《传热学》第1章_绪论分析
大学传热学第一章 绪论
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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。
传热学第一章 绪论
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学着重于单位时间的换热量(W)。
二、传热学课的重要性
a 日常生活中:
冰箱和电视机放置 暖气片的设计 保温温度的选择
b 石油工业中: 输油管道(埋深、保温) 稠油开采(注蒸汽)
三、两种热传递过程
稳态过程:温度不随时间变化
Q1 A1 bT14 ,
Q2 A2 bT24
Q1,2 A1 bT14 A2 bT24 A b (T14 T24 )
第三节 热阻的概念
公式Q A tw1 tw2 A t 及
公式Q c A(tw t f)
可改写成公式Q t t 及 (A) R
(3)辐射力的计算公式(四次方定律)
Eb bT 4 b — 斯蒂芬 波尔兹曼常数,5.6710-8 W m2 K 4
T — 黑体的绝对温度, K
对于非黑体,E bT 4 — 黑度(发射率)
以上讲的是热辐射,而不是辐射换热。
(4)辐射换热
tw1
tf
tw2
透明气体
考虑两个无限大平板的 辐射换热(黑体)
微观粒子的热运动而产生的热量传递。
(2)特征:
a. 物体间无相对位移;
t1
b.物体间必须相互接触; b.没有能量形式的转化。
Q
t2
(3)导热量的计算
δ
x
如上图所示的大平壁,若其两侧壁面各点温度保持不变,
分别保持为tw1及tw2,且,则热量将从tw1一侧传向tw2一侧。此 时通过大平壁的热流量Q可表示为:W
(1)热对流:
流体的各部分之间由于相对宏观位移而引起的热量传递。
传热学
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物体上等温线
1
传热学 第2章 稳态热传导
2.2 导热问题的数学描述
根据热流密度公式 q
dt ,研究热流密度 A dx
值应先知道物体内的温度场。
t f ( x, y, z, )
(2-6)
确定导热体内的温度分布是导热理论的首要任务
理论基础: 傅里叶定律+能量守恒定律
1
传热学 第2章 稳态热传导
且与λ无关。
t t1
通过平壁内任何一个等温面的
热流密度均相等,与坐标x无关。
导热热阻(Conductive resistance)
q t1 t2
q
t2
t1 t2
总热阻: R
o
x
Φ Rλ
δ
A
K /W
t1
t2
传热学 第2章 稳态导热
课堂练习: 一砖墙的表面积为12m3,厚260mm,平均 导热系数为1.5w/(m.k),设面向室内的表面温
t 0
2. 非稳态导热的类型 周期性导热(Periodic unsteady conduction): 物体的温度随时间而做周期性的变化。 瞬态导热(Transient conduction): 物体的温度随时间的推移逐渐趋近于恒定的值。
传热学 第3章 非稳态导热
3.1.3 第三类边界条件下Bi 数对平板中温度分布的影响
Bi 0
t τ =0 τ 1 τ τ t∞ -δ 0 δ x
2 3
Bi
t
t0
Bi 0 (1)
t
τ =0 τ τ τ
t∞
1 2 3
t0
τ =0 τ τ τ
1传热学第一章课件
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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。
(精品)传热学绪论课件
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必须有温差 c. 壁面处会形成速度梯度很大的边界层
★ 对流传热实例:
管内流动传热
管外流动传热
§1.2 热量传递的三种基本方式
(3)对流传热的基本计算公式:牛顿冷却定律
— 热流量[W],单位时间传递的热量
Convection heat transfer coefficient
传热学 Heat transfer
传热学 Heat transfer
传热学 Heat transfer
第一章热量传递的基本理论
❖1.1 传热学的研究对象及其应用 ❖1.2 三种基本的传热方式及基本定律 ❖1.3 传热过程和传热系数 ❖1.4 传热学发展史
§1.1 传热学的研究内容及应用 1.传热学的研究内容
(4) 辐射传热:物体间靠热辐射进行的热量传递,它与单纯的热辐射不同,
就像对流和对流传热一样。
(5) 辐射传热的特点: a.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 b.在辐射传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 c.无论温度高低,物体都在不停地相互发射电磁波能、相
以热机起动为例:平壁初始温度为t0;左侧表面温度突升为 t1并保持不变,右侧表面仍与温度为t0的空气接触。接下来
平板将经历一个非稳态传热过程。
4
t1
3
2
1
t0
0
§1.1 传热学的研究内容及应用
4.传热学与工程热力学的关系
(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-第一章-绪论lujinli
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2. 传热学与工程热力学的关系
安
(heat transfer and engineering thermodynamic)
徽
工 业 大
(1)热力学
+
传热学 = 热科学(Thermal Science)
Figures
学
大
业
工
安 徽
AnHui University of Technology
Animation
学
大
业
工
安 徽
AnHui University of Technology
安 Chapter 1 Introduction
徽
工 业
何谓传热? (What)
大 学
如何传热? (How)
CHAPTER 1
大 导热 / Conduction
学
– 稳态热传导
CHAPTER 2
– 非稳态热传导
CHAPTER 3
