传热学：第一章 绪论
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注意理解热对流与对流传热
❖ 特点：a 导热与热对流同时存在；b 必须有直接 接触（流体与壁面）和宏观运动；
❖ 分类： ❖ 无相变：强迫对流和自然对流（流动的成因）
自然对流：流体各部分由于密度差而引起的相对运动称 为自然对流。
强迫对流：由于机械的作用或其他压差而引起的相对运 动。
❖ 有相变：沸腾换热和凝结换热
传热学
第1章 绪论
1.1 传热学的研究对象和任务
1.1.1 什么是传热学 ❖ 传热学是研究热量传递规律的科学，是工
程热物理的分支学科之一。
❖ 传热的理论依据：热力学第二定律 ❖ 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。
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、石油领域： ❖ 热处理油层采油技术是开发稠油和高凝油的
一种行之有效的方法
注热流体：注入热水或蒸汽，提高油藏温度降粘 火烧油层：注入空气，燃烧部分原油以加热油层 热力降粘技术：提高井筒流体温度，降低粘度
❖ 两者关系：
qΦ A
❖ 1.1.4 传热学的研究目的
❖ 1、传热速率及其控制：强化传热，保温； ❖ 2、温度分布及其控制：热应力或热变百度文库 ❖ 要求掌握：
（1）热传递规律的基础理论知识； （2）分析传热问题的基本能力； （3）计算传热问题的基本方法； （4）一定的实验技能。
❖ 具体学习要求： ❖ （1）认真听课，不明白的地方答疑或找参考书； ❖ （2）保证课堂教学的秩序：不要聊天、不允许课
1.3 热量传递的基本方式
一、热传导（导热）：
❖ 当物体内部存在着温度差或者温度不同的两个物体 相互接触时，在不存在宏观相对运动的前提下，依 靠分子、原子及自由电子等微观粒子的热运动而产 生的能量传递现象；
❖ 机理 ❖ 特点
❖ 导热基本定律：
❖ 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
工程热力学：热铁块放入冷水中，初终态温度，放热量
铁块, M1 330oC
水，M2 20oC
传热学：温度随时间和空间的分布，换热速率
❖ 1.1.3 热流量和热流密度
❖ 热流量定义为单位时间内通过某一给定面积A的热 量；记为Φ，单位为W
❖ 通过单位面积的热流量则称为热流密度（或称面积
热流量），记为q，单位是W/m2
1.2 传热学的应用
❖ 1、工业生产：
（1）传统工业：能源动力，制冷空调、机械制 造，建筑建材，化学化工，交通运输，食品、医 疗医药等；
（2）新兴和尖端：电子（计算机散热，微尺度 ）、航空航天（空间飞行器返回大气层冷却，大 尺度）、生物生命（生物传热学、肿瘤热疗）、 新能源开发（太阳能利用、地热能等）、环境保 护、节能等等；
❖ 一般情况下，在其他条件相同时，水大于空气，强 制对流大于自然对流，相变大于无相变。
表1-1 对流传热表面传热系数的一般范围
对流传热问题的类型 自然对流传热：气体 液体 强制对流传热：气体 液体 相变对流传热：凝结 沸腾
Φ A tw1 tw2
Φ A dt
dx
q Φ tw1 tw2
A
二、热对流 ❖ 概念：流体中（气体或液体）温度不同的各部分之
间，由于发生相对位移所引起的热量传递过程。 （包含导热） ❖ 举例：烧水；暖气加热空气（只是在流体中，相对 较少） ❖ 工程上更多的是（表面）对流传热，流体流过一个 物体表面时的热量传递过程。 ❖ 举例：输油管道，暖气管道，风吹过人体等
堂上接听或拨打手机、有事提前请假 ❖ （3）独立做好作业（>50%）：是取得优异成绩的
前提 ❖ （4）按照统一格式做作业 ❖ （5）往年考试情况
❖ 作业要求： ❖ ——统一用白纸，中间对折 ❖ ——“已知－求－解”的方式。 ❖ 请每班指定一名课代表，每周一交作业 ❖ 参考书： ❖ 杨世铭，陶文铨，传热学，第3、4版 ❖ 戴锅生，传热学 ❖ 图书馆多种传热学教材及相关辅导资料 ❖ 网上多个大学的PPT课件
