第六章 第四、五、六节传热学讲稿.ppt
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第六章.单相流体对流传热特征数关联式对流传热原理 传热学 教学课件
❖ 特征尺寸分别为：x和板长l
19
流体纵掠平壁时，并且从x=0处就形成湍流边界层的情
况，此时局部对流传热系数hx 和平均对流传热系数h
的特征数关联式： Nuxm=hxx/λm=0.029Rexm(4/5) Prm(1/3) 和Num=hl/λ m=0.037Relm(4/5) Prm(1/3)
适用范围：0.6<Prm<60
4
流体在管内流动时，由于雷若数Re不同而呈现 不同的流动状态。
显然在不同的流动状态下，由于边界层的厚 度和边界层内流体流动情况不同，对流传热系数 有显著差异。
本章介绍的计算式将按照流动状态分别介绍。
5
二、湍流强迫对流传热
❖ 层流：Re < 2300 ❖ 湍流：Re > 10000 ❖ 过渡区：2300 < Re < 10000 ❖ 计算Re时的流速称为特征速度，一般取截面平
❖
故液体被冷却时，近管壁处的粘度
❖
比中心处高，速度分布会低于等温
❖
曲线，变 为曲线2。
❖
这时换热会减弱。
❖ 若液体被加热，则速度分布变成曲线3，近壁处流速 ❖ 高于等温曲线。这时换热会加强。
10
11
ct ：边界层内温度分布对对流传热系数影响的温度修正系 数
热流大小和方向影响对流传热系数的程度取决于加热还 是冷却、温差大小和流体是液体还是气体，在工程上ct加
31
32
33
34
2、自然对流传热
❖ 1）恒壁温 ❖ 表面处于自然对流散热的薄壁在用蒸汽凝结加热
时，其散热表面温度近似相等，属于恒壁温自然 对流传热。 ❖ 大空间恒壁温自然对流传热系数关联式h:(P154)
传热学(全套课件666P) ppt课件
1A 1 (T 1 4T 2 4) （ 1-9 ）
§1-3 传热过程和传热系数
一、传热过程 1 、概念
热量由壁面一侧的流体通过壁面传到 另一侧流体中去的过程称传热过程。
2 、传热过程的组成 传热过程一般包括串联着的三个环节组成， 即：
① 热流体 → 壁面高温侧； ② 壁面高温侧 → 壁面低温侧； ③ 壁面低温侧 → 冷流体。 若是稳态过程则通过串联环节的热流量相同。
二、对流
1 、基本概念
1) 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量传递过程。 对流仅发生在流体中，对流的同时必伴随 有导热现象。
2) 对流换热：流体流过一个物体表面时的 热量传递过程，称为对流换热。
2 、对流换热的分类
1）根据对流换热时是否发生相变分：有
第一章
绪
论
§1-0 概 述
一、基本概念
❖ 1 、传热学 ❖ 传热学是研究热量传递规律的学科。 ❖ 1)物体内只要存在温差，就有热量从物
体的高温部分传向低温部分； ❖ 2)物物体。
2 、热量传递过程 根据物体温度与时间的关系，热量传递过程 可分为两类：
t f1 tw1
Ah 1
tw1 tw2 A /
t w 2 t f 2 Ah 2
（d） （e） （f）
三式相加，整理可得:
A(t f 1 t f 2 )
1 1
h1 h2
也可以表示成:
（1-10）
A(tkf1tf2)A k t （1-11）
式中， k称为传热系数，单位为
。
W/ m2K
⑤热辐射现象仍是微观粒子性态的一种宏 观表象。
⑥ 物体的辐射能力与其温度性质有关。这 是热辐射区别于导热，对流的基本特点。
§1-3 传热过程和传热系数
一、传热过程 1 、概念
热量由壁面一侧的流体通过壁面传到 另一侧流体中去的过程称传热过程。
2 、传热过程的组成 传热过程一般包括串联着的三个环节组成， 即：
① 热流体 → 壁面高温侧； ② 壁面高温侧 → 壁面低温侧； ③ 壁面低温侧 → 冷流体。 若是稳态过程则通过串联环节的热流量相同。
二、对流
1 、基本概念
1) 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量传递过程。 对流仅发生在流体中，对流的同时必伴随 有导热现象。
2) 对流换热：流体流过一个物体表面时的 热量传递过程，称为对流换热。
2 、对流换热的分类
1）根据对流换热时是否发生相变分：有
第一章
绪
论
§1-0 概 述
一、基本概念
❖ 1 、传热学 ❖ 传热学是研究热量传递规律的学科。 ❖ 1)物体内只要存在温差，就有热量从物
体的高温部分传向低温部分； ❖ 2)物物体。
2 、热量传递过程 根据物体温度与时间的关系，热量传递过程 可分为两类：
