第八章 第五节传热学讲稿讲课稿
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《传热学讲稿》教案
《传热学讲稿》教案传热学讲稿教案一、教学目标：1.理解传热学的基本概念和原理。
2.掌握热传导、对流传热和辐射传热的基本概念和数学表达。
3.了解传热学在工程实践中的应用。
二、教学重点与难点：1.热传导基本概念和数学表达。
2.对流传热原理和计算方法。
3.辐射传热的基本原理和计算方法。
三、教学准备：1.教学资料：PPT、教学录像、实验仪器。
2.教学辅助工具：投影仪、计算器。
四、教学过程：步骤一：导入（10分钟）1.利用教学录像或实验仪器展示一个热传导实验，引起学生对传热学的兴趣。
2.提出问题：你们觉得热是如何传导的？步骤二：热传导（30分钟）1.讲解热传导的基本概念和数学表达，包括传热的方式、传热方程等。
2.展示实验：用铜棒传热实验，通过测量温度的变化来验证热传导的存在。
3.讲解热传导实例，并引导学生用传热方程来解决问题。
步骤三：对流传热（30分钟）1.讲解对流传热的原理和计算方法。
2.展示实验：用水箱传热实验，通过观察水的流动和温度变化来验证对流传热的存在。
3.讲解对流传热实例，并引导学生用对流传热公式来解决问题。
步骤四：辐射传热（30分钟）1.讲解辐射传热的基本原理和计算方法。
2.展示实验：用黑体辐射传热实验，通过测量黑体的辐射能量来验证辐射传热的存在。
3.讲解辐射传热实例，并引导学生用辐射传热公式来解决问题。
步骤五：应用实例（20分钟）1.引导学生思考传热学在工程实践中的应用。
2.展示传热学在建筑、冶金、能源等领域的应用实例。
3.让学生自主选择一个实例进行研究并进行报告。
步骤六：小结与拓展（10分钟）1.对传热学的重点内容进行小结，并解答学生提出的疑问。
2.引导学生拓展传热学的知识，查阅相关文献或进行更深入的研究。
五、教学评价：1.讲稿撰写评价：鼓励学生探索传热学的知识，理论与实践相结合。
2.学生报告评价：评估学生对传热学应用实例的研究和表达能力。
六、教学延伸：1.鼓励学生参与与传热学相关的科研课题或实验项目。
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。
传热学课件讲义
2020/12/15
二、基本概念
1、温度场（Temperature field） 指某一瞬时物体内各点的温度分布状态。温度是标量，温度场是时间
和空间的函数，也是标量场。 在直角坐标系中：； 在柱坐标系中：； 在球坐标系中：。
根据温度场表达式，可分析出导热过程是几维、稳态或非 稳态的现象，温度场是几维的、稳态的或非稳态的。
传热学
2020/12/15
第一章 导热理论基础
绪论 §１ 基本概念和傅里叶定律 §２ 导热系数 §3 导热微分方程式 §４ 导热过程的单值性条件
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绪论
一、传热学的研究内容
热量传递的具体方式、传热速率大小及其影响因素。 ⑴传热的三种基本方式及各自的规律； ⑵工程中实际传热过程的规律； ⑶提出控制传热（强化传热和削弱传热）的基本方法。 工程热力学从理论上分析热力系统的状态、能量传递 和迁移的多少以及系统的变化方向与性能的好坏。但是， 能量是以何种方式传递和迁移？传递和迁移的速率如何？ 以及能量状态随时间和空间的分布如何？热力学都没有 给予回答。
二、传热学的研究方法
传热学的研究方法主要有：理论分析方法；实验研究方法；比拟(类比) 方法；数值计算方法
理论分析方法
将所研究问题的基本物理特征和具体规律用一个理想化的数学模型表述 出来，并选择适当的数学方法进行求解。常用的数学解析方法一般可分 为精确解法(即直接求解常微分方程或者偏微分方程)和积分方程近似解法 两大类。
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导热过程的单值性条件
一、单值性条件
导热问题的单值性条件通常包括如下四项：
几何条件：表征导热物体的几何形状和大小（属于三维，二维或 一维问题）；
物理条件：说明导热系统的物理特性（即物性量和内热源的特 点）；
《传热学讲稿》PPT教案模板
核态沸腾区的特点
• 当壁面过热度进一步增加时，加热面上开始出现汽泡。
• 开始阶段，汽化核心产生的汽泡彼此互不干扰，称独立汽 泡区；
• 随着壁面过热度的进一步提高，汽化核心数增加，汽泡互 相影响，并会形成汽块或汽柱；
• 在这两个区域中，汽泡的扰动剧烈，换热系数和热流密度 都急剧增大。由于汽化核心对换热起着决定性的影响，这 两区的沸腾统称为核态沸腾（或称为泡状沸腾）。核态沸 腾具有温差小、换热强的特点，所以一般工程应用都设计 在这个范围。核态沸腾的终点即为热流密度最大时对应的 点。
