空间飞行器重返大气层冷却；超高音速飞行器 （Ma=10）冷却；核热火箭、电火箭；微型火箭（电 火箭、化学火箭）；太阳能高空无人飞机
b c d
微电子： 电子芯片冷却 生物医学：肿瘤高温热疗；生物芯片；组织与器 官的冷冻保存 军 事：飞机、坦克；激光武器；弹药贮存
e
f
制
冷：跨临界二氧化碳汽车空调/热泵；高温
G.
B.
J.
Fourier , 1822 年）
F. B. Jaeger/ M.
Riemann/ H. S. Jakob
Carslaw/ J.
对流换热 （Convection heat transfer） 不可压缩流动方程 （M.Navier,1823年) 流体流动Navier-Stokes基本方程 (G.G.Stokes,1845年） 雷诺数(O.Reynolds,1880年） 自然对流的理论解（L.Lorentz, 1881年） 管内换热的理论解（L.Graetz, 1885年；W.Nusselt,1916 年） 凝结换热理论解 （W.Nusselt, 1916年） 强制对流与自然对流无量纲数的原则关系 （W.Nusselt,1909年/1915年） 流体边界层概念 （L.Prandtl, 1904年） 热边界层概念 （E.Pohlhausen, 1921年） 湍流计算模型 （L.Prandtl,1925年；Th.Von Karman, 1939年；R.C. Martinelli, 1947年）
热力学第八章
h1
0
Ah2 t w2 t f 2
t w2 t f 2 1 Ah2
x
通过平壁的稳态传热过程
t f 1 t w1 1 Ah1 R
h1
t
tf1
t w1 t w 2 令 : 1 Ah1 Rh1 tw1 A A R h1 R
h2 tw2 tf2
Aht w t f 3m2 4W m2 K 50 20
360 0.36kW W
§8－3 热辐射
定义：由于物体内部微观粒子的热运动而使物 体向外发射辐射能的现象称为热辐射 说明：
热辐射总是伴随着物体的内热能和辐射能这 两种能量形式的相互转化
热辐射不依靠中间媒介 物体间热辐射是双向的 辐射换热量与物体温度、辐射特性、物体大 小、形状、相对位置等有关。
§8－3 热辐射
§8-4 传热过程简介
热量从暖气片的热水传给室内的空气
电冰箱散热片中制冷剂热量传给空气
固体壁面两侧流体之间的热量交换
定义：热量从固体壁面一侧流体通过固体壁面 传递导另一侧流体的过程称为传热过程。
传热过程简介 t
传热过程由三个相互串联 的热量传递环节组成：
热量以对流换热的方式从 高温流体传给壁面； 热量以导热的方式从高温 流体侧壁面传递到低温流体 侧壁面； 热量以对流换热的方式从 低温流体壁面传给低温流体。 tf1
对于黄铜板， tw1 tw 2 50K q2 2 109 W m K 0.01m 6 2 0.545 10 W m
例
三块分别由纯铜(1=398W/(m•K))、黄铜 (2=109W/(m•K))和碳钢(3=40W/(m•K))制成 的大平板，厚均为10mm，两侧表面的温差 均维持为50C不变，试求通过每块平板的导热 热流密度 解：这是通过大平壁的一维稳态导热问题
工程热力学与传热学总结与复习
工程热力学与传热学总结与复习一、工程热力学1.热力学基本概念：温度、压力、体积、能量、功、热量等。
2.热力学第一定律：能量守恒原理，能量的转化与传递。
3.热力学第二定律：熵增原理，能量转化的方向性和能量质量的评价。
4.热力学循环：热力学循环的性质和效率计算。
5.热力学性质：热容、比热、比容等，理想气体方程等。
6.相变与理想气体：气体的状态方程，相变的特性和计算。
7.热力学平衡与稳定性：热力学平衡条件和稳定性判据。
8.热力学性能分析：绝热效率、功率、热效率等。
二、传热学1.传热基本概念：传热方式（传导、对流、辐射）、传热热流量。
2.热传导：热传导过程的数学模型、导热系数、傅里叶热传导定律等。
3.对流传热：强制对流和自然对流，传热换热系数的计算和影响因素。
4.辐射传热：黑体辐射、斯特藩—玻尔兹曼定律、辐射传热换热系数等。
5.热传导与热对流的复合传热：壁面传热、换热器传热、管壳传热等。
