热工基础热量传导的基本方式
简述三种传热基本方式及其传热基本原理
简述三种传热基本方式及其传热基本原理
三种传热基本方式及其传热基本原理如下：
一、热传导。
热传导是介质内无宏观运动时的传热现象，其在固体、液体和气体中均可发生，但严格而言，只有在固体中才是纯粹的热传导，而流体即使处于静止状态，其中也会由于温度梯度所造成的密度差而产生自然对流，因此，在流体中热对流与热传导同时发生。
二、热辐射。
热辐射，物体由于具有温度而辐射电磁波的现象。
热量传递的3种方式之一。
一切温度高于绝对零度的物体都能产生热辐射，温度愈高，辐射出的总能量就愈大，短波成分也愈多。
热辐射的光谱是连续谱，波长覆盖范围理论上可从0直至∞，一般的热辐射主要靠波长较长的可见光和红外线传播。
由于电磁波的传播无需任何介质，所以热辐射是在真空中唯一的传热方式。
三、热对流。
热对流是热传递的重要形式，它是影响火灾发展的主要因素：
1、高温热气流能加热在它流经途中的可燃物，引起新的燃烧。
2、热气流能够往任何方向传递热量，特别是向上传播，能引起上层楼板、天花板燃烧。
3、通过通风口进行热对流，使新鲜空气不断流进燃烧区，供应持续燃烧。
热工基础知识
一、传热基本方式
① 导热的特点 A 必须有温差 B 物体直接接触 C 依靠分子、原子及自由电子等微观粒子热运动 而传递热量 D 不发生宏观的相对位移
一、传热基本方式
②导热机理 气体： 气体：导热是气体分子不规则热运动时相 互碰撞的结果，温度升高，动能增大， 互碰撞的结果，温度升高，动能增大，不 分子相互碰撞， 同能量水平的 分子相互碰撞，使热能从高 温传到低温处。 温传到低温处。
一、传热基本方式
对流换热特点 对流换热与热对流不同，既有热对流，也 有导热； 导热与热对流同时存在的复杂热传递过程 必须有直接接触（流体与壁面）和宏观运 动；也必须有温差
一、传热基本方式
4） 对流换热的基本规律 < 牛顿冷却公式 > ） 流体被加热时： 流体被加热时： 流体被冷却时： 流体被冷却时
Φ = t
1
δ
A
−
t
2
=
λ
∆ R
t
λ
一、传热基本方式
单位热流密度
q =
t1 − t 2
δ λ
∆ t = rλ
δ Rλ = Aλ
导热热阻
δ rλ = λ
单位导热热阻
Φ=
λ ∆tA δ
一、传热基本方式
λ— 比例系数，称为导热系数或热导率，其 意义是指单位厚度的物体具有单位温度差 时，在它的单位面积上每单位时间的导热 量，它的国际单位是 W／( m·K)。它表示材 料导热能力的大小。导热系数一般由实验 测定，例如，普通混凝土 W／(m·K), 纯铜 的将近400 W／(m·K) 。
作业题
2、一大平板，高3m，宽2m，厚0.2m, 导 热系数为45 W/(m·K), 两侧表面温度分别为 =150 ℃ 及=285 ℃, 试求该板的热阻、单位 面积热阻、热流密度及热流量
《热工基础》第八章
（1）热传导、热对流、热辐射三种热量传 递基本方式的机理及特点；
（2）热流量、热流密度、导热系数、对流 换热、表面传热系数、传热系数、热阻等基本 概念；
（3）灵活运用平壁的一维稳态导热公式、 对流换热的牛顿冷却公式、通过平壁的一维传 热过程计算公式进行相关物理量的计算。
20
作业 思考题8-9 习题8-3、8-6
对流换热:
流体与相互接触的固体表面之间的热量传递现象， 是导热和热对流两种基本传热方式共同作用的结果。
牛顿冷却公式:
= Ah(tw – tf)
q = h(tw – tf) 5
= Ah(tw – tf)
h 称为对流换热的表面传热系数（习惯称为 对流换热系数），单位为W/(m2K)。
对流换热热阻：
11
热辐射的主要特点：
（1）所有温度大于0 K的物体都具有发射热辐 射的能力，温度愈高，发射热辐射的能力愈强。
发射热辐射时：内热能 辐射能 ；
（2）所有实际物体都具有吸收热辐射的能力， 物体吸收热辐射时：辐射能 内热能 ；
（3）热辐射不依靠中间媒介，可以在真空中传
播；
（4）物体间以热辐射的方式进行的热量传递是
A
h2 tw2
tf2
x
16
（3）右侧的对流换热
Ah2
tw2 tf 2
tw2 tf 2 1
tw2 tf 2 Rh 2
Ah2
在稳态情况下，以上三式的热流量相同，可得
1
tf1 tf 2
1
tf1 tf 2
Rh1 R Rh2
Ah1 A Ah2
tf1 tf 2 Rk
式中 Rk Rh1 R Rh2 ，Rk称为传热热阻。
热工基础课件课件-热量传递的基本方式
tw1
R
tw2
熱阻網路
4
8－2 熱 對流
熱對流 :由於流體的宏觀運動使不同溫度的流體
相對位移而產生的熱量傳遞現象。 熱對流只發生在流體之中，並伴隨有微觀粒子熱運 動而產生的導熱。
對流換熱:
流體與相互接觸的固體表面之間的熱量傳遞現象， 是導熱和熱對流兩種基本傳熱方式共同作用的結果。
