1传热概论及热传导PPT课件
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热传导(通用版)ppt课件
在金属内部则依靠自由电子的运动，而对于非金 属则主要通过晶格的热振动波进行热量的传递。
.
第一节 导热
温度场（Temperature field） 某时刻空间所有各点温度分布的总称 温度场是时间和空间的函数，即：
tf(x,y,z,)
.
第一节 导热
如果物体内各点的温度在温度不随时间 而变，称为稳态温度场。
和温度的壁面接触时，将发生凝结过程。 凝结时蒸汽释放出汽化潜热并传递给固 体壁称凝结换热过程。
分为膜状凝结、珠状凝结 液膜的导热热阻成为膜状凝结换热的主要阻力 不凝结气体——附加热阻（凝汽器设有抽气系统） 排除凝结液、减小液膜厚度——强化膜状凝结换热
.
第三节 辐射换热
概念
.
第二节 对流换热
.
第二节 对流换热
▲对流换热的主要影响因素
1.流动的起因
h强制h自然
2.流体的流态
h紊流 h层流
Re wd wd
➢ 当Re<2320时为稳定层流； ➢ Re>10000时为旺盛紊流 ； ➢ 2320<Re<10000时则为流
态不 确定的过渡阶段。
.
第二节 对流换热
3.流体的物理性质多层平壁源自QaS(twtf)twtf 1
aS
Q
1
tw1 tw4
2 3
1S 2S 3S
Q=温差除以热阻之和
q
Q S
tw1 tw4
1 2 3
1 2 3
.
第一节 导热
导热量 Q t R
热阻→热流量 在导热分析计算中，热阻的概念 是很重要的。掌握了不同物体的导热 热阻，也就能计算这些物体的热流量。
Q Sd tS tw 1 tw 2 tw 1 tw 2 tw 1 tw 2W
.
第一节 导热
温度场（Temperature field） 某时刻空间所有各点温度分布的总称 温度场是时间和空间的函数，即：
tf(x,y,z,)
.
第一节 导热
如果物体内各点的温度在温度不随时间 而变，称为稳态温度场。
和温度的壁面接触时，将发生凝结过程。 凝结时蒸汽释放出汽化潜热并传递给固 体壁称凝结换热过程。
分为膜状凝结、珠状凝结 液膜的导热热阻成为膜状凝结换热的主要阻力 不凝结气体——附加热阻（凝汽器设有抽气系统） 排除凝结液、减小液膜厚度——强化膜状凝结换热
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第三节 辐射换热
概念
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第二节 对流换热
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第二节 对流换热
▲对流换热的主要影响因素
1.流动的起因
h强制h自然
2.流体的流态
h紊流 h层流
Re wd wd
➢ 当Re<2320时为稳定层流； ➢ Re>10000时为旺盛紊流 ； ➢ 2320<Re<10000时则为流
态不 确定的过渡阶段。
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第二节 对流换热
3.流体的物理性质多层平壁源自QaS(twtf)twtf 1
aS
Q
1
tw1 tw4
2 3
1S 2S 3S
Q=温差除以热阻之和
q
Q S
tw1 tw4
1 2 3
1 2 3
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第一节 导热
导热量 Q t R
热阻→热流量 在导热分析计算中，热阻的概念 是很重要的。掌握了不同物体的导热 热阻，也就能计算这些物体的热流量。
Q Sd tS tw 1 tw 2 tw 1 tw 2 tw 1 tw 2W
4.1 传热概述及热传导
保温杯内胆与瓶身中间处于真空，
无气体分子，不导热。
27
4.2.1 傅立叶定律（Fourier's Law）
1.固体的导热系数
导热性能与导电性能密切相关，一般而言，良好的导电体必然是良好的导热体，
反之亦然。在所有固体中，金属的导热性能最好。 大多数金属的导热系数与金属温度和纯度有关，即
t ， λ
t 0
t 0
非稳态(非定常)传热：间歇生产过程，开、停车阶段。
Q , q, t f x , y , z
本章只讨论稳定传热
17
4.1.3 传热过程 热载体及其选择
选择原则
①载热体的温度易调节控制；
②载热体的饱和蒸气压较低，加热时不易分解； ③载热体的毒性小，不易燃、易爆，不易腐蚀设备；
《化工原理》
第4章 传热
4.1 传热概述及热传导
新课导入
热传递3种方式
热 传 导
热 对 流
热 辐 射
热量传递可以依靠其中的一种方式或几种方式同时进行，净的热流方向总是 从高温处向低温处流动。
2
4.1.1 传热的三种基本方式
热传导
若物体各部分之间借分子、原子和自由电子等微观粒子的热运动 传递热量的过程为热传导(又称导热)。
物质种类
气体
液体
非导固体
金属
绝热材料
W/(m﹒oC) 0.006～0.6 0.07～0.7
0.2～3.0
15～420
﹤0.25
26
4.2.1傅立叶定律（Fourier's Law）
从导热系数的角度分析一下，泡沫箱和保温杯的保温原理。
泡沫箱中存在大量微孔，填充
了大量空气，同时其自身为绝
传热导热传热导热教程PPT课件
z
t z
dxdydzd
在dτ时间内，微元体中内热源的发热量为：
【2】 qV dxdydzd
第33页/共63页
2.2 导 热
2、导热微分方程式
