传热学各章教案汇总分解
传热学教案4
3 x2
2t m ＋ 1,n 2t ＋ m,n＋1 t m,n 1＋tm ＋ ＋1,n
2
m,n
2h x t f
（ 4-9 ） 其中无量纲数 h x 是以网格步长 x 为特征长度的毕渥数，即为 Bi ，
是在对流边界条件的离散过程中引入的。
二、代数方程的求解方法 1. 直接解法：通过有限次运算获得精确解的方法，如：矩阵求逆、高斯消元
相邻两节点间的距离称步长，计为 x 、 y 。每个节点都可以看成是以它为
中心的一个小区域的代表，把节点代表的小区域称为元体（又叫控制容积），如 图 4-2(b) 。 （ 3）建立节点物理量的代数方程（离散方程）
节点上物理量的代数方程称离散方程。其过程如下： 首先划分各节点 的类型； 其次，建立节点离散方程；最后，代数方程组的形成。
（4-6b ）
4. 讨论有关 qw 的三种情况：
（1）若是绝热边界 则 qw＝0 ，即令上式 qw＝0 即可。
（2）若时 qw 0
则以给定的 qw 值代入上述方程，注意：流入元体， qw 取正，流出元体，
qw 取负。 （3）若属对流边界 则 qw＝ h t f tm,n ，将此表达式代入式 （ 4-4 ）～（4-6 ），并将此项中 tm,n
x t － m,n＋1 t m,n ＋ y
x t m, n 1－ t m,n ＋
2
y
y t m＋1,n－ t m,n
2
x
3xy
4
m,n
x＋ y
2
qw 0
若 x y 时，则：
（4-6a ）
t m, n
1 6
3 2t m 1,n＋2t ＋ m,n＋1 t m ,n 1＋ t m＋1,n＋
传热学第二章课件PPT教案
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沿x 轴方向导入与导出微元体净热量
Φx
Φxdx
x
t x
dxdydz
同理可得：
沿 y 轴方向导入与导出微元体净热量
Φy
Φydy
y
t y
dxdydz
沿 z 轴方向导入与导出微元体净热量
Φz
Φzdz
z
t z
dxdydz
传热学 Heat Transfer
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t f (x, y, z, )
二维温度场 三维温度场
t f (x, y)
t f (x, y, )
t f (x, y, z)
t f (x, y, z, )
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2、温度分布的图示法
传热学 Heat Transfer
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2、温度分布的图示法
等温线
传热学 Heat Transfer
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3、意义
已知物体内部的温度分布后，则由该定律求得各 点的热流密度或热流量。
例1：已知右图平板中的温度分布可以表示成如下 的形式：
t c1x2 c2
其中C1、C2 和平板的导热系数为
常数，计算在通过x 0 截面处的
热流密度为多少？
x 0
传热学 Heat Transfer
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3. 一块厚度为 的平板，平板内有均匀的内热源，
热源强度为 ，平板一侧绝热，平板另一侧与温
度为tf 的流体对流换热，且表面传热系数为h。
传热学 Heat Transfer
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4. 已知一单层圆筒壁的内、外半径分别为 r1、r2 ，导热系数为常量，无内热源，内、外壁面维持 均匀恒定的温度tw1，tw2 。
传热学教案
传热学教案学习目的及学时分配1、教学目的通过学习能熟练掌握传热过程的基本规律、实验测试技术及分析计算方法，从而达到认识、控制、优化传热过程的目的。
2、学时分配课内学时 58 学时，实验环节 6 学时第一章绪论本章要求：1掌握内容：①热量传递的三种基本方式的概念、特点及基本定律；②传热过程、传热系数及热阻的概念。
2了解内容：了解传热学的发展史、现状及发展动态。
§1 — 1 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。
由于自然界和生产技术中几乎均有温差存在，所以热量传递已成为自然界和生产技术中一种普遍现象。
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：（ 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。
2）非稳态传热过程（非定常过程）：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。
二、讲授传热学的重要性及必要性1 、传热学是热工系列课程教学的主要内容之一，是热能动力专业必修的专业基础课。
是否能够熟练掌握课程的内容，直接影响到后续专业课的学习效果。
2 、传热学在生产技术领域中的应用十分广泛。
如：热能动力学、环境技术、材料学、微电子技术、航空航天技术存在着大量的传热学问题，而且起关键性作用。
随着大规模集成电路集成温度的不断提高，电子器件的冷却问题越显突出。