牛頓冷卻公式:
= Ah(tw – tf)
第八章小結
重點掌握以下內容：
（1）熱傳導、熱對流、熱輻射三種熱量傳 遞基本方式的機理及特點；
（2）熱流量、熱流密度、導熱係數、對流 換熱、表面傳熱係數、傳熱係數、熱阻等基本 概念；
（3）靈活運用平壁的一維穩態導熱公式、 對流換熱的牛頓冷卻公式、通過平壁的一維傳 熱過程計算公式進行相關物理量的計算。
雙向的。
高溫
低溫 熱 輻 射 是 熱 量 傳 遞
物體
物體 的基本方式之一 。
12
輻射換熱：以熱輻射的方式進行的熱量交換。 輻射換熱的主要影響因素： （1）物體本身的溫度、表面輻射特性；
（2）物體的大小、幾何形狀及相對位置。
注意：
（1）熱傳導、熱對流和熱輻射三種熱量傳遞 基本方式往往不是單獨出現的；
將傳熱熱流量的計算公式寫成
Ak tf1 tf 2 Akt
式中 k
1
1
1
h1 h2
k 稱為傳熱係數，單位為 W/(m2·K)，t為傳熱溫差。
通過單位面積平壁的熱流密度為
q k tf1 tf 2
tf1 tf 2
1 1
h1 h2
利用上述公式, 可以很容易求得通過平壁
的熱流量、熱流密度q及壁面溫度tw1、tw2。 17
能源第七章 热量传递的三种基本方式
Φ 1A1 (T14 -T24 ) W
A1 A2
T1 , A1,ε1 T2
热工基础与应用
4. 例题 已知：A=1.42m2(H=1.75m,d=0.25m),t1=30℃,t2=10 ℃(冬),t2=25℃(夏),ε1=0.95 求：冬天与夏天人体与内墙的辐射传热量
③h：表面传热系数，是表征对流传热过程强弱的 物理量。过程量，与很多因素有关(流体种类、表 面形状、流体速度大小等)
④记住 h 的量级，“个” “十” “百” “千” “成千上万”。(表4-1)
流动方式：强制>自然对流
介质：水>空气 相变：有相变>无相变
水蒸气凝结>有机蒸汽凝结
热工基础与应用
三、辐射(radiation, thermal radiation) 1. 定义 辐射：物体通过电磁波来传递能量的方式
q Φ A h(tw t f ) W m2 q Φ A h(t f tw) W m2
tw t f t f tw
流体力学研究：tw=tf , isothermal flow
①A:与流体接触的壁面面积
②约定对流传热量永远取正值(失去/得到)
热工基础与应用
③对流传热(convective heat transfer)：流体流 过温度不同的固体壁面时的热量传递过程（工程 上感兴趣）
热工基础与应用
3. 分类 对流传热按照不同的原因可分为多种类型 流动起因，分为：强制对流和自然对流。 是否相变，分为：相变对流传热和无相变对流传热。
热工基础与应用
4. 基本计算式—(Newton’s Law of Cooling)
热工基础(4.3.1)--热传导
导热
3％
31/164
热工基础
② 所有生物都运用传热学原理来调节体内的温度
翅片并非人类的发明：古代动物身 上早就用上了
夏天犬类都伸出舌头 散热
32/164
热工基础
③ 人的肺是一个高度紧凑的热、质交换设备
33/164
热工基础
9. 总结 ① 传热学应用领域之广（军用，民用，人用）
34/164
热工基础
4. 航空航天 ① 航空发动机
热工基础
20/164
② 航天飞机
热工基础
2003.2.1: Space Shuttle Columbia disaster
隔热瓦
21/164
③ 宇宙飞船
热工基础
22/164
热工基础
5. 电子器件冷却
① 芯片上晶体管数量增长
② 主频随时间增长
③ 功率随时间增长
23/164
热： 58W/m2 舒服： 232W/m2 凉快： 696W/m2
冷： 928W/m2
5/164
热工基础
② 自然界的伯格曼法则 对于同一种温血动物，越冷的地方其个体越大， 而且越接近于圆形（球形）。
6/164
热工基础
• 西伯利亚北极旅鼠的平均长度为 10 ～ 11 厘米，往南一点，分散在北极边缘地区的 旅鼠身长只有 8 厘米。
热工基础
④ 过热成了当前电子产品故障的主要原因， 已经被确认为影响电子工业发展的三大问题之一
24/164
热工基础
点燃火柴？
烤红薯？
煎鸡蛋？
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热工基础
⑤ PC 机芯片的冷却方法 : 散热器 + 风扇—空气强 制对流换热
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热工基础(张学学 第三版)复习知识点
式
数间的关系
交换的功量
w /( J / kg) wt /( J / kg)
交换的热 量
q /(J / kg)
定容 v 定数 定压 p 定数 定温 pv 定数
