传热的三种方式PPT
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传热的三种基本方式
返回
式中
q Q A
A──总传热面积
二、定态与非定态传热
非定态传热 Q,q, t f x, y, z,
定态传热 Q,q, t f x, y, z
t 0
返回
三、冷、热流体通过间壁的传热过程
T1
t2
(1)热流体 Q1(对 流) 管壁内侧
对流 导 对流
返回
4.1.3 冷、热流体的接触方式
一、直接接触式
板式塔
返回
填料塔
返回
凉水塔
返回
二、蓄热式
低温流体
优点： • 结构较简单 • 耐高温
高温流体
缺点： • 设备体积大 • 有一定程度的混合
t2
冷流体t1
T2
传热面为内管的表面积
返回
（2）列管换热器
热流体T1
返回
二、对流 流体内部质点发生相对位移的热量传递过程。 • 自然对流：由于流体内温度不同造成的浮升力
引起的流动。 • 强制对流：流体受外力作用而引起的流动。
对流传热：流体与固体壁面之间的传热过程。
三、热辐射 物体因热的原因发出辐射能的过程称为热辐射。
• 能量转移、能量形式的转化 • 不需要任何物质作媒介
返回
4.1.2 传热的三种基本方式
一、热传导 热量从物体内温度较高的部分传递到温度较低的部
分，或传递到与之接触的另一物体的过程称为热传导。 特点：没有物质的宏观位移
• 气体 分子做不规则热运动时相互碰撞的结果 • 固体 导电体：自由电子在晶格间的运动
非导电体：通过晶格结构的振动实现 • 液体 机理复杂
Q
热
(2)管壁内侧Q2( 热传导) 管壁外侧
式中
q Q A
A──总传热面积
二、定态与非定态传热
非定态传热 Q,q, t f x, y, z,
定态传热 Q,q, t f x, y, z
t 0
返回
三、冷、热流体通过间壁的传热过程
T1
t2
(1)热流体 Q1(对 流) 管壁内侧
对流 导 对流
返回
4.1.3 冷、热流体的接触方式
一、直接接触式
板式塔
返回
填料塔
返回
凉水塔
返回
二、蓄热式
低温流体
优点： • 结构较简单 • 耐高温
高温流体
缺点： • 设备体积大 • 有一定程度的混合
t2
冷流体t1
T2
传热面为内管的表面积
返回
（2）列管换热器
热流体T1
返回
二、对流 流体内部质点发生相对位移的热量传递过程。 • 自然对流：由于流体内温度不同造成的浮升力
引起的流动。 • 强制对流：流体受外力作用而引起的流动。
对流传热：流体与固体壁面之间的传热过程。
三、热辐射 物体因热的原因发出辐射能的过程称为热辐射。
• 能量转移、能量形式的转化 • 不需要任何物质作媒介
返回
4.1.2 传热的三种基本方式
一、热传导 热量从物体内温度较高的部分传递到温度较低的部
分，或传递到与之接触的另一物体的过程称为热传导。 特点：没有物质的宏观位移
• 气体 分子做不规则热运动时相互碰撞的结果 • 固体 导电体：自由电子在晶格间的运动
非导电体：通过晶格结构的振动实现 • 液体 机理复杂
Q
热
(2)管壁内侧Q2( 热传导) 管壁外侧
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。
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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。
《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。
《化工原理传热》课件
导热问题的数学描述
导热问题的数学描述通常使 用偏微分方程，如热传导方 程。
解这些方程可以得到导热过 程中的温度分布、热流量等 参数。
通过建立数学模型，可以描 述导热过程中温度随时间和 空间的变化规律。
在实际应用中，还需要考虑 其他因素如边界条件、初始 条件等。
03
对流换热
对流换热基本概念
01
02
04
辐射换热
辐射换热基本概念
定义
01
物体通过电磁波传递能量的过程称为辐射换热。
辐射换热与物质属性
02
物体的辐射换热能力与其发射率、吸收率、反射率和透射率有
关。
辐射换热与温度
03
物体的辐射换热能力随温度升高而增强。
辐射换热计算方法
斯蒂芬-玻尔兹曼定律
描述了物体在绝对黑体条件下辐射换热的规律。
发射率修正
02
它主要通过物质分子、原子或分子的振动和相互碰 撞进行热量传递。
03
热传导是三种基本传热方式之一，另外两种是热对 流和热辐射。
傅里叶定律
傅里叶定律是热传导的基本定 律，它描述了热传导速率与温
度梯度之间的线性关系。
公式为：q = -k * grad(T)， 其中q为热流密度，k为导热 系数，grad(T)为温度梯度。
