哈尔滨工业大学计算传热学第一章绪论2013资料
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计算传热学第一章彭浩
术，计算传热学有望实现智能 化和自动化，自动优化和调整模型参数，提高模拟的准确 性和效率。
对彭浩教授的感谢和敬意
彭浩教授在计算传热学领域做出了卓越的贡献， 他的研究成果不仅推动了学科的发展，也解决 了许多实际工程问题。
感谢彭浩教授在本书编写过程中付出的辛勤努 力和宝贵时间，他的专业知识和丰富经验为本 书的编写提供了重要的指导和支持。
边界条件和初始条件
边界条件
边界条件是指在求解域的边界上所施加的限制条件，它影响 着控制方程的解。常见的边界条件包括固定温度、对流换热 和绝热等。边界条件的处理对于数值求解传热问题至关重要 。
初始条件
初始条件是指在问题开始时，求解域内各物理量的初始值。 对于非稳态传热问题，初始条件非常重要，因为它决定了问 题的初始状态和发展趋势。在数值求解过程中，初始条件的 设定需要合理且准确。
求解离散化的代数方程组需要采用合 适的数值迭代方法，如Jacobi迭代、 Gauss-Seidel迭代和SOR （Successive Over-Relaxation）等 方法。同时，对于大规模问题，可能 需要采用直接求解法，如LU分解等。
收敛性与误差估计
数值求解过程中需要关注解的收 敛性和误差估计，以确保计算结 果的准确性和可靠性。收敛性和 误差分析是数值计算中非常重要 的研究内容。
04
彭浩教授在计算传热学领域的贡献
彭浩教授的主要研究领域
计算传热学
彭浩教授致力于研究计算传热学 的理论和应用，包括传热过程的 数值模拟、计算方法和优化。
热力学与流体动力
学
彭浩教授在热力学和流体动力学 领域也有深入研究，关注于热力 学第二定律在传热过程中的作用 以及流体动力学对传热的影响。
能源与环境
对彭浩教授的感谢和敬意
彭浩教授在计算传热学领域做出了卓越的贡献， 他的研究成果不仅推动了学科的发展，也解决 了许多实际工程问题。
感谢彭浩教授在本书编写过程中付出的辛勤努 力和宝贵时间，他的专业知识和丰富经验为本 书的编写提供了重要的指导和支持。
边界条件和初始条件
边界条件
边界条件是指在求解域的边界上所施加的限制条件，它影响 着控制方程的解。常见的边界条件包括固定温度、对流换热 和绝热等。边界条件的处理对于数值求解传热问题至关重要 。
初始条件
初始条件是指在问题开始时，求解域内各物理量的初始值。 对于非稳态传热问题，初始条件非常重要，因为它决定了问 题的初始状态和发展趋势。在数值求解过程中，初始条件的 设定需要合理且准确。
求解离散化的代数方程组需要采用合 适的数值迭代方法，如Jacobi迭代、 Gauss-Seidel迭代和SOR （Successive Over-Relaxation）等 方法。同时，对于大规模问题，可能 需要采用直接求解法，如LU分解等。
收敛性与误差估计
数值求解过程中需要关注解的收 敛性和误差估计，以确保计算结 果的准确性和可靠性。收敛性和 误差分析是数值计算中非常重要 的研究内容。
04
彭浩教授在计算传热学领域的贡献
彭浩教授的主要研究领域
计算传热学
彭浩教授致力于研究计算传热学 的理论和应用，包括传热过程的 数值模拟、计算方法和优化。
热力学与流体动力
学
彭浩教授在热力学和流体动力学 领域也有深入研究，关注于热力 学第二定律在传热过程中的作用 以及流体动力学对传热的影响。
能源与环境
哈工大-传热学-试题库-参考答案-机械(09学长高分宝典)
哈尔滨工业大学《传热学》试题库第一章概论一、名词解释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：当物体内有温度差或两个不同温度的物体接触时，在物体各部分之间不发生相对位移的情况下，物质微粒(分子、原子或自由电子)的热运动传递了热量，这种现象被称为热传导，简称导热。
4．对流传热：流体流过固体壁时的热传递过程，就是热对流和导热联合用的热量传递过程，称为表面对流传热，简称对流传热。
5．辐射传热：物体不断向周围空间发出热辐射能，并被周围物体吸收。
同时，物体也不断接收周围物体辐射给它的热能。
这样，物体发出和接收过程的综合结果产生了物体间通过热辐射而进行的热量传递，称为表面辐射传热，简称辐射传热。
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。
7．对流传热系数：单位时间内单位传热面当流体温度与壁面温度差为1K是的对流传热量，单位为W／(m2·K)。
