传热学第一章绪论杨世铭PPT课件
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华北电力大学传热学精品课件
h —表面传热系数�是表征对流换热过程强弱的
[ ] 物理量。 W (m2 ⋅ K)
华北电力大学
刘彦丰
传热学 Heat Transfer
三、热辐射与辐射换热
1 . 定义 辐射�物体通过电磁波来传递热量的方式。 热辐射�物体由于热的原因向外发出的辐射。 辐射换热�物体之间以辐射的形式交换热量。 2 . 特点
实际物体表面的辐射力可与黑体相比较而得到�
[ ] 表示为
E = εσ bT 4
W m2
ε — 实际物体表面的发射率�黑度��0 - 1 �与 物体的种类、表面状况和温度有关。
华北电力大学
刘彦丰
传热学 Heat Transfer 4 . 一个辐射换热计算的特例
物体表面间辐射换热的计算涉及到物体表面的辐 射能力、吸收能力、表面间的几何关系等多方面的 因素�因此�不同情况下�其计算公式不一样。
要解决的问题�
温度分布如何描述和表示� 温度分布和导热的热流存在什么关系� 如何得到导热体内部at Transfer
本章内容简介
2 - 1 导热基本定律
回答问题1 和2
2 - 2 导热微分方程式及定解条件 回答问题3
2 - 3 通过平壁、圆筒壁、球壳和其它变截面物体
�1 �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。
�2 �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。
华北电力大学
刘彦丰
传热学 Heat Transfer 3 . 物体的辐射能力与黑体 物体单位表面积向外辐射的总能量可用 E 表示�
Φ = Ah2 (tw2 − t f 2 )
h1, tf1
h2, tf2
[ ] 物理量。 W (m2 ⋅ K)
华北电力大学
刘彦丰
传热学 Heat Transfer
三、热辐射与辐射换热
1 . 定义 辐射�物体通过电磁波来传递热量的方式。 热辐射�物体由于热的原因向外发出的辐射。 辐射换热�物体之间以辐射的形式交换热量。 2 . 特点
实际物体表面的辐射力可与黑体相比较而得到�
[ ] 表示为
E = εσ bT 4
W m2
ε — 实际物体表面的发射率�黑度��0 - 1 �与 物体的种类、表面状况和温度有关。
华北电力大学
刘彦丰
传热学 Heat Transfer 4 . 一个辐射换热计算的特例
物体表面间辐射换热的计算涉及到物体表面的辐 射能力、吸收能力、表面间的几何关系等多方面的 因素�因此�不同情况下�其计算公式不一样。
要解决的问题�
温度分布如何描述和表示� 温度分布和导热的热流存在什么关系� 如何得到导热体内部at Transfer
本章内容简介
2 - 1 导热基本定律
回答问题1 和2
2 - 2 导热微分方程式及定解条件 回答问题3
2 - 3 通过平壁、圆筒壁、球壳和其它变截面物体
�1 �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。
�2 �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。
华北电力大学
刘彦丰
传热学 Heat Transfer 3 . 物体的辐射能力与黑体 物体单位表面积向外辐射的总能量可用 E 表示�
Φ = Ah2 (tw2 − t f 2 )
h1, tf1
h2, tf2
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 高教版 第1章课件
通过单位面积平壁的热流密度为
q k tf1 tf 2
tf1 tf 2
1 1
h1 h2
利用上述公式, 可以很容易求得通过平壁的热
流量、热流密度q及壁面温度tw1、tw2。
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能量利用过程实质就是能量的传递与转换过程。
燃料电池
机械能
氢、酒精等二次能源
电能
辐射能
光电池
发电机
机械
风能、水能、海洋能
机械能
热能 直接利用
煤、石油、天然气
核能
核反应
燃烧 集热器
热机 90％
热 能 直接利用
燃烧
太阳能 光合作用
生物质能 食物利用
一切热能利用过程都离不开传热。
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热能利用率和传热过程 密切相关。
高温热源 吸热Q1
热机
Wnet
放热Q2
低温热源
