西交大传热学课件
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交大传热学课件-第5章1
第五章 对流传热的理论基础
2
§5-1 对流传热概述
0 对流换热的提出 请大家看一段录像
第五章 对流传热的理论基础
3
§5-1 对流传热概述
1 对流换热的定义、性质和目的
定 。义: ？
性质：对流换热与热对流不同，既有热对流，也有导热； 严格来讲，不是基本传热方式
目的：计算h、获得温度场和传热量及影响因素和规律
(1) 流动起因
自然对流：流体因各部分 温度不同而引起的密度差 异所产生的流动 是不是有温度差，就一定 能引起自然对流呢？
强制对流：由外力（如：泵、风机、水压头）作用所产
生的流动
h强制 > h自然
第五章 对流传热的理论基础
7
(2) 流动状态
层流：整个流场呈一簇互相平行的流线 湍流：流体质点做复杂无规则的运动
第五章 对流传热的理论基础
4
2 对流传热的特点?
(1) 导热与热对流同时存在的复杂热传递过程 (2) 必须有直接接触（流体与壁面）和宏观运动；也必须有温差 (3) 由于流体的粘性和受壁面摩擦阻力的影响，紧贴壁面处会形 成速度梯度很大的边界层
3 对流换热的基本计算式?
牛顿冷却公式:
Φ = hA(tw − t∞ ) [W]
速度场和温度场由对流换热微分方程组确定：
质量守恒方程、动量守恒方程、能量守恒方程
第五章 对流传热的理论基础
13
6 如何从温度场来计算表面传热系数
当地热流密度和总的换热量
=q hx (tw − t∞ )
∫ ∫ Φ= Aw qdA=w (tw − t∞ ) Aw hxdAw
1
∫ = (tw − t∞ ) Aw Aw Aw
西安交通大学传热学课件
（3）主要热阻
（4）凝结传热设备的设计依据：膜状凝结
9/76
传热学 Heat Transfer
四、膜状凝结传热的应用
1、蒸汽压缩制冷循环 2、电厂的凝汽器 3、电子元器件冷却
10/76
传热学 Heat Transfer 11/76
传热学 Heat Transfer
§7-2 层流膜状凝结传热
凝结传热是一个非常复杂的现象
§7-1 凝结传热的模式
一、凝结的定义
蒸汽与低于其饱和温度的壁面接触时形成 液体的过程。
二、两种存在形态
浸润性液体；非浸润性液体。
5/76
传热学 Heat Transfer
三、凝结传热的两种模式
tw ts
1、膜状凝结(film condensation)
沿整个壁面形成一层薄膜，并且在
g
重力的作用下流动。
传热学 Heat Transfer 38/76
传热学 Heat Transfer
§7-4 沸腾传热简介
一、液体汽化的两种方式
1、蒸发（evaporation） 2、沸腾（boiling） （1）定义
工质内部形成大量气泡并由液态转 换到气态的一种剧烈的汽化过程
39/76
（2）分类
传热学 Heat Transfer
一、不凝结气体
增加了传递过程的阻力 减小了凝结的驱动力 二、蒸气流速 使液膜变厚 使液膜变薄
31/76
三、过热蒸汽
传热学 Heat Transfer
四、液膜过冷度及温度分布的非线性
五、管子排数 前面推导的横管凝结换热的公式只适用于单根横管
六、管内冷凝
32/76
传热学 Heat Transfer
（4）凝结传热设备的设计依据：膜状凝结
9/76
传热学 Heat Transfer
四、膜状凝结传热的应用
1、蒸汽压缩制冷循环 2、电厂的凝汽器 3、电子元器件冷却
10/76
传热学 Heat Transfer 11/76
传热学 Heat Transfer
§7-2 层流膜状凝结传热
凝结传热是一个非常复杂的现象
§7-1 凝结传热的模式
一、凝结的定义
蒸汽与低于其饱和温度的壁面接触时形成 液体的过程。
二、两种存在形态
浸润性液体；非浸润性液体。
5/76
传热学 Heat Transfer
三、凝结传热的两种模式
tw ts
1、膜状凝结(film condensation)
沿整个壁面形成一层薄膜，并且在
g
重力的作用下流动。
传热学 Heat Transfer 38/76
传热学 Heat Transfer
§7-4 沸腾传热简介
一、液体汽化的两种方式
1、蒸发（evaporation） 2、沸腾（boiling） （1）定义
工质内部形成大量气泡并由液态转 换到气态的一种剧烈的汽化过程
39/76
（2）分类
传热学 Heat Transfer
一、不凝结气体
增加了传递过程的阻力 减小了凝结的驱动力 二、蒸气流速 使液膜变厚 使液膜变薄
31/76
三、过热蒸汽
传热学 Heat Transfer
四、液膜过冷度及温度分布的非线性
五、管子排数 前面推导的横管凝结换热的公式只适用于单根横管
六、管内冷凝
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传热学 Heat Transfer
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。
传热学第2章-1
t f (x, y, z)
t f (x, y, z, )
2. 等温线，等温面
1) 定义：同一瞬间温度相等的各点连成的线或面称为 等温线(Isotherm)或等温面(Isothermal surface)。
5/41
2）特点：
传热学 Heat Transfer 第5版
(1)等温线(面)不能相交(同一点不可能有两个温度)；
(1768-1830)
9/41
传热学 Heat Transfer 第5版
1. 导热基本定律的文字表达
