传热学-第一章 绪论PPTPPT幻灯片
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不同的两物体间直接接触时，依靠分子、原 子及自由电子等微观粒子热运动而进行的热 量传递现象。
物质的属性；可以在固体、液体、气体中发生
2、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
3、导热机理
气体：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Βιβλιοθήκη Baidu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。
Fourier’s Law
At
（1-1）
q t A
（1-2）
Φ：热流量，单位时间传递的热量, [W] q：热流密度，单位时间通过单位面 积传递的热量, [W/m2] Heat flux A：垂直于导热方向的截面积[m2 ] λ :热导率（导热系数）[W/(m·ºC)]
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、传热学的重要性
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％。
•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
2、传热学与工程热力学的关系
• 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
（Engineering Thermodynamics）
• 传热学：热量Q 传递过程的规律（Heat Transfer) • 传热学以热力学第一定律和第二定律为基础，即：
第一章 绪论
§1-0 传热学概述 §1-1 热量传递的三种基本方式 §1-2 传热过程和传热系数
§1-0 概 述
一、什么是传热学
1、传热学是研究热量传递规律的学科。
• 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。
热量Q传递始终是从高温物体向低温物体传递；在 热量传递过程中若无能量形式的转换，则热量始终 保持守恒
• 热力学研究平衡态（稳态） • 传热学研究过程和非平衡态（非稳态）
3、 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：稳态传热过程、非稳态传 热过程。
1）稳态传热过程（定常过程）
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
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
❖ 传热学在日常生活、生产技术领域中的应用十 分广泛。
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20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？
• 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。
• 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。
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。
2. 要把一壶水烧开，必须在水的下方加热。 水是热的不良导体，不善于热的传导。
利用水的对流，使整壶水烧开 对流
3. 当壶中的水烧开时，我们的手在壶附近就能感觉到热
太阳
辐射
§1-1 热量传递的三种基本方式
一、导热（热传导）（Heat conduction） 1 、概念 • 定义：指温度不同的物体各部分或温度
• 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）
2010年12月毕业于中国科学院山西煤炭化学研究所 2007-2009年德国亚琛工业大学博士联合培养 2001-2005年中国石油大学（华东）化学化工学院
热科学：研究热能、热量及热现象的科学
热学
热科学
传热学
制冷 与低
温
工程 热力
学
燃烧 学
• 热学：研究自然界中物质与冷热有关的性质及这 些性质变化的规律
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
§1-1 热量传递的三种基本方式
举例说明
1. 加热壶底部，壶顶部也会热？
导热
物质的属性；可以在固体、液体、气体中发生
2、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
3、导热机理
气体：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Βιβλιοθήκη Baidu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。
Fourier’s Law
At
（1-1）
q t A
（1-2）
Φ：热流量，单位时间传递的热量, [W] q：热流密度，单位时间通过单位面 积传递的热量, [W/m2] Heat flux A：垂直于导热方向的截面积[m2 ] λ :热导率（导热系数）[W/(m·ºC)]
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、传热学的重要性
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％。
•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
2、传热学与工程热力学的关系
• 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
（Engineering Thermodynamics）
• 传热学：热量Q 传递过程的规律（Heat Transfer) • 传热学以热力学第一定律和第二定律为基础，即：
第一章 绪论
§1-0 传热学概述 §1-1 热量传递的三种基本方式 §1-2 传热过程和传热系数
§1-0 概 述
一、什么是传热学
1、传热学是研究热量传递规律的学科。
• 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。
热量Q传递始终是从高温物体向低温物体传递；在 热量传递过程中若无能量形式的转换，则热量始终 保持守恒
• 热力学研究平衡态（稳态） • 传热学研究过程和非平衡态（非稳态）
3、 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：稳态传热过程、非稳态传 热过程。
1）稳态传热过程（定常过程）
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
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
❖ 传热学在日常生活、生产技术领域中的应用十 分广泛。
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20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？
• 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。
• 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。
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。
2. 要把一壶水烧开，必须在水的下方加热。 水是热的不良导体，不善于热的传导。
利用水的对流，使整壶水烧开 对流
3. 当壶中的水烧开时，我们的手在壶附近就能感觉到热
太阳
辐射
§1-1 热量传递的三种基本方式
一、导热（热传导）（Heat conduction） 1 、概念 • 定义：指温度不同的物体各部分或温度
• 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）
2010年12月毕业于中国科学院山西煤炭化学研究所 2007-2009年德国亚琛工业大学博士联合培养 2001-2005年中国石油大学（华东）化学化工学院
热科学：研究热能、热量及热现象的科学
热学
热科学
传热学
制冷 与低
温
工程 热力
学
燃烧 学
• 热学：研究自然界中物质与冷热有关的性质及这 些性质变化的规律
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
§1-1 热量传递的三种基本方式
举例说明
1. 加热壶底部，壶顶部也会热？
导热