《传热学》精品课件：010传热学B第十讲
合集下载
华北电力大学传热学精品课件
h —表面传热系数�是表征对流换热过程强弱的
[ ] 物理量。 W (m2 ⋅ K)
华北电力大学
刘彦丰
传热学 Heat Transfer
三、热辐射与辐射换热
1 . 定义 辐射�物体通过电磁波来传递热量的方式。 热辐射�物体由于热的原因向外发出的辐射。 辐射换热�物体之间以辐射的形式交换热量。 2 . 特点
实际物体表面的辐射力可与黑体相比较而得到�
[ ] 表示为
E = εσ bT 4
W m2
ε — 实际物体表面的发射率�黑度��0 - 1 �与 物体的种类、表面状况和温度有关。
华北电力大学
刘彦丰
传热学 Heat Transfer 4 . 一个辐射换热计算的特例
物体表面间辐射换热的计算涉及到物体表面的辐 射能力、吸收能力、表面间的几何关系等多方面的 因素�因此�不同情况下�其计算公式不一样。
要解决的问题�
温度分布如何描述和表示� 温度分布和导热的热流存在什么关系� 如何得到导热体内部at Transfer
本章内容简介
2 - 1 导热基本定律
回答问题1 和2
2 - 2 导热微分方程式及定解条件 回答问题3
2 - 3 通过平壁、圆筒壁、球壳和其它变截面物体
�1 �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。
�2 �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。
华北电力大学
刘彦丰
传热学 Heat Transfer 3 . 物体的辐射能力与黑体 物体单位表面积向外辐射的总能量可用 E 表示�
Φ = Ah2 (tw2 − t f 2 )
h1, tf1
h2, tf2
[ ] 物理量。 W (m2 ⋅ K)
华北电力大学
刘彦丰
传热学 Heat Transfer
三、热辐射与辐射换热
1 . 定义 辐射�物体通过电磁波来传递热量的方式。 热辐射�物体由于热的原因向外发出的辐射。 辐射换热�物体之间以辐射的形式交换热量。 2 . 特点
实际物体表面的辐射力可与黑体相比较而得到�
[ ] 表示为
E = εσ bT 4
W m2
ε — 实际物体表面的发射率�黑度��0 - 1 �与 物体的种类、表面状况和温度有关。
华北电力大学
刘彦丰
传热学 Heat Transfer 4 . 一个辐射换热计算的特例
物体表面间辐射换热的计算涉及到物体表面的辐 射能力、吸收能力、表面间的几何关系等多方面的 因素�因此�不同情况下�其计算公式不一样。
要解决的问题�
温度分布如何描述和表示� 温度分布和导热的热流存在什么关系� 如何得到导热体内部at Transfer
本章内容简介
2 - 1 导热基本定律
回答问题1 和2
2 - 2 导热微分方程式及定解条件 回答问题3
2 - 3 通过平壁、圆筒壁、球壳和其它变截面物体
�1 �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。
�2 �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。
华北电力大学
刘彦丰
传热学 Heat Transfer 3 . 物体的辐射能力与黑体 物体单位表面积向外辐射的总能量可用 E 表示�
Φ = Ah2 (tw2 − t f 2 )
h1, tf1
h2, tf2
传热学PPT学习课件PPT教案
第10页/共66页
气膜冷 却
气膜冷却基本原理是：从高温环境的 壁面上 的孔向 主流引 入二次 气流（ 冷却工 质或射 流）， 这股冷 气流在 主流的 压力和 摩擦力 作用下 向下游 弯曲， 附着在 壁面一 定区域 上，形 成温度 较低的 冷气膜 将壁面 同高温 燃气隔 离，并 带走部 分高温 燃气， 从而对 壁面起 到良好 的冷却 保护作 用。
空气 0.026 W (m C ) （20 C）
第21页/共66页
(6) 一维稳态导热及其导热热阻 如图所示，稳态 q = const，于是积分Fourier定
律有：
q Φ dt
A
dx
定积分
W m 2
t
dx
tw1
dt
Q
tw2
q dx tw2 dt q tw1 tw2 0
。 解：参见前图及一维稳态导热公式有：
第23页/共66页
铜：
q tw1 tw2 375 300 100 1.5106 W m2
0.05
钢： q tw1 tw2 36.4Im 300N a 10o 0g 1e .46105 W m2
0.05
铬砖 ：
q tw1 tw2 2.32 300 100 9.28103 W m2
—— 当流体与壁面温度相差1度时、每单位壁面面积上、单 位时间内所传递的热量。表征对流传热过程强弱的物理量
影响h因素：流速、流体物性、壁面形状大小等 强调：表面传热系数与导热系数的区别 a) 单位上的区别 [W/( m K)]～ [W/( m2 K)] b) 表面传热系数不是一个物性参数，它不仅取决于流体
文字表述：在导热现象中， 单位时间内通过给定截面的 热流量，正比于该截面方向 上的温度变化率和截面面积 ，而热量传递的方向则与温 度升高的方向相反。
气膜冷 却
气膜冷却基本原理是：从高温环境的 壁面上 的孔向 主流引 入二次 气流（ 冷却工 质或射 流）， 这股冷 气流在 主流的 压力和 摩擦力 作用下 向下游 弯曲， 附着在 壁面一 定区域 上，形 成温度 较低的 冷气膜 将壁面 同高温 燃气隔 离，并 带走部 分高温 燃气， 从而对 壁面起 到良好 的冷却 保护作 用。