例如：20 世纪70 ～90 年代，集成电路芯片的功率从10w/c ㎡～100w/c ㎡，产生的热量增大，若热量不能及时的散发出去（冷却），会使芯片温度升高，而影响电子器件的寿命及工作可靠性。
传热学第2章电子教案
f
hU tmltf 0 hU t0ltf
肋片表面平均温度tm下的实际散热量 假定肋片表面全部处在t0时的理想散热量
其中肋片表面平均温度：
t m tf m 1 l0 ld 1 l x 0 l 0 c c m h l m h x d l m x 0 t m h l l
减小接触热阻的措施： 表面尽量平整 增加挤压压力
两表面一软一硬 涂导热姆
第七节 二维稳态导热
应用领域：房间墙角，地下埋管，矩形保温层，短肋片
二维稳态导热微分方程：
2t x2
2t y2
0
解析法
二维稳态导热问题的研究手段：
数值法
形状因子法
地源热泵地下埋管
矩形风管保温层
形状因子S的定义—— 将有关涉及物体几何形状和尺寸的因素归纳为一起， 使两个恒定温度边界之间的导热热流量具有一个统一的计算公式
1 1
ktf1 tf2
h1 h2
多层平壁的热流密度：
q
tf1 tf 2
1 n i
1
h1 i1 i h2
第二节 通过复合平壁的导热
应用领域：空心砖，空斗墙
请同学们动脑筋思考: 空斗墙和空心砖内均存在导热系数很小的 空气孔隙，因而保温性能一定会很好吗？ 为什么？
一维简化的假设条件： 组成复合平壁的各种不同材料的导热系数相差不是很大
S t1t2
一维无限大平壁的形状因子： S
A
一维无限长圆筒壁的形状因子：S 2 l
ln d 2 d1
其他常见二维稳态导热情况的形状因子——查教材表2－3
几种导热过程的形状因子
第二章重点：
1.各种稳态导热问题的数学模型 和求解方法
2.临界热绝缘直径问题
传热学第九版教学设计 (2)
传热学第九版教学设计前言本文将介绍一份《传热学》第九版的教学设计，主要包括教学目标、教学大纲、教学方法、考核评价等方面。
教学目标通过本课程的教学，学生应该能够掌握以下内容：1.掌握传热学的基本概念和基础理论。
2.理解传热过程的物理本质和数学模型。
3.能够使用传热学的知识解决实际问题。
4.培养学生的科学精神和实验技能。
教学大纲第一章传热学的基本概念1.传热学的定义和基本概念。
2.热力学第一、二定律在传热学中的应用。
3.热工热力学参数的介绍和应用。
第二章热传导基础1.热传导基本方程。
2.热导率和温度分布的关系。
3.边界条件和初值条件的决定。
第三章热对流基础1.流体力学基础。
2.热对流方程的基本形式。
3.不同类型热对流状态的描述。
第四章热辐射基础1.热辐射的基本理论。
2.热辐射的各种规律。
3.热辐射在工程中的应用。
第五章传热器件设计与系统分析1.热传导、热对流、热辐射的综合运用。
2.不同传热器件的设计。
3.传热系统的分析。
教学方法理论与实践相结合本课程详细介绍传热学的理论基础，并注重实验操作能力的培养，使学生理论和实践相结合，进一步巩固掌握传热学的知识。
教与学的互动教学过程中，教师和学生之间应进行积极、互动式的教育。
启发学生思考，激发学生学习探究的积极性和主动性。
课程设计通过精心设计的课程，使学生深入了解传热学的基本概念，了解热传导、热对流、热辐射的基本原理和工程应用，培养学生的科学精神和实验技能。
考核评价作业考核本课程将布置若干次作业，用于检查学生对课程内容的理解和掌握情况。
期中考核期中考核将采用闭卷考试的形式进行。
主要考查学生对传热学的基本概念和基本理论的掌握情况。
期末考核期末考核将采用开卷考试的形式进行。
主要考查学生对传热学的理论、实验和工程应用的综合掌握情况。
实验报告评价本课程将安排若干次实验，要求学生撰写实验报告，并进行评价和指导。
实验报告评价是本课程考核的重要组成部分。
结语通过本课程的学习，学生将对传热学有更全面的认识和理解。
传热学电子教案
形式的转换，即发射时从热能转换为辐射能，而被吸收时又从辐 射能转换为热能。
物体的辐射能力与温度有关，同一温度下不同物体的辐射与 吸收本领也大不一样。 黑体：是指能吸收投入到其表面上的所有热辐射能的物体。 说明：黑体的吸收本领和辐射本领在同温度的物体中是最大的。 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：
n
图2-2a表示了微元面积dA附近的温度分布及垂直于该
微元面积的热流密度矢量。在图2-2b中，虚线表示热流线，
相邻两条热流线之间沿热流线所传递的热流量处处相等，相
当于构成了一个热流通道。
在整个物体中，热流密度矢量的走向可以用热流线来
表示。热流线
是一组与等温
线处处垂直的
曲线，通过平
面上任一点的
热流线与该点
A dt dx
（1-1-1）
图1-1-1通过平板的一维导热
单位时间内通过某一给定面积的热量称为热流量，记为 ，
单位为W。单位时间内通过单位面积的热流量称为热流密度
(或称面积热流量)，记为q ，单位为 W / m2
一维导热物体热流密度表达式为：
q dt dx
(1-1-2)
导热系数是表征材料导热性能优劣的参数，材料不同,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。这里仅指出:一般地说，金属材料的导热系数最高，良导 电体，如银和铜，也是良导热体；液体次之；气体最小。
另外，工程上还常遇到液体在热表面上沸腾及蒸气在冷表 面上凝结的对流换热问题，分别简称为沸腾换热及凝结换热， 它们是伴随有相变的对流换热。
对流换热的基本计算式是牛顿冷却公式：
流体被加热时 q h(t w t f )
(1-1-3)
《传热学》课教案
《传热学》课教案本课程共27学时，讲课23学时，实验4学时。
