传热学-第一章

1、 传传 热热 学学 任课教师：王秀春任课教师：王秀春参参 考考 书书v 教材教材: 传热学传热学 杨世铭、陶文铨编著，第三版杨世铭、陶文铨编著，第三版v传热学传热学 赵振南赵振南v数值传热学数值传热学 陶文铨编著陶文铨编著v对流换热对流换热 杨强生杨强生v凝结和沸腾凝结和沸腾施明恒等编著施明恒等编著v辐射换热辐射换热 余其铮编著余其铮编著v Heat Transfer (2nd Edition), by Anthony F. Millsv Heat Transfer , by J.P.Holman（有中译本）（有中译本）v Fundamentals of Heat Transfer, by F

2、. P. Incropera, D.P. DeWitt （有中译（有中译本）本） 课程要求v重要性： 1.热能工程专业的基础课：传热学是研究热量传递的科学。传热学不仅是能源动力类专业的基础课,也是一门与工业领域密切相关的专业课。根据教育部热工课程指导委员会调查统计，原国家教委公布的本科专业国家修订方案的个大类工科专业中，传热学知识对其中的个大类专业的生产与科研活动有重要影响。（国外很多大学作为工科基础课） 2.考研课程 3.前沿交叉学科：微尺度传热、生物医学等（留学热门）v培养目标：具有良好的知识、能力、素质结构，获得基本训练的高级工程人才。毕业后即可在生产一线从事设计、制造、运行、研究开发、

3、营销管理；又可继续深造攻读更高学位。v 要求：厚基础、强能力、高素质、有特色。 自学、领悟掌握物理机理。 纪律与学术活跃并重传热学课程的学习要求与考核方法传热学课程的学习要求与考核方法：10%10% 期末考试：期末考试： 70%70%第第一章章 绪绪 论论1-0 概概 述述 1. 1. 传热学（传热学（Heat TransferHeat Transfer） （1）传热学的）传热学的 传热学主要研究热量传递的规律以及控制和优化热传热学主要研究热量传递的规律以及控制和优化热量传递过程的方法量传递过程的方法。热量热量:在温差的作用下传递的在温差的作用下传递的热能热能的数量。由于温差几的数量。由于温差

4、几乎无处不在，所以热量传递是日常生活和生产实践乎无处不在，所以热量传递是日常生活和生产实践中普遍存在的物理现象。中普遍存在的物理现象。热能热能: 即即热力学能。热力学能。氢、酒精等二次能源氢、酒精等二次能源 燃料电池燃料电池 电电 能能 机械能机械能 辐射能辐射能热热 能能风能、水能、海洋能风能、水能、海洋能 机机 械械 机械能机械能直接利用直接利用发电机发电机 煤、石油、天然气煤、石油、天然气 热热 能能热机热机直接利用直接利用核核 能能核反应核反应 太阳能太阳能光合作用光合作用生物质能生物质能燃烧燃烧食物利用食物利用集热器集热器光电池光电池90燃烧燃烧 （2）传热学的主要）传热学的主要2.

5、 2. 传热学与工程热力学的关系传热学与工程热力学的关系(1) 热力学 + 传热学 = 热科学(Thermal Science) 系统从一个平衡态到系统从一个平衡态到另一个平衡态的过程另一个平衡态的过程中传递热量的多少。中传递热量的多少。 关心的是热量传关心的是热量传递的过程，即热递的过程，即热量传递的速率。量传递的速率。热力学：传热学：tm)(),(fzyxt水，M220oC铁块, M1300oC图1-1 传热学与热力学的区别(2) 传热学以热力学第一定律和第二定律为基础，即 始终从高温热源向低温热源传递，如果没有能量形式的转化，则 始终是守恒的3 3 传热学应用实例传热学应用实例 自然界与

6、生产过程到处存在温差自然界与生产过程到处存在温差 传热很普遍传热很普遍 b b 夏天人在同样温度（如：夏天人在同样温度（如：2525度）的空气和水中的感度）的空气和水中的感觉不一样。为什么？（泰坦尼克号男女主人公在水中觉不一样。为什么？（泰坦尼克号男女主人公在水中和救生筏上命运不同）和救生筏上命运不同）(1) (1) 日常生活中的例子：日常生活中的例子：a a 人体为恒温体。若房间里气体的温度在夏天和人体为恒温体。若房间里气体的温度在夏天和 冬天都保持冬天都保持2020度，那么在冬天与夏天、人在房间里所度，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？穿的衣服能否一样？为什么？c 北

