第一章传热基本原理
高等传热学知识点总结
多维、线性齐次，乘积解： t ( x, y, z, ) ψ( x, y, z )( ) 令 ψ( x, y, z) X ( x)Y ( y) Z ( z) ，分别求解，然后相乘
t ( x, y, z, ) Cmnp e a ( m
m 1 n 1 p 1
2
m2 m2 )
X( m , x)Y( m , y)Z(m , z)
多维稳态非齐次：边界非齐 fi (r ) 0 or 方程非齐 0 边界非齐次（方程齐次） ：分离变量法
t ( x, y) X ( x)Y ( y) ,参照时间与空间的分离变量法
当多个边界非齐次时，等于各单非齐问题的叠加 方程非齐次：等于相应齐次解+非齐次特解 线性、非齐次、非稳态： 热源函数法：在无限大区域，初始时刻 x=x0 处，作用了 一个 t=t0 的热源，当 0 时，
13
0.14
2 Num 0 . 6 6 4 1 R l e
1 3
Pr
大空间自然对流换热: Nu C (GrPr) C ( Ra)
x z yz z
， 利用
1 H
u H
i 1 i
3
H t 2 i ui
t cp
第二章 分离变量法 分离变量法： 将温度分成只与空间有 t (r , ) ψ(r )( ) ， 关的 ψ(r ) 和只与时间有关的 ( ) 的乘积。 对于线性齐次非稳态无内热源问题， t
ห้องสมุดไป่ตู้对流
t y
y w, x
对流换热基本计算式：傅里叶定律 qw
牛顿冷却公式 qc h(tw, x t ) ，t 在内流时取管道截面 平均流体温度，外流时取远离壁面的流体温度。
传热学 第一章 稳定导热
t = ( x, y , z )
在稳定温度场中的导热称为稳定导热。 在稳定温度场中的导热称为稳定导热。 稳定导热
第一节 导热基本定律 一、温度场和温度梯度
工程应用:1,稳态导热 工程应用 稳态导热设备或装置稳定运行 稳态导热 过程中,温度仅为空间坐标的函数 温度仅为空间坐标的函数， 过程中 温度仅为空间坐标的函数， 不随时间而变； 不随时间而变； 2,非稳态导热设备或装置等启动、 非稳态导热 非稳态导热 设备或装置等启动、 停机等过程中， 停机等过程中，温度随空间和时间 变化 。
Q = −λ .gradt.F
对于单位面积而言
W
Q q = = −λ .gradt F
W /m2
第一节 导热基本定律 二、傅立叶定律
上式为导热基本定律-----傅立叶定律的基本表达式 傅立叶定律的基本表达式. 上式为导热基本定律 傅立叶定律的基本表达式 Q为单位时间内垂直通过导热面积 上的热流量，q为单位时间内垂直通 为单位时间内垂直通过导热面积F上的热流量 为单位时间内垂直通过导热面积 上的热流量， 为单位时间内垂直通 过单位面积上的热流量，又称热流密度； 为导热系数 为导热系数； 过单位面积上的热流量，又称热流密度；λ为导热系数；负号表示热流方 向与温度梯度方向相反。 向与温度梯度方向相反。 对于一维温度场，傅立叶定律的表达式为： 对于一维温度场，傅立叶定律的表达式为：
经整理得
δ1 t1 − t 2 = q λ1 δ2 t 2 − t3 = q λ2 δ3 t3 − t4 = q λ3
第二节 通过平壁的稳定导热 二、多层平壁的稳定导热
δ1 δ 2 δ 3 t1 − t 4 = q λ + λ + λ 2 3 1
1传热学第一章课件
辐射换热：物体间靠热 辐射进行的 热量传递
2.辐射换热的特点
➢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
➢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
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
教材
《传热学》，戴锅生著，第二版
学时
总学时：24，讲课：22，实验：2
参考资料：《传热学》，杨世铭、陶文铨编著，第四版 《传热学重点难点及典型题精解》，王秋旺，西安交大出版社
辅导
周四 4:00-5:00pm，一校区教4楼 热能教研室
