传热学基本理论
传热学基本概念知识点
传热学基本概念知识点1傅里叶定律：单位时间内通过单位截面积所传递的热量，正比例于当地垂直于截面方向上的温度变化率2集总参数法：忽略物体内部导热热阻的简化分析方法3临界热通量：又称为临界热流密度，是大容器饱和沸腾中的热流密度的峰值5效能：表示换热器的实际换热效果与最大可能的换热效果之比6对流换热是怎样的过程，热量如何传递的？对流：指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方式。
对流仅能发生在流体中，而且必然伴随有导热现象。
对流两大类：自然对流与强制对流。
影响换热系数因素：流体的物性，换热表面的形状与布置，流速7何谓膜状凝结过程，不凝结气体是如何影响凝结换热过程的？蒸汽与低于饱和温度的壁面接触时，如果凝结液体能很好的润湿壁面，它就在壁面上铺展成膜，这种凝结形式称为膜状凝结。
不凝结气体对凝结换热过程的影响：在靠近液膜表面的蒸气侧，随着蒸气的凝结，蒸气分压力减小而不凝结气体的分压力增大。
蒸气在抵达液膜表面进行凝结前，必须以扩散方式穿过聚集在界面附近的不凝结气体层。
因此，不凝结气体层的存在增加了传递过程的阻力。
8试以导热系数为定值，原来处于室温的无限大平壁因其一表面温度突然升高为某一定值而发生非稳态导热过程为例，说明过程中平壁内部温度变化的情况，着重指出几个典型阶段。
首先是平壁中紧挨高温表面部分的温度很快上升，而其余部分则仍保持原来的温度，随着时间的推移，温度上升所波及的范围不断扩大，经历了一段时间后，平壁的其他部分的温度也缓慢上升。
主要分为两个阶段：非正规状况阶段和正规状况阶段9灰体有什么主要特征？灰体的吸收率与哪些因素有关？灰体的主要特征是光谱吸收比与波长无关。
灰体的吸收率恒等于同温度下的发射率，影响因素有：物体种类、表面温度和表面状况。
10气体与一般固体比较其辐射特性有什么主要差别？气体辐射的主要特点是：（1）气体辐射对波长有选择性（2）气体辐射和吸收是在整个容积中进行的11说明平均传热温压得意义，在纯逆流或顺流时计算方法上有什么差别？平均传热温压就是在利用传热传热方程式来计算整个传热面上的热流量时，需要用到的整个传热面积上的平均温差。
高等传热学知识点总结
多维、线性齐次，乘积解： t ( x, y, z, ) ψ( x, y, z )( ) 令 ψ( x, y, z) X ( x)Y ( y) Z ( z) ，分别求解，然后相乘
t ( x, y, z, ) Cmnp e a ( m
m 1 n 1 p 1
2
m2 m2 )
X( m , x)Y( m , y)Z(m , z)
多维稳态非齐次：边界非齐 fi (r ) 0 or 方程非齐 0 边界非齐次（方程齐次） ：分离变量法
t ( x, y) X ( x)Y ( y) ,参照时间与空间的分离变量法
当多个边界非齐次时，等于各单非齐问题的叠加 方程非齐次：等于相应齐次解+非齐次特解 线性、非齐次、非稳态： 热源函数法：在无限大区域，初始时刻 x=x0 处，作用了 一个 t=t0 的热源，当 0 时，
13
0.14
2 Num 0 . 6 6 4 1 R l e
1 3
Pr
大空间自然对流换热: Nu C (GrPr) C ( Ra)
x z yz z
， 利用
1 H
u H
i 1 i
3
H t 2 i ui
t cp
第二章 分离变量法 分离变量法： 将温度分成只与空间有 t (r , ) ψ(r )( ) ， 关的 ψ(r ) 和只与时间有关的 ( ) 的乘积。 对于线性齐次非稳态无内热源问题， t
ห้องสมุดไป่ตู้对流
t y
y w, x
对流换热基本计算式：傅里叶定律 qw
牛顿冷却公式 qc h(tw, x t ) ，t 在内流时取管道截面 平均流体温度，外流时取远离壁面的流体温度。
传热学基本概念知识点
传热学基本概念知识点1傅里叶定律：单位时间内通过单位截面积所传递的热量，正比例于当地垂直于截面方向上的温度变化率2集总参数法：忽略物体内部导热热阻的简化分析方法3临界热通量：又称为临界热流密度，是大容器饱和沸腾中的热流密度的峰值5效能：表示换热器的实际换热效果与最大可能的换热效果之比6对流换热是怎样的过程，热量如何传递的？对流：指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方式。
对流仅能发生在流体中，而且必然伴随有导热现象。
对流两大类：自然对流与强制对流。
影响换热系数因素：流体的物性，换热表面的形状与布置，流速7何谓膜状凝结过程，不凝结气体是如何影响凝结换热过程的？蒸汽与低于饱和温度的壁面接触时，如果凝结液体能很好的润湿壁面，它就在壁面上铺展成膜，这种凝结形式称为膜状凝结。
不凝结气体对凝结换热过程的影响：在靠近液膜表面的蒸气侧，随着蒸气的凝结，蒸气分压力减小而不凝结气体的分压力增大。
蒸气在抵达液膜表面进行凝结前，必须以扩散方式穿过聚集在界面附近的不凝结气体层。
因此，不凝结气体层的存在增加了传递过程的阻力。
8试以导热系数为定值，原来处于室温的无限大平壁因其一表面温度突然升高为某一定值而发生非稳态导热过程为例，说明过程中平壁内部温度变化的情况，着重指出几个典型阶段。
首先是平壁中紧挨高温表面部分的温度很快上升，而其余部分则仍保持原来的温度，随着时间的推移，温度上升所波及的范围不断扩大，经历了一段时间后，平壁的其他部分的温度也缓慢上升。
主要分为两个阶段：非正规状况阶段和正规状况阶段9灰体有什么主要特征？灰体的吸收率与哪些因素有关？灰体的主要特征是光谱吸收比与波长无关。
灰体的吸收率恒等于同温度下的发射率，影响因素有：物体种类、表面温度和表面状况。
