传热学第1章 绪论
第1章-传热学绪论
热流密度大约达到2.5×105W/m2，机翼前缘和头锥帽上的温度高达 1650℃！ —除此之外还必须能够经受太阳紫外线、高能粒子和微陨石可能的撞击 石油工程传热学
• 微电子： 电子芯片冷却，CPU风扇 • 生物医学：肿瘤高温热疗；组织与器官的 冷冻保存 • 军事：飞机、坦克；激光武器；弹药贮存 • 制冷：跨临界二氧化碳汽车空调 / 热泵； 高温水源热泵 • 新能源：太阳能；燃料电池
石油工程传热学
§1-2 传热学在石油工程中的应用
目前在石油工业中导致传热学的地位和作用越来越重要 的背景有两个：
高粘、高凝原油的开发 我国油田开发的由浅到深、由易到难的开发过程
高粘高凝原油是我国的重要油气资源，分布广、储量大，
预测我国的稠油在80亿吨以上。 开发稠油时的主要问题是高粘度导致的流动性差
石油工业既是产能大户，也是耗能大户，其中油气生产 中的能耗费用在生产成本中约占20%～50%
现在石油石化总公司对各油田公司的成本控制很严，而 油田沿袭下来的传统是管理粗放、工艺落后、设备陈旧
要实施可持续发展战略，必须降低成本，提高效益，为
此应该狠抓节能降耗，其中许多问题都与传热学有直接
的关系
造缝能力和滤失速度等
石油工程传热学
采油中举升工艺的设计也存在设类似的问题，温度
主要通过影响原油物性而影响到其流动规律的，因
此许多举升工艺的设计计算都离不开井筒内温度场
的计算
如电潜泵举升技术、水力活塞泵举升技术、水力射
流泵采油系统的设计和计算，都离不开温度场的计
算。这需要传热学的知识
大学传热学第一章 绪论
传热过程中的温度分布
• 稳态传热过程——热量传递过程中温度不随时间变化的传 热过程。
• 非稳态传热过程——热量传递过程中温度随时间变化的传 热过程。
• 一维传热过程——传热过程中热量只在一个方向进行。 • 多维传热过程——热量在多个方向传递的过程。
第一节 热量传递的三种基本方式
• 导热 • 热对流（对流） • 热辐射（热辐射）
传热学
第一章 绪论
• 传热学是研究热量传递规律的科学。 • 有温差的地方就会有传热。 • 热量传递具有方向性——从高温到低温。 • 热量传递的基本方式有三种——导热、热对流和辐射。
传热学的应用的实例
• 食品加工 • 航天飞行器表面的冷却 • 稠油开采 • 电子器件的冷却 • 生物工程 • 能源动力 • 交通运输
• 实例：两个非接触物体之间的热量传递；火焰的 热量传递；太阳辐射等等。
• 计算：斯忒藩－玻耳兹曼定律。
斯忒藩－玻耳兹曼定律
AT 4
Ac 0
T 100
4
5.67108W /m2 K 4
第二节 传热过程和传热系数
• 定义：热量由壁面一侧的流体通过壁面传给另一侧流体的 过程称为传热过程。
• 模拟法：利用同类现象可比拟的特点，用已知现 象的规律模拟所要研究的现象。
• 实验法：通过试验的方法来获得所要研究问题解 的方法。
第三节 传热学发展简史
• 本节内容请同学自学。
• 实例：由墙壁隔开的室内外空气间的传热。 • 计算：传热方程
传热方程
kAt t
f1
1
At t
1/ h / 1/ h
f1
f2
1
2
传热学的研究方法
• 解析法：首先建立所研究问题的数学描写，然后 应用解析数学的方法，求解该问题。
传热学第一章 绪论
学着重于单位时间的换热量（W）。
二、传热学课的重要性
a 日常生活中：
冰箱和电视机放置 暖气片的设计 保温温度的选择
b 石油工业中: 输油管道（埋深、保温） 稠油开采（注蒸汽）
三、两种热传递过程
稳态过程：温度不随时间变化
Q1 A1 bT14 ,
Q2 A2 bT24
Q1,2 A1 bT14 A2 bT24 A b (T14 T24 )
第三节 热阻的概念
公式Q A tw1 tw2 A t 及
公式Q c A（tw t f）
可改写成公式Q t t 及 （A） R
（3）辐射力的计算公式（四次方定律）
Eb bT 4 b — 斯蒂芬 波尔兹曼常数，5.6710-8 W m2 K 4
T — 黑体的绝对温度, K
对于非黑体，E bT 4 — 黑度（发射率）
以上讲的是热辐射，而不是辐射换热。
（4）辐射换热
tw1
tf
tw2
透明气体
考虑两个无限大平板的 辐射换热（黑体）
微观粒子的热运动而产生的热量传递。
（2）特征：
a. 物体间无相对位移；
t1
b.物体间必须相互接触； b.没有能量形式的转化。
Q
t2
（3）导热量的计算
δ
x
如上图所示的大平壁，若其两侧壁面各点温度保持不变，
分别保持为tw1及tw2，且，则热量将从tw1一侧传向tw2一侧。此 时通过大平壁的热流量Q可表示为：W
（1）热对流：
流体的各部分之间由于相对宏观位移而引起的热量传递。
传热学
物体上等温线
1
传热学 第2章 稳态热传导
2.2 导热问题的数学描述
根据热流密度公式 q
dt ，研究热流密度 A dx
