第一章传热基本原理
传热学第七版课后答案
传热学第七版课后答案第一章：传热的基本概念1. 描述传热的三种方式。
传热可以通过三种方式进行：热传导、对流和辐射。
•热传导是指热量沿物质的内部传播，通常发生在固体和液体中。
它主要由分子之间的相互作用引起，通过分子的碰撞和传递热量。
•对流是指通过流体的传输热量，可以是自然对流或强迫对流。
自然对流是指由密度的差异引起的流动，而强迫对流是通过施加外部力或压力梯度引起的。
•辐射是指以电磁波的形式传播热量。
它可以在真空中传播，例如太阳辐射的热量可以在地球上传播。
2. 什么是传热的单位？传热的单位是热功率（Q）除以温度差（ΔT）。
常用的单位有瓦特/（平方米·开尔文）（W/（m2·K））或卡/（秒·平方米·摄氏度）（cal/（s·cm2·°C））。
3. 热传导的主要影响因素有哪些？热传导的主要影响因素包括：•温度差：温度差越大，热传导的速率越快。
•材料导热性能：不同材料的导热性能不同，例如，金属通常具有较高的导热性能，而绝缘材料则相对较低。
•材料厚度：材料的厚度越大，热传导的阻力越大，传热速率越慢。
•材料接触面积：接触面积越大，热传导的速率越快。
4. 什么是对流换热系数？对流换热系数是指单位面积上在单位温度差下通过对流传递的热量。
换热系数取决于流体的性质、流体的流动状态、流体与固体之间的热传导和流体与固体之间的传热面积等因素。
5. 什么是辐射传热？辐射传热是指以电磁波的形式通过真空或介质传播热量，无需传播介质的参与。
辐射传热的速率取决于辐射源的温度、辐射体的表面特性、辐射的波长和介质的吸收能力等因素。
第二章：传热的基本方程1. 热扩散方程是什么？热扩散方程（Heat Diffusion Equation）是用来描述热量在物体内部传导的方程。
它可以写成以下形式：热扩散方程热扩散方程其中，η是物体的热扩散率，ρ是物体的密度，c是物体的比热容，T是温度。
高等传热学知识点总结
多维、线性齐次，乘积解： t ( x, y, z, ) ψ( x, y, z )( ) 令 ψ( x, y, z) X ( x)Y ( y) Z ( z) ，分别求解，然后相乘
t ( x, y, z, ) Cmnp e a ( m
m 1 n 1 p 1
2
m2 m2 )
X( m , x)Y( m , y)Z(m , z)
多维稳态非齐次：边界非齐 fi (r ) 0 or 方程非齐 0 边界非齐次（方程齐次） ：分离变量法
t ( x, y) X ( x)Y ( y) ,参照时间与空间的分离变量法
当多个边界非齐次时，等于各单非齐问题的叠加 方程非齐次：等于相应齐次解+非齐次特解 线性、非齐次、非稳态： 热源函数法：在无限大区域，初始时刻 x=x0 处，作用了 一个 t=t0 的热源，当 0 时，
13
0.14
2 Num 0 . 6 6 4 1 R l e
1 3
Pr
大空间自然对流换热: Nu C (GrPr) C ( Ra)
x z yz z
， 利用
1 H
u H
i 1 i
3
H t 2 i ui
t cp
第二章 分离变量法 分离变量法： 将温度分成只与空间有 t (r , ) ψ(r )( ) ， 关的 ψ(r ) 和只与时间有关的 ( ) 的乘积。 对于线性齐次非稳态无内热源问题， t
ห้องสมุดไป่ตู้对流
t y
y w, x
对流换热基本计算式：傅里叶定律 qw
牛顿冷却公式 qc h(tw, x t ) ，t 在内流时取管道截面 平均流体温度，外流时取远离壁面的流体温度。
1传热学第一章课件
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。
传热的基本原理
传热的基本原理
传热是指热量从一个物体传递到另一个物体的过程。
热量传递可以通过三种基本途径发生：传导、对流和辐射。
传导是指热量通过物质内部的分子或离子的振动和碰撞来传递的过程。
