《传热学讲义》第一讲
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传热学-第二章 导热基本定律及稳态导热第一讲-动力工程
大多数液体（分子量M不变）： T
液体的热导率随压力p的升高而增大 p
2-3 导热微分方程式及单值性条件
理论解析的基本思路
简化
物理问题
数学模型
求解
热流量
温度场
导热定律
控制方程 定解条件
q -grad T [W m2 ]
建立导热体内的温度分布计算模型是导热理论 的首要任务
理论基础：傅里叶定律 + 热力学第一定律
导入与导出微元体净热量：
qx dxdydz d
x
[J]
d 时间内、沿 y 轴方向
导入与导出微元体净热量：
qy dxdydz d
y
[J]
d 时间内、沿 z 轴方向导
入与导出微元体净热量：
qz dxdydz d
z
[J]
D. 导入与导出净热量:
[] ( qx qy qz )dxdydzd
[J]
dQx qx dydz d [J]
B. d 时间内、沿 x 轴方向、
经 x+dx 表面处dydz导出的热量：
dQxdx qxdx dydz d [J]
qxdx
qx
qx x
dx
C. d 时间内、沿 x 轴方向导入与导出微元体净热量：
dQx
dQxdx
qx x
dxdydz d
[J]
d 时间内、沿 x 轴方向
2、推导过程 在导热体中取一微元体，能量平衡分析 热力学第一定律：
Q U W
W 0, Q U
d 时间内微元体中：
[导入与导出净热量] + [内热源发热量] = [热力学能的增加]
数学模型建立基本思路 能量平衡分析
(1)导入与导出微元体的净热量
液体的热导率随压力p的升高而增大 p
2-3 导热微分方程式及单值性条件
理论解析的基本思路
简化
物理问题
数学模型
求解
热流量
温度场
导热定律
控制方程 定解条件
q -grad T [W m2 ]
建立导热体内的温度分布计算模型是导热理论 的首要任务
理论基础：傅里叶定律 + 热力学第一定律
导入与导出微元体净热量：
qx dxdydz d
x
[J]
d 时间内、沿 y 轴方向
导入与导出微元体净热量：
qy dxdydz d
y
[J]
d 时间内、沿 z 轴方向导
入与导出微元体净热量：
qz dxdydz d
z
[J]
D. 导入与导出净热量:
[] ( qx qy qz )dxdydzd
[J]
dQx qx dydz d [J]
B. d 时间内、沿 x 轴方向、
经 x+dx 表面处dydz导出的热量：
dQxdx qxdx dydz d [J]
qxdx
qx
qx x
dx
C. d 时间内、沿 x 轴方向导入与导出微元体净热量：
dQx
dQxdx
qx x
dxdydz d
[J]
d 时间内、沿 x 轴方向
2、推导过程 在导热体中取一微元体，能量平衡分析 热力学第一定律：
Q U W
W 0, Q U
d 时间内微元体中：
[导入与导出净热量] + [内热源发热量] = [热力学能的增加]
数学模型建立基本思路 能量平衡分析
(1)导入与导出微元体的净热量
传热学初讲.ppt
通过对大量实际导热问题的经验提炼，导热现象的规律 已经总结为傅里叶定律，又称导热基本定律。
液氮、液氧的低温容器设备（称杜瓦瓶）的设计，由于 采取了减少热量传递的措施，使得在垂直于杜瓦瓶壁面方 向的热量传递减少到采取措施之前的千分之一，甚至更少， 从而有效地防止了瓶内低温液体的蒸发，减少了能量损失。
传热学基础
——传热学应用
3、温度控制
为使一些设备能安全经济的运行，或者为得到优质产品， 要对热量传递过程中物体关键部位的温度进行控制。
1、强化传热
即在一定的条件（如一定的温差、体积、重量或泵功等） 下增加所传递的热量。
以家用空调为例：最近20年，家用空调广泛进入民众 家庭，家用空调的尺寸不断缩小，并且能耗也在不断降低， 这主要归功于强化传热弱传热，或称绝缘传热
即在一定条件下使热量的传递减到最小。热绝缘类型的 问题主要对于高温的设备，目的是减少散热损失，或称减 少漏热；对于低温的设备，主要就是减少冷量的损失。
还有就是，人们衣着随季节而变化这一现象就涉及 上面所属的三种类型的问题：在冬天利用保温性能好的衣 服来削弱人体向外的散热，在夏天则是通过较多的裸露皮 肤以及穿白色的衣服增加人体向环境的散热，而这样做的 目的就是要把人体的温度控制在一定的范围以内。
传热学基础
——传热学应用
传热学的应用是将节约能源作为贯穿始终的一条主线。
热量传递的强化与削弱紧密地与节能措施联系起来，通 过学习不仅了解节约能源的技术和方法，并且树立起“节 能优先”的基本观点。也就是传热学学习和研究的目的所 在。
传热学基础
——热传导
热能传递的三种基本方式
热能的传递有三种基本方式：热传导、热对流与热辐射。 分别简述如下：
一、热传导
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的热运动而产生的热能传递称为热传 导，简称导热。例如，固体内部热量从温度较高的部分传 递到温度较低的部分，以及温度较高的固体把热量传递给 与之接触的温度较低的另一固体都是导热现象。
