1传热学-第一章课件讲解

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传热学第五版课件完整版_图文

接触热阻的定义：
接触热阻的影响因素：粗糙度
挤压压力硬度匹配情形空隙中介质的性质
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：二维稳态导热问题的研究手段：
解析法数值法形状因子法
第i层与第i+1层之间接触面的温度：
二、第三类边界条件
常物性时导热微分方程组如下：
根据第一类边界条件时的结果: （此时壁温tw1和tw2为未知）与以上两个边界条件共三式变形后相加,可消去tw1和tw2，得：
单层平壁的热流密度：
多层平壁的热流密度：
第二节通过复合平壁的导热
应用领域：空心砖，空斗墙
并解出其通解为：
代入边界条件求出c1和c2，并代入通解，得出特解：
等截面直肋的温度分布：
肋端过余温度：
肋片散热量：
当考虑肋端散热时，计算肋片散热量时可采用假想肋高代替实际肋高 l
一维温度场假定的检验：
请同学们思考一个问题:
肋高越大，肋的散热面积越大，因而采用增加肋高的方法可以增加肋的散热量。这种方法在实际换热器设计中是否可行？若可行，是否会有某些局限性？
一、等截面直肋的导热
一维简化的假设条件：肋片的高度l远大于肋片的厚度δ，因而厚度方向温差很小，
负内热源的处理方法—— 将y方向的对流散热量等效转化为负内热源
断面周长：断面面积：
进行负内热源处理后等截面直肋导热微分方程组如下：
（假定肋端绝热）
定义：
令
—— 过余温度
：
使导热微分方程齐次化：

1传热学第一章课件

物体的温度越高、辐射能力越强；若物体的种类不同、表面状况不同，其辐射能力不同
辐射换热：物体间靠热辐射进行的热量传递
2.辐射换热的特点
➢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
➢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
热力学： tm , Q
传热学：过程的速率
水，M2
20oC
t = f ( x , y , z , ); Q = f ( )
传热学研究内容热量传递的机理和速率、温度场的变化
传热学的工程应用
1、强化传热：即在一定的条件下，增加所传递的热量。如热水的搅拌冷却
2 、削弱传热，也称热绝缘：即在一定的温差下，使热量的传递减到最小。如热水瓶
教材
《传热学》，戴锅生著，第二版
学时
总学时：24，讲课：22，实验：2
参考资料：《传热学》，杨世铭、陶文铨编著，第四版《传热学重点难点及典型题精解》，王秋旺，西安交大出版社
辅导
周四 4:00-5:00pm，一校区教4楼热能教研室
第一章绪论
§1-1 传热学概述 §1-2 热量传递的基本方式 §1-3 传热过程与热阻
燃煤电厂的基本流程
锅炉工作原理
三、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
热力学第一定律
热量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。
热力学第二定律
热量能自发的从高温物体传递到低温物体
不同点 a. 工程热力学：热能与机械能及其他形式能量之间相互转换的规律。不考虑热量传递过程的时间。

传热学完整课件PPT课件

原子、分子在其平衡位置附近的振动产生的）
的作用。
说明：只研究导热现象的可宏编观辑课规件律。
18
2 、导热的基本规律
❖ 1 ）傅立叶定律 ❖ （ 1822 年，法国物理学家）
如图 1-1 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
可编辑课件
8
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
可编辑课件
9
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
机、工况改变时的传热过程则属非稳态传热
过程。
可编辑课件
4
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，是建环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：
(1) 日常生活中的例子：
❖ 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。
可编辑课件
13
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。

