传热学第1章-40学时
传热学A-第一章
传热学 Heat Transfer
§1-2 热量传递的三种基本方式
传热学 Heat Transfer
一.热传导（简称导热） 1.定义：同一物体不同温度的各部分之间,或温度 不同的两物体直接接触时，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。
传热学 Heat Transfer
传热学 Heat Transfer
3.分类 对流换热按照不同的原因可分为多种类型 流动起因，分为：强迫对流换热和自然对流换热。 是否相变，分为：相变对流换热和无相变对流换热。
传热学 Heat Transfer
4.基本计算式—(牛顿冷却公式)
q = Φ A = h(tw − t f ) ⎡W m ⎤ ⎣ ⎦
δ
x
传热学 Heat Transfer
二.热对流 1.定义：流体各部分之间发生相对位移时，冷热 流体相互掺混所引起的热量传递过程。
传热学 Heat Transfer
2.特点 ①对流仅能发生在流体中 t
f
tw
Φ
②对流换热：流体流过温度不同的固体壁面时的 热量传递过程,称对流换热.（工程上感兴趣） 对流换热既有对流,也有导热,不属于基本的 传热方式.
传热学 Heat Transfer
第一章 绪 论
本章将论述传热学的研究内容,简介热量 传递的三种基本方式以及由这些方式组合而成 的传热过程，从而对这门学科的研究内容有一 个大体了解。
传热学 Heat Transfer
§1-1 传热学概述
一、传热与传热学 传热：是物质在温差作用下所发生的热量传递。 传热学：研究热量传递规律的一门学科。 研究内容：热量传递的机理、规律、计算和测试方 法。
R U
t1
传热学教学 第一章
2020/1/11
9
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 = 热科学(Thermal Science)
关心的是热量传 递的过程，即热 量传递的速率。
q：热流密度，单位时间通过单位面积传递的热量 A：垂直于导热方向的截面积
平壁的厚度[m]；
热导率(导热系数)
平壁两侧壁温之差 C
tf2, h2
2020/1/11
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热导率 (导热系数) (Thermal conductivity)
单位厚度(1m)、单位温度差（1K）物体，在它的单位面 积上(1m2)、每单位时间(1s)的导热量(J)。
工程热力学不考虑能量传递过程所需要的时间，研究热力过程 进行的条件、方向和深度，研究能量转换和传递的数量关系和 能量利用的品质；传热学则引入时间的概念，研究在不同方式 下热量传递的动态过程，研究热力设备在单位时间内传递热量 的效能。
工程热力学不考虑热力设备在不同地点的参数变化，研究热力 过程的起始点的状态参数变化；传热学则引入空间的概念，研 究热力设备场空间的物理参数。
黑体在单位时间内向外发出的辐射能：
— 黑体表面的绝对温度（热力学温度）K
— 斯蒂芬-玻尔兹曼常数，或称黑体辐射常数
— 黑体辐射表面积 [m2 ]
一切实际物体辐射能力都小于同温度下的黑体
AT 4 [W]
— 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
22
对流换热
传热学第一章
14
15
固体的热导率
金属的热导率：
金属 12~418 W (m C)
纯金属的导热：依靠自由电子的迁移和晶格的振动 主要依靠前者 金属导热与导电机理一致；良导电体为良导热体： 银 铜 金 铝
T
晶格振动的加强干扰自由电子运动
10K:Cu 12000 W (m C) 15K : Cu 7000 W (m C)
2
学习侧重点：
在理论上做较深入的阐述，注意把数学 理论和传热学问题更好地结合，遵循 “物理模型-数学模型-分析求解”的模 式 要求：掌握热传导、对流换热和辐射换热的 基本理论及分析求解方法，传热强化的原则 和手段
3
第一章
热传导（导热） (heat conduction)
研究方法： 从连续介质的假设出发、从宏观的角度 来讨论导热热流量与物体温度分布及其他影 响因素之间的关系。
5
3）温度梯度(temperature gradient)
在温度场中，温度沿x方 向的变化率(即偏导数)
t x
lim x 0
t x
温度梯度：等温面法线方向的温度变化率矢量： t gradt n 温度梯度是矢量，指 n 向温度增加的方向。
t t t gradt i j k x y z
t 0 f ( x, y, z)
25
4)边界条件 说明导热物体边界上的热状态以及与周围环境之间 的相互作用, 例如,边界上的温度、热流密度分布以及 边界与周围环境之间的热量交换情况等。 常见的边界条件分为以下三类:
(a) 第一类边界条件 给出边界上的温度分布及其随时间的变化规律：
