天津大学传热学课件
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传热学(全套课件666P) ppt课件
1A 1 (T 1 4T 2 4) （ 1-9 ）
§1-3 传热过程和传热系数
一、传热过程 1 、概念
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称传热过程。
2 、传热过程的组成 传热过程一般包括串联着的三个环节组成， 即：
① 热流体 → 壁面高温侧； ② 壁面高温侧 → 壁面低温侧； ③ 壁面低温侧 → 冷流体。 若是稳态过程则通过串联环节的热流量相同。
二、对流
1 、基本概念
1) 对流：是指由于流体的宏观运动，从而使 流体各部分之间发生相对位移，冷热流体 相互掺混所引起的热量传递过程。 对流仅发生在流体中，对流的同时必伴随 有导热现象。
2) 对流换热：流体流过一个物体表面时的 热量传递过程，称为对流换热。
2 、对流换热的分类
1）根据对流换热时是否发生相变分：有
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：
t f1 tw1
Ah 1
tw1 tw2 A /
t w 2 t f 2 Ah 2
（d） （e） （f）
三式相加，整理可得:
A(t f 1 t f 2 )
1 1
h1 h2
也可以表示成:
（1-10）
A(tkf1tf2)A k t （1-11）
式中， k称为传热系数，单位为
。
W/ m2K
⑤热辐射现象仍是微观粒子性态的一种宏 观表象。
⑥ 物体的辐射能力与其温度性质有关。这 是热辐射区别于导热，对流的基本特点。
§1-3 传热过程和传热系数
一、传热过程 1 、概念
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称传热过程。
2 、传热过程的组成 传热过程一般包括串联着的三个环节组成， 即：
① 热流体 → 壁面高温侧； ② 壁面高温侧 → 壁面低温侧； ③ 壁面低温侧 → 冷流体。 若是稳态过程则通过串联环节的热流量相同。
二、对流
1 、基本概念
1) 对流：是指由于流体的宏观运动，从而使 流体各部分之间发生相对位移，冷热流体 相互掺混所引起的热量传递过程。 对流仅发生在流体中，对流的同时必伴随 有导热现象。
2) 对流换热：流体流过一个物体表面时的 热量传递过程，称为对流换热。
2 、对流换热的分类
1）根据对流换热时是否发生相变分：有
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：
t f1 tw1
Ah 1
tw1 tw2 A /
t w 2 t f 2 Ah 2
（d） （e） （f）
三式相加，整理可得:
A(t f 1 t f 2 )
1 1
h1 h2
也可以表示成:
（1-10）
A(tkf1tf2)A k t （1-11）
式中， k称为传热系数，单位为
。
W/ m2K
⑤热辐射现象仍是微观粒子性态的一种宏 观表象。
⑥ 物体的辐射能力与其温度性质有关。这 是热辐射区别于导热，对流的基本特点。
(精品)传热学绪论课件
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
★ 对流传热实例：
管内流动传热
管外流动传热
§1.2 热量传递的三种基本方式
(3)对流传热的基本计算公式：牛顿冷却定律
— 热流量[W]，单位时间传递的热量
Convection heat transfer coefficient
传热学 Heat transfer
传热学 Heat transfer
传热学 Heat transfer
第一章热量传递的基本理论
❖1.1 传热学的研究对象及其应用 ❖1.2 三种基本的传热方式及基本定律 ❖1.3 传热过程和传热系数 ❖1.4 传热学发展史
§1.1 传热学的研究内容及应用 1.传热学的研究内容
(4) 辐射传热：物体间靠热辐射进行的热量传递，它与单纯的热辐射不同，
就像对流和对流传热一样。
(5) 辐射传热的特点： 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.在辐射传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
以热机起动为例：平壁初始温度为t0；左侧表面温度突升为 t1并保持不变，右侧表面仍与温度为t0的空气接触。接下来
平板将经历一个非稳态传热过程。
4
t1
3
2
1
t0
0
§1.1 传热学的研究内容及应用
4.传热学与工程热力学的关系
(1) 热力学 +
系统从一个平衡态到 另一个平衡态的过程 中传递热量的多少。
必须有温差 c. 壁面处会形成速度梯度很大的边界层
★ 对流传热实例：
管内流动传热
管外流动传热
§1.2 热量传递的三种基本方式
(3)对流传热的基本计算公式：牛顿冷却定律
— 热流量[W]，单位时间传递的热量
Convection heat transfer coefficient
传热学 Heat transfer
传热学 Heat transfer
传热学 Heat transfer
第一章热量传递的基本理论
❖1.1 传热学的研究对象及其应用 ❖1.2 三种基本的传热方式及基本定律 ❖1.3 传热过程和传热系数 ❖1.4 传热学发展史
§1.1 传热学的研究内容及应用 1.传热学的研究内容
