第三节 传热学基本原理
传热学(全套课件666P) ppt课件
§1-3 传热过程和传热系数
一、传热过程 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。
2 、传热过程的组成 传热过程一般包括串联着的三个环节组成， 即：
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。 若是稳态过程则通过串联环节的热流量相同。
二、对流
1 、基本概念
1) 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。 对流仅发生在流体中，对流的同时必伴随 有导热现象。
2) 对流换热：流体流过一个物体表面时的 热量传递过程，称为对流换热。
2 、对流换热的分类
1）根据对流换热时是否发生相变分：有
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：
t f1 tw1
Ah 1
tw1 tw2 A /
t w 2 t f 2 Ah 2
（d） （e） （f）
三式相加，整理可得:
A(t f 1 t f 2 )
1 1
h1 h2
也可以表示成:
（1-10）
A(tkf1tf2)A k t （1-11）
式中， k称为传热系数，单位为
。
W/ m2K
⑤热辐射现象仍是微观粒子性态的一种宏 观表象。
⑥ 物体的辐射能力与其温度性质有关。这 是热辐射区别于导热，对流的基本特点。
课件-传热学基础知识
2017/9/21
对流换热的基本计算公式是牛顿冷却公 式： 流体被加热时：q=h（t w –t f ） 流体被冷却时：q=h（ t f –t w ） 式中，t w及t f分别为壁面温度和流体温 度，°C。如果把温差（也称温压）记为 △t，并约定永远取正值，则牛顿冷却公 式可表示为 q=h △t Φ=A h △t 式中，比例系数h称为表面换热系数，单 位是W/（m2k）
ቤተ መጻሕፍቲ ባይዱ
18世纪30年代首先从英国开始的工业革命促使 了生产力的空前发展。生产力的发展为自然科 学的发展成长开辟了广阔的道路。传热学这一 门学科就是在这种大背景下发展成长起来的。 导热和对流两种基本热量传递方式早为人们所 认识，第三种热量传递方式则是在1803年发现 了红外线才确认的。它就是热辐射方式。三种 方式基本理论的确立则经历了各自独特的历程。
2017/9/21
导热、对流这两种热量传递方式只在有物质存 在的条件下才能实现，而热辐射可以在真空中 传递，而且实际上在真空中辐射能的传递最有 效。这是热辐射区别于导热、对流换热的基本 特点。当两个物体被真空隔开时，例如地球与 太阳之间，导热与对流都不会发生，只能进行 辐射换热。辐射换热区别于导热、对流换热的 另一个特点是，它不仅产生能量的迁移，而且 还伴随着能量形式的转换，即辐射时从热能转 换为辐射能，而被吸收时又从辐射能转换为热 能。 导热、对流换热和辐射传热三种传递热量的方 式在实际问题中往往不是单独出现的。这不仅 表现在互相串联的几个换热过程中，而且在同 一环节中也常是如此。
2017/9/21
二、对流 对流是指由于流体的宏观运动，从而流体个部分之间发 生相对位移，冷热流体相互掺混所引起的热量传递过程。 对流仅能发生在流体中，而且由于流体中的分子同时在 进行着不规则的热运动，因而对流必然伴随着导热现象。 工程上特别感兴趣的是流体流经一个物体表面时的热量 传递过程，并称之为对流换热，以区别于一般意思上的 对流。 就引起流动的原因而论，对流换热可区分为自然对流和 强制对流两大类。自然对流是由于流体冷、热各部分的 密度不同而引起的，暖气片表面附近受热空气的向上流 动就是一个例子。如果流体的流动是由于水泵、风机或 其它压差作用所造成的，则称为强制对流。冷油器、 冷凝器等管内冷却水的流动都由水泵驱动，它们都属于 强制对流。另外，工程上还常遇到液体在热表面上沸腾 及蒸汽在冷表面上凝结的对流换热问题，分别简称为沸 腾换热和凝结换热。它们是伴随有相变的换热。
传热学知识点总结考研
传热学知识点总结考研传热学是热力学的一个重要分支，研究热量在物体之间传递的过程。
在工程学、化学工程、材料科学和环境科学等领域都有着重要的应用。
本文将围绕传热学的基本理论和应用进行系统总结，希望能够对传热学的学习和研究有所帮助。
一、传热学的基本概念1. 传热的定义传热是热量在物体之间传递的过程，可以通过传导、对流和辐射这三种方式进行。
传热的目的是使物体的温度相等或者使热量从高温物体传递到低温物体上。
2. 传热的基本原理传热的基本原理是热量由高温区流向低温区，其基本规律可以用热传导方程、对流传热方程和辐射传热方程来描述。
3. 传热的分类根据传热的方式不同，可以将传热分为传导传热、对流传热和辐射传热。
传导传热是由物体内部的分子传递热量，对流传热是通过流体的运动传递热量，而辐射传热是通过电磁波辐射传递热量。
二、传热学的基本理论1. 传导传热传导传热是由固体内部的分子、原子或离子的运动方式传递热量。
