No.02 0928 1 绪论传热学
第1章-传热学绪论
热流密度大约达到2.5×105W/m2，机翼前缘和头锥帽上的温度高达 1650℃！ —除此之外还必须能够经受太阳紫外线、高能粒子和微陨石可能的撞击 石油工程传热学
• 微电子： 电子芯片冷却，CPU风扇 • 生物医学：肿瘤高温热疗；组织与器官的 冷冻保存 • 军事：飞机、坦克；激光武器；弹药贮存 • 制冷：跨临界二氧化碳汽车空调 / 热泵； 高温水源热泵 • 新能源：太阳能；燃料电池
石油工程传热学
§1-2 传热学在石油工程中的应用
目前在石油工业中导致传热学的地位和作用越来越重要 的背景有两个：
高粘、高凝原油的开发 我国油田开发的由浅到深、由易到难的开发过程
高粘高凝原油是我国的重要油气资源，分布广、储量大，
预测我国的稠油在80亿吨以上。 开发稠油时的主要问题是高粘度导致的流动性差
石油工业既是产能大户，也是耗能大户，其中油气生产 中的能耗费用在生产成本中约占20%～50%
现在石油石化总公司对各油田公司的成本控制很严，而 油田沿袭下来的传统是管理粗放、工艺落后、设备陈旧
要实施可持续发展战略，必须降低成本，提高效益，为
此应该狠抓节能降耗，其中许多问题都与传热学有直接
的关系
造缝能力和滤失速度等
石油工程传热学
采油中举升工艺的设计也存在设类似的问题，温度
主要通过影响原油物性而影响到其流动规律的，因
此许多举升工艺的设计计算都离不开井筒内温度场
的计算
如电潜泵举升技术、水力活塞泵举升技术、水力射
流泵采油系统的设计和计算，都离不开温度场的计
算。这需要传热学的知识
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
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 。
(完整PPT)传热学
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
传热学绪论
• （ 2 ）导电固体：其中有许多自由电子， 它们在晶格之间像气体分子那样运动。自 由电子的运动在导电固体的导热中起主导 作用。
• （ 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 。
v（ 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。
•（1-12）
传热系数的表达式揭示了传热系数的构成，即 它等于组成传热过程诸环节的 、 及 之和的倒数。如果对式（1-12）取倒数 ，还可理解得更深刻些。此时
•（1-13）
•或 •（1-14 ）
•此式与欧姆定律
比较，
具有电
阻之功能。
•由此可见：传热过程热阻是由各构成环节
的热阻组成。
•串联热阻叠加原则：在一个串联的热量传
•式中， 称为传热系数，单位为 。
4 传热系数的概念
是指用来表征传热过程强烈程度的指标。 数值上等于冷热流体间温差 ℃， 传热面积 时热流量的值。 K 值越大，则传热过程越强，反之，则弱 。其大小受较多的因素的影响： ①参与传热过程的两种流体的种类； ②传热过程是否有相变
• 说明：若流体与壁面间有辐射换热现象， 上述计算未考虑之。要计算辐射换热，则 ：表面传热系数应取复合换热表面传热系 数，包含由辐射换热折算出来的表面传热 系数在内。其方法见 8 - 4 节。 •传热系数的表达式为:
•由前可知，热力学的研究方法仍是如此， 但是热力学虽然能确定传热量（稳定流能量 方程），但不能确定物体内温度分布。
传热学-绪论
5. 导热是物质的属性 导热可以在固体、液体、气体中发生 。 在引力场下单纯的导热只发生在密实固体中。液 体和气体导热发生时，它们的内部必须没有宏观 的相对位移。
传热学 / 绪论
6. 热量传递方程
Φ
A
t1 t2
t2 t1
Φ A
dt Φ A dx
传热学 / 绪论
量。
传热学 / 绪论
2、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。
(3) 由于流体的粘性和受壁面摩擦阻力的影响，紧 贴壁面处会形成速度\温度梯度很大的边界层。
tf
tw
Φ
传热学 / 绪论
5、对流换热的分类
流动起因：强迫对流和自然对流 （单相流体对流） 是否相变：沸腾换热（液体受热沸腾）和凝结换热 （蒸汽遇冷凝结）
传热学 / 绪论
6、对流换热的基本计算公式
hA(tw t f )
二、对流换热
1、举例 烧杯 加热 水
2、对流（热对流）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。 3、对流换热定义 流体流过固体壁面时所发生的热传递过程。
传热学 / 绪论