传热方式
01
02
总结词：传热主要有三 种方式：热传导、热对 流和热辐射。
详细描述
03
04
05
1. 热传导是指热量在物 质内部通过分子、原子 等微观粒子的运动传递 热量。不同物质导热能 力不同，金属是良好的 导热体。
2. 热对流是指由于物质 宏观运动引起的热量传 递过程，如气体、液体 等流动过程中热量的传 递。对流换热在化工、 能源、动力等领域有广 泛应用。
(完整PPT)传热学
(完整PPT)传热学contents •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目录01传热学基本概念与原理03热辐射通过电磁波传递热量的方式，不需要介质，可在真空中传播。
01热传导物体内部或两个直接接触物体之间的热量传递，由温度梯度驱动。
02热对流流体中由于温度差异引起的热量传递，包括自然对流和强制对流。
热量传递方式传热过程及机理稳态传热系统内的温度分布不随时间变化，热量传递速率保持恒定。
非稳态传热系统内的温度分布随时间变化，热量传递速率也随时间变化。
传热机理包括导热、对流和辐射三种基本传热方式的单独作用或相互耦合作用。
生物医学工程研究生物体内的热量传递和温度调节机制，为医学诊断和治疗提供理论支持。
解决高速飞行时的高温问题，保证航空航天器的安全运行。
机械工程用于优化机械设备的散热设计，提高设备运行效率和可靠性。
能源工程用于提高能源利用效率和开发新能源技术，如太阳能、地热能等。
建筑工程在建筑设计中考虑保温、隔热和通风等因素，提高建筑能效。
传热学应用领域02导热现象与规律导热基本概念及定律导热定义物体内部或物体之间由于温度差异引起的热量传递现象。
热流密度单位时间内通过单位面积的热流量，表示热量传递的强度和方向。
热传导定律描述导热过程中热流密度与温度梯度之间关系的定律，即傅里叶定律。
导热系数影响因素材料性质不同材料的导热系数差异较大，如金属通常具有较高的导热系数，而绝缘材料则具有较低的导热系数。
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。
(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。
传热学第一章 热量传递的基本方式ppt课件
爆破学、工厂、物业、商厦与地面建筑的灾害防治技术、通风 与空气调节 、安全管理学等专业知识，这些都与传热相关。
*
太原理工大学
8 / 51
主要体现在以下几个方面
Thermal
➢ 温度场的测算和换热量的计算； ➢ 环境变化对温度场的影响；
➢ 极限温度的控制：为使一些设备能安全经济地运 行，需要对热量传递过程中物体关键部位的温度进 行控制。
*
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24 / 51
（2）对流换热的分类
• 无相变：强制对流和自然对流换热
Thermal
• 有相变：沸腾、凝结、凝固、熔化等。
自然对流：由于流体冷热各部分的密度不同而引起流 体的流动。 如：暖气片表面附近受热空气的向上流动 强制对流：流体的流动是由于水泵、风机或其它压差 作用所造成的。 如油冷却器、空气预热器等。
两黑体表面间的辐射换热
*
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33 / 51
（6）总 结
Thermal
在实际问题中，这三种热量传递方式往往不是单独 出现的，这不仅表现在互相串联的几个环节中，而 且同一个环节也常常如此。例如: 一块高温钢板在厂 房中的冷却散热。
*
太原理工大学
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（2）辐射换热的特点
Thermal
• 任何物体，只要温度高于0 K，就会不停地向周围空 间发出热辐射（热辐射是物体本身的属性，等温时为 动态平衡）；
• 可以在真空中传播，不需要中间介质，而且在真空中 辐射能的传递最有效；
• 不仅有能量的转移，而且还伴随有能量形式的转换；
Thermal
§1-1 传热学的研究对象及其在安全工程 技术中的应用
一、研究对象及内容
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，其内容包括：
*
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主要体现在以下几个方面
Thermal
➢ 温度场的测算和换热量的计算； ➢ 环境变化对温度场的影响；
➢ 极限温度的控制：为使一些设备能安全经济地运 行，需要对热量传递过程中物体关键部位的温度进 行控制。