传导传热可以用热传导方程或者傅里叶热传导定律来描述，其中热传导方程可以表达为：q=-kA*(dT/dx)，其中q 表示单位时间内通过物体的热量，k表示热导率，A是传热截面积，dT/dx表示温度梯度。
2. 对流传热对流传热是由流体的运动方式传递热量，主要包括自然对流和强制对流两种方式。
自然对流是由温差引起的流体的自然对流运动，而强制对流是通过外力使流体发生运动。
对流传热可以用波亚松定律或者努塞尔数来描述。
3. 辐射传热辐射传热是通过电磁波的辐射方式传递热量，主要取决于物体的温度和表面的发射率等。
辐射传热可以用斯特凡—波尔兹曼定律或者基尔霍夫定律来描述。
4. 传热的复合方式在实际传热过程中，通常会同时存在传导、对流和辐射三种方式，这就需要将它们进行组合计算。
可以通过综合利用传热系数来描述传热的复合方式。
三、传热学的应用1. 传热器设备传热器是用于传热的设备，广泛应用于化工、能源、环保等领域。
常见的传热器包括换热器、蒸发器、冷凝器和加热器等。
传热学基本知识PPT课件
Qt1t2t3 t1t4
R1R2R3
R
通过各层的导热量相同， 各层导热所遵循的规律相同
2021
29
传热学基本知识
热传导
4、导热计算 3）单层圆筒壁的稳定热传导
特点：单层圆筒壁的导热面积不是常量，随圆
筒半径而变、同时温度也只是随半径而变。
Q t1 t2 R
t
A均
A均=2πr均L
r均
r2 r1 ln r2
导热分为两类
稳定导热：温度不随时间而变化的导热 不稳定导热：温度随时间而变化的导热
知识回顾
2021
23
传热学基本知识
热传导
2、傅里叶导热定律
热传导的速率与垂直于热流方向的表面积成正比，与壁面两侧的温差成正比，与壁厚成反比。
QAt1t2
q
Q A
t
Q
t
t R
A
Q 导热量，传热速率 , W;
导热动力 导热阻力
自然对流
泡状沸腾或泡核沸腾（传热系数大）
膜状沸腾
2021
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蒸汽冷凝时的对流传热
蒸汽冷凝的对流传热
蒸汽是工业上最常用的热源，在锅炉内利用煤燃烧 时产生的热量将水加热汽化，使之产生蒸汽。蒸汽在饱 和温度下冷凝成同温度的冷凝水时，放出冷凝潜热，供 冷流体加热。
2021
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蒸汽冷凝时的对流传热
(1) 蒸汽冷凝的方式
t t1t2 l n t1 t2 2021
当⊿t1/⊿t2＜2时
⊿t=(⊿t1+⊿t2)/2
15
（2）双侧变温时的平均温度差
并流
逆流
错流
折流
①并流时的(对数)平均温度差
传热学第3章非稳态导热PPT课件
x x h Bi
2）毕渥数Bi对温度分布的影响
O( / Bi, 0)
2）毕渥数Bi对温度分布的影响
§3.2 集中参数法分析导热问题
当物体内部导热热阻远小于其表面的换热热阻， 也就是物体内部温度分布几乎趋于一致，可以近似 认为物体内部在同一瞬间均处于同一温度下。 此时 Bi h 0
对于任意形状的物体当Bi<0.1， 0.95 物体内部的过余温度与其表面的过m 余温度之比为 0.95。其内部热阻就可忽略，从而采用集中参数 法。
物体的温度随时间的变化关系是一条负 自然指数曲线，或者无因次温度的对数
0
与时间的关系是一条负斜率直线。
e
A cV
e
(V
A
)•(VaA
)2
e Bi •Fo
0
其中V/A具有长度的量纲，称为特征长度。
（2）导热量的计算
cV hA 称为系统的时间常数，记为s。
时间常数是反应物体对流体温度变动响应快慢的指标。它 取决于自身的热容量ρcv及表面换热条件hA。热容量越大， 温度变化得越慢；表面换热条件越好单位时间内传递的热 量越多，则越能使物体自身温度迅速接近流体温度。
突然把两侧介质温度降低 为 t并保持不变；壁表 面与介质之间的表面传热 系数为h。
两侧冷却情况相同、温度 分布对称。中心为原点。
3.3 无限大平壁非稳态导热
导热微分方程：
t 2t
a x2
初始条件： 0, t t 0
边界条件： (第三类)
x 0, t x 0
x
,
- t
x
h(t
t )
对于圆柱体和球体在第三类边界条件下的一维非
稳态导热问题，也可以求得温度分布的分析解。
(完整PPT)传热学
温度对导热系数的影响因材料而异，一般情况下，随着温度的升高 ，导热系数会增加。
压力
对于某些材料，如气体，压力的变化会对导热系数产生显著影响。
稳态与非稳态导热过程
稳态导热
物体内部各点温度不随时间变化而变化的导热过程。在稳态导热过程中，热流 密度和温度分布保持恒定。
非稳态导热
物体内部各点温度随时间变化而变化的导热过程。在非稳态导热过程中，热流 密度和温度分布会发生变化，通常需要考虑时间因素对导热过程的影响。
辐射换热计算方法
辐射换热量计算
通过斯蒂芬-玻尔兹曼定律计算两 个物体之间的辐射换热量，需要 考虑物体的发射率、温度以及物 体间的角系数等因素。