在导热现象中，单位时间内通过给定截面的热量， 正比于垂直于该截面方向上的温度变化率和截面面 积，方向与温度梯度相反。
2. 导热基本定律的数学表达
q gradt t n
A
Φ
c
a c
称为热扩散率(Thermal diffusivity)
或导温系数，单位：m2/s，是物性参数；
2.λ=constant 并且t x 2
2t y 2
2t z 2
)
a2t
Laplace算子
28/41
传热学 Heat Transfer 第5版
4/41
传热学 Heat Transfer 第5版
按温度场随空间与时间的变化特性，可以区分为：
稳态温度场 t f (x, y, z) 非稳态温度场
t f (x, y, z, )
一维温度场 二维温度场 三维温度场
t f (x)
t f (x, )
t f (x, y)
t f (x, y, )
传热学 Heat Transfer 第5版
代入能量平衡式， （1）＋（2）＝（3） 得导热微分方程的基本形式
t f (x, y, z, )
2. 等温线，等温面
1) 定义：同一瞬间温度相等的各点连成的线或面称为 等温线(Isotherm)或等温面(Isothermal surface)。
5/41
2）特点：
传热学 Heat Transfer 第5版
(1)等温线(面)不能相交(同一点不可能有两个温度)；
(1768-1830)
9/41
传热学 Heat Transfer 第5版
1. 导热基本定律的文字表达
在导热现象中，单位时间内通过给定截面的热量， 正比于垂直于该截面方向上的温度变化率和截面面 积，方向与温度梯度相反。
2. 导热基本定律的数学表达
q gradt t n
A
Φ
c
a c
称为热扩散率(Thermal diffusivity)
或导温系数，单位：m2/s，是物性参数；
2.λ=constant 并且t x 2
2t y 2
2t z 2
)
a2t
Laplace算子
28/41
传热学 Heat Transfer 第5版
4/41
传热学 Heat Transfer 第5版
按温度场随空间与时间的变化特性，可以区分为：
稳态温度场 t f (x, y, z) 非稳态温度场
t f (x, y, z, )
一维温度场 二维温度场 三维温度场
t f (x)
t f (x, )
t f (x, y)
t f (x, y, )
传热学 Heat Transfer 第5版
代入能量平衡式， （1）＋（2）＝（3） 得导热微分方程的基本形式
西安交通大学传热学课件
• 表面净辐射传热量
Φ
Eb J
1
A
•
两表面之间的辐射传热量
Φ1,2
J1
J2 1
A1 X1,2
41/92
传热学 Heat Transfer
2、建立等效网络图的步骤 • 每一个参与辐射传热的表面： 源电势（同温度下黑体辐射力）、 电阻（表面辐射热阻）、节点电势 （该表面的有效辐射）。
A1X1,2 Eb1 Eb2 A2 X 2,1 Eb1 Eb2
关键1
21/92
传热学 Heat Transfer
b
举例
2
c
1,2 A1X1,2 Eb1 Eb2
a
1 d
A1X1,2 T14 T24
X1,2 1 X1,1
X adc,ac
1 X1,2
1
1
2
1 X 2,1
定义系统黑度（或称为系统发射率）
s
1
X
1, 2
1
1
1 1
X
2,1
1
2
1
1,2 s A1 X1,2 (Eb1 Eb2 )
28/92
传热学 Heat Transfer
2、例9-3 • 高温管道间 • 有两种处理方法
3、例9-4
• 其实是一个三表面 系统
• 如果表面是黑体， 可以计算；如果不 是，要用下一节的 知识
33/92
传热学 Heat Transfer
§9-3 多表面系统的辐射传热
• 两表面系统：一个表面的净辐射传热量等于 其与另一个表面的传热量
• 多表面系统：一个表面的净辐射传热量等于 其与其它表面的传热量之和
西安交大高等传热学热对流第一章讲解
Continuity Eq. Mass conservation law Momentum Eq. Momentum conservation law
温度场 Energy Eq. Energy conservation law
高等传热学 Advanced Heat Transfer
五、研究对流传热的方法
Uniform wall temperature Uniform heat flux
高等传热学 Advanced Heat Transfer
表面传热系数 h
qw,x
t y
yw,x
流体温度场
特别是壁面附 近的温度分布
求 hx 的关键： t x, y, z,
温度场 受到流场的影响 数学上解方程
流场
Gr
gtL3 2
Gr — 流体浮升力与粘性力的相对大小。
高等传热学 Advanced Heat Transfer 相似准则数间的关系
描述现象的微分方程组的解，原则上可以用相 似特征数之间的函数关系表示。
对于无相变强制对流传热： Nu f (Re,Pr)
自然对流传热： Nu f (Gr, Pr)
1883年，Reynolds
高等传热学 Advanced Heat Transfer
Reynolds Tube Experiment (1883)
高等传热学 Advanced Heat Transfer
高等传热学 Advanced Heat Transfer
3.传热表面几何因素(The geometric factors)
②－
①：
u
u
u x
v
u y
w
u z
dxdydz
交大传热学课件-第6章3
如右图所示，可以归纳外部 流动的定义?