第一章 绪论
§1-1 传热学概述 §1-2 热量传递的基本方式 §1-3 传热过程与热阻
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
不同点 a. 工程热力学：热能与机械能及其他形式能量之间 相互转换的规律。不考虑热量传递过程的时间。
化工原理传热
化工原理传热
传热是化工过程中重要的物理现象之一，它涉及能量的转移和分布。
传热可以通过三种方式进行：传导、对流和辐射。
传导是指热能在固体或液体中以分子间相互碰撞的方式传递。
在传导过程中，热量会从高温区域传递到低温区域，直到温度达到平衡。
对流是指热能通过流体的运动传递。
当物体表面受热时，周围的流体会被加热并膨胀，然后从热源处上升。
这导致了对流循环，使热量从热源传递到周围环境。
辐射是指热能以电磁波的形式传递，不需要介质来传递热量。
辐射可以通过空气、液体和固体传播，甚至可以在真空中传播。
辐射热传递取决于物体的温度和表面特性。
在化工过程中，传热是必不可少的。
传热的目的可以是控制温度以实现反应的理想条件，或者从一个系统中移除或向其输入热量。
为了实现有效的传热，可以采取以下措施：
1. 提高传热系数：通过增加传热表面积或提高传热介质的流速，可以增加传热系数，从而加快传热速度。
2. 减小传热阻力：通过改变传热介质的性质或减小传热介质的流通路径长度，可以减小传热阻力，提高传热效率。
3. 使用传热表面增强技术：如使用鳍片、流体分散剂或填料等
技术，可以增大传热表面积，从而提高传热效率。
4. 优化换热设备设计：通过合理设计换热设备的结构和组件，可以实现更高效的传热过程，并减少传热介质的能量损失。
化工过程中的传热是一个复杂的过程，需要综合考虑多种因素。
通过合理选择传热方式和采取相应的措施，可以实现高效的能量传递和分布，从而提高化工过程的效率和质量。
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。
化工原理传热
化工原理传热传热是化工工程中非常重要的一个环节，它涉及到许多工艺过程和设备的设计与操作。
在化工生产中，传热过程不仅影响着产品质量和生产效率，还直接关系到能源的利用效率和环境保护。
因此，对于化工原理传热的深入理解和掌握，对于化工工程师来说至关重要。
传热的基本原理包括传热方式、传热系数、传热表达式等。
传热方式主要包括传导、对流和辐射三种方式。
传导是指热量通过物质内部的传递，对流是指热量通过流体的对流传递，而辐射是指热量通过电磁波的辐射传递。
传热系数是描述传热效果的物理量，它与传热介质的性质、流体状态、流体性质等因素有关。
传热表达式则是用来描述传热过程的数学表达式，可以通过传热方程和传热系数来进行计算和分析。
在化工生产中，传热过程通常涉及到换热器、蒸发器、冷凝器等设备。
换热器是用来实现不同流体之间热量交换的设备，它包括了许多种类，如壳管式换热器、板式换热器等。
蒸发器是将液态物质转化为气态物质的设备，它在化工生产中应用广泛。
而冷凝器则是将气态物质转化为液态物质的设备，也是化工生产不可或缺的一部分。
在传热过程中，热传导、对流传热和辐射传热是相互作用的。
热传导是传热过程中最基本的方式，它在许多设备和工艺中都有重要的应用。
对流传热则是流体在传热过程中的一种重要方式，它受到流体的流动状态、速度、流体性质等因素的影响。
而辐射传热则是在高温条件下的一种重要传热方式，它在许多高温工艺和设备中都有重要的应用。
总的来说，化工原理传热是化工工程师必须要深入了解和掌握的一个重要内容。
通过对传热的基本原理、传热设备和传热过程的深入研究，可以更好地指导化工生产实践，提高生产效率，降低能源消耗，保护环境，实现可持续发展。
希望本文能为化工工程师提供一些有益的参考和帮助。
传热学