空气 0.026 W (m C ) （20 C）
第21页/共66页
(6) 一维稳态导热及其导热热阻 如图所示，稳态 q = const，于是积分Fourier定
律有：
q Φ dt
A
dx
定积分
W m 2
t
dx
tw1
dt
Q
tw2
q dx tw2 dt q tw1 tw2 0
。 解：参见前图及一维稳态导热公式有：
第23页/共66页
铜：
q tw1 tw2 375 300 100 1.5106 W m2
0.05
钢： q tw1 tw2 36.4Im 300N a 10o 0g 1e .46105 W m2
0.05
铬砖 ：
q tw1 tw2 2.32 300 100 9.28103 W m2
—— 当流体与壁面温度相差1度时、每单位壁面面积上、单 位时间内所传递的热量。表征对流传热过程强弱的物理量
影响h因素：流速、流体物性、壁面形状大小等 强调：表面传热系数与导热系数的区别 a) 单位上的区别 [W/( m K)]～ [W/( m2 K)] b) 表面传热系数不是一个物性参数，它不仅取决于流体
文字表述：在导热现象中， 单位时间内通过给定截面的 热流量，正比于该截面方向 上的温度变化率和截面面积 ，而热量传递的方向则与温 度升高的方向相反。
传热学基本知识ppt课件
自然对流与强制对流原理
自然对流原理
自然对流是由于流体内部温度梯度引起的密度差异而产生的流动。在重力作用下， 较热的流体向上运动，较冷的流体向下运动，形成自然对流循环。
强制对流原理
强制对流是通过外部力（如风扇、泵等）驱动流体运动而实现的热量传递。在强制 对流中，流体的流动速度和方向受到外部力的控制，从而实现对流传热。
灰体辐射
灰体是指能够吸收所有波长的辐射能， 但吸收率小于1的物体。灰体辐射除 了与温度有关外，还与灰体的发射率 有关。
辐射换热计算方法
斯忒藩-玻尔兹曼定律
基尔霍夫定律
用于计算黑体辐射的总能量，公式为 E=σT^4，其中σ为斯忒藩-玻尔兹曼 常数，T为黑体的热力学温度。
用于计算灰体的发射率与吸收率之间 的关系，公式为ε=α，其中ε为发射率， α为吸收率。
流体的流动状态（层流或 湍流）对对流换热系数有 显著影响。湍流状态下的 对流换热系数通常比层流 状态下高。
温度梯度越大，对流换热 系数越高。因为较大的温 度梯度会导致流体内部产 生更强烈的密度差异和流 动。
固体壁面的形状、粗糙度 以及表面条件（如氧化、 涂层等）也会影响对流换 热系数。
04
热辐射基本知识
传热学基本知识ppt课件
目录
• 传热学概述 • 热传导基本知识 • 热对流基本知识 • 热辐射基本知识 • 传热过程与换热器设计 • 传热学实验方法与测量技术 • 传热学在工程领域应用案例
01
传热学概述
传热学定义与研究对象
传热学定义
研究热量传递规律的科学，主要研 究物体之间或物体内部热量传递的 过程、机理和计算方法。
对流换热系数及其影响因素
对流换热系数定义
流体物性
(完整PPT)传热学
(完整PPT)传热学contents •传热学基本概念与原理•导热现象与规律•对流换热原理及应用•辐射换热基础与特性•传热过程数值计算方法•传热学实验技术与设备•传热学在工程领域应用案例目录01传热学基本概念与原理03热辐射通过电磁波传递热量的方式，不需要介质，可在真空中传播。
01热传导物体内部或两个直接接触物体之间的热量传递，由温度梯度驱动。
02热对流流体中由于温度差异引起的热量传递，包括自然对流和强制对流。
热量传递方式传热过程及机理稳态传热系统内的温度分布不随时间变化，热量传递速率保持恒定。
非稳态传热系统内的温度分布随时间变化，热量传递速率也随时间变化。
传热机理包括导热、对流和辐射三种基本传热方式的单独作用或相互耦合作用。
生物医学工程研究生物体内的热量传递和温度调节机制，为医学诊断和治疗提供理论支持。
解决高速飞行时的高温问题，保证航空航天器的安全运行。
机械工程用于优化机械设备的散热设计，提高设备运行效率和可靠性。
能源工程用于提高能源利用效率和开发新能源技术，如太阳能、地热能等。
建筑工程在建筑设计中考虑保温、隔热和通风等因素，提高建筑能效。
传热学应用领域02导热现象与规律导热基本概念及定律导热定义物体内部或物体之间由于温度差异引起的热量传递现象。
热流密度单位时间内通过单位面积的热流量，表示热量传递的强度和方向。
热传导定律描述导热过程中热流密度与温度梯度之间关系的定律，即傅里叶定律。
导热系数影响因素材料性质不同材料的导热系数差异较大，如金属通常具有较高的导热系数，而绝缘材料则具有较低的导热系数。
温度温度对导热系数的影响因材料而异，一般情况下，随着温度的升高，导热系数会增加。
压力对于某些材料，如气体，压力的变化会对导热系数产生显著影响。
稳态与非稳态导热过程稳态导热物体内部各点温度不随时间变化而变化的导热过程。
在稳态导热过程中，热流密度和温度分布保持恒定。
非稳态导热物体内部各点温度随时间变化而变化的导热过程。
传热学课件课件
传热学课件引言传热学是研究热量传递规律的学科，是工程热力学和流体力学的重要分支。
在实际工程应用中，传热问题无处不在，如能源转换、化工生产、建筑环境等领域。
因此，掌握传热学的基本原理和方法，对于工程技术人员来说具有重要意义。
本文将简要介绍传热学的基本概念、原理和方法，并探讨其在工程实际中的应用。