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（2）对流换热的分类
• 无相变：强制对流和自然对流换热
Thermal
• 有相变：沸腾、凝结、凝固、熔化等。
自然对流：由于流体冷热各部分的密度不同而引起流 体的流动。 如：暖气片表面附近受热空气的向上流动 强制对流：流体的流动是由于水泵、风机或其它压差 作用所造成的。 如油冷却器、空气预热器等。
两黑体表面间的辐射换热
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（6）总 结
Thermal
在实际问题中，这三种热量传递方式往往不是单独 出现的，这不仅表现在互相串联的几个环节中，而 且同一个环节也常常如此。例如: 一块高温钢板在厂 房中的冷却散热。
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（2）辐射换热的特点
Thermal
• 任何物体，只要温度高于0 K，就会不停地向周围空 间发出热辐射（热辐射是物体本身的属性，等温时为 动态平衡）；
• 可以在真空中传播，不需要中间介质，而且在真空中 辐射能的传递最有效；
• 不仅有能量的转移，而且还伴随有能量形式的转换；
Thermal
§1-1 传热学的研究对象及其在安全工程 技术中的应用
一、研究对象及内容
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，其内容包括：
化工原理 传热 完整ppt课件
─热导率或导热系数，W/(m·℃)或W/(m·K)。
精选
18
3、热导率
QAddxtAQdt
dx
(1) 为单位温度梯度下的热通量大小(物理意义)
物质的越大，导热性能越好
(2) 是分子微观运动的宏观表现
= f(结构,组成,密度,温度,压力）
(3) 各种物质的导热系数
金属固体 > 非金属固体 > 液体 > 气体
传热
精选
1
第一节 概述
一、传热过程在化工生产中的应用
加热或冷却 换热/能量回用 保温
强化传热过程 削弱传热过程
精选
2
能量回收：节能减排、资源回用！ 同时，是化工厂提高经济效益的一个重要措施！
余热资源被认为是继煤、石油、天然气和水力之后的又一常规能源。
例如：钢铁行业烟气余热回收对比
余热没有回收
热交换器进行余热回收
流 体
间壁
流体与壁面之间的热量传递以对流方式为主，并伴有
流体分子热运动引起的热传导，通常把这一传热过程
称为对流传热。
精选
12
精选
13
6、传热速率方程式
传热过程的推动力是两流体的温度差，因沿传热 管长度不同位置的温度差不同，通常在传热计算 时使用平均温度差，以 t m 表示。经验指出，在稳 态传热过程中，传热速率Q与传热面积A和两流体 的温度差 t m 成正比。即得传热速率方程式为：
QKAtm1/tKmA总总 传热 热阻 推动力
式中 K ── 总传热系数，W/(m2·℃)或W/(m2·K)； Q ── 传热速率，W或J/s；
A ── 总传热面积，m2；
tm ── 两流体的平均精选温差，℃或K。
14
精选
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3、热导率
QAddxtAQdt
dx
(1) 为单位温度梯度下的热通量大小(物理意义)
物质的越大，导热性能越好
(2) 是分子微观运动的宏观表现
= f(结构,组成,密度,温度,压力）
(3) 各种物质的导热系数
金属固体 > 非金属固体 > 液体 > 气体
传热
精选
1
第一节 概述
一、传热过程在化工生产中的应用
加热或冷却 换热/能量回用 保温
强化传热过程 削弱传热过程
精选
2
能量回收：节能减排、资源回用！ 同时，是化工厂提高经济效益的一个重要措施！
余热资源被认为是继煤、石油、天然气和水力之后的又一常规能源。
例如：钢铁行业烟气余热回收对比
余热没有回收
热交换器进行余热回收
流 体
间壁
流体与壁面之间的热量传递以对流方式为主，并伴有
流体分子热运动引起的热传导，通常把这一传热过程
称为对流传热。
精选
12
精选
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6、传热速率方程式
传热过程的推动力是两流体的温度差，因沿传热 管长度不同位置的温度差不同，通常在传热计算 时使用平均温度差，以 t m 表示。经验指出，在稳 态传热过程中，传热速率Q与传热面积A和两流体 的温度差 t m 成正比。即得传热速率方程式为：
QKAtm1/tKmA总总 传热 热阻 推动力
式中 K ── 总传热系数，W/(m2·℃)或W/(m2·K)； Q ── 传热速率，W或J/s；
A ── 总传热面积，m2；
tm ── 两流体的平均精选温差，℃或K。
14
