传热学2单元

热能
发射 辐射能
吸收 热能
温度高于 0
K ，就会不停地向周围空间发出
热辐射 辐射无时无处不在
注
当物体与周围环境处于热平衡时，辐射 换热量为零，但这是动态平衡，辐射与 吸收过程仍在进行
辐射换热的计算
研究方法：假设一种黑体，它只关心热辐射 的共性规律，忽略其他因素；然后，真实物 体的辐射则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。 黑体：能吸收投入到其表面上的所有热辐 射能的物体
及物体自身向外辐射的热量 例如：两块非常接近的平行黑体表面间的辐射换热
T1

T24
T14
T2
T1 T2

q12 (T14 T24 )
1 A1 (T T )
4 1 4 2
?
分析白炽灯泡向环境空间散热过程
自然对流换热、辐射换热
分析暖气片的热量传递方式
研究对流换热的基本任务：给出各种场合下的
h。
表1-1表面传热系数的数值范围
h水>h空气，h强制>h自然， h相变>h无相变
热辐射（thermal radiation）
1 热辐射：由热运动产生的，以电磁波形式传递 能量的现象 辐射换热：自然界中各物体不停地向空间发出 热辐射，同时又不断地吸收其他物体发出的热 辐射，其综合结果就造成了以辐射方式进行的 热量传递即辐射换热（radiative heat transfer）。
温度控制
例如：电子器件冷却、航天器
5 传热学课程学习的主要目的
掌握传热学的基本概念、基本理论与基本 分析计算和实验研究方法， 为后续专业课及研究生课程的学习，
为今后研究、处理、解决实际的传热工 程问题奠定必要的技术理论基础。
6 传热学研究方法
实验研究方法 理论研究方法
导热系数、对流换热关联式
2特点：
物质的属性，可以在固体、液体、气体中发生
物体之间无相对位移； 物体间必须相互接触；
没有能量形式的转化；
傅里叶定律
dt Φ A dx Φ dt q A dx
通过平板的一维导热
：热流量，单位时间通过给定面积的热量[W]
q：热流密度，单位时间通过单位面积的热量
数学分析法：导热问题
积分近似解法：层流对流 比拟法：湍流对流 数值模拟：导热、对流、辐射、总传热过程
§1-2热量传递的三种基本方式
热传导(导热)
热对流(对流) 热辐射
热传导(heat conduction)
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热运动而 产生的热量传递。
6 m2·K/W 3.92 10
1 4 m2·K/W 5.56 10 h2
例
k 1 1 h1 h2 1
题 1-4
1480
W/m2·K
冷凝器的总传热系数为
讨论：
氟里昂蒸气侧的热阻在总热阻中占主要地位，要 增强冷凝器的传热应先从这一环节入手，设法降 低此环节的热阻值。
辐射热的计算
黑体的辐射热量： 真实物体： 其中：
A T
4
4
q T
4
A T
T－热力学温度，K
注 Φ 指的是物体向 外辐射的热流量
A－辐射表面积，m2
σ －黑体辐射常数，5.67×10-8 W/(m2·K4) ε－物体的发射率，≤1
辐射换热的计算
收支总帐：投到物体上的辐射热量的吸收过程
传热系数
A(t f 1 t f 2 ) 1 1 h1 h2
k
2 称为传热系数， w/m 令 Ak (t f 1 t f 2 ) Ak t
1 1 h1 h2
1
注
k是表征传热过程强烈程度的标尺，
与过程有关，不是物性参数

复合换热表面传热系数
1. 传热学（Heat Transfer）
研究热量传递的规律以及控制和优化
热量传递过程的方法。
热量传递过程的推动力：温差
由于温差几乎无处不在，所以热量传递是
日常生活和生产实践中普遍存在的物理现
象。
热量即传递过程中的热能。 据统计，目前通过热能形式被利用的能量 在我国占总能源利用的90%以上，世界 其他各国平均也超过85%。
式在起作用，然后再按照每一种传热方式的规 律进行计算；
如果某一种传热方式与其他传热方式相比较
作用非常小，往往可以忽略。ຫໍສະໝຸດ §1-3 传热过程和传热系数
传热过程： 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。 传热过程包括串联的三个环节：
辐射换热
对流换热
热传导
墙壁的散热
一维平壁稳态传热过程 传热过程计算：
流动靠泵、风机等驱动 流体各部分的密度不同
液体在热表面上沸腾
蒸气在冷表面上凝结
对流换热的计算—牛顿冷却公式
Φ hA tw t f =hAt
q Φ A h tw t f =ht
其中：
tf
t w — 固体壁表面温度 C