6.传热器件性能：传热器件的热阻、效率、流动阻力等。
1.理解基本概念：温度、压力、体积、能量、功、热量等的概念和关系。
2.强化热力学基本定律：热力学第一定律和第二定律的应用，能量转化与传递的分析。
3.熟悉状态方程：理想气体方程等的使用，相变的特性和计算方法。
4.学会评价热力学性能：热力学循环的性质和效率计算，热力学性能分析的方法。
5.掌握传热方式和模型：传热方式的概念和特点，热传导、对流传热和辐射传热的数学模型。
6.熟练计算传热换热系数：热传导、对流传热和辐射传热的传热换热系数的计算方法。
7.理解传热过程中的复合传热：热传导与热对流的复合传热的分析和计算方法。
8.增强对传热器件性能的认识：传热器件性能评价的指标和计算方法。
在复习过程中，可以通过阅读教材和相关的参考书籍深入学习热力学和传热学的理论知识。
同时，要结合例题和习题进行练习，加强对概念和公式的运用和理解。
此外，可以通过查找工程实例和实验数据来应用所学知识，加深对热力学和传热学的认识和理解。
工程热力学和传热学
内燃动力装置
1.内燃动力装置
燃气进 口
排入大气
2.蒸汽动力装置
二、制冷装置中热量从低温处传递到高温处的过程
q1
3
2
冷凝器
膨
w
胀
压缩机
阀
4
q2
1
蒸发器
工程热力学的研究对象、内容和方法
研究对象：热能与机械能相互转换的规律和方法以及 提高转换效率的途径。
基本内容：1）基本概念和定律； 2）工质的性质和过程； 3）工程应用；
b 微电子： 电子芯片冷却 c 生物医学：肿瘤高温热疗；生物芯片；组 织与器官的冷冻保存 d 军 事：飞机、坦克；激光武器；弹药贮 存 e 制 冷：跨临界二氧化碳汽车空调/热泵； 高温水源热泵 f 新能源：太阳能；燃料电池
热能在热机中的转换过程
一、热能动力装置中热能转换为机械能的过程
蒸汽动力装置
特别是在下列技术领域大量存在、
工程热力学和传热学问题
动力、化工、制冷、建筑、机械制造、新 能源、微电子、核能、航空航天、微机电 系统（MEMS）、新材料、军事科学与技 术、生命科学与生物技术…
在几个特殊领域中也有许多应用：
a 航空航天：高温叶片气膜冷却与发汗冷 却；火箭推力室的再生冷却与发汗冷却； 卫星与空间站热控制；空间飞行器重返大 气层冷却；超高音速飞行器（Ma=10）冷 却；核热火箭、电火箭；微型火箭（电火 箭、化学火箭）；太阳能高空无人飞机
第一章 概 论
• 热能及其利用 • 工程热力学的研究对象、内容和方法 • 传热学的研究对象
热能及其利用
• 热能的动力利用 • 热能的直接利用
当今世界两大研究热点问题：
节能 环保
可再生能源：酒精、木材等
《工程热力学与传热学》网络课程简介
《工程热力学与传热学》网络课程简介《工程热力学与传热学》网络课程是以教育部下达的“面向21世纪高等教育教学内容和课程体系改革”计划中“热工课程教学内容和课程体系改革的研究和实践”为教学指导，以《现代远程教育规范》的指标体系为参照，以计算机网络技术和多媒体技术为手段，开发的以Web为表现形式的、互动式的、内容丰富的网络课程。
该网络课程既可供安全工程、热能工程、化工工程、建筑工程、采矿工程、通风空调、材料、矿物加工等专业的本科生或研究生进行远程自学、自测和自评，也可供教师在课堂教学中辅助教学《工程热力学与传热学》网络课程的主体包括七个模块，分别为：学习指导、课程学习、例题精解、自我测试、在线考试、课程动画和专业工具。
学习指导模块包括教学大纲、学习目标、建议、学习进度等内容。
课程学习模块分为工程热力学和传热学两部分，工程热力学部分包括绪论、基本概念、热力学第一定律、理想气体的性质、热力学第二定律、水蒸气、气体动力循环、蒸汽动力循环和制冷循环八章内容，传热学部分包括绪论、导热基本定律及稳态导热、非稳态导热、导热问题的数值解法、对流换热、凝结与沸腾换热、热辐射基本定律及物体的辐射特性七章内容。
该模块按章提供了学习导读、典型例题解析、自我测试题等内容。
例题精解模块按章节汇集了大量的典型例题，并采用交互的方式对每道例题提供了题解和讨论两方面内容。
自我测试模块按章节提供了大量的自测题，并给出了自测题的答案。