10气体与一般固体比较其辐射特性有什么主要差别？气体辐射的主要特点是：（1）气体辐射对波长有选择性（2）气体辐射和吸收是在整个容积中进行的11说明平均传热温压得意义，在纯逆流或顺流时计算方法上有什么差别？平均传热温压就是在利用传热传热方程式来计算整个传热面上的热流量时，需要用到的整个传热面积上的平均温差。
传热学第三版课程设计
传热学第三版课程设计
一、课程设计目的
热传导、热对流和热辐射是传热学中的三种基本传热方式，广泛用于热工业、材料科学、环境保护等领域。
本课程设计旨在让学生深刻理解传热学各个方面的基本原理和数学模型，掌握用数学方法解决传热学问题的能力，并在实践中体验传热学的基本原理和现代应用。
二、教学内容
2.1 传热学基础理论
让学生掌握传热学基本概念、基本方程、基本原理和数学形式化模型，包括：•热传导定律
•热对流定律
•热辐射定律
•热传导方程
•热力学第二定律
2.2 典型传热学问题
讲解典型传热学问题，并要求学生利用传热学基础理论和数学方法进行求解。
包括：
•热传导问题
•对流传热问题
•热辐射问题
•复杂传热问题
1。
传热学——精选推荐
第一章、基本内容：一、热量传递的三种基本方式⒈导热 掌握导热系数λ是一物性参数，其单位为w ／(m·K)；它取决于物质的热力状态，如压力、温度等。
⒉对流 掌握对流换热的表面传热系数h 为一过程量，而不像导热系数λ那样是物性参数。
⒊热辐射 掌握黑体辐射的斯蒂藩—玻耳兹曼定律。
二、传热过程与传热系数⒈传热过程 理解传热系数K 是表征传热过程强弱的标尺。
⒉热阻分析1、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？以暖气片管内走热水为例。
答：有以下换热环节及热传递方式(1)由热水到暖气片管到内壁，热传递方式是对流换热(强制对流)；(2)由暖气片管道内壁至外壁，热传递方式为导热；(3)由暖气片外壁至室内环境和空气，热传递方式有辐射换热和对流换热。
二、定量计算本节的定量计算主要是利用热量传递的三种基本方式所对应的定律，即导热的傅里叶定律，对流换热的牛顿冷却公式，热辐射的斯蒂藩—玻耳兹曼定律进行简单的计算。
另外，传热过程、热阻综合分析法及能量守恒定律也是较重要的内容。
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0.026W/(m·K)。
室内空气温度为25℃。
表面传热系数为20W/(m 2·K)；室外空气温度为-10℃，表面传热系数为15W/(m 2·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、外空气温度及表面传热系数相同。
解：(1)双层玻璃窗情形，由传热过程计算式：(2)单层玻璃窗情形：显然，单层玻璃窃的散热量是双层玻璃窗的2.6倍。
因此，北方的冬天常常采用双层玻璃窗使室内保温。
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/(m 2·K)。
传热学——概念汇总
概念汇总1.绪论1.传热学：研究热量传递规律的科学。
2.热量传递的基本方式：导热、对流、辐射。
3.热传导（导热）：物体的各部分之间不发生相对位移，依靠微观粒子的热运动产生的热量传递现象。
4.纯粹的导热只能发生在不透明的固体之中。
5.热流密度：通过单位面积的热流量（W╱m2）。
6.热对流：由于流体各部分之间发生相对位移而产生的热量传递现象。
7.热对流只发生在流体之中，并伴随有导热现象。
8.自然对流：由于流体密度差引起的相对运动。
9.强制对流：由于机械作用或其他压差作用引起的相对运动。
10.对流换热：流体流过固体壁面时，由于对流和导热的联合作用，使流体与固体壁面间产生热量传递的过程。
11.辐射：物体通过电磁波传播能量的方式。
12.热辐射：由于热的原因，物体的内能转变成电磁波的能量而进行的辐射过程。
13.辐射换热：不直接接触的物体之间，由于各自辐射与吸收的综合结果所产生的热量传递现象。
14.传热过程：热流体通过固体壁面将热量传给另一侧流体的过程。
15.传热系数：表征传热过程强烈程度的尺寸，数值上等于冷热流体温差1K时所产生的热流密度[W╱（m2•K）]16.单位面积上的{传热热阻：R k=1k。
导热热阻：Rλ=δλ。
对流换热热阻：R h=1h。
17.热流量：单位时间内所传递的热量。
18.对比串联热阻大小就可以找到强化传热的主要环节。
19.单位：物理量的度量标尺。
20.基本单位：基本物理量的单位。
21.导出单位：由物理含义导出，以基本单位组成的单位。
22.单位制：基本单位与导出单位的总和。
23.导热系数，表面传热系数和传热系数之间的区别：导热系数是表征材料导热性能优劣的参数，即是一种物性参数。
不同材料的导热系数值不同，即使是同一种材料，导热系数值还与温度等因素有关。
表面传热系数是表征对流换热强弱的参数，它不仅取决于流体的物性以及换热表面的形状、大小与布置，而且还与流速有密切的关系，是取决于多种因素的复杂函数。
传热学知识点总结
传热学知识点总结本文将围绕传热学的基本概念、传热方式、传热方程、传热实验和应用等方面进行详细的介绍和总结，以便读者更好地了解传热学的相关知识。
一、传热学的基本概念1. 热量传递热量传递是指物体内部或物体之间由于温度差异而产生的热量的传递过程。
热量的传递方式主要有传导、对流和辐射三种。
2. 传热方程传热方程描述了物体内部或物体之间热量传递的数学关系，是传热学的基础理论。
传热方程一般包括传热率、温度差和传热面积等参数，可以用来计算热量传递的速率和大小。
3. 传热系数传热系数是描述物体材料对热量传递率影响的重要参数，通常用符号h表示。
在物质传热过程中，传热系数的大小直接影响热量的传递速率。