7、方寒冷地区，建筑房屋都是双层玻璃，以北方寒冷地区，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？利于保温。如何解释其道理？越厚越好？d 深秋的晴朗早晨，地上的植物叶子会结霜。深秋的晴朗早晨，地上的植物叶子会结霜。是上表面还是下表面结霜？是上表面还是下表面结霜？(2) (2) 特别是在下列技术领域大量存在传热问题特别是在下列技术领域大量存在传热问题(3) (3) 几个特殊领域中的具体应用几个特殊领域中的具体应用a a 航空航天：高温叶片气膜冷却与发汗冷却；火箭航空航天：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；推力室的再生冷却与发汗冷却；卫星与

8、空间站热控制；空间飞行器重返大气层冷却；超高音速飞行器空间飞行器重返大气层冷却；超高音速飞行器（Ma=10Ma=10）冷却；核热火箭、电火箭；微型火箭（电）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火箭、化学火箭）；太阳能高空无人飞机动力、化工、制冷、建筑、机械制造、新能源、微电子、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（核能、航空航天、微机电系统（MEMSMEMS）、新材料、军事）、新材料、军事科学与技术、生命科学与生物技术科学与技术、生命科学与生物技术b b 微电子：微电子： 电子芯片冷却电子芯片冷却c c 生物医学：肿瘤

9、高温热疗；生物芯片；组织与器生物医学：肿瘤高温热疗；生物芯片；组织与器 官的冷冻保存官的冷冻保存d d 军军 事：飞机、坦克；激光武器；弹药贮存事：飞机、坦克；激光武器；弹药贮存e e 制制 冷：跨临界二氧化碳汽车空调冷：跨临界二氧化碳汽车空调/ /热泵；高温热泵；高温 水源热泵水源热泵f f 新新 能能 源：太阳能；燃料电池源：太阳能；燃料电池4 4 传热过程的分类传热过程的分类按温度与时间的依变关系，可分为稳态和非稳态两大类。按温度与时间的依变关系，可分为稳态和非稳态两大类。5. 5. 传热学发展简史传热学发展简史1818世纪世纪3030年代工业化革命促进了传热学的发展年代工业化革命促进了

10、传热学的发展v导热（导热（Heat conductionHeat conduction）钻炮筒大量发热的实验（钻炮筒大量发热的实验（B. T. Rumford, 1798B. T. Rumford, 1798年）年）两块冰摩擦生热化为水的实验（两块冰摩擦生热化为水的实验（H. Davy, 1799H. Davy, 1799年）年）导热热量和温差及壁厚的关系（导热热量和温差及壁厚的关系（J. B. BiotJ. B. Biot, 1804, 1804年）年）Fourier Fourier 导热定律导热定律 (J. B. J. Fourier , 1822 (J. B. J. Fourier ,

11、1822 年）年）G. F. B. Riemann/ H. S. Carslaw/ J. C. G. F. B. Riemann/ H. S. Carslaw/ J. C. Jaeger/ M. JakobJaeger/ M. Jakob v导热：v1730年英国工业革命推动：热素说v1898、99轮福特和戴维的钻炮筒发热和冰块摩擦生热：热来源于物体内部运动v1807、1822付里叶“热的解析理论”热传导基本定律 （从能量守恒出发）导热微分方程v对导热微分方程的求解促进了数学科学的发展：v稳态：一、二、三维；v非稳态、忽略内部温度梯度：集总参数法；v非稳态一维：级数解、诺谟图、近似解；v数值解

12、v对流换热对流换热 （Convection heat transferConvection heat transfer）不可压缩流动方程不可压缩流动方程 （M.Navier,1823M.Navier,1823年年) )流体流动流体流动NavierNavier-Stokes-Stokes基本方程基本方程 (G.G.Stokes,1845(G.G.Stokes,1845年）年）雷诺数雷诺数(O.Reynolds,1880(O.Reynolds,1880年）年）自然对流的理论解（自然对流的理论解（L.LorentzL.Lorentz, 1881, 1881年）年）管内换热的理论解（管内换热的理论解（