• 定义：核态沸腾终点时所对应的热流密度称为临 界热流密度。用符号 qmax 表示。
• 意义：对于依靠控制热流密度来改变工况的加热 设备（如电加热器、对冷却水加热的核反应堆等 设备）， 临界热流密度是最大值，是不能超过的， 否则，设备将有被烧毁的危险。
• 有时临界点也被称为“烧毁点”。
管沸腾简介内
沸腾表面结构对沸腾换热的影响
• 沸腾表面结构不同，换热表面的汽化核心数会有 变化，从而影响沸腾换热的强度。
• 要强化沸腾换热，可改变表面的结构，目前常用 的方法有：
（1）用烧结、钎焊、火焰喷涂、电离沉积等物理与 化学的方法在换热表面上造成一层多孔结构；
（2）采用机械加工方法在换热管表面上造成多孔结 构。
C 1 0 .1W 2 m N 2 0 / K .4 5 3.33
hC2q0.7p0.15
C 2 0 . 5W 3 0 /m .0 3 3 N .0 3 5 . K 15
库珀推荐的适用于制冷介质的计算公式
h C 0 .6M q 7 r 0 .5 P r m lp g r 0 .55
• 大空间沸腾：加热面沉浸在具有自由表面的液体 中所发生的沸腾称为大空间沸腾换热。
传热学教案
《传热学》授课教案
课程编号：030203 课程类别：专业基础课 适用专业：建筑环境与设备工程 总学时：68 学时 授课学时:60 学时 课程名称：传热学 英文：Heat Transfer 先修课程： 高等数学、流体力学、热力学 实验学时：4 学时 上机学时： 4 学时
一、 课程的性质与任务
本课程是建筑环境与设备工程专业的一门专业基础课。 它应该使学生获得必 要的巩固的有关热能传递的基本理论知识、 相应的分析计算能力以及一定的实验 技能的训练。它不仅为学习专业知识提供扎实的理论基础，也为培养提高学生分 析和解决工程实际问题能力提供了重要环节。
本 章 重 点
（1） 热传导、热对流、热辐射三种热量传递基本方式的机理及特点； （2） 热流量、热流密度、导热系数、对流换热、表面传热系数、传热系数、 热阻等基本概念； （3） 灵活运用平壁的一维稳态导热公式、对流换热的牛顿冷却公式、通过平 壁的一维传热过程计算公式进行相关物理量的计算
课后作业： 11，12，13，14。 选作：5、7。
λ 1 1 t + bt 2 = − 0 ( tw1 − tw 2 ) 1 + b ( tw1 + tw 2 ) x δ 2 2
可见, 当平壁材料的导热系数随温度线性变化时, 平壁内的温度分布为二 次曲线。 试述对右图的三条温度分布曲线导热系数中的线性表达 式中系数 b 的正负号？？
导温系数 a (thermal diffusivity,也称热扩散率)： a =
λ 其大小反映物 ρc
体被瞬态加热或冷却时温度变化的快慢，或者是物体温度趋于均匀一致的能力。 3.3 圆柱和球坐标系下的导热微分方程式
第四节 导热过程的单值性条件 单值性条件： 为完整的描写某个具体的导热过程， 必须说明导热过程的具体特点, 即给出导热微分方程的单值性条件（或称定解条件） ，使导热微分 方程式具有唯一解。 单值性条件一般包括：几何条件、物理条件、时间条件、边界条件 几何条件：说明参与导热物体的几何形状及尺寸。几何条件决定温度场的空 间分布特点和分析时所采用的坐标系。 物理条件：说明导热物体的物理性质, 例如物体有无内热源以及内热源的分 布规律，给出热物性参数(l、r、c、a 等)的数值及其特点等。 时间条件：说明导热过程时间上的特点, 是稳态导热还是非稳态导热。对于 非稳态导热, 应该给出过程开始时物体内部的温度分布规律（称为初始条 件） ： 边界条件： (1) 第一类边界条件 给出边界上的温度分布及其随时间的变化规律： (2) 第二类边界条件 给出边界上的热流密度分布及其随时间的变化规律： (3) 第三类边界条件 给出了与物体表面进行对流换热的流体的温度 tf 及表面传热系数 h 。 综上所述, 对一个具体导热过程完整的数学描述（即导热数学模型）应该包 括: (1)导热微分方程式; (2) 单值性条件。 建立合理的数学模型, 是求解导热问题的第一步, 也是最重要的一步。 对数 学模型进行求解, 就可以得到物体的温度场, 进而根据傅里叶定律就可以确定 相应的热流分布。 目前应用最广泛的求解导热问题的方法:(1)分析解法;(2)数值解法;(3)实 验方法。这也是求解所有传热学问题的三种基本方法。
课程编号：030203 课程类别：专业基础课 适用专业：建筑环境与设备工程 总学时：68 学时 授课学时:60 学时 课程名称：传热学 英文：Heat Transfer 先修课程： 高等数学、流体力学、热力学 实验学时：4 学时 上机学时： 4 学时
一、 课程的性质与任务
本课程是建筑环境与设备工程专业的一门专业基础课。 它应该使学生获得必 要的巩固的有关热能传递的基本理论知识、 相应的分析计算能力以及一定的实验 技能的训练。它不仅为学习专业知识提供扎实的理论基础，也为培养提高学生分 析和解决工程实际问题能力提供了重要环节。