4、对流换热特点 （1） 是导热（微观热运动）与热对流（宏观热运动） 同时存在的复杂热传递过程。 （2） 必须有直接接触（流体与壁面）和宏观运动； 也必须有温差。
传热学 / 绪论
三、传热学的应用
(1)自然界中的例子
• 若房间里气体的温度在夏天和冬天都保持20度，那么 为什么在冬天和夏天人在房间内所穿的衣服厚度不一 样？
• 北方寒冷地区，建筑房屋都是双层玻璃，以利于保温 。如何解释其道理？
第十四讲 传热学绪论
例题 ：13-1 水壶壶底的传热问题，已知壶底直径，底厚， 所装冷水的温度。铝的导热系数、传热热流量 ，壶内壁对冷水的换热系数，求壶底外壁的 温度。
例13-2： 柴油机气缸内燃气对缸外冷却水的传热问题。 求传热过程的总比热阻及各分比热阻、通过 缸壁的热流密度。
第一章 传热学的研究对象
传热学： 研究由温差引起的热量传递规律的科学。 任务： 满足或确定设备所应有的热传递速率。 确保设备所要求的温度分布。 研究方法： 以实验的办法，得出热传递规律和计算公式。
第二节 热传递的三种方式
海水蒸发中所包含的热传递方式： 辐射 热传导 传质 热对流 三种基本的传热方式 热传导：不同温度的物体或同一物体不同温 度的各部分。
(2)通过气缸壁的导热热流量
Q2 A t1 t 2
(3)气缸外壁与水之间的对流换热量
Q3 2 A t2 t f 2
温度不随时间而变的情况下，
Q1 Q2 Q3 Q
进而，可得
Q kAt f 1 t f 2
传热系数： k 1 1 1 2 热流密度：
一、导热公式 单位时间内通过平壁的热量与导热物体的横 截面以及平壁两侧的温差成正比，与平壁厚 度成反比。
Q A t1 t 2
导热系数： 表示以导热方式进行热传递 的速率。
Q t1 t 2 A t1 t 2 R
导热热阻：
R A
二、对流换热公式 牛顿冷却定律： Q At
2
2
tf 2
Q t 2 t f 2 1 2 A t 2 t f 2 R 2
传热学 第1章 绪论
q1
1
t w1
tw2
热量传递的基本方式
1. 热传导(Heat conduction /conduction heat transfer)
1.3 例题
解：这是通过大平壁的一维稳态导热问题 。
纯铜板:
q1
1
tw1 tw2
398W
/(m K ) 50K 0.010m
1.99106W
/ m2
黄铜板:
● 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？
● 北方寒冷地区，建筑房屋都是双层玻璃，以利于保温。如何解释其道理？ 越厚越好？
概述
六、传热学应用实例
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…
第1次课结束
热量传递的基本方式
热传导 热对流 热辐射
实际的热量传递过程都是以这三种方式进行的，或者 只以其中的一种热量传递方式，但很多情况都是以两种或 三种热量传递方式同时进行。
热量传递的基本方式
1. 热传导(Heat conduction /conduction heat transfer)
量传递现象。
热对流只能发生在流体之中，而且必然伴随有微观粒子热运动产生 的导热。
流体与固体表面之间的热量传递是热对流和导热两种基本传热方式 共同作用的结果，这种传热现象在传热学中称为对流换热。
1.1 定义 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称为热传导（简称导热）。
导热现象既可以发生在固体内部，也可发生在静止的液体和气体之中。 ● 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 ● 在引力场下单纯的导热只发生在密实固体中
《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-第1章-绪论
第 1 章 绪论
第1章 绪论
内容要求： 内容要求：
传热学的研究内容； 传热学的研究内容； 热量传递的三种基本方式； 热量传递的三种基本方式； 传热过程和传热系数； 传热过程和传热系数； 传热学的发展简史； 传热学的发展简史； 传热学的研究方法。 传热学的研究方法。
1.1 传热学的研究内容及其在科学 技术和工程中的应用
1.2.2 热对流（convection） ）
1. 热对流和对流换热 （1）热对流 ）
是指由于流体的宏观运动而引起的流体各部分之间发生 是指由于流体的宏观运动而引起的流体各部分之间发生 流体 相对位移时，冷热流体相互掺混所引起的热量传递过程 所引起的热量传递过程。 相对位移时，冷热流体相互掺混所引起的热量传递过程。
1.1.1 传热学的研究内容
1. 传热学（heat transfer） ） 是研究由温差引起的热量传递规律的科学。 是研究由温差引起的热量传递规律的科学。
1.1.2 传热学研究中的连续介质假设