❖热流体循环加热降粘技术 ❖电加热降粘技术
❖ 注蒸汽工艺通常应用于稠油开发，主要机理：
❖ ——充分利用稠油粘度对温度非常敏感这一特点， 通过提高油藏温度来降低流体粘度以改善其流动性
❖ ——油藏岩石受热后的膨胀作用，可以减少最后的 残余油饱和度
❖ 注蒸汽工艺可分为蒸汽吞吐和蒸汽驱两种方法，注 入的蒸汽通常是湿蒸汽
1.1.2 传热学与工程热力学的关系
❖ 工程热力学：热能的性质、热能与机械能及 其他形式能量之间相互转换的规律，系统处 于平衡状态
❖ 传热学：热量传递规律，不可逆过程；关注 热量传递速率和温度分布。
❖ 并称热工学
❖ 传热学以热力学第一定律和第二定律为基础 ，即：热量Q 传递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。
❖ 火烧油层又称为就地燃烧——是将空气（或氧气、 液氧）连续地注入到油层中，通过自燃或点火使油 层中的部分原油燃烧，利用燃烧释放出的热量来加 热油层
❖ 目前正处于试验阶段，它对油层的适应性较广，有 前途
❖ 实际控制较难，还没有到工业化应用的阶段
❖ 油气储运工程：管线预热、加热保温，管道铺设 ❖ 石油炼制工程：加热炉，换热器，分馏塔
❖ 2、生活中：
❖ 衣（天气、气温与穿衣问题）
❖ 食（烧水、做饭的方式（烧烤、炖、炸、蒸 等）、吃饭等）
❖ 住（新建楼房加保温层，太阳能热水器、地 暖、暖气设计）
❖ 行（骑摩托车带护膝、客车内排气管等）
相关思考题
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？
❖ 基本计算公式：牛顿冷却公式
Φ hA(t f tw ) [W ] q h(t f tw) [W / m2] Φ hA(tw t f ) [W ] q h(tw t f ) [W / m2]
❖ 关键：确定对流换热系数h（理论推导、试验）
❖ 与流体的物性、换热表面的形状、大小与布置、流 速等都有密切关系（思考：是否物性参数？）。
❖ 特点：a 导热与热对流同时存在；b 必须有直接 接触（流体与壁面）和宏观运动；
❖ 分类： ❖ 无相变：强迫对流和自然对流（流动的成因）
自然对流：流体各部分由于密度差而引起的相对运动称 为自然对流。
强迫对流：由于机械的作用或其他压差而引起的相对运 动。
❖ 有相变：沸腾换热和凝结换热
传热学
第1章 绪论
1.1 传热学的研究对象和任务
1.1.1 什么是传热学 ❖ 传热学是研究热量传递规律的科学，是工
程热物理的分支学科之一。
❖ 传热的理论依据：热力学第二定律 ❖ 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。
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、石油领域： ❖ 热处理油层采油技术是开发稠油和高凝油的
一种行之有效的方法
注热流体：注入热水或蒸汽，提高油藏温度降粘 火烧油层：注入空气，燃烧部分原油以加热油层 热力降粘技术：提高井筒流体温度，降低粘度
❖ 两者关系：
qΦ A
❖ 1.1.4 传热学的研究目的
❖ 1、传热速率及其控制：强化传热，保温； ❖ 2、温度分布及其控制：热应力或热变百度文库 ❖ 要求掌握：
（1）热传递规律的基础理论知识； （2）分析传热问题的基本能力； （3）计算传热问题的基本方法； （4）一定的实验技能。
❖ 具体学习要求： ❖ （1）认真听课，不明白的地方答疑或找参考书； ❖ （2）保证课堂教学的秩序：不要聊天、不允许课
1.3 热量传递的基本方式
一、热传导（导热）：
❖ 当物体内部存在着温度差或者温度不同的两个物体 相互接触时，在不存在宏观相对运动的前提下，依 靠分子、原子及自由电子等微观粒子的热运动而产 生的能量传递现象；
❖ 机理 ❖ 特点
❖ 导热基本定律：
❖ 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