液氮、液氧的低温容器设备（称杜瓦瓶）的设计，由于 采取了减少热量传递的措施，使得在垂直于杜瓦瓶壁面方 向的热量传递减少到采取措施之前的千分之一，甚至更少， 从而有效地防止了瓶内低温液体的蒸发，减少了能量损失。
传热学基础
——传热学应用
3、温度控制
为使一些设备能安全经济的运行，或者为得到优质产品， 要对热量传递过程中物体关键部位的温度进行控制。
1、强化传热
即在一定的条件（如一定的温差、体积、重量或泵功等） 下增加所传递的热量。
以家用空调为例：最近20年，家用空调广泛进入民众 家庭，家用空调的尺寸不断缩小，并且能耗也在不断降低， 这主要归功于强化传热弱传热，或称绝缘传热
即在一定条件下使热量的传递减到最小。热绝缘类型的 问题主要对于高温的设备，目的是减少散热损失，或称减 少漏热；对于低温的设备，主要就是减少冷量的损失。
还有就是，人们衣着随季节而变化这一现象就涉及 上面所属的三种类型的问题：在冬天利用保温性能好的衣 服来削弱人体向外的散热，在夏天则是通过较多的裸露皮 肤以及穿白色的衣服增加人体向环境的散热，而这样做的 目的就是要把人体的温度控制在一定的范围以内。
传热学基础
——传热学应用
传热学的应用是将节约能源作为贯穿始终的一条主线。
热量传递的强化与削弱紧密地与节能措施联系起来，通 过学习不仅了解节约能源的技术和方法，并且树立起“节 能优先”的基本观点。也就是传热学学习和研究的目的所 在。
传热学基础
——热传导
热能传递的三种基本方式
热能的传递有三种基本方式：热传导、热对流与热辐射。 分别简述如下：
一、热传导
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的热运动而产生的热能传递称为热传 导，简称导热。例如，固体内部热量从温度较高的部分传 递到温度较低的部分，以及温度较高的固体把热量传递给 与之接触的温度较低的另一固体都是导热现象。
传热讲义-第1章
11 Research Group of Heat Transfer
热能利用率和传热过程 密切相关。
高温热源 吸热Q1
热机
Wnet
放热Q2
低温热源
NCEPU
12 Research Group of Heat Transfer
对流、导热、沸腾
对流、导热 对流 导热 辐射 对流、导热
对流
凝结、对流
NCEPU
tw2
: 材料的热导率（导热系数），表明
材料的导热能力，W/(m· K)。
0
W
NCEPUx
28 Research Group of Heat Transfer
热流密度 q :单位时间通过单位面积的热流量
q
导热热阻
A
tw1 tw 2
A
tw1 tw 2
t w1 t w 2
NCEPU
4 Research Group of Heat Transfer
课程体系的简要结构
基础课
专业基础课
专业课
NCEPU
5 Research Group of Heat Transfer
第1章 绪论
1－1 传热学的研究内容与研究方法
（1）传热学的概念:
传热学主要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:在温差的作用下传递的热能的数量。 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。 NCEPU
传热学的任务：微尺度下传热规律的探索；预先设定 温度分布；以热量的传递作为控制手段——传热控制
NCEPU
21 Research Group of Heat Transfer
传热学课件讲义
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
热量转移与电量转移对应物理量及基本规律的比较 热阻：平壁传热过程各环节热阻形式及总热阻如下表。
2020/12/15
基本概念和傅里叶定律
一、导热机理
导热是一种与原子、分子及自由屯子等微观粒子的无序随机运动相 联系的物理过程。所有的物质，不论固相、液相还是气相，均具有 一定的传导热量的能力，尽管数值上相差非常悬殊。这说明导热是 物质的—种固有属性。但是应该注意，物体发生纯导热时物质内部 一定不存在宏观位移。
对流换热是流体流过固体壁面且由于其与壁面间存在温差时的热量传递
现象，它与流体的流动机理密不可分；同时，由于导热也是物质的固有
本质，因而对流换热是流体的宏观热运动(热对流)与流体的微观热运动 (导热)联合作用的结果。
基本规律：牛顿冷却公式
或
其中A为换热面积，必须是流体与壁面间相互接触的、与热量传递方向 相垂直的面积。 影响因素：流体热物性（如导热系数、粘度等）、流体流态和流速、温 差、几何因素等等。对流换热的表面传热系数h为一过程量，而不像导 热系数λ那样是物性参数。 ⒊热辐射 当物质微观粒子(原子)内部的电子受激和振动时，将产生交替变化的电 场和磁场，所发出电磁波向空间传播，即为热辐射。从物理本质上讲， 热辐射(thermal radiation)和其他所有各种辐射一样，都是电磁波。它们 之间的内在区别是导致发射电磁波的激励方式不同，而外在表现是发射 的波长不一样，以及吸收该电磁波之后所引起的效应不同。热辐射的特 点与导热及对流有着显著的不同之处。 基本规律：黑体辐射的斯蒂藩—玻耳兹曼定律。
