No.01 0926 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
No.01 0926 1 绪论传热学祥解
《对流换热》V. S. 阿巴兹
《凝结和沸腾》施明恒等编著
《数值传热学》陶文铨编著
《辐射换热》余其铮编著
2020/9/15
3
参考书
王秋旺, 曾敏编著. 《传热学——要点与解题》. 西安交通大学出版社，2006.
胡小平, 任海峰编著. 《传热学考试要点与真题精解》. 国防科技大学出版社, 2007.
、置于室外的冷库应该是什么颜色（深或浅）的比较好？ 有人说，外表是白色的冰箱（白色家电）比外表是绿色 的冰箱省电。你是否同一这个观点？
2020/9/15
18
、冬季沙漠中的变色龙身体迎着太阳的一侧变深，而另 一测变浅，为什么？
2020/9/15
19
3 传热学应用实例(续)
集成电路芯片
20世纪70年代
生物医学：肿瘤高温热疗； 生物芯片； 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
4 传热过程的分类
稳
非
态
稳
态
t
800 C
0 2020/9/15
20 C
Q
x
t
突然加 热到 800C
0
20 C
x 22
5 学习目的 通过学习能熟练掌握传热过程的基本规
如：固体与固体之间及固体内部的热量传递。
2020/9/15
25
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。
2020/9/15
大学传热学第一章 绪论
传热过程中的温度分布
• 稳态传热过程——热量传递过程中温度不随时间变化的传 热过程。
• 非稳态传热过程——热量传递过程中温度随时间变化的传 热过程。
• 一维传热过程——传热过程中热量只在一个方向进行。 • 多维传热过程——热量在多个方向传递的过程。
第一节 热量传递的三种基本方式
• 导热 • 热对流（对流） • 热辐射（热辐射）
传热学
第一章 绪论
• 传热学是研究热量传递规律的科学。 • 有温差的地方就会有传热。 • 热量传递具有方向性——从高温到低温。 • 热量传递的基本方式有三种——导热、热对流和辐射。
传热学的应用的实例
• 食品加工 • 航天飞行器表面的冷却 • 稠油开采 • 电子器件的冷却 • 生物工程 • 能源动力 • 交通运输
• 实例：两个非接触物体之间的热量传递；火焰的 热量传递；太阳辐射等等。
• 计算：斯忒藩－玻耳兹曼定律。
斯忒藩－玻耳兹曼定律
AT 4
Ac 0
T 100
4
5.67108W /m2 K 4
第二节 传热过程和传热系数
• 定义：热量由壁面一侧的流体通过壁面传给另一侧流体的 过程称为传热过程。
• 模拟法：利用同类现象可比拟的特点，用已知现 象的规律模拟所要研究的现象。
• 实验法：通过试验的方法来获得所要研究问题解 的方法。
第三节 传热学发展简史
• 本节内容请同学自学。
• 实例：由墙壁隔开的室内外空气间的传热。 • 计算：传热方程
传热方程
kAt t
f1
1
At t
1/ h / 1/ h
f1
f2
1
2
传热学的研究方法
• 解析法：首先建立所研究问题的数学描写，然后 应用解析数学的方法，求解该问题。
传热学第一章 绪论
学着重于单位时间的换热量（W）。
二、传热学课的重要性
a 日常生活中：
冰箱和电视机放置 暖气片的设计 保温温度的选择
b 石油工业中: 输油管道（埋深、保温） 稠油开采（注蒸汽）
三、两种热传递过程
稳态过程：温度不随时间变化
Q1 A1 bT14 ,
Q2 A2 bT24
Q1,2 A1 bT14 A2 bT24 A b (T14 T24 )
第三节 热阻的概念
公式Q A tw1 tw2 A t 及
公式Q c A（tw t f）
可改写成公式Q t t 及 （A） R
（3）辐射力的计算公式（四次方定律）
Eb bT 4 b — 斯蒂芬 波尔兹曼常数，5.6710-8 W m2 K 4
T — 黑体的绝对温度, K
对于非黑体，E bT 4 — 黑度（发射率）
以上讲的是热辐射，而不是辐射换热。
（4）辐射换热
tw1
tf
tw2
透明气体
考虑两个无限大平板的 辐射换热（黑体）
微观粒子的热运动而产生的热量传递。
（2）特征：
a. 物体间无相对位移；
t1
b.物体间必须相互接触； b.没有能量形式的转化。
Q
t2
（3）导热量的计算
δ
x
如上图所示的大平壁，若其两侧壁面各点温度保持不变，
分别保持为tw1及tw2，且，则热量将从tw1一侧传向tw2一侧。此 时通过大平壁的热流量Q可表示为：W
（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。
