《传热学热传导》PPT课件
合集下载
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,)
.
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
(完整PPT)传热学
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。在非稳态导热过程中，热流 密度和温度分布会发生变化，通常需要考虑时间因素对导热过程的影响。
热辐射基本概念和定律
普朗克定律
基尔霍夫定律
在热平衡状态的物体所辐射的能 量与吸收的能量之比与物体本身 物性无关,只与波长和温度有关。
给出了黑体辐射力随波长的分布 规律。
斯蒂芬-玻尔兹曼定律
黑体的全波长辐射力与温度的四 次方成正比。
热辐射定义
维恩位移定律
物体由于具有温度而辐射电磁波 的现象。
黑体的最大单色辐射力对应的波 长与绝对温度成反比。
流体物性
包括密度、粘度、导热系数等，影响流动状态和传热效率。
流动状态
层流或湍流，影响传热系数和温度分布。
传热表面形状和大小
影响流动边界层和传热面积，从而影响传热效率。
温度差
传热驱动力，温差越大，传热速率越快。
牛顿冷却定律及其应用
牛顿冷却定律
描述对流换热过程中，传热速率与温差之间的关系，即q = h(Tw - Tf)，其中q为传热速率，h为对流换热系数，Tw和Tf 分别为壁面温度和流体温度。
(完整PPT)传热学
contents
目录
• 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
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。在非稳态导热过程中，热流 密度和温度分布会发生变化，通常需要考虑时间因素对导热过程的影响。
热辐射基本概念和定律
普朗克定律
基尔霍夫定律
在热平衡状态的物体所辐射的能 量与吸收的能量之比与物体本身 物性无关,只与波长和温度有关。
给出了黑体辐射力随波长的分布 规律。
斯蒂芬-玻尔兹曼定律
黑体的全波长辐射力与温度的四 次方成正比。
热辐射定义
维恩位移定律
物体由于具有温度而辐射电磁波 的现象。
黑体的最大单色辐射力对应的波 长与绝对温度成反比。
流体物性
包括密度、粘度、导热系数等，影响流动状态和传热效率。
流动状态
层流或湍流，影响传热系数和温度分布。
传热表面形状和大小
影响流动边界层和传热面积，从而影响传热效率。
温度差
传热驱动力，温差越大，传热速率越快。
牛顿冷却定律及其应用
牛顿冷却定律
描述对流换热过程中，传热速率与温差之间的关系，即q = h(Tw - Tf)，其中q为传热速率，h为对流换热系数，Tw和Tf 分别为壁面温度和流体温度。
(完整PPT)传热学
contents
目录
• 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
《热传导》课件(32张PPT)
动手
热传导实验总结
热可以从物体的某一局部传递到另一局部，也可以通过接 触，从一个物体传递给另一个物体，这种传热方式叫作热 传导。热传导时，热总是从温度较高处传到温度较低处。
交流
三、热传导应用
生活中有许多热传导的事例，你能说说它们的传热过程吗？
分组交流请注意：两个物体需要直接接触，并且一个温度高一个 温度低，也就是有温差出现，才会发生热传导
2.一个物体受热后，热的传递方向是〔 A 〕 A.向四周传递 B.沿直线从一端向另一端传递 C.无法确定，需根据具体情况而定
课堂练习
3.以下热传导过程不正确的选项是B 〔 〕 A.电熨斗金属底板→衣服 B.冰块→纱布→皮肤 C.水槽热水→玻璃杯→杯里的冷水
4.热传导的速度描述正确的一项为哪一A 项〔 〕
交流
班级交流
烙饼 火的热传递给锅面，饼与锅面接触， 热传递给饼，饼受热变熟了。
量体温
人体将热传给体温计的感温探头，感温探头变 热，直到与人体温度相同，热传导就会停止。 此时体温计上显示的温度就是人体的温度。
