传热学(第四版)例题PPT课件
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传热学(全套课件666P) ppt课件
1A 1 (T 1 4T 2 4) （ 1-9 ）
§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。
§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。
传热学第四版第一章
第一章1-1夏天的早晨，一个大学生离开宿舍时的温度为20℃。
他希望晚上回到房间时的温度能够低一些，于是早上离开时紧闭门窗，并打开了一个功率为15W 的电风扇，该房间的长、宽、高分别为5m 、3m 、2.5m 。
如果该大学生10h 以后回来，试估算房间的平均温度是多少？ 解：因关闭门窗户后，相当于隔绝了房间内外的热交换，但是电风扇要在房间内做工产生热量：为全部被房间的空气吸收而升温，空气在20℃时的比热为：1.005KJ/Kg.K,密度为1.205Kg/m 3,所以当他回来时房间的温度近似为32℃。
1-2理发吹风器的结构示意图如附图所示，风道的流通面积，进入吹风器的空气压力，温度℃。
要求吹风器出口的空气温度℃，试确定流过吹风器的空气的质量流量以及吹风器出口的空气平均速度。
电加热器的功率为1500W 。
解：1-3淋浴器的喷头正常工作时的供水量一般为每分钟。
冷水通过电热器从15℃被加热到43℃。
试问电热器的加热功率是多少？为了节省能源，有人提出可以将用过后的热水（温度为38℃）送入一个换热器去加热进入淋浴器的冷水。
如果该换热器能将冷水加热到27℃，试计算采用余热回收换热器后洗澡15min 可以节省多少能源？ 解：1-4对于附图所示的两种水平夹层，试分析冷、热表面间热量交换的方式有何不同？如果要通过实验来测定夹层中流体的导热系数，应采用哪一种布置？解：（a ）中热量交换的方式主要为热传导。
（b ）热量交换的方式主要有热传导和自然对流。
所以如果要通过实验来测定夹层中流体的导热系数，应采用（a ）布置。
1-5 一个内部发热的圆球悬挂于室内，对于附图所示的三种情况，试分析：（1）圆球表面散热的方式；（2）圆球表面与空气之间的换热方式。
解：（2）圆球为表面传热方式散热。
（1）换热方式：（a ）自然对流换热；（b ）自然对流与强制对流换热相当的过渡流传热；（c ）强制对流换热；1-6 一宇宙飞船的外形示于附图中，其中外遮光罩是凸出于飞船体之外的一个光学窗口，其表面的温度状态直接影响到飞船的光学遥感器。
传热学(第四版)例题
q T 4 0.8 5.67 108 W (m2 K 4 ) (27 273)4 K 4
367.4W m2
例题1-4
对一台氟利昂冷凝器的传热过程作初步测 算得到以下数据：管内水的对流传热表面 传热系数 h1 8700W (m2 K ) ，管外氟利昂蒸 气凝结换热 表面传数 h2 1800W (m2 K ) ， 换热管子壁厚 1.5mm 。 管子材料是导热 系数 383W (m k) 的铜。试计算三个环 节的热阻及冷凝器的总传热系数。欲增强 传热应从哪个环节入手？
发射率 = 0.9 。试求（１）此管道的散热必须
考虑哪些热量传递方式；（２）计算每米长度管 道的总散热量。
解：此管道的散热有辐射传热和自然对流传热两种方式。 把管道每米长度上的散热量记为 ql 。
单位长度上的自然对流散热量为
ql,c d ht dh(tw t f )
3.140.5833.42(48 23) 156.5 w m
（4）材料为硅藻土， 0.242W (mk)
解： 铜：
q tw1 tw2 375 300 100 1.50106W / m2
0.00 100 1.46105W / m2
0.05
鉻砖：
q tw1 tw2 2.32 300 100 9.28103W / m2
解：为求平均导热系数 ，先算出材料的平均温度
于是
500C 50C
t
275C
2
(0.0651 0.000105 275)W (m K )
(0.0651 0.0289)W (m K)
0.0940W (m K)
代入得每平方米炉墙的热损失为
q
(t1
t2 )
0.0940W (m 0.120m
367.4W m2
例题1-4
对一台氟利昂冷凝器的传热过程作初步测 算得到以下数据：管内水的对流传热表面 传热系数 h1 8700W (m2 K ) ，管外氟利昂蒸 气凝结换热 表面传数 h2 1800W (m2 K ) ， 换热管子壁厚 1.5mm 。 管子材料是导热 系数 383W (m k) 的铜。试计算三个环 节的热阻及冷凝器的总传热系数。欲增强 传热应从哪个环节入手？
发射率 = 0.9 。试求（１）此管道的散热必须