角系数计算
角系数表示一个表面对另一个表 面辐射能量的相对大小，可以通 过几何方法或数值方法计算得到 。
辐射换热网络模型
对于多个物体之间的复杂辐射换 热问题，可以建立辐射换热网络 模型，通过求解线性方程组得到 各个物体之间的辐射换热量。
06 传热学实验技术 与设备
实验测量技术与方法
温度测量
使用热电偶、热电阻等 温度传感器，配合数据 采集系统，实现温度的
精确测量。
热量测量
采用量热计、热流计等 设备，测量传热过程中
的热量变化。
热阻测量
通过测量传热设备两侧 温差和传热量，计算得
到热阻。
热流密度测量
利用热流计等设备，测 量单位面积上的热量传
(完整PPT)传热学
contents
目录
• 传热学基本概念与原理 • 导热现象与规律 • 对流换热原理及应用 • 辐射换热基础与特性 • 传热过程数值计算方法 • 传热学实验技术与设备 • 传热学在工程领域应用案例
01 传热学基本概念 与原理
传热学--导热理论基础--ppt课件精选全文
第二章 导热理论基础
第三节 热导率
3、隔热层必须采取防潮措施
（1） 湿材料 干材料或水
因多孔材料很容易吸收水分，吸水后，由于热导率较大的水
代替了热导率较小的介质，加之在温度梯度的推动下引起水分
迁移，使多孔材料的表观热导率增加很多。
0.35
0.599
第二章 导热理论基础
※导热是在温度差作用下依靠物质微粒（分子、原子和 自由电子等）的运动（移动、振动和转动）进行的能 量传递。因此，导热与物体内的温度分布密切相关。 ※本章将从温度场、温度梯度等基本概念出发 阐述导热过程的基本规律 讨论描述物体导热的导热微分方程和定解条件
第二章 导热理论基础
第一节 温度场和温度梯度 一、温度场（P13）
第二章 导热理论基础
第三节 热导率
4、几点说明
（1）保温材料的λ值界定值随时间和行业的不同有所变化。 保温材料热导率的界定值大小反映了一个国家保温材料的生
产及节能的水平。
20世纪50年代我国沿用前苏联标准为0.23W/(m·K)； 20世纪80年代，GB4272-84规定为0.14W/(m·K)， GB4272-92《设备及管道保温技术通则》中则降低到 （0.122）W对/(于m各·K向) 异性材料，其热导率还与方向有关。
1、等温面：同一瞬间，温度场中温度相同的点所连成的面。 2、等温线：等温面与其他任一平面的交线。
3、立体的等温面常用等温线的平面图来表示。
为了在平面内清晰地表示一组等温面，常用这些等温面与一 平面垂直相交所得的一簇等温线来表示。 图2-1是用等温线表示的内燃机活塞和水冷燃气轮机叶片的温度场
第二章 导热理论基础
三、温度梯度（P13-14）
传热学讲义——第三章
第三章 非稳态导热(unsteady state conduction)物体的温度随时间而变化的导热过程称非稳态导热。
0≠τ∂∂t，任何非稳态导热过程必然伴随着加热或冷却过程。
根据物体内温度随时间而变化的特征不同，非稳态导热过程可分为两类：（1）周期性导热（periodic unsteady conduction ）：物体的温度按照一定的周期发生变化； 如建筑物的外墙和屋顶温度的变化。
（2）瞬态导热(transient conduction)：物体的温度随时间不断升高或降低，在经历相当长时间后，物体的温度逐渐趋于周围介质的温度，最终达到热平衡。
分析非稳态导热的任务：找出温度分布和热流密度随时间和空间的变化规律。
第一节 非稳态导热的基本概念一、瞬态导热过程采暖房屋外墙墙内温度变化过程。
采暖设备开始供热前：墙内温度场是稳态、不变的。
采暖设备开始供热：室内空气温度很快升高并稳定；墙壁内温度逐渐升高；越靠近内墙升温越快；经历一段时间后墙内温度趋于稳定、新的温度分布形成。
墙外表面与墙内表面热流密度变化过程 采暖设备开始供热前：二者相等、稳定不变。
采暖设备开始供热：刚开始供热时，由于室内空气温度很快升高并稳定，内墙温度的升高相对慢些，内墙表面热流密度最大；随着内墙温度的升高，内墙表面热流密度逐渐减小；随着外墙表面的缓慢升高，外墙表面热流密度逐渐增大；最终二者相等。
上述非稳态导热过程，存在着右侧面参与换热与不参与换热的两个不同阶段。
（1）第一阶段（右侧面不参与换热）是过程开始的一段时间，特点是：物体中的一部分温度已经发生变化，而另一部分仍维持初始状态时的温度分布（未受到界面温度变化的影响），温度分布显现出部分为非稳态导热规律控制区和部分为初始温度区的混合分布，物体内各处温度随时间的变化率是不一样的，即：在此阶段物体温度分布受t分布的影响较大，此阶段称非正规状况阶段或初始阶段（initialregime）。
（2）第二阶段（右侧面参与换热）当右侧面参与换热以后，物体中的温度分布不受t影响，主要取决于边界条件及物性。
第三节：传热学基本知识及温度测量
4、工业热电阻温度计（排烟温度，风机入口风温， 汽轮机推力瓦温度，给水温度） a、常用测温范围:铂电阻温度计－－－－-－200