交流
热敷或冷敷
冷敷或热敷：冷敷是皮肤的热传递给布包里 的冰块，皮肤的温度降低，到达减慢血液循 环的目的；热敷是布包里的热传递给皮肤， 皮肤温度变高，以加快血液循环。
A.先快后慢 B.先慢后快 C.匀速传递
课堂总结
这节课，我们通过观察热在金属片和液体中的传递过程， 归纳热传导的概念。讨论生活中常见的热传导现象，总结 出固体、液体、气体之间通过接触都可以有热传导现象的 发生。同时，还能解释生活中热传导的现象。
板书设计
热传导
同一物体：一部分→另一部分 特点：高→低
动手
实验设计
①将凡士林均匀地涂在两块金属片上。 ②用试管夹夹住金属片的一端，加热金属片的另一端，
高等传热学-热传导理论幻灯片
4 导热微分方程及定解条件
描述导热过程中的温度场 。 各向同性、热传递速度无限大、温度场光滑时（满足傅立叶 定律成立的条件），由能量守衡得（常物性）
12:03
Copyright by HIT
哈尔滨工业大学航空航天热物理研究所
有了方程以后还要有单值性条件以确定某个问题的定解。导 热微分方程只反应了导热问题的共性，每个确定的导热问题 还有其个性。 单值条件 1)几何条件：物体形状、大小； 2)物理条件：材料的热物性； 3)时间条件：说明过程进行在时间上的特点； 4)边界条件：说明在物体边界上，热过程进行的特点，反应
12:03
Copyright by HIT
哈尔滨工业大学航空航天热物理研究所
傅里叶定律例题1，任意方向的热流密度
12:03
Copyright by HIT
哈尔滨工业大学航空航天热物理研究所
傅里叶定律例题2，沿边界面总换热
12:03
Copyright by HIT
哈尔滨工业大学航空航天热物理研究所
规则的周期性变化：温度是时间的简谐函数。
由于周期性问题与工程问题相差较远重点为瞬态导热问题。
12:03
Copyright by HIT
哈尔滨工业大学航空航天热物理研究所
2.瞬态导热的物理过程 以第三类边界条件为例，以BI数区分几种情况讨论。
1) 内热阻远远小于外热阻 特点：内热阻小，物体内部温差小，内部温度趋于一致。
12:03
Copyright by HIT
时间条件的一般表达式
哈尔滨工业大学航空航天热物理研究所
三类边界条件的一般表达式
12:03
Copyright by HIT
哈尔滨工业大学航空航天热物理研究所
描述导热过程中的温度场 。 各向同性、热传递速度无限大、温度场光滑时（满足傅立叶 定律成立的条件），由能量守衡得（常物性）
12:03
Copyright by HIT
哈尔滨工业大学航空航天热物理研究所
有了方程以后还要有单值性条件以确定某个问题的定解。导 热微分方程只反应了导热问题的共性，每个确定的导热问题 还有其个性。 单值条件 1)几何条件：物体形状、大小； 2)物理条件：材料的热物性； 3)时间条件：说明过程进行在时间上的特点； 4)边界条件：说明在物体边界上，热过程进行的特点，反应
12:03
Copyright by HIT
哈尔滨工业大学航空航天热物理研究所
傅里叶定律例题1，任意方向的热流密度
12:03
Copyright by HIT
哈尔滨工业大学航空航天热物理研究所
傅里叶定律例题2，沿边界面总换热
12:03
Copyright by HIT
哈尔滨工业大学航空航天热物理研究所
规则的周期性变化：温度是时间的简谐函数。
由于周期性问题与工程问题相差较远重点为瞬态导热问题。
12:03
Copyright by HIT
哈尔滨工业大学航空航天热物理研究所
2.瞬态导热的物理过程 以第三类边界条件为例，以BI数区分几种情况讨论。
1) 内热阻远远小于外热阻 特点：内热阻小，物体内部温差小，内部温度趋于一致。
12:03
Copyright by HIT
时间条件的一般表达式
哈尔滨工业大学航空航天热物理研究所
三类边界条件的一般表达式
12:03
Copyright by HIT
哈尔滨工业大学航空航天热物理研究所
传热导热传热导热教程PPT课件
z
t z