一、传热学基本概念1.热量传递方式热量传递方式主要包括三种：导热、对流和辐射。
（1）导热：热量通过固体、液体或气体的分子碰撞传递，其传递速率与物体的导热系数、温度差和物体厚度有关。
（2）对流：热量通过流体的宏观运动传递，其传递速率与流体的流速、密度、比热容和温度差有关。
（3）辐射：热量以电磁波的形式传递，其传递速率与物体表面的温度、发射率和距离有关。
2.传热方程传热方程是描述热量传递规律的数学表达式，主要包括傅里叶定律、牛顿冷却公式和斯蒂芬-玻尔兹曼定律。
（1）傅里叶定律：描述导热过程中热量传递的规律，公式为Q=-kA(dT/dx)，其中Q表示热量传递速率，k表示导热系数，A表示传热面积，dT/dx表示温度梯度。
（2）牛顿冷却公式：描述对流过程中热量传递的规律，公式为Q=hA(TwTf)，其中Q表示热量传递速率，h表示对流换热系数，Tw 表示固体表面温度，Tf表示流体温度。
（3）斯蒂芬-玻尔兹曼定律：描述辐射过程中热量传递的规律，公式为Q=εσA(T^4T^4)，其中Q表示热量传递速率，ε表示发射率，σ表示斯蒂芬-玻尔兹曼常数，T表示物体表面温度。
二、传热学原理和方法1.传热问题的分类传热问题可分为稳态传热和非稳态传热两大类。
（1）稳态传热：系统内各部分温度不随时间变化，热量传递速率恒定。
（2）非稳态传热：系统内各部分温度随时间变化，热量传递速率随时间变化。
2.传热分析方法（1）解析法：通过对传热方程的求解，得到温度分布和热量传递速率。
适用于简单几何形状和边界条件的问题。
（2）数值法：采用数值离散化方法求解传热方程，适用于复杂几何形状和边界条件的问题。
《传热学讲义》课件
导热系数是物性参数，它取决于物质的种类和热力 状态(即温度、压力等)。变化特征和机理见下页。 四种典型物质的导热系数数值（t=20 ℃。）
纯铜 λ =399W／(m·K)；
碳钢 λ =35～40W／(m·K)； 水 λ =0．599W／(m·K)； 干空气 λ =0．0259 W／(m·K)。 其余见附录。
傅里叶定律是实验定律，是普遍适用的，即不论是否变物 性，不论是否有内热源，不论物体的几何形状如何，不论 是否非稳态，也不论物质的形态(固、液、气)，傅里叶定律 都是适用的。
导热系数
q /
t n
n
导热系数 λ表示在单位温度梯度作用下物体内所产 生的热流密度，它表征了物质导热本领的大小。
定解条件
导热问题完整的数学描述：
导热微分方程式 + 定解条件
定解条件：包括初始条件和边界条件
初始条件：τ=0 t(x,y,z,0)=f(x,y,z) 边界条件：指凡说明边界上过程进行的特点，反 映过程与与周围环境相互作用的条件；导热问题常 见的三类边界条件如下：已知与未知？？
第一类： τ＞0，tw=f1(τ) ；稳态？ 第二类： τ＞0，qw=-λ（υt/υn）w=f2(τ)；稳态？ 第三类： τ＞0， -λ（υt/υn）w =h（ tw - tf ）；稳态？
t=f（x，y，z，τ）
等温线（面）
同一时刻物体中温度相同的点连成：
不可能相交； 对连续介质，等温线（面）只可能在物体边界中断或完全封闭； 沿等温线（面）无热量传递； 其疏密可直观反映出不同区域温度梯度（或热流密度）的相对大 小。
温度梯度：P22
基本定律—傅立叶定律
表达式：Φ=Aq=A(-λgrad t)
纯铜 λ =399W／(m·K)；
碳钢 λ =35～40W／(m·K)； 水 λ =0．599W／(m·K)； 干空气 λ =0．0259 W／(m·K)。 其余见附录。
傅里叶定律是实验定律，是普遍适用的，即不论是否变物 性，不论是否有内热源，不论物体的几何形状如何，不论 是否非稳态，也不论物质的形态(固、液、气)，傅里叶定律 都是适用的。
导热系数
q /
t n
n
导热系数 λ表示在单位温度梯度作用下物体内所产 生的热流密度，它表征了物质导热本领的大小。
定解条件
导热问题完整的数学描述：
导热微分方程式 + 定解条件
定解条件：包括初始条件和边界条件
初始条件：τ=0 t(x,y,z,0)=f(x,y,z) 边界条件：指凡说明边界上过程进行的特点，反 映过程与与周围环境相互作用的条件；导热问题常 见的三类边界条件如下：已知与未知？？
第一类： τ＞0，tw=f1(τ) ；稳态？ 第二类： τ＞0，qw=-λ（υt/υn）w=f2(τ)；稳态？ 第三类： τ＞0， -λ（υt/υn）w =h（ tw - tf ）；稳态？
t=f（x，y，z，τ）
等温线（面）
同一时刻物体中温度相同的点连成：
不可能相交； 对连续介质，等温线（面）只可能在物体边界中断或完全封闭； 沿等温线（面）无热量传递； 其疏密可直观反映出不同区域温度梯度（或热流密度）的相对大 小。
温度梯度：P22
基本定律—傅立叶定律
表达式：Φ=Aq=A(-λgrad t)
传热学第10讲非稳态导热3
结果： 确定求解方程 对于导热问题，只有一个能量方程（导热微分方程） Define→Models→Energy…
（先计算初始时稳态的温度分布值）
选中
设置导热体的物性参数： Define→Materias…，在材料项选择固体（Solid） 取名brick，导热系数0.85 W/m· K，热容量 1.05×106 J/(m3· K)，（密度1900kg/m3, 比热容552.6J/kg· K） 边界条件设置：
Define→Boundary Conditions…，
