第二章 传热原理
热处理炉内的传热讲解
第二章：传热基本原理研究热处理炉内传热的基本任务是解决如何把电或燃料产生的热屋有效的传递给工件和如何减少炉子的热损失问题。
本章用绕此问题，简单的介绍了：1）几种传热的基本方式：2）各种传热方式传热量的il•算方法；3）设计和使用热处理炉常遇到的传热问题的汁算方法和数据；4）热处理炉内热交换的过程、特点和热处理炉的节能途径。
§ 2. 1基本概念：一、三种基本的传热方式：热处理炉内的传热过程虽然比较复杂，但传热方式不外乎传导传热、对流传热、辐射传热三种，热处理炉内的传热是由这儿种传热方式组成的综合传热过程。
1、传导传热定义：温度不同的接触物体间或一物体中各部分之间的热能传递过程。
本质：通过物体中的微粒在热运动中的相互振动或碰撞实现动能的传递，如气体和液体通过分子的热运动和彼此碰撞实现热能的传递，金属则是通过电子的自由运动和原子的振动实现热能的传递。
2、对流传热建义：流体在流动时，通过流体质点发生位移和相互混合而发生的热疑传递。
在工程上，对流传热主要发生在流动的流体和固体表而之间，当两者温度不同时，相互间所发生的热量传递，一般称对流换热和对流给热。
在对流换热过程中，既有流体质点之间的导热作用，又有流体质点位移产生的对流作用，因此，对流换热同时受导热规律和流体流动规律的支配。
3、辐射传热辐射：高于热力学零度的任何物体不停向外发射粒子（光子）的现象。
辐射不需任何介质。
辐射传热：物体间通过辐射能进行的热能传递过程。
如系统中有两个或两个以上温度不同的物体，它们会同时向对方辐射能量并同时吸收投射于苴上的辐射能，某物体的辐射换热量为该物体吸收的辎射能量与该物体向外放射的辐射能量之差。
可见，辐射传热过程存在辐射能转化为热能和热能转化辐射能的能量转化过程。
二、温度场与温度梯度1、温度场温度场是描述物体中温度分布情况的，它是空间坐标和时间坐标的函数。
如果物体的温度沿空间三个坐标方向都有变化，则该温度场称为三向温度场：如物体的温度仅沿空间坐标的一个方向有变化，则称该温度场为单向温度场。
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。
传热原理讲的什么
传热原理讲的什么
传热原理是指热能在物体之间传递的规律和方式。
热传递是在温度不同的物体之间，由温度高的物体向温度低的物体自发地传递热量的过程。
传热原理涉及的几种传热方式有：热传导、热对流和热辐射。
首先，热传导是通过物体内部分子的热运动传递热量的过程。
当两个相邻的物体温度不同时，由于分子热运动的不同，温度高的物体分子运动剧烈，分子之间碰撞更频繁，使分子间的热量不断传递，最终达到热平衡。
但如果物体内部是导热差的，热传导则会受到阻碍。
其次，热对流是通过物质内部流体的流动传递热能的现象。
当物体表面有液体或气体流动时，热能就会随着流动的介质进行传递。
例如，在散热器中，风吹过金属鳍片，空气与金属鳍片接触就变得非常丰富，传热效率就更高，从而迅速降低了金属鳍片中的热量。
最后，热辐射是指由物体表面发射的电磁波传递能量的过程。
所有物体都会以电磁波的形式发射热辐射，但这种热辐射的强度随着温度的升高而增加。
较高的温度将导致更多的热辐射冲向周围环境，进一步增加了热传递。
总的来说，传热原理对于实际生活中的很多领域都是至关重要的。
例如，在构建高效建筑物和汽车发动机冷却器的过程中，了解传热原理是必要的。
通过掌握这
些传热原理，我们可以更好地设计和生产能够更有效地传递和控制热量的产品和设备。
第二章建筑围护结构的传热原理及计算分析
d2
i q(
1
d1
2
d2
)
………… 多层壁内第j层与第j+1层之间接触面温度：
j 1 i q(
1
d1
2
d2
dj
j
)
第二章 建筑围护结构的传热原理及计算
1.2 对流换热
层流边界层：由于摩擦力作用，在紧贴固体壁面处有一平行于固体壁 面流动的流体薄层称为层流边界层。
第二章 建筑围护结构的传热原理及计算
q1
1
d1
( i 2 )
q2
2
d2
( 2 3 )
q3
3
d3
( 3 e )
对于多层复合壁体而言，由于每一层都是由单一材料组成的，在壁体两 侧稳定温度场的作用下，流经各层材料的热流强度都是相等的： q=q1=q2=q3 由上面四式可得：
第二章 建筑围护结构的传热原理及计 算
q
d
(i e )
i e
d
i e
R
