传热学第一章 绪 论
传热学
物体上等温线
1
传热学 第2章 稳态热传导
2.2 导热问题的数学描述
根据热流密度公式 q
dt ，研究热流密度 A dx
值应先知道物体内的温度场。
t f ( x, y, z, )
（2-6）
确定导热体内的温度分布是导热理论的首要任务
理论基础： 傅里叶定律+能量守恒定律
1
传热学 第2章 稳态热传导
且与λ无关。
t t1
通过平壁内任何一个等温面的
热流密度均相等，与坐标x无关。
导热热阻（Conductive resistance）
q t1 t2
q
t2
t1 t2
总热阻： R
o
x
Φ Rλ
δ
A
K /W
t1
t2
传热学 第2章 稳态导热
课堂练习： 一砖墙的表面积为12m3，厚260mm，平均 导热系数为1.5w/(m.k)，设面向室内的表面温
t 0
2. 非稳态导热的类型 周期性导热（Periodic unsteady conduction）： 物体的温度随时间而做周期性的变化。 瞬态导热（Transient conduction）： 物体的温度随时间的推移逐渐趋近于恒定的值。
传热学 第3章 非稳态导热
3.1.3 第三类边界条件下Bi 数对平板中温度分布的影响
Bi 0
t τ =0 τ 1 τ τ t∞ -δ 0 δ x
2 3
Bi
t
t0
Bi 0 (1)
t
τ =0 τ τ τ
t∞
1 2 3
t0
τ =0 τ τ τ
(精品)传热学绪论课件
必须有温差 c. 壁面处会形成速度梯度很大的边界层
★ 对流传热实例：
管内流动传热
管外流动传热
§1.2 热量传递的三种基本方式
(3)对流传热的基本计算公式：牛顿冷却定律
— 热流量[W]，单位时间传递的热量
Convection heat transfer coefficient
传热学 Heat transfer
传热学 Heat transfer
传热学 Heat transfer
第一章热量传递的基本理论
❖1.1 传热学的研究对象及其应用 ❖1.2 三种基本的传热方式及基本定律 ❖1.3 传热过程和传热系数 ❖1.4 传热学发展史
§1.1 传热学的研究内容及应用 1.传热学的研究内容
(4) 辐射传热：物体间靠热辐射进行的热量传递，它与单纯的热辐射不同，
就像对流和对流传热一样。
(5) 辐射传热的特点： a.不需要冷热物体的直接接触；即：不需要介质的存在，在
真空中就可以传递能量 b.在辐射传热过程中伴随着能量形式的转换
物体热力学能 电磁波能 物体热力学能 c.无论温度高低，物体都在不停地相互发射电磁波能、相
以热机起动为例：平壁初始温度为t0；左侧表面温度突升为 t1并保持不变，右侧表面仍与温度为t0的空气接触。接下来
平板将经历一个非稳态传热过程。
4
t1
3
2
1
t0
0
§1.1 传热学的研究内容及应用
4.传热学与工程热力学的关系
(1) 热力学 +
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。
传热学绪论的难点、要点和求解方法
一． 基本知识点
1．传热学：研究由温差引起的热量传递规律的科学。 2．热量传递的基本方式 （1）导热：由于微观粒子的无规则运动产生的热量传递现象。物体各部分之间无宏观相对 位移。 导热的热量传递方程由傅立叶定律表示，对于一维导热问题
A t x
AT 4
实际物体
AT 4
3．传热过程和传热系数 (1)传热过程 将热量由壁面一侧流体传递到壁面另一侧流体的过程称为传热过程。 通常传热过程中三年中 传递方式都存在。 （2）传热过程计算 传热方程式
Ak (t f 1 t f 2 )
传热系数
k
1 1 1 h1 h2
负号表示热量传递方向与温度梯度方向相反。 导热是物质固有的本质，因而导热系数是物性参数。通常金属导热系数最高，液体次之，气 体最差。 （2）热对流 对流是指由于流体的宏观运动， 从而流体各部分之间发生相对位移、 冷热混合所引起的热量 传递现象。 对流只发生在流体中。流体中同时存在不规则热运动，因而对流必然伴随导热现象。 对流分为自然对流和受迫对流，本质区别是引起流动的原因。 对流换热是指运动的流体与相接触固体壁面之间的由于存在温差而引起的热量传递现象。 对 流换热机理与紧靠壁面的薄膜层的热传递有关，实质是对流与导热的联合作用。 对流换热基本公式为牛顿冷却公式
、换热面几何形状等有关。 （3）热辐射 物体通过电磁波传递能量的方式为辐射，因热的原因发出辐射的现象为热辐射。 热辐射的波段是指 0.1μm－100μm。物体具有温度就具有热辐射能力。 热辐射不需要介质，可以在真空中传播。 能量转换过程：热能－辐射能－热能黑体的辐射能计算公式采用斯蒂芬－波尔兹曼定律
传热系数不仅与流体物性相关，还与换热过程有关。 3．热阻 热量传递的阻力。分为传热热阻、导热热阻、对流换热热阻和辐射换热热阻。
传热学
2.气体辐射对波长有选择性。
3.气体辐射在整个容器内进行
七、固体表面的换热情况 1. 固体表面与固体相接触——单纯导热。
2. 固体表面与液体相接触——对流换热。
2. 固体表面与气体相接触——复合换热。
第九章
传热过程与换热器
一、传热过程 ——热流体通过固体壁面将热量传递 给冷流体。 1.平壁
i 1 1 h1 λi h2 i t f1 t f 2 Φ do 1 1 1 ln hi d i l 2l di hod o l
W
四、影响对流换热的因素
1.流动原因——强迫对流、自然对流。
