传输原理课件
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3
绪论
1. 热量传输概述
内
容
2. 热量传输的基本方式
提
要
3. 传热过程和传热系数
4. 传热学发展史
4
绪论
1.
传热学（Heat Transfer）
由于温度差引起的热量传递过程统称为热量传输，简称传热。
热
量
热量传递过程的推动力：温差
传 输
研究热量传递规律的科学，具体来讲主要包括研究热量传递的机理、
本
方
➢非导电固体：晶格结构的振动。
式
➢液体：较复杂。
17
2.
绪论
导热（热传导）
傅里叶
热 导热的基本定律
量
定律
tW 1
F
传 输
q t
q t
的
s
s
Q tW 2
s
基
本 方
q：热流密度，单位时间通过单位面积传导热方向上的长度，即平壁的厚度[m]；
λ：导热系数（热导率）， W m ℃
13
2.
绪论
热量传输的基本方式
热
在传热文献中，通常认为热量的传输有三种基本方式，即
量 传
导热，对流传热和辐射传热。
输
的
基
本
方
式
14
2.
绪论
导热（热传导）
热 定义和特征
量 定义
传
输
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, 不发生宏观
的
运动，仅依靠分子、原子及自由电子等微观粒子热运动而进行的热量传递
考核方法： 平时考核：出勤、作业、课堂提问占30％ 结课考核：闭卷考试占70％
10
1.
绪论
传热学与热力学的关系
热 热力学
传热学
量
传
输
概 述
研究的是系统从一个平衡 研究的是热量传递
态到另一个平衡态的过程 的过程，即热量传
中传递热量的多少。
递的速率。
热力学与传热学均以热力学第一定律和第二定律为基础。
基 本
现象。
方
式
15
2.
绪论
导热（热传导）
热 定义和特征
量
传 特征
输 的
➢ 必须有温差
基 本
➢ 物体直接接触
方
式
➢ 不发生宏观的相对位移
➢ 依靠分子、原子及自由电子等微观粒子热运动而传递热量
16
2.
绪论
导热（热传导）
热 导热机理
量 传
➢气体：气体分子不规则热运动时相互碰撞的结果。
输
的 基
➢导电固体：自由电子运动。
Inner Mongolia University of Science and Technology
传热学
材料与冶金学院 金永丽
Inner Mongolia University of Science and Technology
绪论
绪论
❖ 教材: 《传热学》 杨世铭、陶文铨编著，第四版 ❖《数值传热学》 陶文铨编著 ❖《对流换热》 V. S. 阿巴兹 ❖《辐射换热》 余其铮编著 ❖《传热学》 戴锅生，第二版 ❖《凝结和沸腾》施明恒等编著 ❖《冶金传输原理》（热量传输部分） 沈頤身、李保卫等 ❖ Heat Transfer (2nd Edition), by Anthony F. Mills
微电子： 电子芯片冷却 生物医学：肿瘤高温热疗；生物芯片；组织与器官的冷冻保存 微电子： 电子芯片冷却 军 事：飞机、坦克；激光武器；弹药贮存 制 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
冶金过程一般是高温过程，这就要求我们调整和保持冶金容器（反应器） 内温度，从而有必要对热量传递和温度分布进行研究。
概 掌握和控制热量传递的速率。理论性、应用性极强专业基础课
述
✓ 物理现象
✓研究对象: 气体/液体/固体
✓以热力学定律为基础，从宏观上而不是从微观上进行研究
✓研究程序：物理分析—数学模型（单值性条件）—解析解/数值解—分析、
结论
✓研究方法：理论分析法/数值计算方法/实验研究方法 5
绪论
传热学应用非常广泛，如热动、材料、微电子技术、航空航天技术 等。
水 0.6W (m K ) ; 空气 0.026 W (m K )
19
绪论
例题：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。已知： (1)材料为铜，λ=375 w/(mK ); (2)材料为钢， λ=36.4 w/(mK ); • 材料为铬砖， λ=2.32 w/(mK )； • 材料为铬藻土砖， λ=0.242 w/(mK )。
18
绪论
2.