考虑哪些热量传递方式；（２）计算每米长度管 道的总散热量。
解：此管道的散热有辐射传热和自然对流传热两种方式。 把管道每米长度上的散热量记为 ql 。
单位长度上的自然对流散热量为
ql,c d ht dh(tw t f )
3.140.5833.42(48 23) 156.5 w m
（4）材料为硅藻土， 0.242W (mk)
解： 铜：
q tw1 tw2 375 300 100 1.50106W / m2
0.00 100 1.46105W / m2
0.05
鉻砖：
q tw1 tw2 2.32 300 100 9.28103W / m2
解：为求平均导热系数 ，先算出材料的平均温度
于是
500C 50C
t
275C
2
(0.0651 0.000105 275)W (m K )
(0.0651 0.0289)W (m K)
0.0940W (m K)
代入得每平方米炉墙的热损失为
q
(t1
t2 )
0.0940W (m 0.120m
传热学第四版第一章
第一章1-1夏天的早晨，一个大学生离开宿舍时的温度为20℃。
他希望晚上回到房间时的温度能够低一些，于是早上离开时紧闭门窗，并打开了一个功率为15W 的电风扇，该房间的长、宽、高分别为5m 、3m 、2.5m 。
如果该大学生10h 以后回来，试估算房间的平均温度是多少？ 解：因关闭门窗户后，相当于隔绝了房间内外的热交换，但是电风扇要在房间内做工产生热量：为J 54000036001015＝⨯⨯全部被房间的空气吸收而升温，空气在20℃时的比热为：1.005KJ/Kg.K,密度为1.205Kg/m 3,所以89.11005.1205.15.235105400003=⨯⨯⨯⨯⨯=∆-t当他回来时房间的温度近似为32℃。
1-2理发吹风器的结构示意图如附图所示，风道的流通面积2260cm A =，进入吹风器的空气压力kPa p 100=，温度251=t ℃。
要求吹风器出口的空气温度472=t ℃，试确定流过吹风器的空气的质量流量以及吹风器出口的空气平均速度。
电加热器的功率为1500W 。
解：1-3淋浴器的喷头正常工作时的供水量一般为每分钟31000cm 。
冷水通过电热器从15℃被加热到43℃。
试问电热器的加热功率是多少？为了节省能源，有人提出可以将用过后的热水（温度为38℃）送入一个换热器去加热进入淋浴器的冷水。
如果该换热器能将冷水加热到27℃，试计算采用余热回收换热器后洗澡15min 可以节省多少能源？ 解：1-4对于附图所示的两种水平夹层，试分析冷、热表面间热量交换的方式有何不同？如果要通过实验来测定夹层中流体的导热系数，应采用哪一种布置？解：（a ）中热量交换的方式主要为热传导。
（b ）热量交换的方式主要有热传导和自然对流。
所以如果要通过实验来测定夹层中流体的导热系数，应采用（a ）布置。
1-5 一个内部发热的圆球悬挂于室内，对于附图所示的三种情况，试分析：（1）圆球表面散热的方式；（2）圆球表面与空气之间的换热方式。
传热学第四版课件23第二章导热基本定律及稳态导热
b 2
602
)
c1
0.01
c2
0 (40
b 2
402
)
c1
0.02
c2
可否用
长江大学机械工程学院
School of Mechanical Engineering
0 0.892
b 0.009
一、通过平壁的稳态导热
长江大学机械工程学院
School of Mechanical Engineering
长江大学机械工程学院
School of Mechanical Engineering
➢第一类边界条件（
（0 1
bt））
无内热源，平壁厚δ
t
数学描述：
d（
dx
dt dx
）
0
x
0,
t t1
x , t t2
t1 t2
（0 1 bt） 0、b 为常数
o x
d（
dx
dt ） dx
0
dt dx
积分得：
0 (1
bt)
dt dx
c1
再次积分得：0
(t
1 2
bt
2
)
c1
x
c2
q
dt dx
0 (1 bt)
dt dx
c1
1000
代入边界条件：
x=0处，t=100℃； x=10mm = 0.01m处，t =60℃; x=20mm = 0.02m处，t =40℃
0
(100
b 2
1002
)
c2
0 (60
d2t dx2
0
q w1 q w2
q
hh（（12twtt2fw12--ttwtwf112））（ （twtt1wf 12--tttwwf212））11//hh12
第1章-绪论__传热学(第四版)
流体被加热时：
q h(t w t f )
流体被冷却时：
（1-3）
q h(t f t w )
（1-4）
tf 式中， t及 分别为壁面温度和流体温度， w ℃。