假设所研究的物体中的温度、密度、速度、 假设所研究的物体中的温度、密度、速度、 空间的连续函数。 压力等物理参数都是空间的连续函数 压力等物理参数都是空间的连续函数。
自然对流换热
室内暖气片周围气体的自然对流
地面热气体的上升
强制对流换热
汽车发动机冷却
室内外冷热空气的换热
物体表面的形状， 物体表面的形状，大小和布置
d
管内流动
外部绕流
有相变换热：沸腾换热， 有相变换热：沸腾换热，凝结换热
加热热水沸腾
冷凝器内过热蒸汽的冷凝
几种对流传热过程表面传热系数的数值大致范围
T1
T2
2. 热辐射的特点 （1）可以不依靠中间介质，在真空中传播。 ）可以不依靠中间介质，在真空中传播。 （2）所有温度大于 0K 的实际物体都具有发射 ） 热辐射的能力。 热辐射的能力。 （3）热辐射过程中不仅有能量的传递， ）热辐射过程中不仅有能量的传递， 而且有能量形式的转化。 而且有能量形式的转化。
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。
传热学知识点课件.doc
传热学知识点课件.doc一、引言同学们，今天咱们要一起来探索一个神奇又有趣的领域——传热学！你们有没有想过，冬天为啥我们在屋里会感觉暖和，而夏天在太阳下暴晒就会很热？还有，为啥妈妈做饭的时候，锅里的热会传到食物里？这些生活中的现象其实都和传热学有关。
就拿我前几天的一次经历来说吧。
那天我在家里煮鸡蛋，水在锅里咕嘟咕嘟地沸腾着，热气腾腾。
我就好奇地盯着那个锅，心想这热到底是咋从火传到水里，又传到鸡蛋里的呢？这就是传热学在我们日常生活中的一个小体现。
二、传热的基本方式传热主要有三种基本方式，分别是热传导、热对流和热辐射。
先来说说热传导。
热传导就像是一群排着队传递消息的小朋友，一个接一个，热量从高温的地方顺着物体向低温的地方传递。
比如说，咱们冬天握着一根铁棍，手会感觉很冷，这就是因为热量从咱们热乎乎的手通过铁棍传到了温度更低的空气中。
热对流呢，就好比是一群调皮的小精灵在跳舞。
当流体（比如空气、水）有了温度差，它们就会流动起来，带着热量一起动。
想象一下，夏天吹风扇，风带走了我们身上的热量，让我们感觉凉快，这就是热对流在起作用。
热辐射可就厉害了，它不需要任何介质，就像超人一样，能直接“飞”过去。
太阳的热量就是通过热辐射传到地球上来的。
哪怕在真空中，热辐射也能畅通无阻。
三、热传导的计算热传导的计算有个公式，就像一把神奇的钥匙，能帮我们解开很多传热的谜题。
咱们来看这个公式：＄Q ＝ kA\frac{dT}｛dx}＄。
这里的 Q 表示热流量，k 是导热系数，A 是传热面积，dT/dx 是温度梯度。
举个例子，假如有一块铁板，厚度是 5 厘米，一面的温度是 100 摄氏度，另一面是 50 摄氏度，铁板的导热系数是 50 W/（m·K)，面积是1 平方米。
那通过这块铁板的热流量是多少呢？咱们把数字代入公式算算看，就能得出答案啦。
四、热对流的类型热对流也有两种类型，分别是自然对流和强制对流。
自然对流就像是个自由散漫的家伙，它是由于流体内部温度不均匀，导致密度不同，从而引起的流动。
传热学第一章 绪论
主 讲： 杨 德伟
第一章 绪 论
第一节 概 述
•传 热：由于温差而引起的能量的转移。 •传热学：研究热量传递规律的一门学科。
一、传热学与热力学的区别：
（1）研究工质不一样；（热：气体；传：固、液、气） （2）热力学研究可逆过程，无温差传热；而传热学则是温差
传热，为不可逆过程。 （3）热力学研究热量和功之间的相互转换关系，而传热学则
Q A
c
t
对流换热系数， W m2 C
A 与流体接触的壁面面积
3. 热辐射(radiation heat transfer)
1）定义：由于温度的原因而导致的能量辐射。 （2）特征：
❖有能量形式间的转化：热能－辐射能－热能 ❖不需直接接触 ❖T>0就有能量辐射 ❖与绝对温度呈4次方关系
（3）辐射力的计算公式（四次方定律）
Q A tw1 tw2 A t
式中：A——垂直于导热方向的截面积，m2 δ——平壁厚度，m λ－导热系数（热导率），w/（m 。с） Q 热流量（导热量）W
q Q t (w / m2 ) A
q 热流密度
2. 热对流（convection heat transfer）
（1）热对流：
流体的各部分之间由于相对宏观位移而引起的热量传递。
分析室内热量传给室外的热传递过程α，tf1
（1）室内→内墙：对流换热，热辐射
（2）内墙→外墙：导热 （3）外墙→大气：对流换热，热辐射
Q
tw1 tw2
三种热量传递方式：导热、对流和热辐射 1. 导热（热传导）conduction heat transfer
α2 tf2
（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