（℃）～500（℃） 铜热电阻温度计－－-－50（℃）～150 （℃）发电机绕组 热敏电阻温度计－－-－50（℃）～300 （℃） b、优 点：测温精度高,便于远距离、多点集中测 量和自动控制。 c、缺 点:不能测量高温,须注意环境温度的影响。
热工测量仪表
1.温度测量：温度表示物体的受热程度，它是一个 重要的热工参数。我们电厂工质参数都有规定的变
化范围，各受热设备元件的壁温也有一定的限制,温 度只能通过物体随温度变化的某些特性来间接测量， 而用来量度物理温度数值的标尺叫温标。它规定了 温度的读数起点（零点）和测量温度的基本单位。 目前国际上用得种类很多，但咱厂就用摄氏温标、。 1、摄氏温标（℃）规定：在标准大气压下，冰的 融点为零度，水的沸点为100度，中间划分100等分， 每等分为摄氏1度，符号为℃。
2.对流换热：流体（气体、液体）流过壁面时对壁面之间产 生的热量交换过程称为对流换热或对流传热。 Q=对流换热系数ａ*（壁面温度tb—流体温度t）*壁面面 积A;对流换热的热量Q与对流换热系数和流体与壁面的 温差成正比。 对流换热系数ａ是表明放热过程强弱的物理量。它的含 义是单位时间内，流体与壁面温差为1℃时的传热量。 影响它的因素较多，它与流体的流速、密度、比热容、 黏度、热导率等因素有关，其中流速是最重要的因素。 影响对流换热的因素有： （1）流体流动的动力。一种是自由流动，一种是强迫 流动。一般强迫流动通常要比自由流动换热强烈。 （2）流体有无变相。变相主要是有固、夜、汽状态发 生改变，一般传热过程中有变相换热强烈。 （3）几何形状。流体接触固体表面的形状大小 （4）流体的流态。紊流时要比层流换热更强烈。 （5）流体的物理性质。不同流体的密度、粘性、导热 系数、比容、汽化潜热等。
传热学课件课件
传热学课件引言传热学是研究热量传递规律的学科，是工程热力学和流体力学的重要分支。
在实际工程应用中，传热问题无处不在，如能源转换、化工生产、建筑环境等领域。
因此，掌握传热学的基本原理和方法，对于工程技术人员来说具有重要意义。
本文将简要介绍传热学的基本概念、原理和方法，并探讨其在工程实际中的应用。
一、传热学基本概念1.热量传递方式热量传递方式主要包括三种：导热、对流和辐射。
（1）导热：热量通过固体、液体或气体的分子碰撞传递，其传递速率与物体的导热系数、温度差和物体厚度有关。
（2）对流：热量通过流体的宏观运动传递，其传递速率与流体的流速、密度、比热容和温度差有关。
（3）辐射：热量以电磁波的形式传递，其传递速率与物体表面的温度、发射率和距离有关。
2.传热方程传热方程是描述热量传递规律的数学表达式，主要包括傅里叶定律、牛顿冷却公式和斯蒂芬-玻尔兹曼定律。
（1）傅里叶定律：描述导热过程中热量传递的规律，公式为Q=-kA(dT/dx)，其中Q表示热量传递速率，k表示导热系数，A表示传热面积，dT/dx表示温度梯度。
（2）牛顿冷却公式：描述对流过程中热量传递的规律，公式为Q=hA(TwTf)，其中Q表示热量传递速率，h表示对流换热系数，Tw 表示固体表面温度，Tf表示流体温度。
（3）斯蒂芬-玻尔兹曼定律：描述辐射过程中热量传递的规律，公式为Q=εσA(T^4T^4)，其中Q表示热量传递速率，ε表示发射率，σ表示斯蒂芬-玻尔兹曼常数，T表示物体表面温度。
二、传热学原理和方法1.传热问题的分类传热问题可分为稳态传热和非稳态传热两大类。
（1）稳态传热：系统内各部分温度不随时间变化，热量传递速率恒定。
（2）非稳态传热：系统内各部分温度随时间变化，热量传递速率随时间变化。
2.传热分析方法（1）解析法：通过对传热方程的求解，得到温度分布和热量传递速率。
适用于简单几何形状和边界条件的问题。
（2）数值法：采用数值离散化方法求解传热方程，适用于复杂几何形状和边界条件的问题。
传热学第三讲优秀课件
§2 导热微分方程
导入微元体的总热流量+微元体内热源的生成热
=导出微元体的总热流量+微元体热力学能（即内能）的增量
一、直角坐标系导热微分方程的形式
1.导入微元体的总热流量
x
t x
dydz
y
t y
dxdz
z
t z
dxdz
2.导出微元体的总热流量
xdx
x
x
dx
x
x
t x
dydz dx
、 及c 各为微元体的密度、时间及比热容
c t
x
t x
y
t y
z
t z
•
三维直角坐标系非稳态有内热源的导热微分方程
※ 为常数时
•
t
a
2t x 2
2t y 2
2t z 2
c
热扩散率（导温系数） ，m2 / s c
※ 为常数且无内热源时 ※ 为常数且稳态时
t
a
2 x
t
2
2t y 2
2t z 2
•
2t x2
2t y 2
2t z 2
0
※ 为常数、无内热源、稳态时 2t 2t 2t 0
x2 y 2 z 2
二、圆柱坐标系导热微分方程的形式
x r cos; y r sin ; z z
圆柱坐标系
（r, , z）
qr
t r
q
1 r
t
qz
t z
c t
1 r
r
r
t r
2
t
•
四、定解条件
1.初始条件 0时 t f (x, y, z) 2.边界条件