当一个物体的一部分受热时，其分子通过振动和碰撞将能量传递给周围的分子，从而逐渐使整个物体达到热平衡。
传导的速率取决于物体的导热性质，即物体的热导率。
热导率越高，传导速率越快。
对流是指流体（气体或液体）的传热过程。
当一个物体受热时，周围的流体也会受热并产生密度变化，从而形成对流流动。
对流能够有效地传递热量，因为流体的流动会带走热量并将其传递到其他地方。
对流的速率取决于流体的热扩散性质和流体的流动性质。
辐射是指热量以电磁波的形式传递，无需通过物质进行传导或对流。
所有物体都会辐射热量，其强度取决于物体的温度和辐射特性。
辐射热量可以在真空中传递，也可以在透明的介质（例如空气或玻璃）中传递。
在实际情况中，传热往往是以上三种方式的综合作用。
例如，在烹饪中，热量通过盖子底部的传导传递给锅内的食物，然后通过对流将热量均匀分布到整个食物中。
而太阳的热量则通过辐射传递到地球表面，然后通过导热和对流进一步分布到大气层和海洋中。
了解传热的基本原理对于很多日常生活和工程应用都非常重要。
通过控制传热过程，我们可以更好地设计和改进热交换设备、节能系统以及热管理系统，从而提高能源利用效率，减少能源消耗。
传热和传质基本原理
传热的目的
• 根据热力不平衡程度定量确定传热速率。或者说，通过研究传热的机 理以及建立计算传热速率的各种关系式来拓展热力学分析。
• 自身是一门独立学科，在材料、科学或工程中具有重要应用。
1.1 何谓传热及如何传热
传热是因存在温差而发生的热能的转移。
1. 温度的概念：第零定律，平衡态，多大尺度以上成立？
不论物质处于哪种状态，这种发射 2 都是因为组成物质的原子或分子中
电子排列位置的改变所造成的。
辐射场的能量依靠电磁波传输，
辐射传热不需要介质，
3 且辐射能的传输是靠消耗发射
4 在真空中传输最有效。
辐射的物质的内能来实现的。
（2）黑体（Black Body）：具有下述性质的一种理想表面
1 黑体能够吸收处于任何波长和来自任意方向的全部投射辐射。
2. 只要一个介质中或两个介质之间存在温差（驱动势），就必然会发生传热。
3. “冷”或“热”的感觉是由温差引起的热流造成的，而热流的大小则与物质 的性质有关。
握手的深度分析
不同类型的传热过程称为传热的不同模式（modes）。
当静态介质中存在温度梯度时，不论该介质是固体还是流体， 介质中都会发生传热，这种传热过程即为传导（ Conduction）。
物体的各部分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发生的热量传递称为导热（热传导）。
气体
分 子
热
运
动
液体
观 点
固体 自由电子 晶格波
速率方程（Rate Equation）：用于计算传热过程在单位时间内传输了 多少能量（J/s=W）。
对于热传导，速率方程为傅里叶定律（Fourier’s Law）。
传热学
传热学第一章绪论1.传热学的定义: 研究由于温度差而引起的热能传递规律的科学.2.热流量（heat transfer rate）：单位时间内通过某一给定面积A的热量，记为Φ，单位为 W3.热流密度（或称面积热流量）:通过单位面积的热流量，记为q，单位是 W/m24.稳态过程与非稳态过程稳态过程：热量传递系统中各点温度不随时间而改变的过程非稳态过程：各点温度随时间而改变的过程5.热传导的定义：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热运动而产生的热量传递过程1）导热是物质的固有属性2）固、液、气等均具有一定的导热能力3）纯导热只发生在密实的固体和静止的流体中导热现象的判断？1）有温差；2）密实固体或静止流体6.模型一平壁稳态导热.影响因素:平壁面积,厚度,温差平壁稳态导热的计算公式：7.λ —热导率，又称导热系数.单位：W/(m·K) (热物理参数)8.