2.流动状态——层流、紊流。
3.流体物性——、、、、v 、Cp等。 4.流体相变——凝结、沸腾。 5.壁面形状
五、四个准则数
ul ul 惯性力 1）雷诺数 Re 粘性力
2）普朗特数
Pr a c p 动量扩散率 c p 热量扩散率
K fi
1 1 1 hi h0 0
A0 肋化系数 Ai
； 肋壁效率 0 查表。
*加装肋片的目的和注意事项
二、换热器 1.对数平均温差
t ' t" 顺流、逆流： t m t ' ln t "
叉流、复杂流： t m t m逆 温差修正系数 f P、R t 2 "t 2 ' t1 't1 " P ；R t1 't 2 ' t 2 "t 2 '
第五章
对流换热
一、热对流与对流换热的定义与机理 二、速度边界层和热边界层
1.速度边界层——从速度为零的壁面到速度达 到主流速度的99%的流体薄层。 2.热边界层——从壁面过余温度（t-tw)为零， 到流体过余温度为来流过余温度的99 % 的 流体薄层 3.
传热学
传热学第一章绪论1.传热学的定义: 研究由于温度差而引起的热能传递规律的科学.2.热流量（heat transfer rate）：单位时间内通过某一给定面积A的热量，记为Φ，单位为 W3.热流密度（或称面积热流量）:通过单位面积的热流量，记为q，单位是 W/m24.稳态过程与非稳态过程稳态过程：热量传递系统中各点温度不随时间而改变的过程非稳态过程：各点温度随时间而改变的过程5.热传导的定义：物体各部分之间不发生相对位移时，依靠分子、原子及自由电子等微观粒子热运动而产生的热量传递过程1）导热是物质的固有属性2）固、液、气等均具有一定的导热能力3）纯导热只发生在密实的固体和静止的流体中导热现象的判断？1）有温差；2）密实固体或静止流体6.模型一平壁稳态导热.影响因素:平壁面积,厚度,温差平壁稳态导热的计算公式：7.λ —热导率，又称导热系数.单位：W/(m·K) (热物理参数)8.热对流：流体中温度不同的各部分发生相互混合的宏观运动而引起的热量传递现象特点: 1）发生在流体中2）流体内部必须存在温差3）流体必须有宏观运动4）伴随着热传导9.对流传热：流动的流体与温度不同的固体壁面间的热量传递过程.(热对流的一种方式,传热学研究方式).分类:按流体流动的起因：1）自然对流、自由对流：流体冷、热各部分密度不同而引起的2）受迫对流、强迫对流：流体的流动是在外力（在泵或风机）作用下产生的技巧：给出流体速度的为强迫对流按流体有无相变：1）无相变的对流传热2）有相变的对流传热：沸腾换热、凝结换热10.如何判断对流传热1）发生在壁面和流体之间：参与物质类型2）壁面和流体存在温差：热量传递的前提3）流体要运动：速度体现一定不要遗漏自然对流11.对流传热的计算—牛顿冷却公式（对流传热的热量传递速率方程）当流体被加热时：当流体被冷却时：h-表面传热系数(过程量)，W/(m2·K)13.热辐射：由于自身温度（热）的原因而发出辐射能的现象（heat radiation）1）辐射传热：物体之间因为相互辐射、相互吸收而引起的热量传递过程2）理想物体：绝对黑体，简称黑体（能够全部吸收投射到其表面上辐射能的物体）14.黑体辐射的斯忒藩-玻耳兹曼（Stefan-Boltamann）定律实际物体的辐射能力：注意：1）σ—斯忒藩-玻耳兹曼常数，5.67×10-8W/(m2·K4) 2）ε—发射率（emissivity），习惯上也称为黑度，物性参数15.理想模型2—两平行黑体平板间的辐射传热（相距很近，表面间充满了透明介质）16.理想模型3—非凹表面1包容在面积很大的空腔2中注意：1）辐射传热必须采用热力学温度2）注意公式的使用条件3）“动态平衡”的含义（p8）17．导热、对流与辐射的辨析：1）导热、对流只在有物质存在的条件下才能实现；热辐射不需中间介质（非接触性传热）2）辐射不仅有能量的转移，而且伴随能量形式的转换；3）辐射换热是一种双向热流同时存在的换热过程；4）辐射能力与其温度有关，导热、对流与温差有关；导热与对流的辨析：气、液、固均具有导热能力，纯导热只发生在静止的流体中；对流只发生在流动的流体中；18．传热过程：热量由固体一侧的高温流体通过固体壁面传给另一侧低温流体的热量传递过程 。
传热学-第一章
1.1.2 传热学研究中的连续介质假设
基本假定： 所研究的物体中的温度、密度、速度、压力 等物理参数都是空间坐标的连续函数。 对于气体而言，所研究物体的几何尺寸要远大于 分子间的平均自由程。 在微机电系统中，所研究物体的几何尺寸常在微 米到毫米之间，微机电系统内的流动和传热问题不满 足连续介质的基本假定。
，
物体，包括所有方向和所有波长，因此，相同温度下，
黑体的吸收能力最强 (8)黑体辐射的控制方程： Stefan-Boltzmann 定律
，
AT
4
q T
4
4 A T 真实物体则为： （9） 两黑体表面间的辐射换热
(参见图1－7)：
4 A (T14 T2 )
温。如何解释其道理？越厚越好？
(2) 特别是在下列技术领域大量存在传热问题 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…
(3) 几个特殊领域中的具体应用 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；
上面传热过程中传递的热量为：
(t f 1 t f 2 ) (t f 1 t f 2 ) Φ 1 1 Rh1 R Rh 2 Ah1 A Ah2