t f1 tw1
Ah 1
tw1 tw2 A /
t w 2 t f 2 Ah 2
（d） （e） （f）
三式相加，整理可得:
A(t f 1 t f 2 )
1 1
h1 h2
也可以表示成:
（1-10）
A(tkf1tf2)A k t （1-11）
式中， k称为传热系数，单位为
。
W/ m2K
⑤热辐射现象仍是微观粒子性态的一种宏 观表象。
⑥ 物体的辐射能力与其温度性质有关。这 是热辐射区别于导热，对流的基本特点。
传热学第六章课件
ε t ： 温差修正系数；
ε R：弯管效应修正系数。（详见后述）
14
第一节 单相流体的强迫对流传热
（1）湍流强迫对流传热（P90-91）
① ε l 为考虑入口段对平均对流传热系数影响的入口效应修正系
数，又称管长修正系数。
εl≥1
15
第一节 单相流体的强迫对流传热
（1）湍流强迫对流传热（P90-91）
3 加热液体或冷却气体
18
第一节 单相流体的强迫对流传热
（1）湍流强迫对流传热（P90-91）
② ε t 为温差修正系数：
综上所述，不均匀物性场对对流传热的影响，视液体还是气体、
加热还是冷却以及温差大小而异，温差修正系数εt 一般可按下式
计算：
液体：
加热
冷却
气体：
加热
冷却
19
第一节 单相流体的强迫对流传热
气体：
εR≥1
式中，R为弯管的弯曲半径
液体：
※特别地，对于蛇形管，直管段较短时必须考虑弯曲段的影响；
而直管段较长时（如锅炉过热器、省煤器的管子以及化工厂蛇形
管换热器中的管子等），弯曲管段对整个管子平均对流传热系数
的影响不大，可近似取εR=1。
21
第一节 单相流体的强迫对流传热
（1）湍流强迫对流传热（P90-91）
长铜管，进、出口温度分别为20℃和60℃。设铜管内壁的平
均温度为90℃，试计算冷却水侧的对流传热系数及单位管长
的传热量。
解： 由题意，
① 选取特征温度，查取有关物性参数值。
27
第一节 单相流体的强迫对流传热
② 计算雷诺数Re，判定流动状态。
③ 选取公式，计算Nu数，进一步计算平均对流传热系数h。
ε R：弯管效应修正系数。（详见后述）
14
第一节 单相流体的强迫对流传热
（1）湍流强迫对流传热（P90-91）
① ε l 为考虑入口段对平均对流传热系数影响的入口效应修正系
数，又称管长修正系数。
εl≥1
15
第一节 单相流体的强迫对流传热
（1）湍流强迫对流传热（P90-91）
3 加热液体或冷却气体
18
第一节 单相流体的强迫对流传热
（1）湍流强迫对流传热（P90-91）
② ε t 为温差修正系数：
综上所述，不均匀物性场对对流传热的影响，视液体还是气体、
加热还是冷却以及温差大小而异，温差修正系数εt 一般可按下式
计算：
液体：
加热
冷却
气体：
加热
冷却
19
第一节 单相流体的强迫对流传热
气体：
εR≥1
式中，R为弯管的弯曲半径
液体：
※特别地，对于蛇形管，直管段较短时必须考虑弯曲段的影响；
而直管段较长时（如锅炉过热器、省煤器的管子以及化工厂蛇形
管换热器中的管子等），弯曲管段对整个管子平均对流传热系数
的影响不大，可近似取εR=1。
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第一节 单相流体的强迫对流传热
（1）湍流强迫对流传热（P90-91）
长铜管，进、出口温度分别为20℃和60℃。设铜管内壁的平
均温度为90℃，试计算冷却水侧的对流传热系数及单位管长
的传热量。
解： 由题意，
① 选取特征温度，查取有关物性参数值。
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第一节 单相流体的强迫对流传热
② 计算雷诺数Re，判定流动状态。
③ 选取公式，计算Nu数，进一步计算平均对流传热系数h。
传热学课件讲义
2020/12/15
二、基本概念
1、温度场（Temperature field） 指某一瞬时物体内各点的温度分布状态。温度是标量，温度场是时间
和空间的函数，也是标量场。 在直角坐标系中：； 在柱坐标系中：； 在球坐标系中：。
根据温度场表达式，可分析出导热过程是几维、稳态或非 稳态的现象，温度场是几维的、稳态的或非稳态的。
传热学
2020/12/15
第一章 导热理论基础
绪论 §１ 基本概念和傅里叶定律 §２ 导热系数 §3 导热微分方程式 §４ 导热过程的单值性条件
2020/12/15
绪论
一、传热学的研究内容