4. 传热表面积传热表面积是指在热量传递过程中热量流经的表面积，是计算热传递速率的重要参数。
传热表面积的大小与物体的形状和大小有关，也与传热方式和传热系数有关。
5. 热传导热传导是一种物质内部热量传递的方式，指的是热量通过物质内部原子、分子之间相互作用的传递过程。
热传导是传热学的基本概念之一。
6. 热对流热对流是一种物体表面热量传递的方式，指的是热量通过流体传递到物体表面，然后再由物体表面传递到其它介质的传热过程。
7. 热辐射热辐射是一种通过电磁波传递热量的方式，是物体之间没有接触的情况下进行热量传递的重要方式。
热辐射是传热学的另一个基本概念之一。
二、传热方式1. 传导传热传导传热是指热量通过物质内部的原子、分子的直接作用而传递的方式。
在传导传热过程中，热量的传递是从高温区向低温区进行的，其传热速率与温度差和物质的传热系数有关。
2. 对流传热对流传热是指流体传热传递的方式，包括自然对流和强制对流两种。
在对流传热过程中，流体的流动是热量传递的主要形式，其传热速率与流体的流速、温度差和传热面积有关。
3. 辐射传热辐射传热是通过电磁波传递热量的方式，是物体之间没有接触的情况下进行热量传递的重要方式。
在辐射传热过程中，热量的传递不依赖于介质，而是通过电磁波的辐射进行的。
传热学课件第二章导热基础理论
也称导温系数,
单位为m2/s。
其大小反映物体被瞬态加热或冷却时温度变化的快慢。
导热微分方程式的简化
(1) 物体无内热源：V = 0 t a2t
(2) 稳态导热： t 0 a2t V 0 c
(3)稳态导热、无内热源：
2t 2t 2t 2t = 0，即 x2 y2 z2 0
（4）热流密度
q d
dA
nt dA
热流密度的大小和方向可 以用热流密度矢量q 表示
q
d
q d n
dA
热流密度矢量的方向指向温度降低的方向。
在直角坐标系中，热流密度矢量可表示为
q qxi qy j qzk
qx、qy、qz分别表示q在三个坐标方向的分量的大小。
2. 2 导热的基本定律—傅里叶定律
第二章 导热基础理论
例内重基 题容点本 赏精难要 析粹点求
基本要求
1． 理解温度场、等温面（线）、温度梯 度、热流密度等概念。
2． 掌握傅立叶定律及其应用。 3. 掌握热导率和热扩散率的定义、意
义、影响因素和确定方法。 4． 能写出典型简单几何形状物体导热问
题的数学描述表达式。
重点与难点
重点： 1. 傅里叶定律与热导率。 2. 导热微分方程及单值性条件。 难点： 1. 傅里叶定律的矢量表达式。 2. 导热微分方程及单值性条件。
标量形式的付里叶定律表达式为
q t
n
对于各向同性材料, 各方向上的导热系数相等,
q qxi qy j qzk
gradt t i t j t k x y z
q
t x
传热学--导热理论基础--ppt课件精选全文
第二章 导热理论基础
第三节 热导率
3、隔热层必须采取防潮措施
（1） 湿材料 干材料或水
因多孔材料很容易吸收水分，吸水后，由于热导率较大的水
代替了热导率较小的介质，加之在温度梯度的推动下引起水分
迁移，使多孔材料的表观热导率增加很多。
0.35
0.599
第二章 导热理论基础
※导热是在温度差作用下依靠物质微粒（分子、原子和 自由电子等）的运动（移动、振动和转动）进行的能 量传递。因此，导热与物体内的温度分布密切相关。 ※本章将从温度场、温度梯度等基本概念出发 阐述导热过程的基本规律 讨论描述物体导热的导热微分方程和定解条件
第二章 导热理论基础
第一节 温度场和温度梯度 一、温度场（P13）
第二章 导热理论基础
第三节 热导率
4、几点说明
（1）保温材料的λ值界定值随时间和行业的不同有所变化。 保温材料热导率的界定值大小反映了一个国家保温材料的生
产及节能的水平。
20世纪50年代我国沿用前苏联标准为0.23W/(m·K)； 20世纪80年代，GB4272-84规定为0.14W/(m·K)， GB4272-92《设备及管道保温技术通则》中则降低到 （0.122）W对/(于m各·K向) 异性材料，其热导率还与方向有关。
1、等温面：同一瞬间，温度场中温度相同的点所连成的面。 2、等温线：等温面与其他任一平面的交线。
3、立体的等温面常用等温线的平面图来表示。
为了在平面内清晰地表示一组等温面，常用这些等温面与一 平面垂直相交所得的一簇等温线来表示。 图2-1是用等温线表示的内燃机活塞和水冷燃气轮机叶片的温度场
第二章 导热理论基础
三、温度梯度（P13-14）
第三章 热量传递的基本原理
2
d T 1 dT + = 0 2 dr r dr
• 导热问题的完整数学描述 无内热源、常物性、稳态一维问题的导热 微分方程 2
由
d t =0 2 dx
得
dt = c1 dx
得
t = c1 x + c2
问题不能确定，需有定解条件： 〈1〉 初始条件：τ = 0 时的温度分布 t τ = 0 =f (x,y,z) 〈2〉 边界条件：边界上的温度分布或换热条 件。
即 边界条件：
x
d 2t =0 2 dx
x = 0 t = t1 ; x = δ t = t 2
数学描述
d 2t =0 2 dx x = 0 , t = t1 x = δ , t =t 2
t = c1 x + c2
c2 = t1
温度分布
c1 =
t 2 − t1
δ
t=
dt dx
t 2 − t1
δ
x + t1
μ↑
Re ↓
h↓
4、换热表面的形状、大小、位置 壁面形状、位置形状(平板,圆管)、位置(横 放、竖放、管内、管外)
5、流体有无相变 有相变（沸腾或凝结），流体温度基本保持不 变，流体与壁面的换热量等于吸收或放出的汽化潜 热。有相变比无相变时换热系数大很多。 珠状凝结比膜状凝结换热系数大得多。
综上所述
动力消耗大
δ ↓ h↑
3、流体的物理性质
