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❖ ( 3 )非导电固体:导热是通过晶格结构 的振动所产生的弹性波来实现的,即原子、 分子在其平衡位置附近的振动来实现的。
.
❖( 4 )液体的导热机理:存在两种不同的 观点:第一种观点类似于气体,只是复杂些, 因液体分子的间距较近,分子间的作用力对 碰撞的影响比气体大;第二种观点类似于非 导电固体,主要依靠弹性波(晶格的振动, 原子、分子在其平衡位置附近的振动产生的) 的作用。
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从微观角度分析气体、液体、导电固体与 非金属固体的导热机理。
( 1 )气体中:导热是气体分子不规则 热运动时相互碰撞的结果,温度升高,动 能增大,不同能量水平的分子相互碰撞, 使热能从高温传到低温处。
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❖ ( 2 )导电固体:其中有许多自由电子, 它们在晶格之间像气体分子那样运动。自 由电子的运动在导电固体的导热中起主导 作用。
.
b 微电子: 电子芯片冷却 c 生物医学:肿瘤高温热疗;生物芯片;组 织与器官的冷冻保存 d 军 事:飞机、坦克;激光武器;弹药贮 存 e 制 冷:跨临界二氧化碳汽车空调/热泵; 高温水源热泵 f 新能源:太阳能;燃料电池
.
三、传热学的特点、研究对象及研究方法
1、特点
❖ 1 )理论性、应用性强 ❖ 传热学是热工系列课程内容和课程体系
❖ 传热学研究的对象是热量传递规律。 ❖ 3 、研究方法
❖ 研究的是由微观粒子热运动所决定的 宏观物理现象,而且主要用经验的方法寻 求热量传递的规律,认为研究对象是个连 续体,即各点的温度、密度、速度是坐标 的连续函数,即将微观粒子的微观物理过 程作为宏观现象处理。
.
由前可知,热力学的研究方法仍是如此,但 是热力学虽然能确定传热量(稳定流能量方 程),但不能确定物体内温度分布。
4、学习目的 通过学习能熟练掌握传热过程的基本规
律、实验测试技术及分析计算方法,从而达 到认识、控制、优化传热过程的目的。
.
ຫໍສະໝຸດ Baidu
§1-2 热量传递的三种基本方式
一、导热(热传导) 1 、概念
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量传递称导热。
如:固体与固体之间及固体内部的热量 传递。
说明:只研究导热现象的宏观. 规律。
2 、导热的基本规律
❖ 1 )傅立叶定律 ❖ ( 1822 年,法国物理学家)
如图 1-1 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
.
(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;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
设置的主要内容之一。是一门理论性、应 用性极强的专业基础课,在热量传递的理 论分析中涉及到很深的数学理论和方法。 在生产技术领域应用十分广泛。传热学的 发展促进了生产技术的进步。
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❖ 2) 有利于创造性思维能力的培养
❖ 传热学是建筑环境与设备工程专业的主 干专业课之一,在教学中重视学生在学习过 程中的主体地位,启迪学生学习的积极性, 在时间上给学生留有一定的思维空间。从而 进一步培养创新的思维能力。对综合性、应 用性强的传热问题都有详细地分析讨论。同 时介绍了传热学的发展动态和前景。从而给 学生开辟了广阔且纵深的思考空间。
( 1 )稳态传热过程; ( 2 )非稳态传热过程。 1 )稳态传热过程(定常过程)
凡是物体中各点温度不随时间而变的热传递 过程均称稳态传热过程。
.
2 )非稳态传热过程(非定常过程) 凡是物体中各点温度随时间的变化而变化
的热传递过程均称非稳态传热过程。 各种热力设备在持续不变的工况下运行时
的热传递过程属稳态传热过程;而在启动、停 机、工况改变时的传热过程则属 非稳态传热 过程。
.
A dt
dx
(1-1)
式中 是比例系数,称为热导率,又称导
热系数,负号表示热量传递的方向与温度
升高的方向相反。
.
.
❖ 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,记为 ,单位 w。
❖ 3 )热流密度(面积热流量) ❖ 单位时间内通过单位面积的热量称为热流
密度,记为 q ,单位 w/ ㎡。 ❖ 当物体的温度仅在 x 方向放生变化时,按
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)物体之间存在温差时,热量就会自发
的从高温物体传向低温物体。
.
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:
.
二、讲授传热学的重要性及必要性
1 、传热学是热工系列课程教学的主要内容 之一,是建环专业必修的专业基础课。是 否能够熟练掌握课程的内容,直接影响到 后续专业课的学习效果。
2 、传热学在生产技术领域中的应用十分广 泛。如:
(1) 日常生活中的例子:
.
(1) 日常生活中的例子:
a 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? b 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? 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?
.