(完整PPT)传热学
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。
传热基本原理课件
《传热基本原理》PPT课件
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多层(n层)圆筒炉墙的导热热流量
如果圆筒炉墙各层的内外高度不等，则热流 量用下式计算
《传热基本原理》PPT课件
35
式中，si/（λiFi）为第i层圆筒炉墙的 热阻，其计算方法与单层圆筒炉墙相同。 由此可见，和多层平壁炉墙一样，多层圆 筒炉墙的总热阻等于各层炉墙热阻之和。
异。
《传热基本原理》PPT课件
10
在实际计算中，为简化计算过程，一般取物 体算术平均温度下的热导率代表物体热导率的平 均值。
均0b均 t
式中 t均 —平均温度（℃），
t均＝t1
2
t
2
《传热基本原理》PPT课件
11
三、平壁炉墙上的导热 1、单层平壁炉墙的稳定导热 设单层平壁炉墙(图1-1)，其壁厚为s，材料 的热导率λ不随温度变化，表面温度分别为t1和 t2(t1＞t2)，并保持恒定。若平壁面积是厚度的 8∼10倍时，可忽略端面导热的影响，误差小于1 ％。平壁温度只沿垂直于壁面x轴方向变化，所 以它是单向稳定态导热问题。
影响对流换热的因素很多，如：流体流动的 动力；流体的流动状态；流体的物理性质；流体 与固体接触表面的几何形状、大小、放置位置； 粗糙程度以及固体表面与流体的温度等。
《传热基本原理》PPT课件
39
1、流体流动的动力 按流体流动动力的来源不同，流体流动可分为 自然流动和强制流动(或强迫流动)。 ⑴自然流动 由于流体内存在温度差，造成流体 内各部分密度不同而引起的流动。所进行的换热称 为自然对流换热，是流体和温度不同的固体表面接 触的结果，流动速度与流体性质、固体表面的位置 等因素有关。传热强度主要取决于温度差。
《传热基本原理》PPT课件
传热学基本原理及工程应用
传热学基本原理及工程应用传热学基本原理1三种热传递方式的特点和基本定律1）导热特点：从宏观的现象看，是因物体直接接触，能量从高温部分传递到低温部分， 中间没有明显的物质迁移。
导热基本定律是由法国物理学家傅里叶于 1822年通过实验经验的提炼、运用数学方法式中：'为导热热流量（W ），单位时间内通过某一给定面积的热量；A 为与热流方向2 垂直的面积（m ）； dT/dx 表示该截面上沿热流方向的温度增量，简称为温度梯度（ K/m ）; '是比例系数，称为导热系数或导热率［W/（m x K ）］，它是物体的热物性参数。
其值的大小 反映了物体导热能力的强弱；公式右边的“ -”号表征热流方向与温度梯度方向相反，2） 热对流 热对流是指由于流体的宏观运动使物体不同的流体相对位移而产生的热量传递现象。
特 点：只能发生在流体中； 必然伴随有微观粒子热运动产生的导热。
对流换热是指流体与固体 表面之间的热量传递。
热对流换热的基本定律是英国科学家牛顿（Newton ）于1701年提出的牛顿冷却定律：流体被加热时， =hA （T w -T f ）流体被冷却时，二 hA （T f 讥）式中：'为对流换热热流量（W ）； Tw 和Tf 分别表示壁面温度和流体温度（C 或K ）；2 2 A 为固体壁面对流换热表面积 （m ）； h 为对流换热系数，也称表面传热系数 W /（m «）］。
h 不是物性参数，其值反映了对流换热能力的大小，与换热过程中得许多因素有关。
3） 热辐射热辐射：由于物体内部微观粒子的热运动（或者说由于物体自身的温度） 而使物体向外 发射辐射能的现象。
在热量传递方式上，热辐射与热传导和热对流相比具有许多固有的特点：热辐射无需物体直接接触，可以在无中间介质的真空中传递，并且真空度越高，热辐 演绎得出，也称傅里叶定律: dTdx射传递效果越好。
在传递过程中伴随着能量形式的转换，即发射时将热能转换为辐射能，而被吸收时又将辐射能转换为热能。
传热学-第三章 非稳态导热
[J ]
当物体被加热时(t<t∞)，将上两式中的θ0=t0－t∞ 改为θ0=t∞－t0，其余计算式相同（为什么？）
4. BiV·FoV的物理意义
Bi
=
hl
λ
=
l
λ＝
物体内部导热热阻
1 物体表面对流换热热阻
h
无量纲 热阻
BiV数越小，计算结果越接近实际情况。比如热电
偶测温，其BiV数只有0.001。
=
h ⋅ 4(l + d
cp dl
/ 2)
=
140× 4× (0.3 + 0.05 / 2)
0.48×103 × 7753× 0.05× 0.3
=
0.326
×10−2
s -1
θ θ0
=
t − t∞ t0 − t∞
= exp⎜⎜⎝⎛ −
hA
ρcV
⋅τ ⎟⎟⎠⎞
⇓
( ) 800 −1200 = exp − 0.326×10−2 ×τ
解：① 建立非稳态导热数学模型
方法一：椐非稳态有内热源的导热微分方程：
∂t
∂τ
=
λ ⎜⎛ ∂2t ρc ⎜⎝ ∂x 2
+
∂2t ∂y 2
+
∂2t ∂z 2