13、L.GraetzL.Graetz, 1885, 1885年；年；W.Nusselt,1916W.Nusselt,1916年）年）凝结换热理论解凝结换热理论解 （W.NusseltW.Nusselt, 1916, 1916年）年）强制对流与自然对流无量纲数的原则关系强制对流与自然对流无量纲数的原则关系 （W.Nusselt,1909W.Nusselt,1909年年/1915/1915年）年）流体边界层概念流体边界层概念 （L.PrandtlL.Prandtl, 1904, 1904年）年）热边界层概念热边界层概念 （E.PohlhausenE.Pohlhausen, 1921, 1921年）年）

14、湍流计算模型湍流计算模型 （L.Prandtl,1925L.Prandtl,1925年；年；Th.VonTh.Von Karman, Karman, 19391939年；年；R.C. MartinelliR.C. Martinelli, 1947, 1947年）年） v1701年牛顿提出牛顿冷却定律；v1823和1845年纳维和斯托克斯队流动的数学描述：纳维-斯托克斯方程复杂无法求解；v打破僵局：v1）1880，雷诺提出无量纲物理量-雷诺数；1909和1915努塞尔的无量纲分析法奠定了试验的基本方法；v2）1904年普朗特提出边界层理论，使N-S方程得到简化，可以解析求解v热辐射及辐射换热热辐

15、射及辐射换热(Thermal radiation)(Thermal radiation)黑体辐射黑体辐射1803年发现红外线才被确认19世纪末的斯蒂芬-波尔兹曼定律-黑体辐射基本定律；挑战：黑体辐射的光谱能量分布1896年维恩和瑞利、金斯的公式缺陷；直到1900年普朗克的量子假设的怀疑 爱因斯坦提出的光量子学说后才被人们接受。普朗克定律奠定了热辐射理论的基础；辐射换热的两个重要问题：1）发射率与吸收比的关系-1860年基尔霍夫定律； 光谱能量分布的实验数据光谱能量分布的实验数据(O.Lummer,1889(O.Lummer,1889年）年）黑体辐射能量和温度的关系黑体辐射能量和温度的关系(J.

16、Stefan(J.Stefan and and L.Botzmann,1889L.Botzmann,1889年）年）黑体辐射光谱能量分布的公式黑体辐射光谱能量分布的公式v维恩公式（维恩公式（18961896年）年）/Rayleigh-Jeans/Rayleigh-Jeans公式公式v能量子假说能量子假说 （M. Planck,1900M. Planck,1900年）年）/ /光量子理论光量子理论（A.Einstein,1905A.Einstein,1905年）年）物体的发射率与吸收比的关系（物体的发射率与吸收比的关系（G.Kirchhoff,1859G.Kirchhoff,1859年年/186

17、0/1860年）年）物体间辐射换热的计算方法物体间辐射换热的计算方法 （波略克，（波略克，19351935年；年；H.C.HotelH.C.Hotel, 1954, 1954年；年；A.K.Oppenheim,1956A.K.Oppenheim,1956年年) )v数值传热学数值传热学 （19701970年）年）近年来的数值法得到飞速发展： 离散化 代数方程组 求解方法近年来，科技领域的重大发展对传热学的教材、教学产生了重大影响 年代世界能源危机促进了强化传热的研究； 核能工程的发展促进了多向流传热的研究； 电子器件冷却技术的发展为传热学提供了许多强化传热课题； 计算机与信息技术的发展使数值传

18、热学普遍被传热学教材 采纳为一个重要内容； 航空航天事业的发展，增强了辐射换热、超级绝热材料和热管 的内容； 全球日益严重的环境问题对传热学教学内容产生了极大影响； 可持续发展战略及新能源、可再生能源的开发对传热学教学 内容产生了极大影响； 纳米技术的兴起也对传热学的基本内容提出了新的要求。1-1 1-1 热量传递的三种基本方式热量传递的三种基本方式1 1 导热（热传导）导热（热传导）(Conduction)(Conduction)热量传递的三种基本方式：导热热量传递的三种基本方式：导热( (热传导热传导) )、对流、对流( (热对流热对流) )和热辐射和热辐射。(1)(1)定义：定义：指温度

19、不同的物体各部分或温度不同的两物体指温度不同的物体各部分或温度不同的两物体间直接接触时，依靠分子、原子及自由电子等微观粒间直接接触时，依靠分子、原子及自由电子等微观粒子热运动而进行的热量传递现象子热运动而进行的热量传递现象(2)(2)物质的属性：物质的属性：可以在固体、液体、气体中发生可以在固体、液体、气体中发生(3)(3)导热的特点：导热的特点：a a 必须有温差；必须有温差；b b 物体直接接触；物体直接接触；c c 依靠分子、原子及自由电子等微观粒子热运动而传递依靠分子、原子及自由电子等微观粒子热运动而传递热量；热量；d d 在引力场下单纯的导热只发生在密实固体在引力场下单纯的导热只发生