• 如果把温差（亦称温压）记为 t，并约定永 远取正值，则牛顿冷却公式可表示为
q ht
Aht
单位
2 W/ 。 m K
钢：
tw1 tw2 tw1 tw2
铬砖： q 硅藻土砖： q
tw1 tw2
0.242
讨论：由计算可见， 由于铜与硅藻土砖导热系数的巨大差 别， 导致在相同的条件下通过铜板的导热量比通过硅藻土 砖的导热量大三个数量级。 因而，铜是热的良导体， 而 硅藻土砖则起到一定的隔热作用
《传热学》章熙民 编著 《传热学重点难点及典型 题精解》 或《传热学要点 与解题 》王秋旺 编著
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 1.2 热量传递的三种基本方式 1.3 传热过程和传热系数 1.4 传热学的发展史和研究方法
1.1 概 述
1.1.1、传热学研究内容
练 习 1 ： 有 三 块 分 别 由 纯 铜 （ 热 导 率 λ1=398W/(m· K) ） 、 黄 铜 （ 热 导 率 λ2=109W/(m· K) ）和碳钢（热导率λ3=40W/(m· K) ） 制成的大平板，厚度都为 10mm ，两侧表面的温差都 维持为tw1 – tw2 = 50℃不变，试求通过每块平板的导 热热流密度。 解： 这是通过大平壁的一维稳态导热问题。
系称为热量传递的速率方程。
1.1.2、传热学研究中的连续介质假设
将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的连续函数。
传热学-教学ppt_L01-绪论
Φ是不同的
Φ = (ε )AσT 4
黑度，发射率 ε=1, 绝对黑体 同温度下，具有最大吸收和辐射能量的物体。
机械工程学院 35
辐射换热量
Φ1’ Φ1
净(交换)辐射热量 = 吸收的辐射热量 - 发射出去的辐射热量
机械工程学院 36
裂解炉/管式反应器
1
裂解温度：ca 850 ℃
顶顶顶顶
ca 1150 ℃ >1500 ℃
底部烧嘴 侧壁烧嘴
机械工程学院 37
Homework
1
回顾生产实习过程，有哪些你所参观的工艺 过程涉及到”显著”的热量传递过程；
2
参考下列文献，画出油气井采出液集输过程 的处理工艺和主要设备，并说明哪些工艺过 程涉及到热量传递。(参考文献电子版可到ftp下载)
宫敬, 翁维珑, 吴明胜. 油气集输与储运系统(第二版)[M]. 北京：中 国石化出版社. 2006. p.7 图1-1
• 自然世界由系列"现象"组成，不同的现象构 成了物理世界。 • 把某些类似现象归结为同一类研究内容或 分类内容，就构成了物理学科。 • 世界本质是 “物理”的。
机械工程学院 7
2. 大学物理中的热科学
第十二章 气体动理论
12-1 平衡态 理想气体物态方程 热力学第零定律 一、气体的物态参量 ; 二、平衡态; 三、理想气体物态方程; 四、热力学第零定律 12-2 物质的微观模型 统计规律性 一、分子的线度和分子力; 二、分子热运动的无序性及统计规律性 12-3 理想气体的压强公式 一、理想气体的微观模型; 二、理想气体的压强公式 12-4 理想气体分子的平均平动动能与温度的关系 12-5 能量均分定理 理想气体内能 一、自由度; 二、能量均分定理; 三、理想气体的内能 12-6 麦克斯韦气体分子速率分布律 一、测定气体分子速率分布的实验; 二、麦克斯韦气体分子速率分布定律; 三、三种统计速率 四、关于气体逃逸地球大气层问题和对克劳修斯的质疑 12-7 玻耳兹曼能量分布律 等温气压公式 一、玻耳兹曼能量分布律; 二、重力场中的等温气压公式 12-8 分子平均碰撞次数和平均自由程 12-9 气体的迁移现象 一、粘滞现象; 二、 机械工程学院 12-10 实际气体的范德瓦耳斯方程
Φ = (ε )AσT 4
黑度，发射率 ε=1, 绝对黑体 同温度下，具有最大吸收和辐射能量的物体。
机械工程学院 35
辐射换热量
Φ1’ Φ1
净(交换)辐射热量 = 吸收的辐射热量 - 发射出去的辐射热量
机械工程学院 36
裂解炉/管式反应器
1
裂解温度：ca 850 ℃
顶顶顶顶
ca 1150 ℃ >1500 ℃
底部烧嘴 侧壁烧嘴
机械工程学院 37
Homework
1
回顾生产实习过程，有哪些你所参观的工艺 过程涉及到”显著”的热量传递过程；
2
参考下列文献，画出油气井采出液集输过程 的处理工艺和主要设备，并说明哪些工艺过 程涉及到热量传递。(参考文献电子版可到ftp下载)
宫敬, 翁维珑, 吴明胜. 油气集输与储运系统(第二版)[M]. 北京：中 国石化出版社. 2006. p.7 图1-1
• 自然世界由系列"现象"组成，不同的现象构 成了物理世界。 • 把某些类似现象归结为同一类研究内容或 分类内容，就构成了物理学科。 • 世界本质是 “物理”的。