我们将上式中的R=d/λ 称为热阻，单位m2*K/W。热阻是热流通过壁体 时受到的阻力，反映了壁体抵抗热流通过的能力。 说明： 1）在同样的温差条件下，热阻越大，通过壁体的热量就越少，如 果要增加热阻，可以加大平壁的厚度d，或者选用导热系数小的材料 2）导热系数λ 它反映了壁体材料的导热能力，当材料层单位厚度 内的温差为1摄氏度时，在单位时间内通过1m2表面积的热量 3）影响材料导热系数的因素：
第二章 建筑围护结构的传热原理及计算
1.3.4 辐射换热计算
以上仅是对单一物体热辐射能力的讨论，由于通常情况下自然
传热的基本原理
传热的基本原理
导热和对流是影响传热过程的两种主要方式。
在任何温度下，均存在着对流传热过程。
由于温度的分布情况不同，对流传热过程中也存在着明显的区域差异，如对流换热系数很大的高温液体可以通过对流传递热量，而对流换热系数较小的低温液体则不能通过对流传递热量。
因此，在一定条件下，以温度为变量的温度分布可以用多个区域组成的一维导热问题来描述。
在考虑了热传导和热对流后，就可得到一维导热问题的数学模型。
传热过程是一个物理过程。
在物体内部有温度分布不均匀或相互独立时，将会导致物体发生热交换。
物体的热交换过程可以用温度梯度来描述：
物体内部各点温度的差与物体表面到这些点之间的距离成正比。
这一原理称为“热传导定律”。
在任何温度下，以热量形式
存在的分子、原子、电子等不停地做无规则运动，分子之间、原子之间、电子与离子之间存在着相互碰撞，这种碰撞使分子、原子等处于热运动状态，不断产生热能。
这种热能叫做“热动”。
—— 1 —1 —。
食品工程原理-第二章 传热
t = f (x，y，z，τ)
式中：t —— 温度（℃或K）； x, y, z —— 空间坐标； τ—— 时间（S）。
温 ➢不稳定温度场：温度场内各点温度随时间而改变。
度
相应的传热称为非定态热传导。
场 ➢稳定温度场：温度场内各点温度不随时间而改变。
相应的传热称为稳定传热
随温度变化，视为常数；
➢平壁的温度只沿着垂直于壁面
的x轴方向变化，故等温面皆为垂
直于x轴的平行平面。
➢平壁侧面的温度t1及t2恒定。
t1
Q
t2
tb t1 t2
ob
x
根据傅立叶定律
Q A dt
dx
分离积分变量后积分，积分边界条件：当x=0时，t= t1； x=b时，t= t2，
Q
b
A(t1 t2 )
b1
t t1
b2
b3
t2 t3
Q t4
x
第一层
Q1
1
b1
A(t1 t2 )
Q1
b1
1 A
t1
t2
t1
第二层
Q2
b2
2 A
t2
第三层
Q3
b3
3 A
t3
对于稳定导热过程：Q1=Q2=Q3=Q
Q( b1
1 A
b2
2 A
b3 )
3 A
t1
t2
t3
Q t1 t2 t3
t1 t4
( b1 b2 b3 ) ( b1 b2 b3 )
t1
t2 b
t1 t x
t t1 bx（t1 t2） 单层平壁内温度分布为直线
化学工程中的传热原理
化学工程中的传热原理传热是化学工程中的重要环节，它涉及到热量的传递和分布，对于生产过程的效率和产品质量都有着重要的影响。
在化工工艺中，传热可以通过多种方式实现，包括传导、对流和辐射。
本文将介绍化学工程中的传热原理及其应用。
一、传热的基本原理传热是热量从一个物体传递到另一个物体的过程。
在化学工程中，传热主要是通过传导、对流和辐射实现的。
1. 传导传导是指热量在固体或液体中通过分子间的碰撞传递的过程。
它的基本原理是高温物体的分子具有更大的动能，与周围分子碰撞后将能量传递给周围分子，使温度逐渐均匀分布。
化工设备中常见的传热方式包括热交换器和管壳式换热器等。
2. 对流对流是指热量通过流体传递的过程。
在对流传热中，热量通过流体的湍流或边界层传递，使得流体的温度发生变化。
对流传热可以分为自然对流和强制对流两种方式。
自然对流是指热量通过密度差引起的流体的浮力传递，如天然对流换热器；而强制对流则是通过外力驱动流体循环，如泵驱动的强制对流传热器。
3. 辐射辐射是指由于温度差引起的热辐射传递。
它不需要介质进行传递，可以在真空中传递热量。
化学工程中常见的辐射传热设备包括热辐射干燥器和辐射加热器等。
二、传热原理的应用传热原理在化学工程中有着广泛的应用，主要体现在以下几个方面。
1. 温度控制在化工生产过程中，温度的控制是确保产品质量的关键。
通过传热设备，可以将热量从高温区域传递到低温区域，实现温度的控制。
例如，在反应釜中，通过传热装置将热量从反应区域散出，保持反应温度的稳定。
