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,)
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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
传热学课件第 二 章 稳 态 热传导
d2t d x2
m 2 t t f
1
通过肋壁的导热
一、等截面直肋的导热
4.求解：
4>.引入过余温度：<1>式变为 <4> 5>.解微分方程得温度场 <4>式为一个二阶线性齐次常微分方程，它的通解为： =C1emx+C2e-mx <5> 将边界条件<2>、<3>代入<5>即得肋片沿H方向的温度分布：
通过圆筒壁的导热
一、已知第一类边界条件
据傳里叶定律并整理后可得热流量的表达式： 1 ln d2 2l d1 式中的分母即为长度为l的圆筒壁的导热热阻。 单位为：℃/W 实际工程多采用单位管长的热流量ql来计算热流量：
t w1 t w 2
ql
Q l
t w1 t w 2
d ln d2 2 1 1
通过平壁的导热
二、已知第三类边界条件：
q
q
t f 1 t f 2
1 1 h1 h2
也可写作：q=k（tf1-tf2） （请牢记K的物理意义！） 对于冷热流体通过多层平壁的导热，可写作：
t f 1 t f 2
1 h1
i 1
n
i 1 i h2
若已知传热面积A，则热流量为：
e m x H e m x H 0 e mH e mH
d 2 m 2 d x2
or :
0
或写作：
0
ch mx H ch mH
expmx H exp mx H expmH exp mH
1
h21d x 0
科学苏教版五年级(上册)5热传导(课件)
实验方法： ①在烧杯中到一杯热水，并且放在盛有冷水的水槽中。 ②分别用温度计测量烧杯中的热水和水槽中的冷水的温度 。 ③5分钟后，再分别用温度计测量烧杯中的热水和水槽中 的冷水的温度，并比较两测量的温度。
仔细观察 实验现象
实验现象
烧杯中的热水温度越来越低，水槽中的冷水温 度 慢 慢 升高，一直到水槽中的冷水和烧杯中的 热水温度相近或相同。
对着自己的双手哈一口热气，双手 就会暖和起来。 哈气使手暖和是气体与固体接触。
到温泉中泡一泡，身体就 会暖和起来。 泡温泉使身体暖和是液体 与固体接触。
喝一杯热茶，热茶会让 身体暖和起来。 喝热水使身体暖和也是 液体与固体接触。
探索 活动二：热是怎么传到衣物、板栗上的
用熨斗熨烫衣服，热通过熨斗传递到衣服上。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。
在中间加热的金属片上,凡士林油从 中间向四周扩散熔化。
为什么会有这样的现象呢？
无论加热金属片的中间还是边缘,金属片都会变热,说 明热是可以传递的,而且是从温度高的地方传向温度验说明热是从 温度较高的地方传递到温 度较低的地方。
实验二：探究热在水中的传递
实验材料： 铁架台、水槽、冷水、烧杯、热水、温度计等等 。
第二单元 热传递 5.热传导
导入
太阳把温暖传给了土壤， 小溪把温暖传给了鱼儿； 土壤把温暖传给了种子； 太阳把温暖传给了空气， 太阳把温暖传给了小溪， 空气把温暖传给了你我。
探索 活动一：他们是怎么让身体暖和起来的
要求：仔细观察这4幅插图，想一想这4幅图中 的 人 是怎样让身体暖和起来的？
用暖手宝焐一焐，身体就暖和起来 了。暖手宝传热让手暖和是固体与 固体接触。
热传导方程(扩散方程)ppt课件
( x ,t0) ( x )
波方程的Cauchy问题
由泛定方程和相应边界条件构成的定解问题称为 边值问题。
u0, (x,y),
u f (x, y).
Laplace方程的边值问题
由偏微分方程和相应的初始条件及边界条件构成 的定解问题称为混合问题。
uutt0a2(u(xxx,y,uzy)yuzz)0
kn|x0k(x) qnq0
u x
|xl
q0 k
u x |x0
q0 k
xl
若端点是绝热的，则
u u x|xl x x0 0
三、定解问题
定义1 在区域 G[0,) 上，由偏微分方程、初 始条件和边界条件中的其中之一组成的定解问题称为 初边值问题或混合问题。
u ut x,a 02 u xx (x 0),,
注 1、热传导方程不仅仅描述热传导现象，也可以
刻画分子、气体的扩散等，也称扩散方程；
2、上述边界条件形式上与波动方程的边界条件 一样，但表示的物理意义不一样；
3、热传导方程的初始条件只有一个，而波动方 程有两个初始条件。
4、除了三维热传导方程外，物理上，温度的分 布在同一个界面上是相同的，可得一维热传导方
gk1 k
u1.
