热工基础-4-(1)-传热-三种基本方式
建筑物理基本知识
传热学基本知识
热量传递的三种基本方式： 热传导：在固体内部或直接接触的固体之间的热传 递过程。 热对流：对流是固体表面与气体或液体之间的热传 递过程。 热辐射：辐射是两个固体之间通过热辐射进行的热 传递。 自然界中所有的传热均由这三种方式相互组合而成。
热传导与导热系数
太阳辐射
各月大气层外边界太阳辐射照度
月份 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12
辐射 照度 1405 1394 1378 1353 1334 1316 1308 1315 1330 1350 1372 1392 W/m2
大气层外太阳辐射照度1月1日最大，为 1405W/m2，7月1日最小，为1308W/m2，相差约7%。 计算太阳辐射时，如果按月份取不同的数值，可达 到比较高的精度。
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的热 能传递称为热传导,简称导热。
t q n
导热系数是指当温度梯度为1℃/m时，在单位时 间内通过单位面积的导热量。导热系数大，表明材料 的导热能力强。
对流换热与对流换热系数
对流换热是固体表面与气体或液体之间的热传递 过程。在建筑门窗幕墙热工计算中所涉及的主要是 空气沿围护结构表面流动时，与壁面之间所产生的 热交换过程。
寒冷地区
夏热冬冷地区
夏热冬暖地区
福州、莆田、龙岩、梅州、兴宁、英德、河池、柳州、贺州、泉州、厦门、广州 、深圳、湛江、汕头、海口、南宁、北海、梧州
固体在空气环境下的传热主要是通过与周围的空气 进行表面换热，可认为是自然对流状态的表面换热。 一般情况下，不均匀温度场仅发生在靠近固体的薄 层之内。在贴附固体处，空气温度等于固体表面温 度tw ,在远隔固体表面的方向上逐渐上升或降低，最 终接近空气温度t in。
热工基础知识
一、传热基本方式
① 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热运动 而传递热量 D 不发生宏观的相对位移
一、传热基本方式
②导热机理 气体： 气体：导热是气体分子不规则热运动时相 互碰撞的结果，温度升高，动能增大， 互碰撞的结果，温度升高，动能增大，不 分子相互碰撞， 同能量水平的 分子相互碰撞，使热能从高 温传到低温处。 温传到低温处。
一、传热基本方式
对流换热特点 对流换热与热对流不同，既有热对流，也 有导热； 导热与热对流同时存在的复杂热传递过程 必须有直接接触（流体与壁面）和宏观运 动；也必须有温差
一、传热基本方式
4） 对流换热的基本规律 < 牛顿冷却公式 > ） 流体被加热时： 流体被加热时： 流体被冷却时： 流体被冷却时
Φ = t
1
δ
A
−
t
2
=
λ
∆ R
t
λ
一、传热基本方式
单位热流密度
q =
t1 − t 2
δ λ
∆ t = rλ
δ Rλ = Aλ
导热热阻
δ rλ = λ
单位导热热阻
Φ=
λ ∆tA δ
一、传热基本方式
λ— 比例系数，称为导热系数或热导率，其 意义是指单位厚度的物体具有单位温度差 时，在它的单位面积上每单位时间的导热 量，它的国际单位是 W／( m·K)。它表示材 料导热能力的大小。导热系数一般由实验 测定，例如，普通混凝土 W／(m·K), 纯铜 的将近400 W／(m·K) 。
作业题
2、一大平板，高3m，宽2m，厚0.2m, 导 热系数为45 W/(m·K), 两侧表面温度分别为 =150 ℃ 及=285 ℃, 试求该板的热阻、单位 面积热阻、热流密度及热流量
热工基础课件课件-热量传递的基本方式
tw1
R
tw2
熱阻網路
4
8－2 熱 對流
熱對流 :由於流體的宏觀運動使不同溫度的流體
相對位移而產生的熱量傳遞現象。 熱對流只發生在流體之中，並伴隨有微觀粒子熱運 動而產生的導熱。
對流換熱:
流體與相互接觸的固體表面之間的熱量傳遞現象， 是導熱和熱對流兩種基本傳熱方式共同作用的結果。
牛頓冷卻公式:
= Ah(tw – tf)
第八章小結
重點掌握以下內容：
（1）熱傳導、熱對流、熱輻射三種熱量傳 遞基本方式的機理及特點；
（2）熱流量、熱流密度、導熱係數、對流 換熱、表面傳熱係數、傳熱係數、熱阻等基本 概念；