热对流：流体中温度不同的各部分发生相互混合的宏观运动而引起的热量传递现象特点: 1）发生在流体中2）流体内部必须存在温差3）流体必须有宏观运动4）伴随着热传导9.对流传热：流动的流体与温度不同的固体壁面间的热量传递过程.(热对流的一种方式,传热学研究方式).分类:按流体流动的起因：1）自然对流、自由对流：流体冷、热各部分密度不同而引起的2）受迫对流、强迫对流：流体的流动是在外力（在泵或风机）作用下产生的技巧：给出流体速度的为强迫对流按流体有无相变：1）无相变的对流传热2）有相变的对流传热：沸腾换热、凝结换热10.如何判断对流传热1）发生在壁面和流体之间：参与物质类型2）壁面和流体存在温差：热量传递的前提3）流体要运动：速度体现一定不要遗漏自然对流11.对流传热的计算—牛顿冷却公式（对流传热的热量传递速率方程）当流体被加热时：当流体被冷却时：h-表面传热系数(过程量)，W/(m2·K)13.热辐射：由于自身温度（热）的原因而发出辐射能的现象（heat radiation）1）辐射传热：物体之间因为相互辐射、相互吸收而引起的热量传递过程2）理想物体：绝对黑体，简称黑体（能够全部吸收投射到其表面上辐射能的物体）14.黑体辐射的斯忒藩-玻耳兹曼（Stefan-Boltamann）定律实际物体的辐射能力：注意：1）σ—斯忒藩-玻耳兹曼常数，5.67×10-8W/(m2·K4) 2）ε—发射率（emissivity），习惯上也称为黑度，物性参数15.理想模型2—两平行黑体平板间的辐射传热（相距很近，表面间充满了透明介质）16.理想模型3—非凹表面1包容在面积很大的空腔2中注意：1）辐射传热必须采用热力学温度2）注意公式的使用条件3）“动态平衡”的含义（p8）17．导热、对流与辐射的辨析：1）导热、对流只在有物质存在的条件下才能实现；热辐射不需中间介质（非接触性传热）2）辐射不仅有能量的转移，而且伴随能量形式的转换；3）辐射换热是一种双向热流同时存在的换热过程；4）辐射能力与其温度有关，导热、对流与温差有关；导热与对流的辨析：气、液、固均具有导热能力，纯导热只发生在静止的流体中；对流只发生在流动的流体中；18．传热过程：热量由固体一侧的高温流体通过固体壁面传给另一侧低温流体的热量传递过程 。
传热的原理
传热的原理
传热是指热量从一个物体传递到另一个物体的过程。
它可以通过三种方式进行：传导、对流和辐射。
传导是通过物质内部的分子间碰撞传递热量的过程。
当物体的一部分受热时，它的分子开始振动更加激烈，这些振动会传递给相邻的分子。
这样，热量会从高温区域沿着物质的温度梯度逐渐传导到低温区域。
传导的速率取决于物质的导热性能，例如金属通常具有较高的导热性能，而绝缘材料则通常具有较低的导热性能。
对流是指通过流体的运动来传递热量的过程。
当物体受热时，流体会受热膨胀，密度减小，从而形成一个上升的热对流流动。
这种流动会将热量从高温区域带到低温区域。
对流传热的速率取决于流体的性质、流动速度和物体的表面特性。
辐射是指通过电磁波传递热量的过程。
所有物体都会辐射热能，其辐射的电磁波频率和强度取决于其温度。
这种电磁波可以穿过真空和透明介质，并在接触到其他物体时被吸收或反射。
当热辐射被吸收时，能量被转化为热量。
辐射传热的速率取决于物体的温度、表面特性和辐射的波长。
这三种传热方式通常同时存在，并相互影响。
对于大多数热传递过程，它们是同时进行的，但某一特定方式可能会占主导地位。
了解和控制传热过程对于许多工程和科学应用都至关重要。
传热学讲义第一章—导热理论基础
第一章 导热理论基础本章重点：准确理解温度场、温度梯度、导热系数等基本概念，准确掌握导热基本定律及导热问题的基本分析方法。
物质内部导热机理的物理模型：（1）分子热运动；（2）晶格（分子在无限大空间里排列成周期性点阵）振动形成的声子运动；（3）自由电子运动。
物质内部的导热过程依赖于上述三种机理中的部分项，这几种机理在不同形态的物质中所起的作用是不同的。