dxdydzd
在dτ时间内，微元体中内热源的发热量为：
【2】 qV dxdydzd
第33页/共63页
2.2 导 热
2、导热微分方程式
在dτ时间内，微元体中热力学能的增量为：
【3】= c t dxdydzd
代入上式整理简化得：
t
2t
c
x
2
2t y2
2t z 2
qV
c
或写成： t a2t qV
说明
在实际计算时，导热系数值常取物体两极端温度的算术平均值。即：
或： 4)气体的导热系数：表2-1
av
o
b t1
t2 2
av
o (1
t1
t2 2
)
大多数气体导热系数在0.0058～0.58w/m·℃,与气体的压力无关，随温度 的升高而增大。混合气体的导热系数不遵循加和法则，用实验测定。
第24页/共63页
第25页/共63页
2.2 导 热
1、导热的基本概念及定律
耐火、隔热和建筑材料的导热系数： 影响该类材料的导热系数的因素很多。有温度、材料的气孔率、湿度等，一般在 0.025～3.0w/m·℃。 温度升高，这类材料除镁砖外，其导热系数随之增大。工程上把λ<0.22W/m·℃的 材料称为绝热材料，它具有多孔结构。
2.2
1、导热的基本概念及定律
导热
温度场表示为
t f x, y, z,
上式的温度t不仅与坐标x、t、z有关，而且和时间t有关，即：
这样的温度场 分两种：
t 0
不稳定温度场
t 0 加热
冷却
t 0
第15页/共63页
2.2
传热学--导热理论基础--ppt课件精选全文
此时表观热导率最小。最佳密度一般由实验确定。
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）
《热传导》ppt课件
热传导时，热总是从温度较高处传到温度较低处 电烙铁 吹头发 冷敷或热敷 量体温
烙饼 糖炒栗子
6 生活中的热传导
§生活中有许多热传导的事例，你能说说它们的传热过程吗？
电烙铁作画
电烙铁通电后温度升高， 把热传递给与其接触的木 板，接触点的木板受热后 颜色发生改变，利用这种 颜色变化完成作品。
总结
热传导
定义 方向
生活中的例子
热可以从物体的某一部分传递到另一部分，也可以通过接触，从一 个物体传递给另一个物体，这种传热方式叫作热传导。
6 生活中的热传导
§生活中有许多热传导的事例，你能说说它们的传热过程吗？
冷敷或热敷
冷敷是皮肤将热传递给布包里 的冰块，皮肤温度降低，从而 减慢血液循环；热敷是布包将 热传递给皮肤，皮肤温度升高， 从而加快血液循环。
6 生活中的热传导
§生活中有许多热传导的事例，你能说说它们的传热过程吗？
吹头发
电吹风通电后将吹出气体的 热传递给头发，头发温度升 高 ；另外电吹风吹出气体， 加速了空气流动。这两个因 素共同作用，使头发上的水 快速蒸发。
热传导时，热总是从温度较高处传到温度较低处。
6 生活中的热传导
§生活中有许多热传导的事例，你能说说它们的传热过程吗？
烙饼
火将热传递给锅面，饼 与锅面接触，锅面再将 吸收的热传递给饼， 饼 受热变熟了。
6 生活中的热传导
§生活中有许多热传导的事例，你能说说它们的传热过程吗？
量体温
人体将热传递给体温计 的感温探头，感温探头 变热，直到与人体温度 相同，热传导就会停止。 此时体温计上显示的温 度就是人体温度。
3 研究热在金属中的传(活动手册P4)
4 研究热的传递
玻璃杯里的热水温度 会怎样变 化 ？ 水槽 中的冷水温度又会怎 样变化 ？
烙饼 糖炒栗子
6 生活中的热传导
§生活中有许多热传导的事例，你能说说它们的传热过程吗？
电烙铁作画
电烙铁通电后温度升高， 把热传递给与其接触的木 板，接触点的木板受热后 颜色发生改变，利用这种 颜色变化完成作品。
总结
热传导
定义 方向
生活中的例子
热可以从物体的某一部分传递到另一部分，也可以通过接触，从一 个物体传递给另一个物体，这种传热方式叫作热传导。
6 生活中的热传导
§生活中有许多热传导的事例，你能说说它们的传热过程吗？
冷敷或热敷
冷敷是皮肤将热传递给布包里 的冰块，皮肤温度降低，从而 减慢血液循环；热敷是布包将 热传递给皮肤，皮肤温度升高， 从而加快血液循环。