本节以横掠单管、管束及球体 为例 6.4.1 流体横掠单管的实验结果
(1)横掠单管的定义： (2)特性：除了边界层外，还会产生绕流脱体，从而产生回
流、漩流和涡束
第六章 单相对流传热的实验关联
3
式
(3) 绕流脱体的 产生过程
Stagnation point
Favorable pressure gradient
研究思路：首先研究16排以上管束的对流换热系数， 然后加入修正系数对之进行修正，茹卡乌斯卡斯总结 出了一套流体外掠管束的公式，见表6-7和6-8，对于小 于16排的管束，则采用表6-9中的修正系数对表6-7和表 6-8中的公式进行修正即
h′ = ε nh
第六章 单相对流传热的实验关联
8
式
第六章 单相对流传热的实验关联式
可见，上面公式虽然形式上非常简单，但是，需要分段考虑，
不用分段的统一公式如下（丘吉尔-朋斯登公式）：
Nu
=
0.3
+
0.62 Re1 2 Pr1 3 [1+ (0.4 / Pr)2 3 ]1
4
1 +
( Re )5 282000
8
4
5
定性温度仍为 tm = (tw + t∞ ) 2 ，适用条件RePr > 0.2
6-1 相似原理与量纲分析
6-2 相似原理的应用
6-3 内部强制对流传热的实验关联式
6-4 外部强制对流传热
6-5 大空间与有限空间内自然对流传热 的实验关联式
6-6 射流冲击传热的实验关联式
第六章 单相对流传热的实验关联
9
式
6-5 大空间与有限空间内自然对流传热的实验关联式
交大传热学课件-第1章
《对流换热》V. S. 阿巴兹 《沸腾和凝结》施明恒等编著 《数值传热学》陶文铨编著 《辐射换热原理》余其铮编著 《传热学要点与解题》王秋旺等主编
2015/3/3
4
考 核 方 式
平时 50 19分
45 40 35 30 25 20 15 10
5 0
1
教学实验 6分
2
Project 25分
dt
λ
Q
tw2
0
δx
tw1
Q
tw2
δ Aλ
图1-3 导热热阻的图示
§1-1 热量传递的三种基本方式
热传导 热对流 热辐射
定义 属性 特点
2015/3/3
17
(1) 对流换热的基本计算公式——牛顿冷却公式
[ ] h — 表面传热系数 W (m2 ⋅ K)
影响h因素：流速、流体物性、 壁面形状大小等
t
表征材料导热能力的大小，是一种物性
dx
参数，与材料种类和温度有关。
tw1
dt
λ金属 > λ非金属固体 > λ液体 > λ气体
(3) 一维稳态导热及其导热热阻
如图右图所示，稳态+平板 ⇒ q = const， 0
于是积分Fourier定律有
tw1
λ
Q
tw2
δx
Q
tw2
∫ ∫ q δ dx = −λ tw2
0
tw1
dt
⇒
q = λ tw1 − tw2 δ
δ Aλ
以上结果在§2-3 节中会进一步说明。
1 导热（热传导）(续)
(4) 一维稳态导热及其导热热阻，
q
=
tw1 − tw2
2015/3/3
4
考 核 方 式
平时 50 19分
45 40 35 30 25 20 15 10
5 0
1
教学实验 6分
2
Project 25分
dt
λ
Q
tw2
0
δx
tw1
Q
tw2
δ Aλ
图1-3 导热热阻的图示
§1-1 热量传递的三种基本方式
热传导 热对流 热辐射
定义 属性 特点
2015/3/3
17
(1) 对流换热的基本计算公式——牛顿冷却公式
[ ] h — 表面传热系数 W (m2 ⋅ K)
影响h因素：流速、流体物性、 壁面形状大小等
t
表征材料导热能力的大小，是一种物性
dx
参数，与材料种类和温度有关。
tw1
dt
λ金属 > λ非金属固体 > λ液体 > λ气体
(3) 一维稳态导热及其导热热阻
如图右图所示，稳态+平板 ⇒ q = const， 0
于是积分Fourier定律有
tw1
λ
Q
tw2
δx
Q
tw2
∫ ∫ q δ dx = −λ tw2
0
tw1
dt
⇒
q = λ tw1 − tw2 δ
δ Aλ
以上结果在§2-3 节中会进一步说明。
1 导热（热传导）(续)
(4) 一维稳态导热及其导热热阻，
q
=
tw1 − tw2
西交考研辅导29年传热学答案ppt课件
0
exp
2h
cd
cd ln 0 8 9300.386103 0.56103 ln 274.8 4 227.1
2h m
2 34
1 083 4 227.1
6.50s
6
Center of Thermal Fluids Science
15/22
传热学 Heat Transfer
2. （34 分）一球场可近似看成是圆形地板和半球形屋
h1 A1 t1 tf h2 A2 tf th
17(22.5)2 27 tf 11 2 (22.5)2 tf 15
39tf 789, tf 20.23℃
14
（2）地板加热功率：
1,2
5.67 3.04 2.884
1 0.75 0.75 (22.5)2
1 (22.5)2
这时焦耳热等于熔丝与环境间交换的热量，即
m,min dh tm t
I
2 m,m in Rel
I
2 m,m in
4el
d2
Im,min
2
d 3h tm
4e
t
12
12
2
0.563
109 34 1083
1.57 108
35
6
31.36 A
Center of Thermal Fluids Science