定熵 pvk 定数
v2
v1;
T2 T1
p2 p1
p2
p1
;
T2 T1
v2 v1
T2
T1;
p2 p1
v1 v2
p2 p1
1.理想气体：理想气体分子的体积忽略不计；理想气体分子之间
无作用力；理想气体分子之间以及分子与容器壁的碰撞都是弹性
碰撞。
2.理想气体状态方程式（克拉贝龙方程式）
PV mRgT
其中 R 8.314J /(mol K )，
或 PV nRT
RgΒιβλιοθήκη R M3.定容比热与定压比热。
定容比热 cV
wt
1 2
c f
2
gz
ws
当 p2v2 p1v1 时，技术功等于膨胀功。
当忽略工质进出口处宏观动能和宏观位能的变化，技术功就
是轴功；且技术功等于膨胀功与流动功之差。
在工质流动过程中，工质作出的膨胀功除去补偿流动功及宏
观动能和宏观位能的差额即为轴功。
7.可逆过程的技术功：
wt
2
vdp
6.边界：系统与外界的分界面。
7.系统的分类：
（1）闭口系统：与外界无物质交换的系统。
（2）开口系统：与外界有物质交换的系统。
（3）绝热系统：与外界之间没有热量交换的系统。
（4）孤立系统：与外界没有任何的物质交换和能量（功、热量）
热工基础 8 第八章 热量传递的基本方式
W
Fundamentals of thermal engineering
热
工
基
础
1858年在维也纳大学获得哲学博士学位，
斯忒藩 （Stefan ∙ Josef） （1835－1893） 奥地利物理学家
1863年，评为物理学教授，1866年成为物理 学研究所的所长。 他的研究涉猎了空气动力 学，流体力学，热辐射等等七个科学领域。 1879年，斯忒藩通过实验断定：黑体的辐射 能力正比于它的绝对温度的四次方，1884年， 这个结论在理论上经波尔茨曼验证，从而形 成了“斯忒藩-波尔兹曼定律”。
Fundamentals of thermal engineering
热
工
基
础
热量传递的三种基本方式 热量传递基本方式：热传导、热对流、热辐射
Fundamentals of thermal engineering
热
工
基
础
8-1 热传导 1 热传导（导热） 定义：温度不同的物体直接接触或同一物体内不同 温度的各部分之间，依靠物质分子、原子、自由电 子等微观粒子的热运动引起的能量传递。 热传导可以在固体、液体、气体中发生。
Φ Φ
A
tf2
3 Ah2 (tw2 t f 2 )
tw1
tw2
1 Ah2
tf2
Fundamentals of thermal engineering
热
工
基
础
8-4 传热过程 稳态传热，有 1 2 3
A(t f 1 t f 2 ) kA(t f 1 t f 2 ) kAt 1 1 h1 h2 W
热工基础各章总结
第一章1、平衡状态定义：在不受外界影响的条件下，工质（或系统）的状态参数不随时间变化而变化的状态。
平衡与均匀：均匀一定平衡、平衡不一定均匀平衡与稳定：稳定不一定平衡，平衡一定稳定特点：平衡状态具有确定的状态参数。
工程热力学只研究系统平衡状态的原因：平衡状态概念的提出，使整个系统可用一组统一的、并具有确定数值的状态参数来描述其状态，使热力分析大为简化。
2、状态参数状态参数是定量描述工质状态的状态量。
其性质是状态参数的变化量只取决于给定的初、终状态，与变化过程的路径无关。
如果系统经历一系列状态变化又返回初态，其所有状态参数的变化量为零。
六个基本状态参数：P V T内能焓熵3、准平衡过程定义：由一系列连续的准平衡态组成的过程称为准平衡过程，又称准静态过程。
实现条件：（1）推动过程进行的势差（压差、温差）无限小；（2）驰豫时间短，即系统从不平衡到平衡的驰豫时间远小于过程进行所用的时间。
特点：系统内外势差足够小，过程进行得足够慢，而热力系恢复平衡的速度很快，所以工程上的大多数过程都可以作为准平衡过程进行分析。
建立准平衡过程概念的好处：（1）可以用确定的状态参数描述过程；（2）可以在参数坐标图上用一条连续曲线表示过程。
4、可逆过程准平衡过程概念的提出只是为了描述系统的热力过程，但为了计算系统与外界交换的功量和热量，就必须引出可逆过程的概念。
定义：过程能沿原路径逆向进行，并且系统与外界同时返回原态而不留下任何变化。
实现条件：在满足准平衡过程条件下，还要求过程中无任何耗散效应（通过摩擦、电阻、磁阻等使功变为热的效应）建立可逆过程概念的好处：（1）由于可逆过程系统内外的势差无限小，可以认为系统内部的压力、温度与外界近似相等，因此可以用系统内的参数代替复杂、未知的外界参数，从而简化问题，使实际过程的计算成为可能，即先把实际过程当作可逆过程进行分析计算，然后再用由实验得出的经验系数加以修正；（2）由于可逆过程是没有任何能量损失的理想过程，因此，它给出了热力设备和装置能量转换的理想极限，为实际过程的改善指明了方向。