本 章 重 点
（1） 热传导、热对流、热辐射三种热量传递基本方式的机理及特点； （2） 热流量、热流密度、导热系数、对流换热、表面传热系数、传热系数、 热阻等基本概念； （3） 灵活运用平壁的一维稳态导热公式、对流换热的牛顿冷却公式、通过平 壁的一维传热过程计算公式进行相关物理量的计算
课后作业： 11，12，13，14。 选作：5、7。
λ 1 1 t + bt 2 = − 0 ( tw1 − tw 2 ) 1 + b ( tw1 + tw 2 ) x δ 2 2
可见, 当平壁材料的导热系数随温度线性变化时, 平壁内的温度分布为二 次曲线。 试述对右图的三条温度分布曲线导热系数中的线性表达 式中系数 b 的正负号？？
导温系数 a (thermal diffusivity,也称热扩散率)： a =
λ 其大小反映物 ρc
体被瞬态加热或冷却时温度变化的快慢，或者是物体温度趋于均匀一致的能力。 3.3 圆柱和球坐标系下的导热微分方程式
第四节 导热过程的单值性条件 单值性条件： 为完整的描写某个具体的导热过程， 必须说明导热过程的具体特点, 即给出导热微分方程的单值性条件（或称定解条件） ，使导热微分 方程式具有唯一解。 单值性条件一般包括：几何条件、物理条件、时间条件、边界条件 几何条件：说明参与导热物体的几何形状及尺寸。几何条件决定温度场的空 间分布特点和分析时所采用的坐标系。 物理条件：说明导热物体的物理性质, 例如物体有无内热源以及内热源的分 布规律，给出热物性参数(l、r、c、a 等)的数值及其特点等。 时间条件：说明导热过程时间上的特点, 是稳态导热还是非稳态导热。对于 非稳态导热, 应该给出过程开始时物体内部的温度分布规律（称为初始条 件） ： 边界条件： (1) 第一类边界条件 给出边界上的温度分布及其随时间的变化规律： (2) 第二类边界条件 给出边界上的热流密度分布及其随时间的变化规律： (3) 第三类边界条件 给出了与物体表面进行对流换热的流体的温度 tf 及表面传热系数 h 。 综上所述, 对一个具体导热过程完整的数学描述（即导热数学模型）应该包 括: (1)导热微分方程式; (2) 单值性条件。 建立合理的数学模型, 是求解导热问题的第一步, 也是最重要的一步。 对数 学模型进行求解, 就可以得到物体的温度场, 进而根据傅里叶定律就可以确定 相应的热流分布。 目前应用最广泛的求解导热问题的方法:(1)分析解法;(2)数值解法;(3)实 验方法。这也是求解所有传热学问题的三种基本方法。
传热学全套教学课件
A dt
dx
（1-1）
式中 是比例系数，称为热导率，又称导
热系数，负号表示热量传递的方向与温度
升高的方向相反。
❖ 2 ）热流量
❖ 单位时间内通过某一给定面积的热量称为
热流量，记为 ，单位 w。
❖ 3 ）热流密度（面积热流量）
❖ 单位时间内通过单位面积的热量称为热流 密度，记为 q ，单位 w/ ㎡。
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？
(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
三、热辐射
1、基本概念
1 ）辐射和热辐射 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。
2 ）辐射换热 辐射与吸收过程的综合作用造成了以辐射
方式进行的物体间的热量传递称辐射换热。
❖ 自然界中的物体都在不停的向空间发出热 辐射，同时又不断的吸收其他物体发出的 辐射热。
❖ 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。
而 q ＜０，说明此时热量沿 x 减小的方向 传递； ❖ （ 2 ）反之，当 dd<xt 0 时， q>0 ，说明 热量沿 x 增加的方向传递。
第八章 第五节传热学讲稿
13.0 17.0μm
2.55 2.84μm
• 水蒸气的主要光带也有三段 5.6 7.6μm
12.0 30.0μm
光带的特点
• 这些光带均位于红外线的波长范围； • 二氧化碳和水蒸气的光带有两处是重叠的。 • 由于气体辐射对波长有选择性，所以气体不能
被认为是灰体。
气体的吸收
第五节 气体辐射
• 在工业上常见的温度范围内，空气、氢气、氧气、氮 气等分子结构对称的双原子气体，实际上既不发射辐 射能也不吸收辐射能，可认为是热辐射的透明体。
• 但是，二氧化碳、二氧化硫、水蒸气、甲烷、氯氟烃 和含氢氯氟烃（两者俗称氟利昂）等三原子气体、多 原子气体以及结构不对称的双原子气体（一氧化碳） 却有相当大的辐射本领。
• 实用上正是采用这种当量半球半径作为指定地区 的平均射线程长的方案。
平均程长的计算
• 几种典型几何容积的气体对整个包壁或对某一 指定地区的平均射线程长列于表8-1中。