(4) 辐射传热：物体间靠热辐射进行的热量传递，它与单纯的热辐射不同，
就像对流和对流传热一样。
(5) 辐射传热的特点： 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.在辐射传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
以热机起动为例：平壁初始温度为t0；左侧表面温度突升为 t1并保持不变，右侧表面仍与温度为t0的空气接触。接下来
平板将经历一个非稳态传热过程。
4
t1
3
2
1
t0
0
§1.1 传热学的研究内容及应用
4.传热学与工程热力学的关系
(1) 热力学 +
系统从一个平衡态到 另一个平衡态的过程 中传递热量的多少。
(完整PPT)传热学
温度
温度对导热系数的影响因材料而异，一般情况下，随着温度的升高 ，导热系数会增加。
压力
对于某些材料，如气体，压力的变化会对导热系数产生显著影响。
稳态与非稳态导热过程
稳态导热
物体内部各点温度不随时间变化而变化的导热过程。在稳态导热过程中，热流 密度和温度分布保持恒定。
非稳态导热
物体内部各点温度随时间变化而变化的导热过程。在非稳态导热过程中，热流 密度和温度分布会发生变化，通常需要考虑时间因素对导热过程的影响。
辐射换热计算方法
辐射换热量计算
通过斯蒂芬-玻尔兹曼定律计算两 个物体之间的辐射换热量，需要 考虑物体的发射率、温度以及物 体间的角系数等因素。
角系数计算
角系数表示一个表面对另一个表 面辐射能量的相对大小，可以通 过几何方法或数值方法计算得到 。
辐射换热网络模型
对于多个物体之间的复杂辐射换 热问题，可以建立辐射换热网络 模型，通过求解线性方程组得到 各个物体之间的辐射换热量。
06 传热学实验技术 与设备
实验测量技术与方法
温度测量
使用热电偶、热电阻等 温度传感器，配合数据 采集系统，实现温度的
精确测量。
热量测量
采用量热计、热流计等 设备，测量传热过程中
的热量变化。
热阻测量
通过测量传热设备两侧 温差和传热量，计算得
到热阻。
热流密度测量
利用热流计等设备，测 量单位面积上的热量传
(完整PPT)传热学
contents
目录
• 传热学基本概念与原理 • 导热现象与规律 • 对流换热原理及应用 • 辐射换热基础与特性 • 传热过程数值计算方法 • 传热学实验技术与设备 • 传热学在工程领域应用案例
01 传热学基本概念 与原理
温度对导热系数的影响因材料而异，一般情况下，随着温度的升高 ，导热系数会增加。
压力
对于某些材料，如气体，压力的变化会对导热系数产生显著影响。
稳态与非稳态导热过程
稳态导热
物体内部各点温度不随时间变化而变化的导热过程。在稳态导热过程中，热流 密度和温度分布保持恒定。
非稳态导热
物体内部各点温度随时间变化而变化的导热过程。在非稳态导热过程中，热流 密度和温度分布会发生变化，通常需要考虑时间因素对导热过程的影响。
辐射换热计算方法
辐射换热量计算
通过斯蒂芬-玻尔兹曼定律计算两 个物体之间的辐射换热量，需要 考虑物体的发射率、温度以及物 体间的角系数等因素。
角系数计算
角系数表示一个表面对另一个表 面辐射能量的相对大小，可以通 过几何方法或数值方法计算得到 。
辐射换热网络模型
对于多个物体之间的复杂辐射换 热问题，可以建立辐射换热网络 模型，通过求解线性方程组得到 各个物体之间的辐射换热量。
06 传热学实验技术 与设备
实验测量技术与方法
温度测量
使用热电偶、热电阻等 温度传感器，配合数据 采集系统，实现温度的
精确测量。
热量测量
采用量热计、热流计等 设备，测量传热过程中
的热量变化。
热阻测量
通过测量传热设备两侧 温差和传热量，计算得
到热阻。
热流密度测量
利用热流计等设备，测 量单位面积上的热量传
(完整PPT)传热学
contents
目录
• 传热学基本概念与原理 • 导热现象与规律 • 对流换热原理及应用 • 辐射换热基础与特性 • 传热过程数值计算方法 • 传热学实验技术与设备 • 传热学在工程领域应用案例
01 传热学基本概念 与原理
天津大学传热
实验目的：1，使用空气——水蒸汽对流管换热器实验装置，分别测量两个管套换热器的对流传热系数i α2，应用线性回归分析方法，确定实验装置中两个套管换热器的关联式0.4Re Pr m Nu A =中常数A 、m 的值。
3，分别测定不同流速下两个套管换热器的管压降Δp ，分别研究套管换热器的管压降Δp 和Nu 之间的关系。
4，综合分析上述实验结果，判定两个套管换热器类型（普通光滑内管或强化内管）。
实验原理1，对流传热系数i α的测定对流传热系数i α可根据牛顿冷却定律，由实验测定。
因为ia a ，所以传热管内的对流系数i α≈K ，K 为冷热流体间的总传热系数。
根据牛顿冷却定律，有0.817630.4110.020120.837730.420.40.01446Re Pr 1.1314Re 0.01636Re Pr /Pr Nu Nu Nu Nu Nu ===。
其中，i Q 为管内传热速率，m t D 为管内平均温度，i S 为管内传热面积。
21()i i pi i i Q c t t w =-，其中i w 为冷流体的质量流量，pi c 为冷流体的定压比热容，21i i t t ，为进出口温度。
i S =πd l,其中d 为管内径，l 为传热管测量段的实际长度。
2，对流管传热准数关联式0.4Re Pr m Nu A =中常数A 、m 的值的确定。