机械工程学院 7
2. 大学物理中的热科学
第十二章 气体动理论
12-1 平衡态 理想气体物态方程 热力学第零定律 一、气体的物态参量 ; 二、平衡态; 三、理想气体物态方程; 四、热力学第零定律 12-2 物质的微观模型 统计规律性 一、分子的线度和分子力; 二、分子热运动的无序性及统计规律性 12-3 理想气体的压强公式 一、理想气体的微观模型; 二、理想气体的压强公式 12-4 理想气体分子的平均平动动能与温度的关系 12-5 能量均分定理 理想气体内能 一、自由度; 二、能量均分定理; 三、理想气体的内能 12-6 麦克斯韦气体分子速率分布律 一、测定气体分子速率分布的实验; 二、麦克斯韦气体分子速率分布定律; 三、三种统计速率 四、关于气体逃逸地球大气层问题和对克劳修斯的质疑 12-7 玻耳兹曼能量分布律 等温气压公式 一、玻耳兹曼能量分布律; 二、重力场中的等温气压公式 12-8 分子平均碰撞次数和平均自由程 12-9 气体的迁移现象 一、粘滞现象; 二、 机械工程学院 12-10 实际气体的范德瓦耳斯方程
高教传热学第四版课件第3章
3 sin 1 1 cos 1 2 sin 1 1 cos 1 Q 2 球： 1 exp 1 Fo 3 Q0 1 1 sin 1
3.3 典型一维物体非稳态导热的分析解
t t e 0 t0 t
hA Vc
hA hV A2 其中： 2 cV A V c h(V A)
过余温度比
a Biv Fov 2 (V A)
3.2 零维问题的分析法--集总参数法
Biv h(V A) a Fov 2 (V A)
Bi n 为超越方程的根： tan n n
Bi h
x ( x , ) 因此 是 F0 , Bi 和 函数，即 0
( x , ) x f ( F0 , Bi , ) 0
2.圆柱
用分离变量法可得其分析解为：
( r , ) 2 Cn exp n Fo J 0 ( n ) 0 n 1 J1 n r 2 a Cn Fo 2 2 2 R n J 0 n J1 n R
3.3 典型一维物体非稳态导热的分析解
引入过余温度： ( x, ) t( x, ) t
a 2 x
2
0 x ,
0
初始 条件
微分 方程
x,0 0
x, h , x x
x, 0 x x 0
3.1 非稳态导热的基本概念
5 热量变化
1 2
0
0
3.1 非稳态导热的基本概念
6 学习非稳态导热的目的： (1) 温度分布和热流量分布随时间和空间的变 化规律
t f ( x, y, z, ) ;
《传热学第四版》课件
介绍辐射热传递的物理量和相应的单位。
3 基本方程
4 计算方法
展示辐射传热的基本方程式，包括斯特藩 -玻尔兹曼定律等。
介绍辐射传热的求解方法，如经典方法和 数值方法。
传热应用
传热器设计
通过传热学技术优化传热器 设计来提高能效。
传热系统分析
运用传热学原理对各种传热 系统的能量分析和热优化。
工程实例分析
《传热学第四版》PPT课 件
探索热传递的奥秘，了解从热到冷的自然规律和物理过程。这份课件将带领 你深入了解传热学的基础知识和应用。
课程简介
本课程将介绍传热学的基本概念和应用，包括传热方式、传热界面分析、热 传导的解析方法以及对流换热系数等内容。马上跟我们一起来探索吧！
传热基础
热传导
探讨热在物质内部由热量高处 向低处传递的规律和方程式。
热对流
讲解流体通过对流传递热量的 基本概念、经典模型和实际工 程应用。
热辐射
解读物体表面通过辐射传递热 量的基本原理和表解内部传热方程的推导和各个参数的物理 意义。
传热界面
针对传热界面的特殊性质进行分析和构建。
数学解法
介绍热传导的解析方法，如分离变量和傅里 叶变换。
稳态传热
分析稳态传热的物理机制和特征，并提供数 学模型。
热对流
1
流体力学基础
介绍流体力学的基本概念，如流速、压力和涡度等。
2
对流换热系数
讲解对流换热系数的求解方法，包括Nusselt数和Reynolds数等。
3
对流传热模型
提供自然对流和强制对流的传热模型。
热辐射
1 辐射热传递规律
2 物理描述
解读辐射传热的物理机制和数学表达式。
传热学课件第四版-第一章
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
b c d
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 军 事：飞机、坦克；激光武器；弹药贮存
e
f
制
冷：跨临界二氧化碳汽车空调/热泵；高温
传 热 学
（Heat Transfer）
第一章 绪 论
§1-1 概 述
1.1.1 传热学（Heat Transfer）的研究内容
1 传热学： 研究热量传递规律的科学，具体来讲主要