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要想提高能源的利用率，必须具备传热学 的基础知识，掌握热量传递的规律以及控制和 优化热量传递过程的方法。
（1）左侧的对流换热
t
tf1
Ah1
tw1 tf1
tw1 tf1 1
tw1 tf1
Ah1
Rh1
tw1
h1
h2 tw2
tf2
（2）平壁的导热 0
A tw1 tw2
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。
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。
传热学高教版第1章课件
辐射换热：以热辐射的方式进行的热量交换。
辐射换热的主要影响因素： （1）物体本身的温度、表面辐射特性；
在相同温度下的所有物体中，黑体的发射热辐 射的能力最大。
（ 斯忒藩—玻耳兹曼定律）
式中 σ = 5.67×10 -8 W/(m 2 K 4 ) ，称为斯忒藩— 玻耳
常数，又称为黑体辐射常数。
2023/8/1
射能的现象 解释辐射现象的两种理论 ：
电磁理论与量子理论
电磁波的数学描述：
c — 某介质中的光速,
m/s 为真空中的光速; n 为介质的折射率。
λ — 波长, 常用μm为单位, 1μm = 10-6 m。
ν — 频率, 单位 1/s。
2023/8/1
45
2 . 电磁波的波谱：
γ射线、 X射线、 紫外线、
tw1
热流量：单位时间传过的热量
tw2
W
Φ
λ : 材料的热导率（导热系数），表
明
材料的导热 0
δx
能20力23/8/，1 W/(m·K)。
39
热流密度 q : 单位时间通过单位面积的热流量 导热热阻
称为平壁的导热热阻，表示物体对 导热的阻力，单位为K/W 。
热阻网络
Φ
tw1
tw2
2023/8/1
40
机械 风能、水能、海洋能
机械能
热能 直接利用
煤、石油、天然气
核能
核反应
太阳能 光合作用
燃烧 集热器
热机 90％
热 能 直接利用
燃烧 生物质能 食物利用
一切热能利用过程都离不开传热。
2023/8/1
10
热能利用率和传热过程 密切相关。
高温热源 吸热Q1
辐射换热的主要影响因素： （1）物体本身的温度、表面辐射特性；
在相同温度下的所有物体中，黑体的发射热辐 射的能力最大。
（ 斯忒藩—玻耳兹曼定律）
式中 σ = 5.67×10 -8 W/(m 2 K 4 ) ，称为斯忒藩— 玻耳
常数，又称为黑体辐射常数。
2023/8/1
射能的现象 解释辐射现象的两种理论 ：
电磁理论与量子理论
电磁波的数学描述：
c — 某介质中的光速,
m/s 为真空中的光速; n 为介质的折射率。
λ — 波长, 常用μm为单位, 1μm = 10-6 m。
ν — 频率, 单位 1/s。
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45
2 . 电磁波的波谱：
γ射线、 X射线、 紫外线、
tw1
热流量：单位时间传过的热量
tw2
W
Φ
λ : 材料的热导率（导热系数），表
明
材料的导热 0
δx
能20力23/8/，1 W/(m·K)。
39
热流密度 q : 单位时间通过单位面积的热流量 导热热阻
称为平壁的导热热阻，表示物体对 导热的阻力，单位为K/W 。
热阻网络
Φ
tw1
tw2
2023/8/1
40
机械 风能、水能、海洋能
机械能
热能 直接利用
煤、石油、天然气
核能
核反应
太阳能 光合作用
燃烧 集热器
热机 90％
热 能 直接利用
燃烧 生物质能 食物利用
一切热能利用过程都离不开传热。
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热能利用率和传热过程 密切相关。
高温热源 吸热Q1
1传热学-第一章课件讲解
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 3 、温度控 制：为使 一些设备能安全 经济 地 运 行 ，需要对热量传递中的 关键部位进行温 度控 制 。如航 天器返回 地面， 笔记本的 散热
四、传热问题的分类和主要计算量
稳态传热过程: 传热过程中各处温度不 随时间变化。 非稳态传热过程：传热过程中各 处温度随时间变化。
热流量：
dQ Φ= d
[W]
W 2 m
热流密度：
t Φ q= = A
§1-2热量传递的基本方式
热量传递基本方式：热传导、热对流、热辐射
l
l
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？
在下列技术领域大量存在传热问题
动力、化工、制冷、建筑、环境、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…