导热（热传导）
热 导热的基本定律
量 传
q t
输
s
q
t s
的
基
单位时间内沿导热方向的单位长度上，温度降低1℃时，通过
本
单位面积的导热量。
方
式
表示材料导热能力的大小；物性参数；通过实验来确定。导热系数的
数值取决于物质的种类和温度。λ = λ0（1 ＋ bt ）
金属 非金属固体 液体 气体
强化传热 削弱传热 温度控制
6
Inner Mongolia University of Science and Technology
冶金工艺流程
Iron Ore Limestone
Coke
Coke Oven
Coal
Hot Metal Pretreatment
Coke
Coke
Lime Al Cr/Ni/Mo Fe-Mn
Sinter
Blast Furnace
Basic Oxygen Furnace
DRI-unit
Scrap
Coke
Elec. Arc Furnace
Ladle
Vacuum
Furnace Degasser
Teeming Ladle
Tundish
CCmolds
绪论
8
学习目的
绪论
➢ 深入理解传热的机理，为理解材料工艺过程奠定理论基础，对改
进和优化各种设备的设计、操作及控制提供理论依据；
➢ 为将来所要研究和开发的材料制备过程提供基础数学模型，
以此为基础，可以对材料成型过程进行模拟研究，加速研发过程， 降低研发成本。
9
学时分配
绪论
课时：48学时
特点是运用到较多高等数学方面知识，课程难度较高，内容深 要求学生课前预习；课上认真听讲，不明白提问；课后认真复 习、总结；多练习，多作习题。
11
绪论
热量传输研究问题的模型
研究模型－－连续介质模型
流体密度
P
M V
M V
P
lim M V V Vc
P Vc Mc
V M
临界体积：宏观
ρ
上无限小而微观 上足够大。
v
Δv
12
绪论
研究模型－－连续介质模型
把流体视为由大量的宏观上的微小单元无间隙的布满 的模型
用连续介质模型描述的流体就叫流场
采用连续介质模型，流体的一切属性，如速度、密度、压强、温度、 浓度等都可以看作是坐标和时间的连续函数，从而可以利用连续函 数来进行传输理论的分析研究
绪论
1. 热量传输概述
内
容
2. 热量传输的基本方式
提
要
3. 传热过程和传热系数
4. 传热学发展史
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绪论
1.
传热学（Heat Transfer）
由于温度差引起的热量传递过程统称为热量传输，简称传热。
热
量
热量传递过程的推动力：温差
传 输
研究热量传递规律的科学，具体来讲主要包括研究热量传递的机理、
本
方
➢非导电固体：晶格结构的振动。
式
➢液体：较复杂。
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2.
绪论
导热（热传导）
傅里叶
热 导热的基本定律
量
定律
tW 1
F
传 输
q t
q t
的
s
s
Q tW 2
s
基
本 方
q：热流密度，单位时间通过单位面积传导热方向上的长度，即平壁的厚度[m]；
λ：导热系数（热导率）， W m ℃
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2.
绪论
热量传输的基本方式
热
在传热文献中，通常认为热量的传输有三种基本方式，即
量 传
导热，对流传热和辐射传热。
输
的
基
本
方
式
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2.
绪论
导热（热传导）
热 定义和特征
量 定义
传
输
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, 不发生宏观
的
运动，仅依靠分子、原子及自由电子等微观粒子热运动而进行的热量传递
考核方法： 平时考核：出勤、作业、课堂提问占30％ 结课考核：闭卷考试占70％
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1.
绪论
传热学与热力学的关系
热 热力学
传热学
量
传
输
概 述
研究的是系统从一个平衡 研究的是热量传递
态到另一个平衡态的过程 的过程，即热量传
中传递热量的多少。
递的速率。
热力学与传热学均以热力学第一定律和第二定律为基础。
基 本
现象。
方
式
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2.
绪论
导热（热传导）
热 定义和特征
量
传 特征
输 的
➢ 必须有温差
基 本
➢ 物体直接接触
方
式
➢ 不发生宏观的相对位移
➢ 依靠分子、原子及自由电子等微观粒子热运动而传递热量
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2.