在dτ时间内，微元体中热力学能的增量为：
【3】= c t dxdydzd
代入上式整理简化得：
t
2t
c
x
2
2t y2
2t z 2
qV
c
或写成： t a2t qV
说明
在实际计算时，导热系数值常取物体两极端温度的算术平均值。即：
或： 4)气体的导热系数：表2-1
av
o
b t1
t2 2
av
o (1
t1
t2 2
)
大多数气体导热系数在0.0058～0.58w/m·℃,与气体的压力无关，随温度 的升高而增大。混合气体的导热系数不遵循加和法则，用实验测定。
第24页/共63页
第25页/共63页
2.2 导 热
1、导热的基本概念及定律
耐火、隔热和建筑材料的导热系数： 影响该类材料的导热系数的因素很多。有温度、材料的气孔率、湿度等，一般在 0.025～3.0w/m·℃。 温度升高，这类材料除镁砖外，其导热系数随之增大。工程上把λ<0.22W/m·℃的 材料称为绝热材料，它具有多孔结构。
2.2
1、导热的基本概念及定律
导热
温度场表示为
t f x, y, z,
上式的温度t不仅与坐标x、t、z有关，而且和时间t有关，即：
这样的温度场 分两种：
t 0
不稳定温度场
t 0 加热
冷却
t 0
第15页/共63页
2.2
《化工原理传热》课件
导热问题的数学描述
导热问题的数学描述通常使 用偏微分方程，如热传导方 程。
解这些方程可以得到导热过 程中的温度分布、热流量等 参数。
通过建立数学模型，可以描 述导热过程中温度随时间和 空间的变化规律。
在实际应用中，还需要考虑 其他因素如边界条件、初始 条件等。
03
对流换热
对流换热基本概念
01
02
04
辐射换热
辐射换热基本概念
定义
01
物体通过电磁波传递能量的过程称为辐射换热。
辐射换热与物质属性
02
物体的辐射换热能力与其发射率、吸收率、反射率和透射率有
关。
辐射换热与温度
03
物体的辐射换热能力随温度升高而增强。
辐射换热计算方法
斯蒂芬-玻尔兹曼定律
描述了物体在绝对黑体条件下辐射换热的规律。
发射率修正
02
它主要通过物质分子、原子或分子的振动和相互碰 撞进行热量传递。
03
热传导是三种基本传热方式之一，另外两种是热对 流和热辐射。
傅里叶定律
傅里叶定律是热传导的基本定 律，它描述了热传导速率与温
度梯度之间的线性关系。
公式为：q = -k * grad(T)， 其中q为热流密度，k为导热 系数，grad(T)为温度梯度。
传热方式
01
02
总结词：传热主要有三 种方式：热传导、热对 流和热辐射。
详细描述
03
04
05
1. 热传导是指热量在物 质内部通过分子、原子 等微观粒子的运动传递 热量。不同物质导热能 力不同，金属是良好的 导热体。
2. 热对流是指由于物质 宏观运动引起的热量传 递过程，如气体、液体 等流动过程中热量的传 递。对流换热在化工、 能源、动力等领域有广 泛应用。
《热传导》课件(32张PPT)
5 热传导
新知导入
有一首非常优美的小诗，读完后，你领悟到其中的道理了吗？
太阳把温暖传给了土壤， 土壤把温暖传给了种子； 太阳把温暖传给了小溪， 小溪把温暖传给了鱼儿； 太阳把温暖传给了空气， 空气把温暖传给了你我。 ……
道理：热会传递。
交流
一、热传导现象
卖火柴的小女孩在圣诞之夜又饥又 饿，微弱的火光不能抵御寒冷，最 后悲惨死去。
熨衣服时，加热 电熨斗的金属底 板，金属底板的 热量传递给与其 接触的衣服，使 衣服变热，变得 平整。
炒板栗时，沙子吸 收大量的热量，再 把热均匀地传给板 栗，板栗很快就被 炒熟了。
交流
像这样的事例 还有哪些？
动手
二、热传导实验
1.研究热在金属中的传递方向
实验材料：铁片、酒精灯、铁架台、火柴、凡士林、塑料片〔小勺〕
吹头发
电吹风产生的热传递给头发，头发温度升高 ； 另外电吹风吹出气体，加速空气流动。这两个 因素共同作用，使头发上的水快速蒸发。
交流
电烙铁作画
电烙铁通电后被加热，烙 铁把热传递给与其接触的 木板，接触点的木板受热 颜色发生改变，利用这种 颜色变化完成作品。
课堂练习
1.以下事例可以用热传导解释的是〔 C 〕 A.天冷多穿，天热少穿 B.冰棍箱用棉被蒙住 C.洗个热水澡
2.一个物体受热后，热的传递方向是〔 A 〕 A.向四周传递 B.沿直线从一端向另一端传递 C.无法确定，需根据具体情况而定
课堂练习
3.以下热传导过程不正确的选项是B 〔 〕 A.电熨斗金属底板→衣服 B.冰块→纱布→皮肤 C.水槽热水→玻璃杯→杯里的冷水
4.热传导的速度描述正确的一项为哪一A 项〔 〕
不同物体：一物体→另一物体
新知导入
有一首非常优美的小诗，读完后，你领悟到其中的道理了吗？
太阳把温暖传给了土壤， 土壤把温暖传给了种子； 太阳把温暖传给了小溪， 小溪把温暖传给了鱼儿； 太阳把温暖传给了空气， 空气把温暖传给了你我。 ……
道理：热会传递。
交流
一、热传导现象
卖火柴的小女孩在圣诞之夜又饥又 饿，微弱的火光不能抵御寒冷，最 后悲惨死去。
熨衣服时，加热 电熨斗的金属底 板，金属底板的 热量传递给与其 接触的衣服，使 衣服变热，变得 平整。
炒板栗时，沙子吸 收大量的热量，再 把热均匀地传给板 栗，板栗很快就被 炒熟了。
交流
像这样的事例 还有哪些？
动手
二、热传导实验
1.研究热在金属中的传递方向
实验材料：铁片、酒精灯、铁架台、火柴、凡士林、塑料片〔小勺〕
吹头发
电吹风产生的热传递给头发，头发温度升高 ； 另外电吹风吹出气体，加速空气流动。这两个 因素共同作用，使头发上的水快速蒸发。
交流
电烙铁作画