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
热量转移与电量转移对应物理量及基本规律的比较 热阻：平壁传热过程各环节热阻形式及总热阻如下表。
2020/12/15
基本概念和傅里叶定律
一、导热机理
导热是一种与原子、分子及自由屯子等微观粒子的无序随机运动相 联系的物理过程。所有的物质，不论固相、液相还是气相，均具有 一定的传导热量的能力，尽管数值上相差非常悬殊。这说明导热是 物质的—种固有属性。但是应该注意，物体发生纯导热时物质内部 一定不存在宏观位移。
对流换热是流体流过固体壁面且由于其与壁面间存在温差时的热量传递
现象，它与流体的流动机理密不可分；同时，由于导热也是物质的固有
本质，因而对流换热是流体的宏观热运动(热对流)与流体的微观热运动 (导热)联合作用的结果。
基本规律：牛顿冷却公式
或
其中A为换热面积，必须是流体与壁面间相互接触的、与热量传递方向 相垂直的面积。 影响因素：流体热物性（如导热系数、粘度等）、流体流态和流速、温 差、几何因素等等。对流换热的表面传热系数h为一过程量，而不像导 热系数λ那样是物性参数。 ⒊热辐射 当物质微观粒子(原子)内部的电子受激和振动时，将产生交替变化的电 场和磁场，所发出电磁波向空间传播，即为热辐射。从物理本质上讲， 热辐射(thermal radiation)和其他所有各种辐射一样，都是电磁波。它们 之间的内在区别是导致发射电磁波的激励方式不同，而外在表现是发射 的波长不一样，以及吸收该电磁波之后所引起的效应不同。热辐射的特 点与导热及对流有着显著的不同之处。 基本规律：黑体辐射的斯蒂藩—玻耳兹曼定律。
杨世铭《传热学》考研考点讲义
㊀３
辐㊀射㊀传㊀热
一 热辐射的基本概念 １ ． 电磁波谱 ２ ． 吸收、 反射、 透射 ３ ． 黑体的概念和作用 ４ ． 黑体辐射的基本定律 Ｓ ｔ ｅ ｆ ａ ｎ － Ｂ ｏ ｌ ｔ ｚ ｍ ａ ｎ ｎ 定律 Ｐ ｌ ａ ｎ ｃ ｋ 定律㊀㊀㊀ Ｗｉ ｅ ｎ 位移定律 Ｌ ａ ｍ ｂ ｅ ｒ ｔ 定律 ５ ． 实际物体的辐射吸收特性 漫射表面 灰体的概念 基尔霍夫定律 实际物体表面简化的可行性 ６ ． 温室效应 二 辐射传热的计算 １ ． 角系数 ２ ． 投入辐射、 有效辐射 ３ ． 任意两表面之间辐射传热 ４ ． 多表面系统辐射传热 表面辐射热阻和空间辐射热阻 画网络图的方法 表面净辐射传热量和任意两表面之间的辐射传热量 两种特殊情形 黑体、 重辐射面 ５ ． 遮热板 遮热板的工作原理 遮热板的应用： 如何进一步提高遮热板的遮热效果， 提高测温精度
换㊀热㊀器
一 传热过程的分析和计算 传热过程 总传热系数
㊀４
杨世铭《 传热学》 考点精讲及复习思路
①传热过程的辨析 圆筒壁 ＼ 肋壁的传热 ②总传热系数的计算㊀㊀ 通过平壁 ＼ 强化传热的突破口㊀㊀ 强化传热应从热阻最大的环节入手 临界热绝缘直径 二 换热器的型式及平均温差 换热器的定义、 型式、 特点 简单顺流和逆流的平均温差的计算 简单顺流和逆流的定性温度分布 其它复杂流动布置的平均温差的计算 三 换热器的热计算 设计计算和校核计算 利用平均温差法进行换热器的设计计算 ①所依据的方程㊀㊀ ②步骤 １ ． Ｔ Ｕ法 －Ｎ ①有关概念㊀㊀㊀ ②与平均温差法比较 ２ ． 污垢热阻 二、 杨世铭《 传热学》 考点精讲及复习思路课程安排 第一章 概论— — —１讲 第二章 稳态热传导— — —３讲 第三章 非稳态热传导— — —２讲 第四章 热传导问题的数值解法— — —２讲 第五章 对流传热的理论基础— — —２讲 第六章 单相对流传热的实验关联式— — —２讲 第七章 相变对流传热— — —２讲 第八章 热辐射基本定律和辐射特性— — —２讲 第九章 辐射传热的计算— — —２讲 第十章 传热过程分析与换热器的热计算— — —２讲 第十一章 传质学简介 三、 考试题型 名词解释 如： １ ． 大容器沸腾； ２ ． 流动边界层； ３ ． 辐射传热； ４ ． 传热过程； ５ ． 稳态温度场； 填空 如： 第一类边界条件是㊀㊀㊀㊀㊀㊀。
辐㊀射㊀传㊀热
一 热辐射的基本概念 １ ． 电磁波谱 ２ ． 吸收、 反射、 透射 ３ ． 黑体的概念和作用 ４ ． 黑体辐射的基本定律 Ｓ ｔ ｅ ｆ ａ ｎ － Ｂ ｏ ｌ ｔ ｚ ｍ ａ ｎ ｎ 定律 Ｐ ｌ ａ ｎ ｃ ｋ 定律㊀㊀㊀ Ｗｉ ｅ ｎ 位移定律 Ｌ ａ ｍ ｂ ｅ ｒ ｔ 定律 ５ ． 实际物体的辐射吸收特性 漫射表面 灰体的概念 基尔霍夫定律 实际物体表面简化的可行性 ６ ． 温室效应 二 辐射传热的计算 １ ． 角系数 ２ ． 投入辐射、 有效辐射 ３ ． 任意两表面之间辐射传热 ４ ． 多表面系统辐射传热 表面辐射热阻和空间辐射热阻 画网络图的方法 表面净辐射传热量和任意两表面之间的辐射传热量 两种特殊情形 黑体、 重辐射面 ５ ． 遮热板 遮热板的工作原理 遮热板的应用： 如何进一步提高遮热板的遮热效果， 提高测温精度
换㊀热㊀器
一 传热过程的分析和计算 传热过程 总传热系数
㊀４