✓ 吸种热措施板。：选择导热系数大的材料； ✓ 水管：尽量与外界绝热并减小与吸热
板间的接触热阻； ✓ 玻璃盖板：抑制自然对流，透射太阳
辐射。
Center of Thermal Fluids Science
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传热学 Heat Transfer
计算题
交大传热学课件-第3章1
分析解法： 分离变量法（一维）、乘积解法(二维和三维) 近似分析法：集中参数法（零维）、积分法 数值解法： 有限差分法、有限元法
18
6
7 温度分布特点与边界条件的关系及毕渥数
本章以第三类边界条件为重点。
t
(1) 问题的分析 如右图所示， 存在几个换热环节？
tf
δ
δ tf
h
h
(2) 毕渥数的定义和物理意义？
对于测温的热电偶 节点，时间常数越 小、说明热电偶对 流体温度变化的响 应越快。这是测温 技术所需要的
Biv
=
h(V
λ
A)
Fov
=
aτ
(V A)2
是傅立叶数
h(V A) aτ
=
λ
⋅ (V
A)2 = Biv ⋅ Fov
18
11
当 τ = ρVc时，则
hA
hA
τ ⋅ =1 ρVc
此时，
θ = e−1 = 36.8% θ0
上式表明：当物体的过余温度达到初始过余温度的36.8
％时所需要的时间称为时间常数，即 τc =
第二章小结
2-1 导热基本定律
温度场、等温面和等温线、温度梯度、Fourier 定律的一般形 式、导热系数的物理意义
2-2 导热问题的数学描写
导热微分方程式由三部分组成；定解条件包括四项；边界条件 包括三类。热扩散率的物理意义
2-3 典型一维稳态导热问题的分析解
1 平壁：第一类和第三类边条，单层和多层，热阻，特点 2 圆筒壁：第一类和第三类边条，单层和多层，热阻，特点 3 变截面变导热系数：记住平均导热系数的定义及作用ቤተ መጻሕፍቲ ባይዱ
= Φconv
= hA(t − t∞ )
18
6
7 温度分布特点与边界条件的关系及毕渥数
本章以第三类边界条件为重点。
t
(1) 问题的分析 如右图所示， 存在几个换热环节？
tf
δ
δ tf
h
h
(2) 毕渥数的定义和物理意义？
对于测温的热电偶 节点，时间常数越 小、说明热电偶对 流体温度变化的响 应越快。这是测温 技术所需要的
Biv
=
h(V
λ
A)
Fov
=
aτ
(V A)2
是傅立叶数
h(V A) aτ
=
λ
⋅ (V
A)2 = Biv ⋅ Fov
18
11
当 τ = ρVc时，则
hA
hA
τ ⋅ =1 ρVc
此时，
θ = e−1 = 36.8% θ0
上式表明：当物体的过余温度达到初始过余温度的36.8
％时所需要的时间称为时间常数，即 τc =
第二章小结
2-1 导热基本定律
温度场、等温面和等温线、温度梯度、Fourier 定律的一般形 式、导热系数的物理意义
2-2 导热问题的数学描写
导热微分方程式由三部分组成；定解条件包括四项；边界条件 包括三类。热扩散率的物理意义
2-3 典型一维稳态导热问题的分析解
1 平壁：第一类和第三类边条，单层和多层，热阻，特点 2 圆筒壁：第一类和第三类边条，单层和多层，热阻，特点 3 变截面变导热系数：记住平均导热系数的定义及作用ቤተ መጻሕፍቲ ባይዱ
= Φconv
= hA(t − t∞ )
交大传热学课件-第10章2
第十章 传热过程分析与换热器热计算
主要内容：
10-1 传热过程的分析和计算 10-2 换热器的类型 10-3 换热器中传热过程平均温差的计算 10-4 间壁式换热器的热设计 10-5 热量传递过程的控制（强化与削弱）
1
第十章 传热过程分析与换热器热计算
10-4 两种类型的计算和两种计算方法
1. 两种类型的计算
(10-14)
(10-15)
2
10-4 两种类型的设计和两种设计方法
Φ = kA∆tm = Φ qmhch (th′ − th′′) = Φ qmccc (tc′′ − tc′ )
上面的三个方程中共有8个未知数，即
(10-14) (10-15)
Φ, k, A, qmhch , qmccc ,以及，th′ ，t，h′′ 中tc′′的t三c′ 个
以顺流换热器为例，并假设 qmhch ≤ qmccc ，
εqm=hctthhh′′(−−th′
th′′ tc′ −= th′′)
qmccc (tc′′ − tc′ )
th′′
−=tc′′
∆=t′′
exp(−µkA)
th′ − tc′ ∆t′
⇒ =ε
1− exp(−µkA)
1+ qmhch qmccc
−
kA qmhch
(1 +
qmhch qmccc
)
1+ qmhch
qmccc
顺流，并且 qmhch > qmccc 时，类似地有：
ε
1− exp =
−
kA qmccc
(1 +
qmc qmh
cc ch
)
主要内容：
10-1 传热过程的分析和计算 10-2 换热器的类型 10-3 换热器中传热过程平均温差的计算 10-4 间壁式换热器的热设计 10-5 热量传递过程的控制（强化与削弱）
1
第十章 传热过程分析与换热器热计算
10-4 两种类型的计算和两种计算方法
1. 两种类型的计算
(10-14)
(10-15)
2
10-4 两种类型的设计和两种设计方法