有热量传递 的机理、规律、计算和测试方法
热量传递过程的推动力：温差
热力学第二定律：热量可以自发地由高温热源传给 低温热源 有温差就会有传热 温差是热量 传递的推动力
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。
0
q dx
tw2
tw1
dt q
tw1 tw2
q
t w1 t w 2 t w1 t w 2
t r t R
t
t w1
dt
dx
Φ
A
Q
tw2
R A
r
0
x
导热热阻
t w1
Q
t w2
单位导热热阻
图1-3
b c d
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 军 事：飞机、坦克；激光武器；弹药贮存
e
f
制
冷：跨临界二氧化碳汽车空调/热泵；高温
传 热 学
（Heat Transfer）
第一章 绪 论
§1-1 概 述
1.1.1 传热学（Heat Transfer）的研究内容
1 传热学： 研究热量传递规律的科学，具体来讲主要
有热量传递 的机理、规律、计算和测试方法
热量传递过程的推动力：温差
热力学第二定律：热量可以自发地由高温热源传给 低温热源 有温差就会有传热 温差是热量 传递的推动力
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。
0
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Q
t w2
单位导热热阻
图1-3
传热学典型例题讲解课件
新型传热材料的研发
总结词
新型传热材料的研发是传热学领域的重要研 究方向，旨在开发具有优异性能的传热材料， 以满足不断发展的能源和环境需求。
详细描述
新型传热材料主要包括金属基复合材料、陶 瓷基复合材料、高分子复合材料等。这些材 料具有高效传热、耐高温、抗氧化、抗腐蚀 等优异性能，可广泛应用于航空航天、汽车、
工业传热
总结词
工业传热涉及广泛的领域，如化工、制药、食品加工等，传热学在工业传热中解决了许多实际的生产 问题。
详细描述
工业传热主要关注反应过程中的热量传递与控制、蒸发和结晶过程以及热力设备的优化设计等。通过 高效的传热技术，可以提高生产效率和产品质量，降低能耗和生产成本。
05 传热学实验与模拟
实验设备与操作
传热的基本方式
导热
通过物体内部的微观粒子运动传 递热量的方式，如金属的热传导。
对流
由于流体运动而引起的热量传递方 式，如空调制冷时冷气在房间内的 流动。
辐射
以电磁波的形式传递热量的方式， 如太阳光照射地球的热量传递。
传热学的发展历程
古代的传热应用
如火炉、熔炼炉等。
工业革命时期的传热研究
随着蒸汽机、内燃机等工业设备的出现，人们开始深入研究热量传 递的规律。
实验设备
介绍实验所需的设备，如热流计、 温度传感器、加热器等，并说明 其作用和工作原理。
实验操作
详细描述实验操作步骤，包括设 备安装、调试、实验运行等，确 保实验的准确性和可靠性。
实验数据处理与分析
数据处理
介绍实验数据的处理方法，如数据采集、 整理、转换等，确保数据的准确性和可 靠性。
VS
数据分析
导热问题的求解方法
采用有限差分法、有限元法和 有限体积法等数值方法求解导
传热学第四版第8章
Eb d
2
1
Eb d
1 1 2 E d E d Fb 02 Fb 01 b b 4 0 T 0
8-2黑体热辐射的基本定律
黑体辐射函数
1 Fb 0 4 T
T
0 5
0
Eb d
2
sin cosd I b
8-2黑体热辐射的基本定律
总结
黑体辐射力由斯忒藩-玻耳兹曼定律确定，正比于 热力学温度的四次方：Eb=σT4 黑体辐射能量按波长的分布服从普朗克定律 空间方向的分布服从兰贝特定律 维恩位移定律描述了黑体单色辐射力有个峰值， 与该峰值有对应的波长λm随温度升高λm向波长短 的方向移动
4
c1
5
4
系数， 5.67W / m 2 K 4
8-2黑体热辐射的基本定律
黑体在波长λ1至λ2区段所发射出的辐射能
黑体辐射力百分数
Fb 1
Eb Eb d Eb1 2
1 2
2
2
1
0
1 4 T Eb d
热辐射总能量 一部分吸收Qα，一部分反射Qρ， 一部分穿透Qτ 吸收比、反射比和穿透比的定义
Q Q Q 1 Q Q Q 1
吸收比 反射比 穿透比
8-1热辐射现象的基本概念ຫໍສະໝຸດ 从电磁波的角度描述热辐射的特性
固体或液体情况下
对固体或液体，辐射能在极短的距离内就被吸收完了， 可认为τ=0。金属导体的这一距离为1μm的数量级，大多 数非导电材料，这一距离小于1μm n θ
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.