2. 热交换热交换是将热量从一个流体传递到另一个流体的过程。
通过传热设备，可以将热量从废气、废水等余热中回收，用于预热或加热其他介质，提高能源利用效率。
例如，热交换器可以将废气中的热能回收，用于加热冷却水或其他需要加热的介质。
3. 蒸发和干燥在化学工程中，常常需要将溶液中的溶质从溶液中分离出来。
传热原理可以应用于蒸发和干燥过程中，通过传热设备将液体中的水分蒸发出来，得到所需的干燥产物。
传热的原理
传热的原理传热是热力学中的一个重要概念，它指的是热量从一个物体传递到另一个物体的过程。
在我们的日常生活中，传热现象无处不在，比如热水壶把热量传递给水，暖气把热量传递给室内空气等等。
而了解传热的原理，不仅可以帮助我们更好地利用热能资源，还可以指导工程技术的应用。
本文将围绕传热的原理展开讨论。
首先，我们来看一下传热的基本方式。
传热的基本方式有三种，分别是传导、对流和辐射。
传导是指热量在固体、液体和气体内部传递的过程，它是通过分子之间的碰撞和振动来完成的。
对流是指流体内部的热量传递，它是通过流体的运动和对流体内部的热量不均匀分布来完成的。
辐射是指热量通过电磁波的形式传递，它可以在真空中传递，不需要介质的参与。
其次，我们来看一下传热的基本规律。
传热的基本规律可以用热传导方程、对流传热方程和辐射传热方程来描述。
热传导方程描述了传导传热的规律，它与物体的导热系数、温度梯度和传热截面积有关。
对流传热方程描述了对流传热的规律，它与流体的性质、流速和传热面积有关。
辐射传热方程描述了辐射传热的规律，它与物体的发射率、温度差的四次方和传热面积有关。
最后，我们来看一下传热的应用。
传热的应用非常广泛，比如在工业生产中，通过控制传热过程可以提高生产效率，节约能源资源；在建筑领域，通过合理设计建筑结构和采用合适的传热材料可以提高建筑的节能性能；在生活中，通过合理使用传热原理可以改善生活质量，比如利用对流传热原理设计暖气系统，利用辐射传热原理设计太阳能热水器等等。
综上所述，传热是热力学中的重要概念，了解传热的原理对我们合理利用热能资源、指导工程技术应用具有重要意义。
通过对传热的基本方式、基本规律和应用进行深入理解，可以更好地应用传热原理，提高能源利用效率，实现可持续发展的目标。
希望本文的内容可以帮助读者更好地理解传热的原理，为相关领域的研究和应用提供参考。
建筑物理讲义第二章
q
ti te 1 d 1 i e
K 0 (ti te )
(2-5)
传热系数：上式中
K0
1
i
1 d
1
叫做平壁的传热系数，它的物理
e
意义：当ti-te=1℃时，在单位时间内通过平壁单位表面积的传热量。 平均传热R0： R 0
1
i
（2－6b）
A cos( e ) e e e e,max
平壁外表面温度：
A cos( ef ) ef ef ef ef ,max
平壁内表面温度：
A cos( if ) if if i f if ,max
2）从室内空间到平壁内部，温度波动振幅逐渐减小，A , e Aef Aif 这种 现象叫做温度波动的衰减。
1 q d 1 (i 2 ) 2 q d 2 (2 3 )
2.K/w) (m
d
(1) (2) (3) (4)
q
d3
3
(3 e )
根据稳定传热特征
q q1 q2 q3
联立（1）、(2)、(3)、(4)式可解得：
q
d1 d 2 1 2
i e
q
i e
d
i e
d
（2－1）
上式叫做单层匀质平壁的稳定导热方程
热阻：热量传递过程中受到的阻力称为热阻， R
热阻的物理意义：表示平壁抵抗热量通过的 能力；R , q 围护结构性能好；若想增大 R,可选用d大，或λ小的材料。 2.经过多层平壁的导热
定义：凡是由几层不同材料组成的平壁都 叫做多层平壁。 多层平壁的导热方程推导：
传热原理及传热设备
传热原理及传热设备一、传热原理传热是物质内部或不同物质之间能量传递的过程，可以分为传导、对流和辐射三种方式。
1. 传导传导是指热量通过固体物质的分子传递，分为导热和扩散两种方式：•导热：热量通过物质中的导热子（如电子、电子空穴、振动子等）传递，是固体传热的主要方式。
导热能力与物质的热导率有关。
•扩散：热量通过物质中的不同分子在热运动中的传递，是固体和气体传热的主要方式。
2. 对流对流是指通过流体（液体或气体）介质的热量传递，通常包括自然对流和强制对流两种方式：•自然对流：由于热的浮力作用，流体的循环产生热量传递，如水的烧沸过程中产生的对流。