Φ = kA∆tm = Φ qmhch (th′ − th′′) = Φ qmccc (tc′′ − tc′ )
上面的三个方程中共有8个未知数，即
(10-14) (10-15)
Φ, k, A, qmhch , qmccc ,以及，th′ ，t，h′′ 中tc′′的t三c′ 个
以顺流换热器为例，并假设 qmhch ≤ qmccc ，
εqm=hctthhh′′(−−th′
th′′ tc′ −= th′′)
qmccc (tc′′ − tc′ )
th′′
−=tc′′
∆=t′′
exp(−µkA)
th′ − tc′ ∆t′
⇒ =ε
1− exp(−µkA)
1+ qmhch qmccc
−
kA qmhch
(1 +
qmhch qmccc
)
1+ qmhch
qmccc
顺流，并且 qmhch > qmccc 时，类似地有：
ε
1− exp =
−
kA qmccc
(1 +
qmc qmh
cc ch
)
西安交通大学传热学课件
2.流体流动状态（The flow regimes） 层流（Laminar flow） 湍流（Turbulent flow）
Re ud
12/73
传热学 Heat Transfer
粘性流体的流动存在着两 种不同的流型，即层流和 湍流。
雷诺实验：1883年由英国 物理学家Reynolds实验总 结发现。
传热学 Heat Transfer
对流传热
Convective Heat Transfer
1/73
主要内容
传热学 Heat Tra因素及分类
数学描写
边界层 相似原理
无量纲准则数
对流传热 实验关联式
实验关联式 2/73
传热学 Heat Transfer
第五章 对流传热的理论基础
2. 定解条件 ① 初始条件 给出=0时刻速度、压力、温度的分布 ② 边界条件 速度无滑移、温度一二类
34/73
传热学 Heat Transfer
三、求解的困难
1. 问题的非线性 2. 动量及能量方程耦合
u v 0 x y
u x
v 0 y
（ u
u
u x
14/73
传热学 Heat Transfer
4. 换热过程有无相变（phase change） Boiling, condensation
15/73
传热学 Heat Transfer
5.流体的热物性（thermophysical properties）
在电影泰坦尼 克号中Jack冻 死了，但Rose 没有，为什么？
cp
v
t y
t
v y
dxdy
U
Re ud
12/73
传热学 Heat Transfer
粘性流体的流动存在着两 种不同的流型，即层流和 湍流。
雷诺实验：1883年由英国 物理学家Reynolds实验总 结发现。
传热学 Heat Transfer
对流传热
Convective Heat Transfer
1/73
主要内容
传热学 Heat Tra因素及分类
数学描写
边界层 相似原理
无量纲准则数
对流传热 实验关联式
实验关联式 2/73
传热学 Heat Transfer
第五章 对流传热的理论基础
2. 定解条件 ① 初始条件 给出=0时刻速度、压力、温度的分布 ② 边界条件 速度无滑移、温度一二类
34/73
传热学 Heat Transfer
三、求解的困难
1. 问题的非线性 2. 动量及能量方程耦合
u v 0 x y
u x
v 0 y
（ u
u
u x
14/73
传热学 Heat Transfer
4. 换热过程有无相变（phase change） Boiling, condensation
15/73
传热学 Heat Transfer
5.流体的热物性（thermophysical properties）
在电影泰坦尼 克号中Jack冻 死了，但Rose 没有，为什么？
cp
v
t y
t
v y
dxdy
U
[政史地]西安交大热工基础课件
![[政史地]西安交大热工基础课件](https://img.taocdn.com/s3/m/9bbb270f53ea551810a6f524ccbff121dd36c5f7.png)
与传热方程式相对应，可以得到在该传热过程中传热系数 的计算式。
7
第七页，共61页。
热工基础
Fundamentals of Thermodynamics and Heat Transfer
k
1
1
1
h1 h2
h1 h2
tf1
tf2
说明:（1）h1和h2为复合换热表面传热系数 （2）两侧面积相等
8
kAtm
注意
36
第三十六页，共61页。
热工基础
Fundamentals of Thermodynamics and Heat Transfer
1 简化模型
以顺流情况为例
假设：
• 冷热流体的质量流量qm2、qm1以及比热容c2、c1
是常数； • 传热系数是常数； • 换热器无散热损失； • 换热面沿流动方向的导热量可以忽略不计。
Fundamentals of Thermodynamics and Heat Transfer
d qm1c1 dt1 d qm2c2 dt 2
dt dt1 dt2
dt1
1 qm1c1
d
dt 2
1 qm2c2
d
dt
1 qmhch
1 qmccc
d
d
d k dA t
39
第三十九页，共61页。
热工基础
Fundamentals of Thermodynamics and Heat Transfer
dt d k dA t