属院级必修课。
每一节课都应做到承前启后。
（第一次课）一、主要内容第1章绪论1、引言2、热量传递的三种基本形式3、传热过程第2章导热理论和一维稳态导热1、立叶定律及导热系数二、讲课重点1、傅立叶定律2、导热系数三、讲课难点1、引言中的热量传递三种基本形式及传热量计算2、导热系数四、举例1、传热的增强和削弱技术举例为暖气供热，说明哪部分是需要增强的传热，哪部分是需要削弱传热，说明其增强和削弱传热的技术措施。
2、确定温度场和控制所需的温度举例为：研究热应力时需先确定温度场，以连铸机拉矫辊温度场的确定为例加以说明。
（第二次课）一、主要内容第2章导热理论和一维稳态导热1、导热方程及单值性条件2、单层平壁的稳态导热3、多层平壁的稳态导热二、讲课重点1、导热微分方程2、单值性条件：包括第三类边界条件（对流边界条件）、第一类边界条件（温度边界条件）和初始条件。
3、平壁导热的热阻表达式三、讲课难点1、导热微分方程的推导2、第三类边界条件中等式两端正负号一致问题四、举例1、书中例2-12、导热系数随温度变化时平壁内的温度分布3、解释温度曲线凸向的原因（第三次课）一、主要内容第2章导热理论和一维稳态导热1、无限长圆筒壁的稳态导热2、球壁的稳态导热3、通过等截面棒的稳态的导热4、各种肋片散热量的计算二、讲课重点1、无限长圆筒壁热阻的表达式2、球壁热阻的表达式3、等截面棒模型温度分布的分析及应用的场合三、讲课难点1、等截面棒温度场的推导及换热量的计算四、举例结合例题，讲述圆球法测定粒状材料的导热系数的实验，说明实验原理、方法、步骤及实验数据的处理方法。
（第四次课）一、主要内容第3章非稳态导热1、非稳态导热过程的特点2、无限大平板的加热和冷却二、讲课重点1、非稳态导热过程的特点2、无限大平板的加热或冷却问题数学模型的建立三、讲课难点1、无限大平板非稳态导热问题数学模型的求解，即分离变量法2、详细推导此数学模型的求解过程四、举例1、介绍本书中应用图表法求解无限大平板的加热或冷却问题，介绍图表法的求解思路，即：第1步：查取中心面或中心线的温度（分别对于板、圆柱体、球体来说明）第2步：查取任意点的温度第3步：查取热流量值第4步：计算Q 0第5步：计算Q 值（第五次课）一、主要内容第3章 非稳态导热1、半无限大物体非稳态导热的数学模型建立2、有限大物体温度场的求解思路（不讲具体计算方法）3、集总参数法二、讲课重点1、集总参数法的温度场及热流量计算2、集总参数法的解题思想3、集总参数法的应用条件及所适用的问题三、讲课难点1、集总参数法数学模型的求解2、详细推导此数学模型的求解过程四、举例1、结合书中的例题说明集总参数法在实际问题中的应用，首先说明热电偶的用途及特点，简单介绍热电偶的工作原理，结合其工作原理说明本例题所提到问题的实际存在性，然后说明本题的求解方法。
传热学各章教案汇总
传热学各章教案汇总1.传热学导论教学目标：了解传热学的基本概念和基本原理，了解传热学的研究内容和应用领域。
学会运用传热学基本方法和工具进行传热问题的分析和计算。
教学重点：传热学的基本概念和基本原理教学难点：掌握传热学的应用方法和工具教学内容：1.传热学的基本概念传热学定义、分类、学科内容和研究方法等。
2.热传导热传导的基本概念、传热机制和传热模型。
热传导的数学模型和解析解。
常见热传导方程的推导和求解。
3.对流传热对流传热的基本概念、传热机制和传热模型。
自然对流和强迫对流传热的数学模型和解析解。
传热系数和综合对流传热系数。
4.辐射传热辐射传热的基本概念、传热机制和传热模型。
辐射传热方程和辐射传热的计算方法。
黑体辐射、灰体辐射和实际物体辐射传热。
教学方法：讲授、实例分析、计算实践、小组讨论评价方式：课堂测验、作业评价、小组讨论活动评价2.热传导教学目标：了解热传导的基本原理和数学模型。
学会运用热传导方程进行热传导问题的分析和计算。
教学重点：热传导的基本原理和数学模型教学难点：热传导方程的推导和求解教学内容：1.热传导基本原理热传导的宏观和微观机制。
热传导现象的描述和解释。
热传导的温度梯度和热流密度。
导热系数和热传导定律。
2.热传导方程热传导方程的数学模型和推导过程。
不同边界条件下的热传导问题。
常规和非常规热传导问题。
3.热传导的解析解常见热传导问题的解析解。
一维定态、一维非定态和二维定态热传导问题的解析解。
热传导问题的数值计算方法。
教学方法：讲授、实例分析、计算实践评价方式：课堂测验、作业评价、计算实践评价3.对流传热教学目标：了解对流传热的基本原理和数学模型。
学会运用对流传热方程进行对流问题的分析和计算。
教学重点：对流传热的基本原理和数学模型教学难点：对流传热方程的推导和求解教学内容：1.对流传热基本原理对流传热的机制和特点。
速度场和温度场的关系。
壁面对流传热和流体内部对流传热。
传热系数和对流换热定律。
传热学各章教案汇总
第四节其它形状物体的瞬态导热
一、教学目标与要求
1．理解第三类边界条件下无限长圆柱、圆球中瞬态导热温度的影响因素，掌握诺模图温度线的基本特点和使用方法，掌握总加热量的查图计算方法。
2．使学生理解二维、三维瞬态导热时温度的基本特点，掌握温度的分解公式，掌握诺模图温度线的基本特点和使用方法。
3．掌握总加热量的基本计算方法。
二、教学内容、方法及手段、时间安排
1教学内容
第三类边界条件下无限长圆柱、圆球瞬态温度的影响因素，诺模图温度线的查取方法。二维、三维瞬态导热的基本特点，温度的分解公式，诺模图温度线的基本特点和使用方法，总加热量的基本计算方法（图算法）。
2方法手段
课堂以讲授为主，使用多媒体课件、辅以其他教学手段。
时间安排