传热学-讲稿第一章

Φ ∂ T ~ A ∂ x
When the proportionality constant is inserted,(当加入比例常数时我们得到：)
∂ T Φ= − kA ∂ x
(1-1)
Φ ——the heat transfer rate;(热流通量或热流量）
heat flow ；
∂T / ∂x —— the temperature gradient in the direction of the
∂ T = Φ +dx = − |x+dx kA Energy out right face x ∂ x
∂ T ∂ ∂ T = −A k [ + (k )d ] x ∂ x ∂ x ∂ x
where q= energy generated per unit volume, W/m3 ɺ
c = specific heat of material, J/kg . 0C
工程热力学用于研究平衡系统；它只研究系统从一个平衡状态到另一个平衡状态所需要的能量数，而不研究这种变化进行的快慢，因为系统处于变化时是不平衡的。
For example（例如）
Consider the cooling of a hot steel bar which is placed in a pail of water
ρ= density, kg/m3
Combining the relations above gives
∂T ∂T ∂T ∂ ∂T ɺ −kA +qAdx = ρ cA dx− A k [ + (k )dx] ∂x ∂x ∂x ∂x ∂x
Or
∂ ∂ T ∂ T ɺ (k ) +q = ρ c ∂ x ∂ x ∂ τ

传热学讲义第一章—导热理论基础

第一章导热理论基础本章重点：准确理解温度场、温度梯度、导热系数等基本概念，准确掌握导热基本定律及导热问题的基本分析方法。

物质内部导热机理的物理模型：（1）分子热运动；（2）晶格（分子在无限大空间里排列成周期性点阵）振动形成的声子运动；（3）自由电子运动。

物质内部的导热过程依赖于上述三种机理中的部分项，这几种机理在不同形态的物质中所起的作用是不同的。

导热理论从宏观研究问题，采用连续介质模型。

第一节基本概念及傅里叶定律1-1 导热基本概念一、温度场(temperature field)（一）定义：在某一时刻，物体内各点温度分布的总称，称为即为温度场（标量场）。

它是空间坐标和时间坐标的函数。

在直角坐标系下，温度场可表示为：),,,(τz y x f t = （1-1）（二）分类：1．从时间坐标分：① 稳态温度场：不随时间变化的温度场，温度分布与时间无关，0=∂∂τt ，此时，),,(z y x f t =。

（如设备正常运行工况）稳态导热：发生于稳态温度场中的导热。

② 非稳态温度场：随时间而变化的温度场，温度分布与时间有关，),,,(τz y x f t =。

（设备启动和停车过程）非稳态导热：在非稳态温度场中发生的导热。

2．从空间坐标分： ① 三维温度场：温度与三个坐标有关的温度场，⎩⎨⎧==稳态非稳态),,(),,,(z y x f t z y x f t τ ② 二维温度场：温度与二个坐标有关的温度场，⎩⎨⎧==稳态非稳态),(),,(y x f t y x f t τ∆tt-∆tgrad t③ 一维温度场：温度只与一个坐标有关的温度场，⎩⎨⎧==稳态非稳态，)()(x f t x f t τ 二、等温面与等温线1．等温面(isothermal surface)：在同一时刻，物体内温度相同的点连成的面即为等温面。

2．等温线(isotherms)：用一个平面与等温面相截，所得的交线称为等温线。

为了直观地表示出物体内部的温度分布，可采用图示法，标绘出物体中的等温面（线）。

传热学-绪论PPT课件

2、定义凡是由导热、对流和热辐射两种以上的基本方式组成的热传递过程称为复合换热。
五、传热过程
1、举例 ➢内燃机气缸中的高温燃气经气缸壁传给水套中的
冷却水。
➢暖气设备内水蒸气通过器壁散热至周围空气中。
➢冷凝器中的冷却水通过管壁从低压水蒸气吸收热量。
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。
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？
(2)工程技术领域
• 动力、化工、制冷、建筑、机械制造、新能源、微电子、核能、航空航天、微机电系统（MEMS）、新材料、军事、科学与技术、生命科学与生物技术…
(3) 与专业相关的具体应用举例
• 发动机缸壁的传热损失，降低了发动机的热效率 • 发动机冷却系统 • 空调系统 •…
通过对传热学课程的学习，将会对解决热传递的问题打下一定的理论基础。
1-2 热量传递的基本方式
• 热量传递过程实例铝壶烧开水
• 热量传递的三种基本方式：导热(热传导)、对流(热对流) 、热辐射。
（1）任何物体，只要温度高于0 K，就会不停地向周围空间发出热辐射。
（2）互相辐射的物体之间并不需要接触。即辐射能的传递不用借助于媒介物。即使在真空中也可以传递。
（3）热辐射不仅产生能量的转移，而且还伴随能量形式的转化。（热能—辐射能—热能）
4、计算式 ①黑体：能吸收投入到其表面上的所有热辐射能的
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》电子课件