对流传热系数表示对流传热能力的大小。
8．辐射传热系数：单位时间内单位传热面当流体温度与壁面温度差为1K是的辐射传热量，单位为W／(m2·K)。
辐射传热系数表示辐射传热能力的大小。
9．复合传热系数：单位时间内单位传热面当流体温度与壁面温度差为1K是的复合传热量，单位为W／(m2·K)。
复合传热系数表示复合传热能力的大小。
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。
二、填空题1．热量传递的三种基本方式为、、。
（热传导、热对流、热辐射）2．热流量是指，单位是。
热流密度是指，单位是。
（单位时间内所传递的热量，W，单位传热面上的热流量，W/m2）3．总传热过程是指，它的强烈程度用来衡量。
(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，总传热系数) 4．总传热系数是指，单位是。
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。
传热学课件第1章
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
壁面处会形成速度梯度很大的边界层
2.对流换热（Convection）
（4）对流换热的分类：
强迫对流
流动起因
自然对流
无相变 有无相变 有相变 凝结换热 沸腾换热
2.对流换热（Convection）
(4) 牛顿冷却公式 表面传热系数, W/（m2.K) 流体温度，℃
1.导热
(5)傅里叶定律
1822年，法国数学家Fourier
负号表示热流方向与 温度梯度
温度梯度方向相反 热流量,W
dt Φ A dx 导热系数，
W/( m.K)
W
W 2通过平板的一维导热 m
面积,m2
Φ dt q A dx
热流密度,W/m2
1.导热
(6)导热系数： 表征材料导热能力的大小
家用散热器
5. 传热学的应用
航空航天
高新技术
电子器件
医药卫生
5. 传热学的应用
能源动力 传统工业 石油化工
制冷空调
5. 传热学的应用
大 型
客
机 航空航天 在航空航天领域，航天飞 机表面材料要求绝热良好； 卫星上装有的太阳能吸收
火
箭 升 空
装置能提供卫星工作所需
的部分能量。
5. 传热学的应用
建筑环境 建筑上，利用空气导热系数
W (m
2
K)
h ——当流体与壁面温度相差1K 时，单位时间 单位面积所传递的热量 影响因素： 流体物性 、、、c p 流速
换热表面的形状、大小与布置
研 究 对 流 换 热 的 基 本 任 务 就 是 确 定 h
传热学第一章 绪论
是无做功过程。 （4）热力学研究热量在一段时间内总的交换量（J），而传热
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。
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。
(精品)传热学绪论课件
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
★ 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。
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-第一章-绪论lujinli
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. 传热学与工程热力学的关系
安
(heat transfer and engineering thermodynamic)
徽
工 业 大
(1)热力学
+
传热学 = 热科学(Thermal Science)
Figures
学
大
业
工
安 徽
AnHui University of Technology
Animation
学
大
业
工
安 徽
AnHui University of Technology
安 Chapter 1 Introduction
徽
工 业
何谓传热？ （What）
大 学
如何传热？ （How）
CHAPTER 1
大 导热 / Conduction
学
– 稳态热传导
CHAPTER 2
– 非稳态热传导
CHAPTER 3
AnHui University of Technology
– 热传导问题的数值解法
CHAPTER 4