tw f , x, y, z
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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1章
一、导言
因此，对于所有微电子机械系统的设计及应用 来说，全面了解系统在特定尺度内的微机电性质及 材料的热物性、热行为等已经成了迫在眉睫的任务。 然而，目前的科学和工程水平尚无法做到这一步， 于是现代热科学中的一门崭新学科——微米/纳米尺 度传热学应运而生。 早期的微尺度传热学研究主要集中在导热问 题上，之后则扩展到辐射和对流问题。 为说明微尺度传热学的主要研究内容，如下 扼要地介绍一些典型例子，以开拓读者的思路，但 其远远不能代表该学科的全貌，因为微尺度传热的 内涵正不断扩展
二、一些典型微热器件及其相应的热现象
到7000W/m³ 。如此高密度的热量输运是一个富有挑 战性的课题。
图1.3 计算机体系内热耗散与系 统体积的关系
二、一些典型微热器件及其相应的热现象
冷却微小系统的困难在于： 首先，冷却空气速率不能太高，以尽可能减 小声学噪音； 其次，器件结构紧凑性要求仅允许保留有限的 冷却流体空间； 第三，同样的要求不允许在模板上安装大容量 热沉； 第四，低造价的原则要求尽可能地采用塑料封 装芯片，而这又会增大芯片与模板表面之间的导热 热阻，于是热量将主要聚集在基底材料上。
二、一些典型微热器件及其相应的热现象
个量级。所以，分析薄膜中的传热问题自然成为进 一步提高仪器性能的关键步骤。 一系列的研究表明Fourier定律不适于分析高 温超导薄膜及介电薄膜在一定温度和厚度区域内的 热传导问题。在这方面，Boltzmann方程被公认为 是一种最具普适性和有效性的工具。Majumdar发 展了一个基于Boltzmann理论的声子辐射输运方程， 以分析单个薄膜中的导热。其研究表明，在微尺度 区域内，晶格振动或声子的热传导表现为辐射传热 的形式。
二、一些典型微热器件及其相应的热现象
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》教学大纲【可修改文字】
可编辑修改精选全文完整版《传热学》课程教学大纲一、课程名称：传热学/ Heat Transfer二、课程编号：0300302三、学分学时：3学分/48学时四、使用教材：《传热学》（第4版）杨世铭、陶文铨编，高等教育出版社，2014年12月五、课程属性：专业基础课/必修六、教学对象：新能源科学与工程专业七、开课单位：机械工程学院八、先修课程：高等数学、大学物理、流体力学九、教学目标：1、掌握传热学的基本概念、基本理论和基本计算方法，2、培养和建立学生的工程观点和理论联系实际解决工程实际问题的初步能力，并为学习后续的专业课程提供必要的理论基础支撑。
十、课程要求：通过本课程的学习，学生需掌握热量传递的三种基本方式及综合传热过程所遵循的基本规律，学会对传热过程进行分析处理和计算的基本方法，能运用这些规律提出增强传热、提高热经济性和削弱传热减少热损失的途径，具备分析工程传热问题的能力，并基本掌握换热设备的两种基本计算方法；结合热工实验课，使学生掌握一定的传热实验的技能。
主要以课堂讲授为主，充分采用多媒体教学。
十一、教学内容：本课程主要由以下内容组成（理论教学48学时）第一章绪论（2学时）知识要点：传热学的研究对象及其在工程技术中应用；热量传递的基本方式；导热、对流和辐射，传热过程及热阻重点难点：热量传递的三种基本方式，传热过程与传热系数教学方法：课堂讲授、讨论第二章稳态热传导（6学时）知识要点：温度场、等温面、等温线，温度梯度及傅立叶定律，导热系数，各向同性、具有内热源的导热微分方程及导热过程单值性条件的确定；通过单层、多层和复合平壁的稳态导热，通过单层和多层圆筒壁的稳态导热，通过肋壁的稳态导热，具有变导热系数的单层平壁导热问题的处理方法，肋效率、等截面直肋和环肋的工程计算，接触热阻及形状系数。
重点难点：傅立叶定律，导热微分方程及其单值性条件；能够依据直角坐标系下导热微分方程和导热过程单值性条件对常物性、无内热源、简单几何形状的物体的一维稳态导热问题进行分析计算教学方法：课堂讲授、讨论第三章非稳态导热（4学时）知识要点：非稳态导热过程特点，一维非稳态导热问题分析解及其讨论，诺模图，简单几何形状一维、二维和三维非稳态导热的计算，周期性变化边界条件和常热流通量边界条件下半无限大物体非稳态导热。
传热学第一章(研究生)
•烧结、高炉、炼钢、连铸设备的冷却
•机床切削加工时的冷却、温度控制 •液压系统的冷却 •减速机、发动机、电动机的冷却 •机电装置的温度控制 · · · · ·
传热学的任务
研究增强或削弱的传热技术 确定温度分布和控制温度分布
散 热 器
飞行器 温度场 分析
热力 管道
齿轮 热处理
具体事例
冶金工业：
钢铁公司
连续铸 钢
烧结设备
烧结机台车的温度场、热应力计算、热蠕变的防止