电烙铁通电后被加热，烙 铁把热传递给与其接触的 木板，接触点的木板受热 颜色发生改变，利用这种 颜色变化完成作品。
课堂练习
1.以下事例可以用热传导解释的是〔 C 〕 A.天冷多穿，天热少穿 B.冰棍箱用棉被蒙住 C.洗个热水澡
2.一个物体受热后，热的传递方向是〔 A 〕 A.向四周传递 B.沿直线从一端向另一端传递 C.无法确定，需根据具体情况而定
课堂练习
3.以下热传导过程不正确的选项是B 〔 〕 A.电熨斗金属底板→衣服 B.冰块→纱布→皮肤 C.水槽热水→玻璃杯→杯里的冷水
4.热传导的速度描述正确的一项为哪一A 项〔 〕
不同物体：一物体→另一物体
(完整PPT)传热学
因此，温度场内任一点的温度为该点位置和时 间的函数，即：
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。
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。
传热学第一章 热量传递的基本方式ppt课件
爆破学、工厂、物业、商厦与地面建筑的灾害防治技术、通风 与空气调节 、安全管理学等专业知识，这些都与传热相关。
*
太原理工大学
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主要体现在以下几个方面
Thermal
➢ 温度场的测算和换热量的计算； ➢ 环境变化对温度场的影响；
➢ 极限温度的控制：为使一些设备能安全经济地运 行，需要对热量传递过程中物体关键部位的温度进 行控制。
*
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24 / 51
（2）对流换热的分类
• 无相变：强制对流和自然对流换热
Thermal
• 有相变：沸腾、凝结、凝固、熔化等。
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。 如：暖气片表面附近受热空气的向上流动 强制对流：流体的流动是由于水泵、风机或其它压差 作用所造成的。 如油冷却器、空气预热器等。
两黑体表面间的辐射换热
*
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33 / 51
（6）总 结
Thermal
在实际问题中，这三种热量传递方式往往不是单独 出现的，这不仅表现在互相串联的几个环节中，而 且同一个环节也常常如此。例如: 一块高温钢板在厂 房中的冷却散热。
*
太原理工大学
28 / 51
（2）辐射换热的特点
Thermal
• 任何物体，只要温度高于0 K，就会不停地向周围空 间发出热辐射（热辐射是物体本身的属性，等温时为 动态平衡）；
• 可以在真空中传播，不需要中间介质，而且在真空中 辐射能的传递最有效；
• 不仅有能量的转移，而且还伴随有能量形式的转换；
Thermal
§1-1 传热学的研究对象及其在安全工程 技术中的应用
一、研究对象及内容
研究由温差引起的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，其内容包括：
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主要体现在以下几个方面
Thermal
➢ 温度场的测算和换热量的计算； ➢ 环境变化对温度场的影响；
➢ 极限温度的控制：为使一些设备能安全经济地运 行，需要对热量传递过程中物体关键部位的温度进 行控制。
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（2）对流换热的分类
• 无相变：强制对流和自然对流换热
Thermal
• 有相变：沸腾、凝结、凝固、熔化等。
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。 如：暖气片表面附近受热空气的向上流动 强制对流：流体的流动是由于水泵、风机或其它压差 作用所造成的。 如油冷却器、空气预热器等。
两黑体表面间的辐射换热
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（6）总 结
Thermal
在实际问题中，这三种热量传递方式往往不是单独 出现的，这不仅表现在互相串联的几个环节中，而 且同一个环节也常常如此。例如: 一块高温钢板在厂 房中的冷却散热。
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（2）辐射换热的特点
Thermal
• 任何物体，只要温度高于0 K，就会不停地向周围空 间发出热辐射（热辐射是物体本身的属性，等温时为 动态平衡）；
• 可以在真空中传播，不需要中间介质，而且在真空中 辐射能的传递最有效；
• 不仅有能量的转移，而且还伴随有能量形式的转换；
Thermal
§1-1 传热学的研究对象及其在安全工程 技术中的应用
一、研究对象及内容
研究由温差引起的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，其内容包括：
传热学完整课件PPT课件
（ 1 ）稳态传热过程； （ 2 ）非稳态传热过程。 1 ）稳态传热过程（定常过程）
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。） 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。
.