流速：V↑ h↑ V=0 无对流 物性－表征物质物理特性的物理量 密度，粘性，热导率，比热等 其他条件相同时，不同的流体换热量不 同，就是因为物性不同
λ的影响：
第4-6次课：传热学基础知识和重要参数计算
空调房间的隔热设计， 墙体内表面温度保持恒定， 外表面周期变化
在非稳态导热中，由于温度不稳定，围护机构不断吸收或释放热 量，即材料在导热的同时还伴随着蓄热量的变化，这是非稳态导 热区别与稳态导热的重要特点。非稳态导热计算极其繁琐，一般 可采取简化模型进行计算。Biblioteka t — 空气温度 C
(5) 对流换热系数(表面传热系数)
（Convection heat transfer coefficient）
h Φ ( A(t w t ))
t t Φ 1 ( hA ) Rh t t q 1 h rh
W (m
2
K)
2 对流（热对流）(Convection)
流体
液体和气体统称为“流体”，它们的特性是抗剪强度极小，外 形以容器为形。由于重力的作用或者外力的作用引起的冷热空 气的相对运动为对流。在建筑中，含空气的部件中有热量传进 、传出或者在其内部传递。
(1)定义：流体中温度不同的各部分之间，由于发生相对 的宏观运动而把热量由一处传递到另一处的现象。空 气的对流换热对建筑热环境有较大影响。 (2)对流换热：当流体流过一个物体表面时的热量传递 过程，它与单纯的对流不同，具有如下特点：
—— 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
h的影响因素
h 不是一个常数，而是一个取决于许多因素的物 理量。对于建筑围护结构的表面需考虑的因素有： 气流状况（自然对流还是受迫对流）和壁面所处 位置（垂直或水平）。
(6) 对流换热系数h的计算方法（单位为W/m2· K）
传热学讲义第一章—导热理论基础
第一章 导热理论基础本章重点：准确理解温度场、温度梯度、导热系数等基本概念，准确掌握导热基本定律及导热问题的基本分析方法。
物质内部导热机理的物理模型：（1）分子热运动；（2）晶格（分子在无限大空间里排列成周期性点阵）振动形成的声子运动；（3）自由电子运动。
物质内部的导热过程依赖于上述三种机理中的部分项，这几种机理在不同形态的物质中所起的作用是不同的。
导热理论从宏观研究问题，采用连续介质模型。
第一节 基本概念及傅里叶定律1-1 导热基本概念一、温度场(temperature field)（一）定义：在某一时刻，物体内各点温度分布的总称，称为即为温度场（标量场）。
它是空间坐标和时间坐标的函数。
在直角坐标系下，温度场可表示为：),,,(τz y x f t = （1-1）（二）分类：1．从时间坐标分：① 稳态温度场：不随时间变化的温度场，温度分布与时间无关，0=∂∂τt ，此时，),,(z y x f t =。
（如设备正常运行工况） 稳态导热：发生于稳态温度场中的导热。
② 非稳态温度场：随时间而变化的温度场，温度分布与时间有关，),,,(τz y x f t =。
（设备启动和停车过程）非稳态导热：在非稳态温度场中发生的导热。
2．从空间坐标分： ① 三维温度场：温度与三个坐标有关的温度场，⎩⎨⎧==稳态非稳态),,(),,,(z y x f t z y x f t τ ② 二维温度场：温度与二个坐标有关的温度场，⎩⎨⎧==稳态非稳态),(),,(y x f t y x f t τ∆tt-∆tgrad t③ 一维温度场：温度只与一个坐标有关的温度场，⎩⎨⎧==稳态非稳态，)()(x f t x f t τ 二、等温面与等温线1．等温面(isothermal surface)：在同一时刻，物体内温度相同的点连成的面即为等温面。
2．等温线(isotherms)：用一个平面与等温面相截，所得的交线称为等温线。
为了直观地表示出物体内部的温度分布，可采用图示法，标绘出物体中的等温面（线）。
《传热学》课程思政内容与模式设计
《传热学》课程思政内容与模式设计一、课程思政内容1.传热学的基本原理：传热学是一门理论性较强的学科，主要研究介质（物质）散热、热量传递、热能表面耗散等热力学和热工计算等问题。
传热学的基本原理包括：热定律、传热学定律、热导数定律、热潮流方程、热拉伸体现象、传热变换原理等。
2.热量的损失：热量的损失主要包括介质渗透损失、介质散失、表面换热损失和尾气损失。
其中，介质渗透损失指的是在液体传热的过程中，介质有一定的渗流过程会导致热量的损失；介质散失指的是介质在散热过程中热量也会因为损失而迅速消失；表面换热损失指的是在接触表面间传热时，传热表面换热时热量也会逐渐损失；最后，尾气损失指的就是在废气中也会带走一定热量而导致热量损失。
3.热传导：热传导是指介质内热量在经过温度梯度作用下沿着温度梯度的方向运动的现象。
热传导的基本原理包括：介质小元间的热能传递，介质物质的热传导系数，介质物质温度梯度的大小，介质物质粘度的大小，介质物质的密度的大小等。
4.热传质：热传质是指介质内热量因为温度梯度的存在而导致热量在介质内穿越的现象，也就是传热。
热传质的基本原理包括：热传质系数、温度梯度方向等。
二、模式设计1.讲授模式：本课程主要采取讲授模式，老师借助微机及视频多媒体的展示，从传热学的基本原理以及热量的损失等方面给学生讲解传热学的基本概念，使学生能够深入理解传热学。
2.动手实践：本课程采取动手实践模式，重在学生熟练掌握传热学方法，能够根据给出的实验题目进行热传导实验，可以检测热能传递特征变化，并能够画出相关曲线，使学生对相关实验深入了解；同时，老师也根据学生情况，可以设计出数值计算的实验，以便学生从计算的角度适应传热学的基本原理。
3.讨论模式：在学习课程结束后，老师可以开展讨论模式，让学生介绍学习过程中所积累的知识，以及自己在巩固传热学的基本原理的过程中发现的问题，同时也可以加强学生之间的交流，有效提高课堂的效果。