值应先知道物体内的温度场。
t f ( x, y, z, )
（2-6）
确定导热体内的温度分布是导热理论的首要任务
理论基础： 傅里叶定律+能量守恒定律
1
传热学 第2章 稳态热传导
且与λ无关。
t t1
通过平壁内任何一个等温面的
热流密度均相等，与坐标x无关。
导热热阻（Conductive resistance）
q t1 t2
q
t2
t1 t2
总热阻： R
o
x
Φ Rλ
δ
A
K /W
t1
t2
传热学 第2章 稳态导热
课堂练习： 一砖墙的表面积为12m3，厚260mm，平均 导热系数为1.5w/(m.k)，设面向室内的表面温
t 0
2. 非稳态导热的类型 周期性导热（Periodic unsteady conduction）： 物体的温度随时间而做周期性的变化。 瞬态导热（Transient conduction）： 物体的温度随时间的推移逐渐趋近于恒定的值。
传热学 第3章 非稳态导热
3.1.3 第三类边界条件下Bi 数对平板中温度分布的影响
Bi 0
t τ =0 τ 1 τ τ t∞ -δ 0 δ x
2 3
Bi
t
t0
Bi 0 (1)
t
τ =0 τ τ τ
t∞
1 2 3
t0
τ =0 τ τ τ
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。
(精品)传热学绪论课件
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。
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 。
传热学第1章
一、导言
因此，对于所有微电子机械系统的设计及应用 来说，全面了解系统在特定尺度内的微机电性质及 材料的热物性、热行为等已经成了迫在眉睫的任务。 然而，目前的科学和工程水平尚无法做到这一步， 于是现代热科学中的一门崭新学科——微米/纳米尺 度传热学应运而生。 早期的微尺度传热学研究主要集中在导热问 题上，之后则扩展到辐射和对流问题。 为说明微尺度传热学的主要研究内容，如下 扼要地介绍一些典型例子，以开拓读者的思路，但 其远远不能代表该学科的全貌，因为微尺度传热的 内涵正不断扩展
二、一些典型微热器件及其相应的热现象
到7000W/m³ 。如此高密度的热量输运是一个富有挑 战性的课题。
图1.3 计算机体系内热耗散与系 统体积的关系
二、一些典型微热器件及其相应的热现象
冷却微小系统的困难在于： 首先，冷却空气速率不能太高，以尽可能减 小声学噪音； 其次，器件结构紧凑性要求仅允许保留有限的 冷却流体空间； 第三，同样的要求不允许在模板上安装大容量 热沉； 第四，低造价的原则要求尽可能地采用塑料封 装芯片，而这又会增大芯片与模板表面之间的导热 热阻，于是热量将主要聚集在基底材料上。
二、一些典型微热器件及其相应的热现象
个量级。所以，分析薄膜中的传热问题自然成为进 一步提高仪器性能的关键步骤。 一系列的研究表明Fourier定律不适于分析高 温超导薄膜及介电薄膜在一定温度和厚度区域内的 热传导问题。在这方面，Boltzmann方程被公认为 是一种最具普适性和有效性的工具。Majumdar发 展了一个基于Boltzmann理论的声子辐射输运方程， 以分析单个薄膜中的导热。其研究表明，在微尺度 区域内，晶格振动或声子的热传导表现为辐射传热 的形式。
二、一些典型微热器件及其相应的热现象
传热学-绪论
5. 导热是物质的属性 导热可以在固体、液体、气体中发生 。 在引力场下单纯的导热只发生在密实固体中。液 体和气体导热发生时，它们的内部必须没有宏观 的相对位移。
传热学 / 绪论
6. 热量传递方程
Φ
A
t1 t2
t2 t1
Φ A
dt Φ A dx
传热学 / 绪论
量。
传热学 / 绪论
2、定义 热量由壁面一侧的流体通过壁面传到另一侧流 体中的过程称为传热过程。
(3) 由于流体的粘性和受壁面摩擦阻力的影响，紧 贴壁面处会形成速度\温度梯度很大的边界层。
tf
tw
Φ
传热学 / 绪论
5、对流换热的分类
流动起因：强迫对流和自然对流 （单相流体对流） 是否相变：沸腾换热（液体受热沸腾）和凝结换热 （蒸汽遇冷凝结）
传热学 / 绪论
6、对流换热的基本计算公式
hA(tw t f )
二、对流换热
1、举例 烧杯 加热 水
2、对流（热对流）定义 流体各部分之间发生相对位移时，冷热流体相互掺混 所引起的热量传递过程。 3、对流换热定义 流体流过固体壁面时所发生的热传递过程。
传热学 / 绪论
4、对流换热特点 （1） 是导热（微观热运动）与热对流（宏观热运动） 同时存在的复杂热传递过程。 （2） 必须有直接接触（流体与壁面）和宏观运动； 也必须有温差。
传热学 / 绪论
三、传热学的应用
(1)自然界中的例子