❖ 3 )教育思想发生了本质性的变化 ❖ 传热学课程教学内容的组织和表达方
面从以往单纯的为后续专业课学习服务转 变到重点培养学生综合素质和能力方面, 这是传热学课程理论联系实际的核心。从 实际工程问题中、科学研究中提炼出综合 分析题,对培养学生解决分析综合问题的 能力起到积极的作用。
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❖ 2 、研究对象
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❖( 4 )液体的导热机理:存在两种不同的 观点:第一种观点类似于气体,只是复杂些, 因液体分子的间距较近,分子间的作用力对 碰撞的影响比气体大;第二种观点类似于非 导电固体,主要依靠弹性波(晶格的振动, 原子、分子在其平衡位置附近的振动产生的) 的作用。
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从微观角度分析气体、液体、导电固体与 非金属固体的导热机理。
( 1 )气体中:导热是气体分子不规则 热运动时相互碰撞的结果,温度升高,动 能增大,不同能量水平的分子相互碰撞, 使热能从高温传到低温处。
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❖ ( 2 )导电固体:其中有许多自由电子, 它们在晶格之间像气体分子那样运动。自 由电子的运动在导电固体的导热中起主导 作用。
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b 微电子: 电子芯片冷却 c 生物医学:肿瘤高温热疗;生物芯片;组 织与器官的冷冻保存 d 军 事:飞机、坦克;激光武器;弹药贮 存 e 制 冷:跨临界二氧化碳汽车空调/热泵; 高温水源热泵 f 新能源:太阳能;燃料电池
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三、传热学的特点、研究对象及研究方法
1、特点
❖ 1 )理论性、应用性强 ❖ 传热学是热工系列课程内容和课程体系
❖ 传热学研究的对象是热量传递规律。 ❖ 3 、研究方法
❖ 研究的是由微观粒子热运动所决定的 宏观物理现象,而且主要用经验的方法寻 求热量传递的规律,认为研究对象是个连 续体,即各点的温度、密度、速度是坐标 的连续函数,即将微观粒子的微观物理过 程作为宏观现象处理。
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由前可知,热力学的研究方法仍是如此,但 是热力学虽然能确定传热量(稳定流能量方 程),但不能确定物体内温度分布。
4、学习目的 通过学习能熟练掌握传热过程的基本规
律、实验测试技术及分析计算方法,从而达 到认识、控制、优化传热过程的目的。
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ຫໍສະໝຸດ Baidu
§1-2 热量传递的三种基本方式
一、导热(热传导) 1 、概念
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量传递称导热。
如:固体与固体之间及固体内部的热量 传递。
说明:只研究导热现象的宏观. 规律。
2 、导热的基本规律
❖ 1 )傅立叶定律 ❖ ( 1822 年,法国物理学家)
如图 1-1 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
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(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…
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(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;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
设置的主要内容之一。是一门理论性、应 用性极强的专业基础课,在热量传递的理 论分析中涉及到很深的数学理论和方法。 在生产技术领域应用十分广泛。传热学的 发展促进了生产技术的进步。
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❖ 2) 有利于创造性思维能力的培养
❖ 传热学是建筑环境与设备工程专业的主 干专业课之一,在教学中重视学生在学习过 程中的主体地位,启迪学生学习的积极性, 在时间上给学生留有一定的思维空间。从而 进一步培养创新的思维能力。对综合性、应 用性强的传热问题都有详细地分析讨论。同 时介绍了传热学的发展动态和前景。从而给 学生开辟了广阔且纵深的思考空间。
( 1 )稳态传热过程; ( 2 )非稳态传热过程。 1 )稳态传热过程(定常过程)
凡是物体中各点温度不随时间而变的热传递 过程均称稳态传热过程。
.
2 )非稳态传热过程(非定常过程) 凡是物体中各点温度随时间的变化而变化
的热传递过程均称非稳态传热过程。 各种热力设备在持续不变的工况下运行时
的热传递过程属稳态传热过程;而在启动、停 机、工况改变时的传热过程则属 非稳态传热 过程。
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A dt
dx
(1-1)
式中 是比例系数,称为热导率,又称导
热系数,负号表示热量传递的方向与温度
升高的方向相反。
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❖ 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,记为 ,单位 w。
❖ 3 )热流密度(面积热流量) ❖ 单位时间内通过单位面积的热量称为热流
密度,记为 q ,单位 w/ ㎡。 ❖ 当物体的温度仅在 x 方向放生变化时,按
第一章
绪
论
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§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)物体之间存在温差时,热量就会自发
的从高温物体传向低温物体。
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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:
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二、讲授传热学的重要性及必要性
1 、传热学是热工系列课程教学的主要内容 之一,是建环专业必修的专业基础课。是 否能够熟练掌握课程的内容,直接影响到 后续专业课的学习效果。
2 、传热学在生产技术领域中的应用十分广 泛。如:
(1) 日常生活中的例子:
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(1) 日常生活中的例子:
a 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? b 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? 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?
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❖ 3 )教育思想发生了本质性的变化 ❖ 传热学课程教学内容的组织和表达方
面从以往单纯的为后续专业课学习服务转 变到重点培养学生综合素质和能力方面, 这是传热学课程理论联系实际的核心。从 实际工程问题中、科学研究中提炼出综合 分析题,对培养学生解决分析综合问题的 能力起到积极的作用。
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❖ 2 、研究对象