❖ 3 ）教育思想发生了本质性的变化 ❖ 传热学课程教学内容的组织和表达方
面从以往单纯的为后续专业课学习服务转 变到重点培养学生综合素质和能力方面， 这是传热学课程理论联系实际的核心。从 实际工程问题中、科学研究中提炼出综合 分析题，对培养学生解决分析综合问题的 能力起到积极的作用。
.
❖ 2 、研究对象
第一章
绪
论
.
§1-0 概 述
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。
.
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：
❖ （ 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。
.
❖（ 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。
.
b 微电子： 电子芯片冷却 c 生物医学：肿瘤高温热疗；生物芯片；组 织与器官的冷冻保存 d 军 事：飞机、坦克；激光武器；弹药贮 存 e 制 冷：跨临界二氧化碳汽车空调/热泵； 高温水源热泵 f 新能源：太阳能；燃料电池
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。） 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。
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❖ 3 ）教育思想发生了本质性的变化 ❖ 传热学课程教学内容的组织和表达方
面从以往单纯的为后续专业课学习服务转 变到重点培养学生综合素质和能力方面， 这是传热学课程理论联系实际的核心。从 实际工程问题中、科学研究中提炼出综合 分析题，对培养学生解决分析综合问题的 能力起到积极的作用。
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❖ 2 、研究对象
第一章
绪
论
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§1-0 概 述
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。
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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：
❖ （ 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。
.
❖（ 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。
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b 微电子： 电子芯片冷却 c 生物医学：肿瘤高温热疗；生物芯片；组 织与器官的冷冻保存 d 军 事：飞机、坦克；激光武器；弹药贮 存 e 制 冷：跨临界二氧化碳汽车空调/热泵； 高温水源热泵 f 新能源：太阳能；燃料电池
传热基本原理课件
《传热基本原理》PPT课件
34
多层(n层)圆筒炉墙的导热热流量
如果圆筒炉墙各层的内外高度不等，则热流 量用下式计算
《传热基本原理》PPT课件
35
式中，si/（λiFi）为第i层圆筒炉墙的 热阻，其计算方法与单层圆筒炉墙相同。 由此可见，和多层平壁炉墙一样，多层圆 筒炉墙的总热阻等于各层炉墙热阻之和。
异。
《传热基本原理》PPT课件
10
在实际计算中，为简化计算过程，一般取物 体算术平均温度下的热导率代表物体热导率的平 均值。
均0b均 t
式中 t均 —平均温度（℃），
t均＝t1
2
t
2
《传热基本原理》PPT课件
11
三、平壁炉墙上的导热 1、单层平壁炉墙的稳定导热 设单层平壁炉墙(图1-1)，其壁厚为s，材料 的热导率λ不随温度变化，表面温度分别为t1和 t2(t1＞t2)，并保持恒定。若平壁面积是厚度的 8∼10倍时，可忽略端面导热的影响，误差小于1 ％。平壁温度只沿垂直于壁面x轴方向变化，所 以它是单向稳定态导热问题。
影响对流换热的因素很多，如：流体流动的 动力；流体的流动状态；流体的物理性质；流体 与固体接触表面的几何形状、大小、放置位置； 粗糙程度以及固体表面与流体的温度等。
《传热基本原理》PPT课件
39