dt kdA
t
tx dt k Ax dA
t t
0
ln
tx t
k Ax
40
第四十页，共61页。
2024年度传热学基本知识ppt课件
灰体辐射
灰体是指能够吸收所有波长的辐射能 ，但吸收率小于1的物体。灰体辐射 除了与温度有关外，还与灰体的发射 率有关。
17
辐射换热计算方法
斯忒藩-玻尔兹曼定律
基尔霍夫定律
用于计算黑体辐射的总能量，公式为 E=σT^4，其中σ为斯忒藩-玻尔兹曼 常数，T为黑体的热力学温度。
用于计算灰体的发射率与吸收率之间 的关系，公式为ε=α，其中ε为发射率 ，α为吸收率。
流体的流动状态（层流 或湍流）对对流换热系 数有显著影响。湍流状 态下的对流换热系数通 常比层流状态下高。
温度梯度越大，对流换 热系数越高。因为较大 的温度梯度会导致流体 内部产生更强烈的密度 差异和流动。
14
固体壁面的形状、粗糙 度以及表面条件（如氧 化、涂层等）也会影响 对流换热系数。
04
热辐射基本知识
25
热流密度测量技术
热流计法
通过测量热流计两端的温 差和通过的热量来计算热 流密度。
2024/3/23
热阻法
在已知热阻的情况下，通 过测量物体两端的温差来 计算热流密度。
热电偶法
利用热电偶测量物体表面 的温度梯度，从而计算得 到热流密度。
26
07
传热学在工程领域应用案例
2024/3/23
27
航空航天领域应用案例
2024/3/23
13
对流换热系数及其影响因素
对流换热系数定义
流体物性
流动状态
温度梯度
固体壁面条件
对流换热系数是描述热 对流过程中热量传递速 率的重要参数。它表示 单位时间内、单位面积 上流体与固体壁面之间 传递的热量与两者温差 之比。
2024/3/23
流体的密度、粘度、导 热系数等物性参数会影 响对流换热系数。一般 来说，密度和导热系数 较大的流体具有更高的 对流换热系数。
灰体是指能够吸收所有波长的辐射能 ，但吸收率小于1的物体。灰体辐射 除了与温度有关外，还与灰体的发射 率有关。
17
辐射换热计算方法
斯忒藩-玻尔兹曼定律
基尔霍夫定律
用于计算黑体辐射的总能量，公式为 E=σT^4，其中σ为斯忒藩-玻尔兹曼 常数，T为黑体的热力学温度。
用于计算灰体的发射率与吸收率之间 的关系，公式为ε=α，其中ε为发射率 ，α为吸收率。
流体的流动状态（层流 或湍流）对对流换热系 数有显著影响。湍流状 态下的对流换热系数通 常比层流状态下高。
温度梯度越大，对流换 热系数越高。因为较大 的温度梯度会导致流体 内部产生更强烈的密度 差异和流动。
14
固体壁面的形状、粗糙 度以及表面条件（如氧 化、涂层等）也会影响 对流换热系数。
04
热辐射基本知识
25
热流密度测量技术
热流计法
通过测量热流计两端的温 差和通过的热量来计算热 流密度。
2024/3/23
热阻法
在已知热阻的情况下，通 过测量物体两端的温差来 计算热流密度。
热电偶法
利用热电偶测量物体表面 的温度梯度，从而计算得 到热流密度。
26
07
传热学在工程领域应用案例
2024/3/23
27
航空航天领域应用案例
2024/3/23
13
对流换热系数及其影响因素
对流换热系数定义
流体物性
流动状态
温度梯度
固体壁面条件
对流换热系数是描述热 对流过程中热量传递速 率的重要参数。它表示 单位时间内、单位面积 上流体与固体壁面之间 传递的热量与两者温差 之比。
2024/3/23
流体的密度、粘度、导 热系数等物性参数会影 响对流换热系数。一般 来说，密度和导热系数 较大的流体具有更高的 对流换热系数。
西安交通大学传热学课件
1、f＝C 2、电磁波谱
16/95
传热学 Heat Transfer
• 理论上覆盖整个电磁波谱； • 可见光0.380.76m
红外线0.7625100m • 一般工业范围内（2000K以下）：
0.76100m
0.7620m ?
• 对于太阳辐射（约5800K）：0.22m
17/95
传热学 Heat Transfer
日常生活(1)
人体散热
人体与墙壁间的热交换
太阳能利用
7/95
传热学 Heat Transfer
日常生活(2)
保温瓶的散热
窗帘对太阳能 的阻隔作用
说明：不要以为辐射只有在高温 时才重要，其实在常温甚 至低温下有时也很重要，
辐射换热的推动力是温差。
பைடு நூலகம்8/95
传热学 Heat Transfer
太阳能利用(1)
27/95
2、Planck定律
传热学 Heat Transfer
Eb
c15
ec2 (T ) 1
式中： λ— 波长，m T — 黑体温度，K c1 — 第一辐射常数，3.742×10-16 Wm2 c2 — 第二辐射常数，1.4388×10-2 WK
28/95
传热学 Heat Transfer 29/95
光—热转换
太阳能热水器
9/95
传热学 Heat Transfer
太阳能利用(2)
太阳能灯
10/95
传热学 Heat Transfer
太阳能利用(3)
太阳能光伏发电站
11/95
传热学 Heat Transfer
太阳能利用(4)
德国新议会大厦
12/95
16/95
传热学 Heat Transfer
• 理论上覆盖整个电磁波谱； • 可见光0.380.76m
红外线0.7625100m • 一般工业范围内（2000K以下）：
0.76100m
0.7620m ?