传热系数
(1-10)
Φ Ak (t f 1 t f 2 ) Ak t
1 k 1 1 rh1 r rh 2 h1 h2 1
1.1.3 传热学与工程热力学的关系
(1) 热力学 + 传热学 = 热科学(Therma即热 量传递的速率。
铁块, M1 300oC
《传热学》第1章-绪论
三、传热学应用实例
● 自然界与生产过程到处存在温差—传热很普遍
日常生活中的例子：
● 人体为恒温体。若房间里气体的温度在夏天和 冬天都保持 20度，那么在冬天与夏天、人在房间里所穿的衣服能否一样？ 为什么？
● 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？
v 1904年他在哥廷根大学（Göttingen University）担任流体力学研究所的所 长，同年他发表了其具有历史意义的关于 边界层的著名论文，奠定了现代流体力学 和空气动力学以及对流换热分析的基础。 在风洞实验技术；机翼理论；湍流理论均 有杰出贡献；
v T. von 卡门是他的学生；
传热学名人-4
v 发展对流换热理论的杰出先 驱：对流换热的无量纲准则， 用实验方法求解对流换热问 题；
v 凝结换热理论解 ； v 层流入口段换热机理研究 ；
传热学名人-5
v 施密特（1892－1975）,出生 于1892年2月11日，是德国的 科学家，工程热物理学，尤其 是传热传质学研究领域的先 驱；
v 他是第一个测量自然对流边界 层的速度场和温度场以及膜态 凝结的当量传热系数的人。
™ 偏微分方程（导热）和偏微分方程组（对流） ™ 数值模拟----差分方程
v 实用性也强；
™ 由实验得出的对流换热的经验公式
对学习方法的建议
v 以方法论学习为主
™课堂上要注意学习建立方程的方法; ™不要去记复杂的公式; ™要记住最基本的公式;
v 对学习效果的要求程度
™合上书忘了——不要紧，但是翻开书就能看懂,能 想起来——基本可以;
q1
=
λ1
tw1
− tw2 δ
传热学-第1章
ቤተ መጻሕፍቲ ባይዱ
工作单位：能源与动力学院
热工教研室
办公地点：2#综合实验楼
416A室
第一章 绪论
1
参考书
《传热学 要点与解题》 王秋旺 《数值传热学》陶文铨 《凝结与沸腾》 施明恒等 《辐射换热》 余其铮 Heat Transfer Anthony F Heat Transfer J.P.Holman
第一章 绪论
tf
24
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
dt
q tw1 tw2
第一章 绪论
16
7. 导热热阻
q
tw1 tw2
t r
Φ
tw1 tw2
t R
A
R
A
导热热阻
r
单位导热热阻
第一章 绪论
tw1
φ
tw2
A
导热热阻图示
17
例 题 1-1
例题 1-1 一块厚度δ =50 mm 的平板， 两侧表面分别维持在
第一章 绪论
2
课程安排
上课时间：1-10 周一7，8节 周四 3，4节
地点： 综-311
学 时：40 学 分：2.5 课程性质：必修课
传热学 总结
第一章绪论1．热流量：单位时间内所传递的热量。
2．热流密度：单位传热面上的热流量。
3．导热：物体粒子微观的热运动而产生的热量传递现象。
4．对流传热：流体流过固体壁时的热传递过程。
热对流：流体个部分之间发生宏观相对位移级领热流体的相互掺混。
5．辐射传热：由于热运动产生的，以电磁波形式传递能量的现象。
6．总传热过程：热量从温度较高的流体经过固体壁传递给另一侧温度较低流体的过程，称为总传热过程，简称传热过程。
10．总传热系数：总传热过程中热量传递能力的大小。
数值上表示传热温差为1K时，单位传热面积在单位时间内的传热量。
11.稳态传热过程：物体中各点温度不随时间而改变的热量传递过程。
第二章热传导1．温度场：某一瞬间物体内各点温度分布的总称。
2．等温面(线)：由物体内温度相同的点所连成的面（或线）。
3．温度梯度：在等温面法线方向上最大温度变化率。
4．导热系数：物性参数，热流密度矢量与温度降度的比值，数值上等于1 K／m的温度梯度作用下产生的热流密度。
导热系数是材料固有的热物理性质，表示物质导热能力的大小。
5．导温系数：材料传播温度变化能力大小的指标。
材料的导热能力与吸热能力之比导温系数不但与材料的导热系数有关，还与材料的热容量(或储热能力)也有关；从物理意义看，导热系数表征材料导热能力的强弱，导温系数表征材料传播温度变化的能力的大小，两者都是物性参数。
6.傅里叶定律：在各向同性均质的导热物体中，通过某导热面积的热流密度正比于该导热面法向温度变化率。
7.保温(隔热)材料：λ≤0.12 W/(m·K)(平均温度不高于350℃时)的材料。
8.接触热阻：材料表面由于存在一定的粗糙度使相接触的表面之间存在间隙，给导热过程带来额外热阻。
使两个导热壁面之间出现温差。
接触热阻主要与表面粗糙度、表面所受压力、材料硬度、温度及周围介质的物性等有关，因此可以从这些方面考虑减少接触热阻的方法，此外，也可在固体接触面之间衬以导热系数大的铜箔或铝箔等以减少接触热阻。
第1章-绪论__传热学(第四版)
流体被加热时：
q h(t w t f )
流体被冷却时：
（1-3）
q h(t f t w )
（1-4）
tf 式中， t及 分别为壁面温度和流体温度， w ℃。
• 如果把温差（亦称温压）记为 t，并约定永 远取正值，则牛顿冷却公式可表示为