对流 / Convective
– 对流传热的理论基础
CHAPTER 5
安
徽 工 业
传热学
大
学
Heat Transfer
AnHui University of Technology
2015.9
安
Learning Objectives
徽
工
业 大 学
学生必须理解所论主题的有关术语的含义及其与物 理原理之间的内在联系
2. 传热学与工程热力学的关系
安
(heat transfer and engineering thermodynamic)
徽
工 业 大
(1)热力学
+
传热学 = 热科学(Thermal Science)
Figures
学
大
业
工
安 徽
AnHui University of Technology
Animation
学
大
业
工
安 徽
AnHui University of Technology
安 Chapter 1 Introduction
徽
工 业
何谓传热？ （What）
大 学
如何传热？ （How）
CHAPTER 1
大 导热 / Conduction
学
– 稳态热传导
CHAPTER 2
– 非稳态热传导
CHAPTER 3
AnHui University of Technology
– 热传导问题的数值解法
CHAPTER 4
对流 / Convective
– 对流传热的理论基础
CHAPTER 5
安
徽 工 业
传热学
大
学
Heat Transfer
AnHui University of Technology
2015.9
安
Learning Objectives
徽
工
业 大 学
学生必须理解所论主题的有关术语的含义及其与物 理原理之间的内在联系
传热学_第1章
2016/1/30 6
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
w1
热流量：单位时间传过的热量
A
tw1 t w 2
tw2
: 材料的热导率（导热系数），表明
材料的导热能力，W/(m· K)。
2016/1/30
24
（ 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。
2016/1/30
19
1.3
传热过程
传热过程是指热量从固体壁面一侧的流体通过 固体壁面传递到另一侧流体的过程。 传热过程由三个相互串联的环节组成:
（ 1 ） 热量从高温流体以对流 高 换热（或对流换热＋辐射换热） 温 的方式传给壁面； 流 （ 2 ） 热量从一侧壁面以导热 体 的方式传递到另一侧壁面；
（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；
（ 4 ） 物体间以热辐射的方式进行的热量传递是双
向的。
高温 物体
2016/1/30
低温 热辐射是热量传递的 物体 基本方式之一 。
16
（5）在红外范围内，绝大多数固体和液体的发射和 吸收均只发生在表面以下很浅的距离内，即仅取决于 材料表面的性质、特征和温度，与其内部状况无关。
固 体 壁
低 温 流 体
（ 3 ） 热量从低温流体侧壁面以对流换热（或 对流换热＋辐射换热）的方式传给低温流体。
2016/1/30 20
通过平壁的稳态传热过程 假设： tf1、tf2、h1、h2不随时间变化；为常数。
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
w1
热流量：单位时间传过的热量
A
tw1 t w 2
tw2
: 材料的热导率（导热系数），表明
材料的导热能力，W/(m· K)。
2016/1/30
24
（ 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。
2016/1/30
19
1.3
传热过程
传热过程是指热量从固体壁面一侧的流体通过 固体壁面传递到另一侧流体的过程。 传热过程由三个相互串联的环节组成:
（ 1 ） 热量从高温流体以对流 高 换热（或对流换热＋辐射换热） 温 的方式传给壁面； 流 （ 2 ） 热量从一侧壁面以导热 体 的方式传递到另一侧壁面；
（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；
（ 4 ） 物体间以热辐射的方式进行的热量传递是双
向的。
高温 物体
2016/1/30
低温 热辐射是热量传递的 物体 基本方式之一 。
16
（5）在红外范围内，绝大多数固体和液体的发射和 吸收均只发生在表面以下很浅的距离内，即仅取决于 材料表面的性质、特征和温度，与其内部状况无关。