在边界条件设置对话框内点击Zone区域中的fluid，再点击 Type区域中的solid后按Yes按钮、点击OK按钮，计算域为 固体。 接下来依次对bottom、left、right和top四个边界设定边界 条件 bottom和top分别是绝热条件，设置热流密度为0。 left、right分别是对流换热条件，按题数据设置。 初时核算出外界温度为3.55℃。
x(2)
x(3)
x(n3) x(n2)
x ( 2 )
x(n1)
x(3)
x(n2)
此时墙体散热热流密度为：
Tf 1 Tf 2
一维非稳态导热网格划 分及记号
20 (10) q 54.73 W/m2 1 / h1 L / k 1 / h2 1 / 6 0.3 / 0.85 1 / 35
更改新的边界条件：
将左侧边界条件中的流体温度更改为263K
Define→Boundary Conditions…，left:中设置温度为263K
Solve→Iterate…，在对话框中time step size(s)中填入时间步长1s，在Number of time steps中填入60，点击Iterate进行计算。
传热学基本知识PPT课件
热传导与对流传热共 同起作用； （3）湍流区：
充满漩涡，混合很好， 对流为主，热阻小,温差 小。
第32页/共74页
传热学基本知识
4、对流换热方程
热对流
对流传热计算公式—牛顿冷却定律
Q At
Q A
t 1
t R
一侧对流传热推动力 一侧对流传热热阻
t (t1 t2 )
一般为传热壁面的温度与流体主体的平均温度之差。
度 再
差 乘
⊿以t温均度是t 差先修按正逆系流数计
算
对数平均 ，即
温
度
t均 t t逆
第18页/共74页
第19页/共74页
③错流和折流时的平均温度差
各种流动情况下的温度差修正系数，可以根据
两个参数查图
R T1 T2 热流体的温降 t2 t1 冷流体的温升
P t2 t1 T1 t1
冷流体的温升 两流体的最初温差
3）流体的物理性质对给热系数的影响 导热系数、比热容c、密度越大，动力粘度越小，对流传 热系数越大
第34页/共74页
传热学基本知识
热对流
2）流体有相变发生时
蒸汽的冷凝 液体的沸腾
膜状冷凝 滴状冷凝(传热系数大)
自然对流
泡状沸腾或泡核沸腾（传热系数大）
膜状沸腾
第35页/共74页
蒸汽冷凝时的对流传热
现2场．测采得用流经体的验流数量据，由流体在换热器进出口的状态变化而求得。
表5-2列出了常见的列管式换热器的传热系数经验值的大致范围。
3．计算法
传热系数的计算公式可利用串联热阻叠加原则导出。对于间壁式换热 器，传热过程的总阻力应等于两个对流传热阻力与一个导热阻力之和。 传热总阻力的倒数就是传热系数。
充满漩涡，混合很好， 对流为主，热阻小,温差 小。
第32页/共74页
传热学基本知识
4、对流换热方程
热对流
对流传热计算公式—牛顿冷却定律
Q At
Q A
t 1
t R
一侧对流传热推动力 一侧对流传热热阻
t (t1 t2 )
一般为传热壁面的温度与流体主体的平均温度之差。
度 再
差 乘
⊿以t温均度是t 差先修按正逆系流数计
算
对数平均 ，即
温
度
t均 t t逆
第18页/共74页
第19页/共74页
③错流和折流时的平均温度差
各种流动情况下的温度差修正系数，可以根据
两个参数查图
R T1 T2 热流体的温降 t2 t1 冷流体的温升
P t2 t1 T1 t1
冷流体的温升 两流体的最初温差
3）流体的物理性质对给热系数的影响 导热系数、比热容c、密度越大，动力粘度越小，对流传 热系数越大
第34页/共74页
传热学基本知识
热对流
2）流体有相变发生时
蒸汽的冷凝 液体的沸腾
膜状冷凝 滴状冷凝(传热系数大)
自然对流
泡状沸腾或泡核沸腾（传热系数大）
膜状沸腾
第35页/共74页
蒸汽冷凝时的对流传热
现2场．测采得用流经体的验流数量据，由流体在换热器进出口的状态变化而求得。
表5-2列出了常见的列管式换热器的传热系数经验值的大致范围。
3．计算法
传热系数的计算公式可利用串联热阻叠加原则导出。对于间壁式换热 器，传热过程的总阻力应等于两个对流传热阻力与一个导热阻力之和。 传热总阻力的倒数就是传热系数。
传热学基本知识PPT课件
③
▪ 由于是稳定传热过程，外墙三个阶段的传热量应当相等， 即：
qqnqqw
④
▪ 联立①、②、③及④式，可得：
q 1 nt n d t w 1 wR d tnR tw R wtn R twK (tntw)
式中：
K 1 1 1 1d1 RnRRw R
n w
K －墙体的总传热系数。 R －墙体的总传热阻。
，代号“℃”。 换算关系 ： T=t+273.16 一般工程计算中：T=t+273
2、热量
▪ 定义：物体吸收或放出热能的多少。 ▪ 热量的单位
国际单位制中：J，kJ
工程单位制中：cal，kcal
换算关系 ：1kcal=4.19kJ
▪ 热量与能量的区别： 我们可以说一个物体含有多少能量，但我们不能说它含有 多少热量。热量是一个过程量，只有在物体通过热传递 交换热能才谈得上热量。我们可以说一个物体放出多少 热量，吸收多少热量。
传热学基本知识PPT课件
教学目标：
➢了解稳定传热的基本概念； ➢理解稳定导热、对流换热和辐射换热的基
本概念； ➢了解稳定传热的过程及传热的增强与削弱。
▪ 传热学是研究热量传递过程规律的一门学 科。
▪ 本章介绍传热的基本方式，分析导热、热 对流和辐射的基本特性及应用。