在线考试提供了工程热力学四套试题、传热学一套试题、综合试题六套。
该模块采用倒计时的方式限制了答题时间，以营造考试的真实气氛。
课程动画按章节的方式把课程学习模块中出现的动画汇集到一块，方便使用者找到自己感兴趣的动画。
专业工具模块是采用Javascript脚本语言开发的基于客户端的用于计算流体迁移性质、空气热物性和湿空气热力性质的在线工具。
《工程热力学与传热学》网络课程还包括实用小工具（科学计算器、单位在线换算、记录学习进度的日历、万年历等）、信息检索、参考资料等辅助模块。
工程热力学与传热学：第八章 热量传递的基本方式
单位时间通过给定面积传递的热量。W, kW
✓q—热流密度（Heat flux）
单位时间通过单位面积传递的热量。W/m2
✓λ— 导热系数 （the thermal conductivity） 反映了材料的导热能力。 W/(m.K)
8-2 热对流
8-2-1 热对流和对流换热
1. 热对流（Convection）： 是指流体各部分之间发生相对位移时，冷热
b 夏天人在同样温度（如：25度）的空气和水中的感觉 不一样。为什么？
c 北方寒冷地区，建筑房屋都是双层玻璃，以利于保温。 如何解释其道理？越厚越好？
特别是在下列技术领域大量存在传热问题
动力、化工、建筑、机械制造、新能源、制冷、微电子、 核能、微机电系统（MEMS）、新材料、军事科学与技术、 生命科学与生物技术…
说明 ✓无论固，液，气体，只要有温度差， 在接触时就会发生导热现象。
✓在引力场下，单纯的导热，只能发生在密 实的固体中。
8-1-2 一维稳态导热的傅里叶定律
（Fourier’s law of one-dimensional steady state heat-conduction）
考察两个表面均维持均匀温度的大平板导热
2.传热学的主要研究内容： （1）热量传递的三种基本方式，基本规律和计算方法； （2）如何控制和优化传热过程，将可用能的损失减少
到最低限度。
3.传热学的研究方法 主要采用理论分析，数值模拟和实验研究相结
合的研究方法。
8-1 热传导
8-1-1 热传导（导热）（Conduction）
物体的各部分之间不发生相对位移时，依靠 分子、原子、自由电子等微观粒子的热运动 而进行的热量传递过程。
传热学：
工程热力学与传热学(第八讲)4-2、3
第二节热力学第二定律一、自发过程和非自发过程自然界中的过程都具有一定的方向性。
如：热量从高温物体传递给低温物体；水从高处流向低处；摩擦所作的功会转变成热等。
这些过程有一个共同特点，就是不需要借助外力的作用就能进行。
自发过程：不需要借助外力的作用就能进行的过程称为自发过程。
非自发过程：需要借助外力的作用才能进行的过程称为非自发过程。
（也就是自发过程的逆过程）。
如用水泵将水由低处流到高处就属于非自发过程。
强调：非自发过程可以进行，只是不能自发进行，而是需要外界条件给予补偿。
如：热量从低温物体传向高温物体需要有机械能转变成热能的过程来补偿；反之，热能转变成机械能则需要有热量从高温物体传向低温物体的过程做补偿。
非自发过程的补偿条件都是自发过程。
即一个非自发过程的进行需要一个自发过程做补偿。
自然界中的一切过程，在没有补偿条件的情况下，都只能朝着自发过程的方向进行。
即任何过程都具有方向性。
二、热力学第二定律的实质和表述热力学第二定律说明了有关热现象的各种过程的方向、条件和限度等问题的规律。
热力学第二定律的代表性描述有两种：1．克劳修斯说法：不可能把热量从低温物体传到高温物体，而不引起其他变化。
理解：热量不可能自动（自发）地不付代价地从低温物体传到高温物体，它需要机械能转变成热能的自发过程来补偿。
意义：指出了热量传递的方向，从热量传递的角度表述了热力学第二定律。
2．开尔文说法：不可能从单一热源吸收热量使之完全变为有用功，而不引起其他变化。
意义：指出了热功转换过程的方向性以及热变功的条件，从热、功转换的角度表述了热力学第二定律。
理解：（1）热转变成功是非自发过程，实现这种过程需要一定的补偿条件。
即热机在工作时，不仅要有供热的高温热源，额功放热的低温热源。
在部分热转变成功的同时，还要有另一部分的热从高温热源传向低温热源。