• 在缺少资料的情况下，任意几何形状气体对整 个包壁辐射的平均射线程长可按下式计算
s
3.6 V A
3.6
气体容积 包壁面积
• 使用表8-1时要注意，平均射线程长的数值取决 于所讨论容器的几何形状与大小；对于同一几 何形状，平均射线程长还与被辐射的表面在容 器壁面上位置有关。
• 气体的吸收是在整个容积中进行的，因此一定 和气体的形状和容积的大小有关。
• 当辐射能通过吸收性气体层时，因沿途被气体 吸收而削弱。削弱的程度取决于辐射强度及途 中所遇到的气体分子数目。
• 而气体分子数目一定和射线的行程及气体的密 度有关。
• 演示：气体的吸收过程
气体吸收特性的计算
(完整PPT)传热学
因此，温度场内任一点的温度为该点位置和时 间的函数，即：
t f ( x, y, z, )
考虑时 间因素
考虑空 间因素
不稳定温度场
t 0 加热
t 0 冷却
稳定温度场 t 0
一维温度场 二维温度场 三维温度场
t f (x, ) t f (x, y, ) t f (x, y, z, )
– 另一种观点认为其导热机理类似于非导电固体， 即主要依靠原子、分子在其平衡位置附近的振 动，只是振动的平衡位置间歇地发生移动。
• 总的来说，关于导热过程的微观机理，目前 仍不很清楚。
• 本章只讨论导热现象的宏观规律。
【热对流(对流)】
（1）定义：由于流体质点发生相对位移而引起的
热量传递过程。 如炉墙外表面向大气散热；
背景问题:
（1）冬天，木凳与铁凳温度一样，但人们坐在铁凳 上比作在木凳上感到冷得多，这是问什么？
（2）一杯热牛奶，放在水里比摆在桌子上冷得快， 这又是为什么？
人体热量向凳子传递，由于铁比木头传热速 率快得多，使人体表面散热快，而体内向体
表补充热量又跟不上，所以感觉凉。 同是固体，材质不同则传热快慢不同。
（2）特点：
炉内高温气体与被加热物 料或炉墙内衬间的换热
✓热对流只发生在流体中。
✓流体各部分间产生相对位移
【热对流(对流)】
（3）产生对流的原因 ➢ 由于流体内部温度不同形成密度的差异，在浮力的
作用下产生流体质点的相对位移，使轻者上浮，重 者下沉，称为自然对流； ➢ 由于泵、风机或搅拌等外力作用而引起的质点强制 运动，称为强制对流。
• 传热的特点：传热发生在有温度差的地方，并 且总是自发地由高温处向低温处传递。
t f ( x, y, z, )
考虑时 间因素
考虑空 间因素
不稳定温度场
t 0 加热
t 0 冷却
稳定温度场 t 0
一维温度场 二维温度场 三维温度场
t f (x, ) t f (x, y, ) t f (x, y, z, )
– 另一种观点认为其导热机理类似于非导电固体， 即主要依靠原子、分子在其平衡位置附近的振 动，只是振动的平衡位置间歇地发生移动。
• 总的来说，关于导热过程的微观机理，目前 仍不很清楚。
• 本章只讨论导热现象的宏观规律。
【热对流(对流)】
（1）定义：由于流体质点发生相对位移而引起的
热量传递过程。 如炉墙外表面向大气散热；
背景问题:
（1）冬天，木凳与铁凳温度一样，但人们坐在铁凳 上比作在木凳上感到冷得多，这是问什么？
（2）一杯热牛奶，放在水里比摆在桌子上冷得快， 这又是为什么？
人体热量向凳子传递，由于铁比木头传热速 率快得多，使人体表面散热快，而体内向体
表补充热量又跟不上，所以感觉凉。 同是固体，材质不同则传热快慢不同。
（2）特点：
炉内高温气体与被加热物 料或炉墙内衬间的换热
✓热对流只发生在流体中。
✓流体各部分间产生相对位移
【热对流(对流)】
（3）产生对流的原因 ➢ 由于流体内部温度不同形成密度的差异，在浮力的
作用下产生流体质点的相对位移，使轻者上浮，重 者下沉，称为自然对流； ➢ 由于泵、风机或搅拌等外力作用而引起的质点强制 运动，称为强制对流。
• 传热的特点：传热发生在有温度差的地方，并 且总是自发地由高温处向低温处传递。
传热学知识点课件.doc
传热学知识点课件.doc一、引言同学们，今天咱们要一起来探索一个神奇又有趣的领域——传热学！你们有没有想过，冬天为啥我们在屋里会感觉暖和，而夏天在太阳下暴晒就会很热？还有，为啥妈妈做饭的时候，锅里的热会传到食物里？这些生活中的现象其实都和传热学有关。
就拿我前几天的一次经历来说吧。
那天我在家里煮鸡蛋，水在锅里咕嘟咕嘟地沸腾着，热气腾腾。
我就好奇地盯着那个锅，心想这热到底是咋从火传到水里，又传到鸡蛋里的呢？这就是传热学在我们日常生活中的一个小体现。
二、传热的基本方式传热主要有三种基本方式，分别是热传导、热对流和热辐射。
先来说说热传导。
热传导就像是一群排着队传递消息的小朋友，一个接一个，热量从高温的地方顺着物体向低温的地方传递。
比如说，咱们冬天握着一根铁棍，手会感觉很冷，这就是因为热量从咱们热乎乎的手通过铁棍传到了温度更低的空气中。
热对流呢，就好比是一群调皮的小精灵在跳舞。