（3）靈活運用平壁的一維穩態導熱公式、 對流換熱的牛頓冷卻公式、通過平壁的一維傳 熱過程計算公式進行相關物理量的計算。
雙向的。
高溫
低溫 熱 輻 射 是 熱 量 傳 遞
物體
物體 的基本方式之一 。
12
輻射換熱：以熱輻射的方式進行的熱量交換。 輻射換熱的主要影響因素： （1）物體本身的溫度、表面輻射特性；
（2）物體的大小、幾何形狀及相對位置。
注意：
（1）熱傳導、熱對流和熱輻射三種熱量傳遞 基本方式往往不是單獨出現的；
將傳熱熱流量的計算公式寫成
Ak tf1 tf 2 Akt
式中 k
1
1
1
h1 h2
k 稱為傳熱係數，單位為 W/(m2·K)，t為傳熱溫差。
通過單位面積平壁的熱流密度為
q k tf1 tf 2
tf1 tf 2
1 1
h1 h2
利用上述公式, 可以很容易求得通過平壁
的熱流量、熱流密度q及壁面溫度tw1、tw2。 17
传热的基本原理
传热的基本原理
传热是指热量从一个物体传递到另一个物体的过程。
热量传递可以通过三种基本途径发生：传导、对流和辐射。
传导是指热量通过物质内部的分子或离子的振动和碰撞来传递的过程。
当一个物体的一部分受热时，其分子通过振动和碰撞将能量传递给周围的分子，从而逐渐使整个物体达到热平衡。
传导的速率取决于物体的导热性质，即物体的热导率。
热导率越高，传导速率越快。
对流是指流体（气体或液体）的传热过程。
当一个物体受热时，周围的流体也会受热并产生密度变化，从而形成对流流动。
对流能够有效地传递热量，因为流体的流动会带走热量并将其传递到其他地方。
对流的速率取决于流体的热扩散性质和流体的流动性质。
辐射是指热量以电磁波的形式传递，无需通过物质进行传导或对流。
所有物体都会辐射热量，其强度取决于物体的温度和辐射特性。
辐射热量可以在真空中传递，也可以在透明的介质（例如空气或玻璃）中传递。
在实际情况中，传热往往是以上三种方式的综合作用。
例如，在烹饪中，热量通过盖子底部的传导传递给锅内的食物，然后通过对流将热量均匀分布到整个食物中。
而太阳的热量则通过辐射传递到地球表面，然后通过导热和对流进一步分布到大气层和海洋中。
了解传热的基本原理对于很多日常生活和工程应用都非常重要。
通过控制传热过程，我们可以更好地设计和改进热交换设备、节能系统以及热管理系统，从而提高能源利用效率，减少能源消耗。
传热学1-热工
晶格结构振动的传递在文献中常称为弹性 波。
至于液体中的导热机理，还存在着不同的 观点。有一种观点认为定性上类似于气体， 只是情况更复杂，因为液体分子间的距离比 较近．分子间的作用力对碰撞过程的影响远 比气体为大。另一种观点则认为液体的导热 机理类似于非导电固体，主要靠弹性波的作 用。导热微观机理的进一步论述已超出本书 的范围，有兴趣的同学可参阅热物性学专著 文献。本书以后的论述仅限于导热现象的宏 观规律。
(2)计算每米长度管道的总散热量。 解 (1)此管道的散热有辐射换热和自 然对流换热两种方式。
29
(2) 把管道每米长度上的散热量记为q1。当仅 考虑自然对流时．据式（1-6）单位长度上的自 然对流换热量为:
管道外表面与室内物体及墙壁之间的辐射换热可 以按式(1-9)计算，并近似地取这些物体的表面温度 等于室内空气温度。于是每米长度管子上的辐射换 热量为:
8
傅立叶定律
考察如图1-1所示的两 个表面均维持均匀温度的 平板的导热。这是个一维 导热问题。 对于x方向上任意一个厚度为dx的微元层 来说，根据傅里叶定律，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，即
9
＝－Adt (1-1)
dx
式中 λ是比例系数，称为热导率，又称 导热系数，负号表示热量传递的方向同温 度升高的方向相反。
1-1 热量传递的三种基本方式
热量传递有三种基本方式：
导热、对流和热辐射。
1．导热
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为导热(或称热传导)。
例如，固体内部热量从温度较高的部分传 递到温度较低的部分，以及温度较高的固体 把热量传递给与之接触的温度较低的另一固 体都是导热现象。
814热工基础
814热工基础