教学内容
时间(min)
1
第五节通过接触面的导热
20
2
第六节二维稳态导热问题
70
三、教学小结
１．此节内容的重点：
形状因子的查图方法，二维导热的计算公式。
２．了解内容：
接触热阻形成原因，接触热阻的影响因素。
３．讲授时注意事项：
讲清肋片产生原因，说明各种条件下形状因子查取时的注意事项。
第三章非稳态热传导
传热科学的研究对象。传热科学在国民经济和本专业领域的广泛应用。
导热方式定义，影响因素，基本计算公式。对流及对流换热方式定义，影响因素，基本计算公式。辐射换热方式定义，影响因素，基本计算公式。传热方式定义，影响因素，基本计算公式。
2．方法手段
课堂以讲授为主，主要使用多媒体课件，辅以其他教学手段。
3．时间安排
第一节非稳态导热的基本概念
传热学教案——第三章
第三章 非稳态导热(unsteady state conduction)物体的温度随时间而变化的导热过程称非稳态导热。
0≠τ∂∂t，任何非稳态导热过程必然伴随着加热或冷却过程。
根据物体内温度随时间而变化的特征不同，非稳态导热过程可分为两类：（1）周期性导热（periodic unsteady conduction ）：物体的温度按照一定的周期发生变化； 如建筑物的外墙和屋顶温度的变化。
（2）瞬态导热(transient conduction)：物体的温度随时间不断升高或降低，在经历相当长时间后，物体的温度逐渐趋于周围介质的温度，最终达到热平衡。
分析非稳态导热的任务：找出温度分布和热流密度随时间和空间的变化规律。
第一节 非稳态导热的基本概念一、瞬态导热过程采暖房屋外墙墙内温度变化过程。
采暖设备开始供热前：墙内温度场是稳态、不变的。
采暖设备开始供热：室内空气温度很快升高并稳定；墙壁内温度逐渐升高；越靠近内墙升温越快；经历一段时间后墙内温度趋于稳定、新的温度分布形成。
墙外表面与墙内表面热流密度变化过程 采暖设备开始供热前：二者相等、稳定不变。
采暖设备开始供热：刚开始供热时，由于室内空气温度很快升高并稳定，内墙温度的升高相对慢些，内墙表面热流密度最大；随着内墙温度的升高，内墙表面热流密度逐渐减小；随着外墙表面的缓慢升高，外墙表面热流密度逐渐增大；最终二者相等。
上述非稳态导热过程，存在着右侧面参与换热与不参与换热的两个不同阶段。
（1）第一阶段（右侧面不参与换热）是过程开始的一段时间，特点是：物体中的一部分温度已经发生变化，而另一部分仍维持初始状态时的温度分布（未受到界面温度变化的影响），温度分布显现出部分为非稳态导热规律控制区和部分为初始温度区的混合分布，物体内各处温度随时间的变化率是不一样的，即：t分布的影响较大，此阶段称非正规状况阶段或初始阶段（initial 在此阶段物体温度分布受regime）。
（2）第二阶段（右侧面参与换热）t影响，主要取决于边界条件及物性。
传热学章PPT学习教案
物理条件 初始条件 边界条件. Mathematical description：
导热微分方程 + 单值性条件 第23页/共26页
1、几何条件
几何尺寸、形状等
2、物理条件
物性参数、物理特性
3、初始条件
初始时刻下的温度分布 t 0 f x, y,z
传热学章
会计学
1
t 0 t 0
稳态温度场 Steady State Temperature Field 3-D t=f(x,y,z) 2-D t=f(x,y) 1S-tDeatd=yf(Sx)tate Conduction
非稳态温度场 Unsteady State Temperature Field 3-D t=f(x,y,z,τ) 2-D t=f(x,y,τ) 1-D t=f(x,τ) 0-D t=f(τ)
t z
QV
当导热系数为定值时：
t
a
2t x 2
2t y2
2t z 2
QV c
a：热扩散率
第18页/共26页
热扩散率
a
c
➢热扩散率a反映了导热过程中材
料的导热能力（）与沿途物质储 热能力（c）之间的关系。
➢a值大，即值大或c值小，说明
物体的某一部分一旦获得热量， 该热量能在整个物体中很快扩散。
qw=0, 绝热边界条件 adiabatic boundary condition）
（
第25页/共26页
t+Δt
t t-Δt
等温面和等温线的特性:
(1)任意两个温度不同的等温面（线）不可能相交； (2)或者封闭或者终止于边界。
传热学基础(第二版)第三章教学课件 稳态导热讲义
图中肋片高度为H，肋片厚
度为，肋片宽度为b，肋片
b
根部（肋基）的温度为t0，
Φc
环境温度为t，环境与肋片 之间的换热系数为h。肋片 δ 0 Φx Φ x+dx
x
的横截面积为Af及截面周边
dx
长度为U。导热系数和换热
系数均为常数。
H
24/40
由于肋片的作用是为了
增大传热，故肋片材料
b
的导热性能都比较好，
1、通过单层圆筒壁的导热
导热微分方程:
d r dt 0 r r1,t t1
dr dr
r r2 ,t t2
t1
r1 t2
积分上面的微分方程两次得r
到其通解为 : t c1nr c2
r2
得出圆筒壁的温度分布为:
n r
t t1
r1
t 2 t1 n r2
13/40
r1
圆筒壁内的温度分布是 一条对数曲线。
截面积Af＝4.65cm2，周长U＝12.2cm，导热系数
＝22W/ (m℃）。燃气有效温度Tge=1140K，叶根 温度Tr=755K，燃气对叶片的总换热系数h＝390W/ (m2℃）。假定叶片端面绝热，求叶片的温度分
布和通过叶根的热流。解：
m hU 68.2,
Af
由＝o
chmH x
chmH
6150.0295W / m
2 r1 50 15