注意第三边界条件的推导：
研究物体与周围介质在物体表面上的热交换问题
把一个温度变化规律为 u(x, y, z, t)的物体放入 空
气介质中，已知与物体表面接触处的空气介质温度
为 u1(x, y, z, t)，它与物体表面的温度u(x, y, z, t)并不
相同。这给出了第三边界条件的提法。
或
u knk1(uu1).
即得到（1.10）： ( u nu)|(x,y,z) g(x,y,z,t).
第五章传热ppt课件
第四章 传热
1
第一节 概述
一、传热在食品工程中的应用
（１）食品生产中一般必要的加热、冷却过程； （２）为延长食品贮藏时间而进行的杀菌或冷藏； （３）以除去食品中水分为目的的蒸发或结晶过程的加热或冷 却； （４）为食品完成一定生物化学变化而进行的蒸煮、焙烤等。
2
第一节 概述
二、传热的基本方式
热的传递是由于系统内或物体内温度不同而引起的，根据 传热机理不同，传热的基本方式有三种：
7
一维温度场：若温度场中温度只沿着一个坐标方向变化。
一维温度场的温度分布表达式为：
t = f (x,τ)
(4-1a)
➢不稳定温度场：温度场内如果各点温度随时间而改变。
➢稳定温度场：若温度不随时间而改变。
➢等温面：温度场中同一时刻相同温度各点组成的面。
等温面的特点： （1）等温面不能相交； （2）沿等温面无热量传递。
24
2 多层圆筒壁的稳定热传导
对稳定导热过程，单位时间内由多层壁所传导的 热量，亦即经过各单层壁所传导的热量。
如图所示：以三层圆筒壁为例。
➢假定各层壁厚分别为b1= r2-
r1，b2=r3- r2，b3=r4- r3；
➢各 层 材 料 的 导 热 系 数 λ1，
λ2，λ3皆视为常数；
➢层与层之间接触良好，相互
3、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。
➢所有物体都能将热以电磁波的形式发射出去，而不需要任何
介质。
➢任何物体只要在绝对零度以上都能发射辐射能，但是只有在
物体温度较高的时候，热辐射才能成为主要的传热形式。
实际上，上述三种传热方式很少单独出现，而往往是相互
伴随着出现的。
1
第一节 概述
一、传热在食品工程中的应用
（１）食品生产中一般必要的加热、冷却过程； （２）为延长食品贮藏时间而进行的杀菌或冷藏； （３）以除去食品中水分为目的的蒸发或结晶过程的加热或冷 却； （４）为食品完成一定生物化学变化而进行的蒸煮、焙烤等。
2
第一节 概述
二、传热的基本方式
热的传递是由于系统内或物体内温度不同而引起的，根据 传热机理不同，传热的基本方式有三种：
7
一维温度场：若温度场中温度只沿着一个坐标方向变化。
一维温度场的温度分布表达式为：
t = f (x,τ)
(4-1a)
➢不稳定温度场：温度场内如果各点温度随时间而改变。
➢稳定温度场：若温度不随时间而改变。
➢等温面：温度场中同一时刻相同温度各点组成的面。
等温面的特点： （1）等温面不能相交； （2）沿等温面无热量传递。
24
2 多层圆筒壁的稳定热传导
对稳定导热过程，单位时间内由多层壁所传导的 热量，亦即经过各单层壁所传导的热量。
如图所示：以三层圆筒壁为例。
➢假定各层壁厚分别为b1= r2-
r1，b2=r3- r2，b3=r4- r3；
➢各 层 材 料 的 导 热 系 数 λ1，
λ2，λ3皆视为常数；
➢层与层之间接触良好，相互
3、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。
➢所有物体都能将热以电磁波的形式发射出去，而不需要任何
介质。