20、在密实固体中。中。(4)(4)导热的基本定律：导热的基本定律： 1822年，法国数学家Fourier: 只要物体存在温度差，即温度梯度，能量就会从高温区向低温区转移。单位时间内通过某处的导热热量与当地的温度变化率（温度梯度）及面积（与法向温度梯度垂直的面积）成正比。 图图1-2 1-2 一维稳态平板内导热一维稳态平板内导热t0 x dxdtQ* ：热流量，单位时间传递的热量：热流量，单位时间传递的热量W；q：热流密度，单位时间通过：热流密度，单位时间通过单位面积传递的热量；单位面积传递的热量；A：垂直于导热方向的截面积：垂直于导热方向的截面积m2； ：导：导热系数（热导率）热系数（热导率）W/

21、( m K)。负号表示热量传递的方向与温度梯。负号表示热量传递的方向与温度梯度的方向（温度升高的方向）相反。度的方向（温度升高的方向）相反。W ddxtA2mW ddxtAq上式称为上式称为FourierFourier定律，号称导热基本定律，是一个一定律，号称导热基本定律，是一个一维稳态导热。其中：维稳态导热。其中：(6) (6) 一维稳态导热及其导热热阻一维稳态导热及其导热热阻 如图如图1-31-3所示，稳态所示，稳态 q = const q = const，于是积分，于是积分FourierFourier定律有：定律有：210 dd21wwttttqtxqww(5) (5) 导热系数导热系数

22、 表征材料导热能力的大小，是一种物性参数，与材料种表征材料导热能力的大小，是一种物性参数，与材料种类和温度关。类和温度关。气体液体非金属固体金属1wt2wtA图图1-3 1-3 导热热阻的图示导热热阻的图示 1wt2wtt0 x dxdtrtttqww21RtAttww21rAR 导热热阻导热热阻单位导热热阻单位导热热阻例例 题题 1-11-1例题例题 1-1 1-1 一块厚度一块厚度=50 =50 mm mm 的平板，的平板， 两侧表面分别维两侧表面分别维持在持在.100,30021CtCtowow试求下列条件下的热流密度。试求下列条件下的热流密度。(1)(1)材料为铜，材料为铜，=375

23、=375 w/(mKw/(mK ); );(2)(2)材料为钢，材料为钢， =36=36.4.4 w/(mKw/(mK ); );(3)(3)材料为铬砖，材料为铬砖， =2.=2.3232 w/(mKw/(mK ) )；(4)(4)材料为硅藻土砖，材料为硅藻土砖， =0.=0.242242 w/(mKw/(mK ) )。解：参见解：参见图图1-31-3。 及一维稳态导热公式有：及一维稳态导热公式有：2321mW1028. 905. 010030032. 2wwttq铬砖：铬砖： 2221mW1068. 905. 0100300242. 0wwttq硅藻土砖：硅藻土砖：讨论：讨论：由计算可见，由

24、计算可见， 由于铜与硅藻土砖导热系数的巨大差由于铜与硅藻土砖导热系数的巨大差别，别， 导致在相同的条件下通过铜板的导热量比通过硅藻土导致在相同的条件下通过铜板的导热量比通过硅藻土砖的导热量大三个数量级。砖的导热量大三个数量级。 因而，铜是热的良导体，因而，铜是热的良导体， 而而硅藻土砖则起到一定的隔热作用硅藻土砖则起到一定的隔热作用2621mW105 . 105. 0100300375wwttq铜：铜：2521mW1046. 105. 01003004 .36wwttq钢：钢：复习：v1 传热学的研究内容v 2 传热学与工程热力学的关系 ：v 3 传热学应用实例 v4 传热过程的分类导热 ：(

25、1) 定义 (2) 物质的属性 (3) 导热的特点 (4) 导热的基本定律 (5) 导热系数思考：一维傅立叶定律的基本表达式及其中各一维傅立叶定律的基本表达式及其中各物理量的定义。物理量的定义。(1)(1)定义定义：流体中（气体或液体）温度不同的各部分之流体中（气体或液体）温度不同的各部分之 间，由于发生相对的宏观运动而把热量由一处间，由于发生相对的宏观运动而把热量由一处 传递到另一处的现象。传递到另一处的现象。2 2 对流（热对流）对流（热对流）(Convection)(Convection)(2(2) ) 对流换热对流换热：当流体流过一个物体表面时的热量传递过程，它与当流体流过一个物体表面