（完整版）传热学知识点
（完整版）传热学知识点传热学主要知识点1. 热量传递的三种基本方式。
热量传递的三种基本方式：导热(热传导)、对流(热对流)和热辐射。
2. 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一般只发生在密实的固体中。
3. 对流（热对流）(Convection)的概念。
流体中（气体或液体）温度不同的各部分之间，由于发生相对的宏观运动而把热量由一处传递到另一处的现象。
4 对流换热的特点。
当流体流过一个物体表面时的热量传递过程，它与单纯的对流不同，具有如下特点：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5. 牛顿冷却公式的基本表达式及其中各物理量的定义。
q ' = h (t w - t ∞ )(w)= q 'A = Ah (t w - t ∞ )w / m 2h 是对流换热系数单位 w/(m 2 k) q ' 是热流密度（导热速率），单位(W/m 2)是导热量 W6. 热辐射的特点。
a 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；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。
7. 导热系数, 表面传热系数和传热系数之间的区别。
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。
表面传热系数：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、壁面形状大小等传热系数：是表征传热过程强烈程度的标尺，不是物性参数，与过程有关。
第一章导热理论基础1 傅立叶定律的基本表达式及其中各物理量的意义。
傅立叶定律（导热基本定律）：q ' = -k ?dT q ' = -k ?T = -k (i ?T + j ?T + k ?T) x ?dx ?x ?y ?zq ' = -k ?T n ?nT(x,y,z)为标量温度场圆筒壁表面的导热速率 q r= -kA dTdr = -k (2rL ) dT dr垂直导过等温面的热流密度，正比于该处的温度梯度，方向与温度梯度相反。
传热学-第2章
在导热体中取一微元体 热力学第一定律：
Q U W
W 0, Q U
d 时间内微元体中： [导入与导出净热量]+ [内热源发热量] = [热力学能的增加]
1、导入与导出微元体的净热量 d 时间内、沿 x 轴方向、经 x 表面导入的热量：
dQx qx dydz d
t t1
n i
x
i 1
t tn1
t1 t2 t3 t4
热阻：
r1
1 , , rn n 1 n
第二章 稳态热传导
三层平壁的稳态导热
30
q
t1 t n 1
由热阻分析法：
ri
i 1
n
t1 t n 1
i i 1 i
n
问：现在已经知道了q，如何计算其中第 i 层的右侧壁温？
第一章复习
(1) 导热
傅里叶定律：
(2) 对流换热 牛顿冷却公式： (3) 热辐射
斯忒藩－玻耳兹曼定律 ：
dt Φ A dx
Aht
A T 4
(4) 传热过程
(t f 1 t f 2 ) (t f 1 t f 2 ) Φ 1 1 Rh1 R Rh 2 Ah1 A Ah2
多层、第三类边条
tf1
q
tf1 tf 2 1 n i 1 h1 i 1 i h2
h1 t2 t3
h2 tf2
W 单位： 2 m
传热系数？ tf1
？
t1 t2 t3 t2
？ tf2
32
三层平壁的稳态导热
第二章 稳态热传导
一台锅炉的炉墙由三层材料叠合而成.最里面的是耐火黏土砖,厚 115MM;中间是B级硅藻土砖,厚125MM;最外层为石棉板,厚 70MM.已知炉墙内外表面温度分别为485℃ 和60 ℃ , 试求每平方 米炉墙的热损失及耐火黏土砖和硅藻土砖分界面上的温度。 解：各层的导热系数可根据估计的平均温度从手册中查出。第一 次估计的平均温度不一定正确，待算得分界面温度时，如发现不 对，可重新假定每层的平均温度。经几次试算，逐步逼近，可得 合理的数值。这里列出的是几次试算后的结果： W 3 0.116 /(m K ) W 1 1.12W /(m K ) 2 0.116 /(m K )
传热学一维稳态导热
传热学一维稳态导热传热学是物理学和工程学中一个重要的分支，研究热量在物质中的传递过程。
在传热学中，导热是其中一个重要的热传递方式。
导热是指热量通过传导传递，不涉及物质的移动。
在一维稳态导热的条件下，我们将详细介绍导热的基本原理和计算方法。
一维稳态导热的基本理论一维稳态导热是指热量沿一个方向传导，而且在传导过程中温度分布保持不变。
在一维稳态导热中，我们可以使用傅立叶热传导定律来描述热量的传导过程。
傅立叶热传导定律表明，单位时间通过导热展面的热流量与温度变化率成正比。
数学上可以表示为：$$ q = -k\\frac{{dT}}{{dx}} $$其中，q表示单位时间通过导热展面的热流量，k表示导热系数，dT表示温度的变化量，dx表示距离的微小变化量。
导热系数k是物质的属性，用于衡量物质传热的能力。
单位为W/(m·K)。
根据傅立叶热传导定律，可以得到温度随距离变化的微分方程。
在一维稳态导热中，由于温度分布保持不变，微分方程可以简化为：$$ q = -k\\frac{{dT}}{{dx}} = const $$这意味着在一维稳态导热中，热流量在传导过程中保持不变。
这是因为传热过程中能量守恒的原理。
一维稳态导热的计算方法在一维稳态导热的条件下，我们可以通过解微分方程来计算温度分布和热流量。