➢任何物体只要在绝对零度以上都能发射辐射能，但是只有在
物体温度较高的时候，热辐射才能成为主要的传热形式。
实际上，上述三种传热方式很少单独出现，而往往是相互
伴随着出现的。
1.2热的传递方式(课件) (共15张PPT)大象版五年级科学上册
五年级上册 第1单元 《冰淇淋冷藏箱》
热的传递方式
大象版秋季
想一想
热是如何传递的？热的传递方式有哪些？
在太阳下的冰 淇淋为什么融化得 更快呢？
空气把热传递给冰淇 淋之后自己也会变冷，为 什么它能使冰淇淋一直融 化呢？
试一试
安全提示：
1.使用灯泡时要防止触电。
给灯泡通上电，一两分钟后，
2.手不要离灯泡太近，以免烫伤。 3.眼睛不要长时间看发光的灯泡，
酒精灯
温度计
烧杯
陶土网
红墨水
三脚架
茶叶
木屑
猜想假设
烧水的时候，加热 到一定程度，会看到水 面咕嘟咕嘟冒小气泡。 烧开时，水就来回翻滚 。热在水中会不会就像 翻跟头一样，翻上来再 翻下去……
实验验证
“热在水中的传递方式”实验计划
实验目的 研究热在水中的传递方式
实验器材
烧水壶（透明、带温度显示）、饮用Hale Waihona Puke 、若干泡好的 茶叶实验结论
热对流
实资验料验卡证
空气受热以后，体积膨胀变轻，就 会向上升，而周围的冷空气比热空气的 密度大，就会流动过来补充，然后受热 之后再向上升……这样循环往复，整个 房间的空气都会变热。水和空气一样，
都是可以流动的物体，所以热对流也是
热在水中的主要传递方式。
本课小结
热传递的方式：热传导、热对流、热辐射。
2.太阳的热是通过( A )方式传播到地面上来的。 A.热辐射 B.热对流 C.热传导
3.铜条的一端放在酒精灯上加热，酒精灯火焰的热能通过铜条传到另一端。这种传递热的方式。我们称为( A )。
A.热传导
B.热对流
C.热辐射
4. 夏天开空调出风口朝上，冬天开空调出风口朝下。这和热传递中的（ B ）有关。 A. 热传导 B.热对流 C.热辐射
热的传递方式
大象版秋季
想一想
热是如何传递的？热的传递方式有哪些？
在太阳下的冰 淇淋为什么融化得 更快呢？
空气把热传递给冰淇 淋之后自己也会变冷，为 什么它能使冰淇淋一直融 化呢？
试一试
安全提示：
1.使用灯泡时要防止触电。
给灯泡通上电，一两分钟后，
2.手不要离灯泡太近，以免烫伤。 3.眼睛不要长时间看发光的灯泡，
酒精灯
温度计
烧杯
陶土网
红墨水
三脚架
茶叶
木屑
猜想假设
烧水的时候，加热 到一定程度，会看到水 面咕嘟咕嘟冒小气泡。 烧开时，水就来回翻滚 。热在水中会不会就像 翻跟头一样，翻上来再 翻下去……
实验验证
“热在水中的传递方式”实验计划
实验目的 研究热在水中的传递方式
实验器材
烧水壶（透明、带温度显示）、饮用Hale Waihona Puke 、若干泡好的 茶叶实验结论
热对流
实资验料验卡证
空气受热以后，体积膨胀变轻，就 会向上升，而周围的冷空气比热空气的 密度大，就会流动过来补充，然后受热 之后再向上升……这样循环往复，整个 房间的空气都会变热。水和空气一样，
都是可以流动的物体，所以热对流也是
热在水中的主要传递方式。
本课小结
热传递的方式：热传导、热对流、热辐射。
2.太阳的热是通过( A )方式传播到地面上来的。 A.热辐射 B.热对流 C.热传导
3.铜条的一端放在酒精灯上加热，酒精灯火焰的热能通过铜条传到另一端。这种传递热的方式。我们称为( A )。
A.热传导
B.热对流
C.热辐射
4. 夏天开空调出风口朝上，冬天开空调出风口朝下。这和热传递中的（ B ）有关。 A. 热传导 B.热对流 C.热辐射
《传热的三种方式》课件