q ht
Aht
单位
2 W/ 。 m K
钢：
tw1 tw2 tw1 tw2
铬砖： q 硅藻土砖： q
tw1 tw2
0.242
讨论：由计算可见， 由于铜与硅藻土砖导热系数的巨大差 别， 导致在相同的条件下通过铜板的导热量比通过硅藻土 砖的导热量大三个数量级。 因而，铜是热的良导体， 而 硅藻土砖则起到一定的隔热作用
《传热学》章熙民 编著 《传热学重点难点及典型 题精解》 或《传热学要点 与解题 》王秋旺 编著
第1章 绪论
1.1 传热学的研究内容及其在科学技术和工程 中的应用 1.2 热量传递的三种基本方式 1.3 传热过程和传热系数 1.4 传热学的发展史和研究方法
1.1 概 述
1.1.1、传热学研究内容
练 习 1 ： 有 三 块 分 别 由 纯 铜 （ 热 导 率 λ1=398W/(m· K) ） 、 黄 铜 （ 热 导 率 λ2=109W/(m· K) ）和碳钢（热导率λ3=40W/(m· K) ） 制成的大平板，厚度都为 10mm ，两侧表面的温差都 维持为tw1 – tw2 = 50℃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。
系称为热量传递的速率方程。
1.1.2、传热学研究中的连续介质假设
将假定所研究的物体中的温度、密度、速度、 压力等物理参数都是空间的连续函数。
《传热学》电子课件
第1章绪论§1.1 传热学的研究内容及其应用四、传热学在科学技术各个领域中的应用3.3.温度控制温度控制温度控制：：为使一些设备能安全经济地运行为使一些设备能安全经济地运行，，或者为得到优质产品为得到优质产品，，要对热量传递过程中物体关键部位的温度进行控制部位的温度进行控制。
例如例如：：电子器件的冷却航天器重返大气层时的热防护原子及自由电子等微观粒子热运动而传递热量：定律有：绪论第1章绪论§1.2 热能传递的三种基本方式二、对流对流（（热对流热对流））(Convection )4. 对流对流换热的特点换热的特点第1章绪论§1.2 热能传递的三种基本方式二、对流对流（（热对流热对流））(Convection )5. 对流对流换热量的计算换热量的计算换热量的计算－－－－－－牛顿冷却定律牛顿冷却定律() w f ΦhA t t =− () w f q ΦA h t t ==−h —表面传热系数表面传热系数[[W/(m 2K)]Φ—热流量热流量[[W ]，单位时间传递的热量q —热流密度热流密度[[W/m 2]A—与流体接触的壁面面积与流体接触的壁面面积[[m 2 ]w t —固体壁表面温度固体壁表面温度[[o C ]f t —流体温度流体温度[[o C ]()f w ΦhA t t =− ()f w q ΦA h t t ==−流体受冷流体受热第1章绪论§1.2 热能传递的三种基本方式二、对流对流（（热对流热对流））(Convection )6. 表面传热系数表面传热系数（（h ）是过程量是过程量，，与具体的换热过程有关与具体的换热过程有关，，受许多因素影响第1章绪论§1.2 热能传递的三种基本方式二、对流对流（（热对流热对流））(Convection )7. 对流热阻=1h t t ΦR hA ∆∆= =1h t t q r h∆∆=wt ft ΦhR 有限面积对流热阻1h R hA=单位面积对流热阻1h r h=第。
传热学概念整理
传热学第一章、绪论1.导热：物体的各个部分之间不发生相对位移时，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能传递称为热传导，简称导热。
2.热流量：单位时间内通过某一给定面积的热量称为热流量。
3.热流密度：通过单位面积的热流量称为热流密度。
4.热对流：由于流体的宏观运动而引起的流体各部分之间发生相对位移、冷热流体相互掺混所导致的热量传递过程。
5.对流传热：流体流过一个物体表面时流体与物体表面间的热量传递过程。
6.热辐射：因热的原因而发出的辐射的想象称为热辐射。
7.传热系数：传热系数树枝上等于冷热流体见温差℃1=∆t ，传热面积21m A =时的热流量值，是表征传热过程强度的标尺。
8.传热过程：我们将热量由壁面一侧流体通过壁面传递到另一侧流体的过程。
第二章、导热基本定律及稳态导热1.温度场：各个时刻物体中各点温度所组成的集合，又称为温度分布。
2.等温面：温度场中同一瞬间温度相同的各点连成的面。
3.傅里叶定律的文字表达：在导热过程中，单位时间内通过给定截面积的导热量，正比于垂直该界面方向上的温度变化率和截面面积，而热量的传递方向则与温度升高的方向相反。
4.热流线：热流线是一组与等温面处处垂直的的曲线，通过平面上人一点的热流线与改点热流密度矢量相切。
5.内热源：内热源值表示在单位时间内单位体积中产生或消耗的热量。
6.第一类边界条件：规定了边界点上的温度值。
第二类边界条件：规定了边界上的热流密度值。
.第三类边界条件：规定了边界上物体与周围流体间的表面传热系数h 及周围流体的温度ft 7.热扩散率a ：ca ρλ=，a 越大，表示物体内部温度扯平的能力越大；a 越大，表示材料中温度变化传播的越迅速。
8.肋片：肋片是依附于基础表面上的扩展表面。
第三章、非稳态导热1.非稳态导热：物体的温度随时间的变化而变化的导热过程称为非稳态导热。
2.非正规状况阶段：温度分布主要受出事温度分布的控制，称为非稳态导热。
传热学ch1绪论
