传热学全套课程教学课件

日常生活
太阳能集热器
家用散热片 是传热学的最简单运用
建筑上,利用空气导 热系数小的特点, 制成的空心砖具有 良好的保温效果。
空心砖
实心砖
天气环境
环境科学家估计:如果全球大气平均温度升高5-6 度，目前南北极地区的冰雪将融化，地球上绝大 部分陆地将被淹没。
温室效应: 大气中的二氧化碳含量增加,近地表大气层起着温室 玻璃的作用,太阳光可以射到温室，但热量很难发射 出去,这样使得地球的温度升高。
度，℃。
如果把温差记为 ，t 并约定永远取正值，
则牛顿冷却公式可表示为
q ht
（1-5）
Aht
（1-6）
其中 h —比例系数（表面传热系数）
单位
W。/ m2 K
h 的物理意义：单位温差作用下通过 单位面积的热流量。 表面传热系数的大小与传热过程中的许多因 素有关。它不仅取决于物体的物性、换热表 面的形状、大小相对位置，而且与流体的流 速有关。
成的。 3）沸腾换热及凝结换热：
液体在热表面上沸腾及蒸汽在冷表面上凝结的对流 换热，称为沸腾换热及凝结换热（相变对流沸腾）。
3 、对流传热的基本规律（ 牛顿 冷却公式 ）
流体被加热时：
q h(t w t f )
流体被冷却时：
q h(t f t w )
（1-3） （1-4）
式中，t w 及 分t f别为壁面温度和流体温
4.传热学在科学技术各个领域中的应用
三种类型：
（1）强化传热。在一定条件下增加传递的热量。 空调等。 （2）削弱传热。在一定条件下使传递的热量降低 到最小。保温材料等。 （3）温度控制。对热能传递过程中关键部位的温 度进行控制。电子器件的冷却等。
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？
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。
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。
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，按傅 立叶定律，热流密度的表达式为:
传热学
为什么要学习传热学
自然界温差无处不在，无时不有 传热学是能源、动力、化工、机械、电子、土
木等学科的主干技术基础课 传热学与流体力学、工程热力学并称能源动力
类专业的三大支柱
第一章 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 热能传递的三种基本方式 §1-3 传热过程和传热系数 §1-4 传热学发展简史和研究方法
2) 对流传热：流体流过一个物体表面 时的热量传递过程，称为对流传热。
2 、对流换热的分类
1）根据对流传热时是否发生相变分：有相变的
对流传热和无相变的对流传热。
2）根据引起流动的原因分：自然对流和强制对流。
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。
强制对流： 流体的流动是由于水泵、风机或其他压差作用所造
芯片内空气流动换热示意图
c 制冷：跨临界二氧化碳汽车空调 d 新能源：太阳能
§1-2 热量传递的三种基本方式
热能传递三种方式： 热传导、热对流与热辐射
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。
几个特殊领域中的具体应用 a 航空航天：空间飞行器重返大气层冷却； 超高音速飞行器（Ma=10）冷却。
火箭升空
在航空航天领域,航天飞机表面材料要求绝热良好；卫星上装 有的太阳能吸收装置能提供卫星工作所需的部分能量。
b 微电子： 电子芯片冷却
电子器件
电脑内,必须加强诸多芯 片的散热
CPU芯片
电脑主板
2 、导热的基本规律
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
A dt
dx
A dt
dx
（1-1）
§1-1 传热学的研究内Biblioteka Baidu及其在科 学技术和工程中的应用
一、研究内容 1 、传热学
传热学是研究由温差引起的热能传递规律的学科。 1)物体内只要存在温差，就有热能从物体的高温部分 传向低温部分； 2)物体之间存在温差时，热能就会自发的从高温物体 传向低温物体。
2 、连续介质假定
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。
3.传热学与工程热力学的关系
联系：
a. 二者都是研究与热现象有关的科学； b. 工程热力学第一、第二定律是进行传热学研究
的基础。
区别：
a.工程热力学研究的是处于平衡状态的系统，不 存在温差或压力差，而传热学研究的是温差存 在时的热能传递规律。 b.参数单位区别,工程热力学参数单位不包含时 间，传热学参数单位包含时间。 c.工程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。
q dt
A dx
（1-2）
说明：傅立叶定律又称导热基本定律，式（11）、（1-2）是一维稳态导热时傅立叶定律的 数学表达式。
通过分析可知：
（1）当温度 t 沿 x 方向增加时， dt＞０而 q＜
dx
０，说明此时热量沿 x 减小的方向传递； （2）反之，当t沿x方向减小时， dt ＜0 ，q＞
dx
0时，说明热量沿 x 增加的方向传递。 （3）导热系数 λ 表征材料导热性能优劣的参
数，是一种物性参数，单位： w/m.k 。
二、热对流
1 、基本概念
1) 热对流：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 掺混所引起的热能传递过程。 热对流仅发生在流体中，对流的同时必伴随 有导热现象,因为流体分子同时在进行着不规 则的热运动。