导热理论从宏观研究问题，采用连续介质模型。
第一节 基本概念及傅里叶定律1-1 导热基本概念一、温度场(temperature field)（一）定义：在某一时刻，物体内各点温度分布的总称，称为即为温度场（标量场）。
它是空间坐标和时间坐标的函数。
在直角坐标系下，温度场可表示为：),,,(τz y x f t = （1-1）（二）分类：1．从时间坐标分：① 稳态温度场：不随时间变化的温度场，温度分布与时间无关，0=∂∂τt ，此时，),,(z y x f t =。
（如设备正常运行工况） 稳态导热：发生于稳态温度场中的导热。
② 非稳态温度场：随时间而变化的温度场，温度分布与时间有关，),,,(τz y x f t =。
（设备启动和停车过程）非稳态导热：在非稳态温度场中发生的导热。
2．从空间坐标分： ① 三维温度场：温度与三个坐标有关的温度场，⎩⎨⎧==稳态非稳态),,(),,,(z y x f t z y x f t τ ② 二维温度场：温度与二个坐标有关的温度场，⎩⎨⎧==稳态非稳态),(),,(y x f t y x f t τ∆tt-∆tgrad t③ 一维温度场：温度只与一个坐标有关的温度场，⎩⎨⎧==稳态非稳态，)()(x f t x f t τ 二、等温面与等温线1．等温面(isothermal surface)：在同一时刻，物体内温度相同的点连成的面即为等温面。
2．等温线(isotherms)：用一个平面与等温面相截，所得的交线称为等温线。
为了直观地表示出物体内部的温度分布，可采用图示法，标绘出物体中的等温面（线）。
1传热学-第一章课件讲解
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 总结
第一章绪论1．热流量：单位时间内所传递的热量。
2．热流密度：单位传热面上的热流量。
3．导热：物体粒子微观的热运动而产生的热量传递现象。
4．对流传热：流体流过固体壁时的热传递过程。
热对流：流体个部分之间发生宏观相对位移级领热流体的相互掺混。
5．辐射传热：由于热运动产生的，以电磁波形式传递能量的现象。
6．总传热过程：热量从温度较高的流体经过固体壁传递给另一侧温度较低流体的过程，称为总传热过程，简称传热过程。
10．总传热系数：总传热过程中热量传递能力的大小。
数值上表示传热温差为1K时，单位传热面积在单位时间内的传热量。
11.稳态传热过程：物体中各点温度不随时间而改变的热量传递过程。
第二章热传导1．温度场：某一瞬间物体内各点温度分布的总称。
2．等温面(线)：由物体内温度相同的点所连成的面（或线）。
3．温度梯度：在等温面法线方向上最大温度变化率。
4．导热系数：物性参数，热流密度矢量与温度降度的比值，数值上等于1 K／m的温度梯度作用下产生的热流密度。
导热系数是材料固有的热物理性质，表示物质导热能力的大小。
5．导温系数：材料传播温度变化能力大小的指标。
材料的导热能力与吸热能力之比导温系数不但与材料的导热系数有关，还与材料的热容量(或储热能力)也有关；从物理意义看，导热系数表征材料导热能力的强弱，导温系数表征材料传播温度变化的能力的大小，两者都是物性参数。
6.傅里叶定律：在各向同性均质的导热物体中，通过某导热面积的热流密度正比于该导热面法向温度变化率。
7.保温(隔热)材料：λ≤0.12 W/(m·K)(平均温度不高于350℃时)的材料。
8.接触热阻：材料表面由于存在一定的粗糙度使相接触的表面之间存在间隙，给导热过程带来额外热阻。
使两个导热壁面之间出现温差。
接触热阻主要与表面粗糙度、表面所受压力、材料硬度、温度及周围介质的物性等有关，因此可以从这些方面考虑减少接触热阻的方法，此外，也可在固体接触面之间衬以导热系数大的铜箔或铝箔等以减少接触热阻。
传热学总结(期末复习专用).ppt
称热传导。 导热的基本规律（傅立叶定律）：