通过热传导，热对流和热辐射，热量在我们的日常生活和自然界中得到传递和分配。
实例
重要性
一个房间加热器是热对流的例子， 空气被加热并上升，形成对流电 流。
热对流在自然界和工程中起着重 要作用，如气候系统和散热器。
ቤተ መጻሕፍቲ ባይዱ 热辐射
定义
热辐射是指物体通过释放电磁辐射来传递热量。
实例
太阳向地球辐射出的热量就是热辐射的例子。
重要性
热辐射是宇宙中广泛存在的热传递方式，也是许多技术应用的基础。
总结
《传热的三种方式》
让我们一起探索传热的三种方式：热传导、热对流和热辐射。
热传导
1
定义
热传导是指物体内部或接触物体之间的热量传递。
2
实例
例如，当你触摸热锅时，热量会通过热传导从锅底传递到你的手。
3
重要性
了解热传导可以帮助我们设计更有效的散热系统和隔热材料。
热对流
定义
热对流是指通过流体（如空气或 液体）的运动来传递热量。
实例
重要性
一个房间加热器是热对流的例子， 空气被加热并上升，形成对流电 流。
热对流在自然界和工程中起着重 要作用，如气候系统和散热器。
ቤተ መጻሕፍቲ ባይዱ 热辐射
定义
热辐射是指物体通过释放电磁辐射来传递热量。
实例
太阳向地球辐射出的热量就是热辐射的例子。
重要性
热辐射是宇宙中广泛存在的热传递方式，也是许多技术应用的基础。
总结
《传热的三种方式》
让我们一起探索传热的三种方式：热传导、热对流和热辐射。
热传导
1
定义
热传导是指物体内部或接触物体之间的热量传递。
2
实例
例如，当你触摸热锅时，热量会通过热传导从锅底传递到你的手。
3
重要性
了解热传导可以帮助我们设计更有效的散热系统和隔热材料。
热对流
定义
热对流是指通过流体（如空气或 液体）的运动来传递热量。
热传导PPT课件
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7
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8
2、声子热导
从晶格格波的声子理论可知，热传导过程 ------声子从高浓度区域到低浓度区域的扩散过程。
热阻：声子扩散过程中的各种散射。
根据气体热传导的经典分子动力学，热传导系数 λ ：
1 c l 3
cV：单位体积气体分子的比热------单位体积中声子的比热； v ：气体分子的运动速度------声子的运动速度； l：气体分子的平均自由程------声子的平均自由程。
热占一定份量，随着温度的上升，热导率略有增大（气体导热）
.
18
2、结构的影响
• 晶体结构越复杂，晶格振动偏离非线性越大，热导率越 低。 • 晶向不同，热传导系数也不一样，如：石墨、BN为层状 结构，层内比层间的大4倍，在空间技术中用于屏蔽材料。 • 多晶体与单晶体同一种物质多晶体的热导率总比单晶小。
—— 翻转过程（声子碰撞）
.
10
• 点缺陷的散射
散射强弱与点缺陷的大小和声子的波长相对大小有关。
点缺陷的大小是原子的大小：
在低温时，为长波，波长比点缺陷
大的多，估计 ： 波长 D a/T
犹如光线照射微粒一样，从雷利公
式知: 散射的几率 1/4 T4,平
均自由程与T4成反比.
在高温时，声子的波长和点缺陷大 小相近似，点缺陷引起的热阻与温 q 度无关。平均自由程为一常数。
➢ 非稳定传热（物体内各处的温度随时间而变化 ） 一个与外界无热交换，本身存在温度梯度的物体，随着时间的 推移温度梯度趋于零的过程，即存在热端温度不断降低和冷端 温度不断升高，最终达到一致的平衡温度。该物体内单位面积 上温度随时间的变化率为：
（ρ为密度，CP为恒压热容）
.