AnHui University of Technology
– 热传导问题的数值解法
CHAPTER 4
对流 / Convective
– 对流传热的理论基础
CHAPTER 5
安
徽 工 业
传热学
大
学
Heat Transfer
AnHui University of Technology
2015.9
安
Learning Objectives
徽
工
业 大 学
学生必须理解所论主题的有关术语的含义及其与物 理原理之间的内在联系
传热学-第一章 绪论PPTPPT幻灯片
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• 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)
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
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%。
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-第一章
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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。
,
物体,包括所有方向和所有波长,因此,相同温度下,
黑体的吸收能力最强 (8)黑体辐射的控制方程: Stefan-Boltzmann 定律
,
AT
4
q T
4
4 A T 真实物体则为: (9) 两黑体表面间的辐射换热
(参见图1-7):
4 A (T14 T2 )
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 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;
上面传热过程中传递的热量为:
(t f 1 t f 2 ) (t f 1 t f 2 ) Φ 1 1 Rh1 R Rh 2 Ah1 A Ah2
传热系数
(1-10)
Φ Ak (t f 1 t f 2 ) Ak t
1 k 1 1 rh1 r rh 2 h1 h2 1
1.1.3 传热学与工程热力学的关系
(1) 热力学 + 传热学 = 热科学(Therma即热 量传递的速率。
铁块, M1 300oC
1传热学-第一章课件讲解
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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
《传热学》第1章-绪论
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三、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
日常生活中的例子:
● 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?
● 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?
v 1904年他在哥廷根大学(Göttingen University)担任流体力学研究所的所 长,同年他发表了其具有历史意义的关于 边界层的著名论文,奠定了现代流体力学 和空气动力学以及对流换热分析的基础。 在风洞实验技术;机翼理论;湍流理论均 有杰出贡献;
v T. von 卡门是他的学生;
传热学名人-4
v 发展对流换热理论的杰出先 驱:对流换热的无量纲准则, 用实验方法求解对流换热问 题;
v 凝结换热理论解 ; v 层流入口段换热机理研究 ;
传热学名人-5
v 施密特(1892-1975),出生 于1892年2月11日,是德国的 科学家,工程热物理学,尤其 是传热传质学研究领域的先 驱;
v 他是第一个测量自然对流边界 层的速度场和温度场以及膜态 凝结的当量传热系数的人。
™ 偏微分方程(导热)和偏微分方程组(对流) ™ 数值模拟----差分方程
v 实用性也强;
™ 由实验得出的对流换热的经验公式
对学习方法的建议
v 以方法论学习为主
™课堂上要注意学习建立方程的方法; ™不要去记复杂的公式; ™要记住最基本的公式;
v 对学习效果的要求程度
™合上书忘了——不要紧,但是翻开书就能看懂,能 想起来——基本可以;
q1
=
λ1
tw1
− tw2 δ
传热学-绪论
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5. 导热是物质的属性 导热可以在固体、液体、气体中发生 。 在引力场下单纯的导热只发生在密实固体中。液 体和气体导热发生时,它们的内部必须没有宏观 的相对位移。
传热学 / 绪论
6. 热量传递方程
Φ
A
t1 t2
t2 t1
Φ A
dt Φ A dx
传热学 / 绪论
量。
传热学 / 绪论
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。
(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\温度梯度很大的边界层。
tf
tw
Φ
传热学 / 绪论
5、对流换热的分类
流动起因:强迫对流和自然对流 (单相流体对流) 是否相变:沸腾换热(液体受热沸腾)和凝结换热 (蒸汽遇冷凝结)
传热学 / 绪论
6、对流换热的基本计算公式
hA(tw t f )
二、对流换热
1、举例 烧杯 加热 水
2、对流(热对流)定义 流体各部分之间发生相对位移时,冷热流体相互掺混 所引起的热量传递过程。 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 / 绪论
4、对流换热特点 (1) 是导热(微观热运动)与热对流(宏观热运动) 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。
传热学 / 绪论
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?