第1章绪论§1.1 传热学的研究内容及其应用四、传热学在科学技术各个领域中的应用3.3.温度控制温度控制温度控制：：为使一些设备能安全经济地运行为使一些设备能安全经济地运行，，或者为得到优质产品为得到优质产品，，要对热量传递过程中物体关键部位的温度进行控制部位的温度进行控制。

例如例如：：电子器件的冷却航天器重返大气层时的热防护原子及自由电子等微观粒子热运动而传递热量：定律有：绪论第1章绪论§1.2 热能传递的三种基本方式二、对流对流（（热对流热对流））(Convection )4. 对流对流换热的特点换热的特点第1章绪论§1.2 热能传递的三种基本方式二、对流对流（（热对流热对流））(Convection )5. 对流对流换热量的计算换热量的计算换热量的计算－－－－－－牛顿冷却定律牛顿冷却定律() w f ΦhA t t =− () w f q ΦA h t t ==−h —表面传热系数表面传热系数[[W/(m 2K)]Φ—热流量热流量[[W ]，单位时间传递的热量q —热流密度热流密度[[W/m 2]A—与流体接触的壁面面积与流体接触的壁面面积[[m 2 ]w t —固体壁表面温度固体壁表面温度[[o C ]f t —流体温度流体温度[[o C ]()f w ΦhA t t =− ()f w q ΦA h t t ==−流体受冷流体受热第1章绪论§1.2 热能传递的三种基本方式二、对流对流（（热对流热对流））(Convection )6. 表面传热系数表面传热系数（（h ）是过程量是过程量，，与具体的换热过程有关与具体的换热过程有关，，受许多因素影响第1章绪论§1.2 热能传递的三种基本方式二、对流对流（（热对流热对流））(Convection )7. 对流热阻=1h t t ΦR hA ∆∆= =1h t t q r h∆∆=wt ft ΦhR 有限面积对流热阻1h R hA=单位面积对流热阻1h r h=第。

传热学第一章热量传递的基本方式ppt课件

爆破学、工厂、物业、商厦与地面建筑的灾害防治技术、通风与空气调节、安全管理学等专业知识，这些都与传热相关。
*
太原理工大学
8 / 51
主要体现在以下几个方面
Thermal
➢ 温度场的测算和换热量的计算； ➢ 环境变化对温度场的影响；
➢ 极限温度的控制：为使一些设备能安全经济地运行，需要对热量传递过程中物体关键部位的温度进行控制。
*
太原理工大学
24 / 51
（2）对流换热的分类
• 无相变：强制对流和自然对流换热
Thermal
• 有相变：沸腾、凝结、凝固、熔化等。
自然对流：由于流体冷热各部分的密度不同而引起流体的流动。如：暖气片表面附近受热空气的向上流动强制对流：流体的流动是由于水泵、风机或其它压差作用所造成的。如油冷却器、空气预热器等。
两黑体表面间的辐射换热
*
太原理工大学
33 / 51
（6）总结
Thermal
在实际问题中，这三种热量传递方式往往不是单独出现的，这不仅表现在互相串联的几个环节中，而且同一个环节也常常如此。例如: 一块高温钢板在厂房中的冷却散热。
*
太原理工大学
28 / 51
（2）辐射换热的特点
Thermal
• 任何物体，只要温度高于0 K，就会不停地向周围空间发出热辐射（热辐射是物体本身的属性，等温时为动态平衡）；
• 可以在真空中传播，不需要中间介质，而且在真空中辐射能的传递最有效；
• 不仅有能量的转移，而且还伴随有能量形式的转换；
Thermal
§1-1 传热学的研究对象及其在安全工程技术中的应用
一、研究对象及内容
研究由温差引起的热量传递规律的科学，具体来讲主要有热量传递的机理、规律、计算和测试方法，其内容包括：