固 体 壁
低 温 流 体
（ 3 ） 热量从低温流体侧壁面以对流换热（或 对流换热＋辐射换热）的方式传给低温流体。
2016/1/30 20
通过平壁的稳态传热过程 假设： tf1、tf2、h1、h2不随时间变化；为常数。
传热学-第一章 绪论PPTPPT幻灯片
• 工程热力学：研究能量转换的规律以及热能的性质
• 传热学：研究热量传递规律的一门科学， 热量传递的机理、规律、计算和测试方法
• 燃烧学：研究燃烧现象和燃烧机理
• 制冷与低温：用人工的方法在一定时间和一定空 间内将某物体或流体冷却，使其温度降到环境温度 以下或很低的温度并保持该温度
授课计划 （48学时）
说明：只研究导热现象的宏观规律。
4 、导热的基本规律
1 ）傅立叶定律 （ 1822年，法国数学家Fourier）
如左图所示的两个表面分别维持均 匀恒定温度的平板，是个一维导热 问题。对于x方向上任意一个厚度为 的微元层来说，根据傅里叶定律， 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，即
第一章 绪论（4学时） 第二章 导热基本定律及稳态导热（8学时） 第三章 非稳态导热（6学时） 第四章 导热数值解法基础（2学时） 第五章 单相流体对流换热（8学时） 第六章 凝结与沸腾换热（2学时） 第七章 热辐射基本定律及物体的辐射特性（4学时） 第八章 辐射换热计算（6学时） 第九章 传热过程分析与换热器计算（8学时） 成绩权重：考试 70%，作业30％。
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 为什么下雪不冷、化雪冷？
为什么水壶的提把要包上橡胶？
不同材质的汤匙放入热水中，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：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； 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
❖ 自然界与生产过程到处存在温差—传热很普遍
• 传热学：研究热量传递规律的一门科学， 热量传递的机理、规律、计算和测试方法
• 燃烧学：研究燃烧现象和燃烧机理
• 制冷与低温：用人工的方法在一定时间和一定空 间内将某物体或流体冷却，使其温度降到环境温度 以下或很低的温度并保持该温度
授课计划 （48学时）
说明：只研究导热现象的宏观规律。
4 、导热的基本规律
1 ）傅立叶定律 （ 1822年，法国数学家Fourier）
如左图所示的两个表面分别维持均 匀恒定温度的平板，是个一维导热 问题。对于x方向上任意一个厚度为 的微元层来说，根据傅里叶定律， 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，即
第一章 绪论（4学时） 第二章 导热基本定律及稳态导热（8学时） 第三章 非稳态导热（6学时） 第四章 导热数值解法基础（2学时） 第五章 单相流体对流换热（8学时） 第六章 凝结与沸腾换热（2学时） 第七章 热辐射基本定律及物体的辐射特性（4学时） 第八章 辐射换热计算（6学时） 第九章 传热过程分析与换热器计算（8学时） 成绩权重：考试 70%，作业30％。
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 为什么下雪不冷、化雪冷？
为什么水壶的提把要包上橡胶？
不同材质的汤匙放入热水中，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：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； 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
❖ 自然界与生产过程到处存在温差—传热很普遍
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？
哈工大传热学复习资料
哈工大传热学复习资料哈工大传热学复习资料传热学是热力学的一个重要分支，研究物质内部和物质之间的热传递过程。
作为哈尔滨工业大学工程热物理专业的一门核心课程，传热学对于我们理解和应用热力学知识具有重要意义。
在复习传热学的过程中，我们可以通过多种途径获取相关资料，以帮助我们更好地理解和掌握这门课程。