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。
热传递ppt课件
02 热传导
热传导的定义
热传导：是指热量在物体内部通过分 子、原子等微观粒子的运动传递的过 程。
热传导主要发生在固体、液体和气体 中，因为这些物质都是由微观粒子构 成的，微观粒子之间的相互作用会导 致热能的传递。
热传导的本质是微观粒子动能的传递， 即微观粒子之间相互碰撞，将动能从 高能量的粒子传递给低能量的粒子。
建筑保温
通过使用保温材料，减少建筑物的 热量散失，提高建筑的保温性能。
电子散热器
通过导热材料将电子元件产生的热 量传递到散热器上，再通过散热器 将热量散发到空气中，保证电子元 件的正常工作温度。
03 对流换热
对流换热的定义
总结词
对流换热是指热量通过流体的流动传递过程。
详细描述
对流换热是热传递的一种形式，涉及流体的流动和温度变化。当流体与固体表 面接触时，由于温度差异，会发生热量传递，导致流体和固体之间的温度趋于 一致。
02
在火力发电站中，燃料燃烧产生的热量通过热传递传递给水，
使水变成高温高压蒸汽，推动涡轮机发电。
塑料加工
03
塑料加工过程中，高温加热使塑料软化或熔化，通过热传递实
现塑料的加工成型。
热传递的未来发展
01
高效节能技术
方向。如新型的隔热材料和高效换热器的研究和应用。
对流换热的分类
总结词
对流换热可以分为强制对流和自然对流两类。
详细描述
强制对流是指由于外部力（如泵、风扇等）驱动流体运动而产生的热量传递。自 然对流是指由于流体内部密度差异而自然产生流动，进而发生热量传递。
对流换热的应用实例
总结词
对流换热在日常生活和工业生产 中广泛应用。
2. 发动机冷却
传热的三种方式ppt课件
2024/7/14
5
物质的导热系数在数值上具有下述特点:
(1) 对于同一种物质, 固态的导热系数值最大,气态的 导热系数值最小； (2)一般金属的导热系数大于非金属的热导率 ； (3)导电性能好的金属, 其导热性能也好 ； (4)纯金属的导热系数大于它的合金 。
导热系数数值的影响因素较多, 主要取决于物质的 种类、物质结构与物理状态, 此外温度、密度、湿度 等因素对导热系数也有较大的影响。其中温度对导热 系数的影响尤为重要。
t
（1）左侧的对流换热
tf1
Ah1
tw1 tf1
tw1 tf1 1
tw1 h1
tw1 tf1 Rh1
Ah1
（2）平壁的导热
0
A tw1 tw2
tw1
tw 2
tw1 tw2 R
A
2024/7/14
h2 tw2
tf2
x
18
（3）右侧的对流换热
Ah2
tw2 tf 2
一、热量传递的基本方式
热量传递有三种基本方式: 导热 对流 辐射
2024/7/14
1
1、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。
纯导热现象可以发生在固体内部，也可以 发生在静止的液体和气体之中。
2024/7/14
2
大平壁的一维稳态导热
（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
流
对流换热（或对流换热＋辐射换 体 壁 体
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
02-热传导-PPT
⑤ 一维稳态导热问题
稳态导热过程：物体中各点温度不随时间改变。
tw1
A tw1 tw2
：热流量，单位时间传递的热量 [W]；
A：垂直于导热方向的截面积 ,即平壁表面积 [m2]； ：导热系数（热导率）[W/( m·K)]。
q Φ tw1 tw2
A
q：热流密度，单位时间通过单位面积的热流量[W/m2]
热传导
热传导
热传导，简称导热 (heat conduction)
①定义
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。
②导热：可以在固体、静止的液体和气体中发生
③导热的特点
物体直接接触 (或物体内部 )
必须有温差 不发生宏观的相对位移
温度：物体微观粒子热运动强度的 宏观标志。
依靠分子、原子及自由电子等微观粒子热运动 (位移、振动) 或碰撞而传 递热量。
2
热传导 ④导热机理
气体：气体分子不规则运动时相互碰撞的结果 导电固体：自由电子运动 非导电固体：晶格结构振动 液体：两种观点，气体或非导电固体导热的机理
3
热传导
qx、qy、qz，q在三个坐标方向的分量
dA q
d
热传导
，热导率(导热系数) (Thermal conductivity)
表征材料导热能力的大小，是一种物性参数。 与材料种类和温度有关，一般由实验测定。
A tw1 tw2
金属 非金属固体 液体 气体
q
tw1
tw2
A
tw1
I U R
tw1
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材料的热学性能
第四节 材料的热传导
一、 用 于
光子
电子 声子
晶体
产 生
Q = - λ dT/dx（能流密度）J/s.cm2
单位时间内，通过单位面积的热能.