传热学概念整理
![传热学概念整理](https://img.taocdn.com/s3/m/f6edeb6d0622192e453610661ed9ad51f11d5415.png)
传热学第一章、绪论1.导热:物体的各个部分之间不发生相对位移时,依靠分子,原子及自由电子等微观粒子的热运动而产生的热能传递称为热传导,简称导热。
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。
3.热流密度:通过单位面积的热流量称为热流密度。
4.热对流:由于流体的宏观运动而引起的流体各部分之间发生相对位移、冷热流体相互掺混所导致的热量传递过程。
5.对流传热:流体流过一个物体表面时流体与物体表面间的热量传递过程。
6.热辐射:因热的原因而发出的辐射的想象称为热辐射。
7.传热系数:传热系数树枝上等于冷热流体见温差℃1=∆t ,传热面积21m A =时的热流量值,是表征传热过程强度的标尺。
8.传热过程:我们将热量由壁面一侧流体通过壁面传递到另一侧流体的过程。
第二章、导热基本定律及稳态导热1.温度场:各个时刻物体中各点温度所组成的集合,又称为温度分布。
2.等温面:温度场中同一瞬间温度相同的各点连成的面。
3.傅里叶定律的文字表达:在导热过程中,单位时间内通过给定截面积的导热量,正比于垂直该界面方向上的温度变化率和截面面积,而热量的传递方向则与温度升高的方向相反。
4.热流线:热流线是一组与等温面处处垂直的的曲线,通过平面上人一点的热流线与改点热流密度矢量相切。
5.内热源:内热源值表示在单位时间内单位体积中产生或消耗的热量。
6.第一类边界条件:规定了边界点上的温度值。
第二类边界条件:规定了边界上的热流密度值。
.第三类边界条件:规定了边界上物体与周围流体间的表面传热系数h 及周围流体的温度ft 7.热扩散率a :ca ρλ=,a 越大,表示物体内部温度扯平的能力越大;a 越大,表示材料中温度变化传播的越迅速。
8.肋片:肋片是依附于基础表面上的扩展表面。
第三章、非稳态导热1.非稳态导热:物体的温度随时间的变化而变化的导热过程称为非稳态导热。
2.非正规状况阶段:温度分布主要受出事温度分布的控制,称为非稳态导热。
传热学-第1章 绪论
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热传导机理
回答了我们热传导在什么情况下发生!
物体各部分之间不发生相对位移时(宏观上静止),依靠分 子、原子及电子等微观粒子的热运动而产生的热量传递。
热传导发生的范畴
回答了我们传导在什么地方发生!
可以在固体、液体、气体中发生,三者的导热机理是不同的。
声子和 电子
声子/分 子运动
分子热 运动
发生在固体、静止流体内部。 [举例说明]
20 ——摘自美国麻省理工学院(MIT)《Heat Transfer Textbook》
t1
t2
Stainless steel
copper
Stainless steel
1 7 40 t10 37 t12 t2 1 7 t2 100 0 .02 0 .03 0 .02
t1 255 t2 245
Heat Transfer
1. 热传导与Fourier定律
例4
20 30
A copper slab (k=372W/mK) is 3 mm thick. It is protected from corrosion by a 2-mm-thick layers of stainless steel (k=17W/mK) on both sides. The temperature is 400 ℃ on one side of this composite wall and 100 ℃ on the other. Find the temperature distribution in the copper slab and the heat conduction through the wall.