•强制对流：通过外界力（如风扇、泵等）的作用引起流体的流动，加快热量传递。
3. 辐射辐射是指通过电磁波辐射的方式进行热量传递，不需要介质参与。
辐射传热主要是通过发射和吸收辐射能量来传递热量。
材料的辐射能力与其温度、表面特性有关。
二、传热设备传热设备是用于实现热量传递的装置，根据传热方式的不同，可以分为传导传热设备、对流传热设备和辐射传热设备。
1. 传导传热设备传导传热设备主要用于传导传热方式的应用，常见的设备包括：•散热片：通过扩大表面积，提高固体材料与周围介质之间的传热效率。
•导热管：利用高热导率的材料，在内外两端形成热媒介传递热量。
•热交换器：将两个介质间的热量进行传递，常用于工业生产过程中的冷却和加热。
2. 对流传热设备对流传热设备主要用于对流传热方式的应用，常见的设备包括：•换热器：通过在不同介质之间设置换热管，实现热量的传递和交换。
•冷凝器：将气体或蒸汽冷却成液体，通过换热器进行热量传递。
•散热器：利用风扇或水冷装置将设备散发的热量传递到空气或水中。
3. 辐射传热设备辐射传热设备主要用于辐射传热方式的应用，常见的设备包括：•太阳能集热器：利用反射板和辐射板将太阳能转化为热能。
•电炉：通过电能转化为热能，并通过辐射进行热量传递。
三、传热设备的选择考虑因素在选择传热设备时，需要考虑以下因素：1.传热效率：传热设备的传热效率高低直接影响到能源利用效率和使用成本。
传热原理介绍
传热原理1 传热：传热，即热量的传递，是自然界中普遍存在的物理现象。
凡是有温度差存在的物系之间，就会导致热量从高温处向低温处的传递的传热过程。
解决传热问题，都需要从总的传热速率方程出发，即：式中：Q--冷流体吸收或热流体放出的热流量，W；K--传热系数，A--传热面积，；--平均传热温差，℃。
传热的基本方式根据热量传递机理的不同，传热基本方式有三种，即热传导、对流和辐射。
·热传导：热传导又称导热。
是指热量从物体的高温部分向同一物体的低温部分、或者从一个高温物体向一个与它直接接触的低温物体传热的过程。
·对流传热：对流传热是依靠流体的宏观位移，将热量由一处带到另一处的传递现象。
在化工生产中的对流传热，往往是指流体与固体壁面直接接触时的热量传递。
·辐射传热：又称为热辐射，是指因热的原因而产生的电磁波在空间的传递。
物体将热能变为辐射能，以电磁波的形式在空中传播，当遇到另一物体时，又被全部或部分地吸收而变为热能。
作为换热设备，我们主要关心的热传导和对流传热。
对流传热大多是指流体与固体壁面之间的传热，其传热速率与流体性质及边界层的状况密切相关。
如图在靠近壁面处引起温度的变化形成温度边界层。
温度差主要集中在层流底层中。
假设流体与壁面的温度差全部集中在厚度为δ1'的有效膜内，该膜既不是热边界层，也非流动边界层，而是一集中了全部传热温差并以导热方式传热的虚拟膜。
对流传热速率方程可用牛顿冷却定律来描述，该定律是一个实验定律：2 对流传热：对流传热大多是指流体与固体壁面之间的传热，其传热速率与流体性质及边界层的状况密切相关。
如图在靠近壁面处引起温度的变化形成温度边界层。
温度差主要集中在层流底层中。
假设流体与壁面的温度差全部集中在厚度为δ1'的有效膜内，该膜既不是热边界层，也非流动边界层，而是一集中了全部传热温差并以导热方式传热的虚拟膜。
对流传热速率方程可用牛顿冷却定律来描述，该定律是一个实验定律：对两侧流体，均可使用牛顿冷却定律，即：Q=αAΔt式中：Q----对流传热的热流量，W；A----对流传热面积，m2;Δt----壁面温度与壁面法向上流体的平均温度之差，K；α----比例系数，称为表面传热系数，W/（m2.K）对流传热过程的计算，归结为如何获取。
(完整PPT)传热学
t f ( x, y, z, )
考虑时 间因素
考虑空 间因素
不稳定温度场
t 0 加热
t 0 冷却
稳定温度场 t 0
一维温度场 二维温度场 三维温度场
t f (x, ) t f (x, y, ) t f (x, y, z, )
– 另一种观点认为其导热机理类似于非导电固体， 即主要依靠原子、分子在其平衡位置附近的振 动，只是振动的平衡位置间歇地发生移动。
• 总的来说，关于导热过程的微观机理，目前 仍不很清楚。
• 本章只讨论导热现象的宏观规律。
【热对流(对流)】
（1）定义：由于流体质点发生相对位移而引起的
热量传递过程。 如炉墙外表面向大气散热；
背景问题:
（1）冬天，木凳与铁凳温度一样，但人们坐在铁凳 上比作在木凳上感到冷得多，这是问什么？