1.2.3热辐射定义 定义：任何物体只要高于绝对零度，其原子、分子都在不 断地热运动，物体消耗热力学能向外发射电磁波能
的过程称为热辐射。 特点：（1）只要物体的温度大于绝对0度（0K）， 就能发射辐射能； （2）辐射能是唯一能在真空中传播； （3）辐射过程中有能量形式的转化。 传热机理：将热能转化成电磁能进行传递。
计算：黑体向外发射的辐射能黑体辐射的四次
方定律
b ——黑体辐射常数，5.67 10 8W /(m 2 K 4 )
T 4 r A T 4 Ac ( ) 100 W
c=5.68，
单位W/(m2·K4)
T ——黑体表面绝对温度K
A ——黑体发射辐射能的表面积为， 温度为T的实际物体发出的辐射能为
讨论生活中碰到的传热现象？ 分析管道保温的作用？金属,玻璃,塑料,瓷,木哪
种材料最导热? 分析烧水的热量传递方式。 分析烤箱里传热方式。
自然对流:1、冬天室内暖气流动(暖气片安装在下 部)、2、夏天空调（安装在上部）、3、大气的 流动，包括风、4、海洋上层高温水体和底部低 温水体交换、5、烧开水的过程、6、地质活动 中地幔向地壳上升是因为地核的加热原因、7、 大气云层龙卷风生成的最初过程。 强迫对流:8、电吹风吹动、9、电脑机箱内部的 风扇降温原理、10、太空仓内风扇驱使二氧化 碳混合使其不致沉入底部、11、池塘以及养鱼 水池内部的水泵、12、烘箱内部加速烘烤效果 的鼓风机、13、核电站的核发生装置内部的安 全壳结构。
传热过程定义：强调的是流体和流体之间的传热，
即一种高温流体将热量通过固体壁面传递给低 温流体的热量传递形式。
传热学笔记
p x
(
2u x2
2u y2
)
动量守恒方程（N-S
方程）：
( v
u
v x
v
v ) y
Fy
p y
(
2v x2
2v y2
)
能量守恒方程：
t
非稳态项
u t v t xy
对流项
cp (x2t2 y2t2 )
扩散项
边界层理论的四个基本要点： （1）当粘性流体沿固体表面流动时，流场可划分为主流区和边界层区。
可得
d 2t dx2
hp(t t ) Ac
引入过余温度
t
t 最终可得
d 2t dx2
m2
，其中 m
hp/(Ac) ，H 为肋高
温度分布的解析解：
0
em x
e2mHemx He2m H
0
ch[m(x H)] ch[mH]
；热流量：
hp m
0th(mH)
通过环肋及三角形截面直肋的导热
肋效率 f
( )是时刻
物体的平
均过余温度。
Fo
a R2
0.2 时， (x, ) 0
Aexp(12Fo) f
(1) ——（3-27）；( ) /0
Aexp(12Fo)B ——（3-28）
分析解应用范围的推广和讨论
介质温度恒定的第三类边界条件下的分析解，在 Bi 的极限情况下转化为第一类边界条件下的解，而在 Bi 0
传热学
第一章 绪论
热量传递的三种基本方式：导热、对流和热辐射
傅里叶定律：单位时间内通过该层的导热热量与当地的温度变化率及平板面积 A 成正比。
A dt dx
——热导率，导热系数；单位W /(m K) ；
《传热学》第1章_绪论总结
第1章 绪论
1.1.2 传热学在科学技术各领域中的应用
传热问题的种类: 强化传热：在一定的条件下(温差、体积、重量、泵能等)增加所
传递的能量。
削弱传热：在一定的温差下使热量的传递减到最小。 温度控制：对热量传递过程中物体关键部位的温度进行控制。 传热学基本技能: 了解概念：了解传热学课程中的基本概念，并且能够利用这些概
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第1章 绪论
导热系数
表征材料导热性能优劣的参数，是一种物性参数，与材料 种类和温度有关。
金属 液体 气体
一维稳态导热公式：
《泰坦尼克号》
单位时间通过单位面积传递的热量称为热流密度，用字母q表 示，它与热流量 之间的关系表示为：
q Φ dt W 2 A dx m
• 考核办法：
• 平时成绩: 30% (包括：出勤15、作业15) • 期末考试: 70% (闭卷)
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第1章 绪论
1.1 传热学的研究内容及其在科学技术和工程中的应用
1.1.1 什么是传热学 定义：研究由温差引起的热能传递规律的科学。 解释：
温差是传热学研究的推动力，热力学第二定律：“凡是有温 差存在的地方，就有热能自发地从高温物体向低温物体传递”。 热能传递规律是指单位时间内所传递的热量与物体中相应的 温度差之间的关系。 科学是指能够利用准确的数学表达式明确地描述热能传递规 律，并能利用这些知识测试、控制和优化热量传递过程。
dt W Φ A dx
tw2
0
单位时间内通过该层的导热热量与当地 的温度变化率及平板面积成正比，称为 Fourier定律(速率方程)。其中：
x
图1-2 一维稳态平板内导热
负号表示热量由高温处到低温处传递;:热流量,单位时间传递的 热量[W]; A:垂直于导热方向的截面积[m2];:导热系数(热导率) [W/(m·K)]。
传热学
第二篇传热学传热学是研究热量传递规律的一门学科。
第一章绪论1-1传热学研究对象一、传热学研究对象我们假设在空间里有物体Ａ和物体Ｂ。
而且，两物体温度不同，因此，在物体Ａ和物体Ｂ之间要发生热量传递，但是采取什么方式，两物体换热多少，如何使传热传得快、多。
又如何传递热量少、慢。