⎟⎟⎠⎞ +
Φ&
ρc
∵ 物体内部导热热阻很小，忽略不计。
∴ 物体温度在同一瞬间各点温度基本相等，即t仅是τ
的一元函数，而与坐标x、y、z无关，即：
例 一 直 径 为 5cm ， 长 为 30cm 的 钢 圆 柱 体 ， 初 始 温 度 为 30℃ ， 将 其 放 入 炉 温 为 1200℃ 的 加 热 炉 中 加 热 ， 升 温 到 800℃时方可取出。已知钢圆柱体与烟气间的表面传热系数 为 140w/(m2K) ， 钢 球 的 比 热 c=0.48kJ/(kgK) ， 密 度 ρ=7753kg/m3，导热系数λ=33w/(mK)。问需要多少时间才 能达到加热要求？ 解：首先检验是否可以采用集总参数法。为此计算Biv数：
传热学基本原理
第三节传热学基本原理食物制熟过程中的传热学，涉及热量传递的方法和承担传热任务的介质两个方面的知识。
一、经典的热量传递方式只要有温度差存在的地方，就会有热量自发地从高温物体或区域传向低温物体或区域。
烹调的传热方式有传导、对流和辐射三种。
●温度差即温差----即食物有生到熟是食物吸收了一定的热量，而事物能吸收热量一定有种“推动力”，这种推动力就是温差。
●热传递---由于温差的存在，热量才会从高到底地传递下去，这种传递过程就是热传递。
●热阻---由于在热量传递中遇到阻力，这种阻力称热阻。
I=UR●热传递的方式--传导、对流和辐射（一）热传导热传导—指导热物体各部分没有相对位移，或不同物体直接接触时，因组成该物体的各物质的分子、原子和自由电子等微观粒子的额外运动而发生的热量传递现象。
从理论上讲，热传导可以在固体、液体和气体中进行，但是在地球引力场内，单纯的热传导只能在结构紧密的固体中进行。
因在液体和气体中，只要有温度差存在，液体分子的移动和气体分子的扩散就不可避免，从而产生对流现象。
也就是说，在液体中，热量的传递是以传导和对流两种方式同时进行。
Q=λA△t/δ（二）热对流对流—在液体（包括液体和气体）的运动中，热量从高温区域移向低温区域的现象。
在烹调中，单纯在流体之间进行的的热交换即纯对流现象并不是主要的，通常都是温度高的固体把热量传递到与之接触的流体中去，这样就出现了对流和传导同时存在的热交换现象。
典型的现象如：电水壶烧开水，电热元件产热后，传递到水中，使一部分水分子受热温度升高而流向低温区，同时低温区的水分子又立刻补充到高温区继续受热，于是对流现象产生。
单纯的对流现象：将一壶开水到入冷水桶中，此时所产生的热传递方式是典型的对流过程。
Q=аA△t（三）热辐射热辐射——是物质在高温状态（包括燃烧和其他激烈化学反应和核反应）下以光子的形式（电磁波）发射能量的过程。
Q=σ₀АТ⁴根据爱因斯坦质能关系式：E=mc² E表示能量，m表示物质质量，c表示光速（30万km/s）。
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。
传热学-导热基本原理PPT课件
①导入微元体的热量(Fourier Law) 沿x轴方向、经x表面导入的热量：
③导出微元体的热量
沿 x 轴方向、经 x+dx 表面导出 的热量
dz
dy
dx
z
y
x
沿x 轴方向导入与导出微元体净热量
同理可得：
沿 y 轴方向导入与导出微元体净热量
非稳态温度场
一维温度场 二维温度场 三维温度场
均匀温度场： 温度场中的温度沿三个坐标方向都不变化。
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 称为等温线或等温面
②特点： (1) 温度不同的等温面或等温线彼此不能相交 。 (2) 在连续的温度场中，等温面或等温线不会中 断。它们或者是物体中完全封闭的曲面（曲线）， 或者终止于物体的边界上。
1. 圆柱坐标系（r, , z）
q
gradt
t
t r
er
1 r
t
e
t z
ez
2. 球坐标系（r, ，）
q
gradt
t
t r
er
1 r
t
e
1
r sin
t
e
2-3 初始条件和边界条件
导热微分方程式描写物体的温度随时间和空间变 化的关系；没有涉及具体、特定的导热过程。是通 用表达式。
性参数 、 、c 和 的数值，是否随温度 和压力变
化；有无内热源、大小和分布
时间条件：说明在时间上对流换热过程的特点 稳态对流换热过程不需要时间条件 — 与时间无关
边界条件：说明对流换热过程的边界特点
①初始条件 对非稳态导热过程，给出的是导热物体在过
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第三节 传热学基本原理食物制熟过程中的传热学，涉及热量传递的方法和承担传热任务的介质两个方面的知识。
一、经典的热量传递方式只要有温度差存在的地方，就会有热量自发地从高温物体或区域传向低温物体或区域。
烹调的传热方式有传导、对流和辐射三种。
●温度差即温差----即食物有生到熟是食物吸收了一定的热量，而事物能吸收热量一定有种“推动力”，这种推动力就是温差。