26、时的热量传递过程，它与单纯的对流不同，具有如下特点：单纯的对流不同，具有如下特点： a a 导热与热对流同时存在的复杂热传递过程导热与热对流同时存在的复杂热传递过程 b b 必须有流体与壁面直接接触和宏观运动；流体与壁面也必须有流体与壁面直接接触和宏观运动；流体与壁面也 必须有温差必须有温差 c c 壁面处会形成速度梯度很大的边界层壁面处会形成速度梯度很大的边界层 (3)(3)对流换热的分类对流换热的分类 无相变：强迫对流和自然对流无相变：强迫对流和自然对流 有相变：沸腾换热和凝结换热有相变：沸腾换热和凝结换热图图1-4 1-4 对流换热中边界层的示意图对流换热中边界层的示意图W )(tthA

27、w2mW )( fwtthAqConvection heattransfer coefficient(4) (4) 对流换热的基本计算公式对流换热的基本计算公式牛顿冷却公式牛顿冷却公式h 表面传热系数 热流量W，单位时间传递的热量q2mW 热流密度K)(mW2A2m 与流体接触的壁面面积wt C 固体壁表面温度t 流体温度 C对流换热的机理v壁面处u=0,只有导热存在，壁面处的换热机理是导热。可用付利叶定律计算。v为什么还要考虑流体的流速u呢？ 因为温度梯度dt/dn与流体速度有关， 流速越大dt/dn越大，热量传递越快。 当流体与壁面温度相差当流体与壁面温度相差1 1度时、每单位壁面面积上、

28、度时、每单位壁面面积上、单位时间内所传递的热量。单位时间内所传递的热量。对流换热系数与过程有关，对流换热系数与过程有关，不是物性参数。不是物性参数。)( ttAhwK)(mW2影响影响h h因素：因素：流速、流体物性、壁面形状大小等流速、流体物性、壁面形状大小等hhrthtqRthAt 1 )(1（Convection heat transfer coefficientConvection heat transfer coefficient）(5) (5) 对流换热系数对流换热系数( (表面传热系数表面传热系数) )hhrthtqRthAt 1 )(1 )(1WChARh 12WCmhrhTh

29、ermal resistance for convectionThermal resistance for convection(6) (6) 对流换热热阻：对流换热热阻： h W /( m2K) 225 501000 25250 5025000 2500100000 2000100000(1)(1) 定义定义：由热运动产生的，以电磁波形式传递能量的现象：由热运动产生的，以电磁波形式传递能量的现象热辐射热辐射(Thermal radiation)(Thermal radiation)(2)(2) 特点特点：a a 任何物体，只要温度高于任何物体，只要温度高于0 K0 K，就会不停地向，就会不停

30、地向周围空间发出热辐射；周围空间发出热辐射；b b 可以在真空中传播；可以在真空中传播；c c 伴随能量形伴随能量形式的转变；式的转变；d d 具有强烈的方向性；具有强烈的方向性；e e 辐射能与温度和波长均辐射能与温度和波长均有关；有关；f f 发射辐射取决于温度的发射辐射取决于温度的4 4次方。次方。 (3) (3) 生活中的例子：生活中的例子： a a 当你靠近火的时候，会感到面向火的一面比背面热；当你靠近火的时候，会感到面向火的一面比背面热； b b 冬天的夜晚，呆在有窗帘的屋子内会感到比没有窗帘时冬天的夜晚，呆在有窗帘的屋子内会感到比没有窗帘时 要舒服；要舒服； c c 太阳能传递到

31、地面太阳能传递到地面 d d 冬天，蔬菜大棚内的空气温度在冬天，蔬菜大棚内的空气温度在00以上，但地面却可能以上，但地面却可能 结冰。结冰。图图1 16 6(5) (5) 辐射换热的特点辐射换热的特点a a 不需要冷热物体的直接接触；即：不需要介质的存在，在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真空中就可以传递能量b b 在辐射换热过程中伴随着能量形式的转换在辐射换热过程中伴随着能量形式的转换 物体热力学能物体热力学能 电磁波能电磁波能 物体热力学能物体热力学能c c 无论温度高低，物体都在不停地相互发射电磁无论温度高低，物体都在不停地相互发射电磁 波能、相波