解： 铜：
q tw 1 tw 2 3 7 5 3 0 0 1 0 0 1 .5 0 1 0 6 W /m 2 0 .0 5
钢：
q tw 1 tw 2 3 6 .4 3 0 0 1 0 0 1 .4 6 1 0 5 W /m 2 0 .0 5
鉻砖：
q tw 1 tw 2 2 .3 2 3 0 0 1 0 0 9 .2 8 1 0 3 W /m 2 0 .0 5
q T 4 0 . 8 5 . 6 7 1 0 8 W ( m 2 K 4 ) ( 2 7 2 7 3 ) 4 K 4
367.4Wm2
.
例题1-4
对一台氟利昂冷凝器的传热过程作初步测 算得到以下数据：管内水的对流传热表面 传热系数 h18700W(m2K)，管外氟利昂蒸 气凝结换热 表面传数 h21800W(m2K) ， 换热管子壁厚 1.5mm。 管子材料是导热
系数 383W(mk) 的铜。试计算三个环
节的热阻及冷凝器的总传热系数。欲增强 传热应从哪个环节入手？
.
解：三个环节单位面积热阻的计算分别如下：
水测换热面积热阻：
h 1 18 7 0 0W 1 (m 2K )1 .1 5 1 0 4m 2KW
管壁导热面积热阻：
38 13 .5 W 1(0 m 3m K)3.92106m 2KW
氟利昂蒸汽凝结面积热阻：
h 1 21 8 0 0W 1 (m 2K )5 .5 6 1 0 4m 2KW
.
于是冷凝器的总传热系数为：
k
1
1
1
1480m2KW
h1 h2
氟利昂蒸汽侧的热阻在总热阻中占主要地位，它具 有改变总热阻的最大能力。因此，要增强冷凝器的 传热，应先从冷凝器侧入手，并设法降低这一环节 的热阻值。
每米长度管子上的辐射换热量为
ql,r d(T14T24)
274.7wm
.
于是每米长Leabharlann 道的总散热量为ql ql,c ql,r 1 5 6 .5 W m 2 7 4 .7 W m
431.2Wm
.
例题1-3
一块发射率 0.8的钢板，温度为27℃ ，试计算单
位时间内钢板单位面积上所发出的辐射能。 解：钢板单位面积上所发出的辐射能为
于是
t500C50C275C 2
(0 .0 6 5 1 0 .0 0 0 1 0 5 2 7 5 )W (m K )
(0 .0 6 5 1 0 .0 2 8 9 )W (m K )
0.0940W(mK) .
代入得每平方米炉墙的热损失为
q ( t1 t2 ) 0 .0 9 4 0 0 .1 W 2 0 ( m m K ) ( 5 0 0 C 5 0 C )
同一室温下，冬天人体的散热是夏天的3倍多，怪不 得冬天会觉得冷，而夏天则由于不能及时散热而感 到热。
.
例题2-1
一锅炉炉墙采用密度为300 k g m 3 的水泥珍珠岩制作，
壁厚 120mm ，已知内壁温度
t1 ℃50，0 外壁温
度 t2 5 0 ℃ ，试求每平方米炉墙每小时的热损失。
解：为求平均导热系数 ，先算出材料的平均温度
人体冬天的总换热量：
w in te r h A (tw 1 tf)A ( T w 4 1 T w 4 2 )
1 8 .5 W 1 5 4 W 1 7 2 .5 W
人体夏天的总换热量：
s u m m e r h A (tw 1 tf)A ( T w 4 1 T w 4 2 )
1 8 .5 W 3 3 .4 W 5 1 .9 W
传热学 例题
2010/11/11
.