6 生活中的热传导
§生活中有许多热传导的事例，你能说说它们的传热过程吗？
吹头发
电吹风通电后将吹出气体的 热传递给头发，头发温度升 高 ；另外电吹风吹出气体， 加速了空气流动。这两个因 素共同作用，使头发上的水 快速蒸发。
热传导时，热总是从温度较高处传到温度较低处。
6 生活中的热传导
§生活中有许多热传导的事例，你能说说它们的传热过程吗？
烙饼
火将热传递给锅面，饼 与锅面接触，锅面再将 吸收的热传递给饼， 饼 受热变熟了。
6 生活中的热传导
§生活中有许多热传导的事例，你能说说它们的传热过程吗？
量体温
人体将热传递给体温计 的感温探头，感温探头 变热，直到与人体温度 相同，热传导就会停止。 此时体温计上显示的温 度就是人体温度。
3 研究热在金属中的传(活动手册P4)
4 研究热的传递
玻璃杯里的热水温度 会怎样变 化 ？ 水槽 中的冷水温度又会怎 样变化 ？
(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
4.1-传热概述及热传导PPT课件
1．可表示为
Q
(t1
t2 ) b
t R
导热推动力 导热热阻
A
推动力： t (t1 t2 )
热阻： R b
A
2．分析平壁内的温度分布
b
t2
Qdx Adt
0
t1
上限由 x b时，t t2 改为 x x时，t t
定义
通过等温面的导热速率与温度梯度及传热面积成正比， 而热量传递的方向则与温度升高的方向相反。
dQ dA t n
dQ dA t
n
：导热系数，w/(m﹒oC)
Jean Baptiste Joseph Fourier
(1768 –1830)
由于导热方向为温度下降的方向，故需.在右端加一负号。
25
4.2.1 傅立叶定律（Fourier's Law）
4.2.1 傅立叶定律（Fourier's Law）
2.液体的导热系数 金属液体－导热系数λ较高
液体 非金属液体－导热系数λ较低
液态金属的导热系数比一般液体的高，其中熔融的纯钠具有较高的导热系 数。液体的导热系数基本上与压强无关。
a. 在非金属液体中，水的导热系数最大。
b. 金属液体: T↑，λ液↓
适用范围：一般气体介质之间，使用不多。
.
高温流体
低温流体 蓄热体 12
4.1.2 传热过程中冷、热流体的接触方式
➢ 间壁式换热
特点：冷热两种流体被一固体间壁所隔开，
在换热过程中，两种流体互不接触，热量
由热流体通过间壁传给冷流体。
热 流
优点：传热速度较快，适用范围广，热量
体
的综合利用和回收便利。
缺点：造价高，流动阻力大，动力消耗
传热之热传导PPT课件
方向：垂直于等温面，沿 温度增加的方向， 与热量传递的方向 相反
第4页/共18页
热传导
热传导的基本概念和定律
傅立叶定律 热传导的基本定律，表示单位时间内传导的热量与温
度梯度及垂直热流方向的截面积成正比
传热方向和温度梯度相反
导热速率 W
dQ dA t
x
导热面积
温度梯度
物质热导率
m2
W/m•K ➢ 物质的物理性质之一，λ越大,导热越快，导热性能越好
热传导
通过平壁的定态热传导
例 某炉膛由三种材料的平砖构成，内层为耐火砖，厚度为150 mm；中间层为绝热层砖，厚度
为130 mm；外层为普通砖，厚度为230 mm。已知炉内外壁表面温度分别为900 ℃和40 ℃，
求耐火砖与绝热砖之间的温度。（热导率w/(m•℃),：耐火砖1.15，绝热砖0.15，普通砖0.8）
解 示意图如图所示
Q1 Q
900 ℃
t1 t2
t1 t4
b1
b1 b2 b3
40 ℃
1A 1A 2 A 3 A
b1=150 mm
b3=230 mm
b2=130 mm
等号两侧消去A， 代入数据得
t2 812.70C
第10页/共18页
热传导
通过圆筒壁的定态热传导
L
dQ dA t
x
模型条件：1. 定态传热，即传热速率为常数，但热通量变化； 2. 圆筒壁长L，内外径为r1、r2； 3. 内外壁温度恒定，分别为t1、t2.