首先，教材是我们复习传热学的主要参考资料。
哈尔滨工业大学的传热学课程通常使用《传热学基础》这本教材。
这本教材系统地介绍了传热学的基本概念、传热机制和传热过程的数学模型。
在复习过程中，我们可以仔细阅读教材，理解其中的概念和原理，并通过例题加深对知识的理解和应用。
除了教材，还可以参考一些经典的传热学参考书。
例如，英文教材《Fundamentals of Heat and Mass Transfer》是一本广泛使用的传热学教材，其中包含了丰富的例题和习题，可以帮助我们更好地理解和应用传热学的知识。
此外，还可以参考一些国内外的传热学研究论文，了解最新的研究进展和应用领域，拓宽我们对传热学的认识。
在复习传热学的过程中，我们还可以利用互联网资源。
有许多传热学相关的网站和论坛，提供了大量的学习资料和交流平台。
我们可以通过搜索引擎找到一些传热学的学习资料和视频教程，例如在YouTube上有一些优质的传热学视频课程，可以帮助我们更加形象地理解和应用传热学的知识。
此外，还可以参加一些传热学相关的网络研讨会和学术会议，与其他学生和专业人士交流学习经验和研究成果。
除了书本和互联网资源，还可以通过实践来巩固和应用传热学的知识。
在哈工大工程热物理专业，我们通常会进行一些传热实验，例如测量热导率、对流传热和辐射传热等。
通过亲自动手操作和观察实验现象，我们可以更加深入地理解传热学的原理和应用。
此外，还可以参加一些与传热学相关的实习和项目，锻炼我们的实际操作能力和问题解决能力。
综上所述，复习传热学需要综合运用多种资源和方法。
教材、参考书、互联网资源以及实践经验都是我们复习传热学的宝贵资料。
第一章计算传热学
第一章 引言———计算传热学发展简史
NTH
第一阶段---萌芽初创时期(1965---1974) 1965年美国科学家Harlow/Welch 提出了交错网格 1966年Gentry/Martin/Daly及 Barakat/Clark确认了迎风格式的意义 初 期 遇 到 的 两 大 困 难
1966年世界上第一本介绍CFD和NTH的 刊物Journal of Computational Physics创刊
10220
709 1977 469 628
1.799
1.533 1.382 1.033 0.850
174
463 108 57 91 19% 29%
IF=sum of cites in 2001 to article published in 00 and 99/Number of article published in 00 and 99
与理论研究所不同，计算传热学以真实 条件和复杂工况为研究对象，用数值计 算的方法求解描述该真实过程的基本方 程，从而获得该过程变量的数值分布， 并据此研究该过程的变化规律。
第一章 引言———计算传热学发展简史 3、计算传热学发展简史
计算传热学和计算流体力学关系密切，以至通常人们 把热流体力学的数值计算也归于CFD
第一章 引言———人类实践活动发展迅猛 2.2 人类实践活动发展迅猛 目前人类生产生活的能源和动力主要来自化石 燃料的化学能向热能的转变过程。因此与热相 关的生产实践活动十分丰富，且与我们生产生 活的方方面面都密切相关，在上世纪得到了迅 猛的发展和成熟。如： 性能卓越，易于控制的汽车发动机 从推力以克计量的微型火箭发动机到推力以 吨计量大型火箭发动机 十分复杂和可靠航空发动机 大型的燃煤、燃油锅炉
传热学 第一章
第一章热力发电是最主要的发电方式。
(燃煤发电，蒸汽-燃气联合循环发电，核能发电，地热发电，太阳能集热发电) 朗肯循环(最简单理想循环):燃料在锅炉1中燃烧,放出热量,水在锅炉中定压吸热,气化为饱和蒸汽,饱和蒸汽在锅炉过热器2中吸热成为过热蒸汽,蒸汽通过汽轮机3膨胀做功,并有一定的热损失,在汽轮机排气口,蒸汽呈低压湿蒸汽状态,在汽轮机中膨胀做功后的乏汽进入凝汽器5并凝结成水,放出潜热,给水泵将凝结水提高压力并重新泵入锅炉,完成一个循环。
回热循环:效率低得主要原因在于工质平均吸热温度不高,可以提高蒸汽初参数,同时,采用给水回热是有效途径.把汽轮机中做过功的部分蒸汽,逐级抽出来加热给水,减少冷源损失,提高锅炉给水温度,从而提高蒸汽平均吸热温度,循环效率得到改善.中间在热循环:蒸汽初压提高,会引起乏汽的湿度增加,对汽轮机有害.先让新蒸汽进入汽轮机高压缸部分膨胀做功,将做功后的蒸汽引到锅炉的再热器中再热,然后在送到汽轮机的中低压缸部分继续膨胀做功,经过再热,乏汽的干度明显增大,避免了提高初压带来的困难。