（2）一杯热牛奶，放在水里比摆在桌子上冷得快， 这又是为什么？
人体热量向凳子传递，由于铁比木头传热速 率快得多，使人体表面散热快，而体内向体
表补充热量又跟不上，所以感觉凉。 同是固体，材质不同则传热快慢不同。
（2）特点：
炉内高温气体与被加热物 料或炉墙内衬间的换热
✓热对流只发生在流体中。
✓流体各部分间产生相对位移
【热对流(对流)】
（3）产生对流的原因 ➢ 由于流体内部温度不同形成密度的差异，在浮力的
作用下产生流体质点的相对位移，使轻者上浮，重 者下沉，称为自然对流； ➢ 由于泵、风机或搅拌等外力作用而引起的质点强制 运动，称为强制对流。
• 传热的特点：传热发生在有温度差的地方，并 且总是自发地由高温处向低温处传递。
(完整版)第二章建筑传热的基本原理
第二章 建筑传热的基本原理2.1 传热方式传热是指物体内部或者物体与物体之间热能转移的现象。
凡是一个物体的各个部分或都物体与物体之间存在着温度差，就必然有热能的仁慈转移现象发生。
建筑物内外热流的传递状况是随发热体(热源)的种类、受热体（房屋）部位、及其媒介（介质）围护结构的不同情况而变化的。
热流的传递称为传热。
根据传热机理的不同，传热的基本方式分为导热、对流和辐射3种。
1、导热（1）导热的机理导热是指物体内部的热量由一高温物体直接向另一低温物体转移的现象。
这种传热现象是两直接接触的物体质点的热运动所引起的热能传递。
一般来说，密实的重质材料，导热性能好，而保温性能差；反之，疏散的轻质材料，导热性能差，而保温性能好。
材料的导热性能以热导率表示。
热导率是指在稳定传热条件下，1m 厚的材料，两侧表面的温差为l 开(K)或1摄氏度(℃)，在1h 内；通过1㎡面积传递的热量，单位为瓦／(米·开)[W/（m·K ）]，或[瓦／(米·℃)W ／(m·℃) ]。
热导率与材料的组成结构、密度、含水率、温度等因素有关。
通常把热导率较低的材料称为保温材料，把热导率在0.05W ／(m·K)以下的材料称为高效保温材料。
普通混凝土的热导率为1．75W ／(m·K)，粘土砖砌体为0．81W ／(m·K)，玻璃棉、岩棉和聚苯乙烯的为0.04～0.05W/（m·K ）。
1）杆的导热若一根密实固体的棒，除两端外周围用理想的绝缘材料包裹，其两端的温度分别为1T 和2T ，如图2-1所示。
如1T 大于2T ，则有热量Q 通过截面F 以导热方式由1T 端向2T 端传递。
依据实验可知：Q = F l T T 21-λ （2-1） 式中 Q ——棒的导热量(W)； F ——-棒的截面积(㎡)；1T ，2T ——分别为棒两端的温度(K)；l ——棒长(m)；λ——导热系数(W ／(m·K))。
复习第二章导热过程的传热学原理与导热微分方程
15
第四节 简化假设与实际问题的模型化
③液固态金属的热物性均为常数，即不随温度而变。 ④铸型材料的热物性值亦取为常数。 ⑤常不考虑金属铸型界面气隙的存在，或以简化的综合换热系数
第五节 凝固潜热的处理
（2）非平衡凝固条件下二元合金的固相率与温度的关系 考虑固相无扩散，液相溶质均匀分布。 则由夏尔（Sheil）方程：
C LC 0[1fs(T)k]01
又C0 Tm TL CL Tm T
fs(T)1(TTm mTTL)k011
21
第五节 凝固潜热的处理
由上述两种 fs (T ) 的表达式可知，f s (T ) 是温
上述分类目的是从数学上便于求解方程组，实际 上物体边界的传热现象是多种多样的。
10
第三节 导热过程的定解条件/边界条件
4、辐射换热边界条件
针对铸件的凝固过程，要考虑辐射换热边界条件和 铸件/铸型界面边界条件的处理。
q( T n)w (Tw 4Tf4)
(热辐射量定 E义 T4)
Tw物体表面T温 f 已 度知 ，环境温度
波尔兹曼常数， 辐射系数，是物 光体 洁表 度面 函数
11
第三节 导热过程的定解条件/边界条件
针对上式进行线性化处理，得：
q( T n)whr(TwTf)
式中h， r (Tw2Tf2)(TwTf ),称为辐射换热系数
实际导热问题，可能同时存在对流和辐射换热，其 边界条件为：
q( T n)w(h ch r)T (w T f)
2、第二类边界条件
给定边界上的热流密度，即：
建筑物理第二章传热学基本原理
材料属性划分：无机水合盐相变材料、有机相变蓄热材 和复合相变蓄热材料
结晶水和 盐
石蜡
多元醇
陶瓷基复合 材料
2.1常见无机水合盐相变材料