本章章节
第一节 概述（重点） 第二节 热传导（重点） 第三节 对流传热（重点） 第四节 传热过程计算（重点） 第五节 对流传热系数经验关联式 第六节 辐射传热 第七节 换热器
工程热力学与传热学第十章 热传导.ppt
10-1 温度场的描述方法
等温面 Isothermal surface：同一时刻、温度 场中所有温度相同的点连接起来所构成的面。
等温线：温度场中具有相同温度的点连接形 成的线。用一个平面与各等温面相交，在这 个平面上得到一个等温线簇。
10-1 温度场的描述方法
等温面与等温线的特点 (1) 温度不同的等温面或等温线彼此不能相交 (2) 在连续的温度场中，等温面或等温线不会中断，
-648.3
-626.8
-1000 -950 -900
-850 -800
-728.9 -712.2
17
-623.4
-629.9
-750 -700
-709.7 -697.5
-704.9
-695.7
-662.1
-667.4
-632.4
-644.9
-700
-650
10-1 温度场的描述方法
Temperature gradient
of the temperature gradient and opposite to its sign. —— Joseph Fourier, 1822
主要内容
10-1 温度场的描述方法 (Thermal field) 10-2 Fourier导热定律 (Law of Fourier conduction) 10-3 导热控制方程 (Governing equations) 10-4 Fourier导热定律的应用(Application)
Conduction is the transfer of energy from the more energetic particles of a substance to the adjacent less energetic ones as a result of interactions between the particles. Conduction can take place in solids, liquids, or gases. In gases and liquids, conduction is due to the collisions and diffusion of the molecules during their random motion. In solids, it is due to the combination of vibrations of the molecules in a lattice and the energy transport by free electrons. A cold canned drink in a warm room, for example, eventually warms up to the room temperature as a result of heat transfer from the room to the drink through the aluminum can by conduction.
最新传热学第二章 稳态热传导PPT课件
实用计算中，大多数材料的导热 系数都可以用线性近似关系，即 λ= λ0（a+bt），式中，t为温度， a,b为常量， λ0是直线段的延长线 在纵坐标轴上的截距。
3 、保温材料（隔热、绝热材料）
把导热系数小的材料称保温材料。我国规
t 定： ≤ 350 ℃ 时， ≤ 0.12w/mk 保温材
料导热系数界定值的大小反映了一个国家保 温材料的生产及节能的水平。 越小，生产及 节能的水平越高。
传热学第二章 稳态热传导
1.重点内容：
① 傅立叶定律及其应用； ② 导热系数及其影响因素； ③ 导热问题的数学模型。
2.掌握内容：一维稳态导热问题的分析解法 3.了解内容：多维导热问题
导热特点
1)物体之间不发生宏观相对位移。
2)依靠微观粒子（分子、原子、电子等）的无规 则热运动。