• 对于太阳辐射（约5800K）：0.22m
17/95
传热学 Heat Transfer
日常生活(1)
人体散热
人体与墙壁间的热交换
太阳能利用
7/95
传热学 Heat Transfer
日常生活(2)
保温瓶的散热
窗帘对太阳能 的阻隔作用
说明：不要以为辐射只有在高温 时才重要，其实在常温甚 至低温下有时也很重要，
辐射换热的推动力是温差。
பைடு நூலகம்8/95
传热学 Heat Transfer
太阳能利用(1)
27/95
2、Planck定律
传热学 Heat Transfer
Eb
c15
ec2 (T ) 1
式中： λ— 波长，m T — 黑体温度，K c1 — 第一辐射常数，3.742×10-16 Wm2 c2 — 第二辐射常数，1.4388×10-2 WK
28/95
传热学 Heat Transfer 29/95
光—热转换
太阳能热水器
9/95
传热学 Heat Transfer
太阳能利用(2)
太阳能灯
10/95
传热学 Heat Transfer
太阳能利用(3)
太阳能光伏发电站
11/95
传热学 Heat Transfer
太阳能利用(4)
德国新议会大厦
12/95
西安交大热工基础课件
热与流体研究中心
14
热工基础
导热、对流和辐射综合表现
房间散热
h1, tf1
h2, tf2
研究传热过程的基本目的： 传热量和温度分布
热与流体研究中心 15
热工基础
第二节 导热的基本定律及稳态导热
1. 导热的基本定律
（1）温度场和温度梯度
定义： 物体中各点温度值所组成的集合
z
y
x
热与流体研究中心
16
0 1 bt
热与流体研究中心
34
热工基础
（三）通过等截面直肋的导热
肋片：指依附于基础表面上的扩展表面。
热与流体研究中心
35
热工基础
特点：前面分析中例题在导热热流量传递路径 上处处相等，工程实际中还会遇到热流量处处变化 的稳态导热情况，肋片的导热既是如此。
热与流体研究中心
36
热工基础
1.定义：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。
导热特点:
1) 依靠微观粒子的无规则热运动 2) 物体之间不发生宏观相对位移
热与流体研究中心 3
热工基础
基本公式：
t w1
t w2
A
t A
t q A
qdx dt 0 t w1 q t t w1 x
q t w1 t w2
x
t w2
t
t
r
Φ qA
t
A
t R
热与流体研究中心
26
热工基础
热阻的概念
t1 t2
交大传热学课件-第6章2
h短管 = h公式Cl
Cl
= 1 +
d L
0.7
8
（2）热物性
对于液体：主要是粘性随温度而变化
t ↑⇒η ↓
对于气体：除了粘性，还有密度 和热导率等
t ↑ ⇒η ↑ ，ρ ↓ ，λ ↑
其他条件相同的情况下，液体被 加热时的表面传热系数（高于 还是 低于）液体被冷却时的值
9
计及流体热物性对换热的影响，用流体的平均温度 tf 和壁面温
道的换热计算的表达式 (4)表6－2、6－3和6-4分别给出了管槽内和环形空间内的层
流充分发展段的Nu (5)工程换热设备中，层流换热常处于入口段范围，此时，推
10
（4）管壁粗糙度的影响
粗糙管：铸造管、冷拔管等 层流：影响不大
湍流：粗糙度 ∆ >层流底层厚度 δ 时: 换热增强 粗糙度 ∆ <层流底层厚度 δ 时: 影响不大
有时利用粗糙表面强化换 热—强化表面
11
6.3.2 管内湍流强制对流换热实验关联式
换热计算时,先计算Re判断流态，再选用公式
（1）迪图斯-贝尔特（Dittus-Boelter）关联式：
条件，则需要采用对数平均温差
∆tm
=
t′f′ − t′f
ln
tw tw
− −
t′f t′f′
7
7 影响对流换热的几个因素
（1）入口效应：入口段的 h 比充分发展段的 h 大
通常计算平均表面传热系数的经验公式由 L/d >60的长管实验数据综合得到的
对于L/d <60短管，应进行修正：
η η
f w
n
n = 0.11 液体被加热时 n = 0.25 液体被冷却时
交通大学传热学8-3
8
《传热学》讲义
dL , x L , x
Kdx
• K为光谱减弱系数
• 与气体的种类、密度有关
• 与投入辐射的波长有关
当气体的温度和压力为常数时， K为常数
9
《传热学》讲义
dL L,s ,x
L L ,0 ,x
s
0 Kdx
L,s L,0eKs
• s 是辐射通过的路程长度，常称之为射线程长 • 定向辐射强度在吸收性气体中传播时呈指数
• O3可以全部吸收波长小于0.3m的紫外线 • 工程燃烧的主要产物CO2、H2O（汽）的
光带均在波长大于2.5m处，各有三条光 带，其中有两条互相重叠
2
《传热学》讲义
2.65 ~ 2.80m CO2 4.15 ~ 4.45m
13.0 ~ 17.0m
2.55 ~ 2.84m H2O5.60 ~ 7.60m
1 当量半球
• 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的情况下气体对指 定地点的辐射力
2 平均射线程长
• 当量半球的半径称为该容器对器壁上指定 地点的平均射线程长
15
《传热学》讲义
• 表8-1（P.294）给出了不同几何形状的容器 对不同地点的平均射线程长
《传热学》讲义
§8-5 气体辐射 一 气体辐射的特点
1. 不同种类的气体的辐射和吸收能力各不相同
• 空气、O2、N2、H2等结构对称的双原子 气体没有辐射和吸收能力
• 多原子气体以及结构不对称的双原子气体 有相当的辐射本领
1
《传热学》讲义
2. 气体辐射对波长具有强烈的选择性
• 每一种气体只有在一定的波长范围内才有 辐射和吸收能力 光带
《传热学》讲义
dL , x L , x
Kdx
• K为光谱减弱系数
• 与气体的种类、密度有关
• 与投入辐射的波长有关
当气体的温度和压力为常数时， K为常数
9
《传热学》讲义
dL L,s ,x
L L ,0 ,x
s
0 Kdx
L,s L,0eKs
• s 是辐射通过的路程长度，常称之为射线程长 • 定向辐射强度在吸收性气体中传播时呈指数
• O3可以全部吸收波长小于0.3m的紫外线 • 工程燃烧的主要产物CO2、H2O（汽）的
光带均在波长大于2.5m处，各有三条光 带，其中有两条互相重叠
2
《传热学》讲义
2.65 ~ 2.80m CO2 4.15 ~ 4.45m
13.0 ~ 17.0m
2.55 ~ 2.84m H2O5.60 ~ 7.60m
1 当量半球
• 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的情况下气体对指 定地点的辐射力
2 平均射线程长
• 当量半球的半径称为该容器对器壁上指定 地点的平均射线程长
15
《传热学》讲义
• 表8-1（P.294）给出了不同几何形状的容器 对不同地点的平均射线程长
《传热学》讲义
§8-5 气体辐射 一 气体辐射的特点
1. 不同种类的气体的辐射和吸收能力各不相同
• 空气、O2、N2、H2等结构对称的双原子 气体没有辐射和吸收能力
• 多原子气体以及结构不对称的双原子气体 有相当的辐射本领
1
《传热学》讲义
2. 气体辐射对波长具有强烈的选择性
• 每一种气体只有在一定的波长范围内才有 辐射和吸收能力 光带
交大传热学课件-第2章2
1
tf1 −tf2
+δ +
1
[W ]
——h1A问λA 题h2A的提出？
为了增加传热量，可以采取哪些措施?