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
最新传热学第一章绪论杨世铭课件ppt
传热学第一章绪论杨世铭
参考 书
❖ 教材: 《传热学》 杨世铭、陶文铨编著，第四版 ❖ 《传热学》 戴锅生，第二版 ❖ 《数值传热学》 陶文铨编著 ❖ 《对流换热》 V. S. 阿巴兹 ❖ 《凝结和沸腾》施明恒等编著 ❖ 《辐射换热》 余其铮编著 ❖ Heat Transfer (2nd Edition), by Anthony F. Mills ❖ Heat Transfer , by J.P.Holman ❖ Fundamentals of Heat Transfer, by F. P. Incropera, D.P. DeWitt
硅藻土砖：
q t w 1 t w 2 0 .2 3 4 1 0 2 0 9 .6 0 1 8 2 W 0 m 2 0 .05
讨论：由计算可见， 由于铜与硅藻土砖导热系数的巨大差 别， 导致在相同的条件下通过铜板的导热量比通过硅藻土 砖的导热量大三个数量级。 因而，铜是热的良导体， 而 硅藻土砖则起到一定的隔热作用
Q
A
x
tw2
图1-3 导热热阻的图示
例 题 1-1
例题 1-1 一块厚度δ=50 mm 的平板， 两侧表面分别维 持在 tw 130 oC ,0 tw 210 oC .0试求下列条件下的热流密度。
(1)材料为铜，λ=375 w/(mK ); (2)材料为钢， λ=36.4 w/(mK ); (3)材料为铬砖， λ=2.32 w/(mK )； (4)材料为硅藻土砖， λ=0.242 w/(mK )。
：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；A：垂直于导热方向的
截面积[m2]；：导热系数（热导率）[W/( m K)]。
傅立叶定律又称导热基本定律，上式是一维稳态导热 时傅立叶定律的数学表达式。通过分析可知：
参考 书
❖ 教材: 《传热学》 杨世铭、陶文铨编著，第四版 ❖ 《传热学》 戴锅生，第二版 ❖ 《数值传热学》 陶文铨编著 ❖ 《对流换热》 V. S. 阿巴兹 ❖ 《凝结和沸腾》施明恒等编著 ❖ 《辐射换热》 余其铮编著 ❖ Heat Transfer (2nd Edition), by Anthony F. Mills ❖ Heat Transfer , by J.P.Holman ❖ Fundamentals of Heat Transfer, by F. P. Incropera, D.P. DeWitt
硅藻土砖：
q t w 1 t w 2 0 .2 3 4 1 0 2 0 9 .6 0 1 8 2 W 0 m 2 0 .05
讨论：由计算可见， 由于铜与硅藻土砖导热系数的巨大差 别， 导致在相同的条件下通过铜板的导热量比通过硅藻土 砖的导热量大三个数量级。 因而，铜是热的良导体， 而 硅藻土砖则起到一定的隔热作用
Q
A
x
tw2
图1-3 导热热阻的图示
例 题 1-1
例题 1-1 一块厚度δ=50 mm 的平板， 两侧表面分别维 持在 tw 130 oC ,0 tw 210 oC .0试求下列条件下的热流密度。
(1)材料为铜，λ=375 w/(mK ); (2)材料为钢， λ=36.4 w/(mK ); (3)材料为铬砖， λ=2.32 w/(mK )； (4)材料为硅藻土砖， λ=0.242 w/(mK )。
：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；A：垂直于导热方向的
截面积[m2]；：导热系数（热导率）[W/( m K)]。
傅立叶定律又称导热基本定律，上式是一维稳态导热 时傅立叶定律的数学表达式。通过分析可知：
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。
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。
第1章-绪论__传热学(第四版)
流体被加热时：
q h(t w t f )
流体被冷却时：
（1-3）
q h(t f t w )
（1-4）
tf 式中， t及 分别为壁面温度和流体温度， w ℃。
• 如果把温差（亦称温压）记为 t，并约定永 远取正值，则牛顿冷却公式可表示为
q ht
Aht
单位
2 W/ 。 m K
钢：
tw1 tw2 tw1 tw2
铬砖： q 硅藻土砖： q
tw1 tw2
0.242
讨论：由计算可见， 由于铜与硅藻土砖导热系数的巨大差 别， 导致在相同的条件下通过铜板的导热量比通过硅藻土 砖的导热量大三个数量级。 因而，铜是热的良导体， 而 硅藻土砖则起到一定的隔热作用