λ ------晶体的热导系数J/s.cm oC
T大 具有: 较多的振动模式 较大的振动振幅 较多的声子被激发 较多的声子数
金属：一般都有较大的热导率。在金属中由于有大量的自由 电子，而且电子的质量很轻，所以能迅速地实现热量的传递。 虽然晶格振动对金属导热也有贡献，但是次要的
非金属晶体：一般离子晶体的晶格中，自由电子很少，因此， 晶格振动是热传导的主要机制
晶格振动热传导的简单描述
假设晶格中一质点处于较高的温度下，它的热振动较强烈，平 均振幅也较大。而其邻近质点所处的温度较低，热振动较弱。
散射与T2成正比。平均自由程与T2成反比。
SUCCESS
THANK YOU
2019/6/25
2、光子热导
固体中的分子、原子和电子 振动、转动 电磁波（光子）
电磁波覆盖了一个较宽的频谱。其中具有较强热效 应的在可见光与部分近红外光的区域，这部分辐射线称为热 射线。
热射线的传递过程——热辐射。
热辐射在固体中的传播过程和光在介质中的传播过 程类似，有光的散射、衍射、吸收、反射和折射。
q1 + q2
破坏了热流方向产生较大的热
q3
阻。
Kn
—— 翻转过程（声子碰撞）
• 点缺陷的散射
散射强弱与点缺陷的大小和声子的波长相对大小有关。
点缺陷的大小是原子的大小：
在低温时，为长波，波长比点缺陷
大的多，估计 ： 波长 D a/T
犹如光线照射微粒一样，从雷利公
式知:
散射的几率 1/4
光子在介质中的传播过程——光子的导热过程。
固体中的辐射传热过程的定性解释：
辐射源
热稳定状态
T1
T2
吸收
辐射
能量转移
辐射能的传递能力：
r
16
3
n3T
3lr
： 波尔兹曼常数（5.67×10-8W/(m2·K4)；
n ：折射率；
lr： 光子的平均自由程。
• 对于辐射线是透明的介质，热阻小， lr较大，如：单 晶、玻璃，在773---1273K辐射传热已很明显； • 对于辐射线是不透明的介质，热阻大， lr很小，大多 数陶瓷，一些耐火材料在1773K高温下辐射明显； • 对于完全不透明的介质， lr=0，辐射传热可以忽略。
影响热传导性质的声子散射主要有四种机构：
• 声子的碰撞过程
形成新声子的动量 方向和原来两个声子的方向 相一致，此时无多大的热阻。
声子碰撞的几率 exp(-D/2T—) — 正规过程
温度越高，声子间的碰撞频率越高， 则声子的平均自由程越短。
q2
q1 ，q2相当大时，
碰撞后，发生方向反转，从而
q1
声子的热传导
T小 具有: 较少的振动模式 较小的振动振幅 较少的声子被激发 较少的声子数 平衡时： 同样多的振动模式振 同样多的振动振幅 同样多的声子被激发 同样多的声子数
一、热传导的基本概念和定律
热传导：当固体材料一端的温度比另一端高时，热量会从热端 自动地传向冷端的现象。
稳定传热 假如各向同性固体材料x轴方向的截 面积为ΔS，材料沿x轴方向的温度变 化率为dT/dx，在Δt时间内沿x轴正方向传过ΔS截面上的热量 为ΔQ，则有如下的关系式：
1、电子导热 纯金属：导热主要靠自由电子 合金：既要考虑自由电子，又要考虑声子（晶格振动）导热的 贡献 金属中大量的自由电子可视为自由电子气。合理的近似：用理 想气体热导率公式来描述自由电子热导率 理想气体热导率表达式为：
把自由电子气的有关数据代入上式，则金属中自由电子的λ可 近似求得设单位体积自由电子数n，则单位体积电子热容为：
数。 非稳定传热（物体内各处的温度随时间而变化 ） 一个与外界无热交换，本身存在温度梯度的物体，随着时间的 推移温度梯度趋于零的过程，即存在热端温度不断降低和冷端 温度不断升高，最终达到一致的平衡温度。该物体内单位面积 上温度随时间的变化率为：
（ρ为密度，CP为恒压热容）
二、热传导的物理机制
气体：传热是通过分子碰撞来实现的 固体材料：不能象气体那样依靠质点间的直接碰撞来传递热能。 固体中的导热主要是由晶格振动的格波（声子-声频支或光子光频支 ）和自由电子的运动来实现的
（傅利叶导热定律）
负号表示热量向低温处传递，常数λ称为热导率（或导热系数）
热导率：材料传输热量的能力的表征参数。指单位温度梯度下，
单位时间内通过单位垂直面积的热量，所以其单位为W/(m•K) 或J/(m•s•K)
傅利叶导热定律适用条件：稳定传热的条件，即传热过程中，
材料在x方向上各处的T是恒定的，与时间无关，ΔQ/Δt是常
三、热导率的一般规律
魏得曼－弗兰兹定律
在室温下许多金属的热导率与电导率之比λ/σ几乎
相同，而不随金属不同而改变。
LT L 2 ( kB )2 2.45108W K 2 T 3 e
2、声子热导
从晶格格波的声子理论可知，热传导过程 ------声子从高浓度区域到低浓度区域的扩散
过热程阻。：声子扩散过程中的各种散射。
根据气体热传导的经典分子动力学，热传导系数 λ ：
1 cl
3
cV：单位体积气体分子的比热------单位体积中声子的比热； v ：气体分子的运动速度------声子的运动速度； l：气体分子的平均自由程------声子的平均自由程。
T4,平均自由程与T4成反比.