32、能、相 互辐射能量；高温物体辐射给低温物体的能量大于低温物互辐射能量；高温物体辐射给低温物体的能量大于低温物 体辐射给高温物体的能量；总的结果是热由高温传到低温体辐射给高温物体的能量；总的结果是热由高温传到低温(4) (4) 辐射换热：辐射换热：物体间靠热辐射进行的热量传递，它与单纯的物体间靠热辐射进行的热量传递，它与单纯的热辐射不同，就像对流和对流换热一样，热辐射不同，就像对流和对流换热一样，( (参照图参照图1 16)6)。 (6) (6) 辐射换热的研究方法：辐射换热的研究方法：假设一种黑体，它只关心热辐假设一种黑体，它只关心热辐射的共性规律，忽略其他因素，然后，真实物体的辐射射的共性规

33、律，忽略其他因素，然后，真实物体的辐射则与黑体进行比较和修正，通过实验获得修正系数，从则与黑体进行比较和修正，通过实验获得修正系数，从而获得真实物体的热辐射规律而获得真实物体的热辐射规律(7) (7) 黑体的定义：黑体的定义：能吸收投入到其表面上的所有热辐射的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，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黑体的吸收能力最强 (8)(8)黑体辐射的控制方程：黑体辐射的控制方程： Stefan-Boltzmann Stefan-Boltzmann 定律定律 ，4TA4Tq ，4TA真实物体则为：真

34、实物体则为： 式中A为辐射表面积m2,T为热力学温度K，为斯忒藩-玻尔兹曼常数，或称黑体辐射常数，其值为5.67*10-8W/(m2K4)为实际物体的发射率，又称黑度，其值小于1。由于实际物体的辐射能不完全与温度的4次方成正比，为简化按4次方计算，所产生的误差放到中修正。)(424121TTq42T1T2T图图1 17 7 两黑体表面间的辐射换热两黑体表面间的辐射换热41T（9 9） 两黑体表面间的辐射换热两黑体表面间的辐射换热 ( (参见图参见图1 17)7)：)(4241TTA（10）物体被包围在大表面空腔内时两表面间的辐射换热 当一温度为T1，面积为A1，发射率1的实际物体被包围在温度为

35、T2，面积为A2，发射率2的大表面空腔内时两表面间的辐射换热可按下式计算： =1*A1*(T14-T24）v上式的推导将在第八章讲解例例 题题 1-21-2v 一根水平放置的蒸汽管道， 其保温层外径d=583 mm，外表面实测平均温度及空气温度分别为 ，此时空气与管道外表面间的自然对流换热的表面传热系数h=3.42 W /(m2 K), 保温层外表面的发射率CtCtfw23,489 . 0问：（1） 此管道的散热必须考虑哪些热量传递方式； （2）计算每米长度管道的总散热量。解：解：（1）此管道的散热有辐射换热和自然对流换热两种方式。（2）把管道每米长度上的散热量记为lq量为：)(,fwcltt

36、dhthdq)/( 5 .156)2348(42. 3583. 014. 3mW近似地取室内物体及墙壁表面温度为室内空气温度， 于是每米长度管道外表面与室内物体及墙壁之间的辐射为：)(4241,TTdqrl)/(7 .274)27323()27348(9 . 01067. 5583. 014. 3448mW讨论： 计算结果表明， 对于表面温度为几十摄氏度的一类表面的散热问题， 自然对流散热量与辐射具有相同的数量级，必须同时予以考虑。当仅考虑自然对流时，单位长度上的自然对流散热作业v1-6，8，9，12，13，14v第四版：1-9，11，12，15，17，181-2 1-2 传热过程和传热系数传

37、热过程和传热系数1 1 传热过程的定义：传热过程的定义：两流体间通过固体壁面进行的换热两流体间通过固体壁面进行的换热2 2 传热过程包含的传热方式：传热过程包含的传热方式：导热、对流、热辐射导热、对流、热辐射辐射换热、辐射换热、对流换热、对流换热、热传导热传导图图1 18 8 墙壁的散热墙壁的散热3 3 一维稳态传热过程中的热量传递一维稳态传热过程中的热量传递图图1 19 9 一维稳态传热过程一维稳态传热过程忽略热辐射换热，则忽略热辐射换热，则左侧对流换热热阻左侧对流换热热阻111AhRh固体的导热热阻固体的导热热阻右侧对流换热热阻右侧对流换热热阻221hRAhAR 1w1f1Ah tt1w1