814热工基础是热工技术的基础课程，主要介绍了热力学和传热学的基本概念、基本原理和应用。
以下是814热工基础的主要内容：
1. 热力学基本概念：介绍热力学的基本概念，如温度、压力、热量、功等，以及热力平衡、热力过程和热力循环等基本规律。
2. 热力学第一定律：介绍能量守恒原理和热力学第一定律，以及各种能量形式之间的转换关系，如热能转换为机械能等。
3. 热力学第二定律：介绍热力学第二定律，包括熵的概念和各种热力学过程的方向性，以及各种热力设备的工作原理和应用。
4. 传热学基本概念：介绍传热的基本方式，如导热、对流和辐射等，以及传热过程的基本规律。
5. 导热过程分析：介绍导热的基本原理和应用，包括导热系数、傅里叶定律和导热微分方程等。
6. 对流换热分析：介绍对流换热的基本原理和应用，包括牛顿冷却公式、流动阻力和流体动力方程等。
7. 辐射换热分析：介绍辐射换热的基本原理和应用，包括黑体辐射、辐射角系数和辐射换热方程等。
8. 传热过程分析和计算：介绍传热过程的分析和计算方法，包括总传热系数、传热面积和传热效率等。
通过学习814热工基础，学生可以掌握热工技术的基本原理和应用，为进一步学习其他专业课程和从事相关领域的工作打下基础。
热工基础(张学学 第三版)复习知识点
式
数间的关系
交换的功量
w /( J / kg) wt /( J / kg)
交换的热 量
q /(J / kg)
定容 v 定数 定压 p 定数 定温 pv 定数
定熵 pvk 定数
v2
v1;
T2 T1
p2 p1
p2
p1
;
T2 T1
v2 v1
T2
T1;
p2 p1
v1 v2
p2 p1
1.理想气体：理想气体分子的体积忽略不计；理想气体分子之间
无作用力；理想气体分子之间以及分子与容器壁的碰撞都是弹性
碰撞。
2.理想气体状态方程式（克拉贝龙方程式）
PV mRgT
其中 R 8.314J /(mol K )，
或 PV nRT
RgΒιβλιοθήκη R M3.定容比热与定压比热。
定容比热 cV
wt
1 2
c f
2
gz
ws
当 p2v2 p1v1 时，技术功等于膨胀功。
当忽略工质进出口处宏观动能和宏观位能的变化，技术功就
是轴功；且技术功等于膨胀功与流动功之差。
在工质流动过程中，工质作出的膨胀功除去补偿流动功及宏
观动能和宏观位能的差额即为轴功。
7.可逆过程的技术功：
wt
2
vdp
6.边界：系统与外界的分界面。
7.系统的分类：
（1）闭口系统：与外界无物质交换的系统。
（2）开口系统：与外界有物质交换的系统。
（3）绝热系统：与外界之间没有热量交换的系统。
（4）孤立系统：与外界没有任何的物质交换和能量（功、热量）
第4章 三种方式
Φ t f 1 − tw1 = Ah1 Φ tw1 − tw2 = ( Aλ δ ) Φ tw2 − t f 2 = Ah2
1 δ 1 t f 1 − t f 2 = Φ + + Ah1 Aλ Ah2
A(t f 1 − t f 2 ) Φ= 1 δ 1 + + h1 λ h2
热流中心
热控制
热流中心
3
热工基础与应用
Fundamentals of Thermodynamics and Heat Transfer
工程热力学研究“ 的变化， 工程热力学研究 “ 量 ” 和 “ 质 ” 的变化 ， 而 不考虑过程所需要的时间 时间； 不考虑过程所需要的时间；
工程热力学主要研究可逆过程， 工程热力学主要研究可逆过程 ， 而不考虑过 程中的势差 势差； 程中的势差；
暖气管道散热
热流中心
21
热工基础与应用
Fundamentals of Thermodynamics and Heat Transfer
四、传热过程和传热系数
换热器的结构图
热流中心
22
热工基础与应用
Fundamentals of Thermodynamics and Heat Transfer
1. 传热过程定义 热量由壁面一侧的流体通过壁面传到另一侧流 体中的过程称为传热过程。 体中的过程称为传热过程。 2. 传热方程式
§4-1 热量传递的 三种基本方式
热流中心
6
热工基础与应用
Fundamentals of Thermodynamics and Heat Transfer