当流体（比如空气、水）有了温度差，它们就会流动起来，带着热量一起动。
想象一下，夏天吹风扇，风带走了我们身上的热量，让我们感觉凉快，这就是热对流在起作用。
热辐射可就厉害了，它不需要任何介质，就像超人一样，能直接“飞”过去。
太阳的热量就是通过热辐射传到地球上来的。
哪怕在真空中，热辐射也能畅通无阻。
三、热传导的计算热传导的计算有个公式，就像一把神奇的钥匙，能帮我们解开很多传热的谜题。
咱们来看这个公式：＄Q ＝ kA\frac{dT}｛dx}＄。
这里的 Q 表示热流量，k 是导热系数，A 是传热面积，dT/dx 是温度梯度。
举个例子，假如有一块铁板，厚度是 5 厘米，一面的温度是 100 摄氏度，另一面是 50 摄氏度，铁板的导热系数是 50 W/（m·K)，面积是1 平方米。
那通过这块铁板的热流量是多少呢？咱们把数字代入公式算算看，就能得出答案啦。
四、热对流的类型热对流也有两种类型，分别是自然对流和强制对流。
自然对流就像是个自由散漫的家伙，它是由于流体内部温度不均匀，导致密度不同，从而引起的流动。
第8章热量传递方式
(2)离开固体表面，流体有宏观运动，热对流方式将 发生作用；
(3)流体与固体表面间的热量传递是导热和热对流两 种基本传热方式共同作用的结果。
机理：壁面处 流体的导热。
2020/6/11
14
对流换热的分类
强迫对流换热
沸腾换热
自由对流换热
2020/6/11
凝结换热
15
对流换热的Newton冷却定律
= Ah(tw – tf)； q = h(tw – tf)
正比；
与平壁厚度 成反比；
与平壁材料的导热性能有关。 热导率(thermal conductivity)，或称导热系数， W/(mK)：反映材料的导热能力, 热导率愈大， 材料导热能力愈强，是物性参数。
2020/6/11
11
热流密度q
单位时间通过单位面积的热量，或单位面积的 热流量，W/m2
q tw1 tw2
热辐射
由于物体内部微观粒子的热运动而使物体向 外发射辐射能的现象。
理论上热辐射的波长范围从零到无穷大，但在 日常生活和工业上常见的温度范围内，热辐射的 波长主要在0.1m至100m之间,包括部分紫外线、 可见光和部分红外线三个波段 。
2020/6/11
21
热辐射的主要特点
（1）所有温度大于0 K的物体都具有发射热辐射 的能力，温度愈高，发射热辐射的能力愈强。
Fourier (1807) 在实验基础上，
加以理论概括；
tw1
一般称之为Fourier定律。
对如图所示的大平壁， Biot提出：
tw2
热流量
A
t w1
t w2
0
x
2020/6/11
10
Biot定律指出：
(3)流体与固体表面间的热量传递是导热和热对流两 种基本传热方式共同作用的结果。
机理：壁面处 流体的导热。
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对流换热的分类
强迫对流换热
沸腾换热
自由对流换热
2020/6/11
凝结换热
15
对流换热的Newton冷却定律
= Ah(tw – tf)； q = h(tw – tf)
正比；
与平壁厚度 成反比；
与平壁材料的导热性能有关。 热导率(thermal conductivity)，或称导热系数， W/(mK)：反映材料的导热能力, 热导率愈大， 材料导热能力愈强，是物性参数。
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热流密度q
单位时间通过单位面积的热量，或单位面积的 热流量，W/m2
q tw1 tw2
热辐射
由于物体内部微观粒子的热运动而使物体向 外发射辐射能的现象。
理论上热辐射的波长范围从零到无穷大，但在 日常生活和工业上常见的温度范围内，热辐射的 波长主要在0.1m至100m之间,包括部分紫外线、 可见光和部分红外线三个波段 。
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热辐射的主要特点
（1）所有温度大于0 K的物体都具有发射热辐射 的能力，温度愈高，发射热辐射的能力愈强。
Fourier (1807) 在实验基础上，
加以理论概括；
tw1
一般称之为Fourier定律。
对如图所示的大平壁， Biot提出：
tw2
热流量
A
t w1
t w2
0
x
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10
Biot定律指出：
8传热学-第八章解析PPT课件
0, 1
1
镜体或白体：
1
透明体：
1
反射又分镜反射和漫反射两种
镜反射
2020年9月28日
漫反射
6
3. 黑体模型及其重要性
黑体：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。即吸收比等于1的物体（绝对黑 体，简称黑体，black body） 重要性：研究黑体的意义在于，在黑体辐射的基础上， 把实际物体的辐射和黑体辐射相比较，从中找出其与黑 体辐射的偏离，然后确定必要的修正系数