《传热学》章熙民 编著 《传热学重点难点及典型 题精解》 或《传热学要点 与解题 》王秋旺 编著
第1章 绪论
1.1 传热学的研究内容及其在科学技术和工程 中的应用 1.2 热量传递的三种基本方式 1.3 传热过程和传热系数 1.4 传热学的发展史和研究方法
1.1 概 述
1.1.1、传热学研究内容
练 习 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导 热热流密度。 解： 这是通过大平壁的一维稳态导热问题。
系称为热量传递的速率方程。
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。
传热学-教学ppt_L01-绪论
Φ是不同的
Φ = (ε )AσT 4
黑度，发射率 ε=1, 绝对黑体 同温度下，具有最大吸收和辐射能量的物体。
机械工程学院 35
辐射换热量
Φ1’ Φ1
净(交换)辐射热量 = 吸收的辐射热量 - 发射出去的辐射热量
机械工程学院 36
裂解炉/管式反应器
1
裂解温度：ca 850 ℃
顶顶顶顶
ca 1150 ℃ >1500 ℃
底部烧嘴 侧壁烧嘴
机械工程学院 37
Homework
1
回顾生产实习过程，有哪些你所参观的工艺 过程涉及到”显著”的热量传递过程；
2
参考下列文献，画出油气井采出液集输过程 的处理工艺和主要设备，并说明哪些工艺过 程涉及到热量传递。(参考文献电子版可到ftp下载)
宫敬, 翁维珑, 吴明胜. 油气集输与储运系统(第二版)[M]. 北京：中 国石化出版社. 2006. p.7 图1-1
• 自然世界由系列"现象"组成，不同的现象构 成了物理世界。 • 把某些类似现象归结为同一类研究内容或 分类内容，就构成了物理学科。 • 世界本质是 “物理”的。
机械工程学院 7
2. 大学物理中的热科学
第十二章 气体动理论
12-1 平衡态 理想气体物态方程 热力学第零定律 一、气体的物态参量 ; 二、平衡态; 三、理想气体物态方程; 四、热力学第零定律 12-2 物质的微观模型 统计规律性 一、分子的线度和分子力; 二、分子热运动的无序性及统计规律性 12-3 理想气体的压强公式 一、理想气体的微观模型; 二、理想气体的压强公式 12-4 理想气体分子的平均平动动能与温度的关系 12-5 能量均分定理 理想气体内能 一、自由度; 二、能量均分定理; 三、理想气体的内能 12-6 麦克斯韦气体分子速率分布律 一、测定气体分子速率分布的实验; 二、麦克斯韦气体分子速率分布定律; 三、三种统计速率 四、关于气体逃逸地球大气层问题和对克劳修斯的质疑 12-7 玻耳兹曼能量分布律 等温气压公式 一、玻耳兹曼能量分布律; 二、重力场中的等温气压公式 12-8 分子平均碰撞次数和平均自由程 12-9 气体的迁移现象 一、粘滞现象; 二、 机械工程学院 12-10 实际气体的范德瓦耳斯方程
Φ = (ε )AσT 4
黑度，发射率 ε=1, 绝对黑体 同温度下，具有最大吸收和辐射能量的物体。
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辐射换热量
Φ1’ Φ1
净(交换)辐射热量 = 吸收的辐射热量 - 发射出去的辐射热量
机械工程学院 36
裂解炉/管式反应器
1
裂解温度：ca 850 ℃
顶顶顶顶
ca 1150 ℃ >1500 ℃
底部烧嘴 侧壁烧嘴
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Homework
1
回顾生产实习过程，有哪些你所参观的工艺 过程涉及到”显著”的热量传递过程；
2
参考下列文献，画出油气井采出液集输过程 的处理工艺和主要设备，并说明哪些工艺过 程涉及到热量传递。(参考文献电子版可到ftp下载)
宫敬, 翁维珑, 吴明胜. 油气集输与储运系统(第二版)[M]. 北京：中 国石化出版社. 2006. p.7 图1-1
• 自然世界由系列"现象"组成，不同的现象构 成了物理世界。 • 把某些类似现象归结为同一类研究内容或 分类内容，就构成了物理学科。 • 世界本质是 “物理”的。
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2. 大学物理中的热科学
第十二章 气体动理论