• 若房间里气体的温度在夏天和冬天都保持20度，那么 为什么在冬天和夏天人在房间内所穿的衣服厚度不一 样？
• 北方寒冷地区，建筑房屋都是双层玻璃，以利于保温 。如何解释其道理？
传热学 总结
第一章绪论1．热流量：单位时间内所传递的热量。
2．热流密度：单位传热面上的热流量。
3．导热：物体粒子微观的热运动而产生的热量传递现象。
4．对流传热：流体流过固体壁时的热传递过程。
热对流：流体个部分之间发生宏观相对位移级领热流体的相互掺混。
5．辐射传热：由于热运动产生的，以电磁波形式传递能量的现象。
6．总传热过程：热量从温度较高的流体经过固体壁传递给另一侧温度较低流体的过程，称为总传热过程，简称传热过程。
10．总传热系数：总传热过程中热量传递能力的大小。
数值上表示传热温差为1K时，单位传热面积在单位时间内的传热量。
11.稳态传热过程：物体中各点温度不随时间而改变的热量传递过程。
第二章热传导1．温度场：某一瞬间物体内各点温度分布的总称。
2．等温面(线)：由物体内温度相同的点所连成的面（或线）。
3．温度梯度：在等温面法线方向上最大温度变化率。
4．导热系数：物性参数，热流密度矢量与温度降度的比值，数值上等于1 K／m的温度梯度作用下产生的热流密度。
导热系数是材料固有的热物理性质，表示物质导热能力的大小。
5．导温系数：材料传播温度变化能力大小的指标。
材料的导热能力与吸热能力之比导温系数不但与材料的导热系数有关，还与材料的热容量(或储热能力)也有关；从物理意义看，导热系数表征材料导热能力的强弱，导温系数表征材料传播温度变化的能力的大小，两者都是物性参数。
6.傅里叶定律：在各向同性均质的导热物体中，通过某导热面积的热流密度正比于该导热面法向温度变化率。
7.保温(隔热)材料：λ≤0.12 W/(m·K)(平均温度不高于350℃时)的材料。
8.接触热阻：材料表面由于存在一定的粗糙度使相接触的表面之间存在间隙，给导热过程带来额外热阻。
使两个导热壁面之间出现温差。
接触热阻主要与表面粗糙度、表面所受压力、材料硬度、温度及周围介质的物性等有关，因此可以从这些方面考虑减少接触热阻的方法，此外，也可在固体接触面之间衬以导热系数大的铜箔或铝箔等以减少接触热阻。
《传热学》电子课件
第1章绪论§1.1 传热学的研究内容及其应用四、传热学在科学技术各个领域中的应用3.3.温度控制温度控制温度控制：：为使一些设备能安全经济地运行为使一些设备能安全经济地运行，，或者为得到优质产品为得到优质产品，，要对热量传递过程中物体关键部位的温度进行控制部位的温度进行控制。
例如例如：：电子器件的冷却航天器重返大气层时的热防护原子及自由电子等微观粒子热运动而传递热量：定律有：绪论第1章绪论§1.2 热能传递的三种基本方式二、对流对流（（热对流热对流））(Convection )4. 对流对流换热的特点换热的特点第1章绪论§1.2 热能传递的三种基本方式二、对流对流（（热对流热对流））(Convection )5. 对流对流换热量的计算换热量的计算换热量的计算－－－－－－牛顿冷却定律牛顿冷却定律() w f ΦhA t t =− () w f q ΦA h t t ==−h —表面传热系数表面传热系数[[W/(m 2K)]Φ—热流量热流量[[W ]，单位时间传递的热量q —热流密度热流密度[[W/m 2]A—与流体接触的壁面面积与流体接触的壁面面积[[m 2 ]w t —固体壁表面温度固体壁表面温度[[o C ]f t —流体温度流体温度[[o C ]()f w ΦhA t t =− ()f w q ΦA h t t ==−流体受冷流体受热第1章绪论§1.2 热能传递的三种基本方式二、对流对流（（热对流热对流））(Convection )6. 表面传热系数表面传热系数（（h ）是过程量是过程量，，与具体的换热过程有关与具体的换热过程有关，，受许多因素影响第1章绪论§1.2 热能传递的三种基本方式二、对流对流（（热对流热对流））(Convection )7. 对流热阻=1h t t ΦR hA ∆∆= =1h t t q r h∆∆=wt ft ΦhR 有限面积对流热阻1h R hA=单位面积对流热阻1h r h=第。
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-第1章 绪论
热传导机理
回答了我们热传导在什么情况下发生！
物体各部分之间不发生相对位移时（宏观上静止），依靠分 子、原子及电子等微观粒子的热运动而产生的热量传递。
热传导发生的范畴
回答了我们传导在什么地方发生！
可以在固体、液体、气体中发生，三者的导热机理是不同的。
声子和 电子
声子/分 子运动
分子热 运动
发生在固体、静止流体内部。 [举例说明]
20 ——摘自美国麻省理工学院（MIT）《Heat Transfer Textbook》