传热学第一章绪论1.传热学的定义: 研究由于温度差而引起的热能传递规律的科学.2.热流量（heat transfer rate）：单位时间内通过某一给定面积A的热量，记为Φ，单位为 W3.热流密度（或称面积热流量）:通过单位面积的热流量，记为q，单位是 W/m24.稳态过程与非稳态过程稳态过程：热量传递系统中各点温度不随时间而改变的过程非稳态过程：各点温度随时间而改变的过程5.热传导的定义：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过程1）导热是物质的固有属性2）固、液、气等均具有一定的导热能力3）纯导热只发生在密实的固体和静止的流体中导热现象的判断？1）有温差；2）密实固体或静止流体6.模型一平壁稳态导热.影响因素:平壁面积,厚度,温差平壁稳态导热的计算公式：7.λ —热导率，又称导热系数.单位：W/(m·K) (热物理参数)8.热对流：流体中温度不同的各部分发生相互混合的宏观运动而引起的热量传递现象特点: 1）发生在流体中2）流体内部必须存在温差3）流体必须有宏观运动4）伴随着热传导9.对流传热：流动的流体与温度不同的固体壁面间的热量传递过程.(热对流的一种方式,传热学研究方式).分类:按流体流动的起因：1）自然对流、自由对流：流体冷、热各部分密度不同而引起的2）受迫对流、强迫对流：流体的流动是在外力（在泵或风机）作用下产生的技巧：给出流体速度的为强迫对流按流体有无相变：1）无相变的对流传热2）有相变的对流传热：沸腾换热、凝结换热10.如何判断对流传热1）发生在壁面和流体之间：参与物质类型2）壁面和流体存在温差：热量传递的前提3）流体要运动：速度体现一定不要遗漏自然对流11.对流传热的计算—牛顿冷却公式（对流传热的热量传递速率方程）当流体被加热时：当流体被冷却时：h-表面传热系数(过程量)，W/(m2·K)13.热辐射：由于自身温度（热）的原因而发出辐射能的现象（heat radiation）1）辐射传热：物体之间因为相互辐射、相互吸收而引起的热量传递过程2）理想物体：绝对黑体，简称黑体（能够全部吸收投射到其表面上辐射能的物体）14.黑体辐射的斯忒藩-玻耳兹曼（Stefan-Boltamann）定律实际物体的辐射能力：注意：1）σ—斯忒藩-玻耳兹曼常数，5.67×10-8W/(m2·K4) 2）ε—发射率（emissivity），习惯上也称为黑度，物性参数15.理想模型2—两平行黑体平板间的辐射传热（相距很近，表面间充满了透明介质）16.理想模型3—非凹表面1包容在面积很大的空腔2中注意：1）辐射传热必须采用热力学温度2）注意公式的使用条件3）“动态平衡”的含义（p8）17．导热、对流与辐射的辨析：1）导热、对流只在有物质存在的条件下才能实现；热辐射不需中间介质（非接触性传热）2）辐射不仅有能量的转移，而且伴随能量形式的转换；3）辐射换热是一种双向热流同时存在的换热过程；4）辐射能力与其温度有关，导热、对流与温差有关；导热与对流的辨析：气、液、固均具有导热能力，纯导热只发生在静止的流体中；对流只发生在流动的流体中；18．传热过程：热量由固体一侧的高温流体通过固体壁面传给另一侧低温流体的热量传递过程 。
传热的原理
传热的原理
传热是指热量从一个物体传递到另一个物体的过程。
它可以通过三种方式进行：传导、对流和辐射。
传导是通过物质内部的分子间碰撞传递热量的过程。
当物体的一部分受热时，它的分子开始振动更加激烈，这些振动会传递给相邻的分子。
这样，热量会从高温区域沿着物质的温度梯度逐渐传导到低温区域。
传导的速率取决于物质的导热性能，例如金属通常具有较高的导热性能，而绝缘材料则通常具有较低的导热性能。
对流是指通过流体的运动来传递热量的过程。
当物体受热时，流体会受热膨胀，密度减小，从而形成一个上升的热对流流动。
这种流动会将热量从高温区域带到低温区域。
对流传热的速率取决于流体的性质、流动速度和物体的表面特性。
辐射是指通过电磁波传递热量的过程。
所有物体都会辐射热能，其辐射的电磁波频率和强度取决于其温度。
这种电磁波可以穿过真空和透明介质，并在接触到其他物体时被吸收或反射。
当热辐射被吸收时，能量被转化为热量。
辐射传热的速率取决于物体的温度、表面特性和辐射的波长。
这三种传热方式通常同时存在，并相互影响。
对于大多数热传递过程，它们是同时进行的，但某一特定方式可能会占主导地位。