从0到某个波长的波段的黑体辐射能
Eb(0) 0 Ebd
这份能量在黑体辐射力中所占的百分数为：
可查
F b (0 )0E T b 4 d0 c e 1 c ( 2/T T) 1 5 1d (T )f(T )表
f(T)称为黑体辐射函数，表示温度为T 的黑体所发射的辐射能 中在波段（0～）内的辐射能所占的百分数。
第八章 热辐射基本定律和辐射特性
2020年9月28日
能源工程系流的特点
其中，与热传导和热对流的主要区别是b和c
2020年9月28日
2
2. 从电磁波谱的角度描述热辐射的特性
2.1 传播速率与波长、频率间的关系 电磁波的传播速度： c = fλ= λ/T
式中：f — 频率，s-1; λ— 波长，μm
黑体是一种科学假想的物体，现 实生活中是不存在的。但却可以 人工制造出近似的人工黑体。
2020年9月28日
黑体模型（动画）
7
§8-2 黑体热辐射的基本定律
基本定律
Stefan-Boltzmann定律（辐射能与温度的关系） Planck定律（辐射能波长分布的规律） Lambert 定律（辐射能按空间方向的分布规律）
《传热学》第八章课件
, T , T
漫射表面
灰体表面 漫射灰体表面或与黑体 处于热平衡
, , T , , T
T T
传热学 Heat Transfer
四、关于基尔霍夫定律和灰体的几点说明
1、根据基尔霍夫定律，物体的辐射能力越大，其 吸收能力也越大。换句话，善于辐射的物体必善于 吸收。
1、投射辐射 周围物体在单位时间内投 射到物体单位表面积上的辐射 能。用Q表示，单位W/m2 。 2、吸收比、反射比和透射比
被物体吸收、反射和透射的部分所占总投射辐 射的份额分别称为吸收比 、反射比 和透射比 。
Q Q
Q Q
Q Q
1
传热学 Heat Transfer
可见辐射 面积
dA
传热学 Heat Transfer
兰贝特定律是指定向辐射强度与方向无关的规 律，即：
I ( ) I 常量
dΦ( ) I cos dA d
服从兰贝特定律的表面称为漫射表面
黑体辐射在空间上的分布符合兰贝特定律，因 此，黑体辐射在半球空间上各个方向的定向辐射强 度相等，黑体表面必是漫射表面。 但是漫射表面不一定是黑体。
辐射换热： 通过相互辐射与吸收进行的热交换
辐射换热特点： 不需中间介质参与 伴有能量形式的变化 低温物体也向高温物体传热 计算所需变量： 辐射： 不同波长上辐射能量 全波段上辐射总能量 在不同方向辐射能量 投入能量 对某波长辐射的吸收 对全波段辐射的吸收
吸收：
传热学 Heat Transfer
吸收、反射和透射
4、黑体、白体和透明体
吸收比 = 1的物体称为黑体。
反射比 = 1的物体称为白体（或镜体）。
漫射表面
灰体表面 漫射灰体表面或与黑体 处于热平衡
, , T , , T
T T
传热学 Heat Transfer
四、关于基尔霍夫定律和灰体的几点说明
1、根据基尔霍夫定律，物体的辐射能力越大，其 吸收能力也越大。换句话，善于辐射的物体必善于 吸收。
1、投射辐射 周围物体在单位时间内投 射到物体单位表面积上的辐射 能。用Q表示，单位W/m2 。 2、吸收比、反射比和透射比
被物体吸收、反射和透射的部分所占总投射辐 射的份额分别称为吸收比 、反射比 和透射比 。
Q Q
Q Q
Q Q
1
传热学 Heat Transfer
可见辐射 面积
dA
传热学 Heat Transfer
兰贝特定律是指定向辐射强度与方向无关的规 律，即：
I ( ) I 常量
dΦ( ) I cos dA d
服从兰贝特定律的表面称为漫射表面
黑体辐射在空间上的分布符合兰贝特定律，因 此，黑体辐射在半球空间上各个方向的定向辐射强 度相等，黑体表面必是漫射表面。 但是漫射表面不一定是黑体。
辐射换热： 通过相互辐射与吸收进行的热交换
辐射换热特点： 不需中间介质参与 伴有能量形式的变化 低温物体也向高温物体传热 计算所需变量： 辐射： 不同波长上辐射能量 全波段上辐射总能量 在不同方向辐射能量 投入能量 对某波长辐射的吸收 对全波段辐射的吸收
吸收：
传热学 Heat Transfer
吸收、反射和透射
4、黑体、白体和透明体
吸收比 = 1的物体称为黑体。
反射比 = 1的物体称为白体（或镜体）。
最新 第五节传热学讲稿
gfT g,ps
2020-11-27
15
气体发射率计算曲线
2020-11-27
16
修正系数曲线
2020-11-27
17
气体发射率计算曲线
2020-11-27
18
修正系数曲线
2020-11-27
19
关于线算图的说明
• 这些图都是以气体温度为横坐标，某种气体的分压力和平均射线程长的乘积为参考坐标，
厚度dx，即
dL/ L
dL, x L, x
kdx