t1
t2
Stainless steel
copper
Stainless steel
1 7 40 t10 37 t12 t2 1 7 t2 100 0 .02 0 .03 0 .02
t1 255 t2 245
Heat Transfer
1. 热传导与Fourier定律
例4
20 30
A copper slab (k=372W/mK) is 3 mm thick. It is protected from corrosion by a 2-mm-thick layers of stainless steel (k=17W/mK) on both sides. The temperature is 400 ℃ on one side of this composite wall and 100 ℃ on the other. Find the temperature distribution in the copper slab and the heat conduction through the wall.
Heat Transfer
1. 热传导与Fourier定律
传热学第一章绪论
(6) 辐射换热的研究方法：假设一种黑体，它只关心热辐
射的共性规律，忽略其他因素，然后，真实物体的辐射
则与黑体进行比较和修正，通过实验获得修正系数，从
h Φ ( A(tw t )) W (m2 K)
—— 当流体与壁面温度相差1度时、每单位壁面面积 上、单位时间内所传递的热量
影响h因素：流速、流体物性、壁面形状大小等
Φ t t
1 (hA) Rh q t t
1 h rh
(6) 对流换热热阻：
Φ t t
1 (hA) Rh q t t
结冰。
图1－6
(4) 辐射换热：物体间靠热辐射进行的热量传递，它与单纯的 热辐射不同，就像对流和对流换热一样，(参照图1－8)。 (5) 辐射换热的特点
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
周围空间发出热辐射；b 可以在真空中传播；c 伴随能量形
式的转变；d 具有强烈的方向性；e 辐射能与温度和波长均
有关；f 发射辐射取决于温度的4次方。 (3) 生活中的例子：
a 当你靠近火的时候，会感到面向火的一面比背面热； b 冬天的夜晚，呆在有窗帘的屋子内会感到比没有窗帘时
要舒服； c 太阳能传递到地面 d 冬天，蔬菜大棚内的空气温度在0℃以上，但地面却可能
§1-2 传热过程和传热系数
1 传热过程的定义：两流体间通过固体壁面进行的换热 2 传热过程包含的传热方式： 导热、对流、热辐射
传热学笔记
p x
(
2u x2
2u y2
)
动量守恒方程（N-S
方程）：
( v
u
v x
v
v ) y
Fy
p y
(
2v x2
2v y2
)
能量守恒方程：
t
非稳态项
u t v t xy
对流项
cp (x2t2 y2t2 )
扩散项
边界层理论的四个基本要点： （1）当粘性流体沿固体表面流动时，流场可划分为主流区和边界层区。
可得
d 2t dx2
hp(t t ) Ac
引入过余温度
t
t 最终可得
d 2t dx2
m2
，其中 m
hp/(Ac) ，H 为肋高
温度分布的解析解：
0
em x
e2mHemx He2m H
0
ch[m(x H)] ch[mH]
；热流量：
hp m
0th(mH)
通过环肋及三角形截面直肋的导热
肋效率 f
( )是时刻
物体的平
均过余温度。
Fo
a R2
0.2 时， (x, ) 0
Aexp(12Fo) f
(1) ——（3-27）；( ) /0
Aexp(12Fo)B ——（3-28）
分析解应用范围的推广和讨论
介质温度恒定的第三类边界条件下的分析解，在 Bi 的极限情况下转化为第一类边界条件下的解，而在 Bi 0
传热学
第一章 绪论
热量传递的三种基本方式：导热、对流和热辐射
傅里叶定律：单位时间内通过该层的导热热量与当地的温度变化率及平板面积 A 成正比。
A dt dx
——热导率，导热系数；单位W /(m K) ；
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
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(3) 生活中的例子： a 烧开水； b 热的时候吹电扇； c 烫嘴的粥，正么处理？
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第1章 绪论——§1-1 热量传递的三种基本方式 二、 对流 (Convection)