准数关联式0.4Re Pr m Nu A =，取对数整理得0.4lglg lg Re Pr Nua m =+，由于0.4lg Pr Nu 与lg Re 成线性关系，故在对数做表上，0.4PrNu与Re 关系曲线为一斜率为m 的直线。
测得m 后，代入相应的坐标点数据后，即可求出A 。
装置流程图1,1号管套换热器，2，2号管套换热器；3，蒸汽放空口；4，管板；5，温差，压差变送器；6，空气支路控制阀；7，孔板流量计；8，旁路调节器；9旋涡气泵；10，液位计；11，冷凝液回流口；12，加水口；13，储水釜；测试点标注：①1号换热器冷流体入口温度1t ②1号换热器管压降1P D ③1号换热器壁面温度1w t ④1号换热器冷流体出口温度1t ¢⑤2号换热器冷流体入口温度2t ⑥2号换热器管压降2P D⑦2号换热器壁面温度2w t ⑧2号换热器冷流体入口温度2t ¢⑨孔板流量计两端压差01p D 和02p D数据分析与处理一，1号管对流传热系数的及关联式中A,m 的确定 表三，1号管数据整理表计算举例：表四1号管回归计算结果表二，2号管对流传热系数的及关联式中A,m的确定表六，2号管数据整理表表7，2号管回归计算结果表表八，2号管Nu实测值与回归分析结果对照表计算强化比Nu=1号管的准数关联式为：0.817630.410.01446Re Pr2号管的准数关联式为：0.837730.420.01636Re Pr Nu =强化比为10.020121.1314Re Nu Nu = Re=10000时，12Nu Nu =1.361>1，随Nu 增大，12Nu Nu 增大，即强化效率变好。
天津大学版化工原理第四章热传导ppt 课件
3
或：
dt dt a bt 2rl dr dr Q ln r ＝2 at t b t 2 t 2 1 1 l r1 2 175 0.000198 2 128.6 ln ＝2 0.103180 t 3 180 2 t 3 75 2 导热：Q＝－A
y：组分的摩尔分率
二. 平壁的稳定热传导
1、单层平壁的稳定热传导
二. 平壁的稳定热传导 1、单层平壁的稳定热传导 b t2 dt Q dx S dt Q S 0 t1 dx
S (t1 t2 ) t1 t2 t Q b b / S R
传热推动力 传热速率＝ 传热阻力 若对傅立叶定律进行不定积分 x t Q 传热推动力：温度差
r2 dr t2 dt dt Q S 2rl Q 2l dt r1 r t1 dr dr
t1 t 2 t1 t 2 r2 r1 Q 2l 令rm r2 ln( r2 r1 ) r 2 ln ln r1 r1 2l 2l (r2 r1 ) (t1 t 2 ) 2l (r2 r1 ) (t1 t 2 ) S 2lr 或Q m m r2 r2 (r2 r1 ) ln b ln r1 r1
t 总推动力 (t1 t4 ) Q b b1 b R 总热阻 2 3 1S m1 2 S m 2 3 S m3 也可写为： Q t1 t 4 ln r2 / r1 ln r3 / r2 ln r4 / r3 2l1 2l2 2l3
对n层圆筒壁
例题
• 例4-1 有一燃烧炉，炉壁由三种材料组成。最内层 是耐火砖，中间为保温砖，最外层为建筑砖。已知 • 耐火砖 b1=150mm λ1=1.06W/m· ℃ • 保温砖 b2=310mm λ2=0.15W/m· ℃ • 建筑砖 b3=240mm λ3=0.69W/m· ℃ • 今测得炉的内壁温度为1000℃，耐火砖与保温砖之 间界面处的温度为946℃。试求： • (a)单位面积的热损失； • (b)保温砖与建筑砖之间界面的温度； • (c) 建筑砖外侧温度。
或：
dt dt a bt 2rl dr dr Q ln r ＝2 at t b t 2 t 2 1 1 l r1 2 175 0.000198 2 128.6 ln ＝2 0.103180 t 3 180 2 t 3 75 2 导热：Q＝－A
y：组分的摩尔分率
二. 平壁的稳定热传导
1、单层平壁的稳定热传导
二. 平壁的稳定热传导 1、单层平壁的稳定热传导 b t2 dt Q dx S dt Q S 0 t1 dx
S (t1 t2 ) t1 t2 t Q b b / S R
传热推动力 传热速率＝ 传热阻力 若对傅立叶定律进行不定积分 x t Q 传热推动力：温度差
r2 dr t2 dt dt Q S 2rl Q 2l dt r1 r t1 dr dr
t1 t 2 t1 t 2 r2 r1 Q 2l 令rm r2 ln( r2 r1 ) r 2 ln ln r1 r1 2l 2l (r2 r1 ) (t1 t 2 ) 2l (r2 r1 ) (t1 t 2 ) S 2lr 或Q m m r2 r2 (r2 r1 ) ln b ln r1 r1
t 总推动力 (t1 t4 ) Q b b1 b R 总热阻 2 3 1S m1 2 S m 2 3 S m3 也可写为： Q t1 t 4 ln r2 / r1 ln r3 / r2 ln r4 / r3 2l1 2l2 2l3
对n层圆筒壁
例题
• 例4-1 有一燃烧炉，炉壁由三种材料组成。最内层 是耐火砖，中间为保温砖，最外层为建筑砖。已知 • 耐火砖 b1=150mm λ1=1.06W/m· ℃ • 保温砖 b2=310mm λ2=0.15W/m· ℃ • 建筑砖 b3=240mm λ3=0.69W/m· ℃ • 今测得炉的内壁温度为1000℃，耐火砖与保温砖之 间界面处的温度为946℃。试求： • (a)单位面积的热损失； • (b)保温砖与建筑砖之间界面的温度； • (c) 建筑砖外侧温度。