钢水包
钢包的耐火层设计，热损失计算
机械制造：
快 速 锻 造 设 备
锻件的加热
机械制造：
磨削加工
热能工程领域
热 电 厂
航空航天
火箭发射
返回舱
卫星与空间站热控制
超高音速飞行器（Ma=10）
重返大气层飞行器热力耦合分析
几何模型
热传导分析得到的温度场
热力耦合分析得到的应力场及安全性评估
Mises应力 安全性评估
微电子：
电 子 芯 片 冷 却 、 纳 米 器 件 、 装 置 温 度 控 制
电子系统的温度控制对于使用可靠性至关重要
节约能源、建设环境友好住宅是当代一个重要课题
民生：
机械设计及理论学科相关专业中的传热学应用：
传 热 学
Heat Transfer
冶金机械系 机 械 学 院
张兴中
教材： 《传热学》张兴中 等编著 国防工业出版社 参考书： 《传热学》杨世铭、陶文铨编著, 第三、四版 《Heat Transfer》 J. P. Holman 第九版 《传热学》戴锅生 《传热学》章熙民 等编著，第四版
第一章
绪论
《传热学》课程教学大纲
《传热学》课程教学大纲课程名称：传热学英文名称：Heat Transfer课程编码：CJX0120课程学时：56学分：3.5适用对象：机械系能动和建环专业先修课程：高等数学，物理，流体力学使用教材：戴锅生编，《传热学》，第二版，北京：高等教育出版社，1999主要参考书：[1]杨世铭、陶文铨主编，《传热学》，第四版，北京：高等教育出版社，2006[2]傅秦生主编，《热工基础与应用》，第三版，北京：机械工业出版社，2015一、课程性质、目的和任务传热学是研究热量传递规律及其应用，以提高热能利用经济性的一门学科。
传热学是我院机械系能动和建环专业的一门必修的主干专业基础课程。
本课程不仅为学生学习有关的专业课程提供基本的理论知识，而且也为学生以后从事热能的合理利用、热工设备效能的提高及换热器的设计和开发研究等方面的工作打下必要的基础。
通过本课程的学习1. 应使学生获得比较宽广和巩固的热量传递规律的基础知识，具备分析工程传热问题的基本能力；2. 掌握计算工程传热问题的基本方法，并具有相应的计算（包括理论分析和数值计算）能力。
二、教学基本要求要求学生熟练掌握导热、对流和热辐射三种热量传递方式的物理概念、特点和基本规律，并能综合应用这些基础知识正确分析工程实际中的传热问题。
掌握计算各类热量传递过程的基本方法，能对典型的工程传热问题进行计算，能对间壁式换热器进行热设计。
掌握强化或削弱热量传递过程的方法，并能提出工程实际中切实可行的强化或削弱传热的措施。
三、课程内容第一章绪论了解传热学与工程热力学在研究内容和方法上的区别，掌握传热学的研究对象、任务、方法及其在工程中的应用。
作为一门研究热量传递基本规律及其应用的技术基础课，学习目的在于掌握一般工程技术中热量传递的基本规律和处理传热问题的基本方法，以提高热能直接利用的经济性；能够应用这些知识来解决遇到的实际问题；并为学习有关的工程技术课程提供必要的理论基础。
掌握热量传递的基本方式：导热、对流和热辐射的概念和所传递热量的基本计算公式。
传热学_第一章
Aht AT 4
Newton 冷却公式：
3 传热过程的定义、传热过程分析、热阻的概念和分析方法？
Rh1 1 Ah1 R
A
Rh2
1 Ah2
传热过程
热阻和热阻分析法
(1)定义？
是研究有温差存在情况下的热量传递规律的科学。
(2) 热量传递过程的推动力？
热力学第二定律 有温差就会有传热
学习传热学的重要性： • 自然界温差无处不在，无时不有 • 传热学是能源、动力、化工பைடு நூலகம்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
• 学会传热学分析和解决实际问题的思路和方法,培养综合分析问题的能力 和创造性的思维能力 ;
• 加强工程实际训练，理论与实践相结合,培养工程分析能力和灵活应用经 验公式、计算图表的能力 • 充分认识自学的重要性, 培养独立地获取知识的能力 • 重视实验技能的锻炼, 培养动手能力 • 注意学习方法, 及时复习与小结
传热学的课程特点
• 实践性很强的科学,常称工程传热学 • 是一门专业基础课，联系基础课与专业课的纽带与桥梁 • 能量守恒定律是贯穿全书的主线 • 先修课程：高等数学、大学物理、计算方法、流体力学、工程热力学等。
传热学学习方法、要点
• 重视对基本概念和基本理论的学习, 做到对所研究的物理过程有深刻的理 解;
•1804年毕渥根据实验提出了导热比例系数的概念; •1807年傅立叶提出求解偏微分方程的分离变量法，和可以将解表示成一 系列任意函数的概念; •1822年傅立叶发表了著名论著“热的解析理论”，描述导热的定律就是以 他的名字命名的，奠定了导热的理论基础。
传热学第1章32学时
Radiation is a process that the energy may be transferred by electromagnetic wave.