12-1 平衡态 理想气体物态方程 热力学第零定律 一、气体的物态参量 ; 二、平衡态; 三、理想气体物态方程; 四、热力学第零定律 12-2 物质的微观模型 统计规律性 一、分子的线度和分子力; 二、分子热运动的无序性及统计规律性 12-3 理想气体的压强公式 一、理想气体的微观模型; 二、理想气体的压强公式 12-4 理想气体分子的平均平动动能与温度的关系 12-5 能量均分定理 理想气体内能 一、自由度; 二、能量均分定理; 三、理想气体的内能 12-6 麦克斯韦气体分子速率分布律 一、测定气体分子速率分布的实验; 二、麦克斯韦气体分子速率分布定律; 三、三种统计速率 四、关于气体逃逸地球大气层问题和对克劳修斯的质疑 12-7 玻耳兹曼能量分布律 等温气压公式 一、玻耳兹曼能量分布律; 二、重力场中的等温气压公式 12-8 分子平均碰撞次数和平均自由程 12-9 气体的迁移现象 一、粘滞现象; 二、 机械工程学院 12-10 实际气体的范德瓦耳斯方程
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：
*
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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。
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（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
*
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（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。
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（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：
[课件]中文版_传热学-第一章PPT
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属性
特点
2018/12/3
15
(1) 对流换热的基本计算公式——牛顿冷却公式
Φ hA ( t t ) W w
q ΦA
2 h ( tw tf ) W m
— 热流量[W]，单位时间传递的热量
2 q — 热流密度 W m
2 W (m K) h — 表面传热系数
0
2018/12/3
20 C
Q
x
突然加 热到 800C
0
20 C
x
10
导热
定义
§1-1 热量传递的三种基本方式
对流 辐射
属性
特点
2018/12/3
11
1 导热（热传导）
(1) 导热的基本定律： 1822年，法国数学家Fourier:
t
dx
Φ d t W q 2 A d x m
dt
Q
d t Φ A d x
W
0
x
2018/12/3
12
1 导热（热传导）(续)
(2) 导热系数 表征材料导热能力的大小，是一种物性 参数，与材料种类和温度有关。
t
t w1
dt
dx
金属 非金属固体 液体 气体
(3) 一维稳态导热及其导热热阻 如图右图所示，稳态 q = const，于是
2018/12/3 8
3 传热学应用实例(续)
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 制 事：飞机、坦克；激光武器；弹药贮存 冷：跨临界二氧化碳汽车空调/热泵； 高温水源热泵 新 能 源：太阳能； 燃料电池
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？
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-
9
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
5 传热过程的分类
按温度与时间的依变关系，可分为稳态和非稳态两大类。
-
10
5 导热
(5) 导热系数
(6) 一维稳态导热及其导热热阻
如图1-3所示，稳态 q = const，于是积分Fourier
定律有： qd x tw 2d t q tw 1 tw 2
2
t r
Φ
tw1
tw2
t R
A
R
A
r
导热热阻 单位导热热阻
-
t
dx
tw1
(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 = 热科学(Thermal Science)
关心的是热量传 递的过程，即热 量传递的速率。
铁块, M1 300oC
热力学： tm Φ
不讨论与时间的关系
传热学： t ( x, y , z , ) Φ f ( )
水，M2 20oC
传热学
