传热学(全套课件666P) ppt课件
合集下载
相关主题
- 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)。
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？
(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
❖ 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。
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？
❖ 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。
❖ 2 、研究对象 ❖ 传热学研究的对象是热量传递规律。 ❖ 3 、研究方法
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。
❖ （ 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。
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
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
❖ 当物体的温度仅在 x 方向放生变化时，按 傅立叶定律，热流密度的表达式为:
q dt
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
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。
❖ 2) 有利于创造性思维能力的培养
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/ ㎡。
❖ （ 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。
（ 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。
❖ 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。
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：
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。
§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Βιβλιοθήκη Baidu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
❖ 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。
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？
❖ 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。
❖ 2 、研究对象 ❖ 传热学研究的对象是热量传递规律。 ❖ 3 、研究方法
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。
❖ （ 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。
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
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
❖ 当物体的温度仅在 x 方向放生变化时，按 傅立叶定律，热流密度的表达式为:
q dt
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
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。
❖ 2) 有利于创造性思维能力的培养
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/ ㎡。
❖ （ 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。
（ 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。
❖ 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。
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：
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。
§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Βιβλιοθήκη Baidu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