了解和控制传热过程对于许多工程和科学应用都至关重要。
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
传热学概念整理
传热学第一章、绪论1.导热：物体的各个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。
2.热流量：单位时间内通过某一给定面积的热量称为热流量。
3.热流密度：通过单位面积的热流量称为热流密度。
4.热对流：由于流体的宏观运动而引起的流体各部分之间发生相对位移、冷热流体相互掺混所导致的热量传递过程。
5.对流传热：流体流过一个物体表面时流体与物体表面间的热量传递过程。
6.热辐射：因热的原因而发出的辐射的想象称为热辐射。
7.传热系数：传热系数树枝上等于冷热流体见温差℃1=∆t ，传热面积21m A =时的热流量值，是表征传热过程强度的标尺。
8.传热过程：我们将热量由壁面一侧流体通过壁面传递到另一侧流体的过程。
第二章、导热基本定律及稳态导热1.温度场：各个时刻物体中各点温度所组成的集合，又称为温度分布。
2.等温面：温度场中同一瞬间温度相同的各点连成的面。
3.傅里叶定律的文字表达：在导热过程中，单位时间内通过给定截面积的导热量，正比于垂直该界面方向上的温度变化率和截面面积，而热量的传递方向则与温度升高的方向相反。
4.热流线：热流线是一组与等温面处处垂直的的曲线，通过平面上人一点的热流线与改点热流密度矢量相切。
5.内热源：内热源值表示在单位时间内单位体积中产生或消耗的热量。
6.第一类边界条件：规定了边界点上的温度值。
第二类边界条件：规定了边界上的热流密度值。
.第三类边界条件：规定了边界上物体与周围流体间的表面传热系数h 及周围流体的温度ft 7.热扩散率a ：ca ρλ=，a 越大，表示物体内部温度扯平的能力越大；a 越大，表示材料中温度变化传播的越迅速。
8.肋片：肋片是依附于基础表面上的扩展表面。
第三章、非稳态导热1.非稳态导热：物体的温度随时间的变化而变化的导热过程称为非稳态导热。
2.非正规状况阶段：温度分布主要受出事温度分布的控制，称为非稳态导热。
传热学课件第四版-第一章
b c d
微电子： 电子芯片冷却 生物医学：肿瘤高温热疗；生物芯片；组织与器 官的冷冻保存 军 事：飞机、坦克；激光武器；弹药贮存
e
f
制
冷：跨临界二氧化碳汽车空调/热泵；高温
传 热 学
（Heat Transfer）
第一章 绪 论
§1-1 概 述
1.1.1 传热学（Heat Transfer）的研究内容
1 传热学： 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
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
1.1.2 传热学研究中的连续介质假设
基本假定： 所研究的物体中的温度、密度、速度、压力 等物理参数都是空间坐标的连续函数。 对于气体而言，所研究物体的几何尺寸要远大于 分子间的平均自由程。 在微机电系统中，所研究物体的几何尺寸常在微 米到毫米之间，微机电系统内的流动和传热问题不满 足连续介质的基本假定。
0
q dx
tw2
tw1
dt q
tw1 tw2
q
t w1 t w 2 t w1 t w 2
t r t R
t
t w1
dt
dx
Φ
A
Q
tw2
R A
r
0
x
导热热阻
t w1
Q
t w2
单位导热热阻
图1-3
传热学完整课件PPT课件
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
传热学第四版第一章
传热学第四版第⼀章第⼀章1-1夏天的早晨，⼀个⼤学⽣离开宿舍时的温度为20℃。
他希望晚上回到房间时的温度能够低⼀些，于是早上离开时紧闭门窗，并打开了⼀个功率为15W 的电风扇，该房间的长、宽、⾼分别为5m 、3m 、2.5m 。