传热学第二章1精品PPT课件
沿 z 轴方向导入与导出微元体净热量： ( z)z ( z)z d z q z zd x d y d z
[导入与导出净热量]:
[ 1 ] [ d Q x d Q x d x ] [ d Q y d Q y d y ] [ d Q z d Q z d z ] [1](qx qy qz)dxdydz x y z
水和甘油等强缔合液体，分子量变化，并随温度而变 化。在不同温度下，热导率随温度的变化规律不一样
液体的热导率随压力p的升高而增大
p
3、固体的热导率
(1) 金属的热导率：
金 属 1 2 ~ 4 1 8W (m K )
纯金属的导热：依靠自由电子的迁移和晶格的振动 主要依靠前者
金属导热与导电机理一致；良导电体为良导热体：
有些天然和人造材料，如：石英、木材、叠层塑料板、叠层 金属板，其导热系数随方向而变化 —— 各向异性材料
各向异性材料中：
qx
xx
t x
xy
t y
xz
t z
qyBiblioteka yxt xyy
t y
yz
t z
qz
zx
t x
zy
t y
zz
t z
三、热导率
q
grad t
— 物质的重要热物性参数
热导率的数值：就是物体中单位温度梯度、单位时间、通过 单位面积的导热量
第二章 稳态热传导
本章着重讨论稳态导热问题。首先引出导热基本定律的 最一般的数学表达式，然后介绍导热微分方程及相应的初始 与边界条件，他们构成了导热问题的完整的数学描写。在此 基础上，针对几个典型的一维导热问题进行分析求解，以获 得物体中的温度分布和热流量的计算式。
§2-1 导热基本定律
[导入与导出净热量]:
[ 1 ] [ d Q x d Q x d x ] [ d Q y d Q y d y ] [ d Q z d Q z d z ] [1](qx qy qz)dxdydz x y z
水和甘油等强缔合液体，分子量变化，并随温度而变 化。在不同温度下，热导率随温度的变化规律不一样
液体的热导率随压力p的升高而增大
p
3、固体的热导率
(1) 金属的热导率：
金 属 1 2 ~ 4 1 8W (m K )
纯金属的导热：依靠自由电子的迁移和晶格的振动 主要依靠前者
金属导热与导电机理一致；良导电体为良导热体：
有些天然和人造材料，如：石英、木材、叠层塑料板、叠层 金属板，其导热系数随方向而变化 —— 各向异性材料
各向异性材料中：
qx
xx
t x
xy
t y
xz
t z
qyBiblioteka yxt xyy
t y
yz
t z
qz
zx
t x
zy
t y
zz
t z
三、热导率
q
grad t
— 物质的重要热物性参数
热导率的数值：就是物体中单位温度梯度、单位时间、通过 单位面积的导热量
第二章 稳态热传导
本章着重讨论稳态导热问题。首先引出导热基本定律的 最一般的数学表达式，然后介绍导热微分方程及相应的初始 与边界条件，他们构成了导热问题的完整的数学描写。在此 基础上，针对几个典型的一维导热问题进行分析求解，以获 得物体中的温度分布和热流量的计算式。
§2-1 导热基本定律
(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。
第三章 传热天津大学出版社
第三章传热1.燃烧炉的内层为460mm厚的耐火砖，外层为230mm厚的绝缘砖。
若炉的内表面温度t1为1400℃，外表面温度t3为100℃。
试求导热的热通量及两砖间的界面温度。
设两层砖接触良好，已知耐火砖的导热系数为λ1＝0.9+0.0007t，绝缘砖的导热系数为λ2＝0.3+0.0003t。
两式中t可分别取为各层材料的平均温度，单位为℃，λ单位为W／(m·℃)。
1、解：热通量q及界面温度t2由：又已知：℃℃mm mm代入联立解之得：℃代入q式得（Ｗ／ｍ２）答：q＝1689W／㎡，t2＝949℃2.蒸汽管道外包扎有两层导热系数不同而厚度相同的绝热层，设外层的平均直径为内层的两倍。
其导热系数也为内层的两倍。
若将二层材料互换位置，假定其它条件不变，试问每米管长的热损失将改变多少?说明在本题情况下，哪一种材料包扎在内层较为适合?解：δ相同：平均直径：∵∴有每米管长的热损失q′更换材料以前，每米管长热损失q′∴即：q′=1.25q故原保温好。
3.设计一燃烧炉，拟用三层砖，即耐火砖、绝热砖和普通砖。
耐火砖和普通砖的厚度为0.5m 和0.25m。
三种砖的系数分别为1.02 W/(m·℃)、0.14 W/(m·℃)和0.92 W/(m·℃)，已知耐火砖内侧为1000℃，外壁温度为35℃。
试问绝热砖厚度至少为多少才能保证绝热砖温度不超过940℃，普通砖不超过138℃。
若t1=138ºC解得b2=0.250m答：b2=0.25m4.某燃烧炉的平壁由耐火砖、绝热砖和普通砖三种砌成，它们的导热系数分别为1.2W/(m·℃)，0.16 W/(m·℃)和0。
92 W/(m·℃)，耐火砖和绝热转厚度都是0.5m，普通砖厚度为0.25m。
已知炉内壁温为1000℃，外壁温度为55℃，设各层砖间接触良好，求每平方米炉壁散热速率。
答：Q/S=247.81W/m25.在外径100mm的蒸汽管道外包绝热层。
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。
.