1.5 传热学的基本内容(Contents)
(3) 热辐射(Termal Radiation)
热辐射： 由于热的原因而产生的辐射，物体 将内能转变为电磁波，或者物体吸 收电磁波而变为内能。
传热学的研究方法 (Research methods)？
本课程的要求 (Requirements)？ 如何学好传热学(How)？ 为什么要学习传热学(Why)？ 传热学研究的对象(Object)？
1.2 为什么要学习传热学(Why)？
研究传热的应用 造纸 食品
化工 纺织
能源 电子
建筑 机械 交通
医疗
(2) 热对流(Convection)
特点： 流体各部分间发生宏观相对位移； 热量在传递过程中无能量形式的变化； 只能发生在流体中； 必然拌有导热现象。
1.5 传热学的基本内容(Contents)
(2) 热对流(Convection)
对流换热：流体流过固体壁面时的热量交换。
Heat transfers between a solid and a fluid when there is a temperature difference between the fluid and the solid.
T>0K
1.5 传热学的基本内容(Contents)
(3) 热辐射(Termal Radiation)
特点： 能量可在真空中传播; 热量在传递过程中发生形式上的变化。
计算公式： ΦAT4
《传热学(1)》课程教学大纲
《传热学》课程教学大纲课程名称：传热学英文名称：Heat Transfer课程代码：MEME2022课程类别：①大类基础课程；②考试；授课对象：金属材料工程开课学期：第2学期；学分：2学分；学时：36学时主讲教师：指定教材：章熙民：《传热学》（第六版），中国建筑工业出版社，2014年.一、教学目的《传热学》是金属材料工程、冶金工程、材料成型与控制工程专业的学习基础课程。
通过传热学的学习，学生应对工业生产实际和日常生活中常见的传热现象有较深刻的理解，应能计算绝大多数稳态传导、对流和辐射及其组合情况下的换热问题,并对生产中常见的非稳态传热过程有一定分析计算能力。
设置本课程的具体要求是：使学习者掌握传热学的基本知识和理论，包括稳态导热、非稳态导热等基本概念和主要内容，能够分析工业和生活中一些复合传热过程，并能够计算热流量，总换热量、温度场等。
初步掌握传热传质学数值计算方法和实际应用。
二、课程内容第1章绪论1、教学内容导热、对流、热辐射的基本概念，傅里叶定律、牛顿冷却公式、Stefan-boltzman定律及其物理含义。
2、教学要点教学重点：导热、对流、热辐射的热量传递机理，传热计算过程的单位换算。
第2章导热基本原理1、教学内容温度场、稳态温度场、非稳态温度场、等温面、等温线、导热系数、热扩散率、初始条件、边界条件、第一类边界条件、第二类边界条件、第三类边界条件的基本概念，导热微分方程的完整形式及稳态、无内热源条件下的简化形式，影响导热系数的因素，不同坐标下导热微分方程的稳态无内热源的简化形式。
2、教学要点教学重点：①等温面与等温线的特点。
②导热微分方程推导的前提假设及推导过程，直角坐标下非稳态、有内热源的变导热系数导热微分方程式。
教学难点及要求：本章包含的基本概念和公式较多，是其他各章的基础，要求熟练掌握，能够阐明导热微分方程各部分所代表的含义。
第3章稳态导热1、教学内容温压、热阻、总面积热阻的基本概念，导热系数为常数的平壁导热过程的温度场和热流密度计算推导过程，多层平壁热流密度计算推导过程。
传热学第四版第一章
传热学第四版第⼀章第⼀章1-1夏天的早晨，⼀个⼤学⽣离开宿舍时的温度为20℃。
他希望晚上回到房间时的温度能够低⼀些，于是早上离开时紧闭门窗，并打开了⼀个功率为15W 的电风扇，该房间的长、宽、⾼分别为5m 、3m 、2.5m 。