即引起了其他变化。
所以，热便成功至少需要两个热源，热效率不可能达到100%。
这就是在循环中热变功的条件和限度。
工程热力学和传热学课程教学大纲
《工程热力学与传热学》课程教学大纲Thermodynamics and Heat Transfer课程名称：工程热力学与传热学课程编号：130106009课程性质：专业基础课（必修）学时：32（含4学时实验学时）学分：2.0适用对象：机械设计制造及其自动化专业、机械设计制造及其自动化专业（卓越计划试点专业）、机械设计制造及其自动化专业（核电装备工程）、机械设计制造及其自动化专业（机械电子）、材料控制与成型专业先修课程：《高等数学》、《大学物理》等课程负责人：肖佩林大纲执笔人：肖佩林审核人：罗金良一、课程目标该课程为专业基础课程可以支撑毕业要求1、2的达成。
在阐述热力学普遍原理、热量传递机理的基础上，从工程观点来研究热能与其他形式能量间的转换规律、热量传递规律，研究热力学原理、传热学原理在技术上的各种具体应用。
通过本课程的学习可以使同学们掌握遵循能量传递和转换技术的客观规律来合理组织和优化各种热力系统的工程方法；能有效地使用增强或削弱传热的措施来解决工程实际问题。
二、课程的主要教学内容和教学方法第一篇工程热力学第一章基本概念1．基本内容：热力系统；平衡状态及状态参数；状态方程与状态参数坐标图；准平衡过程与可逆过程；功量与热量。
2．教学基本要求：了解：热功转换关系；热力循环及其性能指标。
掌握：热力系统及其分类；平衡状态及状态参数；状态参数的数学特征；准平衡过程和可逆过程的定义及区分；可逆过程功和热量的计算。
3．教学重点难点：重点：热力系统及其分类；平衡状态及状态参数；可逆过程与准平衡过程的区别与联系。
难点：准平衡过程和可逆过程。
4．教学方法：多媒体教学法、提问法、课堂讨论法。
5．与毕业要求的对应关系：学生能正确理解热能转换中常用的一些术语，基本概念；掌握热力系及其分类，平衡状态和状态参数，状态参数的数学特征；了解实际热力循环的类型及其性能指标。
第二章热力学第一定律1．基本内容：热力系统的储存能；热力学第一定律的实质；闭口系统的热力学第一定律表达式；开口系统的稳定流动能量方程式；稳定流动能量方程式的应用。
清华大学热工基础课件工程热力学加传热学(9)第八章-传热学绪论
方向传递。
tw1
热流量：单位时间传导的热量,W
tw2
Atw1 tw2
: 材料的热导率（导热系数）： 0
表明材料的导热能力，W/(m·K)。
x
编辑课件
3
热流密度 q :单位时间通过单位面积的热流量
qtw1tw2
A
Atw1 tw2
tw1 t w 2
tw1 tw 2 R
A
R A
称为平壁的导热热阻，表示物体对 导热的阻力，单位为K/W 。
编辑课件
10
微波： 103 m < < 106 m
微波炉就是利用微波加热食物，因微波可 穿透塑料、玻璃和陶瓷制品，但会被食物中水 分子吸收，产生内热源，使食品均匀加热。
热辐射: 由于物体内部微观粒子的热运动而使物体 向外发射辐射能的现象。
理论上热辐射的波长范围从零到无穷大，但 在日常生活和工业上常见的温度范围内，热辐射 的波长主要在0.1m至100m之间,包括部分紫外 线、可见光和部分红外线三个波段 。
编辑课件
7
表1-1 一些表面传热系数的数值范围
对流换热类型 空气自然对流换热 水自然对流换热 空气强迫对流换热 水强迫对流换热 水沸腾 水蒸气凝结
表面传热系数 h /[W /( m2K]) 1～10
100～1 000 10～100
100～15 000 2500～35 000 5000～25 000
（1）热量从高温流体以对流换热（或对流换热
＋辐射换热）的方式传给壁面；
（2）热量从一侧壁面以导热的 高
方式传递到另一侧壁面；
温
固 体
低 温
（3）热量从低温流体侧壁面以 流
流
对流换热（或对流换热＋辐射 体 壁 体
工程热力学与传热学(中文) 第8章 热量传递的基本方式
辐射能的现象辐射：是指物体受某种因素的激发而向外发射 2. 热辐射：物体由于受热而向外发射辐射能的现象。
经典的电磁理论认为： 辐射能是由电磁波（electromagnatic）传输的能量。 热辐射的波长范围