传热学-第一章
教 师：常国峰 联系方式：changguofeng@
crxnrjcsjs@ b204a112
参考书
教材: 《传热学》 杨世铭、 陶文铨编著，第三版
《传热学》 章熙民 第五版
考核方法
平时成绩: 作业、出勤 30% 期末考试: 70%
传热学的地位
A dx
说明：傅立叶定律又称导热基本定律，式（1-1）、（1-2） 是一维、稳态导热时傅立叶定律的数学表达式。
• d ）导热系数λ • 表征材料导热性能优劣的参数，是物性参数，单位：w/(m·k) 。
不同材料的导热系数值不同，即使同一种材料导热系数值与温度 等因素有关。
金属 非金属固体 液体 气体
排气带走的热量： 5%
需要冷却的热量： 45%
工作温度：60℃～80℃
Hale Waihona Puke 燃料电池机械能：33%
排气带走的热量： 33%
需要冷却的热量： 33%
工作温度：100℃～120℃
传统内燃机
动力蓄电池热管理
进风口 离心风扇
风道
电池组
出风口
5 传热过程的分类（从热量传递的角度）
稳 态: 系统中各点的温度不随时间而改变的过程； 非稳态: 系统中各点的温度随时间而变化；
(2) 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) 在传统汽车中的应用 热应力、热变形、材料性质的改 变、材料工作特性的改变、节能 、舒适
内燃机水冷系统 内燃机风冷系统
§1-1概 述
1.传热学研究内容
传热学是研究热量传递规律的学科，研究热量传递的机理、 规律、计算和测试方法。 热量传递过程的推动力：温差
传热学--绪论
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传热学——绪论
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传热学绪论
传热学绪论ht0.doc绪论１绪论传热学是研究热量传递过程规律的科学。
自然界和生产过程中，到处存在温度差，热量将自发地由高温物体传递到低温物体，热传递就成为一种极为普遍的物理现象。
因此，传热学有着十分广泛的应用领域。
就各类工业领域而言，诸如，锅炉和换热设备的设计以及为强化换热和节能而改进锅炉及其他换热设备的结构；化学工业生产中，为维持工艺流程的温度，要求研究特定的加热、冷却以及余热的回收技术；电子工业中解决集成电路或电子仪器的散热方法；机械制造工业测算和控制冷加工或热加工中机件的温度场；交通运输业在冻土地带修建铁路、公路；核能、航天等尖端技术中也都存在大量传热问题需要解决；太阳能、地热能、工业余热利用及其他可再生能源工程中高效能换热器的开发和设计等；应用传热学知识指导强化传热或削弱传热达到节能目的；其他如农业、生物、医学、地质、气象、环境保护等部门，无一不需要传热学。
因此，传热学已是现代技术科学的主要技术基础学科之一。
近几十年来，传热学的成果对各部门技术进步起了很大的促进作用，而传热规律的深入研究，又推动了学科的迅速发展。
在建筑领域，我国建筑消耗的能源与社会全部能源之比，已经接近1/3，而建筑供热能耗占到其中的1/2，现有的400多亿平方米（2006年）建筑中95%左右是高能耗，单位建筑面积采暖能耗相当于相同气候地区发达国家的2-3倍。
即使是新建的，也有50%是高能耗。
这种现状，使“建筑节能”已经成为十分紧迫的问题。
因此，从2005年开始，国内所有新建筑工程，都被强制要求在以往的能源消耗水平上节约65%。
几百亿平方米的旧建筑，也要逐步进行改造，达到节能的要求，这是新时代的巨大工程，为实现节能所采取的技术措施必然涉及传热学知识。
例如各种建筑围护结构材料、门窗、供热设备管道的保温材料等的研制、生产、施工及其热物理性质的测试、热损失的分析计算；热源和冷源设备的选择、配套和合理有效利用；供热通风空调及燃气产品的开发、设计和实验研究；各类采暖散热器和换热器的设计、选择和性能评价；建筑物的热工计算和环境保护等等。
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(3) 辐射换热：物体间靠热辐射进行的热量交换，它与单纯的热辐射不
同，就像对流和对流换热类似。
(4) 辐射换热的特点
不需要中间介质,可以在真空中传播； 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
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
自然界中的物体(T> 0K)都在不停的向空间发出热辐射，同时又不断的 吸收其他物体发出的辐射热。
辐射换热是一个动态过程，当物体与周围环境温度处于热平衡时，辐射 换热量为零，但辐射与吸收过程仍在不停的进行，只是辐射热与吸收热 相等。