热量传递的具体方式、传热速率大小及其影响因素。 ⑴传热的三种基本方式及各自的规律； ⑵工程中实际传热过程的规律； ⑶提出控制传热（强化传热和削弱传热）的基本方法。 工程热力学从理论上分析热力系统的状态、能量传递 和迁移的多少以及系统的变化方向与性能的好坏。但是， 能量是以何种方式传递和迁移？传递和迁移的速率如何？ 以及能量状态随时间和空间的分布如何？热力学都没有 给予回答。
二、传热学的研究方法
传热学的研究方法主要有：理论分析方法；实验研究方法；比拟(类比) 方法；数值计算方法
理论分析方法
将所研究问题的基本物理特征和具体规律用一个理想化的数学模型表述 出来，并选择适当的数学方法进行求解。常用的数学解析方法一般可分 为精确解法(即直接求解常微分方程或者偏微分方程)和积分方程近似解法 两大类。
2020/12/15
导热过程的单值性条件
一、单值性条件
导热问题的单值性条件通常包括如下四项：
几何条件：表征导热物体的几何形状和大小（属于三维，二维或 一维问题）；
物理条件：说明导热系统的物理特性（即物性量和内热源的特 点）；
(完整PPT)传热学
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。在非稳态导热过程中，热流 密度和温度分布会发生变化，通常需要考虑时间因素对导热过程的影响。
辐射换热计算方法
辐射换热量计算
通过斯蒂芬-玻尔兹曼定律计算两 个物体之间的辐射换热量，需要 考虑物体的发射率、温度以及物 体间的角系数等因素。
角系数计算
角系数表示一个表面对另一个表 面辐射能量的相对大小，可以通 过几何方法或数值方法计算得到 。
辐射换热网络模型
对于多个物体之间的复杂辐射换 热问题，可以建立辐射换热网络 模型，通过求解线性方程组得到 各个物体之间的辐射换热量。
06 传热学实验技术 与设备
实验测量技术与方法
温度测量
使用热电偶、热电阻等 温度传感器，配合数据 采集系统，实现温度的
精确测量。
热量测量
采用量热计、热流计等 设备，测量传热过程中
的热量变化。
热阻测量
通过测量传热设备两侧 温差和传热量，计算得
到热阻。
热流密度测量
利用热流计等设备，测 量单位面积上的热量传
(完整PPT)传热学
contents
目录
• 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
01 传热学基本概念 与原理
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。在非稳态导热过程中，热流 密度和温度分布会发生变化，通常需要考虑时间因素对导热过程的影响。
辐射换热计算方法
辐射换热量计算
通过斯蒂芬-玻尔兹曼定律计算两 个物体之间的辐射换热量，需要 考虑物体的发射率、温度以及物 体间的角系数等因素。
角系数计算
角系数表示一个表面对另一个表 面辐射能量的相对大小，可以通 过几何方法或数值方法计算得到 。
辐射换热网络模型
对于多个物体之间的复杂辐射换 热问题，可以建立辐射换热网络 模型，通过求解线性方程组得到 各个物体之间的辐射换热量。
06 传热学实验技术 与设备
实验测量技术与方法
温度测量
使用热电偶、热电阻等 温度传感器，配合数据 采集系统，实现温度的
精确测量。
热量测量
采用量热计、热流计等 设备，测量传热过程中
的热量变化。
热阻测量
通过测量传热设备两侧 温差和传热量，计算得
到热阻。
热流密度测量
利用热流计等设备，测 量单位面积上的热量传
(完整PPT)传热学
contents
目录
• 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
01 传热学基本概念 与原理
传热学课件第6章.
实验数据很多时，最好 的方法是用最小二乘法 由计算机确定各常量
6.2 相似原理的应用
① 回答了关于试验的三大问题：
（1）实验中应测哪些量（是否所有的物理量都测） （2）实验数据如何整理（整理成什么样函数关系） （3）实物试验很困难或太昂贵的情况，如何进行 试验？ ② 所涉及到的一些概念、性质和判断方法： 物理现象相似、同类物理现象、 物理现象相似 的特性、物理现象相似的条件、已定准则数、待 定准则数、定性温度、特征长度和特征速度 ③ 无量纲量的获得：相似分析法和量纲分析法
(d)求解待定指数，以1为例
1 hu d
a1 b1 c1
d1
6.1 相似原理及量纲分析
1 hu d
a1 b1 c1 d1
M 1T 3 1 La1 T a1 Lb1 M c1 Lc1 T 3c1 c1 M d1 Ld1 T d1 M 1c1 d1 T 3a1 3c1 d1 1c1 La1 b1 c1 d1
y cl y
h
t
t y
y 0
t t ct t t
c h cl t h c t y