理论上 ：0— （整个波谱） 日常生活, 工业上常见的温度范围 ：0.1— 100 µm （包括部分紫外线，可见光，部分红外线）
λ Φ
x
tw1 tw2 ф r1 r r2 dr r
大平壁的稳态导热
（3）热量以对流换热方式从低温流体壁面 传给低温流体，有时还有与周围环境的辐射换热
8-4-2 传热过程举例
考察 一个大平壁, 导热系数=常数，厚度 平壁左侧流体 t f 1, 表面传热系数 h 1, 平壁右侧流体 t f 2 ,表面传热系数 h 2, 且t f 1 > t f 2 ， 设平壁两侧流体温度和表面传热系数不随时间变化。 分析 （1）传热过程 （2）通过平壁传递的热量
流动方向 u ∞ u tw wall
tf t
Φ
平壁上的对流换热
8-2-2 牛顿冷却公式（Newton’s law of cooling）
对流换热的基本计算公式
Ah(t w t f ) q h(t w t f ) ht
式中
1701年， 牛顿提出
流动方向 u ∞ u tw
tf t
凝结换热
管子 外壁
导热
管子 内壁
对流换热
冷却 水
8-4-1 传热过程
1. 传热过程：热量从固体壁面一侧的流体通过固体壁面
传递到另一侧流体的过程。
t
t
2. 传热过程的三个环节
（1）热量以对流换热的方式从高温流体 传给壁面，有时还有辐射换热 （2）热量以导热方式由高温流体壁面传 给低温流体壁面
热工基础 -传 热 学 第8章
16
第八章
热量传递的基本方式
Basic Modes of Heat Transfer
17
8-0. 热量传递的基本方式
基本方式：热传导；热对流；热辐射
热传导（导热）
对流换热
辐射换热
18
8-1.热传导（heat conduction ）
热传导的定义
在物体内部或相互接触的物体表面之间，依靠 分子、原子及自由电子等微观粒子的热运动而 产生的热量传递现象，简称导热。
固 体 壁
低 温 流 体
式传递到另一侧壁面；
（ 3 ） 热量从低温流体侧壁面以对流换热（或对流 换热＋辐射换热）的方式传给低温流体。
40
通过平壁的稳态传热过程
tf1、tf2、h1、h2不随时间变化；为常数。 假设：
（1）左侧的对流换热
tf 1 tw1 Ah1 tf1 tw1 1 Ah1 tf1 tw1 Rh1
高温 物体
低温 热辐射是热量传递的 物体 基本方式之一 。
（ 5 ）在红外范围内，绝大多数固体和液体的发射 和吸收均只发生在表面以下很浅的距离内， 即仅取决于材料表面的性质、特征和温度， 与其内部状况无关。
35
黑体辐射的Stefen-Boltzmann定律
黑体：亦称绝对黑体，是具有最大辐射能力和吸 收能力的理想物体。注意这里的black body一般 并不意味着颜色是黑的，只有对可见光，颜色才 是重要的。 Stefen-Boltzmann定律：
tf 1 tf 2 t t f 1 f2 1 1 Rh1 R Rh 2 Rk Ah1 A Ah2
Rk 称为传热热阻
42
tf 1 tf 2
工程热力学与传热学基础知识
（1）闭口系统
与外界无物质交 换的系统。系统的质 量始终保持恒定，也 称为控制质量系统。
闭口 系统
边界 外界
7
（2）开口系统
与外界有物质交
进口
换的系统。系统的容
积始终保持不变，也
称为控制容积系统。
（3）绝热系统 与外界没有热量交换的系统。 出口
（4）孤立系统
与外界既无能量（功、热量） 交换又无物质交换的系统。
22
（2）比体积 定义： 单位质量的工质所占有的体积，用
符号v表示，单位为 m3/kg 。
vV m
密度： 单 位 体 积 工 质 的 质 量 ， 用 符 号
表示，单位为 kg/ m3 。
v 1
比体积和密度二者相关，通常以比体积作 为状态参数 。
23
（3）温度
1）温度的物理意义
温度是反映物体冷热程度的物理量。温度的 高低反映物体内部微观粒子热运动的强弱。
在标准大气压下，纯水的冰点温度为0 ℃ ，纯水的沸点温度为100 ℃，纯水的三相 点（固、液、汽三相平衡共存的状态点）温 度为0.01℃ 。
选择水银的体积作为温度测量的物性，认 为其随温度线性变化，并将0 ～100 ℃温度下 的体积差均分成100份，每份对应1 ℃。