如果该⼤学⽣10h 以后回来，试估算房间的平均温度是多少？解：因关闭门窗户后，相当于隔绝了房间内外的热交换，但是电风扇要在房间内做⼯产⽣热量：为全部被房间的空⽓吸收⽽升温，空⽓在20℃时的⽐热为：1.005KJ/Kg.K,密度为1.205Kg/m 3,所以当他回来时房间的温度近似为32℃。
1-2理发吹风器的结构⽰意图如附图所⽰，风道的流通⾯积，进⼊吹风器的空⽓压⼒，温度℃。
要求吹风器出⼝的空⽓温度℃，试确定流过吹风器的空⽓的质量流量以及吹风器出⼝的空⽓平均速度。
电加热器的功率为1500W 。
解：1-3淋浴器的喷头正常⼯作时的供⽔量⼀般为每分钟。
冷⽔通过电热器从15℃被加热到43℃。
试问电热器的加热功率是多少？为了节省能源，有⼈提出可以将⽤过后的热⽔（温度为38℃）送⼊⼀个换热器去加热进⼊淋浴器的冷⽔。
如果该换热器能将冷⽔加热到27℃，试计算采⽤余热回收换热器后洗澡15min 可以节省多少能源？解：1-4对于附图所⽰的两种⽔平夹层，试分析冷、热表⾯间热量交换的⽅式有何不同？如果要通过实验来测定夹层中流体的导热系数，应采⽤哪⼀种布置？解：（a ）中热量交换的⽅式主要为热传导。
（b ）热量交换的⽅式主要有热传导和⾃然对流。
所以如果要通过实验来测定夹层中流体的导热系数，应采⽤（a ）布置。
1-5 ⼀个内部发热的圆球悬挂于室内，对于附图所⽰的三种情况，试分析：（1）圆球表⾯散热的⽅式；（2）圆球表⾯与空⽓之间的换热⽅式。
解：（2）圆球为表⾯传热⽅式散热。
（1）换热⽅式：（a ）⾃然对流换热；（b ）⾃然对流与强制对流换热相当的过渡流传热；（c ）强制对流换热；1-6 ⼀宇宙飞船的外形⽰于附图中，其中外遮光罩是凸出于飞船体之外的⼀个光学窗⼝，其表⾯的温度状态直接影响到飞船的光学遥感器。
化工原理传热
化工原理传热传热是化工工程中非常重要的一个环节，它涉及到许多工艺过程中的能量转移和热平衡问题。
在化工生产中，传热过程不仅影响着产品的质量和产量，还直接关系到能源的利用效率和生产成本。
因此，对于化工原理传热的研究和应用具有重要的意义。
首先，我们来了解一下传热的基本原理。
传热是指热量从高温区传递到低温区的过程。
在化工生产中，常见的传热方式包括传导、对流和辐射。
传导是指热量通过物质内部的分子振动传递，对流是指热量通过流体的流动传递，而辐射则是指热量通过电磁波辐射传递。
这三种传热方式在化工过程中经常同时存在，相互作用，共同影响着热量的传递效果。
在化工原理传热中，热传导是最基本的传热方式。
热传导的速率取决于传热介质的导热系数和温度梯度。
导热系数越大，温度梯度越大，传热速率就越快。
在化工设备中，常见的传热设备包括换热器、冷凝器、蒸发器等，它们利用传热原理实现了物料之间的热量交换。
通过合理设计传热设备的结构和选用合适的传热介质，可以有效提高传热效率，降低能源消耗和生产成本。
除了传热设备的设计，传热过程中的传热表面也是影响传热效果的重要因素。
传热表面的形态和材质对传热速率有着直接的影响。
通过增大传热表面积和改善传热表面的热传导性能，可以提高传热效率，实现更高效的能量转移。
在化工生产中，传热过程还经常涉及相变热的问题。
相变热是指物质在相变过程中吸收或释放的热量。
在化工原理传热中，常见的相变热包括蒸发、冷凝、凝固和熔化等。
通过合理控制相变热的过程，可以实现对物料温度的精确控制，保证生产过程的稳定性和产品质量。
总的来说，化工原理传热是化工工程中不可或缺的一部分，它直接关系到生产过程的能量转移和热平衡问题。
通过深入研究传热原理，合理设计传热设备和优化传热过程，可以实现能源的高效利用和生产成本的降低，推动化工生产的可持续发展。
希望通过本文的介绍，读者能对化工原理传热有更深入的了解，为实际生产提供一定的参考和指导。
传热学第一章
因热的原因而发出辐射能的现象称为热辐射。
电磁波的波谱
辐射换热：物体间靠热辐射进行的热量传递
辐射换热的特点
表面1辐射热
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
表面2辐射热
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
井口加热保温装置
油田常温集输现场试验装置
传热学在科技与工程中的应用