例题1-1
一块厚度 =50mm的平板，
t 两侧表面分别维持在 w 1
t =300℃, w 2 =100℃.试求下
列条件下通过单位截面积 的导热量:（1）材料为铜， 375W(mk)
（2）材料为钢，2.32W(mk)
（3）材料为铬砖，
36.4W(mk)
（4）材料为硅藻土，0.242W(mk)
.
例题1-5
计算夏天与冬天站立在同为25℃的房间内 的人体与环境间的换热量。站立的人体与 空气间的自然对流换热表面传热系数取为 2.6，人体衣着与皮肤的表面温度取为30℃， 表面发射率为0.95。夏天室内墙面温度取 为26℃，冬天取为10℃。
.
解：换热面积
A ( 3 . 1 3 0 . 2 5 1 . 7 5 3 . 1 4 0 . 2 5 2 4 ) m m 1 . 4 2 m 2
353W m2
.
例题2-2
一台锅炉的炉墙由三层材料叠合组成。最 里面是耐火粘土砖，厚115mm;中间是B级硅 藻土砖，厚125mm；最外层为石棉板，厚 70mm。已知炉墙内、外表面温度分别为 495℃和60℃，试求每平方米炉墙每小时的 热损失及耐火砖与硅藻土砖分界面上的温 度。
.
解：1 115mm 2 125mm 3 70mm
硅藻土砖：
q tw 1 tw 2 0 .2 4 2 3 0 0 1 0 0 9 .6 8 1 0 2 W /m 2 0 .0 5
.
例题1-2
一根水平放置的蒸汽管道，其保温层外径d=583mm,
外表面实测平均温度 t w = 48℃ 。空气温度 t f =
23℃，此时空气与管道外表面间的自然对流传热 的表面传热系数h=3.42 w (m 2k ) ,保温层外表面的
经过几次迭代，得出三层材料的导热系数为
11.12W(mK),20.116W(m K ), 30.116W(m K)
代入得每平方米炉墙每小时的热损失为
q1 1 t12 2t4 3 3 14.3 75 8Wm2244Wm2
将此q值代入，求出耐火粘土砖与B级硅藻土砖分 界面的温度为
t2 t1 q1 1 4 9 5 C 2 4 4 W m 2 1 .1 2 0 W .1 1 ( 5 m m K ) 4 7 0 C
发射率 = 0.9 。试求（１）此管道的散热必须
考虑哪些热量传递方式；（２）计算每米长度管 道的总散热量。
.
解：此管道的散热有辐射传热和自然对流传热两种方式。
把管道每米长度上的散热量记为 q l 。
单位长度上的自然对流散热量为
q l,cdh td h (tw tf)
3 .1 4 0 .5 8 3 3 .4 2 ( 4 8 2 3 ) 156.5wm
解： 铜：
q tw 1 tw 2 3 7 5 3 0 0 1 0 0 1 .5 0 1 0 6 W /m 2 0 .0 5
钢：
q tw 1 tw 2 3 6 .4 3 0 0 1 0 0 1 .4 6 1 0 5 W /m 2 0 .0 5
鉻砖：
q tw 1 tw 2 2 .3 2 3 0 0 1 0 0 9 .2 8 1 0 3 W /m 2 0 .0 5
q T 4 0 . 8 5 . 6 7 1 0 8 W ( m 2 K 4 ) ( 2 7 2 7 3 ) 4 K 4
367.4Wm2
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例题1-4
对一台氟利昂冷凝器的传热过程作初步测 算得到以下数据：管内水的对流传热表面 传热系数 h18700W(m2K)，管外氟利昂蒸 气凝结换热 表面传数 h21800W(m2K) ， 换热管子壁厚 1.5mm。 管子材料是导热
系数 383W(mk) 的铜。试计算三个环
节的热阻及冷凝器的总传热系数。欲增强 传热应从哪个环节入手？
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解：三个环节单位面积热阻的计算分别如下：
水测换热面积热阻：
h 1 18 7 0 0W 1 (m 2K )1 .1 5 1 0 4m 2KW
管壁导热面积热阻：
38 13 .5 W 1(0 m 3m K)3.92106m 2KW
氟利昂蒸汽凝结面积热阻：
h 1 21 8 0 0W 1 (m 2K )5 .5 6 1 0 4m 2KW
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于是冷凝器的总传热系数为：
k
1
1
1
1480m2KW
h1 h2
氟利昂蒸汽侧的热阻在总热阻中占主要地位，它具 有改变总热阻的最大能力。因此，要增强冷凝器的 传热，应先从冷凝器侧入手，并设法降低这一环节 的热阻值。
每米长度管子上的辐射换热量为
ql,r d(T14T24)
274.7wm
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于是每米长Leabharlann 道的总散热量为ql ql,c ql,r 1 5 6 .5 W m 2 7 4 .7 W m
431.2Wm
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例题1-3
一块发射率 0.8的钢板，温度为27℃ ，试计算单
位时间内钢板单位面积上所发出的辐射能。 解：钢板单位面积上所发出的辐射能为
于是
t500C50C275C 2
(0 .0 6 5 1 0 .0 0 0 1 0 5 2 7 5 )W (m K )
(0 .0 6 5 1 0 .0 2 8 9 )W (m K )
0.0940W(mK) .