此外，传热量计算，物体的温度分布，这些内容就是传热学所研究的对象。
二、学习的必要性三、应用例1、热机方面的应用2、机械冶金方面3、化工方面：4、航空方面5 、余热利用四、传热的二种类型（目的及确定内容）1.对传热的两种要求：强化传热、减弱传热2.确定内容1）确定换热设备的尺寸及热传递速率。
2）温度分布或给定界面各点的温度。
五、传热学常用基本概念：（一）热量Q kJ Kcal（二）热流量Q KW（三）热流密度q （比热流）w/m2（四）稳定热传递物体内温度（热量）不随时间变化而变化。
(五)不稳定热传递物体内部温度（热量）随时间变化而变化1-2 热传递的三种基本方式一、导热(Heat Conduction)二、对流（Convection）三、热辐射(Thermal Radiation)1-3 导热过程、对流换热过程、辐射换热过程和传热过程一、导热过程(一) (Heat Conduction)定义：热量从物体的高温部分，传给低温部分，或从高温物体传到与之接触的低温物体过程叫导热。
（宏观）或书上P152(二) 导热机理（本质或微观机理）1. 气体：气体分子热运动2. 金属固体：自由电子运动，晶格振动引起弹性波的作用。
3. 非导电固体：主要是晶格振动引起弹性波的作用。
4. 液体：分子间作用力引起的弹性波作用。
（三）导热的特点：1. 没有相对运动（宏观），两物体必须接触。
22. 仅有热量转递而无能量形式转换。
33. 单纯导热只发生在密实物体（固体）中。
（四）导热基本定律（傅立叶定律）Q =λ A (t1-t2)/δw一般情况下各物质导热系数的典型数据如下：气体λ=0.02~0.3 W/m℃液体λ=0.02~0.7 W/m℃金属λ=15~420 W/m℃非金属固体λ=0.02~3 W/m℃绝热材料λ≤0.10 W/m℃二、对流换热过程（一）对流（Convection）：流体内部之间发生相对位移冷热流体掺混而引起热量的传递。
传热学第一章
因热的原因而发出辐射能的现象称为热辐射。
电磁波的波谱
辐射换热：物体间靠热辐射进行的热量传递
辐射换热的特点
表面1辐射热
a 不需要冷热物体的直接接触；即：不需要介质
的存在，在真空中就可以传递能量
表面2辐射热
b 在辐射换热过程中伴随着能量形式的转换 物体热力学能 电磁波能 物体热力学能
井口加热保温装置
油田常温集输现场试验装置
传热学在科技与工程中的应用
建筑节能领域：复合保温墙体及屋面、地板辐射采暖系统
大气长 波辐射
太阳直 射辐射 太空 散射 辐射
环境长波辐射
地面 长波 地面反射辐 辐射 射
对流 换热
壁体得热
传热学在科技与工程中的应用
航空航天领域：航天飞机、火箭发射、卫星与空间站热控 制、空间飞行器重返大气层冷却
物质的属性：可以在固体、液体、气体中发生
导热特点：纯导热过程中，物体各部分之间不发生相对位移， 也无能量形式的转换。
如图示，一块平板，厚为δ，表面 积为A，两表面分别维持均匀温度 tw1和tw2.单位时间从表面1传导到 表面2的热量为Q。（沿X轴方向）
Atw1 tw2
单位面积：
q tw1 tw2
钢： q tw 1 tw 2 3 .4 6 3 1 0 0 1 .4 0 1 6 5 W 0 m 2 0 .05
铬砖：
q tw 1 tw 2 2 .3 3 2 1 0 0 9 .2 0 1 8 3 W 0 m 2 0 .05
硅藻土砖：
，
黑体的定义：把吸，收率等于 1 的物体称黑体，是一种 假想的理想物体。能吸收投入到其表面上的所有热辐 射的物体，包括所有方向和所有波长，因此，相同温 度下，黑体的吸收能力最强
传热学复习 (1)
单值性条件（定解条件）（思考题8）
几何条件、物理条件、 初始条件 边界条件
第一类、第二类、第三类（思考题9、10） 第四类边界条件
热扩散系数 a
c
物性参数、物理意义 与导热系数的联系与区别（思考题17）
保温材料（思考题4）
2-2 物质的导热特性
不同物质的导热系数相差很大
一般情况下， 固体 > 液体 > 气体
同一种物质 晶体>非晶体
同一种物质 固态 > 液态 > 气态
0.0183
各向异性材料——木材、石墨、云母、动植物的肌肉和纤维组织等。
直角坐标系中导热微分方程的简化处理
t t t 一般形式 ( ct ) ( ) ( ) ( ) x x y y z y
变导热系数 （ 0 1 bt）
算术平均温度：tm
tw1 tw 2 2 平均导热系数：m 0 (1btm )
（习题3-5、3-9、3-11）
多层壁： t w1 twn 1
i i 1 i A
n
l
tw1 twn 1 n ri 1 1 ln ri i 1 2i
一般情况下，
固体 液体 气体
金属 非金属
金属 2.3~430 W (m K)
液体 0.07~0.7 W (m K)
气体 0.006~0.6 W (m K)
纯金属 合金
晶体 非晶体
20C常温下
空气 =0.0259 水 =0.599
物体的发射率 （物性参数）
2 传热系数k W/(m K)
传热过程
kA(t f 1 t f 2 ) q k (t w t f )
第1章 传热学导论
Q Tw1 Tw2
Tf1 α1 Tw1 Tw2 Tf2
δ
A
Qh1 Qh2 Q
α2
四、传热过程综合实例分析
1. 分析在房间内，人身体表面都有哪些传热方式？
26
§1-2 热量传递的基本方式
热力学是关于状态的科学；传热学是关于过程的科学。
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三、传热学与工程热力学研究的问题不同