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。
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
1传热学第一章课件
辐射换热：物体间靠热 辐射进行的 热量传递
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 力学： tm , Q
传热学：过程的速率
水，M2
20oC
t = f ( x , y , z , ); Q = f ( )
传热学研究内容 热量传递的机理和速率、温度 场的变化
传热学的工程应用
1、 强化传热：即在一定的 条件下， 增加 所传递 的热量。 如热水的 搅拌冷 却
2 、 削弱传热，也称 热绝缘 ：即在一 定的温差 下，使 热量的传递 减到最小。如热 水瓶
教材
《传热学》，戴锅生著，第二版
学时
总学时：24，讲课：22，实验：2
参考资料：《传热学》，杨世铭、陶文铨编著，第四版 《传热学重点难点及典型题精解》，王秋旺，西安交大出版社
辅导
周四 4:00-5:00pm，一校区教4楼 热能教研室
第一章 绪论
§1-1 传热学概述 §1-2 热量传递的基本方式 §1-3 传热过程与热阻
燃煤电厂的基本流程
锅 炉 工 作 原 理
三、传热学与工程热力学的关系
相同点： 传热学以热力学第一定律和第二定律为基础
热力学第一定律
热量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。
热力学第二定律
热量能自发的从高温物体传递到低温物体
不同点 a. 工程热力学：热能与机械能及其他形式能量之间 相互转换的规律。不考虑热量传递过程的时间。
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？
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。
传热学第一章绪论讲义
河海大学常州校区热能与动力工程系—传热学
2018年5月19日9时16分
杨祥花
在我国石油开采中，稠 油占有相当比例常温下很 难开采。在稠油开采中， 需注入由直流锅炉生产的 干度约为70%左右的湿蒸汽 进行热采。
河海大学常州校区热能与动力工程系—传热学
2018年5月19日9时16分 杨祥花
4、高新技术－－航空技术
杨祥花
5、高新技术－－电子器件
河海大学常州校区热能与动力工程系—传热学
2018年5月19日9时16分
杨祥花
6、高新技术－－ 医药领域
河海大学常州校区热能与动力工程系—传热学
2018年5月19日9时16分
杨祥花
7、节能环保－－大气环境
河海大学常州校区热能与动力工程系—传热学
2018年5月19日9时16分
河海大学常州校区热能与动力工程系—传热学
2018年5月19日9时16分
杨祥花
3、导热的基本定律
——傅里叶定律的数学表达式
如图：一维导热\垂直ox轴的平面上t一致 导热热量，热流量
dt A dx
(1-1)
温度的变化率 给定的面积 (K/m) (㎡ )
导热系数（热导率） (W/m.k) 表示热流量方向同温度升高的方 向相反
Heat Transfer
河海大学常州校区热能与动力工程系—传热学
2018年5月19日9时16分
杨祥花
河海大学常州校区热能与动力工程系—传热学
2018年5月19日9时16分
杨祥花
学时：56学时 实验：6学时 考试：课内考试2学时 上课：48学时 成绩：考试60％（闭卷） 平时40％（出勤+作业+实验+ 案例分析） 卷面≥50 教材：《传热学》杨世铭 陶文铨(第 四版） 高等教育出版社 作 业：一周交一次， 每次周五交 答疑时间：周三下午14：00～15：30 地 点: 实验楼B304 课件下载： jyy2000117@ 密码：redong
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
传热学教材 DOC 全套
第一章绪论1－1 传热学概述一、什么是传热学传热学是研究热量传递规律的科学。
（热量传递由什么引起的）基于热力学的定义，热是一种传递中的能量。
传递中的能量不外乎是处于无序状态的热和有序状态的功，他们的传递过程常常发生在能量系统处于不平衡的状态下，而系统的状态是可以用其状态参数来确定的。
热力学的基本状态参数是压力p、温度T以及比容积v。
对于一个不可压缩的热力学系统而言，温度的高低就反映了系统能量状态的高低和单位质量系统内热能（或称热力学能，简称内能）的多少。
热力学第二定律告诉我们，能量总是自发地从高能级状态向低能级状态传递和迁移。