热工基础-04第四章_热量传递的基本理论
定解条件 r r1 , t tw1; r r2 , t tw2
通解 t c1 ln r + c2
dt 1 tw2 tw1 dr r ln(r2 / r1 )
tw2 tw1 t t1 + ln(r / r1 ) ln(r2 / r1 )
q dt tw1 tw2 dr r ln(r2 / r1 )
山东大学（威海）机械系
例4-6用图4一15所示的带套管的温 度计测定管道内的水蒸气温度。测温套 管是一头封闭的细长金属管，用焊接或 其他办法固定在管道壁上。温度计位于 测温套管内，管底有不易挥发的油或金 属屑，并浸没温度计泡，温度计指示温 度接近于测温套管的端部温度。如温度 计的指示温度为250 ℃，水蒸气管道的 壁温为140℃，套管壁厚δ= 2. 5 mm，外 径d0=5mm, 高H = 80mm，套管壁的热导 率为40W/（m· K），水蒸气侧的表面传 热系数h＝100 W/（m2· K），求水蒸气 的实际温度和测温误差。
tw2 tw1
tw1
q
/
t w2
热阻网络图
tw1 tw2 dt t q dx
山东大学（威海）机械系
（b）、多层平壁导热
t
t w1
t w2
t w3
q
1
t w,n+1
q
t w1 t w,n+1
2
n
i i 1 i
n
t w1 t w,n+1
通解
h
(x, ) x f1 ( Fo, Bi, ) 0
当 x 0 时,
m(0, ) f1 ( Fo, Bi) 0
热工基础-题库
1—1热量传递有三种基本方式，它们是( )。
A.吸热、防热、蓄热B。
导热、吸热、放热C.导热、对流、辐射D。
吸热、蓄热、导热提示:热量传递的三种基本方式是导热、对流、辐射。
答案:C1-2热量传递有三种基本方式，他们是导热、对流和辐射。
关于热量传递下面哪个说法是不正确的？( ）A。
存在着温度差的地方,就发生热量传递B。
两个相互不直接接触的物体间，不可能发生热量传递C.对流传热发生在流体之中D。
密实的固体中的热量传递只有导热一种方式提示:两个相互不直接接触的物体间，可以辐射的方式发生热量传递。
答案：B1—3关于保温材料的导热系数的叙述,下述哪一项是正确的?( )A.保温材料的导热系数随材料厚度的增大而减小B。
保温材料的导热系数不随材料使用地域的改变而改变C.保温材料的导热系数随湿度的增大而增大D。
保温材料的导热系数随干密度的减小而减小提示：保温材料的导热系数随湿度的增加而增大，随温度的升高而增大,有些保温材料的导热系数随干密度减小,导热系数先减小,然后会增大。
答案：C1-4“导热系数”是指在稳态条件下,在以下哪种情况时,通过lm2截面积在lh内由导热方式传递的热量?（)A。
材料层厚度为1m，两侧空气温度差为1℃B.围护结构内外表面温度差为1℃C.围护结构两侧空气温度差为1℃D.材料层厚度为lm,两侧表面温度差为1℃提示:“导热系数"是指在稳态条件下，材料层厚度为1m,材料层两侧表面温度差为注:“建筑物理”模拟题均为一级注册建筑师使用。
1℃时,在1h内通过lm2截面积由导热方式传递的热量.答案:D1—5下列物理量的单位，（)是错误的.A。
导热系数［W/（m·K)］ B.比热容［KJ/(Kg·K)]C.传热阻[（m·K）/W］D。
传热系数[W/(m2·K）]提示：传热阻的单位应是m2·K/W。
答案：C1—6下列材料导热系数由大到小排列正确的是(）。
热力学基础热量传递方式
热力学基础热量传递方式在我们的日常生活和各种工业生产过程中，热量传递是一个极其常见且至关重要的现象。
从我们冬天取暖时感受到的温暖，到汽车发动机的冷却，再到电子设备的散热，热量传递都在默默地发挥着作用。
那么，热量传递到底有哪些方式呢？让我们一起来深入了解一下。
热量传递主要有三种基本方式：热传导、热对流和热辐射。
首先来说说热传导。
热传导是指由于物体内部或物体之间存在温度差，使得热量从高温处向低温处传递的过程。
这就好比是一群人排队传递物品，排在前面的人把物品递给后面的人，依次传递下去。
在固体中，热传导主要是通过自由电子的运动和晶格的振动来实现的。
比如，我们拿着一根金属棒的一端，在另一端用火加热，很快就能感觉到这一端也变热了，这就是热传导的作用。
不同的材料热传导的性能也不一样，像金属通常是热的良导体，而木材、塑料等则是热的不良导体。
热对流则是指由于流体的宏观运动而引起的热量传递现象。
这里的流体包括气体和液体。
想象一下烧开水的场景，水在锅里受热后会产生对流，底部的热水向上流动，上部的冷水向下流动，从而形成了循环，使得整锅水逐渐升温。
热对流又可以分为自然对流和强制对流。
自然对流是由于流体内部温度不均匀而引起的密度差异，从而产生的流动。