铁块，m1 300oC
热力学：Tm , Q 传热学：过程热量传递的速率
t f ( x, y, z, ); Q f ( )
水，m2 20oC
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四、传热学研究问题的分类
传热速率的设计及控制
强化传热 弱化传热当 Ts T，最简单Fra bibliotek情况， 用下式计算
q hA(Ts T )
其中，h是对流换热系数，w/m2；A是换热面 积, m2 。上式是指由表面至运动流体间的换 热。 称为：牛顿冷却定律 h是计算对流换热量的关键参量，与许多因素 有关。
三、热辐射（简称辐射）
定义：物体由于热的原因向外发出辐射能的现象 辐射换热：物体之间以辐射的形式交换热量
传热学
制冷与 低温
燃烧学
3
传热学绪论
一、关于传热学（Heat Transfer）
传热学是一门研究热量传递过程的一门学科 热量传递的机理、规律、计算和测试方法 热量传递过程的推动力：温差
热力学第二定律：热量可以自发地由高温热源传给低温热 源
有温差就会有传热
5
二、传热学与工程热力学的关系
第1章 传热的基本规律
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传统工业
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高新技术
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传热学的重要地位
传热学是能源、动力、化工、机械、电子、 土木等学科的主干技术基础课
传热学与流体力学、工程热力学并称能源动 力类专业的三大支柱
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§1-1 传热学概述
1 传热学的概念
• 是研究有温差存在情况下的热量传递规律 的一门科学，具体来讲主要有热量传递的 机理、规律、计算和测试方法
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为什么学传热学
自然界温差无处不在，无时不有
• 日常生活 • 传统工业 • 高新技术
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传热学 Heat Transfer
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教材
➢《传热学》邬田华编著
参考书
➢《传热学》杨世铭 陶文铨 第三版 ➢《Heat Transfer》J.P.Holman 8th edition ➢《数值传热学》陶文铨 第二版
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第一章 绪 论
§1-1 传热学概述 §1-2 热量传递的基本方式 §1-3 传热过程与传热系数
•依据物体温度与时间的依变关系: •稳态传热过程,又称为定常过程; •非稳态传热过程,又称为非定常过程。
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§1-2 热量传递的基本方式
热量传递基本方式：热传导、热对流、热辐射
热对流
热辐射
热传导
导热？ 对流？ 辐射？
1 热传导（导热）
①热传导的定义 温度不同的物体各部分之间或温度不同的各 物体之间直接接触时，依靠分子、原子即自 由电子等微观粒子的热运动而进行热量传递 的现象
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•实验解法
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•分析解法
步骤: 1)进行合理的物理假设 2)建立所研究物理问题的数学描写 3)用理论推导的方法获得问题的解析解
应用: 1)检验其他解法(如数值解)的正确性 2)可求解导热及简单的对流问题(如外掠平板的边界层层流 对流换热、管内层流强制对流换热等）
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•比拟解法
其实质是根据两种物理 现象间在数学描写上的 相似性从而得出问题的 解的方法。如导热部分 的热电模拟，就是利用 热现象和电现象之间的 相似；热质比拟，就是 利用传热与传质现象之 间的相似等等。
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4 传热学分类
•依据求解问题时采用的空间坐标数目: •一维传热问题; •二维传热问题; •三维传热问题。
②物质的属性：可以在固体、液体、气体中 发生
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• 在国际上已出现了许多大型的商用软件，
比较著名的有英国CHAM公司的PHOENICS， 美 国 FLUENT 公 司 的 FLUENT, 英 国 AEA Technology的CFX,美国Flow Science公司的 FLOW-3D,英国Computatioal Dynamics公司 的STAR-CD等。