分类:做功原理(冲动式和反动式)，热力过程特征（凝汽式，背压式，调整抽汽式，中间再热式）蒸汽压力（低压1.2-2，中压2.1-4高压8.1-12.5超高压12.6-15亚临界15.1-22.5超临界22.1-27超超临界）型号：第一部分表示汽轮机的形式，第二部分表示汽轮机容量，新蒸汽参数，再热蒸汽参数，供热蒸汽参数，第三部分为厂家设计序号。
N：凝汽式，B：背压式，C：一次调整抽气式，CC：二次调整抽气式，CB：抽气背压式，H：船用，Y：移动式。
CC25-8.38/0.98/0.118表示二次调整抽气式汽轮机，功率为25MW，新蒸汽的压力为8.83MPa,第一次调整抽气压力，第二次调整抽气压力。
第四章：蒸汽循环做功的主要4个过程:蒸汽在锅炉中的定压吸热过程,蒸汽在汽轮机中膨胀做功过程,汽轮机排气在凝汽器中定压放热过程,凝结水在给水泵中的升压过程。
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
c 无论温度高低，物体都在不停地相互发射电磁 波能、相 互辐射能量；高温物体辐射给低温物体的能量大于低温物 体辐射给高温物体的能量；总的结果是热由高温传到低温
(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
(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
哈尔滨工业大学 计算传热学 第一章 绪论-2013
u,v,w, p, ,T
状态方程： f ( p,T )
组分守恒方程
( mi ) div( Umi ) div( mi gradmi ) Smi t
辐射传递方程（RTE）
s dI a s I a Ib (T ) ds 4
I (s)(s,s)d
手册 W. J. Minkowycz, E. M. Sparrow,
Handbook of Numerical Heat Transfer, 2nd Edition, Wiley, 2006
4
4
s
I I I a s I a I b (T ) s x y z 4
I (s)(s,s)d
s
导热、对流、扩散控制方程 的通用形式 ( ) div( U ) div( grad ) S t
( v) p div( vU) div( gradv) Sv t y ( w) p div( wU) div(gradw) Sw
t z
2. 动量方程
3. 能量方程
( h) div( hU) pdivU div( grad T ) Sh t
Abnormal artery（动脉）
Nasal cavity鼻腔
swimming
Design of helmet
教学目的
再通过适当的培训后，可较为熟练 地使用商业软件进行工程计算。 会自编程序（段）进行科学机理的 研究分析与计算。
第一节
描写传热与流动问题的 控制方程
初始条件与边界条件
要使方程定解，必须给定： 1. 几何条件
2.
3.
传热学第一章
基本概念 物体通过电磁波来传递能量的方式称为辐射。
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
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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1 T 2T 2T
t x2 y2
u
u x
v
u x
1
dp dx
2u y 2
影响区和依赖区 椭圆型方程
边值问题
Steady state temperature distributed of an insulated rod
初始条件与边界条件
要使方程定解，必须给定：
1. 几何条件 2. 物理条件：...C p …… 3. 边界条件
（1） 给定 值：第一类边界条件
（2） 给定
n
：第二类边界条件
（3） 给定 与 的关系：第三类边界条件 n
4. 初始条件
初始条件的确定，因问题的区别可有很大不同。 （1） 非稳态问题，求某一时刻解，要给出准确的初始条件。 （2） 非稳态问题，求发展到下一稳态的解，初始条件有随意 性和收敛性，主要考虑计算的稳定性和收敛性。 （3） 稳态问题，用非稳态方法求解，目的是改变方程属性， 提高稳定性，收敛性。
例子: 突扩区域内的流动和传热
温度、速度边界条件 计算域所有的边界上都要给出吗??? 出口边界上怎么给!!!!!........?