ቤተ መጻሕፍቲ ባይዱ
§2－1 稳定传热的基本概念
二、传热的增强与削弱
1、增强传热的基本途径 QKFt
（1）提高传热系数 （2）增大传热面积 （3）增大传热温差
2、增强传热的方法
（1）改变流体的流动状况 （2）改变流体的物性 （3）改变换热表面情况
3、削弱传热的方法
（1）热绝缘 （2）改变表面状况
传热学讲义
（7）黑体辐射的控制方程： Stefan-Boltzmann (斯特藩-波尔兹曼10-8 W/(㎡·K4)
真实物体则为： AT 4
（8）两黑体表面间的辐射换热
A (T14 T24 )
T1
T2
T14
T24
q12 (T14 T24)
按温度与时间的依变关系，可分为 稳态和非稳态两大类
稳态：温度场不随时间变化而变化
非稳态：周期性 瞬态
热量传递的三种基本方式
热传导（导热）conduction
热对流（对流）convection
热辐射
thermal radiation
1 导热（热传导）(Conduction)
⑴定义： 指同一物体温度不同的各部分或温度不同的两物体间直接接触 时，依靠分子、原子及自由电子等微观粒子热运动而进行的热量 传递现象。
(2)物质的属性： 可以在固体、液体、气体中发生 (3)导热的特点： a 必须有温差； b 物体直接接触；
c 依靠分子、原子及自由电子等微观粒子 传递热量；
d 在引力场下单纯的导热只发生在密实固体中。
热运动而
(4)导热的基本定律：
1822年，法国数学家Fourier:
Φ A dt W
dx
q Φ dt
Δt——换热温差，℃
(5) 对流换热系数
（Convection heat transfer coefficient）
h Φ (A(tw t )) W/㎡·℃
当流体与壁面温度相差1℃时、每单位壁面 面积上、单位时间内所传递的热量
影响h因素：
流速、流体物性、壁面形状大小等
(6) 对流换热热阻： Thermal resistance for convection
传热学第十讲外掠单管和管束的对流换热
Nu f Gr Pr
Gr gt 3
2
m n
H Nu C Gr Pr
2013-11-28
11
竖直夹层
水平夹层w1 t w 2 2
2013-11-28 12
2013-11-28
13
2013-11-28
链接
2013-11-28 5
§8 自然对流换热
一、原理
温差密度差浮升力自然对流自然对流换热
2013-11-28
6
二、准则关系式
Nu f Gr , Pr
Gr gtl 3
2
浮升力 粘滞力
1 气体： T
液体： 查表
体积膨胀系数
t t w t
2013-11-28 7
14
2013-11-28
15
链接
2013-11-28 9
0.11
2.常热流密度大空间自然对流
Nu B Gr Pr
m
Gr GrNu
gql 4
2
※ B、m 的选择 ※ 特征长度：对矩形取短边长 ※ 定性温度：t m t w t 2
链接
2013-11-28 10
四、有限空间（夹层）自然对流
t w 21
2013-11-28
1046 o C ～
3
三、外掠管束
1.管束的排列方式
2013-11-28
4
2.准则方程式
Nu C Rem
※ C、m 的选择
※ 特征长度：外径
※ 特征速度：最大速度 umax ※ 定性温度：t m t w t f 2；t f t 'f t 'f' 2
Gr gt 3
2
m n
H Nu C Gr Pr
2013-11-28
11
竖直夹层
水平夹层w1 t w 2 2
2013-11-28 12
2013-11-28
13
2013-11-28
链接
2013-11-28 5
§8 自然对流换热
一、原理
温差密度差浮升力自然对流自然对流换热
2013-11-28
6
二、准则关系式
Nu f Gr , Pr
Gr gtl 3
2
浮升力 粘滞力
1 气体： T
液体： 查表
体积膨胀系数
t t w t
2013-11-28 7
14
2013-11-28
15
链接
2013-11-28 9
0.11
2.常热流密度大空间自然对流
Nu B Gr Pr
m
Gr GrNu
gql 4
2
※ B、m 的选择 ※ 特征长度：对矩形取短边长 ※ 定性温度：t m t w t 2
链接
2013-11-28 10
四、有限空间（夹层）自然对流
t w 21
2013-11-28
1046 o C ～
3
三、外掠管束
1.管束的排列方式
2013-11-28
4
2.准则方程式
Nu C Rem
※ C、m 的选择
※ 特征长度：外径
※ 特征速度：最大速度 umax ※ 定性温度：t m t w t f 2；t f t 'f t 'f' 2
《传热学》课件——第十章 辐射换热
16
平行平板间的辐射换热
从基尔霍夫定律得出如下结论
动力
➢ 辐射力大的物体，其吸收比就越大。 ➢ 同温度下黑体的辐射力最大。 ➢ 由黑度定义，可得基尔霍夫定律的另一表达式：
E
Eb
➢ 它说明：在热平衡条件下，任意物体对黑体的吸收比 等于同温度下该物体的黑度。
➢ 对灰体，无论是否处于热平衡，其吸收比恒等于同温 度下的黑体。
动力
导出:1859年,基尔霍夫定律用热力学方法导出了发射辐射与吸收辐射 二者之间的联系(即基尔霍夫定律定律)。
推导:用两块无限大平板间的热力学平衡方法。如图所示，板1时黑体，
板2是任意物体，参数分别为Eb, T1 以及E, , T2，则当系统处于热平