17/40
再由圆筒壁的温度分布
r
n
t t1
r1
t2 t1 n r2
r1
代入已知数据有
t 40 nr n0.015
20
n 25
15
18/40
传热学传热学教案
第2章导热基本定律及稳态导热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：多维导热问题第一章介绍传热学中热量传递的三种基本方式：导热、对流、热辐射。
根据这三个基本方式，以后各章节深入讨论其热量传递的规律，理解研究其物理过程机理，从而达到以下工程应用上目的：基本概念、基本定律:傅立叶定律,牛顿冷却定律,斯忒藩—玻耳兹曼定律。
①能准确的计算研究传热问题中传递的热流量②能准确的预测研究系统中的温度分布导热是一种比较简单的热量传递方式,对传热学的深入学习必须从导热开始，着重讨论稳态导热。
首先，引出导热的基本定律，导热问题的数学模型，导热微分方程；其次，介绍工程中常见的三种典型（所有导热物体温度变化均满足）几何形状物体的热流量及物体内温度分布的计算方法。
最后，对多维导热及有内热源的导热进行讨论。
§2-1导热基本定律一、温度场1、概念温度场是指在各个时刻物体内各点温度分布的总称。
由傅立叶定律知：物体导热热流量与温度变化率有关，所以研究物体导热必涉及到物体的温度分布。
一般地，物体的温度分布是坐标和时间的函数。
即：t=f(x，y，z，τ)（2-1）式中：x、y、z为空间笛卡儿坐标；τ为时间坐标。
2、温度场分类1）稳态温度场（定常温度场）：是指在稳态条件下物体各点的温度分布不随时间的改变而变化的温度场称稳态温度场，其表达式：t=f(x，y，z)（2-2）在特殊情况下，物体的温度仅在一个坐标方向上有变化，如图1.1所示的两个各自保持均匀温度的平行平面间的导热就是一个例子。
这种情况下的温度场称为一维稳态温度场。
2）非稳态温度场（非定常温度场）：是指在变动工作条件下，物体中各点的温度分布随时间而变化的温度场称非稳态温度场，其表达式为式（2-1）。
3、等温面及等温线1）等温面：对于三维温度场中同一瞬间同温度各点连成的面称为等温面。
(完整版)传热学教案1
第1章绪论1.1 概述1.1.1、传热学研究内容传热学是研究热量传递规律的学科，研究热量传递的机理、规律、计算和测试方法。
热量传递过程的推动力：温差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。
1.1.2、传热学研究中的连续介质假设将假定所研究的物体中的温度、密度、速度、压力等物理参数都是空间的连续函数。
1.1.3、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。
不同点a）定义：工程热力学：热能的性质、热能与机械能及其他形式能量之间相互转换的规律。
传热学：热量传递过程的规律。
b) 状态工程热力学：研究平衡态；传热学：研究过程和非平衡态c）时间工程热力学：不考虑热量传递过程的时间。
传热学：时间是重要参数。
1.1.4、传热学的应用❖自然界与生产过程到处存在温差—传热很普遍❖传热学在日常生活、生产技术领域中的应用十分广泛。
热量传递中的三类问题❖强化传热❖削弱传热❖温度控制日常生活中的例子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22度，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度）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 冬天，经过在白天太阳底下晒过的棉被，晚上盖起来为什么感到很暖和？并且经过拍打以后，为什么效果更加明显？e 为什么水壶的提把要包上橡胶？f 不同材质（塑料、金属）的汤匙放入热水中，哪个黄油融解更快？生产技术领域大量存在传热问题a 航空航天：卫星与空间站热控制；空间飞行器重返大气层冷却；超高音速飞行器冷却；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o很多行业中如何让热量有效地传递成为解决问题的关键o大规模集成电路芯片的散热问题o航天飞机的有效冷却和隔热o材料加工行业的散热问题传热学的研究方法➢实验测定➢理论分析➢数值模拟1.2热量传递的三种基本方式热能传递基本方式：导热（热传导）、对流、热辐射1.2.1 导热（热传导）1 概念定义：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的热运动而产生的热量传递称导热。
传热学教案
v v dy y
u
u dx x
单位时间内微元体内流 体质量的变化:
( dxdy ) dxdy
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qw qc
t q h tw t c y y 0
对流换热过程微 t y y 0 分方程式 h 取决于流体热导率、温度差和贴壁流体的 温度梯度 温度梯度或温度场与流速、流态、流动起因、 换热面的几何因素、流体物性均有关。 速度场和温度场由对流换热微分方程组确定： 连续性方程、动量方程、能量方程 或
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3 对流换热系数与对流换热微分方程
①对流换热系数(表面传热系数)
2 h Φ ( A ( t t )) [ W (m C) ] w
——当流体与壁面温度相差 1℃ 时、每单位 壁面面积上、单位时间内所传递的热量.