一、热传导（简称导热） 热传导（简称导热） 1.定义： 1.定义：温度不同的物体各部分或温度不同的两 定义 物体接触时， 物体接触时，在物体各部分之间不发生相对位移 依靠分子、 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现象。 动而产生的热量传递现象。
热工基础-04第四章_热量传递的基本理论
定解条件 r r1 , t tw1; r r2 , t tw2
通解 t c1 ln r + c2
dt 1 tw2 tw1 dr r ln(r2 / r1 )
tw2 tw1 t t1 + ln(r / r1 ) ln(r2 / r1 )
q dt tw1 tw2 dr r ln(r2 / r1 )
山东大学（威海）机械系
例4-6用图4一15所示的带套管的温 度计测定管道内的水蒸气温度。测温套 管是一头封闭的细长金属管，用焊接或 其他办法固定在管道壁上。温度计位于 测温套管内，管底有不易挥发的油或金 属屑，并浸没温度计泡，温度计指示温 度接近于测温套管的端部温度。如温度 计的指示温度为250 ℃，水蒸气管道的 壁温为140℃，套管壁厚δ= 2. 5 mm，外 径d0=5mm, 高H = 80mm，套管壁的热导 率为40W/（m· K），水蒸气侧的表面传 热系数h＝100 W/（m2· K），求水蒸气 的实际温度和测温误差。
tw2 tw1
tw1
q
/
t w2
热阻网络图
tw1 tw2 dt t q dx
山东大学（威海）机械系
（b）、多层平壁导热
t
t w1
t w2
t w3
q
1
t w,n+1
q
t w1 t w,n+1
2
n
i i 1 i
n
t w1 t w,n+1
通解
h
(x, ) x f1 ( Fo, Bi, ) 0
当 x 0 时,
m(0, ) f1 ( Fo, Bi) 0
热工基础培训教程
热工基础培训教程第一点：热工基础概念解析热工基础是研究热力系统的工作原理和性能的学科，涉及的能量转换主要包括热能和机械能的转换。
在热工基础中，我们关注的是热力学、流体力学、传热学等方面的基本理论。
首先，我们要了解热力学基本概念。
热力学主要研究的是热能的转换和传递规律，其中包括了温度、压力、比容、比热等基本参数。
热力学系统的基本状态参数有压力、温度和比容。
压力是单位面积上作用在物体表面的力，温度是表示物体冷热程度的物理量，比容是单位质量的物体所具有的体积。
其次，我们需要掌握热力学的基本定律。
其中最主要的两个定律是能量守恒定律和热力学第一定律。
能量守恒定律指出，在一个封闭系统中，能量不会凭空产生也不会凭空消失，只会在各种形式间转换。
热力学第一定律则是指出，在一个封闭系统中，热能可以和机械能相互转换，且系统内能的增加等于外界对系统做的功加上系统吸收的热量。
再次，我们需要了解流体力学的基本概念。
流体力学主要研究的是流体的运动规律和压力、速度、温度等参数的分布。
流体可以分为液体和气体两种，它们的运动规律有所不同。
在研究流体力学时，我们通常会用到流体力学方程，如纳维-斯托克斯方程等。
最后，我们需要掌握传热学的基本理论。
传热学主要研究的是热量在物体内部的传递规律。
传热方式主要有三种：导热、对流和辐射。
导热是指热量通过物体内部的分子振动传递，对流是指热量通过流体的运动传递，辐射是指热量通过电磁波的形式传递。
第二点：热工基础在工程应用中的实践热工基础在工程应用中具有重要意义，涉及到众多行业，如能源、化工、环保等。
下面我们以能源行业为例，简要介绍热工基础在工程应用中的实践。
首先，热工基础在火力发电厂中的应用。
火力发电厂是利用燃料燃烧产生的热量，将水加热成蒸汽，驱动发电机旋转发电。
这其中，热力学、流体力学和传热学等基础知识起到了关键作用。
例如，在锅炉设计中，需要根据燃料的热值、燃烧效率等参数，计算出锅炉的热负荷，从而确定锅炉的尺寸和功率。
传热学的三种基本方式
传热学的三种基本方式
传热有三种基本方式，分别是热传导；热辐射；热对流。
特点如下：
1、热传导：有温度不同的质点在热运动中引起的，在固体，液体，气体中均能产生。
单纯的导热仅能在密实的固体中发生。
2、热对流：对流式由于温度不同的各部分流体之间发生相对运动，互相掺和而传地热能。
包括自然对流换热，受迫对流换热。
3、热辐射：过程中伴随形式能量转化；传播不需要任何中间介质；凡是温度高于绝对零度的一切物体，不论他们的温度高低都在不间断地向外辐射不同波长的电磁波。