建筑节能领域：复合保温墙体及屋面、地板辐射采暖系统
大气长 波辐射
太阳直 射辐射 太空 散射 辐射
环境长波辐射
地面 长波 地面反射辐 辐射 射
对流 换热
壁体得热
传热学在科技与工程中的应用
航空航天领域：航天飞机、火箭发射、卫星与空间站热控 制、空间飞行器重返大气层冷却
物质的属性：可以在固体、液体、气体中发生
导热特点：纯导热过程中，物体各部分之间不发生相对位移， 也无能量形式的转换。
如图示，一块平板，厚为δ，表面 积为A，两表面分别维持均匀温度 tw1和tw2.单位时间从表面1传导到 表面2的热量为Q。（沿X轴方向）
Atw1 tw2
单位面积：
q tw1 tw2
钢： q tw 1 tw 2 3 .4 6 3 1 0 0 1 .4 0 1 6 5 W 0 m 2 0 .05
铬砖：
q tw 1 tw 2 2 .3 3 2 1 0 0 9 .2 0 1 8 3 W 0 m 2 0 .05
硅藻土砖：
，
黑体的定义：把吸，收率等于 1 的物体称黑体，是一种 假想的理想物体。能吸收投入到其表面上的所有热辐 射的物体，包括所有方向和所有波长，因此，相同温 度下，黑体的吸收能力最强
高等传热学
如果
0
常数
Dvi p 1 div(V ) fi 2vi D xi 3 xi
§1-2 基本守恒方程式
不可压缩流体，二维稳定流动，直角坐标系下
常数
u 2u 2u u p u v f x 2 2 y x y x x 2v 2v v v p u x v y f y y x 2 y 2
流体位移结果＋控制体内流体动量的时间变化率＝体积力＋表面力
§1-2 基本守恒方程式
v n vi dA
A
v i d f i d jj n j dA A
根据散度定理，
div v v v i i d f i d jj n j dA A
§1-1导热基本定律
Fourier定律 内容：热流密度在任一方向上的分量与该方向上 的温度变化率成正比。 dt 表达式： q n grad (t ) ▽t
dn
An
即
dt n dn t t q y q x y x
§1-3 正交坐标系中的基本方程式
第三节 正交坐标系中的基本方程式 一、正交坐标系
概念：三个坐标曲面相互正交，两个坐标曲面交线为坐标曲线或坐标轴。 推导：正交坐标的弧微分与正交坐标之间的关系 正交坐标系（u1，u2，u3），直角坐标系空间一点M（x，y，z）
dsi dx dy dz
( H H1 H 2 H3 )
dV ds1 ds2 ds3 H1 H 2 H3 du1du2du3 H du1du2du3
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。
传热学 第一二章
dt dx
对于三维直角坐标系情况，有
q x t x
q y t y
q z
t z
t t t grad t t i j k x y z
图2-2 温度梯度
t t t t q i j k t n y z n x
(3) 对流换热热阻 t t t t Φ q 1 (hA) Rh 1 h rh
Rh 1 (hA) [ C W ]
rh 1 h [m2 C W ]
图1－6
3 热辐射
(1) 热辐射的研究方法：
黑体
修正（黑度）
实际物体
黑体的 辐射控 制方程
AT 4
AT 4
W
0
x
：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[W/m2] A：垂直于导热方向的截面积[m2]
负号：代表热量传递方向与温度升高方向相反
(2) 导热系数
金属 非金属固体 液体 气体
(3) 一维稳态导热及其导热热阻
q dx
1 导热微分方程式的推导 理论基础：
Fourier 定律 + 能量守恒定律 导热微分方程式 下面我们来考察一个矩形微元六面体，如下图所示。
x z
x+dx
y
x
dx
假设：(1) 所研究的物体是各向同性的连续介质 (2) 导热系数、比热容和密度均为已知 (3) 物体内具有内热源；强度 [W/m3]; 内热源均匀分布；
根据能量守恒定律有：