相似倍数间的关系：
y 0
c h cl ＝ 1 c
6.1 相似原理及量纲分析
6.2 相似原理的应用
④常见准则数的定义、物理意义和表达式，及 其各量的物理意义
⑤模化试验应遵循的准则数方程
' Nu f (Re, Pr) ； Nu f ( x , Re, Pr) 强制对流: x
自然对流换热：Nu f (Gr, Pr)
混合对流换热： Nu f (Re, Gr, Pr)
第六章 单相对流传热 的实验关联式
《传热学第六章》课件
现代
计算机技术和数值模拟方法的兴起为 传热学研究提供了新的手段，推动了
传热学在各领域的广泛应用。
02
热传导
热传导的定义
热传导
是指热量在物体内部通过分子、原子 或其他微观粒子的振动和相互碰撞， 从高温部分传向低温部分的过程。
热传导的基本机制
主要包括分子热运动、热辐射和热对 流。
热传导的定律
傅里叶定律
在单位时间内通过某一截面的热量与该截面 面积及温度梯度成正比。
导热系数
表示材料传导热量的能力，其值越大，导热 性能越好。
热阻
表示热量在传递过程中的阻碍程度，热阻越 大，传热效率越低。
热传导的分类
非稳态热传导
热量传递过程中，物体各点的温度随时间变 化。
稳态热传导
热量传递过程中，物体各点的温度不随时间 变化。
详细描述
强制对流是指流体在外力作用下产生运动，从而与固体表面 进行热量交换；自然对流是指流体由于密度差而产生运动， 从而与固体表面进行热量交换；混合对流则同时存在强制对 流和自然对流。
对流换热的计算方法
总结词
对流换热的计算方法包括牛顿冷却公式、对流换热系数和热平衡方程等。
详细描述
牛顿冷却公式是计算对流换热的基本公式，给出了流体温度、固体表面温度、流体性质和换热系数之间的关系； 对流换热系数是表示流体与固体表面之间热量传递效率的系数，可以通过实验测定或经验公式计算；热平衡方程 则用于描述整个系统在稳态或动态下的热量平衡关系。
辐射换热的定律
总结词
辐射换热遵循斯蒂芬-玻尔兹曼定律、普朗克定律和维恩位移定律。
详细描述
斯蒂芬-玻尔兹曼定律描述了物体发射和吸收辐射的能力与温度的关系，普朗克定律则描述了黑体辐射 的特性，而维恩位移定律则揭示了物体发射的辐射峰值波长与温度之间的关系。这些定律是辐射换热 的基础，为计算提供了重要的理论依据。
最新 第四、五、六节传热学讲稿
pl pv
R
压力
R2pvpl
表面张力
2R
R 2 p v p l 2R
R 2
pv pl
2020-11-27
5
对汽泡存在条件的分析
• 如果忽略液柱高度的影响，对于饱和沸腾有
• 所以，汽泡存在的力学条件为
• 汽泡在液体中存在时，其汽泡内的最低温度
为 压力下的饱和温度 ，而此时液体主体
温
pv
度 也必须t大v 于等于该温度，即
hS 0.67 g rv vd tlwtv s3 v 1/4
2020-11-27
22
膜态换热量的计算
• 由于汽膜热阻较大，而壁温在膜态沸腾时很高，壁面的净换热量除了按沸腾计算外，还有辐射 换热。辐射换热的作用会增加汽膜的厚度，因此不能认为此时的总换热量等于对流换热量与辐 射换热量之和。
• 勃洛姆来建议采用以下超越方程来计算考虑对流换热与辐射换热相互影响在内的复合换热的表 面传热系数
2020-11-27
28
沸腾表面结构对沸腾换热的影响
• 沸腾表面结构不同，换热表面的汽化核心数会有变化，从而影响沸腾换热的强度。 • 要强化沸腾换热，可改变表面的结构，目前常用的方法有： （1）用烧结、钎焊、火焰喷涂、电离沉积等物理与化学的方法在换热表面上造成一层多孔结构； （2）采用机械加工方法在换热管表面上造成多孔结构。
与温差有关（
，此时的温差为
），因而过冷度会使该区域的换热有所增强。
ht1/4
t tw tf
2020-11-27
26
液位高度对沸腾换热的影响
• 在大容器沸腾中，当传热面上的液位高度足够高时，沸 腾换热表面传热系数与液位高度无关。
• 但是当液位高度降低到一定值时，沸腾换热的表面传热 系数会明显地随着液位的降低而升高。这一特定的液位 值称为临界液位。
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。
传热学完整课件PPT课件
（ 1 ）稳态传热过程； （ 2 ）非稳态传热过程。 1 ）稳态传热过程（定常过程）
凡是物体中各点温度不随时间而变的热传递 过程均称稳态传热过程。） 凡是物体中各点温度随时间的变化而变化
的热传递过程均称非稳态传热过程。 各种热力设备在持续不变的工况下运行时
的热传递过程属稳态传热过程；而在启动、停 机、工况改变时的传热过程则属 非稳态传热 过程。
.