1、流体流动的动力 按流体流动动力的来源不同，流体流动可分为 自然流动和强制流动(或强迫流动)。 ⑴自然流动 由于流体内存在温度差，造成流体 内各部分密度不同而引起的流动。所进行的换热称 为自然对流换热，是流体和温度不同的固体表面接 触的结果，流动速度与流体性质、固体表面的位置 等因素有关。传热强度主要取决于温度差。
《传热基本原理》PPT课件
传热的基本原理和规律课件
导热系数
总结词
导热系数是描述介质导热性能的物理量。
详细描述
导热系数定义为单位时间内，通过单等条件。导热系数越大，介质的导热性能越好。常见的物 质导热系数从大到小排列为：铜、铝、铁、玻璃、木材等。
稳态导热
总结词
稳态导热是指介质中的温度分布不随时间变化的传热过程。
传热的基本原理 和规律课件
contents
目录
• 传热的基本概念 • 热传导原理 • 对流换热原理 • 辐射换热原理 • 传热规律的应用
01
CATALOGUE
传热的基本概念
传热定义
传热定义
传热是指热量从高温物体传递到 低温物体，或从一个物体的高温
部分传递到低温部分的过程。
传热分类
根据传热机理，传热可分为热传导、 热对流和热辐射三种基本类型。
热性能的参数。
辐射
辐射是指热量通过电磁波传递的 过程。辐射换热系数是表征物体 之间通过辐射进行热量传递的性
能参数。
传热过 程
热量平衡
在传热过程中，热量从高温物体 传递到低温物体，最终达到温度 平衡状态。
传热速率
传热速率受到多种因素的影响， 如物体的物理性质、传热方式、 温度差等。
02
CATALOGUE
详细描述
在稳态导热过程中，介质内部没有热量积累，热量传递速率与热量生成或损失 速率相等。此时，介质内部的温度分布只与位置有关，而与时间无关。常见的 稳态导热现象包括物体的散热、地温梯度的形成等。
03
CATALOGUE
对流换热原理
对流换热定义
对流换热是指流体与固体壁面直接接 触时，由于温度差的存在而发生的热 量传递过程。
传热规律的应用
工业传热
4.1-传热概述及热传导PPT课件
1．可表示为
Q
(t1
t2 ) b
t R
导热推动力 导热热阻
A
推动力： t (t1 t2 )
热阻： R b
A
2．分析平壁内的温度分布
b
t2
Qdx Adt
0
t1
上限由 x b时，t t2 改为 x x时，t t
定义
通过等温面的导热速率与温度梯度及传热面积成正比， 而热量传递的方向则与温度升高的方向相反。
dQ dA t n
dQ dA t
n
：导热系数，w/(m﹒oC)
Jean Baptiste Joseph Fourier
(1768 –1830)
由于导热方向为温度下降的方向，故需.在右端加一负号。
25
4.2.1 傅立叶定律（Fourier's Law）
4.2.1 傅立叶定律（Fourier's Law）
2.液体的导热系数 金属液体－导热系数λ较高
液体 非金属液体－导热系数λ较低
液态金属的导热系数比一般液体的高，其中熔融的纯钠具有较高的导热系 数。液体的导热系数基本上与压强无关。
a. 在非金属液体中，水的导热系数最大。
b. 金属液体: T↑，λ液↓
适用范围：一般气体介质之间，使用不多。
.
高温流体
低温流体 蓄热体 12
4.1.2 传热过程中冷、热流体的接触方式
➢ 间壁式换热
特点：冷热两种流体被一固体间壁所隔开，
在换热过程中，两种流体互不接触，热量
由热流体通过间壁传给冷流体。
热 流
优点：传热速度较快，适用范围广，热量
体
的综合利用和回收便利。
缺点：造价高，流动阻力大，动力消耗
传热之热传导PPT课件
方向：垂直于等温面，沿 温度增加的方向， 与热量传递的方向 相反
第4页/共18页
热传导
热传导的基本概念和定律
傅立叶定律 热传导的基本定律，表示单位时间内传导的热量与温
度梯度及垂直热流方向的截面积成正比
传热方向和温度梯度相反
导热速率 W
dQ dA t
x
导热面积
温度梯度
物质热导率
m2
W/m•K ➢ 物质的物理性质之一，λ越大,导热越快，导热性能越好
热传导
通过平壁的定态热传导
例 某炉膛由三种材料的平砖构成，内层为耐火砖，厚度为150 mm；中间层为绝热层砖，厚度
为130 mm；外层为普通砖，厚度为230 mm。已知炉内外壁表面温度分别为900 ℃和40 ℃，
求耐火砖与绝热砖之间的温度。（热导率w/(m•℃),：耐火砖1.15，绝热砖0.15，普通砖0.8）
解 示意图如图所示
Q1 Q
900 ℃
t1 t2
t1 t4
b1
b1 b2 b3
40 ℃
1A 1A 2 A 3 A
b1=150 mm
b3=230 mm
b2=130 mm
等号两侧消去A， 代入数据得
t2 812.70C
第10页/共18页
热传导
通过圆筒壁的定态热传导
L
dQ dA t
x
模型条件：1. 定态传热，即传热速率为常数，但热通量变化； 2. 圆筒壁长L，内外径为r1、r2； 3. 内外壁温度恒定，分别为t1、t2.