确定h及增强换热的措施是对流换热的核心问 题
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u v 0 y x
u
u
x
dx
dy
dx
v
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2 动量微分方程 动量微分方程式描述流体速度场—动量守恒 动量微分方程是纳维埃和斯托克斯分别于 1827和1845年推导的。 Navier-Stokes方程 （N-S方程） 牛顿第二运动定律：作用在微元体上各外 力的总和等于控制体中流体动量的变化率 作用力 = 质量 加速度（F=ma）
xy y dxdy 1 dxdy 1 x y
u v y x
y p2
v y
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工程热力学与传热学(第十六讲)10-2(二)、3、4
二、水蒸气的p-v 图和T-s 图在不同压力下对水进行定压加热汽化过程，可在p-v 图和T-s 图上得到一系列定压加热线。
它们全都经历上述五种状态和三个阶段。
如图10-3所示。
图10-3中标有饱和水线、干饱和蒸汽线和临界点。
（1）饱和水线：是各个压力下饱和水状态点的连线，又称下界线，沿此线干度x=0；（2）干饱和蒸汽线：是各个压力下饱和蒸汽状态点的连线，又称上界线，沿此线干度x=1；（3）临界点C ：是饱和水线和干饱和蒸汽线的交点。
图中，饱和水线和干饱和蒸汽线把水和水蒸气分为三个区： （1）未饱和水区：位于饱和水线左侧的一个较狭窄的范围内； （2）湿蒸汽区：位于饱和水线和干饱和蒸汽线之间； （3）过热蒸汽区：位于干饱和蒸汽线的右侧。
由p-v 图看出 ，随着压力升高，由于饱和水比容随压力的升高而略有增加，故饱和水线向右上方倾斜，而干饱和蒸汽比容则随压力的升高而明显减小，故干饱和蒸汽线向左上方倾斜。
即饱和水线比干饱和蒸汽线陡。
由T-s 图看出，随着压力升高，饱和温度升高，比液体热增加，而比汽化潜热随压力的升高而减小。
饱和水的比熵随压力的升高而增加，故饱和水线也向右上方倾斜。
而干饱和蒸汽线的比熵随压力的升高而减小，，故干饱和蒸汽线也向左上方倾斜。
这样随着压力的升高，同压或同温下的饱和水和饱和蒸汽的状态点越来越接p2p 1p pTa b 图和水蒸气的图s T v p ---310近，当压力达到22.115Mpa时，它们重合为一点，即临界点C。
在临界点上汽液两相差异完全消失，汽化过程不再存在，汽液相变将在瞬间完成，比汽化潜热为零。
临界参数：临界点的状态参数称为临界参数。
每种物质有不同的临界点和临界参数。
水的临界参数为：p c=22.115MPa t c=374.120C v c=0.003147m3/kg临界温度是最高的饱和温度，高于临界温度时，液态水是不可能存在的，只能是过热的水蒸气。
当t> t c时，无论压力多大，都不能用单纯压缩的方法使蒸汽液化。
传热学基础(第二版)第一章教学三种热量传递的基本方式分解PPT课件
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采用高等数学方法分析热传递过程， 总要假定所研究的对象是一个连续体， 即认为所研究对象内各点上的温度、密 度、速度等都是空间坐标的连续函数。
实际上，只要被研究对象的几何尺寸 远大于分子的平均自由行程，连续体的 假定即可成立。就本书涉及的内容而言， 连续体的假定都是成立的。
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对于两个相距很近的黑体表面，由于一 个表面发射出来的能量几乎完全落到另 一个表面上，那么它们之间的辐射换热 量为 ：
A(T14T24)
F
T1
Φ
T2
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三种基本热量传递方式由于机理不同，
对流换热： (Convection heat transfer)流体与 温度不同的固体壁间接触时的热量交换过程
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对流换热的特点
对流换热与热对流不同，既有热对流，也 有导热；不是基本传热方式
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。
物质的属性：
可以在固体、液体、气体中发生。
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导热的特点