CaCl2· 2O的相变温度约在 26～ 6H CaCl2· 2O 29℃，熔解热为190 kJ/kg，不易分 6H 解，价格低，易得，安全无毒。 CaCl2· 2O 有严重的过冷问题 6H （其过冷度达 20℃）和对湿度的 敏感性，对应用不利。
6
1
太阳能方面
轻质建筑材料的热容 较低，不利于平抑室 内温度波动，而在其 建筑节能方面 中加入相变物质是解 5 决这一问题的有效方 法。
应 用 领 域
2
工业余热方面
电力调峰中
4
3
液化天然气冷能蓄冷中
在电力需求的波谷时段，可采用相变储能 复合材料蓄存由空调或制热设备产生的冷 量和热量，用于电力波峰时段
21
43
35
室外 上午11点 热量被用来加热墙体
室内
下午4点 任是加热墙体，少量进入室内
晚上9点 室外温度降低，热量往外流
(3)从介质到壁体表面及内部，温度波 动的相位逐渐向后推延。这种现象叫温度 波动的相位延迟，亦即从外到内各个面 出现最高温度的时间向后推延。（材料层
升温或降温，需要一定的时间供给或放出热量。）
一、导 热
定义：同一物体内部或直接接触的两物体之间由于有 温度差时，质点作热运动而引起的热能传递过程。
导热可在固体、液体和气体中发生，各自的导热机理不同。
绝大多数的建筑材料（密实固体）中的热传递为导热 过程。
2. 导热系数的意义及影响因素
导热系数（λ）：
指温度在其法线方向的变 化率为1℃/m时，
传热基本原理
传热基本原理
热传导是指物质内部或不同物质之间热量的传递过程。
它是由于物质微观粒子之间的热运动而引起的。
热传导可以通过三种基本的传热方式进行：导热、对流和辐射。
而导热是最基本、最普遍的传热方式。
在导热传递中，当一物体的一部分受到热量输入时，这部分物体中的分子会受热而振动。
由于分子间存在着各种作用力（如范德华力等），物体内部的振动能量会通过分子之间的相互碰撞传递给周围的分子。
这样，热量从高温区传递到低温区，直到温度达到平衡。
传热的快慢取决于物质的导热性能和温度差。
导热性能是物质的一种属性，描述了单位时间单位面积上单位温度差下的热传导量。
而温度差则是指两个物体或物体内部不同部分之间的温度差异。
导热传递中，物质的导热性能与其物理性质及温度有关。
导热性能好的物质，传热速度会较快。
金属材料由于其微观粒子排列有序，且具有自由电子，导热性能较好。
而非金属材料中的分子结构复杂，导热性能较差。
导热传递还受到物体的形状和尺寸的影响。
在导热过程中，热传导的表面积越大，传热速率越快。
因此，通过增大导热界面的面积来提高传热效率是一种常见的方法。
总之，热传导是由物质微观粒子之间的热运动引起的，它通过热量分子间的相互碰撞传递热量。
导热是最基本、最普遍的传热方式，传热速率取决于物质的导热性能和温度差。
通过控制导热界面的面积和提高物质的导热性能，可以有效地改善热传导过程。
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第二章传热原理绪论一、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。
由于自然界和生产技术中几乎均有温差存在，所以热量传递已成为自然界和生产技术中一种普遍现象。
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：（ 1 ）稳态传热过程；（2 ）非稳态传热过程。
1）稳态传热过程：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。
2）非稳态传热过程：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。
二、讲授传热学的重要性及必要性1．传热学是热工系列课程教学的主要内容之一，是热能动力专业必修的专业基础课。
是否能够熟练掌握课程的内容，直接影响到后续专业课的学习效果。
2．传热学在生产技术领域中的应用十分广泛。
如：热能动力学、环境技术、材料学、微电子技术、航空航天技术存在着大量的传热学问题，而且起关键性作用。
随着大规模集成电路集成温度的不断提高，电子器件的冷却问题越显突出。
3．传热学的发展和生产技术的进步具有相互依赖和相互促进的作用。
传热学在生产技术发展中已成为一门理论体系初具完善、内容不断充实、充满活力的主要基础科学。
高参数大容量发电机组的发展，原子、太阳、地热能的利用，航天技术、微电子技术、生物工程的发展，推动传热学的发展，而传热学的发展又促进生产技术的进步发展。