比如，室内空气的流动就是一种自然对流，靠近暖气片的空气受热上升，冷空气则从下方补充进来。
强制对流则是通过外部力量，如风扇、水泵等，迫使流体流动来加强热量传递。
例如，汽车发动机的水冷系统就是通过水泵让冷却液强制循环来带走热量的。
接下来是热辐射。
热辐射是物体由于自身温度而向外发射电磁波来传递能量的过程。
与热传导和热对流不同，热辐射不需要任何介质，可以在真空中进行。
太阳的能量就是通过热辐射传递到地球上的。
任何物体，只要其温度高于绝对零度，就会不停地向外辐射热量。
而且，物体的温度越高，辐射的能量就越大，波长就越短。
比如，烧红的铁块会发出明亮的光，就是因为它的温度高，辐射出了大量的可见光。
热工基础热工基础 (83)
《热工基础》----传热学篇（Heat Transfer）§7-2传热过程7.2传热过程7.2.1 传热过程和传热方程传热过程：指热量从固体壁面一侧的流体通过固体壁面传递到另一侧流体的过程。
传热过程由三个相互串联的热量传递环节组成:高温流体低温流体固体壁(1)热量从高温流体以对流换热的方式传给壁面；(2)热量从一侧壁面以导热的方式传递到另一侧壁面；(3)热量从低温流体侧壁面以对流换热的方式传给低温流体。
通过平壁的稳态传热过程假设：t f1、t f2、h 1、h 2不随时间变化；λ为常数。
（1）左侧的对流换热（2）平壁的导热Φt w2t w1δxt Φh 1t f1h 2t f2Φ=-=-=-ΦAh t t t t Ah t t R h ()11f1w1f1w11f1w11=-=-=-()w1w 2w1w2w1w 2ΦA t t t t A t t R λδδλλΦt w2t w1δxt Φh 1t f1h 2t f2Φ（3）右侧的对流换热在稳态情况下，以上三式的热流量相同，可得式中，R k 称为传热热阻。
传热热阻网络：t w1t w2t f1t f2R h 1R h 2R λ=-=-=-ΦAh t t t t Ah t t R h ()12w 2f 2w 2f 22w2f 22δλλ=-++=-++=-11f1f 212f1f 212f1f 2Φt t Ah A Ah t t R R R t t R h h kΦt w2t w1δxtΦh 1t f1h 2t f2Φ传热系数将传热热流量的计算公式写成k 称为传热系数，单位为W/(m 2·K)，∆t 为传热温差。
通过单位面积平壁的热流密度为可以很容易求得通过平壁的热流量Φ、热流密度q 及壁面温度t w1、t w2。
δλ=-=-++q k t t t t h h ()11f1f 2f1f 212δλf1f 212f1f 2()11()=-++=-=∆ΦA t t h h Ak t t Ak t例题1：已知墙厚200mm ，室内空气温度为20℃，室外空气温度为-10℃；砖墙导热系数λ=0.95W/(m.K)，室内空气对墙面的对流传热系数h 1=8W/(m 2.K),室外空气对墙面的对流传热系数h 2=22W/(m 2.K),试求：(1)室内外空气通过单位砖墙传递的热量和砖墙内表面的温度；(2)若室内空气的相对湿度为60%，问内墙上是否会结露？解：(1)通过单位面积砖墙传递的热量为δλq t t h h =-++=︒--︒++=1120C (10)C 18W/(m .K)0.2m 0.95W/(m.K)122W/(m .K)78.74W/mf1f 212222砖墙内表面的温度(2)查水蒸气附表，温度为20℃时，p s =2.339kPat t q h =-=︒︒=︒w1f112220C -78.74W/m8W/(m .C)10.01C ϕp p ==⨯=v s 0.6 2.339kPa 1.403kPa与此对应饱和温度，即露点为12℃>10.01℃，所以墙面发生结露复合换热的定义：两种或三种热量传递方式同时起作用的换热现象。
热工基础传热学
w/(m·k)，与物体性质、 温度有关，各向同性与各向异 性之别。 热流密度：
q=Φ/A= λΔt /δ
二、热对流
1、特征：（1）物体相互接触； （2）各部分之间发生相对位移；
（3）依靠微观离子热运动。 （4）固体—流体、 流体—流体 2、热流量与热流密度 热流量：牛顿冷却公式
第四章 热量传递的基本原理
第一节 热量传递的三种基本方式
传热的三种不同形式:热传导、热对流、 热辐射。 一、热传导
1、特征：（1）物体相互接触； （2）各部分之间不发生相对位移； （3）依靠微观离子热运动。
（4）固体—固体、固体—流体、 流 体—流体
2、热流量与热流密度 热流量： Φ= λ AΔt /δ
φ
y
x
c t
1 r t
r r r
1 r2
t
t
.
z z
球坐标系里导热微分方程：
z
t(r,φ,θ) θ
φ
y
x
c t
1 r2
r 2
r
t r
1
r 2 sin 2
t
r
2
1
sin
sin
t
.