在高温时，声子的波长和点缺陷大
小相近似，点缺陷引起的热阻与温
q 度无关。平均自由程为一常数。
T
• 晶界散射
声子的平均自由程随温度降低而增长，增大到 晶粒大小时为止，即为一常数。
晶界散射和晶粒的直径d成反比，平均自由程 与d成正比。
• 位错的散射
在位错附近有应力场存在，引起声子的散射，其
质点间存在相互作用力，振动较弱的质点在振动较强质点的影 响下，振动加剧，热运动能量增加。这样，热量就能转移和传 递，使整个晶体中热量从温度较高处传向温度较低处，产生热 传导现象。
假如系统对周围是热绝缘的，振动较强的质点受到邻近振动较 弱质点的牵制，振动减弱下来，使整个晶体最终趋于一平衡态 （非稳定导热的情况）
第四节 材料的热传导
一、 用 于
光子
电子 声子
晶体
产 生
Q = - λ dT/dx（能流密度）J/s.cm2
单位时间内，通过单位面积的热能.
λ ------晶体的热导系数J/s.cm oC
T大 具有: 较多的振动模式 较大的振动振幅 较多的声子被激发 较多的声子数
金属：一般都有较大的热导率。在金属中由于有大量的自由 电子，而且电子的质量很轻，所以能迅速地实现热量的传递。 虽然晶格振动对金属导热也有贡献，但是次要的
非金属晶体：一般离子晶体的晶格中，自由电子很少，因此， 晶格振动是热传导的主要机制
晶格振动热传导的简单描述
假设晶格中一质点处于较高的温度下，它的热振动较强烈，平 均振幅也较大。而其邻近质点所处的温度较低，热振动较弱。
散射与T2成正比。平均自由程与T2成反比。
SUCCESS
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2019/6/25
2、光子热导
固体中的分子、原子和电子 振动、转动 电磁波（光子）
电磁波覆盖了一个较宽的频谱。其中具有较强热效 应的在可见光与部分近红外光的区域，这部分辐射线称为热 射线。
热射线的传递过程——热辐射。
热辐射在固体中的传播过程和光在介质中的传播过 程类似，有光的散射、衍射、吸收、反射和折射。
q1 + q2
破坏了热流方向产生较大的热
q3
阻。
Kn
—— 翻转过程（声子碰撞）
• 点缺陷的散射
散射强弱与点缺陷的大小和声子的波长相对大小有关。
点缺陷的大小是原子的大小：
在低温时，为长波，波长比点缺陷
大的多，估计 ： 波长 D a/T
犹如光线照射微粒一样，从雷利公
式知:
散射的几率 1/4
光子在介质中的传播过程——光子的导热过程。
固体中的辐射传热过程的定性解释：
辐射源
热稳定状态
T1
T2
吸收
辐射
能量转移
辐射能的传递能力：
r
16
3
n3T
3lr
： 波尔兹曼常数（5.67×10-8W/(m2·K4)；
n ：折射率；
lr： 光子的平均自由程。
• 对于辐射线是透明的介质，热阻小， lr较大，如：单 晶、玻璃，在773---1273K辐射传热已很明显； • 对于辐射线是不透明的介质，热阻大， lr很小，大多 数陶瓷，一些耐火材料在1773K高温下辐射明显； • 对于完全不透明的介质， lr=0，辐射传热可以忽略。
影响热传导性质的声子散射主要有四种机构：
• 声子的碰撞过程
形成新声子的动量 方向和原来两个声子的方向 相一致，此时无多大的热阻。
声子碰撞的几率 exp(-D/2T—) — 正规过程
温度越高，声子间的碰撞频率越高， 则声子的平均自由程越短。