3)是物质的固有本质。
微元体的导热热平衡分析
① 通过 x=x 、 y=y 、 z=z ，三个微元表面而导 入微元体的热流量：фx 、фy 、фz 的计算。 根 据傅立叶定律得
x
t x
dydz
y
t y
dxdz
(a) 通过 x=x+dx 、 y=y+dy 、 z=z+dz 三个微元 表面而导出微元体的热流量ф x+dx 、ф y+dy 、ф z+dz 的计算。根据傅立叶定律得：
物体的温度场通常用等温面或等温线表示。
等温线图的物理意义： 若每条等温线间的温度间隔相等时，等
温线的疏密可反映出不同区域导热热流 密度的大小。
三 、导热基本定律
1 、导热基本定律（傅立叶定律） 1 ）定义：在导热现象中，单位时间内通过给 定截面所传递的热量，正比例于垂直于该截 面方向上的温度变化率，而热量传递的方 向与温度升高的方向相反，即 ~ t
传热学-导热基本原理PPT课件
[导入与导出净热量] + [内热源发热量] = [内能增量]
①导入微元体的热量(Fourier Law) 沿x轴方向、经x表面导入的热量：
③导出微元体的热量
沿 x 轴方向、经 x+dx 表面导出 的热量
dz
dy
dx
z
y
x
沿x 轴方向导入与导出微元体净热量
同理可得：
沿 y 轴方向导入与导出微元体净热量
非稳态温度场
一维温度场 二维温度场 三维温度场
均匀温度场： 温度场中的温度沿三个坐标方向都不变化。
2.等温线，等温面
①定义：同一瞬间温度相等的各点连成的线或面 称为等温线或等温面
②特点： (1) 温度不同的等温面或等温线彼此不能相交 。 (2) 在连续的温度场中，等温面或等温线不会中 断。它们或者是物体中完全封闭的曲面（曲线）， 或者终止于物体的边界上。
1. 圆柱坐标系（r, , z）
q
gradt
t
t r
er
1 r
t
e
t z
ez
2. 球坐标系（r, ，）
q
gradt
t
t r
er
1 r
t
e
1
r sin
t
e
2-3 初始条件和边界条件
导热微分方程式描写物体的温度随时间和空间变 化的关系；没有涉及具体、特定的导热过程。是通 用表达式。
性参数 、 、c 和 的数值，是否随温度 和压力变
化；有无内热源、大小和分布
时间条件：说明在时间上对流换热过程的特点 稳态对流换热过程不需要时间条件 — 与时间无关
边界条件：说明对流换热过程的边界特点
①初始条件 对非稳态导热过程，给出的是导热物体在过
①导入微元体的热量(Fourier Law) 沿x轴方向、经x表面导入的热量：
③导出微元体的热量
沿 x 轴方向、经 x+dx 表面导出 的热量
dz
dy
dx
z
y
x
沿x 轴方向导入与导出微元体净热量
同理可得：
沿 y 轴方向导入与导出微元体净热量
非稳态温度场
一维温度场 二维温度场 三维温度场
均匀温度场： 温度场中的温度沿三个坐标方向都不变化。
2.等温线，等温面
①定义：同一瞬间温度相等的各点连成的线或面 称为等温线或等温面
②特点： (1) 温度不同的等温面或等温线彼此不能相交 。 (2) 在连续的温度场中，等温面或等温线不会中 断。它们或者是物体中完全封闭的曲面（曲线）， 或者终止于物体的边界上。
1. 圆柱坐标系（r, , z）
q
gradt
t
t r
er
1 r
t
e
t z
ez
2. 球坐标系（r, ，）
q
gradt
t
t r
er
1 r
t
e
1
r sin
t
e
2-3 初始条件和边界条件
导热微分方程式描写物体的温度随时间和空间变 化的关系；没有涉及具体、特定的导热过程。是通 用表达式。
性参数 、 、c 和 的数值，是否随温度 和压力变
化；有无内热源、大小和分布
时间条件：说明在时间上对流换热过程的特点 稳态对流换热过程不需要时间条件 — 与时间无关
边界条件：说明对流换热过程的边界特点
①初始条件 对非稳态导热过程，给出的是导热物体在过
- 1、下载文档前请自行甄别文档内容的完整性，平台不提供额外的编辑、内容补充、找答案等附加服务。