本章章节
第一节 概述（重点） 第二节 热传导（重点） 第三节 对流传热（重点） 第四节 传热过程计算（重点） 第五节 对流传热系数经验关联式 第六节 辐射传热 第七节 换热器
《热量传递》PPT课件
(4.2.6)
dx
T2
x0:TT1
xb:TT2
QbA(T1T2)
(4.2.7)
第二节 热传导
R b
A
QbA(T1T2) r b
〔3〕非金属中，石墨的导热系数最高，可达100～200W／ 〔m·K〕，高于一般金属；同时，由于其具有耐腐蚀性能，因 此石墨是制作耐腐蚀换热器的理想材料。
第二节 热传导
三、通过平壁的稳定热传导
(一)单层平壁的稳态热传导
b
平壁厚度为b ，壁面两侧温度分别为 T 1 T 2
T1
T1 T2
一维稳态热传导 QAdT
《热量传递》PPT课件
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第四章 热量传递
本章主要内容
第一节 热量传递的方式 第二节 热传导 第三节 对流传热 第四节 辐射传热 第五节 换热器
QT
(4.2.1)
A Y y方向上的温
度梯度, K/m
y方向上的热量流量， 垂直于热流方 导热系数，
也称为传热速率，W 向的面积，m2 W/(m·K)
qQdT
A dy
傅立叶定律
y方向上热量通量，即单位时间内通过单位面
积传递的热量，又称为热流密度，W/m2
(4.2.2)
一、傅立叶定律
第二节 热传导
qQdT
是否一样？在哪种情况下觉得更暖和？为什么？
第二节 热传导
本节的主要内容
一、傅立叶定律 二、导热系数 三、通过平壁的稳定热传导 四、通过圆管壁的稳定热传导
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载热体 在化工生产中，物料在换热器内被加热或
冷却时，通常需要用另一种流体供给或取走热 量，此种流体称为载热体，其中起加热作用的 称为加热介质（或加热剂）；起冷却（冷凝） 作用的称为冷却介质（或冷却剂）。
19
载热体及其选择
选择载热体原则 （1）载热体的温度易调节控制； （2）载热体的饱和蒸气压较低，加热时不易分 解； （3）载热体的毒性小，不易燃、易爆，不易腐 蚀设备； （4）价格便宜，来源容易。
三层平壁稳态热传导速率方程
Q
t1 t4
b1 b2 b3
1S 2S 3S
对n层平壁，其传热速率方程可表示为
Q t1 tn 1
bi
iS
27
5.2.2 圆筒壁的一维稳态热传导
一、单层圆筒壁的一维稳态热传导
传热速率 传热面积
热通量
平壁 圆筒壁
常量 常量
常量 随半径变
常量 随半径变
30
一、单层圆筒壁的一维稳态热传导
对流传热速率可由牛顿冷却定律描述
dQ t dS
微分对流 传热通量
对流传 热系数
温度差
13
5.1.3 热辐射
热辐射
因热的原因而产生的电磁波在空间的传
递称为热辐射。
1.可以在完全真空的地方传递而无需任何介质。
2.不仅产生能量的转移，而且还伴随着能量形式 的转换。
3.任何物体只要在绝对零度以上，都能发射辐射 能，但仅当物体的温度较高、物体间的温度差较 大时，辐射传热才能成为主要的传热方式。
20
第五章 传 热
5.2 热传导 5.2.1 平壁一维稳态热传导 5.2.2 圆筒壁的一维稳态热传导
21
5.2.1 平壁一维稳态热传导
一、单层平壁一维稳 态热传导
从傅立叶定律分析 假设：
1. 导 热 系 数 不 随 温 度变化，或可取平 均值；
2.一维稳态
3.忽略热损失。
图5-3 单层平壁热传导
图5-6 单层圆筒壁的热传导
31
一、单层圆筒壁的一维稳态热传导
通过该薄圆筒壁的传热速率可以表示为
QSdt (2rL)dt
dr
dr
微分式
积分并整理得
Q2L t1 t2
ln(r2 r1)
积分式
32
一、单层圆筒壁的一维稳态热传导
4
傅立叶定律（Fourier’s Law）
描述热传导现象的物理定律为傅立叶定律 （Fourier’s Law），其表达式为
微分导 热通量
dQ t
dS
n
热通量与 温度梯度 方向相反
导热系 数
温度梯 度
5
二、导热系数
dQ dS t n
导热系数表征了物质热传导能力的大小，是 物质的基本物理性质之一，其值与物质的形态、 组成、密度、温度等有关。
2.一维稳态
3.忽略热损失
4.没有接触热阻
图5-4 三层平壁热传导
25
二、多层平壁的一维稳态热传导
通过各层平壁截面的传热速率必相等
Q 1Q 2Q 3Q 4Q
Qt1 t2 t2 t3 t3 t4
b1
b2
b3
1S 2S 3S
或
Q 1St1b 1t22St2b 2t33St3b 3t4
26
二、多层平壁的一维稳态热传导
板,7-挡板,8-泄水池 17