以下是一维稳态导热计算的基本步骤：1.确定热传导的边界条件：在一维稳态导热中，通常需要给定两个边界条件，例如温度或热流量。
这些边界条件用于确定问题的求解范围和约束条件。
2.确定物质的导热性质：导热系数k是物质传热能力的关键参数，需要根据材料的物性参数进行选择。
通常可以通过查表或实验来获取。
3.设定坐标系和建立微分方程：在一维稳态导热中，需要选择一个坐标系，并根据傅立叶热传导定律建立微分方程。
根据边界条件确定微分方程的边界条件。
4.求解微分方程：通过求解微分方程，可以得到温度随距离变化的数学表达式。
这将给出热流量和温度分布的解析解。
传热学基本原理及工程应用
传热学基本原理及工程应用传热学基本原理1三种热传递方式的特点和基本定律1）导热特点：从宏观的现象看，是因物体直接接触，能量从高温部分传递到低温部分， 中间没有明显的物质迁移。
导热基本定律是由法国物理学家傅里叶于 1822年通过实验经验的提炼、运用数学方法式中：'为导热热流量（W ），单位时间内通过某一给定面积的热量；A 为与热流方向2 垂直的面积（m ）； dT/dx 表示该截面上沿热流方向的温度增量，简称为温度梯度（ K/m ）; '是比例系数，称为导热系数或导热率［W/（m x K ）］，它是物体的热物性参数。
其值的大小 反映了物体导热能力的强弱；公式右边的“ -”号表征热流方向与温度梯度方向相反，2） 热对流 热对流是指由于流体的宏观运动使物体不同的流体相对位移而产生的热量传递现象。
特 点：只能发生在流体中； 必然伴随有微观粒子热运动产生的导热。
对流换热是指流体与固体 表面之间的热量传递。
热对流换热的基本定律是英国科学家牛顿（Newton ）于1701年提出的牛顿冷却定律：流体被加热时， =hA （T w -T f ）流体被冷却时，二 hA （T f 讥）式中：'为对流换热热流量（W ）； Tw 和Tf 分别表示壁面温度和流体温度（C 或K ）；2 2 A 为固体壁面对流换热表面积 （m ）； h 为对流换热系数，也称表面传热系数 W /（m «）］。
h 不是物性参数，其值反映了对流换热能力的大小，与换热过程中得许多因素有关。
3） 热辐射热辐射：由于物体内部微观粒子的热运动（或者说由于物体自身的温度） 而使物体向外 发射辐射能的现象。
在热量传递方式上，热辐射与热传导和热对流相比具有许多固有的特点：热辐射无需物体直接接触，可以在无中间介质的真空中传递，并且真空度越高，热辐 演绎得出，也称傅里叶定律: dTdx射传递效果越好。
在传递过程中伴随着能量形式的转换，即发射时将热能转换为辐射能，而被吸收时又将辐射能转换为热能。
传热学定律
传热学定律
传热学定律是指热量传递的基本规律，主要包括以下几个方面：1. 傅里叶定律：指出在导热过程中，单位时间内通过给定面积的热量，正比于该处的温度梯度，而方向与温度梯度相反。
傅里叶定律是传热学的基本定律之一，也是热力学第一定律在导热过程中的具体表现。
2. 牛顿冷却定律：指出当物体表面与周围环境温差为1℃时，每秒钟通过单位面积所传递的热量为一个常数，称为热流密度或热流量。
该定律适用于所有物体的冷却过程，包括气体、液体和固体。
3. 普朗特数：普朗特数是一个无量纲数，它表示流体的动量扩散能力与热量扩散能力的比值。
普朗特数是流体力学和传热学中的一个重要参数，对于研究流体流动和传热问题具有重要意义。
4. 斯蒂芬-玻尔兹曼定律：指出黑体的辐射能力与其表面温度的四次方成正比。
该定律是黑体辐射理论的重要基础之一，也被广泛应用于工程热力学和辐射测量学等领域。
5. 基尔霍夫定律：指出在任一给定温度下，从任一黑体中发射出的辐射能，与从同一黑体中吸收的辐射能之比，等于该温度下黑体的吸收率。
该定律是辐射换热学的基本定律之一，对于研究辐射换热问题具有重要意义。
这些传热学定律是传热学的基础理论，对于研究热量传递和热交换问题具有重要意义。
高等传热学
如果
0
常数
Dvi p 1 div(V ) fi 2vi D xi 3 xi
§1-2 基本守恒方程式
不可压缩流体，二维稳定流动，直角坐标系下
常数
u 2u 2u u p u v f x 2 2 y x y x x 2v 2v v v p u x v y f y y x 2 y 2
流体位移结果＋控制体内流体动量的时间变化率＝体积力＋表面力
§1-2 基本守恒方程式
v n vi dA
A
v i d f i d jj n j dA A
根据散度定理，
div v v v i i d f i d jj n j dA A
§1-1导热基本定律
Fourier定律 内容：热流密度在任一方向上的分量与该方向上 的温度变化率成正比。 dt 表达式： q n grad (t ) ▽t
dn
An
即
dt n dn t t q y q x y x
§1-3 正交坐标系中的基本方程式
第三节 正交坐标系中的基本方程式 一、正交坐标系
概念：三个坐标曲面相互正交，两个坐标曲面交线为坐标曲线或坐标轴。 推导：正交坐标的弧微分与正交坐标之间的关系 正交坐标系（u1，u2，u3），直角坐标系空间一点M（x，y，z）
dsi dx dy dz
( H H1 H 2 H3 )
dV ds1 ds2 ds3 H1 H 2 H3 du1du2du3 H du1du2du3
温度场分析理论总结