2020-11-27
dL , x
6
• 上 常数式时中，的其称也为为常光数谱k，减 此弱时系对数上，面它的取式决子于积气分体可的得种到类、密度和波长。当气体温度和压力为
• 上式即被称为LL贝,,0s尔dL定L律,x,。x 表明光谱0s辐k射d强x度在吸收性ln气LL体,,中0s 传播时k按s指数规律衰减。
L ,s e k s L ,0
L,s L,0eks
2020-11-27
7
气体光谱吸收比的计算
• 观察
• 对于L L 气,,0 s体 ，其透 反射投 率过 为零入 ，气 所s 以的 的 有体 辐 总 层 射 辐 强 射 ， 度 强 se度 ks
,s ,s 1
,s 1 e ks
• 从上面的式子可以看出，气体层的厚度越后，透过的辐射能越少，或者说气体吸收的辐射 能越多，其吸收比越趋近于1。但是工程中所遇到的气体辐射一般而言达不到这种程度。
2020-11-27
13
平均程长的计算 • 几种典型几何容积的气体对整个包壁或对某一指定地区的平均射线程长列于表8-1中。 • 在缺少资料的情况下，任意几何形状气体对整个包壁辐射的平均射线程长可按下式计算
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气体发射率计算曲线
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修正系数曲线
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气体发射率计算曲线
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修正系数曲线
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关于线算图的说明
• 这些图都是以气体温度为横坐标，某种气体的分压力和平均射线程长的乘积为参考坐标，
厚度dx，即
dL/ L
dL, x L, x
kdx
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dL , x
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• 上 常数式时中，的其称也为为常光数谱k，减 此弱时系对数上，面它的取式决子于积气分体可的得种到类、密度和波长。当气体温度和压力为
• 上式即被称为LL贝,,0s尔dL定L律,x,。x 表明光谱0s辐k射d强x度在吸收性ln气LL体,,中0s 传播时k按s指数规律衰减。
L ,s e k s L ,0
L,s L,0eks
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7
气体光谱吸收比的计算
• 观察
• 对于L L 气,,0 s体 ，其透 反射投 率过 为零入 ，气 所s 以的 的 有体 辐 总 层 射 辐 强 射 ， 度 强 se度 ks
,s ,s 1
,s 1 e ks
• 从上面的式子可以看出，气体层的厚度越后，透过的辐射能越少，或者说气体吸收的辐射 能越多，其吸收比越趋近于1。但是工程中所遇到的气体辐射一般而言达不到这种程度。
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平均程长的计算 • 几种典型几何容积的气体对整个包壁或对某一指定地区的平均射线程长列于表8-1中。 • 在缺少资料的情况下，任意几何形状气体对整个包壁辐射的平均射线程长可按下式计算
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g
Eg Eb
• 所以，气体的辐射力可由下面的公式计算
Eg g Eb
气体的发射率
• 气体的发射率取决于气体气体的种类，不同气 体有不同的发射率。
• 对同一种气体的发射率，其大小与气体的状态、 气体容积的形状等有关。
• 这主要是由于气体辐射具有整体性。所以辐射 力与射线行程的长度（简称射线程长）有关， 而射线程长取决于气体容积的形状和大小。
ln
L , s L ,0
ks
L,s eks L ,0
L,s
L ek s ,0
• 上式即被称为贝尔定律。表明光谱辐射强度在
吸收性气体中传播时按指数规律衰减。
气体光谱吸收比的计算
• 观察
L , s L ,0
透过气体层s的辐射强度 投入的总辐射强度
ቤተ መጻሕፍቲ ባይዱ
，s
ek
s
• 对于气体，其反射率为零，所以有
, s , s 1
• 上式说明，气体在发射辐射能时，也与波长和 方向有关。
• 上面讨论的就是某个特定波长的辐射能在某个 特定方向上在气体中的传递过程。
气体辐射力的计算
• 气体辐射力的定义：单位时间、单位面积气体 在所有光带范围内辐射能的总和称为气体的辐 射力。用符号Eg 表示 ，其大小可由实验测定。