杨世铭《 传热学》 考点精讲及复习思路
①传热过程的辨析 圆筒壁 ＼ 肋壁的传热 ②总传热系数的计算㊀㊀ 通过平壁 ＼ 强化传热的突破口㊀㊀ 强化传热应从热阻最大的环节入手 临界热绝缘直径 二 换热器的型式及平均温差 换热器的定义、 型式、 特点 简单顺流和逆流的平均温差的计算 简单顺流和逆流的定性温度分布 其它复杂流动布置的平均温差的计算 三 换热器的热计算 设计计算和校核计算 利用平均温差法进行换热器的设计计算 ①所依据的方程㊀㊀ ②步骤 １ ． Ｔ Ｕ法 －Ｎ ①有关概念㊀㊀㊀ ②与平均温差法比较 ２ ． 污垢热阻 二、 杨世铭《 传热学》 考点精讲及复习思路课程安排 第一章 概论— — —１讲 第二章 稳态热传导— — —３讲 第三章 非稳态热传导— — —２讲 第四章 热传导问题的数值解法— — —２讲 第五章 对流传热的理论基础— — —２讲 第六章 单相对流传热的实验关联式— — —２讲 第七章 相变对流传热— — —２讲 第八章 热辐射基本定律和辐射特性— — —２讲 第九章 辐射传热的计算— — —２讲 第十章 传热过程分析与换热器的热计算— — —２讲 第十一章 传质学简介 三、 考试题型 名词解释 如： １ ． 大容器沸腾； ２ ． 流动边界层； ３ ． 辐射传热； ４ ． 传热过程； ５ ． 稳态温度场； 填空 如： 第一类边界条件是㊀㊀㊀㊀㊀㊀。
传热学第一讲20130306
传热过程：热量由壁面一侧的流体通过壁面传递到
另一侧流体中去的过程。
传热方程： = kA(t fi t fo )
传热系数 W /(m2 K )
例：平壁中导热和对流综合传热
2019/8/14
24
t fi t fo
t fi
1
Ahi
t fo
1
A
Aho
t fi hi
A, ,
2019/8/14
2019/8/14
17
表1 一些表面传热系数的数值范围
对流换热类型 空气自然对流换热 水自然对流换热 空气强迫对流换热 水强迫对流换热
水沸腾 水蒸气凝结
表面传热系数 h (W /( m2K) ) 1～10
200～1000 10～100
100～15000 2500～35000 5000～25000
= AT 4
——斯忒藩—玻耳兹曼常数，又称为黑体辐射常数，
5.67×10-8 W/(m2K4)；
T ——绝对温度，K。
3.实际物体：
= AT 4
——黑度（又称发射率）。
2019/8/14
21
四、辐射换热
1.定义: 物体间靠热辐射进行的热量传递。
高温 物体
低温 物体
2.黑体间的辐射换热 以无限靠近的黑体平板为例：
t fo ho
=
1
t fi t fo
1
=
A(t fi t fo )
1 1
Ahi A Aho hi ho
= kA(t fi t fo )
1
k = 1 1 hi ho
25
工程传热学
另一侧流体中去的过程。
传热方程： = kA(t fi t fo )
传热系数 W /(m2 K )
例：平壁中导热和对流综合传热
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t fi t fo
t fi
1
Ahi
t fo
1
A
Aho
t fi hi
A, ,
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表1 一些表面传热系数的数值范围
对流换热类型 空气自然对流换热 水自然对流换热 空气强迫对流换热 水强迫对流换热
水沸腾 水蒸气凝结
表面传热系数 h (W /( m2K) ) 1～10
200～1000 10～100
100～15000 2500～35000 5000～25000
= AT 4
——斯忒藩—玻耳兹曼常数，又称为黑体辐射常数，
5.67×10-8 W/(m2K4)；
T ——绝对温度，K。
3.实际物体：
= AT 4
——黑度（又称发射率）。
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四、辐射换热
1.定义: 物体间靠热辐射进行的热量传递。
高温 物体
低温 物体
2.黑体间的辐射换热 以无限靠近的黑体平板为例：
t fo ho
=
1
t fi t fo
1
=
A(t fi t fo )
1 1
Ahi A Aho hi ho
= kA(t fi t fo )
1
k = 1 1 hi ho
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工程传热学
传热学讲义第一章—导热理论基础
第一章 导热理论基础本章重点：准确理解温度场、温度梯度、导热系数等基本概念，准确掌握导热基本定律及导热问题的基本分析方法。
物质内部导热机理的物理模型：（1）分子热运动；（2）晶格（分子在无限大空间里排列成周期性点阵）振动形成的声子运动；（3）自由电子运动。
物质内部的导热过程依赖于上述三种机理中的部分项，这几种机理在不同形态的物质中所起的作用是不同的。
导热理论从宏观研究问题，采用连续介质模型。
第一节 基本概念及傅里叶定律1-1 导热基本概念一、温度场(temperature field)（一）定义：在某一时刻，物体内各点温度分布的总称，称为即为温度场（标量场）。