— 流体温度 C 2 — 与流体接触的壁面面积 m A h — 表面传热系数
传热系数
Ak t
k 1 1 h1 h2 1

k 越大，传热越好。
若要增大 k，可增大h1、h2、λ 或减小δ 。
h1、h2的计算方法及增加k值的措施是本
课程的重要内容
热阻
k 1 1 h1 h2 1
1 Ak 1 Ah
称为传热过程热阻 称为对流换热热阻
Ah1
传热过程传递的热量为：
Φ
tf1 tf 2 Rh1 R Rh 2
热阻图
传热系数为：
tf1 tf 2 1 1 Ah1 A Ah2
1 k 1 1 h1 h2
解：
例
题 1-4
三个环节的单位面积热阻：
1 4 m2·K/W 1.15 10 h1
热辐射（Thermal radiation）
2 生活中的例子： a 当你靠近火的时候，会感到面向火的一面比 背面热； b 冬天的夜晚，呆在有窗帘的屋子内会感到比 没有窗帘时要舒服； c 北方，深秋或初冬季节清晨，树叶总是朝向 天空的一侧结霜。
辐射换热特点
不需要直接接触，热辐射可在真空中传递； 有能量形式的转化：
t f t w1(t t ) 1 Ah 1 f 1Ah w1 1
A t w1 t w2 ( t w1 t w 2 ) A
三个环节热流量相等
Ah2 (tw2 t f 2) t w2 t f 2 Ah2
A(t f 1 t f 2 ) 1 1 h1 h2
作业：
1-10，1-12，1-18，1-21 ，1-32
管内侧强制对流换热、
管壁导热、
外侧自然对流换热、辐射换热
2008-8-24 1
上节内容回顾
传热学 热量传递的三种基本方式 导热 对流与对流换热
概念
特点
辐射与辐射换热
基本计算
2008-8-24
1
注意：
热传导、热对流和热辐射三种热量传递基本
方式往往不是单独出现的；
分析传热问题时首先应该弄清有哪些传热方
W (m

K)
2

对流换热系数(表面换热系数)h
（convection heat transfer coefficient）
定义式： h Φ A(t w t f ) W (m2 K)
过程量 大小取决于流体的物性 λ 、 μ 、 ρ 、 c p 和流速 ，
换热表面的形状、大小、布置
—教育家B.F.Skinner
马马虎虎学十遍，不如认真学一遍； 着重理解
物理过程机理。
第一章 绪 论
§1-1传热学及其研究内容 §1-2热量传递的三种基本方式
（导热2、3、4；对流5、6、7；辐射8、9）
§1-3传热过程和传热系数（10） §1-4传热学发展简史和研究方法
§1-1 传热学及其研究内容
1 对流： 由于 流体 的宏观运动，从而流体各部分 之间 发生相对位移、冷热流体相互掺混而引 起的热量传递过程。
对流换热：流体流过物体表面时的热量传递过程
2 对流换热的特点
有相对位移
一定伴有流体的导热 没有能量形式的转换 流体和固体壁面相互接触
对流换热的分类
无相变对流换热 强制对流换热 自然对流换热 有相变对流换热 沸腾换热 凝结换热
11 1 1 1 1 k A h Ak h1Ah1 Ah2 2
称为导热热阻 A
类比
t Ak t 1 Ak
U I R
一维稳态传热过程的热阻分析
1 左侧对流换热热阻 Rh1 Ah1
热阻图
固体的导热热阻 R A
右侧对流换热热阻 R 1 h1
参考书

教材 《传热学》第四版，杨世铭、陶文铨
《传热学要点及解题》，王秋旺
考核方法
期末考试: 平时成绩:
70%
30%(包括：作业及出勤) 有以下情况者平时成绩为0 作业两次不交 抽查点名三次未到
学习目的
几点建议
掌握知识，增强能力；而不是为了考试学习
如果我们将学过的东西忘得一干二净时，最后剩 下来的东西就是教育的本质了。 自学能力
[W/m2]
A：垂直于导热方向的截面积[m2]
导热系数
dt Φ A dx Φ dt q A dx
表征材料导热性能优劣
物性参数，与材料种类和温度有关。
-导热系数
单位：[W/( m·K)]
大小由实验测定。
金属 非金属固体 液体 气体
例题1-1
热对流(heat convection)
高新技术
航空航天：航天飞机表面材料要求绝热良
好，飞机机翼防冰 电子器件：电脑芯片散热 医药卫生：组织与器官的冷冻保存
节能环保
建筑环境：空心转、节能建筑 天气环境
日常生活
太阳能集热器
家用散热器 房间/汽车内环境模拟
传热工程问题的类型：
强化传热
例如：暖气片
削弱传热
例如：液氮、液氧低温容器
3 传热学与热力学的关系
热力学＋传热学＝热工课程
热力学研究平衡状态，无温差、压差；
传热学则是温差传热。
热力学研究热量在一段时间内总的交换量（J）；
传热学着重于单位时间的换热量（W）。
热力学第一第二定律是进行传热学研究的基础。
4 传热学在生产技术领域中广泛应用
传统工业
能源动力：发电厂冷却塔、发电机组 石油化工：换热器、热力管道 制冷空调：散热片、换热器