如果该⼤学⽣10h 以后回来，试估算房间的平均温度是多少？解：因关闭门窗户后，相当于隔绝了房间内外的热交换，但是电风扇要在房间内做⼯产⽣热量：为全部被房间的空⽓吸收⽽升温，空⽓在20℃时的⽐热为：1.005KJ/Kg.K,密度为1.205Kg/m 3,所以当他回来时房间的温度近似为32℃。
1-2理发吹风器的结构⽰意图如附图所⽰，风道的流通⾯积，进⼊吹风器的空⽓压⼒，温度℃。
要求吹风器出⼝的空⽓温度℃，试确定流过吹风器的空⽓的质量流量以及吹风器出⼝的空⽓平均速度。
电加热器的功率为1500W 。
解：1-3淋浴器的喷头正常⼯作时的供⽔量⼀般为每分钟。
冷⽔通过电热器从15℃被加热到43℃。
试问电热器的加热功率是多少？为了节省能源，有⼈提出可以将⽤过后的热⽔（温度为38℃）送⼊⼀个换热器去加热进⼊淋浴器的冷⽔。
如果该换热器能将冷⽔加热到27℃，试计算采⽤余热回收换热器后洗澡15min 可以节省多少能源？解：1-4对于附图所⽰的两种⽔平夹层，试分析冷、热表⾯间热量交换的⽅式有何不同？如果要通过实验来测定夹层中流体的导热系数，应采⽤哪⼀种布置？解：（a ）中热量交换的⽅式主要为热传导。
（b ）热量交换的⽅式主要有热传导和⾃然对流。
所以如果要通过实验来测定夹层中流体的导热系数，应采⽤（a ）布置。
1-5 ⼀个内部发热的圆球悬挂于室内，对于附图所⽰的三种情况，试分析：（1）圆球表⾯散热的⽅式；（2）圆球表⾯与空⽓之间的换热⽅式。
解：（2）圆球为表⾯传热⽅式散热。
（1）换热⽅式：（a ）⾃然对流换热；（b ）⾃然对流与强制对流换热相当的过渡流传热；（c ）强制对流换热；1-6 ⼀宇宙飞船的外形⽰于附图中，其中外遮光罩是凸出于飞船体之外的⼀个光学窗⼝，其表⾯的温度状态直接影响到飞船的光学遥感器。
内科大传热学课程教学大纲
传热学课程教学大纲英文名称：Heattransfer课程编号：62000208学时数：64其中实验学时数：8课外学时数：0学分数：4.0适用专业：热能与动力工程一、课程的性质、目的和任务本课程为热能与动力工程专业的专业技术基础课之一，必修课，总学时为64学时，4.0学分。
课程分为课堂教学与实验两部分。
本课程的任务是使学生明确传热研究对象，掌握传热传质基本原理、基本规律，为后续专业课的学习提供充分的理论准备；也为学生以后应用基本规律解决生产实际问题、将来从事科学研究打下必要的理论基础。
在教学中要注重培养学生运用技术基础课的能力，培养其分析和解决实际问题的综合素质。
二、课程教学内容的基本要求、重点和难点第1章绪论重点：传热过程的基本概念及其传热量的计算公式1.1 热能传递的三种基本方式了解传热学的发展简史、现状及发展方向和趋势掌握热量传递的三种基本方式及传热过程1.2 传热过程和传热系数理解传热系数的物理意义第2章稳态热传导重点：导热的基本定律和稳态导热问题的分析解法难点：稳态导热问题的分析解法1.1导热基本定律理解温度场、等温面（线）、热扩散率、导热系数、热流密度等基本概念的物理意义及特点1.2导热问题的数学描写掌握导热的基本定律及导热微分方程2.3 典型一维稳态导热问题的分析解熟练掌握工程中常见的三种典型几何形状物体的热流量及温度分布的计算方法3.4 通过肋片的导热理解肋片导热的分析方法和肋片效率2.5 具有内热源的一维导热问题理解具有内热源的导热问题的分析解法第3章非稳态热传导重点：非稳态导热的基本概念难点：非稳态导热问题的分析解法3.1 非稳态导热的基本概念理解毕渥数、傅立叶数等准则数和非稳态导热、半无限大物体等基本概念的物理意义3.2集总参数法掌握集总参数法的分析解法3.3 典型一维物体非稳态导热的分析解理解一-维非稳态导热稳态的分析解法3.4 半无限大物体的非稳态导热了解半无限大物体非稳态导热问题的分析解法第4章热传导问题的数值解法重点：导热问题数值解法的基本思想和基本方法。
传热学第一章
•— 黑体表面的绝对温度（热力学温度） •— 斯蒂芬-玻尔兹曼常数，或称黑体辐射常数
•— 黑体辐射表面积 •一切实际物体辐射能力都小于同温度下的黑体