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
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（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
《第四章传热》PPT课件
gradt dt dx
2. 傅立叶定律 傅立叶定律是热传导的基本定律，它表示热传导的速率与温度 梯度和垂直于热流方向的导热面积成正比。
Q S t 或：q t
n
n
热传导中，Q S，Q t n
Q——传热速率，W；
λ——导热系数，W/（m·K） 或W/（m·℃）；
S——导热面积，垂直于热流方向的截面积，m2；
946℃。试求：
(1)单位面积的热损失；(2)保温砖与建筑砖之间界面的温度；
(3)建筑砖外侧温度。
解 t3为保温砖与建筑砖的界面温度，t4为建筑砖的外侧温度。
（1）热损失q
q=
Q A
1
b1
t1
t2
1.06 0.15
(1000-946)
=381.6W/m2
(2) 保温砖与建筑砖的界面温度t3 由于是稳态热传导，所以 q1=q2=q3=q
典型换热设备： 间壁式换热器（冷、热流体间的换热设备） 例：列管式换热器 3、本章研究的主要问题 1）三种传热机理（传热速率计算） 2）换热器计算 3）换热设备简介
4.1.1传热的基本方式
根据传热机理不同，传热的基本方式有三种： 热传导、热对流和热辐射。
1．热传导 热传导（导热）：物体各部分之间不发生相对位移，依靠原子、 分子、自由电子等微观粒子的热流运动而引 起的热量传递。
t t'∞
t∞
u
tw-t=
t' t
tw
图4-13 流体流过平壁被加热时的温度边界
2、热边界层的厚度
tw t 0.99(tw t )
3、热边界层内（近壁处） 认为：集中全部的温差和热阻
dt 0 dy
热边界层外（流体主体）
2. 傅立叶定律 傅立叶定律是热传导的基本定律，它表示热传导的速率与温度 梯度和垂直于热流方向的导热面积成正比。
Q S t 或：q t
n
n
热传导中，Q S，Q t n
Q——传热速率，W；
λ——导热系数，W/（m·K） 或W/（m·℃）；
S——导热面积，垂直于热流方向的截面积，m2；
946℃。试求：
(1)单位面积的热损失；(2)保温砖与建筑砖之间界面的温度；
(3)建筑砖外侧温度。
解 t3为保温砖与建筑砖的界面温度，t4为建筑砖的外侧温度。
（1）热损失q
q=
Q A
1
b1
t1
t2
1.06 0.15
(1000-946)
=381.6W/m2
(2) 保温砖与建筑砖的界面温度t3 由于是稳态热传导，所以 q1=q2=q3=q
典型换热设备： 间壁式换热器（冷、热流体间的换热设备） 例：列管式换热器 3、本章研究的主要问题 1）三种传热机理（传热速率计算） 2）换热器计算 3）换热设备简介
4.1.1传热的基本方式
根据传热机理不同，传热的基本方式有三种： 热传导、热对流和热辐射。
1．热传导 热传导（导热）：物体各部分之间不发生相对位移，依靠原子、 分子、自由电子等微观粒子的热流运动而引 起的热量传递。
t t'∞
t∞
u
tw-t=
t' t
tw
图4-13 流体流过平壁被加热时的温度边界
2、热边界层的厚度
tw t 0.99(tw t )
3、热边界层内（近壁处） 认为：集中全部的温差和热阻
dt 0 dy
热边界层外（流体主体）
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
化工原理课件第五章 传热
温度场的通式
温度场的通式：
t f x, y, z,
式中： t —— 某点的温度，k；
X，y，z —— 这点的空间坐标；
θ —— 时间，s。
若在稳定温度场中， 表示式为：
t f x, y, z
稳定温度场和不稳定温度场
（1）不稳定温度场 —— 温度随时间而改变 的温度场，称为：不稳定温度场 。
称为：传热速率，用Q表示，单位：J/s， 即w（瓦）。
（三）辐射
1、辐射——是一种以电磁波传递能量的现象。 物体可以由不同原因发出辐射能。
2、热辐射——物体因热而发出辐射能的过程， 称为：热辐射radiation。
3、 只要物体的绝对温度大于 0K，便会不停地 将热量以电磁波的形式传递出去，同时也不断 地将其他物体辐射来的能量转为热量。辐射与 吸收能 量的差额转变为低温物体的热量。但 是，只有物体具有较高温度时， 辐射才为主 要形式。
传热面上不同局部面积的热通量可以不同。
3、热流量Q与热通量q的关系
式中：
q dQ dA
Q——热流量，单位为：J/s，即w（瓦） 。
q——热通量（热流密度），单位为：J/(m2·s)，即 w/m2。