2. 对流换热 对流换热：流体流过一个物体表面时的热量传递过程 (1) 对流换热的特点： ① 对流的同时必伴随有导热现象； ② 必须有直接接触（流体与壁面）和宏观运动； ③ 壁面处会形成速度梯度很大的边界层 (2) 对流换热的分类 ① 根据对流换热时是否发生相变分： 有相变的对流换热和无相变的对流换热。 ② 根据引起流动的原因分： 自然对流和强制对流。
— 热流量[W]，单位时间传递的热量
q — 热流密度 W m 2
2 h — 表面传热系数 W (m K)
A — 与流体接触的壁面面积 m
t w — 固体壁表面温度 C
2
tf
— 流体温度
C
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第1章 绪论——§1-1 热量传递的三种基本方式
机械工业出版社，2005 F.P.Incropera & D.P. DeWitt. 《Introduction to Heat Transfer (9 Edition) 》 F. P. Incropera, D.P. DeWitt . 《Fundamentals of Heat Transfer》
[3] [4]
-5-
第1章 绪论——§1-0 概 述
军事工业是否会涉及到热量传递？
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-6-
第1章 绪论——§1-0 概 述
航天是否会涉及到热量传递？
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第1章 绪论——§1-0 概 述
火！热量！
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第1章 绪论——§1-0 概 述
§1-0 概 述
1. 传热学（Heat Transfer） (1) 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 (2) 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 2. 连续介质假设 (1) 物质是由连续介质所构成； (2) 在充满连续介质的空间，各物理参数都是连续函数。
a. 航空航天：高温叶片气膜冷却与发汗冷却；火箭推力室的再生冷却与发汗冷却；
f. 新 能 源：太阳能；燃料电池
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第1章 绪论——§1-0 概 述 5 传热过程的分类
按温度与时间的依变关系，可分为稳态和非稳态两大类。 稳态传热过程：系统中各点温度不随时间而改变的热传递过程
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第1章 绪论——§1-1 热量传递的三种基本方式
(4)导热的基本定律：
1822年，法国数学家Fourier:
dt dx Φ dt q A dx Φ A
t
dx
W
W 2 m
0
dt
x
上式称为Fourier定律，号称导热基本定律， 是一个一维稳态导热。其中：
例：热力设备在持续不变的工况下运行时的热传递过程
非稳态传热过程：系统中各点温度随时间而改变的热传递过程 例：热力设备在启动、停机、变工况运行时的热传递过程
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第1章 绪论——§1-1 热量传递的三种基本方式
§1-1 热量传递的三种基本方式
导热(热传导)；对流(热对流)；热辐射
图1-2 一维稳态平板内导热
：热流量，单位时间传递的热量[W]；q：热流密度，单位时间通过单位面
积传递的热量；A：垂直于导热方向的截面积[m2]；：导热系数（热导率） [W/( m K)]。
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第1章 绪论——§1-1 热量传递的三种基本方式
(5) 导热系数 表征材料导热能力的大小，是一种物性参数，与材料种类和温度关。
1 导热（热传导）(Conduction)
(1)定义：指温度不同的物体各部分或温度不同的两物体间直接接触时，依靠 分子、原子及自由电子等微观粒子热运动而进行的热量传递现象 (2)物质的属性：可以在固体、液体、气体中发生 (3)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 在引力场下单纯的导热只发生在密实固 体中。
4 传热学应用实例
自然界与生产过程到处存在温差 传热很普遍
(1) 日常生活中的例子：
a. 人体为恒温体。若房间里气体的温度在夏天和冬天都保持20℃，那么在冬天
与夏天、人在房间里所穿的衣服能否一样？为什么？
b. 夏天人在同样温度（如：25 ℃ ）的空气和水中的感觉不一样。为什么？ c. 北方寒冷地区，建筑房屋都是双层玻璃，以利于保温。如何解释其道理？越 厚越好？ d. 棉被为什么需要晾晒，而且晾晒的过程中要拍打？