它是空间坐标和时间坐标的函数。
在直角坐标系下，温度场可表示为：),,,(τz y x f t = （1-1）（二）分类：1．从时间坐标分：① 稳态温度场：不随时间变化的温度场，温度分布与时间无关，0=∂∂τt ，此时，),,(z y x f t =。
（如设备正常运行工况） 稳态导热：发生于稳态温度场中的导热。
② 非稳态温度场：随时间而变化的温度场，温度分布与时间有关，),,,(τz y x f t =。
（设备启动和停车过程）非稳态导热：在非稳态温度场中发生的导热。
2．从空间坐标分： ① 三维温度场：温度与三个坐标有关的温度场，⎩⎨⎧==稳态非稳态),,(),,,(z y x f t z y x f t τ ② 二维温度场：温度与二个坐标有关的温度场，⎩⎨⎧==稳态非稳态),(),,(y x f t y x f t τ∆tt-∆tgrad t③ 一维温度场：温度只与一个坐标有关的温度场，⎩⎨⎧==稳态非稳态，)()(x f t x f t τ 二、等温面与等温线1．等温面(isothermal surface)：在同一时刻，物体内温度相同的点连成的面即为等温面。
2．等温线(isotherms)：用一个平面与等温面相截，所得的交线称为等温线。
为了直观地表示出物体内部的温度分布，可采用图示法，标绘出物体中的等温面（线）。
1传热学-第一章课件讲解
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 3 、温度控 制：为使 一些设备能安全 经济 地 运 行 ，需要对热量传递中的 关键部位进行温 度控 制 。如航 天器返回 地面， 笔记本的 散热
四、传热问题的分类和主要计算量
稳态传热过程: 传热过程中各处温度不 随时间变化。 非稳态传热过程：传热过程中各 处温度随时间变化。
热流量：
dQ Φ= d
[W]
W 2 m
热流密度：
t Φ q= = A
§1-2热量传递的基本方式
热量传递基本方式：热传导、热对流、热辐射
l
l
为什么水壶的提把要包上橡胶？
不同材质的汤匙放入热水中，哪个黄油融解更快？
在下列技术领域大量存在传热问题
动力、化工、制冷、建筑、环境、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…
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
高等传热学讲义
第2章边界层方程第一节Prandtl 边界层方程一.边界层简化的基本依据外：粘性和换热可忽略)(t δδ,l l t <<<<δδ或内：粘性和换热存在)(t δδ特征尺寸—l二.普朗特边界层方程常数性流体纵掠平板，层流的曲壁同样适用)。
δvlu ∞∞∞u lv v l u δδ~~，可见，0=∂∂+∂∂yv x u )()((x x R δ>>曲率半径yxuv∞∞T u ,wT ∞∞T u ,δl)(12222yu x u x p y u v x u u ∂∂+∂∂+∂∂-=∂∂+∂∂νρδδ∞∞u u llu u ∞∞2l u ∞ν2δν∞u )(2lu ∞除以无因次化11Re12))(Re 1(δl因边界层那粘性项与惯性项均不能忽略，故项可忽略，且说明只有Re>>1时，上述简化才适用。
)(12222yv x v y p y v v x v u ∂∂+∂∂+∂∂-=∂∂+∂∂νρ1~))(Re 1(2δllδ；可见2222xuy u ∂∂>>∂∂δδ1)(2∞u l l u lu /)(∞∞δ2/)(lu l ∞δν2/)(δδν∞u l ：除以lu 2∞)(Re 1lδ))(Re 1(δl lδ可见，各项均比u 方程对应项小得多可简化为于是u 方程压力梯度项可写为。
)(2222yTx T a y T v x T u ∂∂+∂∂=∂∂+∂∂,0=∂∂yp dxdpρ1-),(lδ乘了δθδwu l )(∞lu w θ∞2lawθ除以：lu w θ∞Pe/12)(/1δlPe 12δθwa 1)(∞-=T T w w θPr)Re (⋅====∞∞贝克列数—导热量对流热量w w p lk u c a l u Pe θθρ边界层方程：。
时或当可忽略可见，)1,1~)(1(222>>∂∂Pe l Pe x T a δ0=∂∂+∂∂yvx u )(12222yu x u x p y u v x u u ∂∂+∂∂+∂∂-=∂∂+∂∂νρ)(2222yT x T a y T v x T u ∂∂+∂∂=∂∂+∂∂其中，压力的变化由主流速度的变化确定：,0=∴=∞dxdpdx du 对于平板，gf e d c b a y x yy xy xx =+++++φφφφφφ（主流柏努利方程）dxdu u dx dp ∞∞=ρ1（主流速度可按势流问题求解得到）二.普朗特边界层方程定义：对于二元二阶线性偏微分方程（a 、b 、c 、d 、e 、f 、g 均为x ，y 的已知函数）当，称为双曲型的，（无粘超音速流问题）；当，称为抛物型的；当，称为椭圆型的。
传热学-第四章 对流换热的理论分析第一讲-动力工程