传热学基本理论：传热学是研究由温差引起的热能传递规律的科学,遵循热力学三大定律,热力学第一定律是在一个热力学系统内,能量可转换,即可从一种形式转变成另一种形式,但不能自行产生,也不能毁灭；热力学第二定律是凡是温差存在的地方就有热能自发地从高温物体向低温物体传递；热力学第三定律是一般当达到稳定平衡时,熵应该为最大值,在任何过程中,熵总是增加,但如果是等温熵的变化为零,可是理想气体实际并不存在,所以现实物质中,即使是等温可逆过程,系统的熵也在增加,不过增加的少; 在,任何完美晶体的熵为零;热能传递有三种基本方式,分别是热传导、热对流和热辐射;兹分别简述如下： 热传导：物体各部分之间不发生相对位移时,依靠分子、原子及自有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;通过对实际导热问题的经验提炼,导热现象的规律遵循傅里叶定律;根据傅里叶定律,单位时间内通过物体截面的导热热量与当地的温度变化率及截面面积成正比,即式中,λ是比例系数,称为导热率,又称导热系数,负号表示热量传递的方向与温度升高的方向相反;由上式可知当0dtdx<时,0ψ>,热量沿着x 轴增大的方向传递；当0dtdx>时,0ψ<,热量沿着x 轴减小的方向传递; 热传导的微分方程：热传导微分方程是基于傅里叶定律和传热学守恒定律得到的,兹将传热学微分方程作如下详细描述;导体内任一微元平行六面体及其坐标如图所示,根据傅里叶定律, 导入x x =、y y =、z z =微元平面的热量分别是：导出x x dx =+、y y dy =+、z z dz =+微元平面的热量亦可根据傅里叶定律写出如下：对于微元体,按照能量守恒定律,在任一时间间隔内有以下热平衡关系： 导入微元体的总热流量+微元体内热源生成热=导出微元体的总热流量+微元体热力学能增量其他两项的表达式为微元体热力学能增量=tcdxdydz ρτ∂∂ 微元体内热源生成热=dxdydz ψ由以上公式得： 热辐射：物体通过电磁波传递能量的方式称为辐射;物体会因各种原因发出辐射能,其中因热的原因而发出辐射能的现象称为热辐射;物体的辐射能力与温度有关,同一温度条件下不同物体的辐射和吸收本领不同;假想一理想物体黑体,它能吸收投入到其表面上的所有热辐射能量;黑体在单位时间内发出的热辐射热量由斯忒藩—玻耳兹曼定律揭示： 式中 A ——辐射表面积,2m ；σ——斯忒藩—玻耳兹曼常量,其值为()8245.6710/W m K -⨯⋅； T ——黑体的热力学温度,K ;实际物体的热辐射热量采用斯忒藩—玻耳兹曼定律的经验修正公式： 式中 ε——物体的发射率,其值小于1;物体表面的发射率取决于物质种类、表面温度和表面状况,即发射率只与发射辐射物体本身有关,而不涉及外界条件; 实际物体对辐射能的吸收吸收比：单位时间内从外界投入到物体的单位表面积上的辐射能称为投入辐射,物体对投入辐射所吸收的百分数称为该物体的吸收比;实际物体的吸收比取决于两方面的因素：吸收物体本身的情况和投入辐射的特性;吸收物体本身的情况指物质的种类、物体温度和表面状况;基尔霍夫定律揭示了实际物体辐射力与吸收比之间的关系,其关系式如下：实际物体辐射力=吸收比角系数热分析过程中涉及的物理量单位及相应的ANSYS代号热分析符号及单位热分析材料基本属性：与本次热分析相关的材料属性包括：比热容、传导系数、辐射系数;为了使得每一个节点的热平衡方程具有唯一解,需要附加一定的边界条件和初始条件,统称为定解条件;第一类边界条件,物体边界上的温度函数已知,用公式表示为：Γ是物体边界；0T 为已知温度；(),,,f x y z t 为已知温度函数;第二类边界条件,物体边界上的热流密度已知,用公式表示为：q 为已知热流密度；(),,,g x y z t 为已知热流密度函数;第三类边界条件,与物体相接触的流体介质的温度和换热系数已知,用公式表示为：f T 为流体介质的温度；a 为换热系数；f T 和a 可以是常数,也可以是随时间和位置变化的函数;初始条件是物体在传热过程开始时物体在整个区域中所具有的温度为已知值,用公式表示为：(),x y ϕ为已知温度函数;如果系统的净热流率为0,即流入系统的热量加上系统自身产生的热量等于流出系统的热量,则系统处于热稳态;热稳态的条件可表示为：稳态热分析中任一节点的温度不随时间变化,稳态热分析的能量平衡方程以矩阵的形式表示：式中[]K 为传导矩阵,包括导热系数、对流系数、辐射率和形状系数；{}T 为节点温度向量,{}Q 为节点热流率向量,包括热生成;瞬态传热过程是一个系统的加热和冷却过程,在这个过程中系统的温度、热流率、热边界条件以及系统内能都随时间有明显的变化;根据能量守恒原理,瞬态热平衡方程可表达为：式中[]K为传导矩阵,包括导热系数、对流系数、辐射率和形状系数；[]C为比热矩阵,考虑系统内能的增加；{}T为节点温度向量；{}T为温度对时间的导数；{}Q 为节点热流率向量,包括热生成;SF气体对辐射的影响以及在温度场分析作如何处理6分析550kV AIS/GIS电子式电流互感器温度场分析中的热传导方式以及热源工况分析掌握利用AUX12进行辐射热分析表面效应单元的应用。
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可以不借助中间媒介，可在真空中传播
物体间以热辐射进行热量传递是双向的
高温 物体
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低温 物体
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热辐射计算公式
以无限大平行黑平板间换热为例：
A1(T14 T24 )
其中：ε 为发射率。 注意：
– –
T1
T2
与温度的4次方成正比！ 高温时，辐射换热非常重要
原子及自由电子等微观粒子的热运动而产生的 热量传递。
导热的特点：
– – – –
依靠分子、原子及自由电子等微观粒子热运动而传 递热量； 必须有温差； 物体直接接触； 可以在固体、液体、气体中发生。
3
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热传导机理