❖ 3 ）教育思想发生了本质性的变化 ❖ 传热学课程教学内容的组织和表达方
面从以往单纯的为后续专业课学习服务转 变到重点培养学生综合素质和能力方面， 这是传热学课程理论联系实际的核心。从 实际工程问题中、科学研究中提炼出综合 分析题，对培养学生解决分析综合问题的 能力起到积极的作用。
.
❖ 2 、研究对象
第一章
绪
论
.
§1-0 概 述
一、基本概念 ❖ 1 、传热学 ❖ 传热学是研究热量传递规律的学科。 ❖ 1)物体内只要存在温差，就有热量从物
体的高温部分传向低温部分； ❖ 2)物体之间存在温差时，热量就会自发
的从高温物体传向低温物体。
.
2 、热量传递过程 根据物体温度与时间的关系，热量传递过程 可分为两类：
❖ （ 3 ）非导电固体：导热是通过晶格结构 的振动所产生的弹性波来实现的，即原子、 分子在其平衡位置附近的振动来实现的。
.
❖（ 4 ）液体的导热机理：存在两种不同的 观点：第一种观点类似于气体，只是复杂些， 因液体分子的间距较近，分子间的作用力对 碰撞的影响比气体大；第二种观点类似于非 导电固体，主要依靠弹性波（晶格的振动， 原子、分子在其平衡位置附近的振动产生的） 的作用。
.
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
凡是物体中各点温度不随时间而变的热传递 过程均称稳态传热过程。） 凡是物体中各点温度随时间的变化而变化
的热传递过程均称非稳态传热过程。 各种热力设备在持续不变的工况下运行时
的热传递过程属稳态传热过程；而在启动、停 机、工况改变时的传热过程则属 非稳态传热 过程。
.
❖ 3 ）教育思想发生了本质性的变化 ❖ 传热学课程教学内容的组织和表达方
面从以往单纯的为后续专业课学习服务转 变到重点培养学生综合素质和能力方面， 这是传热学课程理论联系实际的核心。从 实际工程问题中、科学研究中提炼出综合 分析题，对培养学生解决分析综合问题的 能力起到积极的作用。
.
❖ 2 、研究对象
第一章
绪
论
.
§1-0 概 述
一、基本概念 ❖ 1 、传热学 ❖ 传热学是研究热量传递规律的学科。 ❖ 1)物体内只要存在温差，就有热量从物
体的高温部分传向低温部分； ❖ 2)物体之间存在温差时，热量就会自发
的从高温物体传向低温物体。
.
2 、热量传递过程 根据物体温度与时间的关系，热量传递过程 可分为两类：
❖ （ 3 ）非导电固体：导热是通过晶格结构 的振动所产生的弹性波来实现的，即原子、 分子在其平衡位置附近的振动来实现的。
.
❖（ 4 ）液体的导热机理：存在两种不同的 观点：第一种观点类似于气体，只是复杂些， 因液体分子的间距较近，分子间的作用力对 碰撞的影响比气体大；第二种观点类似于非 导电固体，主要依靠弹性波（晶格的振动， 原子、分子在其平衡位置附近的振动产生的） 的作用。
.
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
传热之热传导PPT课件
方向：垂直于等温面，沿 温度增加的方向， 与热量传递的方向 相反
第4页/共18页
热传导
热传导的基本概念和定律
傅立叶定律 热传导的基本定律，表示单位时间内传导的热量与温
度梯度及垂直热流方向的截面积成正比
传热方向和温度梯度相反
导热速率 W
dQ dA t
x
导热面积
温度梯度
物质热导率
m2
W/m•K ➢ 物质的物理性质之一，λ越大,导热越快，导热性能越好
热传导
通过平壁的定态热传导
例 某炉膛由三种材料的平砖构成，内层为耐火砖，厚度为150 mm；中间层为绝热层砖，厚度
为130 mm；外层为普通砖，厚度为230 mm。已知炉内外壁表面温度分别为900 ℃和40 ℃，
求耐火砖与绝热砖之间的温度。（热导率w/(m•℃),：耐火砖1.15，绝热砖0.15，普通砖0.8）
解 示意图如图所示
Q1 Q
900 ℃
t1 t2
t1 t4
b1
b1 b2 b3
40 ℃
1A 1A 2 A 3 A
b1=150 mm
b3=230 mm
b2=130 mm
等号两侧消去A， 代入数据得
t2 812.70C
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热传导
通过圆筒壁的定态热传导
L
dQ dA t
x
模型条件：1. 定态传热，即传热速率为常数，但热通量变化； 2. 圆筒壁长L，内外径为r1、r2； 3. 内外壁温度恒定，分别为t1、t2.