工程热力学：热铁块放入冷水中，初终态温度，放热量
铁块, M1 330oC
水，M2 20oC
传热学：温度随时间和空间的分布，换热速率
❖ 1.1.3 热流量和热流密度
❖ 热流量定义为单位时间内通过某一给定面积A的热 量；记为Φ，单位为W
❖ 通过单位面积的热流量则称为热流密度（或称面积
热流量），记为q，单位是W/m2
1.2 传热学的应用
❖ 1、工业生产：
（1）传统工业：能源动力，制冷空调、机械制 造，建筑建材，化学化工，交通运输，食品、医 疗医药等；
（2）新兴和尖端：电子（计算机散热，微尺度 ）、航空航天（空间飞行器返回大气层冷却，大 尺度）、生物生命（生物传热学、肿瘤热疗）、 新能源开发（太阳能利用、地热能等）、环境保 护、节能等等；
❖ 一般情况下，在其他条件相同时，水大于空气，强 制对流大于自然对流，相变大于无相变。
表1-1 对流传热表面传热系数的一般范围
对流传热问题的类型 自然对流传热：气体 液体 强制对流传热：气体 液体 相变对流传热：凝结 沸腾
Φ A tw1 tw2
Φ A dt
dx
q Φ tw1 tw2
A
二、热对流 ❖ 概念：流体中（气体或液体）温度不同的各部分之
间，由于发生相对位移所引起的热量传递过程。 （包含导热） ❖ 举例：烧水；暖气加热空气（只是在流体中，相对 较少） ❖ 工程上更多的是（表面）对流传热，流体流过一个 物体表面时的热量传递过程。 ❖ 举例：输油管道，暖气管道，风吹过人体等
堂上接听或拨打手机、有事提前请假 ❖ （3）独立做好作业（>50%）：是取得优异成绩的
前提 ❖ （4）按照统一格式做作业 ❖ （5）往年考试情况
❖ 作业要求： ❖ ——统一用白纸，中间对折 ❖ ——“已知－求－解”的方式。 ❖ 请每班指定一名课代表，每周一交作业 ❖ 参考书： ❖ 杨世铭，陶文铨，传热学，第3、4版 ❖ 戴锅生，传热学 ❖ 图书馆多种传热学教材及相关辅导资料 ❖ 网上多个大学的PPT课件
❖热流体循环加热降粘技术 ❖电加热降粘技术
❖ 注蒸汽工艺通常应用于稠油开发，主要机理：
❖ ——充分利用稠油粘度对温度非常敏感这一特点， 通过提高油藏温度来降低流体粘度以改善其流动性
❖ ——油藏岩石受热后的膨胀作用，可以减少最后的 残余油饱和度
❖ 注蒸汽工艺可分为蒸汽吞吐和蒸汽驱两种方法，注 入的蒸汽通常是湿蒸汽
1.1.2 传热学与工程热力学的关系
❖ 工程热力学：热能的性质、热能与机械能及 其他形式能量之间相互转换的规律，系统处 于平衡状态
❖ 传热学：热量传递规律，不可逆过程；关注 热量传递速率和温度分布。
❖ 并称热工学
❖ 传热学以热力学第一定律和第二定律为基础 ，即：热量Q 传递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。
❖ 火烧油层又称为就地燃烧——是将空气（或氧气、 液氧）连续地注入到油层中，通过自燃或点火使油 层中的部分原油燃烧，利用燃烧释放出的热量来加 热油层
❖ 目前正处于试验阶段，它对油层的适应性较广，有 前途
❖ 实际控制较难，还没有到工业化应用的阶段
❖ 油气储运工程：管线预热、加热保温，管道铺设 ❖ 石油炼制工程：加热炉，换热器，分馏塔
❖ 2、生活中：
❖ 衣（天气、气温与穿衣问题）
❖ 食（烧水、做饭的方式（烧烤、炖、炸、蒸 等）、吃饭等）
❖ 住（新建楼房加保温层，太阳能热水器、地 暖、暖气设计）
❖ 行（骑摩托车带护膝、客车内排气管等）
相关思考题
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？
❖ 基本计算公式：牛顿冷却公式
Φ hA(t f tw ) [W ] q h(t f tw) [W / m2] Φ hA(tw t f ) [W ] q h(tw t f ) [W / m2]
❖ 关键：确定对流换热系数h（理论推导、试验）
❖ 与流体的物性、换热表面的形状、大小与布置、流 速等都有密切关系（思考：是否物性参数？）。