衡时，可导得
E
Eb
表述：在热平衡条件下， 任何物体的辐射力与它对 黑体的吸收率之比恒等于 同温度下黑体的辐射力。
E1
C0
( T )4 100
0.825.67 ( 273 27)4 100
376.6
W / m2
钢板在627°C对其辐射力为
E1
C0
(T 100
)
4
0.825.67 ( 273 627)4 100
30504.7
W / m2
12
实际物体、黑体和灰体的辐射能量光谱
动力
13
某些工业材料的黑度
材料 红砖 耐火砖 钢板(氧化的) 钢板(抛光的) 铝(氧化的) 铝(抛光的) 铜(氧化的) 铜(抛光的) 铸铁(氧化的) 铸铁(抛光的)
3
10-1 热辐射的基本概念
动力
热辐射的本质及特点 辐射:物体向外发射电磁波的现象. 热辐射:由于热的原因向外发射电磁波（图）及（热
平行平板间的辐射换热
从基尔霍夫定律得出如下结论
动力
➢ 辐射力大的物体，其吸收比就越大。 ➢ 同温度下黑体的辐射力最大。 ➢ 由黑度定义，可得基尔霍夫定律的另一表达式：
E
Eb
➢ 它说明：在热平衡条件下，任意物体对黑体的吸收比 等于同温度下该物体的黑度。
➢ 对灰体，无论是否处于热平衡，其吸收比恒等于同温 度下的黑体。
动力
导出:1859年,基尔霍夫定律用热力学方法导出了发射辐射与吸收辐射 二者之间的联系(即基尔霍夫定律定律)。
推导:用两块无限大平板间的热力学平衡方法。如图所示，板1时黑体，
板2是任意物体，参数分别为Eb, T1 以及E, , T2，则当系统处于热平
衡时，可导得
E
Eb
表述：在热平衡条件下， 任何物体的辐射力与它对 黑体的吸收率之比恒等于 同温度下黑体的辐射力。
E1
C0
( T )4 100
0.825.67 ( 273 27)4 100
376.6
W / m2
钢板在627°C对其辐射力为
E1
C0
(T 100
)
4
0.825.67 ( 273 627)4 100
30504.7
W / m2
12
实际物体、黑体和灰体的辐射能量光谱
动力
13
某些工业材料的黑度
材料 红砖 耐火砖 钢板(氧化的) 钢板(抛光的) 铝(氧化的) 铝(抛光的) 铜(氧化的) 铜(抛光的) 铸铁(氧化的) 铸铁(抛光的)
3
10-1 热辐射的基本概念
动力
热辐射的本质及特点 辐射:物体向外发射电磁波的现象. 热辐射:由于热的原因向外发射电磁波（图）及（热
传热学全套课程教学课件
dx
0时，说明热量沿 x 增加的方向传递。 （3）导热系数 λ 表征材料导热性能优劣的参
数，是一种物性参数，单位： w/m.k 。
二、热对流
1 、基本概念
1) 热对流：是指由于流体的宏观运动，从而使 流体各部分之间发生相对位移，冷热流体相互 掺混所引起的热能传递过程。 热对流仅发生在流体中，对流的同时必伴随 有导热现象,因为流体分子同时在进行着不规 则的热运动。
几个特殊领域中的具体应用 a 航空航天：空间飞行器重返大气层冷却； 超高音速飞行器（Ma=10）冷却。
火箭升空
在航空航天领域,航天飞机表面材料要求绝热良好；卫星上装 有的太阳能吸收装置能提供卫星工作所需的部分能量。
b 微电子： 电子芯片冷却
电子器件
电脑内,必须加强诸多芯 片的散热
CPU芯片
电脑主板
芯片内空气流动换热示意图
c 制冷：跨临界二氧化碳汽车空调 d 新能源：太阳能
§1-2 热量传递的三种基本方式
热能传递三种方式： 热传导、热对流与热辐射
一、导热（热传导）
1 、概念 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的热运动 而产生的热量传递称导热。 如：固体与固体之间及固体内部的热量传递。
日常生活
太阳能集热器
家用散热片 是传热学的最简单运用
建筑上,利用空气导 热系数小的特点, 制成的空心砖具有 良好的保温效果。
空心砖
Байду номын сангаас实心砖
天气环境
环境科学家估计:如果全球大气平均温度升高5-6 度，目前南北极地区的冰雪将融化，地球上绝大 部分陆地将被淹没。
温室效应: 大气中的二氧化碳含量增加,近地表大气层起着温室 玻璃的作用,太阳光可以射到温室，但热量很难发射 出去,这样使得地球的温度升高。
0时，说明热量沿 x 增加的方向传递。 （3）导热系数 λ 表征材料导热性能优劣的参
数，是一种物性参数，单位： w/m.k 。
二、热对流
1 、基本概念
1) 热对流：是指由于流体的宏观运动，从而使 流体各部分之间发生相对位移，冷热流体相互 掺混所引起的热能传递过程。 热对流仅发生在流体中，对流的同时必伴随 有导热现象,因为流体分子同时在进行着不规 则的热运动。
几个特殊领域中的具体应用 a 航空航天：空间飞行器重返大气层冷却； 超高音速飞行器（Ma=10）冷却。
火箭升空
在航空航天领域,航天飞机表面材料要求绝热良好；卫星上装 有的太阳能吸收装置能提供卫星工作所需的部分能量。
b 微电子： 电子芯片冷却
电子器件
电脑内,必须加强诸多芯 片的散热
CPU芯片
电脑主板
芯片内空气流动换热示意图
c 制冷：跨临界二氧化碳汽车空调 d 新能源：太阳能
§1-2 热量传递的三种基本方式
热能传递三种方式： 热传导、热对流与热辐射
一、导热（热传导）
1 、概念 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的热运动 而产生的热量传递称导热。 如：固体与固体之间及固体内部的热量传递。