- 2、"仅部分预览"的文档,不可在线预览部分如存在完整性等问题,可反馈申请退款(可完整预览的文档不适用该条件!)。
- 3、如文档侵犯您的权益，请联系客服反馈,我们会尽快为您处理(人工客服工作时间：9:00-18:30)。
n s k
非稳态 qw f
边界条件： 给定导热体各边界上的热状态。
第三类边界条件： t f
h
k
t n
s
hts源自tf稳态 t f ,h 与时间无关 非稳态 t f ,h 与时间函数关系
20
3.2.4 稳态导热分析与计算
1) 一维稳态导热
① 通过单层平壁的导热
已知:平壁的两个表面分别维持均匀且恒定的温 度tw1和tw2，无内热源，壁厚为δ。 解：导热系数k常数，无内热源、一维、稳态导热微分方程式
求：各层间分界面上的温度。
解：
q
tw1 tw4 1 2 3
k1 k2 k3
tw1 tw2 q
1
k1
tw2 tw3 q
2
k2
tw3 tw4
3
q
k3
tw1 tw4 1 2 3
q
k1 k2 k3
tw2
t w1
q1
k1
tw3
q 3
k3
tw4
q tw1 tw(m1)
1
t t0 0
1 0
2
t
3
t t0 0
2 1
t t0 1 0
2 1
-x o x
BBii
与外界条 件无关
-x o x
Bi0有Bi 限大小
同时受内部、外界 条件影响
-x o x
BBii0 0
与内部条 件无关
29
集总参数法分析求解
1 定义：忽略物体内部导热热阻、认为物体温度均匀一致分析方法。此
拉普拉斯方 程
d 2t dx2 0
18
2）径向坐标系 圆柱坐标系
球坐标系
c dt d
1 r
(kr t ) r r
1 r2
(k
t ) (k
z
t ) q z
c dt d
1 r2
r
(kr2
t ) r
1
r 2 sin 2
(k
t )
1
r 2 sin 2
(k sin
t ) q
三类边界 条件
(x, y) 2 (1)n1 1 sin n x sinh(n y / b)
n1
n
b sinh(n / b)
25
b、形状因子法
形状因子
Q k A t
SA
Q kS(t1 t2 )
例：一传达室，室内面积为3×4(m2)，高度为2.8m，红砖墙厚度为240mm， 红砖的导热系数为0.43W/(m.K)。已知墙内表面温度为20℃，外表面温度 为－5 ℃，求通过传达室四周墙壁的散热量。
q qxi qy j qzk
14
温度梯度表示的傅里叶定律：
t
dQn
kdA n
qn
dQn dA
k t n
q
kgradt
k
t
n
n
3.2.2 物质的导热特性
k
q
t
n
n
k q gradt
导热系数：物体中单位温度降度单位时间通过单位面积的导热量。是物质
的固有属性之一，衡量物质的导热能力，大小取决于材料的成分、内部结 构、密度、温度、压力和含湿量。
有如下三种可能：
1.Rh Rk 对流换热很快，忽略对流 2.Rh Rk 传导换热很快，忽略导热
3.Rh Rk 都存在
Rk Rh
Rk 0 Rh Rk 有限大小 Rh
t
tf
h
0
x
28
毕渥B数i －RBk i k h
Rh 1 h k
Bi 准数对无限大平壁温度分布的影响
t
t
t
0
3
2
Q Aht
q ht
7
热辐射：依靠物体表面对外发射可见和不可见的电磁波来传递能量。 不需要直接接触。
物体内能
电磁波能
物体内能
共同 辐射换热 作用
辐射 吸收
辐射换热特征
传热方式：非接触 能量的转移中伴随着能量形式的转换
影响因素：温度以及物体的属性和表面状况。
8
黑体是指能吸收投入到其表面上的所有热辐射能的物体。
13
温度梯度：自等温面上某点到另一个等温面，以该点法线方向的温度变化率 为最大。以该点法线方向为方向，数值正好等于这个最大温度变化率的矢量 称为温度梯度，用gradt表示，正向是朝着温度增加的方向。
gradt
t
n
n
gradt
t
i
t
j
t
k
x y z
热流密度矢量(热流矢量) 取等温面上某点，以通过该点最大热流密度的方向 为方向，数值正好等于沿该方向热流密度的矢量称为热流密度矢量(热流矢 量）。
定解条件包括：几何条件 、物理条件 、初始条件和边界条件。