•— 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
7•2020/10/8
u 辐射换热 Radiation heat transfer
4•2020/10/8
•§1-1 传热学概述 •一、传热学（Heat Transfer）
u 研究热量传递规律的一门科学 Ø 研究：机理、规律、模型、实验 Ø 特点：实用性强、涉及面广 Ø 本质：温差——热量传递的推动力
u 热力学第二定律 Ø 热量可以自发的由高温热源传给低温热源。 • 可见有温差必有传热。
8•2020/10/8
u 两平行黑平板间的辐射换热
• 对于两个相距很近的黑体表
面，由于一个表面发射出来的 能量几乎完全落到另一个表面 上，那么它们之间的辐射换热
量为：
•A
•T1
•Q
•T2
• 当T1=T2时，也就是物体和周围环境处于热平衡，辐射换 热量等于零。但此时是动态平衡，辐射和吸收仍在不断进行。
Ø 分析热量传递现象和过程的机理，揭示过 • 程特征和规律 ——理论联系实际
u 传热学和热力学的联系
Ø 具有共同的研究对象：热现象和热过程 Ø 热力学的基本定律是传热学理论的基础 Ø 传热学理论给出热力学过程的详细信息
0•2020/10/8
u传热学和热力学的区别
➢ 工程热力学不考虑能量传递过程所需要的时间；传热学则引 入时间的概念，研究在不同方式下热量传递的动态过程，研 究热力设备在单位时间内传递热量的效能。
传热学 第1章
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传热学 Heat Transfer 第5版
例题1-1
已知如右图示一维导热问题， ttww11
twt。
(1)材料为铜 ， 375W / (m K); (2)材料为钢 ， 36.4W / (m K); tw1 300oC; (3)材料为铬砖 ， 2.32W / (m K); tw2 100oC。 (4)材料为硅藻土， 0.242W / (m K);
0.05m
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传热学 Heat Transfer 第5版
铬砖： q 2.32W/(m K) 300C 100C 9.28103W/m2
最后提出6个悬念问题，供大家在整个课 程学习过程中思考。
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传热学 Heat Transfer 第5版
1.1 传热学概述 1.1.1 传热与传热学
1. 传热：是指热能的传递(从空间一个位置传送到另 一个位置）过程，即在温差作用下物质中发生的热 量传递过程; 传热学：研究在温差作用下热量传递规律的一门学 科。 2. 热量传递的规律包括两个层次的内容：
1. 应用十分广泛： 军用，民用，家用。
军事国防 航空航天
农业渔业 生物传热
材料工业
化工制药
传热学应用领 域的树状结构
建材建筑 石油化工
冶金工业 能源动力
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传热学 Heat Transfer 第5版
2. 空间尺度跨越20个数量级
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传热学 Heat Transfer 第5版
3. 时间尺度也跨越20个数量级
A
d x A dx
Φ －热流量（Heat transfer rate），单位W（大写）；
q－热流密度(Heat flux), 通过单位面积的热流量，
(完整word)《传热学》教学大纲
《传热学》教学大纲
一、课程基本信息
二、课程教学目标
1．通过本课程的学习使学生了解传热学的发展历史及应用范围，在热能与动力工程领域的应用现状及前景；
2．获得热量传递规律的基础知识，具备分析工程传热问题的基本能力.