日常生活
太阳能集热器
家用散热片 是传热学的最简单运用
建筑上,利用空气导 热系数小的特点, 制成的空心砖具有 良好的保温效果。
空心砖
Байду номын сангаас实心砖
天气环境
环境科学家估计:如果全球大气平均温度升高5-6 度，目前南北极地区的冰雪将融化，地球上绝大 部分陆地将被淹没。
温室效应: 大气中的二氧化碳含量增加,近地表大气层起着温室 玻璃的作用,太阳光可以射到温室，但热量很难发射 出去,这样使得地球的温度升高。
传热学基本知识ppt课件
例如：若要求将一定流量的冷流体从120℃加热到160℃，而 热流体的进口温度为245℃，出口温度不作规定。此时若采用 逆流，热流体的出口温度可以降至接近于120℃，而采用并流 时，则只能降至接近于160℃。这样，逆流时的加热剂用量就 较并流时为少。
由以上分析可知，逆流优于并流，因而工业生产中换 热器多采用逆流操作。
最新课件
9
传热学基本知识
稳定传热与不稳定传热
传热分为两类
稳定传热：温度不随时间而变化的传热 不稳定传热：温度随时间而变化的传热
以加热炉为例，在刚点炉时，炉内各部分温度逐渐升高，到加热炉 运行一段时间后，炉内各处温度就保持不变了。
最新课件
10
传热计算
一、传热速率方程
QKAt
传热系数的意义是： 当温度差为1时，在单位 时间内通过单位面积所传 递的热量。
最新课件
32
对流给热的机理
（1）层流边界层：
热传导，热阻大,温差 大；
（2）过渡区：
热传导与对流传热共 同起作用；
（3）湍流区：
充满漩涡，混合很好， 对流为主，热阻小,温差 小。
最新课件
33
传热学基本知识
4、对流换热方程
热对流
对流传热计算公式—牛顿冷却定律
QAt
Q t t 一侧对流传热推动力
A
1) 流动状态的影响 雷诺数越大，对流传热系数越大。
2）流速的影响 流体流速增高时，对流传热系数就大。
3）流体的物理性质对给热系数的影响 导热系数、比热容c、密度越大，动力粘度越小，对流传 热系数越大
最新课件
35
传热学基本知识
热对流
2）流体有相变发生时
蒸汽的冷凝 液体的沸腾
由以上分析可知，逆流优于并流，因而工业生产中换 热器多采用逆流操作。
最新课件
9
传热学基本知识
稳定传热与不稳定传热
传热分为两类
稳定传热：温度不随时间而变化的传热 不稳定传热：温度随时间而变化的传热
以加热炉为例，在刚点炉时，炉内各部分温度逐渐升高，到加热炉 运行一段时间后，炉内各处温度就保持不变了。
最新课件
10
传热计算
一、传热速率方程
QKAt
传热系数的意义是： 当温度差为1时，在单位 时间内通过单位面积所传 递的热量。
最新课件
32
对流给热的机理
（1）层流边界层：
热传导，热阻大,温差 大；
（2）过渡区：
热传导与对流传热共 同起作用；
（3）湍流区：
充满漩涡，混合很好， 对流为主，热阻小,温差 小。
最新课件
33
传热学基本知识
4、对流换热方程
热对流
对流传热计算公式—牛顿冷却定律
QAt
Q t t 一侧对流传热推动力
A
1) 流动状态的影响 雷诺数越大，对流传热系数越大。
2）流速的影响 流体流速增高时，对流传热系数就大。
3）流体的物理性质对给热系数的影响 导热系数、比热容c、密度越大，动力粘度越小，对流传 热系数越大
最新课件
35
传热学基本知识
热对流
2）流体有相变发生时
蒸汽的冷凝 液体的沸腾
【传热学010传热学B第十讲
单个物体
辐射
黑体
四大定律
①辐射特性
实际物体 ②吸收特性
③二者关系
多个物体
2020/2/29
8
3. 热辐射特点 （1）不依赖物质的相互接触而传递； （2）热传递过程有两次能量转化； （3）T 0K时时存在。
二、物体吸收、反射和穿透
2020/2/29
9
吸收、反射、穿透
ln( d2
2
/ d1)
l
电位差计
2020/2/29
3
2020/2/29
4
2020/2/29
※ ※ ※ ※ ※ ※ ※ ※ ※ ※ ※
5
第七章 热辐射基本定律及物体的辐射特性
§1 辐射基本概念
一、本质和特点 1. 本质：电子受激或振动
发电磁波
方法不同
不同波长电磁波
热的原因
热辐射
2020/2/29
X
lgGr Pr
lg
gV tl3
v2
Pr
2020/2/29
l是试件的外径
测定
t
、
w
t
f
、
I、
V
链接
2
IV
链接
I 2V1
V 201 103V2
电位差计
tw1 tw2 ln( d2 / d1 )
2 l
tw2
tw1
13
3. 绝对透明体： 1
简单了解
可见光反射好
※雪 红外线吸收好
红外线吸收相同
白布、黑布 可见光吸收不同
2020/2/29
传热学精课件
传热学精课件一、教学内容本节课的教学内容来自于人教版小学科学四年级下册第五单元《传热学》。
本节课主要讲解热传递的概念、热传递的途径以及热传递的现象。
通过学习，使学生能够理解热传递的基本原理，能够观察和解释生活中的一些热传递现象。
二、教学目标1. 让学生了解热传递的概念，知道热传递的途径。
2. 培养学生观察生活，发现生活中热传递现象的能力。
3. 培养学生通过实验和观察，分析问题和解决问题的能力。
三、教学难点与重点重点：热传递的概念，热传递的途径。
难点：热传递现象的观察和解释。
四、教具与学具准备教具：多媒体课件、实验器材（如热水、冷水、金属板等）。
学具：笔记本、彩笔。
五、教学过程1. 实践情景引入：让学生用手感受热水和冷水的温度差异，引发学生对热传递的思考。