本章章节
第一节 概述（重点） 第二节 热传导（重点） 第三节 对流传热（重点） 第四节 传热过程计算（重点） 第五节 对流传热系数经验关联式 第六节 辐射传热 第七节 换热器
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度t l 也必须大于等于该温度，
即tv
· 所以，汽泡存在的温度条件为 流体必须是过热的。
·由于壁面处流体的温度最高，所 以此处最易产生汽泡。
pl ps
2
R pv ps
tl ts tv
对汽泡存在条件的分析
• 还应该指出，平衡状态的汽泡是很不稳定的。汽泡半径稍 微小于上式所要求的半径，表面张力大于压差，则汽泡内 蒸汽凝结，汽泡瓦解。只有半径大于上式所要求的半径时， 界面上液体不断蒸发，汽泡才能成长。
核态沸腾区的特点
• 当壁面过热度进一步增加时，加热面上开始出现汽泡。
• 开始阶段，汽化核心产生的汽泡彼此互不干扰，称独立汽 泡区；
• 随着壁面过热度的进一步提高，汽化核心数增加，汽泡互 相影响，并会形成汽块或汽柱；
• 在这两个区域中，汽泡的扰动剧烈，换热系数和热流密度 都急剧增大。由于汽化核心对换热起着决定性的影响，这 两区的沸腾统称为核态沸腾（或称为泡状沸腾）。核态沸 腾具有温差小、换热强的特点，所以一般工程应用都设计 在这个范围。核态沸腾的终点即为热流密度最大时对应的 点。
• 管内强制对流换热时，由于产生的 蒸汽混入液流，会出现多种不同形 式的两相流结构，换热机理也很复 杂。右图展示的是竖管内的强制对 流换热。
• 随着流动过程的进行，流动依次出 现单相流、泡状流、块状流、环状 流和单相流。
• 相应的换热会出现未饱和流体的对 流换热、过冷沸腾换热、核态沸腾、 液相对流沸腾、湿蒸汽换热和过热 蒸汽换热。
留下的空间。
• 演示：单个气泡的生成长大过程
气泡存在的条件
• 右图所示为在流体中存在的一 个球形汽泡，它与周围液体处 于力平衡和热平衡条件下。
• 汽泡受力分析如图所示。
• 由于表面张力的作用，汽泡内 的压力必须大于汽泡外的压力。 根据力平衡条件，汽泡内外压 差应被作用于汽、液界面上的 表面张力所平衡，即
孤立气泡区的照片
汽块区的照片
过渡沸腾区域的特点
从峰值点开始进一步提高壁面温度时，会发现换热规律出 现几乎寻常的变化。此时，热流密度不仅不随的温度的升 高而提高，反而是越来越低。这是因为汽泡汇聚覆盖在加 热面上，壁面上生成的气泡不能自由升腾，蒸汽排除的过 程越趋恶化。这种情况一直持续到达到最低热流密度为止。 这段沸腾称为过渡沸腾，是很不稳定的沸腾过程。
• 对流换热表面传热系数也会出现如 图所示的相应变化。
膜态沸腾的特点
随着壁面温度的进一步提高，壁面上已形成稳定 的蒸汽膜层，产生的蒸汽有规律的排列膜层，热 流密度随壁面过热度的增加而增加。此段称为稳 定膜态沸腾区。稳定膜态沸腾区在物理上与膜状 凝结有共同点，不过因为热量必须穿过的是热阻 较大的汽膜，而不是液膜，所以换热系数比凝结 要小得多。
临界热流密度
• 管内强制对流沸腾：流体在管内流动时发生的沸 腾称为管内强制对流沸腾。
气泡动力学简介
气泡动力学简介
气泡成长过程
气泡存在的条件
气泡的成长过程
• 实验表明，在通常情况下，沸腾时汽泡只发生在 加热面的某些点，而不是整个加热面上。这些产 生汽泡的点称为汽化核心。比较普遍的看法是， 壁面上的凹穴和裂缝处易残留气体，是最好的汽 化核心。在汽化核心产生的汽泡，由于受到周围 加热面的加热，汽、液交界面上的液体继续蒸发， 汽泡长大。待汽泡长大到一定的程度后，汽泡受 到的液体浮力超过汽、固间产生的表面张力，汽 泡便脱离加热面，四周的液体来补充汽泡脱离后
第四节 沸腾换热现象
• 概念：当液体与温度高于其相应压力下饱和温度的壁面接 触时，液体在固体壁面会发生沸腾，这时的换热称为沸腾 换热。
• 分类： 1. 依据沸腾时液体温度的高低，沸腾换热可以分为： 饱 和沸腾和过冷沸腾；
2. 根据沸腾空间的大小，沸腾可分为：大容器沸腾和管内 强制对流沸腾
·不管是那种沸腾换热，在液体内部均产生汽泡。因此要了 解沸腾传热，必须先了解汽泡在沸腾过程中的行为，即了 解汽泡动力学方面的知识。这有助于理解影响沸腾换热的 一些因素和强化沸腾换热的措施。