速度场和温度场由对流换热微分方程组确定： 连续性方程、动量方程、能量方程
对流换热过程微分方程式
h（x Tw
T）
T y
w, x
与导热中的第三类边界条件有何本质差异？
流体中的温度梯度 流体的热物性
4-2 对流换热过程的数学描述
为便于分析，只限于分析二维对流换热
假设：a) 流体为不可压缩的牛顿型流体
4-1 对流换热概述
一、对流换热
1、定义：流体与固体壁直接接触、且存在相对运 动时所发生的热量传递过程
Tw T
对流换热与热对流不同 不是基本传热方式
对流 & 对流换热
对流，流体中温度不同的各部分之间，由于相对的 宏观运动而把热量从一处迁移至另一处的过程
流体在作相对宏观运动的同时，分子的微观运动并 没有停止，也就是说流体微团内部还以导热方式传递 热量，这一作用习惯上称为扩散作用
（2）动量传递和热量传递的类比法 利用湍流时动量传递和热量传递的类似规律，由湍 流时的局部表面摩擦系数推知局部表面传热系数
（3）实验法 用相似理论指导
四、对流换热过程的单值性条件
单值性条件：能单值地反映对流换热过程特点的条件 完整数学描述：对流换热微分方程组 + 单值性条件 单值性条件包括四项：几何、物理、时间、边界 1、几何条件 说明对流换热过程中的几何形状和大小
速度边界层
在紧靠壁面的流体薄层内，由于分子导热，热量从 壁面传递到流体中
当热量通过导热自壁面传入流体后，一部分以焓的 形式被运动着的流体带向下游-----热对流；另一部分 则以热量的形式通过导热传向离壁面稍远的流体层----热扩散
热扩散
热对流
被加热的流体向前运动，带走了一部分热量，从而使 向垂直于壁面方向传递的热量逐渐减少；流体中的温 度变化率也逐渐衰减
对流换热过程微分方程式
h（x Tw
T）
T y
w, x
与导热中的第三类边界条件有何本质差异？
流体中的温度梯度 流体的热物性
4-2 对流换热过程的数学描述
为便于分析，只限于分析二维对流换热
假设：a) 流体为不可压缩的牛顿型流体
4-1 对流换热概述
一、对流换热
1、定义：流体与固体壁直接接触、且存在相对运 动时所发生的热量传递过程
Tw T
对流换热与热对流不同 不是基本传热方式
对流 & 对流换热
对流，流体中温度不同的各部分之间，由于相对的 宏观运动而把热量从一处迁移至另一处的过程
流体在作相对宏观运动的同时，分子的微观运动并 没有停止，也就是说流体微团内部还以导热方式传递 热量，这一作用习惯上称为扩散作用
（2）动量传递和热量传递的类比法 利用湍流时动量传递和热量传递的类似规律，由湍 流时的局部表面摩擦系数推知局部表面传热系数
（3）实验法 用相似理论指导
四、对流换热过程的单值性条件
单值性条件：能单值地反映对流换热过程特点的条件 完整数学描述：对流换热微分方程组 + 单值性条件 单值性条件包括四项：几何、物理、时间、边界 1、几何条件 说明对流换热过程中的几何形状和大小
速度边界层
在紧靠壁面的流体薄层内，由于分子导热，热量从 壁面传递到流体中
当热量通过导热自壁面传入流体后，一部分以焓的 形式被运动着的流体带向下游-----热对流；另一部分 则以热量的形式通过导热传向离壁面稍远的流体层----热扩散
热扩散
热对流
被加热的流体向前运动，带走了一部分热量，从而使 向垂直于壁面方向传递的热量逐渐减少；流体中的温 度变化率也逐渐衰减
《传热学讲义》课件
导热系数是物性参数，它取决于物质的种类和热力 状态(即温度、压力等)。变化特征和机理见下页。 四种典型物质的导热系数数值（t=20 ℃。）
纯铜 λ =399W／(m·K)；
碳钢 λ =35～40W／(m·K)； 水 λ =0．599W／(m·K)； 干空气 λ =0．0259 W／(m·K)。 其余见附录。
傅里叶定律是实验定律，是普遍适用的，即不论是否变物 性，不论是否有内热源，不论物体的几何形状如何，不论 是否非稳态，也不论物质的形态(固、液、气)，傅里叶定律 都是适用的。
导热系数
q /
t n
n
导热系数 λ表示在单位温度梯度作用下物体内所产 生的热流密度，它表征了物质导热本领的大小。
定解条件
导热问题完整的数学描述：
导热微分方程式 + 定解条件
定解条件：包括初始条件和边界条件
初始条件：τ=0 t(x,y,z,0)=f(x,y,z) 边界条件：指凡说明边界上过程进行的特点，反 映过程与与周围环境相互作用的条件；导热问题常 见的三类边界条件如下：已知与未知？？
第一类： τ＞0，tw=f1(τ) ；稳态？ 第二类： τ＞0，qw=-λ（υt/υn）w=f2(τ)；稳态？ 第三类： τ＞0， -λ（υt/υn）w =h（ tw - tf ）；稳态？
t=f（x，y，z，τ）
等温线（面）
同一时刻物体中温度相同的点连成：
不可能相交； 对连续介质，等温线（面）只可能在物体边界中断或完全封闭； 沿等温线（面）无热量传递； 其疏密可直观反映出不同区域温度梯度（或热流密度）的相对大 小。
温度梯度：P22
基本定律—傅立叶定律
表达式：Φ=Aq=A(-λgrad t)
纯铜 λ =399W／(m·K)；
碳钢 λ =35～40W／(m·K)； 水 λ =0．599W／(m·K)； 干空气 λ =0．0259 W／(m·K)。 其余见附录。