金属 非金属固体 液体 气体
复习：1 传热学的研究内容 (1) 定义 2 传热学与工程热力学的关系 (2) 物质的属性： 3 传热学应用实例 4 传热过程的分类 5 导热 (3) 导热的特点 (4) 导热的基本定律 (5) 导热系数
(6) 一维稳态导热及其导热热阻 如图1-3所示，稳态 q = const，于是积分Fourier定律有：
传热学
Heat Transfer
主讲教师：邹高万 建筑环境与设备工程
2008年3月
请节约能源，珍爱我们的地球！
教
材： 陶文铨. 《传热学(第四版)》, 高等教育出版社, 2006.8
杨世铭,
主要参考资料：
[1]
戴锅生. 《传热学(第二版)》, 高等教育出版社, 1998
[2]
J.P.霍尔曼(J.P.Holman) [美]. 《Heat Transfer (9 Edition)》,
4 对流换热系数(表面传热系数)
（Convection heat transfer coefficient）
h Φ ( A(t w t ))
间内所传递的热量 影响h因素： ① 流体物性（ , , , c p）； ② 换热表面的形状、大小与布置； ③ 流速
W
(m2 K)
—— 当流体与壁面温度相差 1度时、每单位壁面面积上、单位时
q dx
0
tw2
tw1
dt q
tw1 tw2
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第1章 绪论——§1-1 热量传递的三种基本方式
q t w1 t w 2 t w1 t w 2 t r t R
t
t w1
dt
dx
Φ
A
0
tw2
R A
r
x
导热热阻 单位导热热阻
t w1
A
tw2
图1-3 导热热阻的图示
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பைடு நூலகம்
第1章 绪论——§1-1 热量传递的三种基本方式 例题 1-1
一块厚度δ=50 mm 的平板， 两侧表面分别维持在
tw1 300o C, tw2 100o C. 试求下列条件下的热流密度。
20世纪70年代 10 W/cm2 20世纪80年代 20~30 W/cm2 20世纪90年代及以后 102 W/cm2量级
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第1章 绪论——§1-0 概 述
(3) 几个特殊领域中的具体应用
卫星与空间站热控制；空间飞行器重返大气层冷却；超高音速飞行器
（Ma=10）冷却；核热火箭、电火箭；微型火箭（电火箭、化学火箭）；太 阳能高空无人飞机。 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 e. 制 事：飞机、坦克；激光武器；弹药贮存 冷：跨临界二氧化碳汽车空调/热泵；高温水源热泵
过程 自然对流 空气 水 空气 水 沸腾 凝结
h [W/(m2 K)] 1~10 200~1000 20~100 1000~15000 2500~35000 5000~25000
强制对流 水的相变换热
铜： 钢：
q tw1 tw2
375
300 100 1.5 106 W m2 0.05
q
tw1 tw2
36.4
300 100 1.46 105 W m2 0.05
铬砖： q tw1 tw2 2.32 300 100 9.28 103 W m2 0.05 硅藻土砖： q
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第1章 绪论——§1-1 热量传递的三种基本方式 二、 对流 (Convection)
3. 对流换热的基本规律——牛顿冷却公式
1701年，英国科学家Newton: 流体被加热时： q h(t w 流体被冷却时： q h(t f
tf )
tw )
用 t 表示温差（温压），并取
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第1章 绪论——§1-0 概 述
§1-0 概 述
自然界的各种现象是否会会涉及到热量传递？
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第1章 绪论——§1-0 概 述
我们的日常生活是否会涉及到热量传递？
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第1章 绪论——§1-0 概 述
工业生产是否会涉及到热量传递？
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Φ