❖ 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
天津大学版 化工原理 第四章 5传热计算课件
t2逆max=T1, t2并max＝T2， t2 并<t 2逆
t1
T2 t2并 t1
(b)冷却介质的出口温度：
A
t2↑→用量↓→操作费用↓， 但 △tm↓→A↑→设备费↑ (c)流速的选择：u↑→α↑→K↑→A↓→设备费↓，
但△p阻↑→操作费↑
(2).操作型问题
• 已知换热器的传热面积A及有关尺寸，冷热流体的进口 温度、流动方式，求冷热流体的出口温度
•
G1′cp1( T1-T2′)= 2G2cp2(t2′-t1)
•
t2′-t1= G1cp1/2G2cp2 ( T1-T2′)
(b)
• 根据水量增加之前的条件计算
•
G1cp1/ G2cp2 = t2-t1/ T1-T2=(90-15)/(120-80)=1.88
• 将此值代入(b)式，得
• t2′- t1=(1.88/2)( T1-T2′)=0.94* (T1-T2′)
qm1c p1 t2 t1 85 20 2.17 q m2 c p2 T1 T2 100 70
T2
c.并流较易控制流体的出口温度 t1
t2并 t1
A
（2）错流和折流时的平均温差
简单折流
一种流体作折流流动， 另一种流体不折流，或 仅沿一个方向流动。
错流
错流是指两流体在间壁两 侧彼此的流动方向垂直；
复杂折流
若两种流体都作折流流 动或既有错流又有折流， 称为复杂折流。
错流或折流时的平均温差，通常是先按逆流求 算，然后再根据流动型式加以修正
（1）查取：从手册和专著中获得，如《化工工艺设 计手册》
（2）实验测定
五、壁温的估算
若管内外流体的平均温度分别为ti和to，给热系数分别为 a i
天津大学传热学课件
会中断，它们或者是物体中完全封闭的曲面 （曲线），或者就终止与物体的边界上。
•等温面上没有温差，不会有热量传递。 •不同的等温面之间，有温差，有热量传递。
5
3、温度变化率与温度梯度
温度变化率：温度差Dt与距离Dx比值的极
限。
t lim Dt x Dx0 Dx
温度变化率是标量。
温度梯度：最大的温度变化率。
一定温度范围内可以表示为bt54导热微分方程热扩散方程描述导热物体内温度随空间位置及时间变化规律的基本方程它反映了一切导热过程都普遍遵循的共性
第二章 导热基本原理
• 导热实质是由构成物质的微观粒子如原子、 分子和自由电子等的随机热运动导致的热 量扩散过程.
• 纯粹的导热通常只发生在密实的固体当中. • 导热的另一个重要特征表现为它要求以直
• 傅立叶定律适用的前提是热扰动传播 速度是无限大 。
14
傅立叶定律不适用的情况：
★ 导热物体的温度接近绝对零度时（温度效应）； 如在1.4K的液氮中，热传播速度c仅为19m/s。 ★ 当过程的作用时间与材料的固有时间尺度相接近 时（时间效应）； 热传播速度起作用。
★ 当过程发生的空间尺度极小，与微观粒子的平均 行程相接近时（空间效应）。
• 对稳态导热来说，是影响物体内温度分 布状态的外部条件.
45
第一类边界条件 : 规定沿导热物体边界面上的温度值.
0 , tw fx ,y ,z ,
• 稳态导热： tw = f(x,y,z)
• 例：一维导热
tw1 tw 2
x 0, t tw1
x , t tw2
46
第二类边界条件 : 给定导热物体边界面上的热流密度.
