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。
传热学基础
——传热学与热力学
三、传热学与工程热力学的关系
传热学与工程热力学都是研究与热现象有关的科学， 这两门课程也被称为热工学科。
两门学科的根本区别：工程热力学研究的是处于平衡状 态的系统，其中不存在温差或者压力差，而传热学正是研 究有温差存在时的热能传递规律。
两门学科的密切关系：传热学经常用到的术语——“能 量平衡”和“热平衡”，实际上也就是热力学第一定律的 基本内容，即能量守恒定律。热量传递过程的动力是温度 差，热能总是自发的由高温处向低温处传递，这也正是热 力学第二定律的基本内容。
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。
Fra Baidu bibliotek
保温瓶以及液氧容器的原理是什么？？
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传热学基础
传热学基础
郑仁宇 3月18日
传热学基础
主要内容
• 传热学概述 • 传热学应用 • 热能传递的三种基本方式
传热学基础
——传热学研究内容及意义
• 传热学概述
一、传热学的研究内容及意义
热能的传递是与人类生存关系最密切的物理过程之一。 热力学第二定律指出：凡是有温差存在的地方，就有热 能自发地从高温物体向低温物体传递。 传热学就是研究由温差引起的热能传递规律的科学。 这里所谓的热能传递规律，主要是指单位时间内所传递 的热量与物体中相应的温度差之间的关系，反映这种规律 的关系式称为热能传递方程。
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。
我国目前的一个能源状况存在的矛盾主要表现在供需矛 盾尖锐、结构不合理、能源利用率低，在电力、冶金、化 工、建材等高能耗行业中热能是主要的表现形式之一，据 粗略统计，进80%的热量需要通过换热器予以转换，以适 应不同的工艺要求，因此热能利用的效率直接影响到这些 领域综合能耗的高低，公司一直倡导的节能降耗也就是为 了提高能源的综合利用率。
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。
故热力学第一、二定律是进行传热学研究的基础。
传热学基础
附热力学第一、二定律：
——热力学第二定律
热力学第一定律：
又称能量守恒定律：即物质都具有能量，能量不能被 创造，也不能被消灭，而只能从一种形式转变成另一种形 式。
系统内能的变化量等于外界对其作的功和热传递之 和。
第一类永动机：启动后不需要输入能量就可以无限输 出能量的机器
传热学这门学科是以18世纪30年代英国工业革命为背 景开始成长发展的。
导热和对流两种基本热量传递方式较早为人们所认识， 热辐射则是在1803年发现红外线后才确认的。
1822年傅里叶发表《热的解析理论》，他采用无穷级 数求解的新途径，因此而被公认为导热理论的奠基人。
传热学近代发展趋势为纵深发展，形成了微米-纳米传 热学的研究方向。
传热学基础
——传热学研究内容及意义
自然界和各种生产技术领域中到处存在温差，有温差就 会有传热，因此热能的传递就成为一种极其普遍的物理现 象。
研究内容具体来讲主要有：热量传递的机理、规律和计 算方法。
传热学的研究意义在于协助解决生产中涉及与热能传递 有关的问题。
传热学基础
——传热学发展史
二、传热学的发展史
温度控制类型的问题可以举航天器重返大气层时热防护
为例。航天飞机返回，以当地15～20倍音速穿过大气层，
飞行器前缘温度将达到10000K，如何在这样恶劣的工作 条件下对飞行器进行热保护，是航天飞机设计中的关键问 题之一。美国哥伦比亚航天飞机失事就是因为热保护瓦的 脱落而造成的。
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——传热学应用
传热学基础
——热力学第二定律
热力学第二定律：
即热量不能自发地从低温物体传到高温物体而不 付出任何代价，它主要是指出了能量传递和转化的方 向性。
第二类永动机：热机只从一个热源吸取热量然后将之 完全转变成有用功而其它物体不发生任何变化。
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——传热学应用
• 传热学应用
传热学在科学技术各个领域的应用大致可以分为三种 类型的问题：
传热学基础
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?? 为什么冬天的棉被经过在太阳底下晒过会感 到很暖和，经拍打效果会更明显？？
?? 为什么在寒冷的北方地区，建房用砖采用多
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孔的空心砖比实心砖好？？
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为什么冷态启动的汽轮机转子升温比汽缸快
、上汽缸比下汽缸温度高？？
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为什么哥伦比亚航天飞机会出事故？？
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研究的成果。
传热学基础
——传热学应用
2、削弱传热，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。