传热学

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。因此，电子器件有效散热是获得新产品的关键。例如：航天飞机在重返地球时以当地音速的15 ～20 倍的极高速度进入大气层，由于飞行器与空气的相对运动，在表面产生剧烈的摩擦加热现象，使气流局部温度达5000 ～15000k ，为保证飞行器安全飞行，有效的冷却和隔热方法的研究是其关键的问题。

3 、传热学的发展和生产技术的进步具有相互依赖和相互促进的作用。

传热学在生产技术发展中已成为一门理论体系初具完善、内容不断充实、充满活力的主要基础科学。高参数大容量发电机组的发展，原子、太阳、地热能的利用，航天技术、微电子技术、生物工程的发展，推动传热学的发展，而传热学的发展又促进生产技术的进步发展。同时，随着生产技术及新兴科学技术的发展，又向传热学提出了新的挑战和新的研究课题。

三、传热学的特点、研究对象及研究方法

1 、特点

1 ）理论性、应用性强

传热学是热工系列课程内容和课程体系设置的主要内容之一。是一门理论性、应用性极强的专业基础课，在热量传递的理论分析中涉及到很深的数学理论和方法。在生产技术领域应用十分广泛，在生产技术发展中已成为一门理论体系初具，内容不断完善、充实，充满活力的主要基础科学。传热学的发展促进了生产技术的进步，而新兴科学技术的发展向传热学提出了新的课题和新的挑战。

2) 有利于创造性思维能力的培养

传热学是热能动力的专业课之一，在教学中重视学生在学习过程中的主体地位，启

迪学生学习的积极性，在时间上给学生留有一定的思维空间。从而进一步培养创新的思维能力。对综合性、应用性强的传热问题都有详细地分析讨论。同时介绍了传热学的发展动态和前景。从而给学生开辟了广阔且纵深的思考空间。

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

传热学研究的对象是热量传递规律。

3 、研究方法

研究的是由微观粒子热运动所决定的宏观物理现象，而且主要用经验的方法寻求热量传递的规律，认为研究对象是个连续体，即各点的温度、密度、速度是坐标的连续函数，即将微观粒子的微观物理过程作为宏观现象处理。

由前可知，热力学的研究方法仍是如此，但是热力学虽然能确定传热量（稳定流能量方程），但不能确定物体内温度分布。

§1 — 2 热量传递的三种基本方式

一、导热（热传导）

1 、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。

如：固体与固体之间及固体内部的热量传递。

从微观角度分析气体、液体、导电固体与非金属固体的导热机理。

（ 1 ）气体中：导热是气体分子不规则热运动时相互碰撞的结果，温度升高，动能增大，不同能量水平的分子相互碰撞，使热能从高温传到低温处。

（ 2 ）导电固体：其中有许多自由电子，它们在晶格之间像气体分子那样运动。自由电子的运动在导电固体的导热中起主导作用。

（ 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。

说明：只研究导热现象的宏观规律。

2 、导热现象的基本规律

1 ）傅立叶定律（182

2 年，法国物理学家）