38、11fttAhf1w11httRw1w2ttAw1w2ttAw1w2ttR2w2f2Ah ttw2f221ttAhw2f22httR稳态时上面三式的稳态时上面三式的相等，相等，传热过程中传递的热量为：传热过程中传递的热量为：2121212111)()(AhAAhttRRRttffhhff(1-10)tAkttAkff)(21传热系数传热系数 ，是表征传热过程强烈程度的标尺，是表征传热过程强烈程度的标尺，不是物性参数，与过程有关。不是物性参数，与过程有关。KmW2 传热系数传热系数21211111hhrrrhhk单位热阻或面积热阻单位热阻或面积热阻串联热阻的叠加原理v传热系数的表达式可以改写为传

39、热系数的表达式可以改写为v称为传热过程单位热阻或面积热阻，适用平壁情况。称为传热过程单位热阻或面积热阻，适用平壁情况。v或或v称为传热过程热阻，适用面积变化情况。称为传热过程热阻，适用面积变化情况。21111hhK21111AhAAhAKv串联热阻的叠加原则是：在一个串联的热量传递过程中，如果各个环节的热流量都相等，则各串联环节的总热阻等于各串联环节热阻的和。？问题：书思考题7a ） k k 越大，传热越好。若要增大越大，传热越好。若要增大 k k，可增大，可增大或减小21 , ,hhc ） h h1 1、h h2 2的计算方法及增加的计算方法及增加k k值的措施是本课程的重要值的措施是本课程

40、的重要 内容。内容。d) Kd) K与过程有关，不是物性参数。与过程有关，不是物性参数。注意：注意：b ）非稳态传热过程以及有内热源时，不能用热阻分析非稳态传热过程以及有内热源时，不能用热阻分析法法4.例题（1-23）123tf1tf21）室内外无风2）室外有风 h2变大，K变大，tf1-tf2不变，则变大。 由=Ah1(tf1-tw1)，A,h1不变时，tf1-tw1变大；由=A /(tw1-tw2),A、不变时， tw1-tw2变大；同理，tw2-tf2变小。tAkttAkff)(2121211111hhrrrhhk1-3.分析传热问题的方法1）能量的守恒要求v控制体积中的能量守恒问题：v

41、控制体积：被一个控制表面所包围的某一确定的空间，能量和物质可以通过这个控制表面。控制表面用虚线表示。v控制体积的能量守恒要求表达如下：v进入控制体积的能量（热能和机械能）减去流出控制体积的能量加上控制体积内产生的能量等于控制体内能量的变化量贮存的能量 in-out+g=st （1） 进入-流出+产生=贮存vin和out包括导热、对流、辐射三种方式传递的能量。如果是流体还包括流体输入、输出的能量。如h+v2+gz,即热能、动能、势能，一般动能和势能忽略不计。g可用化学能，核变反应，通电电能，电磁能等。当产生时为正，称热源。如吸热，为负，称热汇。st，只和控制体积内能量增加（st0）和减少（st0

42、）有关，如热平衡时，控制体内能量不增不减，就没有能量的贮存，st=0。2）表面能量平衡 常在介质表面运用能量守恒解法。因表面之内既无质量也无体积，所以方程（1）中的产生项g和贮存项st都不存在。 只有：in-out=0 （2） 式（2）在稳态、瞬态都适用。对图一.可列出表面热平衡式：cond= conv+ rad （3） 再利用 cond= -Adt/dx (一维，恒温，稳态) conv=hAt=hA (tw-t) qad=A(Tw-tsur) (表示大空腔问题)带入方程（3） ，即可求解tw(即t2)。3）应用能量守恒的解法（1）确定所研究系统的边界 用虚线划出控制体和表面。（2）仔细考虑问题的物理内容，判明能量传输过程， 并用箭头标明每一种传输过程。（3）写出能量守恒方程，并把方程中的各项用能量传输方程代入。 v解题步骤要求按以下程式：*（1）已知： 仔细阅题写出和题中提供相同的已知条件*（2）求：*（3）示意图： 几何边界，控制表面，用箭头标出传输过程*（4）假定： 列出全部你认为恰当的