（1）增大温差（tf1 - tf2），但受工艺条件限制 （2）减小热阻：
a) 金属壁一般很薄(δ 很小)、热导率很大，故导热热阻一般可忽略
b) 增大h1、h2，但提高h1、h2并非任意的(第5章会详细介绍)
λδH
λAL
Ac
1
可见，ηf 与参量
h
2
H
3 2
λAL
有关，其关系曲线如图2－14所示。
这样，矩形直肋的散热量可以不用(2-43)计算，而直接用图2－
19或20查出 ηf 然后，散热量 Φ = ηf ⋅ h ⋅ (PH ) ⋅ (t0 − t∞ )
影响肋片效率的因素：肋片材料的热导率 λ 、肋片表面与周围介
Quick Review：
1 重要概念：温度场、温度梯度、导热系数及其性质、 导温系数（热扩散率）定义及性质；
2 导热微分方程式的理论基础及推导过程 3 导热微分方程式的一般形式、组成、及推导在给定条
件下的具体形式； 4 灵活运用导热微分方程，如温度的空间分布通过导热
方程与时间分布建立联系等 5 定解条件？三类边界条件的数学表达式？
− m( H −x )
ch[m(H − x)]
e + e 0
mH
−mH
0 ch(mH )
sh(x) = ex
− e−x ;
2
ch(x) = ex
+ e−x ;
2
th(x) = ex ex
− e−x + e−x
西安交通大学传热学课件3
h V A
Bi
0
27/97
传热学 Heat Transfer
③ 动态测量时，时间常数越小，越能正确反映被 测温度的变化
温度计
流体
管道
热电偶接点
热电偶丝很细，直径小(0.050.02mm)
28/97
传热学 Heat Transfer
2.非稳态导热量计算
dt Vc -hA(t t ) d
② 确定广义/等效热源
21/97
传热学 Heat Transfer
Ah(t t ) -VΦ
Ah(t t ) ΦV
dt Vc -hA(t t ) d
热力学能增量 ③ 没有BC，只有IC 表面对流传热量
控制方程可改写为
0, t t0
22/97
传热学 Heat Transfer
平板取δ，对长圆柱与球取半 径R，对不规则物体，取V/A ③ λ为导热物体的导热系数
R
2δ
R
• 0.1为特殊的工程观念，如果Bi >0.1，误差增大 • 集中参数法为计算非稳态导热的首选方法，首先 计算Bi数，判断可否用集中参数法
30/97
传热学 Heat Transfer
三 例题讲解
1. 一个直径为d的圆球、一个边长为d的正方体 及一个直径和高度均为d的圆柱，用同种材 料制成，具有相同的均匀初始温度，并在同 一初始时刻被置于相同的外部环境中进行冷 却（表面传热系数h相同）。试定性比较这 三物体被冷却到相同温度时所需时间的长短。 （假定三物体内部导热热阻可以忽略）
hA h(V / A) a BiV FoV 2 Vc (V / A)
式中BiV是特征尺度l用V/A表示的毕渥数。
Bi
0
27/97
传热学 Heat Transfer
③ 动态测量时，时间常数越小，越能正确反映被 测温度的变化
温度计
流体
管道
热电偶接点
热电偶丝很细，直径小(0.050.02mm)
28/97
传热学 Heat Transfer
2.非稳态导热量计算
dt Vc -hA(t t ) d
② 确定广义/等效热源
21/97
传热学 Heat Transfer
Ah(t t ) -VΦ
Ah(t t ) ΦV
dt Vc -hA(t t ) d
热力学能增量 ③ 没有BC，只有IC 表面对流传热量
控制方程可改写为
0, t t0
22/97
传热学 Heat Transfer
平板取δ，对长圆柱与球取半 径R，对不规则物体，取V/A ③ λ为导热物体的导热系数
R
2δ
R
• 0.1为特殊的工程观念，如果Bi >0.1，误差增大 • 集中参数法为计算非稳态导热的首选方法，首先 计算Bi数，判断可否用集中参数法
30/97
传热学 Heat Transfer
三 例题讲解
1. 一个直径为d的圆球、一个边长为d的正方体 及一个直径和高度均为d的圆柱，用同种材 料制成，具有相同的均匀初始温度，并在同 一初始时刻被置于相同的外部环境中进行冷 却（表面传热系数h相同）。试定性比较这 三物体被冷却到相同温度时所需时间的长短。 （假定三物体内部导热热阻可以忽略）
hA h(V / A) a BiV FoV 2 Vc (V / A)
式中BiV是特征尺度l用V/A表示的毕渥数。