●热传递---由于温差的存在，热量才会从高到底地传递下去，这种传递过程就是热传递。
●热阻---由于在热量传递中遇到阻力，这种阻力称热阻。
I=UR●热传递的方式--传导、对流和辐射（一）热传导热传导—指导热物体各部分没有相对位移，或不同物体直接接触时，因组成该物体的各物质的分子、原子和自由电子等微观粒子的额外运动而发生的热量传递现象。
从理论上讲，热传导可以在固体、液体和气体中进行，但是在地球引力场内，单纯的热传导只能在结构紧密的固体中进行。
因在液体和气体中，只要有温度差存在，液体分子的移动和气体分子的扩散就不可避免，从而产生对流现象。
也就是说，在液体中，热量的传递是以传导和对流两种方式同时进行。
Q=λA△t/δ（二）热对流对流—在液体（包括液体和气体）的运动中，热量从高温区域移向低温区域的现象。
在烹调中，单纯在流体之间进行的的热交换即纯对流现象并不是主要的，通常都是温度高的固体把热量传递到与之接触的流体中去，这样就出现了对流和传导同时存在的热交换现象。
典型的现象如：电水壶烧开水，电热元件产热后，传递到水中，使一部分水分子受热温度升高而流向低温区，同时低温区的水分子又立刻补充到高温区继续受热，于是对流现象产生。
单纯的对流现象：将一壶开水到入冷水桶中，此时所产生的热传递方式是典型的对流过程。
Q=аA△t（三）热辐射热辐射——是物质在高温状态（包括燃烧和其他激烈化学反应和核反应）下以光子的形式（电磁波）发射能量的过程。
Q=σ₀АТ⁴ 根据爱因斯坦质能关系式：E=mc² E表示能量，m表示物质质量，c表示光速（30万km/s）。
在热传递中传导和对流所涉及到的物质，它们的运动速度远远低于光速，即使像自由电子这样的基本粒子，我们仍可以计算它的静止质量。
可作为辐射方式的传能物质是静止质量等于零的一种叫做光子的物质，光子的运动速度等于光速，这便是一类叫做电磁波（俗称射线）的物质，它们一方面具有和质子、中子、电子等相似的微粒性质；另一方面又表现出一定运动频率（或波长）的波动性质，这便是波粒二象性，是现代物理学中量子理论的基础。
因此辐射现象蕴涵者很深的物理学原理和奥妙的自然规律。
（四）、热容量温度---仅表示分子运动的程度，如100度与50度，只能说明100度比50度更热，并不能说明传热的多少。
热量---只不过是度量物体能量改变的物理量，即改变的数量。
♠与物体的质量有关：1公斤肉与2公斤肉，热量不同♠与物体的性质有关：1公斤肉与1公斤青菜，热量不同。
♠热容量----表示使物体温度升高1度所需要的热量，表达式为Q=cm(T₂-T₁)二、烹饪操作中常用的传热介质（一）水在烹饪技术中，水是最常用的传热介质，这是因为：1、水的比热容高达2.039J/（g ∙ ℃）：（0 ℃ 下的水），因而能储存大量的热量，投入原料后，整个物料体系的温度不至于下降过快，便于原料成熟。
2、水的导热性能好： 0 ℃ 的冰水，导热率为0.599W/（g ∙K）；45 ℃时的水，导热率为0.645W /（g ∙K）；100 ℃时的蒸气，导热率为0.023W /（g ∙K）。
所以，水经加热，立即发生对流，使整个容器内所有的物料处在均匀的温度场中。
3、水是化学性质稳定，又是人体的重要营养物质，无毒无害。
4、水是无色无味的液体，能溶解多种物质，对食品的风味不会产生影响，但要防止水溶性维生素流失。
5、水是最廉价的传热介质，但要合理运用。
（二）、水蒸气水的沸腾温度在101325Pa时为100 ℃，若压力不变，超过100℃便完全汽化为水蒸气，水蒸气也常被作为传热介质。
是因为：饱和蒸气压/Pa1013.2510132.5101325202650303975饱和温度/℃6.9245.8499.64120.23133.541、水蒸气传热冷却后无任何污染。
2、水蒸气的饱和温度随饱和蒸气压而改变，因此传热的温度范围大于液态水。
3、水蒸气不受任何容器及形状的限制，适合于任何形状和任意大小的原料。
4、只要温度稳定，没有冷凝水产生，就不会造成营养素和风味物质的流失，也不会对食物造成污染。
5、传热均匀，主要的传热方式是对流。
水蒸气和蒸气压与饱和温度的关系（三）食用油脂食用油脂和水一样，不仅用作传热介质，而且是一类重要的营养素，是三大产热营养素之一。
油脂作为传热介质，应考虑的主要性质是它们的燃烧和分解温度。
下面有几个相关的专业名词，应理解其含义：1、闪点 油脂受热时，其中的易挥发成分首先蒸发汽化，这种油蒸气如遇明火，立刻燃烧而产生火光，但又随即自行熄灭时的最低温度。
纯净油脂的闪点一般不低于300 ℃，挥发物高的油脂如芝麻油，闪点较低。
2、燃点 指油脂因明火点燃发生火光而继续燃烧时的最低温度，一般比闪点高20-60℃。
3、着火点 指油脂受热温度升高而自行着火时的温度。
一般食用油脂的着火点在400 ℃左右。
4、发烟点 指油脂因剧烈加热而分解生成分子量较小的容易挥发的物质，形成油烟时的温度。
发烟点过低对工作人员有害。