因此，热的传递和迁移就会发生在热系统的高内能区域和低内能区域之间，也就是高温区域和低温区域之间。
对于自然界的物体和系统，将其视为热力学系统时，他们常常是处于不平衡的能量状态之下，各部位存在着压力差和温度差，因而功和热的传递是一种非常普遍的自然现象。
因此，凡是有温度差的地方就有热量传递。
热量传递是自然界和工程领域中极普遍的现象。
我们学习传热学就是要掌握各种热量传递现象的规律，从而为设计满足一定生产工艺要求的换热设备，提高现有换热设备的操作和管理水平，或者对一定的热过程实现温度场的控制打下理论基础。
（课程安排）在本课程中，我们将首先简要的介绍传热学的主要研究内容，给出导热、对流与辐射这三种热量传递基本方式的概念及所传递热量的计算公式。
然后分别讨论导热、对流换热和辐射换热的基本规律，最后，在此基础上，把上述知识综合起来，介绍传热过程及换热设备的计算方法。
二、传热学的重要性几乎在每个工程技术部门中都会遇到传热问题。
（例子）例如建筑物的供热与降温。
自然界（沙尘暴）。
三、传热学与工程热力学在研究方法上的异同工程热力学与传热学都是研究热现象的，都以热能的传递与转换过程中的基本规律作为研究对象。
但是，工程热力学与传热学从不同的角度来研究热现象，因此在研究内容与方法上有很大区别。
1. 工程热力学着重研究的是在能量转换与传递过程中各种形式的能量在数量方面的关系以热能在质量方面的情况。
传热学-第一章 绪论
量；d 在引力场下单纯的导热只发生在密实固体中。
(4)导热的基本定律：
1822年，法国数学家Fourier:
t
dx
Φ A dt W
dx
q Φ dt
A
dx
W m 2
上式称为Fourier定律，号称导
dt
Q
热基本定律，是一个一维稳态
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) 几个特殊领域中的具体应用
a 航空航天：高温叶片气膜冷却与发汗冷却；火箭推 力室的再生冷却与发汗冷却；卫星与空间站热控制； 空间飞行器重返大气层冷却；超高音速飞行器 （Ma=10）冷却；核热火箭、电火箭；微型火箭（电 火箭、化学火箭）；太阳能高空无人飞机
(4) 对流换热的基本计算公式——牛顿冷却公式
Convection heat transfer coefficient
(5) 对流换热系数(表面传热系数) （Convection heat transfer coefficient）
—— 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
与黑体进行比较和修正，通过实验获得修正系数，从而获
得真实物体的热辐射规律 (7) 黑体的定义：能吸收投入到其表面上的所有热辐射的
物体，包括所有方向和所有波长，因此，相同温度下，
， ，
黑体的吸收能力最强
（8）黑体辐射的控制方程： Stefan-Boltzmann 定律
AT 4
q T 4
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。
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A
图1-3 导热热阻的图示
31
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Fo dx
0
2015-5-29
tw2
tw1
dt q
tw1 tw2
(1) 日常生活中的例子：
、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？
2015-5-29
9
、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
10
、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？
2015-5-29
25
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。
2015-5-29
26
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 传热学应用实例(续)
生物医学：肿瘤高温热疗； 生物芯片；
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
4 传热过程的分类
稳 态 非 稳 态
t t
800 C
Q
0
2015-5-29
20 C
突然加 热到 800C
《数值传热学》陶文铨编著
《辐射换热》余其铮编著
3
2015-5-29
参考书
王秋旺, 曾敏编著.