气体中：气体分子不规则热运动时相互碰撞。 导电固体中：自由电子的运动。 非导电固体中：晶格结构振动。 液体中：兼有气体和固体导热的机理。
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气体辐射
具有辐射和吸收能力的气体，其辐射和吸收特性具有明显 的选择性
对于燃烧数值模拟而 言，CO2和H2O是常 见产物，加上燃烧温 度高，因此其辐射影 响必须充分考虑。
水蒸汽辐射光带为
二氧化碳辐射光带为
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气体辐射
0
x
：热流量， q：热流密度
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导热系数
材料名称 银 铜 软钢 不锈钢 木料 石棉 水 空气 λ/W/(mK) 415 380 45.0 19.0 0.17 0.17 0.60 0.026 一般范围：
气体 0.006～0.6W /(mK)
液体 0.07～0.7W /(mK) 金属 6～470W /(mK)
4
4
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气体辐射
各种气体辐射和吸收特性差异较大 单原子气体和某些分子结构为对称型双原子气体(如O2 、N2、H2等)，仅具有微弱的辐射和吸收能力，一般可 认为属热辐射的透明介质； 三原子、多原子及分子结构为不对称型的双原子气体 （如CO2、H2O(g)、SO2、CH4、CO）等，具有较强 的辐射和吸收能力。
气体的辐射和吸收是在其整个容积内进行的
固体和液体的辐射和吸收是在表面进行的，而气体则在其整个容 积内进行的。 光带内辐射能量减弱的程度与射线行程以及气体的温度、分压力 有关，其规律服从贝尔定律
I , s I , 0 e k s
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谢谢大家！
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2013/11/17
热传导傅立叶定律
Fourier定律
dt t A dx dt t q A dx A
导热系数
t
dx
t w1
dt
Q
t w2
λ 表征材料导热性能优劣的参 数，是一种物性参数，单位： w/(mk)
壁面面积
tw t
h 表面传热系数（W/m2.K）
注：h不是物性参数
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表面传热系数h的影响因素
流体的物性（导热率、粘度、密度、比热容等） 流体流动的形态（层流、湍流） 流动的成因（自然对流、受迫对流） 物体表面的形状、尺寸 换热时流体有无相变（凝结、沸腾）
q h t
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热辐射
热辐射定义:由热运动产生的，以电磁波形式传递能量 的现象 辐射换热：辐射与吸收过程的综合作用造成了以辐射 方式进行的物体间的热量传递。 特点
– – –
所有温度大于0K的物体都具有发射热辐射的能力，温度越高， 发射热辐射的能力就越强；T应用培训—张光学
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发射率
实际物体的辐射力与同温度下黑体辐射力的比值，称为 黑度（发射率）。
E Eb
黑度仅仅与物体表面自身的辐射特性相关，也就是与物 体的种类和它的表面特征相关以及和物体的温度相关， 而与物体外部的情况无关。
T E Eb T C0 100
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对流换热特点
是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
壁面处会形成速度梯度很大的边界层。
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牛顿冷却公式
h A t q h t
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9
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导热系数
随着温度升高： • 金属：λ降低 • 气体：λ增大 • 液体：不一定 • 对于燃烧数值模拟，由 于温度变化范围大，一 般要将导热系数设为温 度的函数。 • 即: λ=λ(T)
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对流（convection）
定义：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。 注意：对流仅发生在流体中，对流的同时必伴随有导热 现象。 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。
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1.2 传热学基本理论
张光学 博士、副教授
Tel: 135-7546-4222 zhangguangxue@ 2013/11/17
热量传递的基本方式
热传导、对流、辐射
对流
辐射
热传导
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热传导
物体各部分之间不发生相对位移时，依靠分子、