代入得每平方米炉墙的热损失为
q ( t1 t2 ) 0 .0 9 4 0 0 .1 W 2 0 ( m m K ) ( 5 0 0 C 5 0 C )
同一室温下，冬天人体的散热是夏天的3倍多，怪不 得冬天会觉得冷，而夏天则由于不能及时散热而感 到热。
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例题2-1
一锅炉炉墙采用密度为300 k g m 3 的水泥珍珠岩制作，
壁厚 120mm ，已知内壁温度
t1 ℃50，0 外壁温
度 t2 5 0 ℃ ，试求每平方米炉墙每小时的热损失。
解：为求平均导热系数 ，先算出材料的平均温度
人体冬天的总换热量：
w in te r h A (tw 1 tf)A ( T w 4 1 T w 4 2 )
1 8 .5 W 1 5 4 W 1 7 2 .5 W
人体夏天的总换热量：
s u m m e r h A (tw 1 tf)A ( T w 4 1 T w 4 2 )
1 8 .5 W 3 3 .4 W 5 1 .9 W
传热学 例题
2010/11/11
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例题1-1
一块厚度 =50mm的平板，
t 两侧表面分别维持在 w 1
t =300℃, w 2 =100℃.试求下
列条件下通过单位截面积 的导热量:（1）材料为铜， 375W(mk)
（2）材料为钢，2.32W(mk)
（3）材料为铬砖，
36.4W(mk)
（4）材料为硅藻土，0.242W(mk)
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例题1-5
计算夏天与冬天站立在同为25℃的房间内 的人体与环境间的换热量。站立的人体与 空气间的自然对流换热表面传热系数取为 2.6，人体衣着与皮肤的表面温度取为30℃， 表面发射率为0.95。夏天室内墙面温度取 为26℃，冬天取为10℃。
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解：换热面积
A ( 3 . 1 3 0 . 2 5 1 . 7 5 3 . 1 4 0 . 2 5 2 4 ) m m 1 . 4 2 m 2
353W m2
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例题2-2
一台锅炉的炉墙由三层材料叠合组成。最 里面是耐火粘土砖，厚115mm;中间是B级硅 藻土砖，厚125mm；最外层为石棉板，厚 70mm。已知炉墙内、外表面温度分别为 495℃和60℃，试求每平方米炉墙每小时的 热损失及耐火砖与硅藻土砖分界面上的温 度。
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解：1 115mm 2 125mm 3 70mm
硅藻土砖：
q tw 1 tw 2 0 .2 4 2 3 0 0 1 0 0 9 .6 8 1 0 2 W /m 2 0 .0 5
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例题1-2
一根水平放置的蒸汽管道，其保温层外径d=583mm,
外表面实测平均温度 t w = 48℃ 。空气温度 t f =
23℃，此时空气与管道外表面间的自然对流传热 的表面传热系数h=3.42 w (m 2k ) ,保温层外表面的
经过几次迭代，得出三层材料的导热系数为
11.12W(mK),20.116W(m K ), 30.116W(m K)
代入得每平方米炉墙每小时的热损失为
q1 1 t12 2t4 3 3 14.3 75 8Wm2244Wm2
将此q值代入，求出耐火粘土砖与B级硅藻土砖分 界面的温度为
t2 t1 q1 1 4 9 5 C 2 4 4 W m 2 1 .1 2 0 W .1 1 ( 5 m m K ) 4 7 0 C
发射率 = 0.9 。试求（１）此管道的散热必须
考虑哪些热量传递方式；（２）计算每米长度管 道的总散热量。
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解：此管道的散热有辐射传热和自然对流传热两种方式。
把管道每米长度上的散热量记为 q l 。
单位长度上的自然对流散热量为
q l,cdh td h (tw tf)
3 .1 4 0 .5 8 3 3 .4 2 ( 4 8 2 3 ) 156.5wm