必须有温差 物体直接接触 依靠分子、原子及自由电子等微观粒子
热运动而传递热量 不发生宏观的相对位移
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2.导热机理 气体：气体分子不规则热运动时相互碰
撞的结果。 导电固体：自由电子运动。 非导电固体：晶格结构的振动。 液体：很复杂。
T — 黑体表面的绝对温度（热力学温度）K b— 斯蒂芬-玻尔兹曼常数，5. 617 -0 8W (m 2K 4)
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4．掌握周期性导热条件下热流波的计算公式。
二、教学内容、方法及手段、时间安排
1教学内容
周期性导热的基本特点。第一类边界条件下半无限大物体周期性非稳态导热的微分方程及边界条件，过余温度，温度分布的表达式；振幅衰减度，延迟相位角，波长。第三类边界条件下半无限大物体周期性非稳态导热温度分布的表达式，周期性变化的热流波表达式，蓄热系数。
时间安排
教学内容
时间(min)
1
概述
10
2
第一节热量传递的三种基本方式
60
3
第二节传热过程和传热系数
20
三、教学小结
１．此节内容的重点：
三种热量传递方式，影响因素；传热过程，影响因素；
２．了解内容：
传热学的发展史、现状及发展动态。
３．讲授时注意事项：
导热系数与对流换热系数的相似与不同之处；传热过程与三种热量传递基本方式的区别和联系；讲授关联式时，使用单位和条件要讲清楚。
3．时间安排
时间安排
教学内容
时间(min)
1
第二章第二节 通过复合平壁的导热
25
2
第二章第三节 通过圆筒壁的导热
65
三、教学小结
１．此节内容的重点：
复合平壁热阻的计算方法；第
圆筒壁导热微分方程，边界条件。
３．讲授时注意事项：
复合平壁的计算以热阻为重点。
４．作业与思考题：
１－３，１－４。
第二节通过平壁的导热
一、教学目标与要求
1．掌握导热过程的单值性条件，熟悉其数学表达式；
2．使学生了解求解平壁导热的基本方法，掌握平壁中温度的基本计算公式；了解壁中等温面的基本特点；
3．掌握热流量的基本计算公式。
二、教学内容、方法及手段、时间安排
1．教学内容
导热过程的几何条件、物理条件、时间条件、边界条件。
２．了解内容：
第一类边界条件下半无限大物体周期性非稳态导热的微分方程及边界条件。
３．讲授时注意事项：
说明周期性非稳态导热在空调工程中的应用。
４．作业与思考题：
3-23，3-24。
第四章热传导问题的数值解法
第一节建立离散方程的方法
第二节稳态导热问题的数值计算
一、教学目标与要求
1．了解导热问题数值求解的基本思想、主要步骤和基本特点；
2．方法手段
课堂以讲授为主，使用多媒体课件、辅以其他教学手段。
3．时间安排
时间安排
教学内容
时间(min)
1
第一节非稳态导热的基本概念
20
2
第二节无限大平壁的瞬态导热
2-1加热或冷却过程的分析解法
70
2-2正常情况阶段-Fo准则对温度分布的影响
30
2-3集总参数法-Bi准则对温度分布的影响
60
三、教学小结
4．掌握等截面直肋热流量的计算公式。
5．理解肋片效率的定义，掌握由肋片效率计算各种肋片散热量的基本方法。
二、教学内容、方法及手段、时间安排
1．教学内容
直肋、环肋、等截面直肋、变截面肋的概念；等截面直肋导热微分方程及单值性条件，过余温度，肋片中温度的基本计算公式，肋片温度分布线的基本特点；热流量的基本计算公式。肋片效率的定义，由肋片效率计算其它形式肋片散热量的基本方法。
传热科学的研究对象。传热科学在国民经济和本专业领域的广泛应用。
导热方式定义，影响因素，基本计算公式。对流及对流换热方式定义，影响因素，基本计算公式。辐射换热方式定义，影响因素，基本计算公式。传热方式定义，影响因素，基本计算公式。
2．方法手段
课堂以讲授为主，主要使用多媒体课件，辅以其他教学手段。
3．时间安排
2．掌握稳态导热时，内部节点离散方程、第二类和第三类边界条件下边界节点离散方程的建立方法；
3．学习节点方程的具体应用。
二、教学内容、方法及手段、时间安排
1教学内容
网格线、节点、单元、界面线、步长；向前差分、向后差分、中心差分；泰勒级数展开法，热平衡法，内部节点离散方程的建立，边界节点离散方程的建立。
引导学生考虑第三类边界条件下圆筒壁中温度、热流密度计算式与第一类边界条件下圆筒壁中计算式的相互关系。
４．作业与思考题：
2-16，2-20，2-22。
第四节通过肋壁的导热
一、教学目标与要求
1．了解直肋、环肋、等截面直肋、变截面肋的概念；
2．了解肋片导热微分方程求解的基本方法；
3．掌握等截面直肋温度的基本计算公式，熟悉肋中温度分布线的基本特点。