2. 知识讲解：通过多媒体课件，讲解热传递的概念、热传递的途径。
3. 实验演示：进行热传递实验，让学生观察热传递的现象，引导学生分析和解释实验结果。
4. 随堂练习：让学生运用所学知识，分析生活中的一些热传递现象，如冬日烤火、太阳晒暖等。
5. 知识拓展：引导学生思考热传递在生活中的应用，如保温壶、热气球等。
六、板书设计板书设计如下：热传递概念：热量从高温物体传到低温物体，或从物体的高温部分传到低温部分的过程。
途径：传导、对流、辐射现象：冬日烤火、太阳晒暖等。
七、作业设计1. 作业题目：分析生活中的一种热传递现象，并用所学知识解释。
答案：如冬日烤火，热传递途径为传导和对流，热量从火源传到物体，使物体温度升高。
答案：如保温壶、热气球等。
八、课后反思及拓展延伸课后反思：本节课通过实践情景引入，让学生感受到热传递的存在，通过实验演示和知识讲解，使学生理解和掌握了热传递的概念和途径。
在随堂练习和知识拓展环节，学生能够将所学知识运用到生活中，发现和解释一些热传递现象。
整体教学效果良好，但仍有部分学生对热传递现象的理解和解释存在困难，需要在今后的教学中加强引导和辅导。
- 1、下载文档前请自行甄别文档内容的完整性，平台不提供额外的编辑、内容补充、找答案等附加服务。
- 2、"仅部分预览"的文档,不可在线预览部分如存在完整性等问题,可反馈申请退款(可完整预览的文档不适用该条件!)。
- 3、如文档侵犯您的权益，请联系客服反馈,我们会尽快为您处理(人工客服工作时间：9:00-18:30)。
X1,2 1 X1,3 X1,4
X1,2
( A5 A6 ) ( A3 A4 ) 2 A1
(l5 l6 ) (l3 l4 ) 2l1
2020/7/20
7
4. 几何分析法： 例题 9-1 课堂作业：
边长为l 的正方体，由上底面F1，下底面F2和 侧面F3组成的封闭空腔， 如图所示。 已知角系数 X3,3=0.6，求X1,2、X1,3=?
2020/7/20
9
二、灰体表面的能量变化：
J
G
(1 )G E Eb
G
1.J G
外部 J G
q
内部 Eb G （Eb G）
2020/7/20
10
q
Eb J
1
电源电势
节点电势
Eb J
1
A
表面辐射热阻
2.J G
2020/7/20
11
三、2个灰体构成的闭合系统：
黑体 1,2 A1 X1,2 Eb1 Eb2 Eb1 A1 X1,2 Eb2 A2 X 2,1
系统黑度
2020/7/20
13
简化： ※
X1,2 1
1,2
Eb1
11
1
Eb2
12
1A1 A1 2A2
2020/7/20
1,2
A1( Eb1 Eb2 )
1
1
A1 A2
1
2
1
14
※ 两个平行平板
令A1 A2 A
X1,2 1
1,2
A1( Eb1 Eb2 )
1
1
A1 A2
3
2020/7/20
4
2020/7/20
5
2. 性质法：
3. 代数分析法：
（1）三个非凹表面组成的闭合系统：求X1,2
相对性 完整性
A1 X1,2 A2 X 2,1 A1 X1,3 A3 X 3,1 A2 X 2,3 A3 X 3,2 X1,2 X1,3 1 X 2,1 X 2,3 1 X 3,1 X 3,2 1
复习
1. 吸收比计算：
0 ( ,T1 ) ( ,T2 )Eb (T2 )d
0 ( ,T2 )Eb (T2 )d
0 ( ,T1 )Eb (T2 )d T24
2. 灰体： const
3. 基尔霍夫定律
4. 漫灰体（表面）：
5. X1,2是几何因子
6. 相对性
A1 X1,2 A2 X 2,1
2020/7/20
8
§2 灰体间ቤተ መጻሕፍቲ ባይዱ辐射换热
两个黑体之间的辐射换热 1,2 A1 X1,2 Eb1 Eb2
一、有效辐射：单位时间内离开单位面积表面的总辐射
能, 用符号J表示, 单位是W/m2。
表面外可感受到的辐射
用辐射探测仪可测
投入辐射：单位时间内投射到单位面积上的总辐射
能, 用符号G表示, 单位是W/m2。
灰体 1,2 J1 A1 X1,2 J 2 A2 X 2,1
J1 J2 1
A1 X1,2
1,2
空间辐射热阻
1 A1 X1,2
2020/7/20
12
Eb1
J1
11 1 A1
1,2
J2
Eb2
12 2 A2
1,2
11
Eb1
1
Eb2
12
1A1 A1 X1,2 2A2
S A1 X1,2 Eb1 Eb2
1
2
1
A( Eb1 Eb2 ) 1 1 1
1 2
2020/7/20
15
※ 大空间小物体
X1,2 1，
1,2
A1( Eb1 Eb2 )
1
1
A1 A2
1
2
1
A1 A2 1.2 1 A1(Eb1 Eb2 )
2020/7/20
16
1,2 A1 X1,2 Eb1 Eb2 A2 X 2,1 Eb1 Eb2
7. 完整性：X1,1 X1,2 X1,n 1
8. 可加性： X1,(23) X1,2 X1,3
三、计算：
1.
积分法： X1,2
1 A1
A1
A2
cos1 cos2 r 2
dA2dA1
2020/7/20
X1,2
A1
A2 2 A1
A3
l1 l2 l3 2l1
2020/7/20
6
（2）有一个凹面的闭合系统：求X 2,3、X 2,1、X 3,1
作辅助面 X 2,3、X 2,4、X 3,4
且X 2,4 X 2,1
X 3,4 X 3,1
（3）四个非凹面的闭合系统：求X1,2
X1,3 在1 6 3中可求 X1,4 在1 4 5中可求