A
dt dx
λ称为热导率，又称导热系数，表征材料导热性能优劣的参数，
是一种物性参数，单位： w/mk 。不同材料的导热系数值不同，
即使同一种材料导热系数值与温度等因素有关。金属材料最高，
良导电体，也是良导热体，液体次之，气体最小。
2.热对流：是指由于流体的宏观运动，从而使流体各部分之间
第八章 热辐射基本定律及辐射特性
可见光，0.38—0.76 µm 。0.76---1000 µm为红外线区域。工业
1
膜状凝结分析解：
4ll (ts rgl 2
t
w
)
x
4
1
竖壁的平均表面传热系数： hx
rgl3 l 2 4l (ts tw
)
x
4
倾斜壁
1
h
0.943
rg3l l2 sin ll(ts tw
)
4
水平管
1
hH
0.729
rg3l l2 l d (ts tw
)
4
球表面
1
hS
0.826
rg3l l d (t s
2 l
tw
)
4
1
hV
1.13
rl lg(tsl3tl 2w
)
4
竖壁液膜流态 Re 4hl( ts tw ) 对水平管，用 d代替上式
r
中的l 即可。
影响膜状凝结的因素：1. 不凝结气体（减弱）；2. 蒸气流速；3. 过热蒸气；4. 液膜过冷度及温度分布的非线性；5. 管子排数；6. 管内冷凝；7. 凝结表面的几何形状 沸腾:指液体吸热后在其内部产生汽泡的汽化过程。 沸腾传热:物质由液态变为气态时发生的换热过程。 按流动动力分： 大容器沸腾(池沸腾)和 强制对流沸腾(管内沸腾)。 从主体温度分： a)过冷沸腾：指液体主体温度低于相应压力下饱和温度，壁面温 度大于该饱和温度所发生的沸腾，称过冷沸腾。 b)饱和沸腾：液体主体温度达到饱和温度 ，壁面温度高于饱和 温度所发生的沸腾称为饱和沸腾。 大容器饱和沸腾的全部过程，共包括4个换热规律不同的阶段： 自然对流、核态沸腾、过渡沸腾和稳定膜态沸腾。其特点：温差 小，换热强度大，工业设计中应用核态沸腾。 影响沸腾传热的因素：1 不凝结气体（增强）；2 过冷度； 3 液 位高度；4 重力加速度；5 沸腾表面的结构。
传热学概念整理
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。
传热学第一章 热量传递的基本方式ppt课件
*
太原理工大学
8 / 51
主要体现在以下几个方面
Thermal
➢ 温度场的测算和换热量的计算； ➢ 环境变化对温度场的影响；
➢ 极限温度的控制：为使一些设备能安全经济地运 行，需要对热量传递过程中物体关键部位的温度进 行控制。
*
太原理工大学
24 / 51
（2）对流换热的分类
• 无相变：强制对流和自然对流换热
Thermal
• 有相变：沸腾、凝结、凝固、熔化等。
自然对流：由于流体冷热各部分的密度不同而引起流 体的流动。 如：暖气片表面附近受热空气的向上流动 强制对流：流体的流动是由于水泵、风机或其它压差 作用所造成的。 如油冷却器、空气预热器等。
两黑体表面间的辐射换热
*
太原理工大学
33 / 51
（6）总 结
Thermal
在实际问题中，这三种热量传递方式往往不是单独 出现的，这不仅表现在互相串联的几个环节中，而 且同一个环节也常常如此。例如: 一块高温钢板在厂 房中的冷却散热。
*
太原理工大学
28 / 51
（2）辐射换热的特点
Thermal
• 任何物体，只要温度高于0 K，就会不停地向周围空 间发出热辐射（热辐射是物体本身的属性，等温时为 动态平衡）；
• 可以在真空中传播，不需要中间介质，而且在真空中 辐射能的传递最有效；
• 不仅有能量的转移，而且还伴随有能量形式的转换；
Thermal
§1-1 传热学的研究对象及其在安全工程 技术中的应用
一、研究对象及内容
研究由温差引起的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，其内容包括：