热工基础知识
一、热工基础知识(一)、热力学基础1、温度温度是衡量物体冷热程度的尺度，是物质分子热运动平均动能的度量。
摄氏温标：1个标准大气压下纯水的冰点定为0℃，沸点定为100℃，在这个区域内划分100等分，每1等分为1度，单位为℃。
用t表示。
华氏温标：1个标准大气压下纯水的冰点定为320F，沸点定为2120F，在这个区域t1=1.8t+32 (0F)内划分180等分，每1等分为1度，单位为0F。
用t1表示。
绝对温标：又称热力学温标，每一度大小与摄氏温标相等，起点为物质内分子热T=t+273.15(K)运动完全停止时-273.15℃），单位为K。
用T表示。
2、压力1 bar 巴 =100000 pa 帕斯卡=0.1MPa1 psi 磅/平方英寸=0.0703 kgf/cm21 kgf/cm2 千克力/平方厘米 =98000 pa 帕1 mm aq. 毫米水柱=9.8 pa 帕1 mm hg 毫米汞柱=133.28 pa 帕1 m H2O 米水柱=9800 pa 帕=0.1 kgf/cm2 千克力/平方厘米工程上常将1大气压（B）看成1个工程大气压或0.1MPa,即B=1kgf/cm2,或B=0.1MPa 表压：通过压力表读出的压力，为绝对压力减当地大气压。
真空度：压力比大气压低的程度。
真空度=B-绝对压力3、热能：分子热运动强度的度量，是依靠温差传递的能量。
用Q表示1kcal=4.1868kJ1 kcal/h 大卡/时=1.163 W 瓦1 kW千瓦=860 kcal/h 大卡/时1 btu/h 英制热量单位/时=0.293 W瓦4、比热：单位质量的物质温度每升高或降低1K所需要加入或放出的热量。
定压比热Cp：气体在加热或冷却时，如果保持压力不变，则其比热称为定压比热。
物体的吸(放)热量：Q=mCp(t2-t1)定容比热Cv ：气体在加热或冷却时，如果保持体积不变，则其比热称为定压比热。
Cp>Cv绝热指数k：气体的定压比热与定容比热之比为气体的绝热压缩指数，k=Cp/Cv5、理想气体状态方程：pV=mRTR：气体常数，8314/气体分子量，空气为287J/(kg.K)p：Pa，帕V：m3m：kgT：K等温过程，等压过程，等容过程绝热过程：气体状态发生变化时，与外界不发生热量交换的过程称为绝热过程。
传热基本方式例子
传热基本方式例子
传热的基本方式主要有三种：传导、对流和辐射。
下面提供了一些关于这三种传热方式的例子：
1.传导：传导传热是物体内部的分子或原子之间的热能传递方式。
例如，当两个物体接触时，热量会从温度较高的物体传递到温度较低的物体。
还有，烤肉时，热量通过铁板从火源传递到食物中，使食物变热并烹饪成熟。
2.对流：对流传热是流体（气体或液体）中的热能传递方式。
例如，当一杯热咖啡放在桌子上时，咖啡的热量会通过对流传递到周围的空气中，使周围空气变暖。
还有，暖气系统通过热水或蒸汽在管道中的流动将热量传递到房间中，使房间变暖。
3.辐射：辐射传热是热能以电磁波的形式传递的方式。
例如，太阳辐射出大量的热能，地球通过吸收太阳的辐射热能而变暖。
还有，电烤箱通过红外线辐射将热能传递到食物上，使食物烤熟。
在实际生活中，这三种传热方式往往同时存在，共同作用。
例如，在做饭时，炉火发出的热量首先通过辐射传递到锅具上，然后锅具通过传导将热量传递给食物，同时炉火的热量还通过对流传递给锅中的液体或气体，共同烹饪食物。
热工基础传热学
w/(m·k)，与物体性质、 温度有关，各向同性与各向异 性之别。 热流密度：
q=Φ/A= λΔt /δ
二、热对流
1、特征：（1）物体相互接触； （2）各部分之间发生相对位移；
（3）依靠微观离子热运动。 （4）固体—流体、 流体—流体 2、热流量与热流密度 热流量：牛顿冷却公式
第四章 热量传递的基本原理
第一节 热量传递的三种基本方式
传热的三种不同形式:热传导、热对流、 热辐射。 一、热传导
1、特征：（1）物体相互接触； （2）各部分之间不发生相对位移； （3）依靠微观离子热运动。
（4）固体—固体、固体—流体、 流 体—流体
2、热流量与热流密度 热流量： Φ= λ AΔt /δ
φ
y
x
c t
1 r t
r r r
1 r2
t
t
.