43
• 时间条件: 对非稳态导热必须给出过程开始时刻物 体内的温度场.又称初始条件. 稳态导热过程不需要时间条件 — 与时间 无关。
•等温面上没有温差，不会有热量传递。 •不同的等温面之间，有温差，有热量传递。
5
3、温度变化率与温度梯度
温度变化率：温度差Dt与距离Dx比值的极
限。
t lim Dt x Dx0 Dx
温度变化率是标量。
温度梯度：最大的温度变化率。
一定温度范围内可以表示为bt54导热微分方程热扩散方程描述导热物体内温度随空间位置及时间变化规律的基本方程它反映了一切导热过程都普遍遵循的共性
第二章 导热基本原理
• 导热实质是由构成物质的微观粒子如原子、 分子和自由电子等的随机热运动导致的热 量扩散过程.
• 纯粹的导热通常只发生在密实的固体当中. • 导热的另一个重要特征表现为它要求以直
• 傅立叶定律适用的前提是热扰动传播 速度是无限大 。
14
傅立叶定律不适用的情况：
★ 导热物体的温度接近绝对零度时（温度效应）； 如在1.4K的液氮中，热传播速度c仅为19m/s。 ★ 当过程的作用时间与材料的固有时间尺度相接近 时（时间效应）； 热传播速度起作用。
★ 当过程发生的空间尺度极小，与微观粒子的平均 行程相接近时（空间效应）。
• 对稳态导热来说，是影响物体内温度分 布状态的外部条件.
45
第一类边界条件 : 规定沿导热物体边界面上的温度值.
0 , tw fx ,y ,z ,
• 稳态导热： tw = f(x,y,z)
• 例：一维导热
tw1 tw 2
x 0, t tw1
x , t tw2
46
第二类边界条件 : 给定导热物体边界面上的热流密度.
43
• 时间条件: 对非稳态导热必须给出过程开始时刻物 体内的温度场.又称初始条件. 稳态导热过程不需要时间条件 — 与时间 无关。
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12
★ 适用各向同性介质。
★ 计算局部热流量时，必须以与热流密 度矢量相垂直的面积为计算面积。
★ 傅里叶定律本身隐含着把热量的传播 速度视为无穷大的性质。
各向同性材料：导热系数在各个方向是相同的。 各向异性材料：导热系数随方向而变化。如： 石英、木材、叠层塑料板、叠层金属板。
13
傅立叶定律的局限性
★ 当过程发生的空间尺度极小，与微观粒子的平均 行程相接近时（空间效应）。
这类导热统称为非傅里叶导热。
15
16
所谓微机电系统MEMS是指几何尺寸在1mm到1mm之间的期间所组成的系统。
17
第二节 导热系数
材料的热物性分成两大类：一类是热 力学性质,第二类是输运性质.
导热系数的定义由傅里叶定律给出：
qqxiqy jqzk qxtiyt jztk
10
qtt
n
n
傅立叶定律 向量表达式。
或
qgradt tn
n
gratdtti t jtk x y z
11
讨论：★ 任意时刻 ，连续介质中任何
地点的局部导热热流密度数值上与该点 的温度梯度成正比，方向相反。
★ 把导热热流密度(热流量)与物体内特 定地点、特定时刻的温度梯度联系在一 ★起。定律适用于常物性或变物性，有、无 内热源，任何几何形状，稳态或非稳态， 任何物质形态（固、液、气）。
19
一般地，
金属非金 ,液属 体气体
20
21
一、固体
机理：固体中的热量 传递是自由电子的迁 移和晶格振动相叠加 两种作用的结果.
金属非金属
银、铜导热系数最大。
22
• 合金的导热系数一般比纯金属低.
金属中掺入任何杂质将破坏晶格的完整性，干 扰自由电子的运动。
纯铜398w/m.0c 黄铜109w/m.0c
四、导热系数与温度 • 影响材料导热系 数最主要的因素是 温度.
28
• 绝大多数材料的导热系数都可以近似表 示为温度的线性函数形式，即:
＝0(1 + bt)
• 在实际工程应用中各种保温材料的导热 系数也经常被表示成:
abt
29
第三节 导热微分方程
• 求出在一定边界条件作用下物体内的温 度随空间位置和时间的分布状态.
1、温度场:物体中存在着时间和空间上的 温度分布。
物体的温度分布是空间和时间的函数。 如用直角坐标表示，为
tf(x,y,z,)
2
温度是标量。温度场也是标量场。 非稳态的温度场：物体各点温度随时间变化。 稳态温度场：物体各点的温度不随时间变化。 可表示为
tf(x,y,z)
3
2、等温面、等温线 等温面：物体中同一瞬间相同温度各点连 成的面。 等温线：在任何一个二维截面上等温面表 现为等温线。
• 导热研究中的连续性假定。
只要所要研究物体的几何尺寸远大于分子间 的平均自由行程这种连续性假定总成立。 如一个大气压、室温的空气分子的平均自由 行程约为0.07mm.