传热学课件第四版-第一章

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
b c d
微电子：电子芯片冷却生物医学：肿瘤高温热疗；生物芯片；组织与器官的冷冻保存军事：飞机、坦克；激光武器；弹药贮存
e
f
制
冷：跨临界二氧化碳汽车空调/热泵；高温
传热学
（Heat Transfer）
第一章绪论
§1-1 概述
1.1.1 传热学（Heat Transfer）的研究内容
1 传热学：研究热量传递规律的科学，具体来讲主要
有热量传递的机理、规律、计算和测试方法
热量传递过程的推动力：温差
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
1.1.2 传热学研究中的连续介质假设
基本假定：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坐标的连续函数。对于气体而言，所研究物体的几何尺寸要远大于分子间的平均自由程。在微机电系统中，所研究物体的几何尺寸常在微米到毫米之间，微机电系统内的流动和传热问题不满足连续介质的基本假定。
0
q dx
tw2
tw1
dt q
tw1 tw2

q
t w1 t w 2 t w1 t w 2

t r t R
t
t w1
dt
dx
Φ
A

Q
tw2
R A
r
0

x
导热热阻
t w1
Q

t w2
单位导热热阻
图1-3

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

传热学课件

18
传热学的重要地位
传热学是能源、动力、化工、机械、电子、土木等学科的主干技术基础课
传热学与流体力学、工程热力学并称能源动力类专业的三大支柱
2021/5/12
19
2 传热学的基本任务
① 求解温度分布 ② 计算热量传递的速率
热力学 + 传热学=热科学(Thermal Science)
系统从一个平关心的是热
与分析解相比，数值解的结果是离散而不是连续的。数值解的准确性不仅取决于所获得的数学描写的正确合理性，而且还取决于所采用的计算方法的有效性。
2021/5/12
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坦克与周围环境的换热模拟
2021/5/12
32
厨房内部气体传热流动模拟
1
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3
4
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33
牛与周围空气传热流动模拟
2021/5/12
2021/5/12
7
动物的大衣
2021/5/12
8
可怜的冷血動物
2021/5/12
9
传统工业
2021/5/12
10
2021/5/12
11
2021/5/12
12
2021/5/12
13
高新技术
2021/5/12
14
20பைடு நூலகம்1/5/12
15
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16
2021/5/12
17
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传热学 Heat Transfer
2021/5/12
1
第一章绪论
§1-1 传热学概述 §1-2 热量传递的基本方式 §1-3 传热过程与传热系数
2021/5/12

传热学绪论课件

例题 1-1 有三块分别由纯铜（热导率 λ1=398W/(m·K) ）、黄铜（热导率 λ2=109W/(m·K)）和碳钢（热导率λ3=40W/(m·K)）制成的大平板，厚度都为10mm，两侧表面的温差都
维持为tw1 – tw2 = 50℃不变，试求通过每块平板的
总小于1，它与物体的种类及表面状态有关。
要计算辐射换热量，必须考虑投到物体上的辐射热量的吸收过程，即收支平衡量，详见第9章。
物体包容在一个很大的表面温度为T2的空腔内，物体与空腔表面间的辐射换热量
1 A1 (T14 T24 ) （ 1-9 ）
综合分析
§1-3 传热过程和传热系数
1.3.1 传热方程式
1 、概念热量由壁面一侧的流体通过壁面传到另一侧流体中去的过程称传热过程。
对流辐射
导热
对流
2 、传热过程的组成
一般包括串联的三个环节： ① 热流体 → 壁面高温侧； ② 壁面高温侧 → 壁面低温侧； ③ 壁面低温侧 → 冷流体。稳态过程通过串联环节的热
tw1 tw2
10950 / 0.01 0.545106W
/ m2
对于碳钢板
q2
3
tw1
tw2
4050 / 0.01
0.2 106W
/ m2
1.2.2、热对流 1 、基本概念
1) 热对流：是指由于流体的宏观运动，从而使流体各部分之间发生相对位移，冷热流体相互掺混所引起的热量传递过程。
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？