同时，随着生产技术及新兴科学技术的发展，又向传热学提出了新的挑战和新的研究课题。
三、传热学的特点、研究对象及研究方法1．特点理论性、应用性强。
传热学是热工系列课程内容和课程体系设置的主要内容之一。
是一门理论性、应用性极强的专业基础课，在热量传递的理论分析中涉及到很深的数学理论和方法。
在生产技术领域应用十分广泛，在生产技术发展中已成为一门理论体系初具，内容不断完善、充实，充满活力的主要基础科学。
传热学的发展促进了生产技术的进步，而新兴科学技术的发展向传热学提出了新的课题和新的挑战。
2．研究对象传热学研究的对象是热量传递规律。
3．研究方法研究的是由微观粒子热运动所决定的宏观物理现象，而且主要用经验的方法寻求热量传递的规律，认为研究对象是个连续体，即各点的温度、密度、速度是坐标的连续函数，即将微观粒子的微观物理过程作为宏观现象处理。
第一节导热一、教学要求【掌握内容】1．传热的基本条件与基本方式2．温度场、等温面、等温线和温度梯度的概念3．热流量和传热量的概念4．掌握稳定传热与不稳定传热的概念5．导热的基本定律的表达式及物理意义6．物质导热系数的意义7．稳定态平壁的导热量计算8．稳定态单层圆筒壁及球壁的导热量计算【理解内容】1．各种传热方式的传热机理2．等温面、等温线的性质3．各种不同物质导热系数的范围及影响因素4．稳定态多层圆筒壁的导热量计算5．稳定态单层球壁的导热量计算【了解内容】1．稳定态复合平壁的导热2．稳定态多层球壁的导热量计算3．稳定态不规则物体的导热量计算4．表面温度不均时平均温度的计算二、教学重点与难点【教学重点】1．温度场、等温面、等温线和温度梯度的概念2．热流量、传热量和稳定传热与不稳定传热的概念3．导热的基本定律及导热系数4．稳定态平壁的导热量计算5．稳定态非平壁的导热量计算【教学难点】1．稳定态多层平壁的导热量计算2．稳定态非平壁的导热量计算三、教学方法从生活或生产上的传热现象引入，讲解基本概念及基本原理，教学中注意分解难点，要讲、练结合，培养学生的分析计算能力。
四、教学内容一、导热的基本概念及定律（一）温度场1．定义：传热过程中，物体内部所有点的温度分布情况。
温度场内各点的温度与位置有关，同一点的温度还随时间推移而有所不同。
一般地，物体的温度分布是坐标和时间的函数。
即：t = f (x, y, z, τ)其中x、y、z为空间坐标，τ为时间坐标。
2．温度场分类⑴稳定温度场：是指在稳态条件下物体各点的温度分布不随时间的改变而变化的温度场称稳态温度场，其表达式t = f (x, y, z)。
⑵非稳定温度场：是指在变动工作条件下，物体中各点的温度分布随时间而变化的温度场称非稳态温度场，其表达式t = f (x, y, z, τ)。
若物体温度仅一个方向有变化，这种情况下的温度场称一维温度场。
（二）等温面与等温线和温度梯度1．等温面与等温线定义等温面：温度场中所有温度相同的点构成的面。
等温线：等温面与其它任意平面的交线。
性质⑴同一瞬间，不同的等温面、线不可能相交。
⑵连续的温度场中，等温面、线连续。
⑶同一等温面、线上无温度变化，也就没有热量传递，热量传递只发生在不同的等温面、线之间。
2．温度梯度定义温度场中，两等温面间温度差与其法线方向两等温面间距离比值的极限。
数学表达式(℃/m)稳定、单向温度场中：(℃/m)物理意义：说明沿着等温面的法线方向，单位距离的温度变化。
注意：温度梯度正方向指向温度升高的方向。
（三）热流和传热量传热量-热量：单位时间内，经面积F 传递的热量，用Q 表示。
单位J/s 或W 。
热流：单位时间内，单位面积上传递的热量，用q 表示，单位为W/m 2。
两者的关系：Q =qF注意：热流是矢量，它的正方向指向温度降低的方向，与温度梯度的方向相反。
（四）稳定态传热和不稳定态传热稳定传热：在稳定温度场内的传热，特点是传热量不随时间变化。
即：，不稳定传热：在不稳定温度场内的传热，特点是传热量随时间变化。
即：，（五）傅里叶定律定义：在导热现象中，单位时间内通过给定截面所传递的热量，正比例于垂直于该截面方向上的温度变化率，而热量传递的方向与温度升高的方向相反。
一维温度场数学表达式：xtq ∂∂-∝（W ／m 2） xtq ∂∂-=λ（负号表示热量传递方向与温度升高方向相反） 式中 λ――导热系数，（W ／m 2·℃）xt∂∂――在x 方向上的温度梯度，℃／m 二、导热系数导热系数是衡量物质导热能力的物理量。