2015-5-29
19
4 (5) 两黑体表面间的辐射换热(参见图1－9)： A (T14 T2 )
t
t w1
dt
dx
金属 非金属固体 液体 气体
3) 一维稳态导热及其导热热阻 如图右图所示，稳态 q = const，于是
0
Q
tw2
x
积分Fourier定律有
t w1
Q
tw2
q dx
0
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tw2
tw1
dt q
tw1 tw2
21
、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？
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22
、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？
2015-5-29
23
、试分析暖气片的散热过程，各环节有那些热量传递方 式?
2015-5-29
A
以上结果在§2-3 节中会进一步说明。
8
review
4) 一维稳态导热及其导热热阻，
t
t w1
dt
dx
q
t w1 tw2 tw1 tw2
t r t R
w/m2
Q
tw2
Φ
A
w
R
r
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A
0
x
导热热阻
单位导热热阻
t w1
（1-13）
或
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1 1 1 Ak Ah1 A Ah2
（1-14）
35
此式与欧姆定律 I U / R 比较， 1 / Ak 具有电 阻之功能。 由此可见：传热过程热阻是由各构成环节的热阻组成。
串联热阻叠加原则： 在一个串联的热量传递过程中，如果通过各个环节 的热流量都相等，则串联热量传递过程的总热阻等 于各串联环节热阻之和。
(1) 基本概念 1）辐射和热辐射 物体通过电磁波来传递能量的方 式称为辐射。因热的原因而发出辐 射能的现象称为热辐射。 2）辐射换热 辐射与吸收过程的综合作用造成 了以辐射方式进行的物体间的热量 传递称辐射换热。
2015-5-29 17
(2) 热辐射的研究方法：
黑体 修正（黑度） 实际物体
黑体的 定义
也可 f 1 t f 2 ) Akt
（1-11）
式中， 称为传热系数，单位为 W/ m 2 K 。
2015-5-29 32
k
二、传热系数 1 、概念
是指用来表征传热过程强烈程度的指标。数值上等 于冷热流体间温差 t 1 ℃，传热面积 A 1m2 时热流量的值。
2015-5-29
27
§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。
2015-5-29
28
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。
学好传热 学的标志
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39
每周三 交作业
2015-5-29 40
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Quick Review：
1 三种传热方式及各自的特点和公式：
(1) 导热 Fourier 定律：
A
(2) 对流换热
Newton 冷却公式： (3) 热辐射
dt dx
Ah t
Stenfan-Boltzmann 定律：
A T 4
当别人寄贺卡或小礼物给你的时候，要及时回复感谢信。
review
dt
Q
x
0 说明： 热流量Φ —— 单位时间内通过某一给定面积的热量称为热流量，记为Φ，单位W。 热流密度（面积热流量） q —— 单位时间内通过单位面积的热量称为热流密度，记为q ，单位 W/m2。
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dt Φ A dx
W
7
review
2) 导热系数 表征材料导热能力的大小，是一种物性 参数，与材料种类和温度有关。
Q
tw2
A
图1-3 导热热阻的图示
9
导热
定义
§1-1 热量传递的三种基本方式
对流 辐射
属性
特点
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10
2 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。
传热系数的表达式为:
k
1 1 1 h1 h2
（1-12）
34
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理解：