A——传热面积， m2 。
热流量Q与热通量q的关系
（1）热通量q基于微元面dA，热通量q可以 用于局部地区。
1、热源——电热、饱和水蒸汽、烟道气、高 温载体等。
2、冷源——冷却水、空气、冷却盐水等。 冷却水——河水、海水、井水等。
二、传热的三种基本方式
• 1、热传导（导热） • 2、对流 • 3、辐射
（一）热传导（简称：导热）
1、热传导——热量从物体内部温度较高
的部分传递到温度较低的部分或者传递到与 之接触的另一物体的过程，称为：热传导， 简称：导热conduction。
高等传热学ppt课件
阐述复合换热过程的基本概念，包括其定义、分类以及在实际工程 中的应用。
复合换热过程的数学模型
建立复合换热过程的数学模型，包括热传导、对流换热和辐射换热 的综合效应，以及不同换热方式之间的耦合关系。
复合换热过程的数值模拟
采用数值模拟方法，对复合换热过程进行仿真分析，揭示其温度场 、流场和传热特性的变化规律。
06
高等传热学应用领域探讨
Chapter
微尺度传热现象研究
微尺度传热机制
探讨在微米和纳米尺度下，热传导、热对流 和热辐射等传热机制的特点和规律。
微尺度效应
分析微尺度下，表面积与体积比增大、热边界层变 薄等效应对传热过程的影响。
微纳器件热管理
研究微纳电子器件、MEMS器件等的热设计 、热分析和热控制方法，以提高器件性能和 可靠性。
多维稳态导热问题求解
多维稳态导热
物体内部温度分布不随时间变化，但热量在多 个方向上传递。
求解方法
通过求解多维导热微分方程，结合给定的定解 条件，得到物体内部的温度分布。
应用举例
求解复杂形状物体、多层材料组成的复合结构等在稳态导热下的温度分布。
03
对流换热过程分析与计算
Chapter
对流换热现象及分类
热力学第一定律
热量可以从一个物体传递到另一个物体，也可以 与机械能或其他能量互相转换，但是在转换过程 中，能量的总值保持不变。
牛顿冷却定律
当物体表面与周围存在温度差时，单位时间从单 位面积散失的热量与温度差成正比。
热力学第二定律
不可能把热从低温物体传到高温物体而不产生其 他影响，或不可能从单一热源取热使之完全转换 为有用的功而不产生其他影响，或不可逆热力过 程中熵的微增量总是大于零。
复合换热过程的数学模型
建立复合换热过程的数学模型，包括热传导、对流换热和辐射换热 的综合效应，以及不同换热方式之间的耦合关系。
复合换热过程的数值模拟
采用数值模拟方法，对复合换热过程进行仿真分析，揭示其温度场 、流场和传热特性的变化规律。
06
高等传热学应用领域探讨
Chapter
微尺度传热现象研究
微尺度传热机制
探讨在微米和纳米尺度下，热传导、热对流 和热辐射等传热机制的特点和规律。
微尺度效应
分析微尺度下，表面积与体积比增大、热边界层变 薄等效应对传热过程的影响。
微纳器件热管理
研究微纳电子器件、MEMS器件等的热设计 、热分析和热控制方法，以提高器件性能和 可靠性。
多维稳态导热问题求解
多维稳态导热
物体内部温度分布不随时间变化，但热量在多 个方向上传递。
求解方法
通过求解多维导热微分方程，结合给定的定解 条件，得到物体内部的温度分布。
应用举例
求解复杂形状物体、多层材料组成的复合结构等在稳态导热下的温度分布。
03
对流换热过程分析与计算
Chapter
对流换热现象及分类
热力学第一定律
热量可以从一个物体传递到另一个物体，也可以 与机械能或其他能量互相转换，但是在转换过程 中，能量的总值保持不变。
牛顿冷却定律
当物体表面与周围存在温度差时，单位时间从单 位面积散失的热量与温度差成正比。
热力学第二定律
不可能把热从低温物体传到高温物体而不产生其 他影响，或不可能从单一热源取热使之完全转换 为有用的功而不产生其他影响，或不可逆热力过 程中熵的微增量总是大于零。
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13
微波： 103< < 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 0.1m 至 100m 之间 , 包括部分紫外线、可见 光和部分红外线三个波段 。
2018/11/10 14
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 ， 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； 双向的。
2018/11/10 11
表1-1 一些表面传热系数的数值范围
对流换热类型
空气与外墙面自然对流换热
表面传热系数 h W /( m2K)
2～25
50～1000 25～250 50～25000 2500～100000
液体自然对流换热 气体强迫对流换热 液体强迫对流换热 液体沸腾