传热学课件第四版-第一章
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
传热学笔记
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
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
高等传热学
如果
0
常数
Dvi p 1 div(V ) fi 2vi D xi 3 xi
§1-2 基本守恒方程式
不可压缩流体，二维稳定流动，直角坐标系下
常数
u 2u 2u u p u v f x 2 2 y x y x x 2v 2v v v p u x v y f y y x 2 y 2
流体位移结果＋控制体内流体动量的时间变化率＝体积力＋表面力
§1-2 基本守恒方程式
v n vi dA
A
v i d f i d jj n j dA A
根据散度定理，
div v v v i i d f i d jj n j dA A
§1-1导热基本定律
Fourier定律 内容：热流密度在任一方向上的分量与该方向上 的温度变化率成正比。 dt 表达式： q n grad (t ) ▽t
dn
An
即
dt n dn t t q y q x y x
§1-3 正交坐标系中的基本方程式
第三节 正交坐标系中的基本方程式 一、正交坐标系
概念：三个坐标曲面相互正交，两个坐标曲面交线为坐标曲线或坐标轴。 推导：正交坐标的弧微分与正交坐标之间的关系 正交坐标系（u1，u2，u3），直角坐标系空间一点M（x，y，z）
dsi dx dy dz
( H H1 H 2 H3 )
dV ds1 ds2 ds3 H1 H 2 H3 du1du2du3 H du1du2du3
传热基本原理
传热基本原理
热传导是指物质内部或不同物质之间热量的传递过程。
它是由于物质微观粒子之间的热运动而引起的。
热传导可以通过三种基本的传热方式进行：导热、对流和辐射。
而导热是最基本、最普遍的传热方式。
在导热传递中，当一物体的一部分受到热量输入时，这部分物体中的分子会受热而振动。
由于分子间存在着各种作用力（如范德华力等），物体内部的振动能量会通过分子之间的相互碰撞传递给周围的分子。
这样，热量从高温区传递到低温区，直到温度达到平衡。
传热的快慢取决于物质的导热性能和温度差。
导热性能是物质的一种属性，描述了单位时间单位面积上单位温度差下的热传导量。
而温度差则是指两个物体或物体内部不同部分之间的温度差异。
导热传递中，物质的导热性能与其物理性质及温度有关。
导热性能好的物质，传热速度会较快。
金属材料由于其微观粒子排列有序，且具有自由电子，导热性能较好。
而非金属材料中的分子结构复杂，导热性能较差。
导热传递还受到物体的形状和尺寸的影响。
在导热过程中，热传导的表面积越大，传热速率越快。
因此，通过增大导热界面的面积来提高传热效率是一种常见的方法。
总之，热传导是由物质微观粒子之间的热运动引起的，它通过热量分子间的相互碰撞传递热量。
导热是最基本、最普遍的传热方式，传热速率取决于物质的导热性能和温度差。
通过控制导热界面的面积和提高物质的导热性能，可以有效地改善热传导过程。
- 1、下载文档前请自行甄别文档内容的完整性，平台不提供额外的编辑、内容补充、找答案等附加服务。
- 2、"仅部分预览"的文档,不可在线预览部分如存在完整性等问题,可反馈申请退款(可完整预览的文档不适用该条件!)。
- 3、如文档侵犯您的权益，请联系客服反馈,我们会尽快为您处理(人工客服工作时间：9:00-18:30)。
14
物理意义
二.热导率（λ ）
在单位时间内，每米长温度降低1℃时，单位面积能传 递的热流量，单位为加（W/m·℃）。热导率反映了物 体导热能力的大小。
注意：λ 是实验数据，与材料的种类、物质结构、杂