26
热力学温标（绝对温标）:
英国物理学家开尔文（Kelvin)在热力学 第二定律基础上建立，也称开尔文温标。
安全在于心细，事故出在麻痹。20.12. 2420.1 2.2404:23:2304 :23:23 December 24, 2020
踏实肯干，努力奋斗。2020年12月24 日上午4 时23分 20.12.2 420.12. 24
追求至善凭技术开拓市场，凭管理增 创效益 ，凭服 务树立 形象。2 020年1 2月24 日星期 四上午4 时23分 23秒04 :23:232 0.12.24
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4
3
1 6 5
s
Hale Waihona Puke § 8-4 吸收式制冷循环压缩制冷循环以消耗机械功为代价 吸收式制冷以消耗热量为代价 溶剂吸收溶质的能力 溶剂吸收溶质的能力 利用溶液性质
溶液 = 溶剂 + 溶质
溶液T 溶液T 溶液浓度 溶液浓度
氨（溶质） + 水（溶剂）溶液 溴化锂（溶剂） + 水（溶质）溶液
吸收式制冷循环特点
若(T1-T4)
3. 活塞式流量m小，制冷量Q2=m q2小，
空气压缩制冷的根本缺陷
1. 无法实现 T ， 低，经济性差
2. q2=cp(T1-T4)小， 制冷能力q2 很小。
蒸气在两相区易实现 T
汽化潜热大，制冷能力可能大
§ 8-2 蒸气压缩制冷循环
水能用否？ 0°C以下凝固不能流动。 一般用低沸点工质，如氟利昂、氨
沸点：Ts ( p 1atm) 水 100°C R22 - 40.8°C R134a - 26.1°C THR01 - 30.18°C
蒸气压缩制冷空调装置
4
1-2：绝热压缩过程 2-4：定压放热过程 4-5：绝热节流过程 5-1：定压吸热过程
5
节流阀代替膨胀机分析
T
2
1. 省掉膨胀机，设备 简化； 2. 膨胀阀开度，易 调节蒸发温度；
Chapter 8
Refrigeration Principle
动力循环与制冷（供热)循环
• 动力循环 —正循环 输入热,通过循环输出功 • 制冷循环 —逆循环 输入功量（或其他代价），从低温 热源取热 • 供热循环 —逆循环 输入功量（或其他代价），向高温 热用户供热
制冷循环和制冷系数
q2 w
卡诺逆循环
q2 q2 C w q1 q2 T2 1 T0 T2 T0 1 T2
T0环境 T
q1
w T0
T0不变, T2 T2不变, T0
εC εC
q2 T2
s
制冷循环种类
制冷循环
√ 压缩制冷 蒸气压缩制冷 √ 吸收式制冷 √
空气压缩制冷
蒸汽喷射制冷
§ 8-2 常用制冷剂及其性质
4 1
T
2
3
1 T2 T3 1 T1 T4 1 1 1 k 1 k 1 T2 1 p2 k k T1 p1
s
空气压缩制冷循环特点
优点：工质无毒，无味，不怕泄漏。
缺点： 1. 无法实现 T
， < C
2. q2=cp(T1-T4)，空气cp很小， (T1-T4)不 能太大， q2 很小。
§8－2 空气压缩制冷循环
冷却水
3 冷却器
2
膨胀机
冷藏室
压缩机
4
1
p-v图和T-s图
p
3 2
3
T
2
T0
1
4
1
4
T2
1 2
2 3
v 绝热压缩 s 等压冷却 p
3 4
s 4 绝热膨胀 s 1 等压吸热 p
制冷系数
q2 q2 w q1 q2 cp (T1 T4 ) cp (T2 T3 ) cp (T1 T4 )
常用的制冷剂：空气、氨、氟里昂、水。
氟里昂是饱和碳氢化物的氟、氯、溴衍生物的总称， 氟氯烃物质CFC。
对热物性要求：
1. 饱和蒸汽压不能太高 2. 压力适中，蒸发器中稍大于大气压，冷凝器中 不太高； 3. 汽化潜热大，制冷能力强； 4. 比热小，T-S图上下界线陡峭：上界陡峭，冷 冻更接近定温，下界线陡，节流损失小； 5. 凝固点低，价廉，无毒，不腐蚀，不爆，性质稳定、 油溶性、材料相容性、环境性能、安全性能好。
优点：
直接利用热能 可用低品质热 环境性能好
缺点：
设备体积大，启动时间长
用于大型空调、中央空调。