传热学第五版课件完整版

二、第三类边界条件
常物性时导热微分方程组如下：

d r dt 0 dr dr
dt dr
r r1 h1 t f 1 t r r1
dt dr
r r 2 h2 t r r 2 t f 2
根据第一类边界条件时的结果:
dt tw1 tw2 1
1 1

2 2

i i

二、第三类边界条件
常物性时导热微分方程组如下：

dt
dx dt
dx
d 2t 0 dx 2 x0 h1 t f 1 t x0
x h2 t x t f 2
根据第一类边界条件时的结果: （此时壁温tw1和tw2为未知）
qx

t x
qy

t y
qz

t z
第二节导热系数
每种物质的导热系数可通过实验确定
常用物质可查表获取
一
固相>液相>气相
般
金属>非金属
规
晶体>无定形态
律
纯物质>有杂质物质
纯金属>合金
导热系数的主要影响因素：温度、压力
气体的导热系数：
随温度升高而增大（由于分子运动速度和比定容热容增大），压力对其影响不大（密度增大但自由程减小）
长度为l的圆筒壁的热阻：
1 ln d2
2l d1
单位管长单层圆筒壁的热流量：
ql

l

tw1 tw2 1 ln d2
2 d1

传热学基本知识ppt课件

传热学基本知识ppt课件目录•传热学概述•热传导基本知识•热对流基本知识•热辐射基本知识•传热过程与换热器设计•传热学实验方法与测量技术•传热学在工程领域应用案例01传热学概述传热学定义与研究对象传热学定义研究热量传递规律的科学，主要研究物体之间或物体内部热量传递的过程、机理和计算方法。

研究对象包括导热、对流换热和辐射换热三种基本传热方式，以及传热过程与热力学、流体力学、电磁学等学科的交叉问题。

01020304能源与动力工程建筑工程机械工程电子工程传热学应用领域涉及燃烧、锅炉、内燃机、汽轮机、航空发动机等领域的热量传递问题。

研究建筑物的保温、隔热、采暖、通风等热工性能，提高建筑能效。

解决电子设备散热问题，如计算机、手机、电子元器件等的冷却技术。

研究各种机械设备的热设计、热分析和热控制，如散热器、冷却系统、热交换器等。

理论分析实验研究数值模拟传热学研究方法通过建立数学模型和方程，对传热过程进行定量描述和预测。

通过实验手段测量传热过程中的各种物理量，验证理论分析和数值模拟的正确性。

利用计算机进行数值计算，模拟传热过程的详细情况，为优化设计和控制提供依据。

02热传导基本知识热传导定义及物理意义热传导定义物体内部或物体之间由于温度差异引起的热量传递现象。

物理意义热传导是热量传递的三种基本方式之一，对于研究物体的热行为和热设计具有重要意义。

热传导基本定律与公式热传导基本定律傅里叶定律，即单位时间内通过单位面积的热量与温度梯度成正比。

热传导公式Q = -kA(dT/dx)，其中Q为热量，k为热传导系数，A为传热面积，dT/dx为温度梯度。

热传导系数及其影响因素热传导系数定义表征材料导热性能的物理量，即单位时间、单位温度梯度下，通过单位面积的热流量。

影响因素材料的种类、温度、压力、湿度等都会对热传导系数产生影响。

例如，金属材料的热传导系数通常较高，而非金属材料的热传导系数较低。

03热对流基本知识热对流定义及物理意义热对流定义热对流是指热量通过流体的宏观运动而传递的过程。

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