导入微元体的总热流量in + 微元体内热源的生成热 g =
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1p 0.29 0.26 10 3 t 1p
0.29 0.26 10 3 835 0.507[w /(m C)]
2013年7月9日
t1 t 2 950 720 t1p 835 C 2 2 32
同理， A级硅藻土砖平均热导率为
t 2 t 3 720 50 t 2p 385 C 2 2
2
18
2013年7月9日
物态与热导率关系
固体＞液体＞气体
固体
银的热导率为420W/（m· ℃） 铜的热导率为391W/（m· ℃） 铁的热导率为73W/（m· ℃）
纯金属的温度↗而 ↘ 高合金钢的温度↗而 ↗ 碳钢和低合金钢的温度↗而 ↘
液体 气体
2013年7月9日
热导率为 0.07～0.7 W／（m· ℃） 热导率为0.006～0.6W／（m· ℃）
热导率 λ恒定
t
1
t
2
面导热的影响，误差不大于1％。） 因而平壁温度只沿垂
直于壁面x轴方向变化，所以它是单向稳定态导热问题。
2013年7月9日 22
平壁炉墙上的导热计算公式
Q dt q F dx
t2 t1
dt
q
dx
q
t
热导率 λ恒定
t
1
dt dx
0
s
q
t1 t 2
材料的热导率与温度关系：
t
0
bt
(1 7)
式中： 0 、 t —分别为0℃和t℃时材料的热导率； b—材料的温度系数，随材料而异
t1
特别 提示
2013年7月9日
t
(t1 t 2) 2
t tm
t2
炉墙
16
●求λt方法：
1.查表法：如教材P179附表3可查到部分材料的热导率 如：粘土砖（NZ-40)的热导率λ t=0.698+0.64×10-3t
t1 t2 s
t2=100℃,S=0.345m
1000 100 炉墙平 tp 550 C 均温度 2
查教材P179附表3，得粘土砖的平均热导率 λ =0.698+0.64×10-3t，把tp=550℃代入t得： λ =0.698+0.00064×550=1.056[w/(m ℃)]
温度较高的物体，当其与温度较低的物体或质点相接触时， 依靠物体中微观粒子的热振动，将其本身的部分能量传给
后者，这种定向的、有秩序地发生的热量转移过程称为
“传导传热”或简称“导热”。
2.对流传热
依靠流体微团的宏观运 动而进行的热量传递
定义：流体在流动时，流体质点发生位移和 相互混合而发生的热量传递，称为对流传热。
2013年7月9日
1000 100 q 2684 .7 w / m 2 答：炉侧墙散热量 为2684.7W/m2 0.345 30 1.056
例题2：有一箱式电阻炉为双层平壁炉墙(侧墙)，内层由QN－1.0 的轻质砖砌成，外层由A级硅藻土砖，内外层厚分别为115㎜和 230㎜，已知炉内表面温度为920℃，外表温度为50℃，试计算稳 定态时炉墙的散热损失热流密度、界面温度。 t 解：由公式可知，两层平壁 炉墙的传导热流密度q为：
热处理炉 课程
教材：吉泽生《热处理炉》
电子教案
武汉科技大学 材料与冶金学院 金 属 材 料 工 程 系 从善海
2013年7月9日
1
教材：《热处理炉》
吉泽升编著，哈尔滨工程大学出版社，06年8月版
参考书： 1.《热处理炉》 曾祥模主编， 西北工业大学出版社，1989年8月 2.《热处理车间设备及设计》 臧尔寿主编， 冶金工业出版社，1995年 3.《热处理车间设备及设计》 山东人民出版社，1977年10月 4.《热处理手册》 第2版，第3卷， 2013年7月9日 机械工业出版社，1992年10月
和吸收对方投射来的辐射能量 ④ “对等性”
称为辐射传热
1.从中心向各个方向沿着直线伸展出去。
2.指热辐射、光线、无线电波等电磁波的传播也叫辐射。
辐射有一个重要的特点，就是它是
“对等的”。不论物体(气体)温度
高低都向外辐射，甲物体可以向乙 物体辐射，同时乙也可向甲辐射。 这一点不同于传导，传导是单向进 行的。遭遇到大量辐射的人都应用 肥皂和大量清水彻底冲洗整个身体, 并立即寻求医生或专家的帮助 !