2、求解导热微分方程的定解条件
（1）第一类边界条件：已知边界上的温度
例如：tw=const tw=f1(τ)
一维稳态温度场
τ≠const t=f (x,y,z,τ) 非稳态温度场
等温线和等温面
2、温度梯度
t-Δt t t+Δt
lim t t
gradt n
n
n0 n n
q
n
3、傅立叶定律——导热基本定律
热力学基础热量传递方式
热力学基础热量传递方式在我们的日常生活和众多的工业应用中，热量传递是一个极为常见但又至关重要的现象。
无论是冬天里我们依靠暖气取暖，还是汽车发动机的散热，又或者是电子设备运行时的发热与冷却，都涉及到热量的传递。
那么，热量究竟是如何传递的呢？这就要说到热力学基础中的热量传递方式，主要有热传导、热对流和热辐射三种。
首先，我们来了解一下热传导。
热传导是指由于物体内部或者两个直接接触的物体之间存在温度差，从而导致热量从高温处向低温处传递的过程。
这就好比是一排排列整齐的多米诺骨牌，当我们推倒一端的骨牌时，力量会依次传递到后面的骨牌，使其依次倒下。
在热传导中，热量就像这个力量，从温度高的区域逐渐向温度低的区域传递。
热传导的发生需要有介质，而且这个介质的热导率会直接影响热传导的效率。
不同的材料具有不同的热导率，比如金属通常是良好的热导体，而空气、塑料等则是热的不良导体。
这也是为什么我们用金属锅来做饭，因为金属能够快速地将炉火的热量传导给食物；而在保温杯的设计中，会采用多层真空结构来减少热传导，从而保持饮品的温度。
接下来，是热对流。
热对流是指由于流体（液体或气体）的宏观运动而引起的热量传递过程。
想象一下，当我们烧开一锅水时，锅底的水受热后密度变小而上升，周围较冷的水则下沉补充，形成一个循环流动，热量就在这个流动过程中被传递。
热对流分为自然对流和强制对流。
自然对流是由于流体内部温度不均匀而自然产生的流动，比如上述烧开水的例子。
而强制对流则是通过外部力量，如风扇、水泵等，迫使流体流动来加强热量传递。
在汽车的冷却系统中，水泵驱动冷却液在发动机和散热器之间循环流动，就是典型的强制对流。
在空调系统中，风扇促使空气流动，实现室内的热量交换，也是利用了热对流的原理。
最后，我们要说的是热辐射。
热辐射是一种不需要介质、通过电磁波传递能量的方式。
与热传导和热对流不同，热辐射可以在真空中进行。
太阳向地球传递热量就是通过热辐射实现的，因为太空中几乎是真空的，没有介质可以进行热传导和热对流。
热量传递的基本方式和公式
热量传递的基本方式和公式热量传递是热力学中非常重要的一个概念，它是指热量从高温区域到低温区域的传输过程。
具体而言，热量传递是通过能量传递的方式，将高温物质的热量转移到低温物质中的过程。
在这个过程中，温度差是推动热量传递的主要因素。
在本文中，我们将探讨热量传递的基本方式和公式。
1. 热传导热传导是指热量通过物体内部分子的碰撞传输的过程。
物体内部分子的平均动能（温度）差异导致热量传递的不均匀分布。
热传导有三个主要因素：物质的热导率、物体的厚度和温度差。
热传导的基本方程式可以用傅氏定律表示为：q = -kA(dT/dx)其中q代表单位时间内的热量传导量，k代表热导率，A代表传热面积，dT/dx是温度梯度。
根据热传导方程，可以得出热量传递的速率与温度梯度成正比，与热导率和传热表面积成反比。
因此，在实际应用中，可以通过改变材料或者调整温度差来控制热传导的速率。
2. 热对流热对流是指热量通过流体介质的对流传输的过程。
在热对流过程中，物体表面所处的流体介质被加热后产生的热胀冷缩现象导致流体产生对流运动。
热传导方程中的温度梯度被温度差和流体的热扩散率代替，由于在对流过程中，传热面积难以精确测量，因此，热对流的传热速率通常根据下列的涡度传热公式进行计算：q = hA(Ts - T∞)其中q代表单位时间内的热量传递量，h代表表面传热系数，A 代表传热面积，Ts代表表面温度，T∞代表流体的自由温度。
涡度传热公式适用于低速流体和对流区域不是很大的情况。
3. 热辐射热辐射是指热量通过电磁波的传输机制传输的过程。
热辐射是一种没有传质物质的热量传递方式，在宇宙中的传热过程中非常重要。
热辐射传热速率取决于热辐射强度和传热面积。
通常来说，热辐射强度和温度的4次方成正比，表面之间的热辐射率和表面温度差的第4次方成正比。
总之，热量传递是自然界中一种常见的现象，在许多工业和科学领域中都有广泛的应用。
热传导、热对流和热辐射是三种基本的热量传递机制，在不同的情况下都有各自特点和适用范围，正确选择适当的传热机制对于提高传热效率至关重要。
中国石油大学热工基础典型问题第八章 热量传递的基本方式
工程热力学与传热学第八章热量传递的基本方式典型问题分析典型问题一.基本概念分析1冬天，在相同的室外温度条件下，为什么有风比无风时感到更冷些？2在有空调的房间内，夏天和冬天的室温均控制在20℃，夏天只需穿衬衫，但冬天穿衬衫会感到冷，这是为什么？3利用同一冰箱储存相同的物质时，试问结霜的冰箱耗电量大还是未结霜的冰箱耗电量大？4试分析室内暖气片的散热过程，各环节有哪些热量传递方式？以暖气片管内流体为热水为例。