q2
q1 ，q2相当大时，
碰撞后，发生方向反转，从而
q1
声子的热传导
T小 具有: 较少的振动模式 较小的振动振幅 较少的声子被激发 较少的声子数 平衡时： 同样多的振动模式振 同样多的振动振幅 同样多的声子被激发 同样多的声子数
一、热传导的基本概念和定律
热传导：当固体材料一端的温度比另一端高时，热量会从热端 自动地传向冷端的现象。
稳定传热 假如各向同性固体材料x轴方向的截 面积为ΔS，材料沿x轴方向的温度变 化率为dT/dx，在Δt时间内沿x轴正方向传过ΔS截面上的热量 为ΔQ，则有如下的关系式：
1、电子导热 纯金属：导热主要靠自由电子 合金：既要考虑自由电子，又要考虑声子（晶格振动）导热的 贡献 金属中大量的自由电子可视为自由电子气。合理的近似：用理 想气体热导率公式来描述自由电子热导率 理想气体热导率表达式为：
把自由电子气的有关数据代入上式，则金属中自由电子的λ可 近似求得设单位体积自由电子数n，则单位体积电子热容为：
数。 非稳定传热（物体内各处的温度随时间而变化 ） 一个与外界无热交换，本身存在温度梯度的物体，随着时间的 推移温度梯度趋于零的过程，即存在热端温度不断降低和冷端 温度不断升高，最终达到一致的平衡温度。该物体内单位面积 上温度随时间的变化率为：
（ρ为密度，CP为恒压热容）
二、热传导的物理机制
气体：传热是通过分子碰撞来实现的 固体材料：不能象气体那样依靠质点间的直接碰撞来传递热能。 固体中的导热主要是由晶格振动的格波（声子-声频支或光子光频支 ）和自由电子的运动来实现的
（傅利叶导热定律）
负号表示热量向低温处传递，常数λ称为热导率（或导热系数）
热导率：材料传输热量的能力的表征参数。指单位温度梯度下，
单位时间内通过单位垂直面积的热量，所以其单位为W/(m•K) 或J/(m•s•K)
傅利叶导热定律适用条件：稳定传热的条件，即传热过程中，
材料在x方向上各处的T是恒定的，与时间无关，ΔQ/Δt是常
三、热导率的一般规律
魏得曼－弗兰兹定律
在室温下许多金属的热导率与电导率之比λ/σ几乎
相同，而不随金属不同而改变。
LT L 2 ( kB )2 2.45108W K 2 T 3 e
2、声子热导
从晶格格波的声子理论可知，热传导过程 ------声子从高浓度区域到低浓度区域的扩散
过热程阻。：声子扩散过程中的各种散射。
根据气体热传导的经典分子动力学，热传导系数 λ ：
1 cl
3
cV：单位体积气体分子的比热------单位体积中声子的比热； v ：气体分子的运动速度------声子的运动速度； l：气体分子的平均自由程------声子的平均自由程。
T4,平均自由程与T4成反比.
在高温时，声子的波长和点缺陷大
小相近似，点缺陷引起的热阻与温
q 度无关。平均自由程为一常数。
T
• 晶界散射
声子的平均自由程随温度降低而增长，增大到 晶粒大小时为止，即为一常数。
晶界散射和晶粒的直径d成反比，平均自由程 与d成正比。
• 位错的散射
在位错附近有应力场存在，引起声子的散射，其
质点间存在相互作用力，振动较弱的质点在振动较强质点的影 响下，振动加剧，热运动能量增加。这样，热量就能转移和传 递，使整个晶体中热量从温度较高处传向温度较低处，产生热 传导现象。
假如系统对周围是热绝缘的，振动较强的质点受到邻近振动较 弱质点的牵制，振动减弱下来，使整个晶体最终趋于一平衡态 （非稳定导热的情况）