（Heat Transfer）
-
1
参考 书
❖ 教材: 《传热学》 杨世铭、陶文铨编著，第四版 ❖ 《传热学》 戴锅生，第二版 ❖ 《数值传热学》 陶文铨编著 ❖ 《对流换热》 V. S. 阿巴兹 ❖ 《凝结和沸腾》施明恒等编著 ❖ 《辐射换热》 余其铮编著 ❖ Heat Transfer (2nd Edition), by Anthony F. Mills ❖ Heat Transfer , by J.P.Holman ❖ Fundamentals of Heat Transfer, by F. P. Incropera, D.P. DeWitt
§1-2 热量传递的三种基本方式
热量传递的三种基本方式：导热(热传导)、对流(热对流) 和热辐射。
1 导热（热传导）(Conduction)
(1)定义：指温度不同的物体各部分或温度不同的两物体
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 (2)物质的属性：可以在固体、液体、气体中发生 (3)导热的特点：a 必须有温差；b 物体直接接触；c
-
2
考核方法
❖ 平时成绩: 30% (包括：实验、 出勤及作业)
❖ 期末考试: 70%
-
3
第一章 绪 论
§1-1 传热学的研究内容及其在科学技术和工程中的应用
1. 传热学（Heat Transfer）的研究内容 (1) 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
(2) 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
dt
Q
tw2
图1-1 传热学与热力学的区别
(2) 传热学以热力学第一定律和第二定律为基础，即 始终从高温热 源向低温热院传递，如果没有能量形式的转化，则 始终是守恒的
-
6
4 传热学应用实例
自然界与生产过程到处存在温差 传热很普遍 科学技术领域中遇到的传热问题大致可归纳为三类： （1）强化传热 （2）削弱传热（热绝缘） （3）温度控制
：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；A：垂直于导热方向的
截面积[m2]；：导热系数（热导率）[W/( m K)]。
-
12
傅立叶定律又称导热基本定律，上式是一维稳态导热 时傅立叶定律的数学表达式。通过分析可知：
❖ （ 1 ）当温度 t 沿 x 方向增加时，ddxt 0 而 q ＜０，说 明此时热量沿 x 减小的方向传递；
-
8
(2) 特别是在下列技术领域大量存在传热问题
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) 几个特殊领域中的具体应用
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
-
4
2.传热学研究中的连续介质假定
❖ 假定所研究的物体中的温度、密度、压力等物理参 数都是空间的连续函数。
❖ 对于气体，只要被研究物体的几何尺度远大于分子 间的平均自由度，假定就成立。
❖ 微机电系统，即尺寸在1μm~1mm间的器件组成的 系统，其流动和传热问题不适合上面的假定
-
5
3. 传热学与工程热力学的关系
依靠分子、原子及自由电子等微观粒子热运动而传递
热量；d 在引力场下单纯的导热只发生在密实固体
中。
-
11
(4)导热的基本定律：
1822年，法国数学家Fourier: t
dx
ΦAdt W
dx
qΦdt
A dx
W m2
上式称为Fourier定律，号称导
热基本定律，是一个一维稳态
dt 0
Q
x
导热。其中：
图1-2 一维稳态平板内导热
❖ （ 2 ）反之，当 dt 0 时， q > 0 ，说明热量沿 x 增 加的方向传递。 dx
❖ （ 3 ）导热系数 λ 表征材料导热性能优劣的参数， 是一种物性参数，单位： w/mk 。
❖ 不同材料的导热系数值不同，即使同一种材料导 热系数值与温度等因素有关。金属材料最高，良导 电体，也是良导热体，液体次之，气体最小。
-
13
(5) 导热系数 表征材料导热能力的大小，是一种物性参数，与材料种类
和温度关。 金 属 非金 属 液 固 体 体 气体
复习：1 传热学的研究内容
(1) 定义
2 传热学与工程热力学的关系 (2) 物质的属性：
3 传热学应用实例
(3) 导热的特点
4 传热过程的分类
(4) 导热的基本定律
-
7
(1) 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？
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？