绪论
导热（热传导）
热 导热机理
量 传
➢气体：气体分子不规则热运动时相互碰撞的结果。
输
的 基
➢导电固体：自由电子运动。
Inner Mongolia University of Science and Technology
传热学
材料与冶金学院 金永丽
Inner Mongolia University of Science and Technology
绪论
绪论
❖ 教材: 《传热学》 杨世铭、陶文铨编著，第四版 ❖《数值传热学》 陶文铨编著 ❖《对流换热》 V. S. 阿巴兹 ❖《辐射换热》 余其铮编著 ❖《传热学》 戴锅生，第二版 ❖《凝结和沸腾》施明恒等编著 ❖《冶金传输原理》（热量传输部分） 沈頤身、李保卫等 ❖ Heat Transfer (2nd Edition), by Anthony F. Mills
微电子： 电子芯片冷却 生物医学：肿瘤高温热疗；生物芯片；组织与器官的冷冻保存 微电子： 电子芯片冷却 军 事：飞机、坦克；激光武器；弹药贮存 制 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
冶金过程一般是高温过程，这就要求我们调整和保持冶金容器（反应器） 内温度，从而有必要对热量传递和温度分布进行研究。
概 掌握和控制热量传递的速率。理论性、应用性极强专业基础课
述
✓ 物理现象
✓研究对象: 气体/液体/固体
✓以热力学定律为基础，从宏观上而不是从微观上进行研究
✓研究程序：物理分析—数学模型（单值性条件）—解析解/数值解—分析、
结论
✓研究方法：理论分析法/数值计算方法/实验研究方法 5
绪论
传热学应用非常广泛，如热动、材料、微电子技术、航空航天技术 等。
水 0.6W (m K ) ; 空气 0.026 W (m K )
19
绪论
例题：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。已知： (1)材料为铜，λ=375 w/(mK ); (2)材料为钢， λ=36.4 w/(mK ); • 材料为铬砖， λ=2.32 w/(mK )； • 材料为铬藻土砖， λ=0.242 w/(mK )。
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绪论
2.
导热（热传导）
热 导热的基本定律
量 传
q t
输
s
q
t s
的
基
单位时间内沿导热方向的单位长度上，温度降低1℃时，通过
本
单位面积的导热量。
方
式
表示材料导热能力的大小；物性参数；通过实验来确定。导热系数的
数值取决于物质的种类和温度。λ = λ0（1 ＋ bt ）
金属 非金属固体 液体 气体
强化传热 削弱传热 温度控制
6
Inner Mongolia University of Science and Technology
冶金工艺流程
Iron Ore Limestone
Coke
Coke Oven
Coal
Hot Metal Pretreatment
Coke
Coke
Lime Al Cr/Ni/Mo Fe-Mn
Sinter
Blast Furnace
Basic Oxygen Furnace
DRI-unit
Scrap
Coke
Elec. Arc Furnace
Ladle
Vacuum
Furnace Degasser
Teeming Ladle
Tundish
CCmolds
绪论
8
学习目的
绪论
➢ 深入理解传热的机理，为理解材料工艺过程奠定理论基础，对改
进和优化各种设备的设计、操作及控制提供理论依据；
➢ 为将来所要研究和开发的材料制备过程提供基础数学模型，
以此为基础，可以对材料成型过程进行模拟研究，加速研发过程， 降低研发成本。
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学时分配
绪论
课时：48学时
特点是运用到较多高等数学方面知识，课程难度较高，内容深 要求学生课前预习；课上认真听讲，不明白提问；课后认真复 习、总结；多练习，多作习题。
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绪论
热量传输研究问题的模型
研究模型－－连续介质模型
流体密度
P
M V
M V
P
lim M V V Vc
P Vc Mc
V M
临界体积：宏观
ρ
上无限小而微观 上足够大。
v
Δv
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绪论
研究模型－－连续介质模型
把流体视为由大量的宏观上的微小单元无间隙的布满 的模型
用连续介质模型描述的流体就叫流场
采用连续介质模型，流体的一切属性，如速度、密度、压强、温度、 浓度等都可以看作是坐标和时间的连续函数，从而可以利用连续函 数来进行传输理论的分析研究