三、理论教学内容与要求
四、实验教学内容与要求
五、考核方式
本课程为考试课。
学生课程总评成绩由平时成绩（20%)、实验成绩(10％）和课程考试成绩(70%）三部分构成。
平时成绩由出勤、作业和课堂表现组成.课程考试采取闭卷笔试。
实验成绩不及格者，不允许参加课程考试.。
计算传热学第一章彭浩
对彭浩教授的感谢和敬意
彭浩教授在计算传热学领域做出了卓越的贡献， 他的研究成果不仅推动了学科的发展，也解决 了许多实际工程问题。
感谢彭浩教授在本书编写过程中付出的辛勤努 力和宝贵时间，他的专业知识和丰富经验为本 书的编写提供了重要的指导和支持。
边界条件和初始条件
边界条件
边界条件是指在求解域的边界上所施加的限制条件，它影响 着控制方程的解。常见的边界条件包括固定温度、对流换热 和绝热等。边界条件的处理对于数值求解传热问题至关重要 。
初始条件
初始条件是指在问题开始时，求解域内各物理量的初始值。 对于非稳态传热问题，初始条件非常重要，因为它决定了问 题的初始状态和发展趋势。在数值求解过程中，初始条件的 设定需要合理且准确。
求解离散化的代数方程组需要采用合 适的数值迭代方法，如Jacobi迭代、 Gauss-Seidel迭代和SOR （Successive Over-Relaxation）等 方法。同时，对于大规模问题，可能 需要采用直接求解法，如LU分解等。
收敛性与误差估计
数值求解过程中需要关注解的收 敛性和误差估计，以确保计算结 果的准确性和可靠性。收敛性和 误差分析是数值计算中非常重要 的研究内容。
04
彭浩教授在计算传热学领域的贡献
彭浩教授的主要研究领域
计算传热学
彭浩教授致力于研究计算传热学 的理论和应用，包括传热过程的 数值模拟、计算方法和优化。
热力学与流体动力
学
彭浩教授在热力学和流体动力学 领域也有深入研究，关注于热力 学第二定律在传热过程中的作用 以及流体动力学对传热的影响。
能源与环境
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传热学应用实例
日常生活中的例子 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？ 为什么冬天在相同室外温度下，给人的感觉是 刮风比不刮风冷？ 海边白天风是从大海刮向陆地，晚上是从陆地 刮向大海？
传热学 (Heat Transfer)
传热学应用实例
航空航天方面：
传热学应用实例
航空发动机冷却系统
1.1 传热学研究的对象(Object) ？
自然界温差无处不在、无处不有。 传热学——研究由温差引起热量转 移规律的科学。研究热 量传递的机理、规律、 计算和测试方法 热力学第二定律：热量可以自发地 从高温热源传递给低温热源， 有温差就会有传热。
1.1 传热学研究的对象(Object) ？
传热学和工程热力学的关系
工程热力学：tm , Q 传热学：过程的速率 t f ( x, y , z , ); Φ f ( )
工程热力学研究的是最终状态、不 涉及速率和设备尺寸；而传热学引 入了时间和设备尺寸。
30℃
1.2 为什么要学习传热学(Why)？
研究传热的应用 造纸 化工 纺织 空气调节 医疗 航空航天 食品 能源 电子 建筑 机械 交通
1.4 本课程的要求 (Requirements)？
传热学在人才培养中的地位与作用
象计算机基础、力学基础、电工基础等一样，工程热 力学、传热学等热工基础是现代工程技术人才必备的 基础，是21世纪工科各类专业人才工程素质的重要组 成部分。
1.4 本课程的要求 (Requirements)？
要求
通过 a 对传热机理的学习 b 传热关系式的推导 c 传热速率的计算 达到 a 掌握热量传递规律的基本知识 b 具备分析工程传热问题的基本能力 c 掌握计算工程传热问题的基本方法
1.5 传热学的基本内容(Contents) (1) 导热(Heat Conduction)
定义：热量从物体中温度较高的部分传到温度较 低的部分或者从温度较高的物体传到与其 接触的温度较低的物体。
高温区
低温区
高温物体
低温物体
1.5 传热学的基本内容(Contents) (1) 导热(Heat Conduction)
第一章 绪论
传热学
Heat Transfer
闻洁 82334545 wenjie@
北京航空航天大学能源与动力工程学院
传热学的历史、发展方向 (History and Trends)？ 传热学的基本内容(Contents)？ 传热学的研究方法 (Research methods)？ 本课程的要求 (Requirements)？ 如何学好传热学(How)？ 为什么要学习传热学(Why)？ 传热学研究的对象(Object)？
1.5 传热学的基本内容(Contents)
热量传递的三种基本形式
There are three basic ways that heat may be transferred between substances at different temperatures conduction, convection, and radiation.