2013年7月9日
4
§1-1 基本概念
传导传热
一、传热三种 基本的方式
对流传热 辐射传热
1.传导传热
特点： ①微观上，物体的微观粒子不发
生宏观的相对移动，只是其热振
定义：温度不同的接触 物体间或一物体中各部
动和碰撞中发生能量传递；
②宏观上表现为热量从物体的高
分之间热能的传递过程， 温部分传导低温部分。 称为传导传热。
2p 0.1 0.23 10 3 t 2p
0.1 0.23 10 3 385 0.188[w /(m C)]
t1 t 3 950 50 q 620 ( W / m 2 ) S1 S2 0.115 0.230 1p 2p 0.507 0.188
2
第一章 传热基本原理
●讲授内容： 第一章的基本概念、传导传热和对流换热 ●讲授要达到的目的及要求：
1.理解或掌握：基本概念清楚，了解传热的基本概念，熟
悉有关传导传热的基本形式、基本定律和影响因素等；
掌握传导传热、对流传热、辐射传热和综合传热的计算
方法。2013ຫໍສະໝຸດ 7月9日 32.记忆： 传导传热，热流，热流密度，热导率， 热阻，黑体，黑度，灰度 3.论述或应用 ●重点和难点：传导传热的表达公式及应用
(W / m 2 )
3 3
t
1
t
2
t
q
s s
1 2
3
q q1 q 2 q 3
总流密度
q t1 t 4
t3 t4
s
t
s
3
4
3 3
0 图1-2多层平 壁炉墙导热
25
x
s
1 1
s
2 2
s
(1 12 )
2013年7月9日
3.复合多层炉墙的热流量计算公式
求通过炉墙的热流Q及界面温度t2
19
●固体非金属材料的热导率低于金属材料的热导率
耐火材料和保温材料的热导率范围：
3.0～0.025W/（m· ℃）之间
空气的热导率很小（0.024W／（m· ℃）
★工程上常把λ值小于0.25W／（m· ℃）的材 料称为保温材料（又称绝热材料或隔热材料）
2013年7月9日 20
对大多数非金属材料来说： 1.当温度t↗ 2.相同物质 则：λ↗ 当体积密度ρ ↗则λ ↗，ρ↘则λ↘ 保温材料 质轻？
r
1
Q
F 2 F1
ln F F
2 1
(t1 t 2)
Q
2L(r 2 r1) ln 2Lr 2
(t1 t 2)
2Lr
1
令
F 2 F1
ln F F
2 1
F
F Q (t1 t 2) s
t t Q
1
2
s F
2013年7月9日
28
单层圆桶炉墙的稳定导热热流计算公式
t1 t 2 Q s F
F
1
(W )(1 18)
F
2
2
分别是圆筒炉墙内、外表面积
1
F F F ln F F
2 1
是圆筒炉墙对数平均面积
r r
2 1
2
可用算术平均面积代 替对数平均面积
29
2013年7月9日
例题1：有一厚度为345mm粘土砖炉侧墙，其内表面温度为 1000℃，其外表面温度为100℃，求该炉墙的散热量。 解：散热量散热量计算公式： q 已知t1=1000℃,
保温材料属多孔性材料，正是由于其小孔内存有空气 阻碍热量的传导，从而使其具有较小的热导率。
2013年7月9日 21
三、平壁炉墙上的导热
1.关于单层平壁炉墙的热流密度、 热流量计算公式
单层平壁炉墙， 壁厚为S，炉墙稳 态传热，表面温度为t1、t2（t1＞t2）
dx
（若平壁面积是厚度的8～10倍时，可忽略端 0 s t
(m )
2
2
(1 10)
F2 当 ＞2时 F1
F F 1F 2
(m )
(1 11)
2013年7月9日
24
2.关于多层平壁炉墙导热的计算公式
图1-2为3层不同材料与厚度平壁炉墙
第 q t1 t 2 1 一 s1 层 1
t
第 q t2 t3 2 二 s2 层 2 第 q 3 三 层
t1 950 C
t2
t1 t 3 q s1 s 2
q
(W / m 2 )
0.115 0.230
31
50C
1
2
0
2013年7月9日
双层平壁炉墙导热
x
式中：
t1 t3 950 50 900 C
S1 0.115m ，S2 0.23m
为了计算λ 值，假设界面温度t2=720℃,则轻质粘土砖 平均热导率为:
1
图1-4复合多层 平壁炉墙导热
26
dt dt Q qF F 2rL dr dr
四、圆筒炉墙的导热
1、单层圆桶炉墙的稳定导热
t
dr dt 2 L r