传热系数的表达式揭示了传热系数的构成，即它等于 组成传热过程诸环节的 1/ h1 、 / 及 1/ h2 之和的 倒数。如果对式（1-12）取倒数，还可理解得更深刻些。 此时
1 1 1 k h1 h2
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12
定义：
1 ）自然对流： 由于流体冷热各部分的密度不同而引起流体的流动。 如：暖气片表面附近受热空气的向上流动。 2 ）强制对流： 流体的流动是由于水泵、风机或其他压差作用所造成的。 3 ）沸腾换热及凝结换热： 液体在热表面上沸腾及蒸汽在冷表面上凝结的对流换热， 称为沸腾换热及凝结换热（相变对流沸腾）。
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29
3 、传热过程的计算
针对稳态的传热过程，即 Φ=const 如图 1- 3 ，其传热环节有三种情况， 则其热流量的表达式如下：
Ah1 t f 1 t w 1 A
（ a） （ b） （c）
30
t w1 t w 2
Ah2 t w 2 t f 2
T1
T2
T14
图1－9 两黑体表面间的 辐射换热
T24
4 q12 (T1
4 T2 )
公式（1－9）只需记忆，因为用我们现在所学的知识还不能推导出来。
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、冬天，经过在太阳地下晒过的棉被盖起来觉得更暖和， 并且拍打以后效果会更好，为什么?
2015-5-29
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2 传热过程的定义、传热过程分析、热阻的概念和分析方法？
1 Rh1 Ah1
R A
Rh 2
1 Ah2
传热过程
热阻和热阻分析法
Φ
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(t f 1 t f 2 ) Rh1 R Rh 2
换热量
38
3 导热系数、表面传热系数、Stefan-Boltzmann常数 ？ 4 稳态传热和非稳态传热的特点及区别？ 5 学会对日常生活及工业中的传热过程进行分析。
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3
review
从微观角度分析气体、液体、导电固体与非金属固体的导
热机理。
气体中：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，不同能量水平的分子相互碰撞，使热能 从高温传到低温处。
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4
review
导电固体：其中有许多自由电子，它们在晶格之间像 气体分子那样运动。自由电子的运动在导电固体的导 热中起主导作用。
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将式（a）、（b）、（c）改写成温差的形式：
t f 1 t w1 t w1 t w 2 tw2 t f 2
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Ah1 A / Ah2
（ d） （e）
（ f）
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三式相加，整理可得:
A(t f 1 t f 2 ) 1 1 h1 h2
振动，原子、分子在其平衡位置附近的振动产生的）的作用。
说明：在传热学中，只研究导热现象的宏观规律。
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(2) 导热的基本定律： 1) 导热的基本定律( Fourier 定律)： 1822年，法国数学家Fourier:
q Φ dt A dx W 2 m
t dx
(5) 对流换热热阻 t t t t Φ q 1 (hA) Rh 1 h rh
Rh 1 (hA) [ C W ]
rh 1 h [m2 C W ]
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图1－6
15
导热
§1-1 热量传递的三种基本方式
定义 属性 特点
对流 辐射
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16
3 热辐射
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(3) 对流换热的基本计算公式——牛顿冷却公式