Heat Transfer
1. 热传导与Fourier定律
传热学笔记
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p x
(
2u x2
2u y2
)
动量守恒方程(N-S
方程):
( v
u
v x
v
v ) y
Fy
p y
(
2v x2
2v y2
)
能量守恒方程:
t
非稳态项
u t v t xy
对流项
cp (x2t2 y2t2 )
扩散项
边界层理论的四个基本要点: (1)当粘性流体沿固体表面流动时,流场可划分为主流区和边界层区。
可得
d 2t dx2
hp(t t ) Ac
引入过余温度
t
t 最终可得
d 2t dx2
m2
,其中 m
hp/(Ac) ,H 为肋高
温度分布的解析解:
0
em x
e2mHemx He2m H
0
ch[m(x H)] ch[mH]
;热流量:
hp m
0th(mH)
通过环肋及三角形截面直肋的导热
肋效率 f
( )是时刻
物体的平
均过余温度。
Fo
a R2
0.2 时, (x, ) 0
Aexp(12Fo) f
(1) ——(3-27);( ) /0
Aexp(12Fo)B ——(3-28)
分析解应用范围的推广和讨论
介质温度恒定的第三类边界条件下的分析解,在 Bi 的极限情况下转化为第一类边界条件下的解,而在 Bi 0
传热学
第一章 绪论
热量传递的三种基本方式:导热、对流和热辐射
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。
A dt dx
——热导率,导热系数;单位W /(m K) ;
传热学第一章
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因热的原因而发出辐射能的现象称为热辐射。
电磁波的波谱
辐射换热:物体间靠热辐射进行的热量传递
辐射换热的特点
表面1辐射热
a 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
表面2辐射热
b 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
井口加热保温装置
油田常温集输现场试验装置
传热学在科技与工程中的应用
建筑节能领域:复合保温墙体及屋面、地板辐射采暖系统
大气长 波辐射
太阳直 射辐射 太空 散射 辐射
环境长波辐射
地面 长波 地面反射辐 辐射 射
对流 换热
壁体得热
传热学在科技与工程中的应用
航空航天领域:航天飞机、火箭发射、卫星与空间站热控 制、空间飞行器重返大气层冷却
物质的属性:可以在固体、液体、气体中发生
导热特点:纯导热过程中,物体各部分之间不发生相对位移, 也无能量形式的转换。
如图示,一块平板,厚为δ,表面 积为A,两表面分别维持均匀温度 tw1和tw2.单位时间从表面1传导到 表面2的热量为Q。(沿X轴方向)
Atw1 tw2
单位面积:
q tw1 tw2
钢: q tw 1 tw 2 3 .4 6 3 1 0 0 1 .4 0 1 6 5 W 0 m 2 0 .05
铬砖:
q tw 1 tw 2 2 .3 3 2 1 0 0 9 .2 0 1 8 3 W 0 m 2 0 .05
硅藻土砖:
,
黑体的定义:把吸,收率等于 1 的物体称黑体,是一种 假想的理想物体。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,因此,相同温 度下,黑体的吸收能力最强
传热学 第一二章
![传热学 第一二章](https://img.taocdn.com/s3/m/ef120ed476eeaeaad1f330f3.png)
dt dx
对于三维直角坐标系情况,有
q x t x
q y t y
q z
t z
t t t grad t t i j k x y z
图2-2 温度梯度
t t t t q i j k t n y z n x
(3) 对流换热热阻 t t t t Φ q 1 (hA) Rh 1 h rh
Rh 1 (hA) [ C W ]
rh 1 h [m2 C W ]
图1-6
3 热辐射
(1) 热辐射的研究方法:
黑体
修正(黑度)
实际物体
黑体的 辐射控 制方程
AT 4
AT 4
W
0
x
:热流量,单位时间通过给定面积的热量[W] q:热流密度,单位时间通过单位面积的热量[W/m2] A:垂直于导热方向的截面积[m2]
负号:代表热量传递方向与温度升高方向相反
(2) 导热系数
金属 非金属固体 液体 气体
(3) 一维稳态导热及其导热热阻
q dx
1 导热微分方程式的推导 理论基础:
Fourier 定律 + 能量守恒定律 导热微分方程式 下面我们来考察一个矩形微元六面体,如下图所示。
x z
x+dx
y
x
dx
假设:(1) 所研究的物体是各向同性的连续介质 (2) 导热系数、比热容和密度均为已知 (3) 物体内具有内热源;强度 [W/m3]; 内热源均匀分布;
根据能量守恒定律有:
导入微元体的总热流量in + 微元体内热源的生成热 g =
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tw2
0
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成正比,称为 Fourier定律(速率方程)。其中:
x
图1-2 一维稳态平板内导热
负号表示热量由高温处到低温处传递;:热流量,单位时间传递的 热量[W]; A:垂直于导热方向的截面积[m2];:导热系数(热导率) [W/(m·K)]。
如果是一维稳态导热,那么热流密度在任意界面上都是相等的, 因此,热流密度可以表示为
q dx
0
tw 2
t w1
dt dx dx
q
t w 2 t w1
t w1 t w 2
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第1章 绪论