傅里叶定律是实验定律，是普遍适用的，即不论是否变物 性，不论是否有内热源，不论物体的几何形状如何，不论 是否非稳态，也不论物质的形态(固、液、气)，傅里叶定律 都是适用的。
导热系数
q /
t n
n
导热系数 λ表示在单位温度梯度作用下物体内所产 生的热流密度，它表征了物质导热本领的大小。
定解条件
导热问题完整的数学描述：
导热微分方程式 + 定解条件
定解条件：包括初始条件和边界条件
初始条件：τ=0 t(x,y,z,0)=f(x,y,z) 边界条件：指凡说明边界上过程进行的特点，反 映过程与与周围环境相互作用的条件；导热问题常 见的三类边界条件如下：已知与未知？？
第一类： τ＞0，tw=f1(τ) ；稳态？ 第二类： τ＞0，qw=-λ（υt/υn）w=f2(τ)；稳态？ 第三类： τ＞0， -λ（υt/υn）w =h（ tw - tf ）；稳态？
t=f（x，y，z，τ）
等温线（面）
同一时刻物体中温度相同的点连成：
不可能相交； 对连续介质，等温线（面）只可能在物体边界中断或完全封闭； 沿等温线（面）无热量传递； 其疏密可直观反映出不同区域温度梯度（或热流密度）的相对大 小。
温度梯度：P22
基本定律—傅立叶定律
表达式：Φ=Aq=A(-λgrad t)
最新传热学基本知识教学讲义ppt
例如用水蒸气加热沸腾的液体，器壁两侧的 冷、热流体因自身发生相变化而温度都不变，
⊿t均=T-t
流体的流动方向对 ⊿t均无影响。
2、变温传热时的平均温度差
T
⊿t1
t1
工业上最常见的是变温传热
（1）单侧变温时的平均温度差(一侧流
体温度有变,另一侧温度恒定)
T1
T
⊿t2
⊿t1
t2
t
T2
t ⊿t2
t t1t2 l ntt12
四、传热系数K的确定
1．现场实测
根据传热速率方程可知，只需从现场测得换热器的传热面积 A，
平均温度差 t 均及热负荷 Q后，传热系数 K就很容易计算出来。
其中传热面积 A可由设备结构尺寸算出， t 均 可从现场测定两股
流体的进出口温度及它们的流动方式而求得，热负荷 Q可由现场测
得流体的流量，由流体在换热器进出口的状态变化而求得。
是先按逆流计算对数平均温度差，再乘以温度源自差修正系数 t，即t均tt逆
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
由于 t 的值小于1，故折流和错流时的平均温度差 总小于逆流。
由以上分析可知，逆流优于并流，因而工业生产中换 热器多采用逆流操作。
③错流和折流时的平均温度差
为了强化传热，列管式换热器的管程或壳 程常常为多程，流体经过两次或多次折流后再 流出换热器，这使换热器内流体流动的型式偏 离纯粹的逆流和并流，因而使平均温度差的计
算更为复杂。错流或折流时的平均温度差⊿t均
热量传递的三种基本形式
⊿t均=T-t
流体的流动方向对 ⊿t均无影响。
2、变温传热时的平均温度差
T
⊿t1
t1
工业上最常见的是变温传热
（1）单侧变温时的平均温度差(一侧流
体温度有变,另一侧温度恒定)
T1
T
⊿t2
⊿t1
t2
t
T2
t ⊿t2
t t1t2 l ntt12
四、传热系数K的确定
1．现场实测
根据传热速率方程可知，只需从现场测得换热器的传热面积 A，
平均温度差 t 均及热负荷 Q后，传热系数 K就很容易计算出来。
其中传热面积 A可由设备结构尺寸算出， t 均 可从现场测定两股
流体的进出口温度及它们的流动方式而求得，热负荷 Q可由现场测
得流体的流量，由流体在换热器进出口的状态变化而求得。
是先按逆流计算对数平均温度差，再乘以温度源自差修正系数 t，即t均tt逆
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
由于 t 的值小于1，故折流和错流时的平均温度差 总小于逆流。
由以上分析可知，逆流优于并流，因而工业生产中换 热器多采用逆流操作。
③错流和折流时的平均温度差
为了强化传热，列管式换热器的管程或壳 程常常为多程，流体经过两次或多次折流后再 流出换热器，这使换热器内流体流动的型式偏 离纯粹的逆流和并流，因而使平均温度差的计
算更为复杂。错流或折流时的平均温度差⊿t均
热量传递的三种基本形式
传热学讲义
Q
1
(t1 t4 )
2
3
t 总推动力
R
总热阻
1Sm1 2Sm2 3Sm3
按连续性
分类：
按与时间 的关系
间歇传热
连续传热 非稳态传热：传热速率常数， 稳态传热：传热速率=常数，
T 0
T 0
1.1 传热的基本方式
热的传递是由于物体内部或物体之间的温度不同而 引起的。当无外功输入时，根据热力学第二定律 second law of thermodynamics，热总是自动地从 温度较高的部分传给温度较低的部分， 或是温度较 高的物体传给温度较低的物体。 根据传热机理的不
2.1 温度场(temperature field)和温度梯度(temperature gradient) 温度场：任一瞬间物体或系统内各点的温度分布总和，温 度场的数学表达式为：
t f (x, y, z, )
当 t f (x, y, z), t 0
t f (x), t 0, t t 0