1.4 本课程的要求 (Requirements)？
要求
一部分同学能够在 国民经济主战场及国防 建设上学以致用，解决 工程实际问题。 一部分同学在本课程的 基础上能继续向本学科的未 知领域进军。
1.4 本课程的要求 (Requirements)？
参考书
1、杨世铭、陶文铨编著，传热学，第四版， 高等教育出版社。 2、曹玉璋 编， 传热学，北京航空航天大学出版社。
（d）新型微小通道结构叶背温度分布
传热学应用实例
传热学应用实例
美国哥伦比亚航天飞机2003年2月1日坠毁
电子器件冷却技术
传热学应用实例
传热学应用实例
核能工程－多相流传热研究
航空航天： 超高音速飞行器（Ma=10）冷却
微型火箭（电火箭、化学火箭）
生物医学： 肿瘤高温热疗
组织与器官的冷冻保存
1.1 传热学研究的对象(Object) ？
传热学和工程热力学的关系 2、不同点 A）研究对象的不同 工程热力学：热能的性质、热能与机械能及其他 形式能量之间相互转换的规律。 传 热 学：热量传递过程的规律。 b）时间 工程热力学：不考虑热量传递过程的时间。 传 热 学：时间是重要参数。 C）工程热力学：研究平衡态、可逆过程（冷、热 介质温差无限小的情况下）。 传 热 学：研究过程和非平衡态
传热学应用实例
传热学应用实例
叶片冷却失败
典型叶片冷却示意图 燃气温度在1800K 叶片温度在1200K 冷气温度在800K
传热学应用实例
传热学应用实例
卫星与空间站的热控制和空间飞行器返回大气层的冷却
（a） 传统冷却结构叶盆温度分布
（b）新型微小通道结构叶盆温度分布
（c）传统冷却结构叶背温度分布
卷面成绩占85%。 考试时允许带一张A4纸。
1.4 传热学的研究方法 (Research methods)？
1.4 传热学的研究方法 (Research methods)？
控制方程：导热微分方程
理论分析 实验研究 数值计算
t 2t a 2 x
0 x d
理论分析
3、John H. Lienhard IV/John H. Lienhard V, A Heat Transfer Textbook, 3rd Edition /lienhard/www/ahtt.html
1.4 本课程的要求 (Requirements)？
网站: 202.112.134.13
1.3 如何学好传热学(How)？
传热学课程的特点：
理论严谨、工程性很强。 专业基础课。 是联系基础课与专业课的纽带。 能量守恒定律是贯穿全书的主线。
1.3 如何学好传热学(How)？
传热学课程的学习方法：
抓住主线，注意各内容是如何围绕主线展开的。 重视基本概念和基本理论, 做到对所研究的物理
3
~
1.5 传热学的基本内容(Contents) (1) 导热(Heat Conduction)
定义：指温度不同的物体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
Conduction is the transfer of heat from a high temperature region to a low temperature region within a body or from a high temperature body to a low temperature body in physical contact.
空调制冷： 空调/热泵(跨临界二氧化碳)
高温水源热泵
新能源：
太阳能 燃料电池
研究传热学的主要任务
1.2 为什么要学习传热学(Why)？
传热学是能源、动力、化工、航空航天、机械、 电子、土木等学科的技术基础课。 传热学与工程热力学、流体力学和燃烧学是动力 工程及工程热物理学科的主要技术基础课。
t1
1.5 传热学的基本内容(Contents) (2) 热对流(Convection)
特点： 流体各部分间发生宏观相对位移； 热量在传递过程中无能量形式的变化； 只能发生在流体中； 必然拌有导热现象。
1.5 传热学的基本内容(Contents)
流体流过固体壁面时的热量交换。 对流换热：
Heat transfers between a solid and a fluid when there is a temperature difference between the fluid and the solid.
1.4 本课程的要求 (Requirements)？
考试要求： 平时15%, 包括作业及课堂随机抽查！
传热学
传热学的历史、发展方向 (History and Trends)？ 传热学的基本内容(Contents)？ 传热学的研究方法 (Research methods)？ 本课程的要求 (Requirements)？ 如何学好传热学(How)？ 为什么要学习传热学(Why)？ 传热学研究的对象(Object)？
削弱传热； 强化传热； 温度控制
1.2 为什么要学习传热学(Why)？
工程传热问题可分为两种类型
a 计算传热量 b 确定温度场
传热学
传热学的历史、发展方向 (History and Trends)？ 传热学的基本内容(Contents)？ 传热学的研究方法 (Research methods)？ 本课程的要求 (Requirements)？ 如何学好传热学(How)？ 为什么要学习传热学(Why)？ 传热学研究的对象(Object)？
传热学：热量传递过程的规律
工程热力学：热能的性质、热能与机械能及 其他形式能量之间相互转换的规律
1、相同点 热量传递始终是从高温物体向低温物体传递；在 热量传递过程中若无能量形式的转换，则热量始 终保持守恒。 传热学以热力学第一定律和第二定律为基础。
1.1 传热学研究的对象(Object) ？
500℃
初始条件：
0 , t x, t0 , 0 x d
边界条件： x 0 ,
t x, 0 x t x, x d , -l t x ,d t f x
1.4 传热学的研究方法 (Research methods)？
特点：
1：必须有温差； 2：物体直接接触； 3：依靠分子、原子以及自由电子等微观粒 子的热运动而传递热量，不产生宏观位移。 4：在引力场下单纯的导热只发生在密实固 体中。