5.1.4 冷热流体（接触）热交换方式及换热器
间壁式换热器内冷、热流体间的传热过程包括以 下三个步骤： （1）热流体以对流方式将热量传递给管壁； （2）热量以热传导方式由管壁的一侧传递至另 一侧； （3）传递至另一侧的热量又以对流方式传递给 冷流体。
18
5.1.5 载热体及其选择
10
二、导热系数
3.气体的导热系数 气体导热系数随温度升高而增大。 在相当大的压力范围内，气体的导热系数随压力 的变化很小，可以忽略不计。
11
5.1.2 对流
对流 对流是由流体内部各部分质点发生宏观运
动和混合而引起的热量传递过程 对流传热
在化工生产中特指流体与固体壁面之间的 热量传递过程。
12
5.1.2 对流
14
5.1.4 冷热流体（接触）热交换方式及换热器 一、直接接触式换热和混合式换热器 二、蓄热式换热和蓄热器 三、间壁式换热和间壁式换热器√
15
5.1.4 冷热流体（接触）热交换方式及换热器
动画22
图5-1 套管式换热器 1-内管 2-外管
16
5.1.4 冷热流体（接触）热交换方式及换热器
图5-2 单程管壳式换热器 动画21 1-外壳,2-管束,3、4-接管,5-封头,6-管
6
气体 液体 非导电固体 金属 绝热材料
导热系数[W/(m.oC)] 0.006～0.06 0.1～0.7 0.2～3.0 15～420 0.003～0.06
7
1.固体的导热系数 纯金属的导热系数与电导率的关系可用魏德曼 （Wiedeman）-弗兰兹（Franz）方程描述
L eT
良好的电导体必然是良好的导热体，反之亦然。
传热
热量从高温度区向低温度区移动的过程称为热 量传递，简称传热。 化工生产中对传热过程的要求
一是强化传热过程，如各种换热设备中的传热。 二是削弱传热过程，如对设备或管道的保温，以 减少热损失。
3
5.1.1热传导及导热系数
一、热传导(导热) 不依靠物体内部各部分质点的宏观混合运
动而借助于物体分子、原子、离子、自由电子 等微观粒子的热运动产生的热量传递称为热传 导，简称导热。
22
5.2.1 平壁一维稳态热传导
对平壁一维稳态热传导
Q S dt
dx
积分，并整理得
Q
S
b
(t1
t2
)
微分式 积分式
23
一、单层平壁一维稳态热传导
Q t1 t2 t bR S
导热热 阻
热 传 导 速 率热 热 传 传 导 导 推 热 动 阻 力24Biblioteka 二、多层平壁的一维稳态热传导
假设：
1. 导 热 系 数 不 随 温 度变化，或可取平 均值；
第五章 传 热
学习目的 与要求
通过本章学习，掌握传热的基本原理和规律 ，并运用这些原理和规律去分析和计算传热过程 的有关问题。
1
第五章 传 热
5.1 传热过程概述 5.1.1 热传导及导热系数 5.1.2 对流 5.1.3 热辐射 5.1.4 冷热流体（接触）热交换方式及换热器
2
5.1 传热过程概述
8
二、导热系数
对大多数均质固体，导热系数与温度近似呈线 性关系
01t
对大多数金属材料，为负值；而对大多数非金 属材料， 为正值；对理想气体， =1/T ，1/K。
9
二、导热系数
2.液体的导热系数 除水和甘油外，大多数非金属液体的导热系数亦 随温度的升高而降低。 金属液体的导热系数比一般的液体要高 纯液体的导热系数比其溶液的要大
冷却时，通常需要用另一种流体供给或取走热 量，此种流体称为载热体，其中起加热作用的 称为加热介质（或加热剂）；起冷却（冷凝） 作用的称为冷却介质（或冷却剂）。
19
载热体及其选择
选择载热体原则 （1）载热体的温度易调节控制； （2）载热体的饱和蒸气压较低，加热时不易分 解； （3）载热体的毒性小，不易燃、易爆，不易腐 蚀设备； （4）价格便宜，来源容易。
三层平壁稳态热传导速率方程
Q
t1 t4
b1 b2 b3
1S 2S 3S
对n层平壁，其传热速率方程可表示为
Q t1 tn 1
bi
iS
27
5.2.2 圆筒壁的一维稳态热传导
一、单层圆筒壁的一维稳态热传导
传热速率 传热面积
热通量
平壁 圆筒壁
常量 常量
常量 随半径变
常量 随半径变
30
一、单层圆筒壁的一维稳态热传导
对流传热速率可由牛顿冷却定律描述
dQ t dS
微分对流 传热通量
对流传 热系数
温度差
13
5.1.3 热辐射
热辐射
因热的原因而产生的电磁波在空间的传
递称为热辐射。
1.可以在完全真空的地方传递而无需任何介质。
2.不仅产生能量的转移，而且还伴随着能量形式 的转换。
3.任何物体只要在绝对零度以上，都能发射辐射 能，但仅当物体的温度较高、物体间的温度差较 大时，辐射传热才能成为主要的传热方式。
20
第五章 传 热
5.2 热传导 5.2.1 平壁一维稳态热传导 5.2.2 圆筒壁的一维稳态热传导