• 按照发射率的定义，气体的发射率就等于气体 的辐射力与同温度下黑体的辐射力之比，即
g
C * H2O H2O
C * CO2 CO2
的线算图
气体吸收比的计算
• 因为气体不是灰体，而且其温度与外壳温度也 不一定相等，所以气体的吸收比不等于发射率， 即不满足基尔霍夫定律。
• 分析表明，辐射强度的相对 减少量dL/ L 正比于气体层的 厚度dx，即
dL , x L , x
kdx
• 上式中的k 称为光谱减弱系数，它取决于气体 的种类、密度和波长。当气体温度和压力为常 数时，其也为常数，此时对上面的式子积分可 得到
dL L,s
,x
L L ,0 , x
s
0 kdx
气体发射率计算曲线
修正系数曲线
气体发射率计算曲线
修正系数曲线
关于线算图的说明
• 这些图都是以气体温度为横坐标，某种气体的 分压力和平均射线程长的乘积为参考坐标，纵 坐标即为该种气体的分压力为零，而气体总压 力为 p 105Pa 时的发射率 * 。而该种气体的发射 率为 C *
• 当气体中同时存在水蒸气和二氧化碳气体时， 则气体的发射率为
, s 1 ek s
• 从上面的式子可以看出，气体层的厚度越后，透过的
辐射能越少，或者说气体吸收的辐射能越多，其吸收 比越趋近于1。但是工程中所遇到的气体辐射一般而言 达不到这种程度。
气体光谱发射率的计算
• 将基尔霍夫定律应用于光谱辐射 ，可以得到气 体的光谱发射率
, s , s 1 eks
气体发射率的计算
• 气体对容器壁的平均辐射力或对器壁上某一指 定地点的辐射力受气体温度、成分和沿途吸收 性气体分子数目等因素的影响。而沿途气体分 子数显然与气体压力和平均射线程长的乘积有 关。于是，可以写出
g f Tg , ps
• 其具体的关系式可由实验来测定，并且将实验 结果绘制成曲线图 可供查用。
第五节 气体辐射
• 在工业上常见的温度范围内，空气、氢气、氧气、氮 气等分子结构对称的双原子气体，实际上既不发射辐 射能也不吸收辐射能，可认为是热辐射的透明体。
• 但是，二氧化碳、二氧化硫、水蒸气、甲烷、氯氟烃 和含氢氯氟烃（两者俗称氟利昂）等三原子气体、多 原子气体以及结构不对称的双原子气体（一氧化碳） 却有相当大的辐射本领。
辐射力与射线程长有关
• 从容器不同方向辐射到A或B 处的射线程长是不同的。
• 对气体形状如采用当量半球 的处理方法，就可以以当量 半球的半径作为平均射线程 长。
当量半球
• 所谓当量半球，是指半球 内的气体具有与所研究的 情况相同的温度、压力和 成分时，该半球内气体对 球心的辐射力，等于所研 究情况下气体对指定地区的辐射力。
• 实用上正是采用这种当量半球半径作为指定地区 的平均射线程长的方案。
平均程长的计算
• 几种典型几何容积的气体对整个包壁或对某一 指定地区的平均射线程长列于表8-1中。
• 在缺少资料的情况下，任意几何形状气体对整 个包壁辐射的平均射线程长可按下式计算
s
3.6
V A
3.6
气体容积 包壁面积
• 使用表8-1时要注意，平均射线程长的数值取决 于所讨论容器的几何形状与大小；对于同一几 何形状，平均射线程长还与被辐射的表面在容 器壁面上位置有关。
• 整体性：气体的辐射和吸收是在整个容器中进 行的，就吸收而言，投射到气体层界面上的辐 射能要在辐射进程中被吸收减弱。就辐射而言， 气体层界面上所感受到的辐射是到达界面上的 整个容积气体的辐射。
二氧化碳和水蒸气的主要光带
•
二氧化碳的主要光带有三段
2.65 2.80μm 4.15 4.45μm
13.0 17.0μm
• 当这类气体出现在换热场合中时，就要涉及到气体和 固体间的辐射换热计算。由于燃油、燃煤的燃烧产物 中通常包含有一定浓度的二氧化碳和水蒸气，所以这 两种气体的辐射在工程计算上是特别重要的。
• 本节着重介绍二氧化碳和水蒸气的辐射吸收特性。
气体辐射的特点
• 选择性：气体辐射对波长有选择性，它只在某 些波段范围内具有辐射能力，相应地也只在同 样的波段内才具有吸收能力。通常把这种有辐 射能力的波长区域称为光带。在光带以外，气 体既不辐射也不吸收，对热辐射呈现透明体的 性质。
2.55 2.84μm
• 水蒸气的主要光带也有三段 5.6 7.6μm
12.0 30.0μm
光带的特点
• 这些光带均位于红外线的波长范围； • 二氧化碳和水蒸气的光带有两处是重叠的。 • 由于气体辐射对波长有选择性，所以气体不能
被认为是灰体。
气体的吸收
• 气体的吸收是在整个容积中进行的，因此一定 和气体的形状和容积的大小有关。
• 当辐射能通过吸收性气体层时，因沿途被气体 吸收而削弱。削弱的程度取决于辐射强度及途 中所遇到的气体分子数目。
• 而气体分子数目一定和射线的行程及气体的密 度有关。
• 演示：气体的吸收过程
气体吸收特性的计算
• 考察当一束波长为的辐射能投射到气体层界
面上时被吸收的情况。
• 通过微元气体层dx后光谱辐射强度减少了dL,x