二、教学内容、方法及手段、时间安排
1教学内容
温度场、等温面及等温线，温度梯度；热流量和热流密度，傅立叶定律；三种坐标系下导热微分方程，导热微分方程的物理意义和各种简化形式；热扩散率。
2方法手段
课堂以讲授为主，使用多媒体课件、辅以其他教学手段。
3．时间安排
时间安排
教学内容
时间(min)
1
第一章第一节基本概念及傅立叶定律
短圆柱加热量的计算公式。
３．讲授时注意事项：
讲授无限长圆柱、圆球瞬态温度时可与平壁相联系对比。二维、三维瞬态导热要用立体图来说明。应将课本上例题讨论深入。
４．作业与思考题：
3-12，3-17。
第五节周期性非稳态导热
一、教学目标与要求
1．了解周期性导热的基本特点；
2．了解半无限大物体周期性非稳态导热的微分方程及边界条件，掌握温度分布的表达式；
４．作业与思考题：
2-1，2-2，2-3，2-9，2-10。
第三节通过复合平壁及圆筒壁的导热
一、教学目标与要求
1．掌握复合平壁热流量的基本计算方法；
2．使学生了解求解圆柱坐标系导热微分方程的基本方法；
3．掌握第一、三类边界条件下单层、多层圆筒壁中温度的基本计算公式，了解等温面的基本特点。
4．掌握第一、三类边界条件下单层、多层圆筒壁中热流量的基本计算公式。
5．掌握集总参数法的特点与分析计算公式。
二、教学内容、方法及手段、时间安排
1．教学内容
瞬态导热、周期性导热；第三类边界条件下无限大平壁中温度的微分方程、边界条件，过余温度，温度求解的解析过程；特征根、毕渥数、傅立叶数、无因次坐标，平壁温度的基本计算公式；诺模图温度线的基本特点和使用方法，总加热量的基本计算方法。集总参数法的特点，计算公式，定型尺寸。
４．作业与思考题：
１－７，１－１１，１－１２。
第二章稳态热传导
第一节基本概念及傅立叶定律
一、教学目标与要求
1．使学生理解描述热量传递的基本概念；
2．掌握傅立叶定律的基本计算公式；
3．理解导热微分方程意义，重点掌握直角坐标下导热微分方程；
4．掌握导热系数的物理意义，了解各种物质中导热系数的特点及影响因素。
３．讲授时注意事项：
讲清肋片内热源强度的引入原因，说明过余温度的作用；说明肋中各等温面上导热量的变化原因和特点。肋片效率的实际作用。
４．作业与思考题：
2-26，2-27，2-29。
第五节通过接触面的导热
第六节二维稳态导热问题
一、教学目标与要求
1．了解接触热阻形成原因，了解接触热阻的影响因素；
2．熟悉接触热阻的数值；
１．此节内容的重点：
非稳态导热的分类，各种非稳态导热基本特点；第三类边界条件下非稳态导热无限大平壁温度的计算公式；诺模图温度线的基本特点和使用方法，平壁总热量的基本计算方法。
２．了解内容：
第三类边界条件下无限大平壁中温度的微分方程和边界条件，温度求解的解析过程。
３．讲授时注意事项：
讲清特征根、毕渥数、傅立叶数、无因次坐标的定义和物理意义，平壁温度的基本计算公式的使用方法；诺模图温度线的具体使用方法。应结合具体计算例题讲解。
3．时间安排
时间安排
教学内容
时间(min)
1
第四节其它形态物体的瞬态导热
2-3集总参数法-Bi准则对温度分布的影响
30
2
60
三、教学小结
１．此节内容的重点：
集总参数法的特点与分析计算公式；
第三类边界条件下无限长圆柱、圆球瞬态温度的诺模图温度线的查取方法；
二维、三维瞬态导热温度的分解公式。
２．了解内容：
45
2
第一章第三节导热微分方程式
45
三、教学小结
１．此节内容的重点：
温度梯度、热流量和热流密度；傅立叶定律；导热微分方程，重点掌握直角坐标下导热微分方程。
２．了解内容：
各种物质中导热系数的特点及影响因素。
３．讲授时注意事项：
明确温度梯度和热流密度的矢量性，讲解傅立叶定律的物理意义时应结合等温面、温度梯度的方向；强调以能量守恒定律和微元分析得出的导热微分方程普适性；讲清热扩散率的物理意义。
3．掌握形状因子的概念；
4．掌握形状因子的查取法和二维导热的计算公式。
二、教学内容、方法及手段、时间安排
1．教学内容
接触热阻形成原因，接触热阻的影响因素；熟悉接触热阻的数值。
掌握形状因子的概念。形状因子的查取法，二维导热的计算公式。
2．方法手段
课堂以讲授为主，使用多媒体课件、辅以其他教学手段。
3．时间安排
2．方法手段
课堂以讲授为主，使用多媒体课件、辅以其他教学手段。
3．时间安排
时间安排
教学内容
时间(min)
1
4-1等截面直肋的导热
70
2
4-2肋片效率
20
三、教学小结
１．此节内容的重点：
等截面直肋中温度的基本计算公式，等截面直肋热流量的计算公式；由肋片效率计算各种肋片散热量的方法。
２．了解内容：
直肋、环肋、等截面直肋、变截面肋的概念；肋片导热微分方程求解的基本方法。