z z
球坐标系里导热微分方程：
z
t(r,φ,θ) θ
φ
y
x
c t
1 r2
r 2
r
t r
1
r 2 sin 2
t
r
2
1
sin
sin
t
.
2、求解导热微分方程的定解条件
（1）第一类边界条件：已知边界上的温度
例如：tw=const tw=f1(τ)
一维稳态温度场
τ≠const t=f (x,y,z,τ) 非稳态温度场
等温线和等温面
2、温度梯度
t-Δt t t+Δt
lim t t
gradt n
n
n0 n n
q
n
3、傅立叶定律——导热基本定律
传热学 三种传热形式
l
l
t1 t2 1 ln d2
2 d1
3. 每米长度单层圆筒壁的热阻
Rl
1
2
ln
d2 d1
26
4. 圆筒壁内温度分布：
2l t1 t2
ln(d2 / d1)
t
t1
2l
ln
d d1
t
tw1
(tw1
tw2 )
ln(d ln(d2
d1 ) d1 )
若 tw1 tw2 : 向上凹
若 tw1 tw2 : 向上凸
1
ln 0.23m
1
ln 0.33m
50W/(m K) 0.16m 0.15W/(m K) 0.17m 0.08W/(m K) 0.23m
31
240W/m
各层接触面上的温度
t2
t1
l
1
21
ln
d2 d1
300C 240W/m
1
ln 0.17m 299.5C
2 3.1416 50W/(m C) 0.16m
二维稳态温度场： t f (x, y)
一维稳态温度场： t f (x)
14
(2)等温面：同一时刻、温度场中所有温度相同的点所构成的面 (3) 等温线：用一个平面与各等温面相交，在这个平面上得
到等温线簇，又称温度等值线。 (4) 温度梯度：温度改变的强烈程度，沿等温 面法线方向上的温度增量与法向距离比值的 极限。是向量；正向朝着温度增加的方向
27
5. n层圆筒壁
导热热流量可按总温差和总热阻计算
Φ
tw1 tw(n1) n 1 ln di1
i1 2i L di
通过单位长度圆筒壁的热流量
热工基础-传热学篇
（1） 温度场(temperature field)
在 时刻，物体内所有各点的温度分布称
为该物体在该时刻的温度场。
21
一般温度场是空间坐标和时间的函数，在 直角坐标系中，温度场可表示为
t f x, y, z,
非稳态温度场 ：温度随时间变化的温度场， 其中的导热称为非稳态导热。
导热现象发生在固体内部，也可发生在 静止的液体和气体之中。
本书不讨论导热的微观机理，只讨论热 量传递的宏观规律。
2
最简单的导热现象：大平壁的一维稳态导热 特点：1.平壁两表面维持均匀恒定不变温度；
2.平壁温度只沿垂直于壁面的方向发生变化；
3.平壁温度不随时间改变；
t
4.热量只沿着垂直于壁面的
方向传递。
第二篇 传热学
第八章 热量传递的基本方式
热量传递有三种基本方式 热传导 (thermal conduction) 热对流 (thermal convection) 热辐射 (thermal radiation)
1
8－1 热传导
热传导（简称导热）
在物体内部或相互接触的物体表面之 间，由于分子、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。
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热辐射的主要特点：
（1）所有温度大于0 K的物体都具有发射热辐 射的能力，温度愈高，发射热辐射的能力愈强。
发射热辐射时：内热能 辐射能 ；
（2）所有实际物体都具有吸收热辐射的能力， 物体吸收热辐射时：辐射能 内热能 ；
（3）热辐射不依靠中间媒介，可以在真空中传
播；
（4）物体间以热辐射的方式进行的热量传递是
第八章小结
重点掌握以下内容：
（1）热传导、热对流、热辐射三种热量传 递基本方式的机理及特点；
热工基础(正式)全
正向运动（膨胀）时，吸 收热源的热量，所作膨胀功除 去用于排斥大气外，全部储存 在飞轮的动能中。
若无摩擦等耗散效应
反向运动（压缩）时，利用飞 轮的动能来推动活塞逆行，压缩工 质所消耗的功恰与膨胀功相等。
同时压缩过程中质向热源所 排热量也恰与膨胀时所吸收的热 量相等。
如果系统经历了一个过程后，系统可沿原过程的路线反 向进行，回复到原状态，不在外界留下任何影响，则该过 程称为可逆过程。
热力学第零定律
如果两个热力学系统中的每一个都与第三个热力学系 统处于热平衡(温度相同)，则它们彼此也必定处于热平衡。 这一结论称做《热力学第零定律》。
热力学第零定律表明，一切互为热平衡的系统具有一 个数值上相等的共同的宏观性质──温度。温度计测定物体 温度正是依据这个原理。
热力学第零定律的重要性在于它给出了温度的定义和 温度的测量方法。它为建立温度概念提供了实验基础。
理想气体实际并不存在， 在现实物质中，即使是绝热可 逆过程，系统的熵也在增加， 不过增加的少。