• 在一定壁面过热度条件下，壁面上只有满足上式条件的那 些点，才成为工作的汽化核心。
• 随着壁面过热度的提高，压差的值越来越高。所以汽泡的 平衡半径将递减。因此，壁面温度提高时，壁面上越来越 小的存气凹穴处将成为工作的汽化核心，因此汽化核心数 随壁面过热度提高而增加。
• 关于加热表面上汽化核心的形成及关于汽泡在液体中长大 与运动规律的研究，无论对于掌握沸腾换热的机理以及强 化沸腾换热的表面都具有十分重要的意义。现有的预测沸 腾换热的各种物理模型都是基于对成核理论及汽泡动力学 的某种理解而建立起来的。
• 由此可以得到汽泡在液体中存 在的条件为
pl pv
R
压力
R2pvpl
表面张力
2R
R 2p vp l2 R
2
R pv pl
对汽泡存在条件的分析
• 如果忽略液柱高度的影响，对 于饱和沸腾有
• 所以，汽泡存在的力学条件为
• 汽泡在液体中存在时，其汽泡 内的最低温度为 p v 压力下的饱
和温度t v ，而此时液体主体温
各种沸腾换热的定义
• 饱和沸腾：流体主体温度达到饱和温度 t s ，壁面
温度t 腾。
w
高于饱和温度时所发生的沸腾称为饱和沸
• 过温腾度。冷t沸w 高腾于：饱流和体温主度体时温所度发低生于的饱沸和腾温称度为t s 过，冷壁沸面
• 大空间沸腾：加热面沉浸在具有自由表面的液体 中所发生的沸腾称为大空间沸腾换热。
大气压力下饱和沸腾的分析
• 演示：大气压力下大空间饱和沸腾过程 • 第一个区域：自然对流区； • 第二个区域：核态沸腾区； • 第三个区域：过渡沸腾区； • 第四个区域：稳定的膜态沸腾区。
自然对流区的特点
壁面过热度较小时（ t 5℃），加热面上不产生 汽泡，只有被加热表面加热的液体向上升浮，该 区域称为自然对流区，此时的换热遵从单项流体 的对流换热规律。
• 定义：核态沸腾终点时所对应的热流密度称为临 界热流密度。用符号 qmax 表示。
• 意义：对于依靠控制热流密度来改变工况的加热 设备（如电加热器、对冷却水加热的核反应堆等 设备）， 临界热流密度是最大值，是不能超过的， 否则，设备将有被烧毁的危险。
• 有时临界点也被称为“烧毁点”。
管沸腾简介内
即tv
· 所以，汽泡存在的温度条件为 流体必须是过热的。
·由于壁面处流体的温度最高，所 以此处最易产生汽泡。
pl ps
2
R pv ps
tl ts tv
对汽泡存在条件的分析
• 还应该指出，平衡状态的汽泡是很不稳定的。汽泡半径稍 微小于上式所要求的半径，表面张力大于压差，则汽泡内 蒸汽凝结，汽泡瓦解。只有半径大于上式所要求的半径时， 界面上液体不断蒸发，汽泡才能成长。
核态沸腾区的特点
• 当壁面过热度进一步增加时，加热面上开始出现汽泡。
• 开始阶段，汽化核心产生的汽泡彼此互不干扰，称独立汽 泡区；
• 随着壁面过热度的进一步提高，汽化核心数增加，汽泡互 相影响，并会形成汽块或汽柱；
• 在这两个区域中，汽泡的扰动剧烈，换热系数和热流密度 都急剧增大。由于汽化核心对换热起着决定性的影响，这 两区的沸腾统称为核态沸腾（或称为泡状沸腾）。核态沸 腾具有温差小、换热强的特点，所以一般工程应用都设计 在这个范围。核态沸腾的终点即为热流密度最大时对应的 点。
• 管内强制对流换热时，由于产生的 蒸汽混入液流，会出现多种不同形 式的两相流结构，换热机理也很复 杂。右图展示的是竖管内的强制对 流换热。
• 随着流动过程的进行，流动依次出 现单相流、泡状流、块状流、环状 流和单相流。
• 相应的换热会出现未饱和流体的对 流换热、过冷沸腾换热、核态沸腾、 液相对流沸腾、湿蒸汽换热和过热 蒸汽换热。
留下的空间。
• 演示：单个气泡的生成长大过程
气泡存在的条件
• 右图所示为在流体中存在的一 个球形汽泡，它与周围液体处 于力平衡和热平衡条件下。
• 汽泡受力分析如图所示。
• 由于表面张力的作用，汽泡内 的压力必须大于汽泡外的压力。 根据力平衡条件，汽泡内外压 差应被作用于汽、液界面上的 表面张力所平衡，即
孤立气泡区的照片
汽块区的照片
过渡沸腾区域的特点
从峰值点开始进一步提高壁面温度时，会发现换热规律出 现几乎寻常的变化。此时，热流密度不仅不随的温度的升 高而提高，反而是越来越低。这是因为汽泡汇聚覆盖在加 热面上，壁面上生成的气泡不能自由升腾，蒸汽排除的过 程越趋恶化。这种情况一直持续到达到最低热流密度为止。 这段沸腾称为过渡沸腾，是很不稳定的沸腾过程。