• 傅立叶定律适用的前提是热扰动传播 速度是无限大 。
14
傅立定律不适用的情况：
★ 导热物体的温度接近绝对零度时（温度效应）； 如在1.4K的液氮中，热传播速度c仅为19m/s。 ★ 当过程的作用时间与材料的固有时间尺度相接近 时（时间效应）； 热传播速度起作用。
25
三、液体 •迄今为止对液体导热 机理仍不很清楚。一般 认为固体气体机理共同 作用。 •多数液体的导热系数 随温度升高而降低。
26
•水和甘油等强缔合液体，分子量变化， 并随温度而变化。在不同温度下，热导 率随温度的变化规律不一样。 • 液态金属是一类特殊的液体。一般低于 固体的值（铁除外）。
27
q
grad t
18
★ 导热系数在数值上等于单位温度降度 （即1 ℃/m）下，在垂直于热流密度的 单位面积上所传导的热流量。
★ 导热系数的数值表征物质导热能力大小。 相同温度梯度下，导热系数越大，导热传 递的热量越大。
★影响热导率的因素：物质的种类、材料 成分、温度、湿度、压力、密度等。导 热系数一般由实验测定。
7
在直角坐标系中:
gra dtnttit jtk n x y z
4、热流向量 q=qxi+qyj+qzk
热流线：表示热流方 向的线。 热流线垂直与等温线。
8
9
二、 导热基本定律——Fourier Law
对于一维情况， q dt
dx 对于三维直角坐标系情况，有
qx
t x
qy
t y
qz
t z
• 金属材料的导热系数和电导率的排列顺 序完全相同.
• 金属的导热系数一般随温度升高呈下降 趋势 .
23
• 保温材料：国家标准规定，温度低于 350℃以下热导率小于 0.12W/(mK) 的 材料（绝热材料）。
二、气体 机理：气体导热靠分子热运动时的相互
碰撞。
24
• 气体的热导率随温 度升高而增大。 • 氢和氦的导热系数 比其他气体高得多。
5
3、温度变化率与温度梯度
温度变化率：温度差Dt与距离Dx比值的极
限。
t lim Dt x Dx0 Dx
温度变化率是标量。
温度梯度：最大的温度变化率。
温度梯度是矢量（或称为向量）。
6
在具有连续温度场的 物体内，过任意一点 的 温度变化率最大的 方向位于等温线的法 线方向上。
温度梯度：在等温面法线方向上单位 长度的温度变化率。
• 思考: 仅靠傅里叶定律能否达到目的? • 导热微分方程:描述导热物体内部温度分
布规律的方程式.
30
导热微分方程式 理论基础：傅里叶定律 + 能量守恒定律 能量平衡: 导入 - 导出 + 内热源 = 热力学能增量
假设：(1) 所研究的物体是的连续介质， (2) 热导率、比热容和密度均为已知， (3) 物体内具有内热源；强度 qv [W/m3]; 内热
第二章 导热基本原理
• 导热实质是由构成物质的微观粒子如原子、 分子和自由电子等的随机热运动导致的热 量扩散过程.
• 纯粹的导热通常只发生在密实的固体当中. • 导热的另一个重要特征表现为它要求以直
接接触方式进行热量传递. • 所研究的对象是连续介质 .
1
第一节 基本概念及傅里叶定律
一、 基本概念
等温线或等温面图是 温度场的一种表示方 法。
4
等温面与等温线的特点： (1) 温度不同的等温面或等温线彼此不能相交。 (2) 在连续的温度场中，等温面或等温线不
会中断，它们或者是物体中完全封闭的曲面 （曲线），或者就终止与物体的边界上。
•等温面上没有温差，不会有热量传递。 •不同的等温面之间，有温差，有热量传递。
★ 适用各向同性介质。
★ 计算局部热流量时，必须以与热流密 度矢量相垂直的面积为计算面积。
★ 傅里叶定律本身隐含着把热量的传播 速度视为无穷大的性质。
各向同性材料：导热系数在各个方向是相同的。 各向异性材料：导热系数随方向而变化。如： 石英、木材、叠层塑料板、叠层金属板。
13
傅立叶定律的局限性
★ 当过程发生的空间尺度极小，与微观粒子的平均 行程相接近时（空间效应）。
这类导热统称为非傅里叶导热。
15
16
所谓微机电系统MEMS是指几何尺寸在1mm到1mm之间的期间所组成的系统。
17
第二节 导热系数
材料的热物性分成两大类：一类是热 力学性质,第二类是输运性质.
导热系数的定义由傅里叶定律给出：
qqxiqy jqzk qxtiyt jztk
10
qtt
n
n
傅立叶定律 向量表达式。
或
qgradt tn
n
gratdtti t jtk x y z
11
讨论：★ 任意时刻 ，连续介质中任何
地点的局部导热热流密度数值上与该点 的温度梯度成正比，方向相反。
★ 把导热热流密度(热流量)与物体内特 定地点、特定时刻的温度梯度联系在一 ★起。定律适用于常物性或变物性，有、无 内热源，任何几何形状，稳态或非稳态， 任何物质形态（固、液、气）。
19
一般地，
金属非金 ,液属 体气体
20
21
一、固体
机理：固体中的热量 传递是自由电子的迁 移和晶格振动相叠加 两种作用的结果.