热力学第三定律发现者 德国物理化学家能斯特
三、理想气体的状态方程
kg K
pV mRgT
Pa m3
pv RgT pV nRT p0V0 RT0
1kg n mol 1mol标准状态
气体常数：J/(kg.K) R=mRg=8.3145J/(mol.K)
(2) 特别是在下列技术领域存在传热问题
a 航空航天：高温叶片冷却；空间飞行器重返大气 层冷却；超高音速飞行器（Ma=10）冷却；
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 新 能 源：太阳能；燃料电池
热工基础(4.3.1)--热传导
导热
3％
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热工基础
② 所有生物都运用传热学原理来调节体内的温度
翅片并非人类的发明：古代动物身 上早就用上了
夏天犬类都伸出舌头 散热
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热工基础
③ 人的肺是一个高度紧凑的热、质交换设备
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热工基础
9. 总结 ① 传热学应用领域之广（军用，民用，人用）
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热工基础
4. 航空航天 ① 航空发动机
热工基础
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② 航天飞机
热工基础
2003.2.1: Space Shuttle Columbia disaster
隔热瓦
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③ 宇宙飞船
热工基础
22/164
热工基础
5. 电子器件冷却
① 芯片上晶体管数量增长
② 主频随时间增长
③ 功率随时间增长
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热： 58W/m2 舒服： 232W/m2 凉快： 696W/m2
冷： 928W/m2
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热工基础
② 自然界的伯格曼法则 对于同一种温血动物，越冷的地方其个体越大， 而且越接近于圆形（球形）。
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热工基础
• 西伯利亚北极旅鼠的平均长度为 10 ～ 11 厘米，往南一点，分散在北极边缘地区的 旅鼠身长只有 8 厘米。
热工基础
④ 过热成了当前电子产品故障的主要原因， 已经被确认为影响电子工业发展的三大问题之一
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热工基础
点燃火柴？
烤红薯？
煎鸡蛋？
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热工基础
⑤ PC 机芯片的冷却方法 : 散热器 + 风扇—空气强 制对流换热
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三、热辐射（Thermal radiation）
1.定义
辐射－物体通过电磁波来传递能量的方式。 热辐射－因热的原因而发出辐射能的现象。
物体的温度越高、辐射能力越强；若物体的 种 类不同、表面状况不同，其辐射能力不同；
★ 辐射换热：以辐射方式进行的物体间的热量传递。
q — 热流密度 Wm2 h — 表面传热系数 W(m 2K)
A — 与流体接触的壁面面积 m2
t t — 固体壁表面温度 w
C
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f
流体温度 C
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表面传热系数（对流换热系数）:
h/(A(twtf))
—— 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;
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对流换热的特点： ➢ 对流换热与热对流不同，既有热对流，也有
导热；不是基本传热方式！ ➢ 导热与热对流同时存在的复杂热传递过程； ➢ 必须有直接接触（流体与壁面）和宏观运动；
也必须有温差。
2.分类
对流换热按照不同的原因可分为多种类型：
是否相变，分为：有相变的对流换热和无 相变的对流换热
h是表征对流换热过程强弱的物理量.