导热系数含义：物体内温度梯度为1℃ / m 时，单位时间、单位面积的传热量。
各种物质的导热系数都是用实验方法测得。
（一）气体的导热系数 大小：λ=0.0058～0.58W/m·℃。
气体的导热是由气体分了的热运动和相互碰撞作用而传递能量的。
特点：λ=f (t ) 温度增大导热系数增大在不太大的压力下，可以认为λ与压力无关。
（二）液体的导热系数 大小：0.093～0.7 W/m·℃。
液体的导热主要是由分子振动产生的一些不规则的弹性波来传递能量的过程。
特点：除了水和甘油以外，其余的液体的导热系数随温度的上升略有减小，受压力影响很小。
（三）固体的导热系数固体传导热能的形式：晶格的振动和自由电子的迁移。
（1）金属金属的导热主要依靠自由电子的迁移，因而良好的导电体就是良好的导热体。
大小：2.3～428 w/m·℃，纯银最大，纯铜次之。
特点：温度上升导热系数下降，晶格振动影响自由电子的迁移。
金属内含杂质时，其导热系数降低，λ合金<λ纯金属。
（2）建筑材料 大小：0.16～2.2 w/m·℃特点：温度上升导热系数上升，λ与材料结构、空隙率、湿度、密度等因素有关。
（3）耐火材料 大小：0.7～5.8 w/m·℃特点：温度上升导热系数上升，λ与材料结构、空隙率、湿度、密度等因素有关。
注意：镁质耐火材料例外，因为，晶体的导热系数与绝对温度成反比，无定性体则反之，镁砖主要由晶体组成。
（4）影响导热系数的因素①温度 大多数的材料的导热系数的变化和温度呈直线关系：bt t ±=0λλ 或)1(0t t βλλ±=其中，λ0为0℃的导热系数，b 和β为温度系数。
实际计算时，λ的数值是取物体两端温度的算术平均值来计算，并把它作常数来处理。
即：或②湿度 由于材料孔隙多，容易吸水，水分的导热系数比空气的约大24倍，而且水分从高温区向低温区迁移也携带热量，所以空隙率和湿度增大导热系数也增大，潮湿的砖导热系数比干燥砖和水都大。
③密度 材料的密度小，内部孔隙多，由于空气的导热系数很小，故密度小的材料的导热系数也小。
同种材料，密度增大导热系数也增大。
三、导热微分方程根据能量守恒定律，如果内部没有热源，则同一时间内，传入物体的热量和传出物体的热量差，等于物体本身热焓的增量，可写出热平衡关系：热焓的增量＝传出物体的热量－传入物体的热量在固体内部分割出一个微元平行六面体，选定各边长度为dx 、dy 、dz ，则体积为dv = dxdydz 。
假定物体为各向同性的连续介质。
如图3-2所示。
分别研究沿x 轴、y 轴和z 轴向，由于导热而从各面流入六面体的热量。
根据傅里叶定律在d τ时间内， 沿x 轴向通过ABCD 面传入的热量为：τλdydzd xtdQ x ∂∂-= 同理可得沿y 轴向和z 轴向，分别通过ABFE 和ADHE 面传入的热量：τλdxdzd ytdQ y ∂∂-= 和τλdxdyd ztdQ z ∂∂-= 在同一时间内，沿x 轴向通过EFGH 面传出的热量，可以借助展开泰勒级数而舍去二阶以上的高阶项而求得：()dx dydzd x t x dydzd x t dx x dQ dQ dQ x x dx x ⎪⎭⎫⎝⎛∂∂-∂∂+∂∂-=∂∂+=+τλτλ 因此，在x 轴向，由导热引起的净热量为：τλτλdvd xt dxdydzd x t dQ dQ dxx x 2222∂∂=∂∂=-+同理，可得在y 轴向，z 轴向的净热量为：τλdvd ytdQ dQ dyy y 22∂∂=-+ 和 τλdvd z t dQ dQ dz z z 22∂∂=-+总净热量为：τλdvd z t y t x t ⎪⎪⎭⎫⎝⎛∂∂+∂∂+∂∂222222。
另外，在d τ时间内，由于热量流热的结果，微元六面体的温度将发生变化，其体内的热焓的增量为：ττρdvd tc p ∂∂。
根据热平衡有：τλττρdvd z t y t x t dvd tc p ⎪⎪⎭⎫ ⎝⎛∂∂+∂∂+∂∂=∂∂222222， 进一步化简得：t a z t y t x t c t p 2222222∇=⎪⎪⎭⎫ ⎝⎛∂∂+∂∂+∂∂=∂∂ρλτ， 式中2∇为拉普拉斯运算符号，a 为导温系数。
上式称为傅立叶导热微分方程，仅适用于固体。
拉普拉斯算子具有明确的物理意义：为正时表明物体被加热；为负时表明物体被冷却；等于0表明为稳定温度场。
a 是物质的热物性参数，又称热扩散系数，说明物体被加热或冷却时，物体内部各部分温度趋于一致的能力。