例 题 1-1
一块厚度δ=50 mm 的平板,两侧表面分别维持在 tw1 300o C, tw2 100o C. 试求下列条件下的热流密度。 t
2
《传热学》课程导入
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4
《传热学》课程导入
• பைடு நூலகம்程教材:
• 《传热学》(第四版) 杨世铭、陶文铨 高等教育出版社
• 参考书籍:
• 《传热学》(第2版) 戴锅生 高等教育出版社 • 《数值传热学》(第2版) 陶文铨 西安交通大学出版社 • 《Heat Transfer》(第9版) J.P.Holman 机械工业出版社
(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 )。
范围:
空间:宏观传热学,假定传热学研究对象的介质是连续的; 时间:不考虑极高速时的传热现象(激光等)。
7
第1章 绪论
1.1.2 传热学与工程热力学得关系
热力学
系统从一个热平衡 态到另一个热平衡 态的过程中传递热 量的多少。tm,Φ
+
传热学
=
热科学(Thermal Science)
铁块 M1 300oC
传 热 学
(Heat Transfer)
主讲:冀杰
西南大学工程技术学院
E-mail:jayjicn@
1
《传热学》课程导入 • 课程性质:
专业 基础 课
• 传热学在车辆工程中的应用:
发动机热利用及散热系统设计、车内温度调节系统 设计、制动系统的热失效等、排气系统热分析。
• 要求:
上课时间必须保持纪律; 学而时“习”之,不亦说乎; 有教无类。
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第1章 绪论
导热系数
表征材料导热性能优劣的参数,是一种物性参数,与材料 种类和温度有关。
金属 液体 气体
一维稳态导热公式:
《泰坦尼克号》
单位时间通过单位面积传递的热量称为热流密度,用字母q表 示,它与热流量 之间的关系表示为:
q Φ dt W 2 A dx m
特点: (1) 必须要有温差; (2) 物体内部或者物体直接接触;
(3) 依靠微观粒子热运动传热; (4) 只讨论热传导宏观规律, 忽略微观机理。
介质: 可以在固体、气体、液体中发生。
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第1章 绪论
导热的基本定律:
1822年,法国数学家Fourier提出:
t
如果平板两个表面均维持均匀温度,壁内 tw1 温度只沿垂直于壁面的方向变化,那么:
• 考核办法:
• 平时成绩: 30% (包括:出勤15、作业15) • 期末考试: 70% (闭卷)
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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
1.1.1 什么是传热学 定义:研究由温差引起的热能传递规律的科学。 解释:
温差是传热学研究的推动力,热力学第二定律:“凡是有温 差存在的地方,就有热能自发地从高温物体向低温物体传递”。 热能传递规律是指单位时间内所传递的热量与物体中相应的 温度差之间的关系。 科学是指能够利用准确的数学表达式明确地描述热能传递规 律,并能利用这些知识测试、控制和优化热量传递过程。
念解释复杂的传热现象。
掌握方法:掌握传热学问题的分析方法,比如实验关联法、比拟
法等,同时掌握解决一般工程问题的解决思路。
学会解题:传热学是典型的工程问题,要会根据掌握的数学知识
解决实际工程问题。
9
第1章 绪论
1.2 热能传递的三种基本方式
热传导
(heat conduction);
热对流
热辐射
关心的是热量传递 的过程,即热量传 递的速率。 t ( x, y, z, ),Φ f ( )
区别: 热力学是必须处于平衡状态系统,没有
水,M2 20oC
温差和压力差,而传热学的关键是有温差。 传热学与热力学的关系
联系:传热学以热力学第一定律和第二定律为基础,即在能量转换和
传递过程中各种形式能源的总量保持不变; 始终从高温热源 向低温热源自发地传递。
TK124/D482
•TK124/T708-2
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《传热学》课程导入
• 学习网站:
• 西安交通大学CFD-NHT-EHT研究中心 /nht/course/crx/para/intro.htm • 南京航空航天大学传热学精品课程 /heat/other/1.html • 上海理工大学传热学精品课程 • /jpkc/heat_transfer/index.htm • 集美大学传热学精品课程 • /skyclass/C171/Asp/Root/Index.asp
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第1章 绪论
1.1.2 传热学在科学技术各领域中的应用
传热问题的种类: 强化传热:在一定的条件下(温差、体积、重量、泵能等)增加所
传递的能量。
削弱传热:在一定的温差下使热量的传递减到最小。 温度控制:对热量传递过程中物体关键部位的温度进行控制。 传热学基本技能: 了解概念:了解传热学课程中的基本概念,并且能够利用这些概
(heat convection);
(thermal radiation)。
对三种传热方式分别进行学 习,然后结合三种基本传热 方式解释复杂热现象。
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第1章 绪论
1.2.1 热传导(Heat Conduction) 定义:物体各部分之间不发生相对位移时,
依靠分子原子及自由电子等微观粒子的热 运动而产生的热能传递。