质含量、密度、气孔、温度和湿度等因素有关，而与 几何形状无关。
2019年6月20日
15
材料的热导率与温度关系：
s 第
一
q1
t1 t2
1
层
1
s 第
二
q2 t 2 t3
2
层
2
q q1 q2 q3
总流密度
s 第
三
q3 t3 t 4
3
层
3
q
t1 t4
(W / m2 )
s1 s2 s3
1 2 3
2019年6月20日
(1 12)
t
t1
t2
t3
q
t4
s1 s2 s3
t
)
2
F1
Q
2L(r2 r1)
(r2
r1)
1
ln
r2 r1
(t1
t
)
2
Q
(r
2
r1)
2L(r2 r1)
ln 2Lr2
(t1
t
)
2
2Lr1
t t 令 F 2 F1 F ln F 2 F1
F
Q ( )
s
12
2019年6月20日
Q t1 t2 s F
冶金工业出版社，1995年
3.《热处理车间设备及设计》
山东人民出版社，1977年10月
4.《热处理手册》 第2版，第3卷，
2019年6月20日 机械工业出版社，1992年10月
2
第一章 传热基本原理
●讲授内容： 第一章的基本概念、传导传热和对流换热
●讲授要达到的目的及要求： 1.理解或掌握：基本概念清楚，了解传热的基本概念，熟
（℃/m)
∆t—物体相邻两等温面间的温度差 ∆n—两等温面法线方向的距离
2019年6月20日
11
三、关于热流和热流密度
1. 热流 定义：单位时间内由高温物体传给低温物体的热量叫 热流或热流量， 用Q表示，单位为W（W=J/S）
表达式为
Q qF
2019年6月20日
焦耳/秒(J / s)
12
1. 热流密度 定义：单位时间内通过单位面积的热量叫热流密度。
1000℃，其外表面温度为100℃，求该炉墙的散热量。
解：散热量散热量计算公式： q t1 t2
已知t1=1000℃,
s
t2=100℃,S=0.345m
炉墙平 均温度
tp
1000 100 2
550 C
查教材P179附表3，得粘土砖的平均热导率
λ =0.698+0.64×10-3t，把tp=550℃代入t得： λ =0.698+0.00064×550=1.056[w/(m ℃)]
热处理炉 课程
教材：吉泽生《热处理炉》
电子教案
武汉科技大学 材料与冶金学院 金 属 材 料 工 程 系 从善海
2019年6月20日
1
教材：《热处理炉》
吉泽升编著，哈尔滨工程大学出版社，06年8月版
参考书：
1.《热处理炉》 曾祥模主编，
西北工业大学出版社，1989年8月
2.《热处理车间设备及设计》 臧尔寿主编，
热导率为0.006～0.6W／（m·℃）
19
●固体非金属材料的热导率低于金属材料的热导率
耐火材料和保温材料的热导率范围： 3.0～0.025W/（m·℃）之间
空气的热导率很小（0.024W／（m·℃）
★工程上常把λ值小于0.25W／（m·℃）的材 料称为保温材料（又称绝热材料或隔热材料）
2019年6月20日
为了计算λ 值，假设界面温度t2=720℃,则轻质粘土砖 平均热导率为:
1p 0.29 0.26 103 t1p
0.29 0.26103 835 0.507[w/(m C)]
2019年6月20日
t1p
t1
t2 2
950 720 2
835 C
t
解：由公式可知，两层平壁
t1 950C
炉墙的传导热流密度q为：
t2
q
t1 t3 s1 s2
1 2
2019年6月20日
(W 0.230
0 双层平壁炉墙导热 31 x
式中： t1 t3 950 50 900 C
S1 0.115m ，S2 0.23m
辐射有一个重要的特点，就是它是 “对等的”。不论物体(气体)温度 高低都向外辐射，甲物体可以向乙 物体辐射，同时乙也可向甲辐射。 这一点不同于传导，传导是单向进 行的。遭遇到大量辐射的人都应用 肥皂和大量清水彻底冲洗整个身体, 并立即寻求医生或专家的帮助 !