• 对流换热表面传热系数也会出现如 图所示的相应变化。
膜态沸腾的特点
随着壁面温度的进一步提高，壁面上已形成稳定 的蒸汽膜层，产生的蒸汽有规律的排列膜层，热 流密度随壁面过热度的增加而增加。此段称为稳 定膜态沸腾区。稳定膜态沸腾区在物理上与膜状 凝结有共同点，不过因为热量必须穿过的是热阻 较大的汽膜，而不是液膜，所以换热系数比凝结 要小得多。
临界热流密度
• 管内强制对流沸腾：流体在管内流动时发生的沸 腾称为管内强制对流沸腾。
气泡动力学简介
气泡动力学简介
气泡成长过程
气泡存在的条件
气泡的成长过程
• 实验表明，在通常情况下，沸腾时汽泡只发生在 加热面的某些点，而不是整个加热面上。这些产 生汽泡的点称为汽化核心。比较普遍的看法是， 壁面上的凹穴和裂缝处易残留气体，是最好的汽 化核心。在汽化核心产生的汽泡，由于受到周围 加热面的加热，汽、液交界面上的液体继续蒸发， 汽泡长大。待汽泡长大到一定的程度后，汽泡受 到的液体浮力超过汽、固间产生的表面张力，汽 泡便脱离加热面，四周的液体来补充汽泡脱离后
第四节 沸腾换热现象
• 概念：当液体与温度高于其相应压力下饱和温度的壁面接 触时，液体在固体壁面会发生沸腾，这时的换热称为沸腾 换热。
• 分类： 1. 依据沸腾时液体温度的高低，沸腾换热可以分为： 饱 和沸腾和过冷沸腾；
2. 根据沸腾空间的大小，沸腾可分为：大容器沸腾和管内 强制对流沸腾
·不管是那种沸腾换热，在液体内部均产生汽泡。因此要了 解沸腾传热，必须先了解汽泡在沸腾过程中的行为，即了 解汽泡动力学方面的知识。这有助于理解影响沸腾换热的 一些因素和强化沸腾换热的措施。
• 在一定壁面过热度条件下，壁面上只有满足上式条件的那 些点，才成为工作的汽化核心。
• 随着壁面过热度的提高，压差的值越来越高。所以汽泡的 平衡半径将递减。因此，壁面温度提高时，壁面上越来越 小的存气凹穴处将成为工作的汽化核心，因此汽化核心数 随壁面过热度提高而增加。
• 关于加热表面上汽化核心的形成及关于汽泡在液体中长大 与运动规律的研究，无论对于掌握沸腾换热的机理以及强 化沸腾换热的表面都具有十分重要的意义。现有的预测沸 腾换热的各种物理模型都是基于对成核理论及汽泡动力学 的某种理解而建立起来的。
• 由此可以得到汽泡在液体中存 在的条件为
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R
压力
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表面张力
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对汽泡存在条件的分析
• 如果忽略液柱高度的影响，对 于饱和沸腾有
• 所以，汽泡存在的力学条件为
• 汽泡在液体中存在时，其汽泡 内的最低温度为 p v 压力下的饱
和温度t v ，而此时液体主体温
各种沸腾换热的定义
• 饱和沸腾：流体主体温度达到饱和温度 t s ，壁面
温度t 腾。
w
高于饱和温度时所发生的沸腾称为饱和沸
• 过温腾度。冷t沸w 高腾于：饱流和体温主度体时温所度发低生于的饱沸和腾温称度为t s 过，冷壁沸面
• 大空间沸腾：加热面沉浸在具有自由表面的液体 中所发生的沸腾称为大空间沸腾换热。
大气压力下饱和沸腾的分析
• 演示：大气压力下大空间饱和沸腾过程 • 第一个区域：自然对流区； • 第二个区域：核态沸腾区； • 第三个区域：过渡沸腾区； • 第四个区域：稳定的膜态沸腾区。
自然对流区的特点
壁面过热度较小时（ t 5℃），加热面上不产生 汽泡，只有被加热表面加热的液体向上升浮，该 区域称为自然对流区，此时的换热遵从单项流体 的对流换热规律。
• 定义：核态沸腾终点时所对应的热流密度称为临 界热流密度。用符号 qmax 表示。
• 意义：对于依靠控制热流密度来改变工况的加热 设备（如电加热器、对冷却水加热的核反应堆等 设备）， 临界热流密度是最大值，是不能超过的， 否则，设备将有被烧毁的危险。
• 有时临界点也被称为“烧毁点”。
管沸腾简介内