金属非金属
银、铜导热系数最大。
22
• 合金的导热系数一般比纯金属低.
金属中掺入任何杂质将破坏晶格的完整性，干 扰自由电子的运动。
纯铜398w/m.0c 黄铜109w/m.0c
四、导热系数与温度 • 影响材料导热系 数最主要的因素是 温度.
28
• 绝大多数材料的导热系数都可以近似表 示为温度的线性函数形式，即:
＝0(1 + bt)
• 在实际工程应用中各种保温材料的导热 系数也经常被表示成:
abt
29
第三节 导热微分方程
• 求出在一定边界条件作用下物体内的温 度随空间位置和时间的分布状态.
1、温度场:物体中存在着时间和空间上的 温度分布。
物体的温度分布是空间和时间的函数。 如用直角坐标表示，为
tf(x,y,z,)
2
温度是标量。温度场也是标量场。 非稳态的温度场：物体各点温度随时间变化。 稳态温度场：物体各点的温度不随时间变化。 可表示为
tf(x,y,z)
3
2、等温面、等温线 等温面：物体中同一瞬间相同温度各点连 成的面。 等温线：在任何一个二维截面上等温面表 现为等温线。
• 导热研究中的连续性假定。
只要所要研究物体的几何尺寸远大于分子间 的平均自由行程这种连续性假定总成立。 如一个大气压、室温的空气分子的平均自由 行程约为0.07mm.
• 傅立叶定律适用的前提是热扰动传播 速度是无限大 。
14
傅立定律不适用的情况：
★ 导热物体的温度接近绝对零度时（温度效应）； 如在1.4K的液氮中，热传播速度c仅为19m/s。 ★ 当过程的作用时间与材料的固有时间尺度相接近 时（时间效应）； 热传播速度起作用。
25
三、液体 •迄今为止对液体导热 机理仍不很清楚。一般 认为固体气体机理共同 作用。 •多数液体的导热系数 随温度升高而降低。
26
•水和甘油等强缔合液体，分子量变化， 并随温度而变化。在不同温度下，热导 率随温度的变化规律不一样。 • 液态金属是一类特殊的液体。一般低于 固体的值（铁除外）。
27
q
grad t
18
★ 导热系数在数值上等于单位温度降度 （即1 ℃/m）下，在垂直于热流密度的 单位面积上所传导的热流量。
★ 导热系数的数值表征物质导热能力大小。 相同温度梯度下，导热系数越大，导热传 递的热量越大。
★影响热导率的因素：物质的种类、材料 成分、温度、湿度、压力、密度等。导 热系数一般由实验测定。
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在直角坐标系中:
gra dtnttit jtk n x y z
4、热流向量 q=qxi+qyj+qzk
热流线：表示热流方 向的线。 热流线垂直与等温线。
8
9
二、 导热基本定律——Fourier Law
对于一维情况， q dt
dx 对于三维直角坐标系情况，有
qx
t x
qy
t y
qz
t z
• 金属材料的导热系数和电导率的排列顺 序完全相同.
• 金属的导热系数一般随温度升高呈下降 趋势 .
23
• 保温材料：国家标准规定，温度低于 350℃以下热导率小于 0.12W/(mK) 的 材料（绝热材料）。
二、气体 机理：气体导热靠分子热运动时的相互
碰撞。
24
• 气体的热导率随温 度升高而增大。 • 氢和氦的导热系数 比其他气体高得多。
5
3、温度变化率与温度梯度
温度变化率：温度差Dt与距离Dx比值的极
限。
t lim Dt x Dx0 Dx
温度变化率是标量。
温度梯度：最大的温度变化率。
温度梯度是矢量（或称为向量）。
6
在具有连续温度场的 物体内，过任意一点 的 温度变化率最大的 方向位于等温线的法 线方向上。
温度梯度：在等温面法线方向上单位 长度的温度变化率。
• 思考: 仅靠傅里叶定律能否达到目的? • 导热微分方程:描述导热物体内部温度分
布规律的方程式.
30
导热微分方程式 理论基础：傅里叶定律 + 能量守恒定律 能量平衡: 导入 - 导出 + 内热源 = 热力学能增量
假设：(1) 所研究的物体是的连续介质， (2) 热导率、比热容和密度均为已知， (3) 物体内具有内热源；强度 qv [W/m3]; 内热
第二章 导热基本原理
• 导热实质是由构成物质的微观粒子如原子、 分子和自由电子等的随机热运动导致的热 量扩散过程.
• 纯粹的导热通常只发生在密实的固体当中. • 导热的另一个重要特征表现为它要求以直
接接触方式进行热量传递. • 所研究的对象是连续介质 .
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第一节 基本概念及傅里叶定律
一、 基本概念
等温线或等温面图是 温度场的一种表示方 法。
4
等温面与等温线的特点： (1) 温度不同的等温面或等温线彼此不能相交。 (2) 在连续的温度场中，等温面或等温线不
会中断，它们或者是物体中完全封闭的曲面 （曲线），或者就终止与物体的边界上。
•等温面上没有温差，不会有热量传递。 •不同的等温面之间，有温差，有热量传递。