• 冬天將衣服拉的更緊是什麼作用呢？ • 當穿著厚厚的皮衣時，為何身上會覺得越來越暖
活呢？這些熱能是那來的呢？ • 為何人們在熱天運動時特別容易流汗呢？ • 保溫瓶內 光滑的鏡面是什麼作用呢？ • 为什么冬天鼻子、耳朵、手指最容易冻呢？
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动物的大衣
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可怜的冷血動物
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2 传热学的基本任务
① 求解温度分布 ② 计算热量传递的速率
热力学 + 传热学=热科学(Thermal Science)
系统从一个平 关心的是热
衡态到另一个 量传递的过
平衡态的过程 程，即热量
中传递热量的 传递的速率。
多少。
铁块, M1 300oC
水，M2 20oC
热力学：tm , Q 传热学 t f ( x, y, z, ); Q f ( )
分析解法只能获 得一些简单情况下物理问题的解，对大 多数问题来说目前还无法获得精确解的
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•数值解法
步骤: 1)进行合理的物理假设 2)建立所研究物理问题的数学描写 3)区域的离散和方程的离散 4)获得收敛的空间和时间上的离散解
应用: 1)随着计算机技术的发展而日益广泛 2)可以求解非常复杂的问题 3) 准确性要依赖于实验和分析解验证
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开水中取蛋
從開水裏剛取出的蛋有 濕氣且熱，水分一面從 蛋的表面蒸發，一面冷 卻蛋殼，因此不覺得燙 手，但這只發生在蛋殼 表面由濕到完全乾的一 瞬間，若蛋殼表面的水 份一乾，立刻就能感到 蛋的高溫。
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想一想
• 要是剃光了頭髮，在冬天時頭頂會有什麼特殊的 感覺呢？
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大规模太阳能热气流综合发电
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发电原理：通过温室效应和烟囱抽力
形成热气流驱动透平发电组发电
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热力学研究：热力学循环和能量转换效率
太阳能 热气流能 机械能
电能
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T 2
•
3•
透平温降
透平能
•3a （压降）
量损失 烟囱能
•3a
烟囱温降
（压降）
•3b
量损失
与分析解相比，数值解的结果是离散而不是连续的。数值 解的准确性不仅取决于所获得的数学描写的正确合理性， 而且还取决于所采用的计算方法的有效性。
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Isotherms of natural convection between a circular inner cylinder and a square outer
•
动能损失
3b •
•4
4
•
1'
•1
太阳能烟囱电站空气循环温熵图
S
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传热学研究：系统内的温度、压力和速度场
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传热学以热力学第一定律和第二定律为基础， 即热量始终从高温热源向低温热源传递，如 果没有能量形式的转换，则热量始终是守恒 的。
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3 传热学研究方法
• 实验解法 • 分析解法 • 数值解法 • 比拟解法
cylinder
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坦克与周围环境的换热模拟
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厨房内部气体传热流动模拟
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3
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牛与周围空气传热流动模拟
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办公室空气传热流动模拟
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电动机温度模拟
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汽车内环境模拟
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