推动力 热阻
三层平壁的热传导速率方程式：
t t Q 1 2
b S 11
t 2
b 2
t 3
S 2
t 3
b 3
t 4
S 3
t t 14
3
b i
S i
总推动力 总热阻
i 1
t
t1
t2
t3
t4
x
n层平壁的热传导速率方程式：
Q
t t
1
n 1
n
b i
S i
t R
i 1
接触热阻造成 不同材料构成 的界面出现明 显的温度降低
上述三种传热的基本方式，很少单独存在，往往 是互相伴随着出现。
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
传热学讲义
A
dx
W m 2
称Fourier（傅立叶）定律
t
dx
dt 0
Q
x
一维稳态平板内导热
：热流量，单位时间传递的热量[W]； q：热流密度，单位时间通过单位面积传递的热量； A：垂直于导热方向的截面积[㎡]；
：导热系数（热导率）[W/( m K)]
(5) 导热系数 表征材料导热能力的大小，是一种物性参数，与
(3) 辐射换热：物体间靠热辐射进行的热量传递，它 与单纯的热辐射不同，就像对流和对流换热一样。 (4) 辐射换热的特点
a 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 b 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 c 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
0
tw1
φ
A
x
tw2
导热热阻的图示
2 对流（热对流）(Convection)
⑴定义： 流体中（气体或液体）温度不同的
各部分之间，由于发生相对的宏观运 动而把热量由一处传递到另一处的现 象。
(2) 对流换热：当流体流过一个物体表面时的热量传递过程， 他与单纯的对流不同，具有如下特点：
a 导热与热对流同时存在的复杂热传递 过程 b 必须有直接接触（流体与壁面）和宏观运动；也必须有温差 c 壁面处会形成速度梯度很大的边界层
（7）黑体辐射的控制方程： Stefan-Boltzmann (斯特藩-波尔兹曼)定律
AT 4
q T 4
σ——黑体辐射常数，5.67×10-8 W/(㎡·K4)
【传热学001传热学B第一讲(1)
传热学B
（Heat Transfer）
汽车工程学院热能工程系
2020/2/29
1
概述
1. 传热学
(1) 研究热量传递规律的科学，具体来讲主要有热量 传递的机理、规律、计算和测试方法
(2) 热量传递过程的推动力：温差
热力学第二定律：热量可以自发地由高温热源传给低温热源
有温差就会有传热
温差是热量传递的推动力
物性参数
2020/2/29
8
例：一维稳态无限大平板的导热
稳态过程：温度不随时间变化的热量传递过程
※ 非稳态过程：温度随时间变化的热量传递过程
※ 无限大平板：对于长度和宽度远远大于厚度的长方体。
q
tw1
tw2
t
/
A
tw1
tw2
t
A
2020/2/29
返回 12
协和客机（concorde）
英法航天科技 2倍音速（2160km/h）
3个小时横越大西洋 目前唯一的超音速客机
成功
接近10000美元的单程机票 无法忍受的噪音 昂贵的维修费用 污染物的大量排放
失败
2020/2/29
13
哥伦比亚号解体（Shuttle Columbia）
2020/2/29
3
4. 传热学的应用举例
(1) 生活实例
※为什么水壶的把手要包上橡胶？
※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？
2020/2/29
4
技术领域：
（1）航空航天：超高音速飞行器（Ma=10）冷却
（Heat Transfer）
汽车工程学院热能工程系
2020/2/29
1
概述
1. 传热学
(1) 研究热量传递规律的科学，具体来讲主要有热量 传递的机理、规律、计算和测试方法
(2) 热量传递过程的推动力：温差
热力学第二定律：热量可以自发地由高温热源传给低温热源
有温差就会有传热
温差是热量传递的推动力
物性参数
2020/2/29
8
例：一维稳态无限大平板的导热
稳态过程：温度不随时间变化的热量传递过程
※ 非稳态过程：温度随时间变化的热量传递过程
※ 无限大平板：对于长度和宽度远远大于厚度的长方体。
q
tw1
tw2
t
/
A
tw1
tw2
t
A
2020/2/29
返回 12
协和客机（concorde）
英法航天科技 2倍音速（2160km/h）
3个小时横越大西洋 目前唯一的超音速客机
成功
接近10000美元的单程机票 无法忍受的噪音 昂贵的维修费用 污染物的大量排放
失败
2020/2/29
13
哥伦比亚号解体（Shuttle Columbia）
2020/2/29
3
4. 传热学的应用举例
(1) 生活实例
※为什么水壶的把手要包上橡胶？
※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？
2020/2/29
4
技术领域：
（1）航空航天：超高音速飞行器（Ma=10）冷却