蒸气凝结
2018/11/10
2018/11/10
（4）物体间以热辐射的方式进行的热量传递是
高温 物体 低温 热 辐 射 是 热 量 传 递 物体 的基本方式之一 。
15
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 、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。 特点：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 ：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)
2018/11/10
6
温度对导热系数的影响：
一般地说 , 所有物质 的 导热系数 都是温度的函 数,不同物质的热导率随温 度的变化规律不同。 纯金属的 导热系数 随温 度的升高而减小。 一般合金和非金属的 导 热系数 随温度的升高而增 大。
2018/11/10 7
保温材料（或称绝热材料）： 用于保温或隔热的材料。国家标准规定，温度低于 350℃时导热系数小于0.12 W/(mK)的材料称为保温材料。 多孔材料的导热系数随温度的升高而增大。 多孔材料的导热系数与密度和湿度有关。一般情况下 密度和湿度愈大，热导率愈大。
称为平壁的导热热阻，表示物体对 R A 导热的阻力，单位为K/W 。
A
tw1 tw 2 R
热阻网络
2018/11/10
tw1
R
tw2
4
导热系数
导热系数物质导热能力的大小。单位：W/m.K。
绝大多数材料的导热系数值都可以通过实验测得。
2018/11/10
5
物质的导热系数在数值上具有下述特点:
热流量：单位时间传过的热量
w1
A
tw1 tw 2
: 材料的导热系数，表明材料
的导热能力，W/(m· K)。
2018/11/10
W
0
tw2
3
x
热流密度 q :单位时间通过单位面积的热流量
q
导热热阻
A
tw1 tw 2
A
tw1 tw 2
先应该弄清楚有那些传 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。
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
2018/11/10
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。
2018/11/10
2
大平壁的一维稳态导热 特点：平壁两表面维持均匀恒定不变的 温度， 平壁各处温度不随时间改变； 壁内温度只沿垂直于壁面的方向变化； 热量只沿着垂直于壁面的方 t 向传递。 t
q = h(tw – tf)
2018/11/10 9
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：
t t t w tf w f = Ah(tw – tf) 1 Rh Ah
1 Rh 称为对流换热热阻，单位为 W/K。 Ah
对流换热热阻网络：
典型材料导热系数的数值范围
纯金属 50--415 W/m· K 合金 12--120 W/m· K 非金属固体 1--40 W/m· K 液体(非金属) 0.17--0.7 W/m· K 绝热材料 0.03--0.12 W/m· K 气体 0.007--0.17 W/m· K 2018/11/10
8
tw
2018/11/10
Rh
tf
10
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、紊流）； （3）流动的成因（自然对流或受迫对流）；
（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）。
2000～100000
12
3、热辐射 －电磁波的波谱：
射线： < 5×10-5 m X射线： 5×10-7 < < 5×10-2 m 紫外线： 4×10-3 < < 0.38 m 可见光： 0.38 < < 0.76 m 红外线： 0.76 < < 103 m
3 m 无线电波 ： > 10 2018/11/10
(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。
微波： 103< < 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 0.1m 至 100m 之间 , 包括部分紫外线、可见 光和部分红外线三个波段 。
2018/11/10 14
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 ， 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； 双向的。