21
5.2.1 平壁一维稳态热传导
一、单层平壁一维稳 态热传导
从傅立叶定律分析 假设：
1. 导 热 系 数 不 随 温 度变化，或可取平 均值；
2.一维稳态
3.忽略热损失。
图5-3 单层平壁热传导
图5-6 单层圆筒壁的热传导
31
一、单层圆筒壁的一维稳态热传导
通过该薄圆筒壁的传热速率可以表示为
QSdt (2rL)dt
dr
dr
微分式
积分并整理得
Q2L t1 t2
ln(r2 r1)
积分式
32
一、单层圆筒壁的一维稳态热传导
4
傅立叶定律（Fourier’s Law）
描述热传导现象的物理定律为傅立叶定律 （Fourier’s Law），其表达式为
微分导 热通量
dQ t
dS
n
热通量与 温度梯度 方向相反
导热系 数
温度梯 度
5
二、导热系数
dQ dS t n
导热系数表征了物质热传导能力的大小，是 物质的基本物理性质之一，其值与物质的形态、 组成、密度、温度等有关。
2.一维稳态
3.忽略热损失
4.没有接触热阻
图5-4 三层平壁热传导
25
二、多层平壁的一维稳态热传导
通过各层平壁截面的传热速率必相等
Q 1Q 2Q 3Q 4Q
Qt1 t2 t2 t3 t3 t4
b1
b2
b3
1S 2S 3S
或
Q 1St1b 1t22St2b 2t33St3b 3t4
26
二、多层平壁的一维稳态热传导
板,7-挡板,8-泄水池 17
5.1.4 冷热流体（接触）热交换方式及换热器
间壁式换热器内冷、热流体间的传热过程包括以 下三个步骤： （1）热流体以对流方式将热量传递给管壁； （2）热量以热传导方式由管壁的一侧传递至另 一侧； （3）传递至另一侧的热量又以对流方式传递给 冷流体。
18
5.1.5 载热体及其选择
10
二、导热系数
3.气体的导热系数 气体导热系数随温度升高而增大。 在相当大的压力范围内，气体的导热系数随压力 的变化很小，可以忽略不计。
11
5.1.2 对流
对流 对流是由流体内部各部分质点发生宏观运
动和混合而引起的热量传递过程 对流传热
在化工生产中特指流体与固体壁面之间的 热量传递过程。
12
5.1.2 对流
14
5.1.4 冷热流体（接触）热交换方式及换热器 一、直接接触式换热和混合式换热器 二、蓄热式换热和蓄热器 三、间壁式换热和间壁式换热器√
15
5.1.4 冷热流体（接触）热交换方式及换热器
动画22
图5-1 套管式换热器 1-内管 2-外管
16
5.1.4 冷热流体（接触）热交换方式及换热器
图5-2 单程管壳式换热器 动画21 1-外壳,2-管束,3、4-接管,5-封头,6-管
6
气体 液体 非导电固体 金属 绝热材料
导热系数[W/(m.oC)] 0.006～0.06 0.1～0.7 0.2～3.0 15～420 0.003～0.06
7
1.固体的导热系数 纯金属的导热系数与电导率的关系可用魏德曼 （Wiedeman）-弗兰兹（Franz）方程描述
L eT
良好的电导体必然是良好的导热体，反之亦然。
传热
热量从高温度区向低温度区移动的过程称为热 量传递，简称传热。 化工生产中对传热过程的要求
一是强化传热过程，如各种换热设备中的传热。 二是削弱传热过程，如对设备或管道的保温，以 减少热损失。
3
5.1.1热传导及导热系数
一、热传导(导热) 不依靠物体内部各部分质点的宏观混合运
动而借助于物体分子、原子、离子、自由电子 等微观粒子的热运动产生的热量传递称为热传 导，简称导热。
22
5.2.1 平壁一维稳态热传导
对平壁一维稳态热传导
Q S dt
dx
积分，并整理得
Q
S
b
(t1
t2
)
微分式 积分式
23
一、单层平壁一维稳态热传导
Q t1 t2 t bR S
导热热 阻
热 传 导 速 率热 热 传 传 导 导 推 热 动 阻 力24Biblioteka 二、多层平壁的一维稳态热传导
假设：
1. 导 热 系 数 不 随 温 度变化，或可取平 均值；
第五章 传 热
学习目的 与要求
通过本章学习，掌握传热的基本原理和规律 ，并运用这些原理和规律去分析和计算传热过程 的有关问题。
1
第五章 传 热
5.1 传热过程概述 5.1.1 热传导及导热系数 5.1.2 对流 5.1.3 热辐射 5.1.4 冷热流体（接触）热交换方式及换热器
2
5.1 传热过程概述
8
二、导热系数
对大多数均质固体，导热系数与温度近似呈线 性关系
01t
对大多数金属材料，为负值；而对大多数非金 属材料， 为正值；对理想气体， =1/T ，1/K。
9
二、导热系数
2.液体的导热系数 除水和甘油外，大多数非金属液体的导热系数亦 随温度的升高而降低。 金属液体的导热系数比一般的液体要高 纯液体的导热系数比其溶液的要大