二.计算题分析1.一双层玻璃窗，宽1.1m，高1.2m，厚3mm，导热系数为1.05W/(m.K)，中间空气层厚5mm，设空气隙仅起导热作用，导热系数为2.60x10-2W/(m.K)。
室内空气温度为25℃。
表面传热系数为20W/(m2.K)，室外空气温度为-10℃，表面传热系数为15W/(m2.K)，试计算通过双层玻璃窗的散热量，并与单层玻璃窗相比较。
假定在两种情况下，室内，外温度及表面传热系数相同。
2.一外径为0.3m，壁厚为5mm的圆管，长为5m，外表面平均温度为80℃，200℃的空气在管外横向掠过，表面传热系数为80W/（m2.K），入口温度为20℃的水以0.1m/s的平均速度在管内流动。
如果过程处于稳态，试确定水的出口温度。
水的比定压热容为4181J/（kg.K），密度为980kg/m3。
分析解答一.基本概念分析解答1.答：假定人体表面温度相同时，人体的散热在有风时相当于强制对流换热，而在无风时属自然对流换热（不考虑热辐射或假定热辐射相同时）。
而空气的强制对流换热强度要比自然对流强烈。
因此在有风时从人体带走的热量更多，所以感到更冷一些。
2.答：首先，冬天和夏天的最大区别是室外温度的不同。
夏季室外温度比室内气温高，因此通过墙壁的热量传递方向是由室外传向室内。
而冬季室外气温比室内低，通过墙壁的热量传递方向是由室内传向室外。
因此冬季和夏季墙壁内表面温度不同，夏季高而冬季低。
因此尽管冬季室内温度比夏季略高，但人体在冬季通过辐射与墙壁的散热要比夏季高很多，根据人体对冷的感受主要是散热量的原理，在冬季散热量大，因此要穿厚一些。
热量传递与热力学第一定律
热量传递与热力学第一定律热量（heat）是能量的一种传递形式，可以通过热传导、热对流和热辐射等方式传递。
热力学第一定律则是描述了能量守恒的基本原理。
本文将介绍热量的传递方式以及热力学第一定律的基本概念和应用。
I. 热量的传递方式热量可以通过三种主要的传递方式进行。
1. 热传导（Conduction）热传导是指热量通过固体或均匀的物质传递的过程。
在固体中，热量通过原子或分子之间的碰撞传递，导热性能高的物质能够更快地传导热量。
2. 热对流（Convection）热对流是指热量通过流体（气体或液体）的移动而传递的过程。
当流体受热后，其密度会减小，从而形成密度梯度并引起流动。
这种流动会带走热量，使流体中的热能均匀分布。
3. 热辐射（Radiation）热辐射是指热量通过电磁波的传播而传递的过程。
所有物体在温度高于绝对零度时都会发射热辐射，该辐射能够在真空中传播。
热辐射不需要介质，因此，它可以在没有空气的情况下传递热量。
II. 热力学第一定律的基本概念热力学第一定律（也称能量守恒定律）是热力学的基本原理之一。
它可以用来描述系统中能量的转化和守恒关系。
热力学第一定律的表达式为：△U = Q - W其中，△U表示系统的内能变化，Q表示系统吸收的热量，W表示系统对外界做的功。
根据热力学第一定律，当一个系统吸收热量时，系统的内能会增加；当一个系统做功时，系统的内能会减少；当一个系统既吸收热量又做功时，内能的变化取决于两者之间的相对大小。
III. 热力学第一定律的应用热力学第一定律在实际应用中有着广泛的应用。
1. 热机效率的计算根据热力学第一定律，热机效率可以通过以下公式计算：η = 1 - Qc/Qh其中，η表示热机的效率，Qc表示热机释放的热量，Qh表示热机吸收的热量。
这个公式显示了热机从热源吸热，然后将一部分热量转化为机械功，最后释放剩余的热量到冷源的过程。
2. 热传导率的计算热传导率描述了物质传导热量的能力。
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tw1 ? tw 2 R?
R?
?
? A?
A?
称为平壁的导热热阻，表示物体对 导热的阻力，单位为K/W 。
?
tw1
R?
tw2
热阻网络
4
8－2 热 对流
热对流 :由于流体的宏观运动使不同温度的流体
相对位移而产生的热量传递现象。 热对流只发生在流体之中，并伴随有微观粒子热运 动而产生的导热。
对流换热:
第二篇 传热学
第八章 热量传递的基本方式
热量传递有三种基本方式 ?热传导 (thermal conduction) ?热对流 (thermal convection) ?热辐射 (thermal radiation)
1
8－1 热传导
热传导（简称导热）
在物体内部或相互接触的物体表面之 间，由于分子、原子及自由电子等微观粒子 的热运动而产生的热量传递现象。
tw1
热流量：单位时间传导的热量,W
? ? A? tw1 ? tw 2
?
?
?: 材料的 热导率 （导热系数 ）： 0
表明材料的导热能力，W/(m·K)。
tw2
?x
3
热流密度 q :单位时间通过单位面积的热流量
q ? ? ? ? tw1 ? tw 2
A
?
?
?
A?
tw1 ? tw 2
?