几种食用油脂的发烟点油脂种类发烟点/ ℃油脂种类发烟点/ ℃大豆油195-230玉米胚油222-232橄榄油167-175棉子油216-219菜子油186-227奶油208芝麻油172-184猪油190几种食用粗制油和精制油的发烟点油类指标豆 油菜子油椰子油粗制油精制油粗制油精制油粗制油精制油碘 价 2.10.7 1.90.80.90.3过氧化物228311032发烟点/℃190236179218143190加热时间对豆油发烟点的影响加热时间发烟点/ ℃5min24030min23560min2205h20010h18015h18020h160油脂用作传热介质，其关键要求是发烟点要高。
上述四个概念的温度点，其由低到高的顺序应该是：发烟点<闪点<燃点<着火点食用油脂传热介质的基本特点1、一般油脂的比热容为1.95 039J/（g ∙ K），比水小，因此加热温度容易升高，投入原料后，油温又下降很快。
2、油脂的导热性能良好，在高温油锅中形成均匀的温度场，菜肴受热均匀。
3、热油的工作温度远高于水，而且热油中不含水分，是食品制熟过程中美拉德反应和焦糖化反应进行的有利条件，使食品上色。
4、烹饪原料与热油接触时，容易使其中的风味物质因受热释放或分解成新的风味物质，增加菜肴的风味特色。
上浆、挂糊后，原料可进一步提高质嫩。
5、有利于消化吸收率的提高，相对高的热处理温度不仅可以加速细菌死亡，而且还能破坏某些对消化生理过程不利的生物活性因子，如大豆中的抗胰蛋白酶、马铃薯中的抗淀粉酶等 。
当然，高温而产生的小分子物质，不仅影响菜肴风味，而且对人体健康有害。
故油温的高低要掌握好。
（四）金属有些烹调技法，仅用薄层油脂，实际上就是以金属锅体作传热介质，薄层油脂的作用的作用是用于粘锅。
金属的良好导热性，使其传热快，温度容易升高，有利于美拉德和焦糖化反应。
因传热快，温度不易控制，加之传热方式是传导，故原料受热不均匀。
（五）其他固体传热介质目前使用的有食盐、粗沙、细石子、泥等，其导热性能都不高，因此升温降温都比较温和，对原料的营养破坏和流失率小，原料本身的风味物质不易流失。
三、菜肴熟制操作的传热过程尽管传热有传导、对流和辐射三种方式，但三者并不是单纯的、孤立地进行的，对于任何一个传热过程，都是这三种方式的组合。
对于水来说，在70-80度时，水面几乎没有变化，叫做盲眼；80-90度时，水面略有滚动，有小气泡生成，叫做蟹眼；90度以上，水面强烈滚动，气泡既大有多，叫做鱼眼。
-----唐宋文人所记摘。
如何判断判断油温和油面上的物相变化，是厨师正确掌握油温的关键所在。
下面以菜子油为例，所观察到的油温和油面的物相变化对应关系菜子油全火眼加热时，油温与状态的关系油温/ ℃ 状 态60-110无气泡，油面平静110-120气泡产生、油面开始由外向里翻动120-190大量气泡产生，油面向里翻动190-230大量气泡产生，油面由外向里翻动，气泡逐渐消失230-240有大量青烟产生，无气泡，油面平静菜子油中间火眼加热时，油温与状态的关系油温/ ℃ 状态60-100无气泡，油面平静100-150气泡产生并逐渐增加、油面由外向里翻动150-200产生大量气泡，油面翻动明显，有青烟产生200-240气泡逐渐消失，油面恢复平静，青烟量加大240-250有大量青烟菜子油外围火眼加热时，油温与状态的关系油温/ ℃ 状 态60-100无气泡，油面平静100-150气泡产生并逐渐增加、油面由外向里翻动150-190产生大量气泡，油面翻动明显190-240有青烟产生，气泡逐渐消失，油面恢复平静，240-270有浓烟，无气泡，油面平静通过以上三组数据可知：1、低温时的气泡主要是油脂中少量水汽化所致2、炉灶的火眼排列与传热快慢有密切关系，所以设计要合理3、产生青烟的温度即是该油脂的闪点上述数据虽然很有价值，但并没有和中餐厨师的经验测温法即十成油温指标直接挂钩，因此在餐饮业内不便采用。
通过厨师的努力，将这些数据处理，获得了与十成油温对应的温度数据，可以直接在烹调中采用。
见图示常用烹调油脂十成油温温标与摄氏温标换算表油温成数猪脂（一般）猪脂（精制）菜子油（粗制）菜子油（精制）大豆油（压榨粗制）大豆油（萃取精制）大豆油（精制）椰子油一成39.5420244.548.547.649.750.639.6二成596204697775.279.481.259.2三成780586.693.5105.5102.8109.1111.878.8四成98108.8119.8134130.4138.8142.498.4五成117.5131142.5162.5158168.5173118六成137153.2167191185.6198.2203.6137.6七成156.5175.5191.5219.5213.2227.9234.2157.2八成176197.6216.6248240.8257.6264.8176.8九成195.5219.8240.5276.5268.4287.3295.4196.4十成215242256305296317326216测油温的两点不足：1、未能肯定名厨观察的标准的油面物相。
2、测温点贴近锅底，可能数据偏高。
但用于烹调已足够。