第三节 控制方程的数学分类及其 对解的影响
导热、对流、扩散控制方程 的通用形式
(
t
)
div(
U
)
div(
grad
)
S
方程各项的物理意义：
第一项：物理量随时间的变化率：
张建文，杨振亚，张政，《流体流动与传热过程数值模拟基础与应 用》，化学工业出版社，2008。
H. K. Versteeg, 《An Introduction to Computational Fluid Dynamics: The Finite Volume Method》, Longman Group Ltd, 1995(1st edition) and 2007(2nd edition)
考试方式
◆大作业(Project): 50%; ◆期末考试: 50%。
背景
1. 大多数传热问题得不到解析解； 2. 实际工程问题需要的时间和空间有限个
点上的值，并容许有一定的误差。
因此希望通过某些近似方法来获得物理问 题在时间和空间有限个点上的近似解。
微/积分方程--（离散）--代数方程 ---（解代数方程）----离散点上的近似解
Umi
)
div(mi
gradmi
)
Smi
辐射传递方程（RTE）
dI
ds
a
s
I
a Ib (T
)
s 4
4 I (s)(s,s)ds
I x
I y
I z
a
s
I
a Ib (T )
s 4
4 I (s)(s,s)ds
导热、对流、扩散控制方程 的通用形式
(
t
)
div(
U
)
div(
grad
)
S
方程各项的物理意义：
非稳态项
第二项：因流体运动携带引起的变化率： 对流项
第三项：因梯度引起扩散的作用：
扩散项
第四项：
源项
二阶二元偏微分方程
a 2 b 2 c 2 d e f g 0
x2 xy y2 x y
0 b2 4ac 0
0
椭圆型 抛物型 双曲型
Elliptic Parabolic hyperbolic
(u)
t
div(uU)
div(gradu)
Su
p x
(v)
t
div(vU)
div(gradv)
Sv
p y
( w)
t
div(
wU)
div(gradw)
Sw
p z
(h)
t
div(
hU)
pdivU
div(
grad
T
)
Sh
u,v,w, p, ,T
状态方程： f ( p,T )
组分守恒方程
(mi
t
)
div(
第一项：物理量随时间的变化率：
非稳态项
第二项：因流体运动携带引起的变化率： 对流项
第三项：因梯度引起扩散的作用
扩散项
第四项：
源项
第二节 控制方程的守恒与非守恒形 式及单值条件
方程的守恒性
通用控制方程中，对流项采用散度的形式表示，在数值 计算中称该方程为守恒型方程。
这样做可以保证通过某一公共界面的”流密度”不会因 所考虑的单元或控制体不同而不同。
计算传热问题的基本步骤
➢建立物理模型； ➢写出控制方程及其初始条件和边界条件； ➢选取计算方法； ➢将计算域离散,并在此基础上将控制方程及其 初始条件和边界条件离散成代数方程； ➢解代数方程； ➢分析解得合理性。
主要方法
有限体积法(Finite Volume Method) 有限元法(Finite Element Method) 边界元法(Boundary Element Method) 谱方法(Spectral Method) 谱元法(Spectral Element Method) 无网格法(Meshfree/Meshless Method) 分子动力学方法（分子模拟） Lattice-Boltzmann方法
第一节 描写传热与流动问题的 控制方程
导热
(cpT )
t
div(gradT )
qV
质扩散
A
t
div( DABgradmA ) SmA
对流
Mass, momentum and energy equations
1. 连续方程 2. 动量方程
3. 能量方程
对流
div(U) 0
t
R. J. Leveque, Finite Volume Methods for Hyperbolic Problems, Cambridge University Press, 2002
孔祥谦编著，《有限元法在传热学中的应用》（第三版），科学出版 社，1998
张雄，刘岩 著， 《无网格法》，清华大学出版社，2004
计算传热学 Numerical Heat Transfer Computational Heat Transfer
（32学时）
上课时间：10-17周，周三7-8节，周四5-6节 上课地点：A215
教材及参考书
陶文铨编著，《数值传热学》（第二版），西安交通大学出版社， 2001
SV帕坦卡著，《传热与流体流动的数值计算》，张政 （译），科学出 版社，1989
Some application examples
Abnormal artery（动脉）
Nasal cavity鼻腔
swimming
Design of helmet
教学目的
➢ 再通过适当的培训后，可较为熟练 地使用商业软件进行工程计算。
➢ 会自编程序（段）进行科学机理的 研究分析与计算。