2019年6月20日
9
二、关于温度场、温度梯度
q Q dt
F dx
t2 dt
s
q dx
t1
0
q
dt dx
t
t1
q
q t1 t2 s
q
t1
s
t
2
(W / m2)
Q
qF
t1
s
t2
2019年6月20日
F
(1 8) (W )
0
(1 9)
热导率 λ恒定
t2
dx
s
单层平壁 炉墙导热
23
32
同理， A级硅藻土砖平均热导率为
t 2p
t2
t3 2
720 50 2
385 C
2p 0.1 0.23103 t2p
0.1 0.23103 385
0.188[w/(m C)]
q t1 t3 950 50 620 (W / m2 ) S1 S2 0.115 0.230
F F
2
2
33
2019年6月20日
t
2
t 1
Q
s1
1 F
1
1
t3
Q
(W )
s1 s2
( C )
图1-4复合多层 平壁炉墙导热
26
Q qF dt F dt 2rL
dr
dr
四、圆筒炉墙的导热
1、单层圆桶炉墙的稳定导热
dt Q dr
2L r
t2
Q r2 dr
bt 0.698 0.64103 t
t
0
t
(t1
t
)
2
2
2019年6月20日
17
2.算术平均法
取炉墙两表面对应温度下的热导率的算术平均值λm
t1 1 m
2
t2
t t t t
( ) [( b 1 2
b )(
0
1
b
0
)]
2
1
2
m
s 为单位面积 的平壁热阻
s
是面积为F的
F
平壁热阻
F的取值：
当 F 2 2时 F1
当 F 2 ＞2时 F1
F F1 F2 2
F F1F 2
(m2 )
(m2 )
(110)
(1 11)
2019年6月20日
24
2.关于多层平壁炉墙导热的计算公式
图1-2为3层不同材料与厚度平壁炉墙
0
x
图1-2多层平 壁炉墙导热
25
3.复合多层炉墙的热流量计算公式
求通过炉墙的热流Q及界面温度t2
Q 1
t1 t2 s1
F 1 1
Q t2 t3 t2 — t3
2
s s 2
2
F 2 2
F 3 3
ⅠⅡ
t1
t2
Ⅲ
2 3
QQ Q
1
2
Q
t1 t3
s1
s2
F 1 1
1p 2p 0.507 0.188
2019年6月20日
33
验算中间温度
t2
t1
q S1
1
950
620 0.115 0.507
810 C
810 720 100% 11%( 5%) 810
误差太大，需要重 新假设中间温度
q 1000100 2684.7w / m2 0.345
答：炉侧墙散热量 为2684.7W/m2
2019年6月20日
1.056
30
例题2：有一箱式电阻炉为双层平壁炉墙(侧墙)，内层由QN－1.0 的轻质砖砌成，外层由A级硅藻土砖，内外层厚分别为115㎜和 230㎜，已知炉内表面温度为920℃，外表温度为50℃，试计算稳 定态时炉墙的散热损失热流密度、界面温度。
定义：
物体间通过辐 射能进行的热 能传递过程， 称为辐射传热
特点： ①辐射传热不需要任何介质 ②辐射传热伴随着能量的转化
热能→辐射能→热能 ③辐射体之间能同时向对方辐射能量
和吸收对方投射来的辐射能量 ④ “对等性”
1.从中心向各个方向沿着直线伸展出去。 2.指热辐射、光线、无线电波等电磁波的传播也叫辐射。