《传热学——要点与解题》.
西安交通大学出版社，2006.
胡小平, 任海峰编著.
《传热学考试要点与真题精解》.
国防科技大学出版社, 2007.
2015-5-29 4
第一章 绪论
1 传热学的研究内容 2 传热学与热力学的区别 3 传热学应用实例
20世纪70年代
10w/cm2
100w/cm2
航空航天 （1）高温叶片气膜冷却；
（2）火箭推力室的再生冷却与发汗冷却； （3）卫星与空间站热控制； （4）空间飞行器重返大气层冷却； （5）超高音速飞行器冷却； （6）核热火箭、电火箭；微型火箭（电火箭、 化学火箭）；太阳能高空无人飞机
2015-5-29 20
2015-5-29
11
、为什么耳朵大的人更容易生冻疮?
2015-5-29
12
、用纸可以烧开水，你相信吗？ 烧开水时，为什么一旦水烧干了，铝壶就很容易烧坏？
2015-5-29
13
、在宇宙飞船的座舱内,有一个热鸡蛋,座舱内的压力和 气温保持恒定。试问哪种情况下鸡蛋冷得快：飞船在 地面时还是在外层空间时?
、置于室外的冷库应该是什么颜色（深或浅）的比较好？ 有人说，外表是白色的冰箱（白色家电）比外表是绿色 的冰箱省电。你是否同一这个观点？
2015-5-29
18
、冬季沙漠中的变色龙身体迎着太阳的一侧变深，而另 一测变浅，为什么？
2015-5-29
19
集成电路芯片
3 传热学应用实例(续)
20世纪90年代
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。
2015-5-29 28
(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
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14
、一块尺寸约为30mm×30mm×5mm的冰块，悬挂在静止 的温度为20℃的大气中。冰块经过一段时间熔化后，形 状有何变化？
2015-5-29
15
、摩托车手的膝盖需要特别的保温, 为什么?
2015-5-29
16
、冬天，隔着玻璃晒太阳感觉更暖和，为什么？
2015-5-29
17
t dx
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
29
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。
0
20 C
x
x
22
5 学习目的 通过学习能熟练掌握传热过程的基本规 律、实验测试技术及分析计算方法，从而达 到认识、控制、优化传热过程的目的。
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23
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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1 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（无宏观位 移），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。
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。 热力学： tm
传热学
关心的是热量传 递的过程，即热 量传递的速率。
铁块, M1 300oC
Φ
传热学： t ( x, y, z , )
Φ f ( )
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水，M2 20oC
7
3. 传热学应用实例
自然界与生产过程到处存在温差 传热很普遍
(1) 定义 (2) 属性： (3) 特点
4 传热过程的分类
5 热传导 6 热对流
7 热辐射
8 传热过程和传热系数
(4) 基本定律
(5) 关键参数
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5
§1-0 概 述
1. 传热学的研究对象
(1) 定义？
(2) 热量传递过程的推动力
？
有温差就会有传热
热力学第二定律
2. 传热学与热力学的区别
A
以上结果在§2-3 节中会进一步说明。
30
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
Q
tw2
传热学
（Heat Transfer）
A A
A
A
教材
Max Jakob(1879-1955)，任教于Illinois 理工学院，建立了举世闻名的Jakob实验 室， 参见课本p.311
杨世铭先生1953年毕业于Illinois理工学 院，师从Jakob教授； 陶文铨教授(院士) 师从杨世铭教授； ……
《传热学》杨世铭、陶文铨编著，第四版
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参考书
《传热学》戴锅生，高等教育出版社, 第二版 《Heat Transfer - A Practical Approach》(2nd Edition),
by YUNUS A.CENGEL
《 Fundamentals of Heat and Mass Transfer》 F. P. Incropera, D.P. DeWitt 《对流换热》V. S. 阿巴兹 《凝结和沸腾》施明恒等编著
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。
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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