第 几 物第一何理二类条条类边件件边界：：界条条件件给导定热t导体s热各体物的理tw几参何数形的非稳状大稳态、小态尺、寸内ttww及热相源常 对分f 位布数置状况
初始条q件： s
qw
=或0时， 导t热体内qw的温度稳分态布。稳q态w 无 初常始数条件。
2
• 传导传热 • 对流换热 • 热辐射 • 传热过程与换热器
3
传热学基础（重点掌握）
• 传热的基本方式与热流速率的基本方 程
• 传热热阻（类比电阻）
3.1.1 传热的基本方式与热流速率的基本方程
热力学第二定律：热量总是自发地、不可逆地从高温处流向低温处。 即：有温差存在，就会出现热量的传递。
解：
S1
A1
3 2.8 0.24
35m
S2
A2
4 2.8 0.24
46.67m
S3 0.54l 0.54 2.8 1.512m
Q 2S1 2S2 4S3 kt 2185.10W
26
3.2.5 非稳态导热
非稳态导热基本概念 瞬态导热：物体的温度随时间的推移逐渐趋近于恒定的值周期性 导热：物体的温度随时间周期性变化
ln(r2 / r1 )
通过多层圆筒壁的导热
Rk
t Q
ln(d 2 / d1 )
2kl
Q
2l(t1 t4 )
ln(d 2 / d1 ) / k1 ln(d3 / d 2 ) / k2 ln(d4 / d 3 ) / k3
24
④多维稳态导热
a、二维、稳态导热问题分析解法 例：二维矩形物体的三个边界温度均为t1，第四 个边界温度为t2，无内热源，导热系数k为常数， 确定物体中的温度分布。
n i
i1 ki
22
Rt
1 k1
( k2 2
k3 )1 2
4 k4
q
tw1 tw4
1 ( k2 k3 ) 1
4
k1
2
2
k4
R2
R1
R4
R3
23
c t
1 r
r
(kr
t r
)
1 r2
(k
t ) (k z
t ) q z
③通过圆筒壁的导热
已知：一个内外半径分别为 r1 、r2的圆筒壁，其内、 外表面温度分别维持均匀恒定的温度t1和t2。 求：通过圆筒壁的导热量及壁内的温度分布。
物体的温度变化过程：
t1
t0
非正规状态阶段
4 3
温度分布主要受 初始温度分布控制
正规状态阶段
2
温度分布主要取决
1
于边界条件及物性
稳态阶段
0
27
正规状态阶段非稳态导热的温度变化规律
以第三类边界条件为重点
问题的分析
tf
如图所示，存在两个换热环节：
h
a 流体与物体表面的对流换热环节
Rh 1 h
b 物体内部的导热 Rk k
斯蒂芬-玻尔兹曼（Stefan-Boltzmann）定律：
Q AT 4
经验修正
Q AT 4
四次方定律
5.67 10 8 w /(m2 K ) 斯蒂芬-玻尔兹曼系数
物体辐射率，其值<1
例：两块非常接近的互相平行的壁面间的辐射换热:
Q 1A1 (T14 T24 )
9
3.1.2 传热热阻
d 2t dx2
dt tw2 tw1 dx
0
t=C1x+C2
x= 0 时t= tw1 x=δ时t= tw2
t
tw2 tw1
x
tw1
表面积
q k(tw1 tw2 ) k t 为A
Q A k t
21
② 通过多层平壁的导热
已知：各层的厚度δ1、δ2、δ3，各层的导热系 数 k1 、k2和k3及多层壁两表面的温度tw1和tw4。
传热机理
热传导
传热过程与 时间的关系
热对流
稳态 t 0
非稳态 t 0
热辐射
5
热传导：两个相互接触的物体或同一物体的各部分之间由于温差而引起的 热量传递现象，简称导热。通常发生在固体与固体之间。
1) 对于x方向上一个厚度为dx的微元层，单位 时间内通过该层的导热热量
Q kA dt dx
q Q k dt
忽略内部热阻（t=f()）、非稳态、有内热源，能量方程可化为：
t q
c
其中 q应看成是广义热源，即界面上交换的热量可折算成整个 物体的体积热源 qV Ah(t t )
hA(t
t )
-cV
类比热量传递与电量传递
欧姆定律: I U R
q
类比
dt
k
变形
dx
q ht
Rt / k或1/ h
传热热阻
q
t
k