?
tw1 ? t w 2
8ห้องสมุดไป่ตู้
8－3 热辐射
辐射： 指物体受某种因素的激发而向外发射辐射能
的现象
解释辐射现象的两种理论 ： 电磁理论与量子理论
电磁波的数学描述： c ? ??
c — 某介质中的光速, c ? c0 n
c0 ? 3.0 ? 108 m/s 为真空中的光速; n 为介质的折射率。
? — 波长, 常用? m为单位, 1? m = 10-6 m。
?
?
0
?
? A? tw1 ? tw2 ?
?
tw1 ? tw2
?
? tw1 ? tw2 R?
A?
h2 tw2
tf2
?
?x
15
（3）右侧的对流换热
? ? ?
? Ah2 tw2 ? tf 2
? tw2 ? tf 2 ? tw2 ? tf 2
?
= Ah(tw – tf)
? tw ? tf 1
? tw ? tf Rh
Ah
Rh
?
1 Ah
称为对流换热热阻，单位为 W/K。
?
对流换热热阻网络：
tw
Rh
tf
6
表面传热系数的影响因素： h 的大小反映对流换热的强弱，与以下 因素有关： （1）流体的物性（热导率、粘度、密度、 比热容等）； （2）流体流动的形态（层流、湍流）； （3）流动的成因（自然对流或受迫对流）；
11
热辐射的主要特点：
（1）所有温度大于0 K的物体都具有发射热辐 射的能力，温度愈高，发射热辐射的能力愈强。
发射热辐射时：内热能 辐射能 ；
（2）所有实际物体都具有吸收热辐射的能力， 物体吸收热辐射时：辐射能 内热能 ；
（3）热辐射不依靠中间媒介，可以在真空中传
播；
（4）物体间以热辐射的方式进行的热量传递是
? — 频率, 单位 s－1。
9
电磁波的波谱：
? 射线：? < 5×10-5 ? m X射线： 5×10-7 ? m < ? < 5×10-2 ? m 紫外线： 4×10-3 ?m < ? < 0.38 ? m 可见光： 0.38 ? m < ? < 0.76 ? m 红外线： 0.76 ? m < ? < 103 ? m 无线电波： ? > 103 ? m
10
微波： 103 ? m <? < 106 ? m
微波炉就是利用微波加热食物，因微波可 穿透塑料、玻璃和陶瓷制品，但会被食物中水 分子吸收，产生内热源，使食品均匀加热。
热辐射: 由于物体内部微观粒子的热运动而使物体 向外发射辐射能的现象。 理论上热辐射的波长范围从零到无穷大，但 在日常生活和工业上常见的温度范围内，热辐射 的波长主要在0.1? m至100?m之间,包括部分紫外 线、可见光和部分红外线三个波段 。
13
8－4 传热过程
传热过程：
指热量从固体壁面一侧的流体通过固体壁 面传递到另一侧流体的过程。
传热过程由三个相互串联的热量传递环节组成:
（1）热量从高温流体以对流换热（或对流换热
＋辐射换热）的方式传给壁面；
（2）热量从一侧壁面以导热的 高
方式传递到另一侧壁面；
温
固 体
低 温
（3）热量从低温流体侧壁面以 流
（4）物体表面的形状、尺寸 ；
（5）换热时流体有无相变（沸腾或凝结）。
7
表1-1 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/( m2?K])
1～10 100～1 000
10～100 100～15 000 2500～35 000 5000～25 000
流体与相互接触的固体表面之间的热量传递现象， 是导热和热对流两种基本传热方式共同作用的结果。
牛顿冷却公式:
? = Ah(tw – tf)
q = h (tw – tf) 5
? = Ah(tw – tf)
h 称为对流换热的 表面传热系数 （习惯称为 对流换热系数），单位为W/(m2?K)。
对流换热热阻：
流
对流换热（或对流换热＋辐射 体 壁 体
换热）的方式传给低温流体。
14
通过平壁的稳态传热过程
假设：tf1、tf2、h1、h2不随时间变化；? 为常数。
（1）左侧的对流换热
tf1 t
? ? ?
? Ah1
tf1 ? tw1
? tf1 ? tw1 1
? tf1 ? tw1
Ah1
Rh1
（2）平壁的导热
tw1 h1
双向的。
高温
低温 热辐射是热量传递
物体
物体 的基本方式之一 。
12
辐射换热：以热辐射的方式进行的热量交换。 辐射换热的主要影响因素： （1）物体本身的温度、表面辐射特性； （2）物体的大小、几何形状及相对位置。 注意：
（1）热传导、热对流和热辐射三种热量传递 基本方式往往不是单独出现的；
（2）分析传热问题时首先应该弄清楚有哪些 传热方式在起作用，然后再按照每一种传热 方式的规律进行计算。 （3）如果某一种传热方式与其他传热方式相 比作用非常小，往往可以忽略。
导热现象发生在固体内部，也可发生在静 止的液体和气体之中。
本书不讨论导热的微观机理，只讨论热 量传递的宏观规律。
2
最简单的导热现象：大平壁的一维稳态导热 特点：1.平壁两表面维持均匀恒定不变温度；
2.平壁温度只沿垂直于壁面的方向发生变化；
3.平壁温度不随时间改变；
t
4.热量只沿着垂直于壁面的
方向传递。