影响h因素：流动原因、流动状态、流体物性、有 无相变、壁面形状大小等。
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对流换热系数的数值范围
过程 自然对流 空气
水 强制对流 气体 高压水蒸汽
水 水的相变换热
沸腾 蒸汽凝结
h/W/(m2K)
1-100 200-1000
20-100 500-3500 1000-15000
热导率表示材料导热能力大小；物性参数；实验确定。
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二、热对流
1.热对流定义
➢ 定义：由于流体的宏观运动，从而流体各 部分之间相对位移、冷热流体相互掺混所 引起的热量传递过程。
➢流体中有温差 — 热对流必然同时伴随着热 传导，自然界不存在单一的热对流。
★ 对流换热：流体与温度不同的固体壁间接 触时的热量交换过程。
q：热流密度，单位时间通过单位面积传
递的热量[W/ m2]
A：垂直于导热方向的截面积[m2]
dt：沿热流方向的温度度梯； dx
：导热率或导热系 可编W 辑数 ppt /， (m.K；)
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热导率（导热系数）：
1
A(dt/dx)
—— 具有单位温度差（1K）的单位厚度的物体 (1m)，在它的单位面积上(1m2)、每单位时间(1s) 的导热量(J)
r hrAt
hr 为辐射换热系数。
于是，复合换热的总换热量：
h c A t h r A t ( h c h r ) A t h A t
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四.传热过程
一个实际的传热过程通常由许多环节组合形成。
体。 或称绝对黑体。黑体的辐射能力与吸收
能力最强。
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实际物体辐射能力：低于同温度黑体：
A T4
— 实际物体表面的发射率（黑度）0～1；与物体的种类、表Fra bibliotek状况和温度有关
两不同温度间平行黑体的辐射换热量：
A(T14T24)
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在工程实际问题中,物体表面常常是即 有对流换热又有辐射换热,这种情形称为复合 换热。工程上为了计算方便，这时常将辐射 换热量折合成对流换热量，即：
2. 不同点： a）从定义上来看：
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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）从时间这个要素来分析：
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)热力学：研究平衡态；
传热学：研究温度分布和非平衡态
所以，传热学与工程热力学研究的问题不同。
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4-1 热量传递的三种基本方式(★)
• 导热[Heat Conduction]； • 对流[Convection]； • 热辐射[Thermal Radiation]。
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一、 热传导(导热)
1、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过程； ➢导热是物质固有的本质，无论气体、 液体、固体都有导热的本领。
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导热的特点：
➢必须有温差 ➢物体直接接触 ➢依靠分子、原子及自由电子等微观
粒子热运动而传递热量 ➢不发生宏观的相对位移
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热传导(导热)示意图
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2、基本定律(傅立叶定律)
1822年，法国数学家Fourier：
Φ A dt
dx
q dt
A dx
：热流量，单位时间传递的热量[W]
流动原因，分为：强迫对流换热和自然对 流换热。
流动状态，分为：层流换热和紊流换热。
表面液体状态，分为：沸腾换热和凝结换热。
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自然对流
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强制对流
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3.牛顿冷却公式
u
Φ h(tA wtf)W
qΦ A
h(tw tf ) Wm2
t
A
tw
— 热流量[W]，单位时间传递的热量
陕西科技大学机电学院《热工基础》
第四章 热量传递的基本理论 －三种基本方式
主讲教师：袁 越 锦
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传热学定义
• 研究由温差引起的热量传递规律的科学。 • 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
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2
传热学与工程热力学的关系
1. 相同点：
传热学以热力学第一定律和第 二定律为基础，即：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。
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2.辐射换热的特点：
——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
——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
(热能) (辐射能) (热能)
——无论温度高低，物体都在不停地相互发射电
磁波能、相互辐射能量；高温物体辐射给低温物 体的能量大于低温物体辐射给高温物体的能量;总 的结果是热由高温传到低温物体。
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3.斯忒藩-玻尔兹曼定律
黑体在单位时间内发出的热辐射热量：
AT4
— 绝对黑体辐射力
A — 辐射表面积，[m2]
— 斯蒂芬-玻尔兹曼常数，黑体辐射
常数: 5. 617 -0 8W (m 2K 4)
T — 黑体表面的绝对温度（热力学温度）[K]
黑体：能全部吸收投射到其表面辐射能的物