2018/11/10 11
表1-1 一些表面传热系数的数值范围
对流换热类型
空气与外墙面自然对流换热
表面传热系数 h W /( m2K)
2～25
50～1000 25～250 50～25000 2500～100000
液体自然对流换热 气体强迫对流换热 液体强迫对流换热 液体沸腾
蒸气凝结
2018/11/10
2018/11/10
（4）物体间以热辐射的方式进行的热量传递是
高温 物体 低温 热 辐 射 是 热 量 传 递 物体 的基本方式之一 。
15
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 、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。 特点：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 ：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)
2018/11/10
6
温度对导热系数的影响：
一般地说 , 所有物质 的 导热系数 都是温度的函 数,不同物质的热导率随温 度的变化规律不同。 纯金属的 导热系数 随温 度的升高而减小。 一般合金和非金属的 导 热系数 随温度的升高而增 大。
2018/11/10 7
保温材料（或称绝热材料）： 用于保温或隔热的材料。国家标准规定，温度低于 350℃时导热系数小于0.12 W/(mK)的材料称为保温材料。 多孔材料的导热系数随温度的升高而增大。 多孔材料的导热系数与密度和湿度有关。一般情况下 密度和湿度愈大，热导率愈大。
称为平壁的导热热阻，表示物体对 R A 导热的阻力，单位为K/W 。
A
tw1 tw 2 R
热阻网络
2018/11/10
tw1
R
tw2
4
导热系数
导热系数物质导热能力的大小。单位：W/m.K。
绝大多数材料的导热系数值都可以通过实验测得。
2018/11/10
5
物质的导热系数在数值上具有下述特点:
热流量：单位时间传过的热量
w1
A
tw1 tw 2
: 材料的导热系数，表明材料
的导热能力，W/(m· K)。
2018/11/10
W
0
tw2
3
x
热流密度 q :单位时间通过单位面积的热流量
q
导热热阻
A
tw1 tw 2
A
tw1 tw 2
先应该弄清楚有那些传 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。
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
2018/11/10
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。
2018/11/10
2
大平壁的一维稳态导热 特点：平壁两表面维持均匀恒定不变的 温度， 平壁各处温度不随时间改变； 壁内温度只沿垂直于壁面的方向变化； 热量只沿着垂直于壁面的方 t 向传递。 t
q = h(tw – tf)
2018/11/10 9
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：
t t t w tf w f = Ah(tw – tf) 1 Rh Ah
1 Rh 称为对流换热热阻，单位为 W/K。 Ah
对流换热热阻网络：
典型材料导热系数的数值范围
纯金属 50--415 W/m· K 合金 12--120 W/m· K 非金属固体 1--40 W/m· K 液体(非金属) 0.17--0.7 W/m· K 绝热材料 0.03--0.12 W/m· K 气体 0.007--0.17 W/m· K 2018/11/10
8
tw
2018/11/10
Rh
tf
10
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、紊流）； （3）流动的成因（自然对流或受迫对流）；
（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）。
2000～100000
12
3、热辐射 －电磁波的波谱：
射线： < 5×10-5 m X射线： 5×10-7 < < 5×10-2 m 紫外线： 4×10-3 < < 0.38 m 可见光： 0.38 < < 0.76 m 红外线： 0.76 < < 103 m
3 m 无线电波 ： > 10 2018/11/10
(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。