传热学课程总结

1、传热学传热学 Heat TransferHeat Transfer 主主 要要 内内 容容 传热学基本内容复习传热学基本内容复习 传热学在科学技术中的应用传热学在科学技术中的应用传热学传热学 Heat TransferHeat Transfer导导 热热一一 导热的定义及特点导热的定义及特点物体各部分之间不发生相对位移物体各部分之间不发生相对位移时，依靠分时，依靠分子、原子及自由电子等子、原子及自由电子等微观粒子热运动微观粒子热运动而进而进行的热量传递现象。行的热量传递现象。1. 定义定义2. 特点特点传热学传热学 Heat TransferHeat Transfer二二 傅立叶（傅立叶（Fo

2、urier）导热定律）导热定律tqgradtnAn ()()()tttqijkxyz 1. 一般表达式一般表达式2. 物理含义物理含义关键关键关键关键传热学传热学 Heat TransferHeat Transfer三三 导热系数（导热系数（conductivity）1. 含义含义2. 四种典型物质的导热系数值四种典型物质的导热系数值铜铜(copper)钢钢(steel)水水(water)空气空气(air) 400 40 0.6 0.026KmW传热学传热学 Heat TransferHeat Transfer四四 导热微分方程导热微分方程ztzytyxtxtc)()()(三个坐标方向三个坐标

3、方向净导入的热量净导入的热量 非稳态项非稳态项内能增量内能增量内热源内热源传热学传热学 Heat TransferHeat Transfer五五 定解条件定解条件0, ,tf x y z()wfwth ttn t -wwfqn wtf1. 初始条件初始条件2. 边界条件边界条件传热学传热学 Heat TransferHeat Transfer六六 简单简单一维稳态导热的分析解一维稳态导热的分析解1. 如何判断是一维问题如何判断是一维问题2. 求解方法求解方法3. 定性分析定性分析 直接求解导热微分方程直接求解导热微分方程 对傅立叶导热定律直接积分对傅立叶导热定律直接积分传热学传热学 Heat

4、TransferHeat Transfer七七 通过肋片的稳态导热通过肋片的稳态导热1. 如何简化成一维问题？如何简化成一维问题？2. 微分方程及定解条件微分方程及定解条件3. 通过肋片的散热量通过肋片的散热量 等效热源法等效热源法 热平衡法热平衡法4. 肋片效率分析、套管温度计测温误差分析肋片效率分析、套管温度计测温误差分析传热学传热学 Heat TransferHeat Transfer八八 非稳态导热非稳态导热1. 基本概念基本概念2. 集总参数法集总参数法3. 一维非稳态导热一维非稳态导热 热扩散率热扩散率 吸热系数吸热系数 Bi数数 两个阶段两个阶段 时间常数时间常数2 . 0Fo传

5、热学传热学 Heat TransferHeat Transfer九九 导热问题的数值解法导热问题的数值解法1. 稳态问题稳态问题2. 非稳态问题非稳态问题xy热平衡法建立节点热平衡法建立节点离散方程的方法离散方程的方法显式格式和隐式显式格式和隐式格式的优缺点格式的优缺点传热学传热学 Heat TransferHeat Transfer对对 流流 换换 热热一一 什么是对流换热？什么是对流换热？1. 对流对流2. 对流换热对流换热流体流过温度不同的固体壁面时的热量流体流过温度不同的固体壁面时的热量传递过程传递过程3. 特点特点传热学传热学 Heat TransferHeat Transfer4.

6、 牛顿冷却公式牛顿冷却公式tAhthq关键关键6. 分类分类5. 影响对流换热的因素影响对流换热的因素7. 典型条件下表面传热系数的数量级（表典型条件下表面传热系数的数量级（表1-1）KmW2传热学传热学 Heat TransferHeat Transfer二二 单相对流换热单相对流换热1. 基本概念基本概念 对流换热的控制方程对流换热的控制方程 流动边界层及热边界层流动边界层及热边界层 边界层方程边界层方程 相似原理及其应用相似原理及其应用 常用的无量纲准则数（特征数）及其物理含义常用的无量纲准则数（特征数）及其物理含义ReGrNuPrSt传热学传热学 Heat TransferHeat T

7、ransfer 各种流动型式的物理特点各种流动型式的物理特点2. 实验关联式实验关联式 外部流动外部流动 内部流动内部流动 自然对流自然对流 混合对流（混合对流（概念性理解概念性理解） 三大基本量的选取三大基本量的选取 适用范围适用范围 修正（为什么？）修正（为什么？）传热学传热学 Heat TransferHeat Transfer三三 凝结换热凝结换热1. 膜状凝结与珠状凝结膜状凝结与珠状凝结 简化假设简化假设 思路思路2. Nusselt膜状凝结分析解膜状凝结分析解3. 关联式关联式横管和竖直壁面横管和竖直壁面4. 影响凝结换热的影响凝结换热的主要因素及主要因素及强化强化传热学传热学 H

8、eat TransferHeat Transfer四四 沸腾换热沸腾换热1. 大容器饱和沸腾曲线大容器饱和沸腾曲线2. 临界热流密度及其工程指导意义临界热流密度及其工程指导意义3. 影响沸腾换热的影响沸腾换热的主要因素及主要因素及强化强化传热学传热学 Heat TransferHeat Transfer辐辐 射射 换换 热热一一 热辐射的基本概念热辐射的基本概念1. 电磁波谱电磁波谱 可见光、红外线可见光、红外线 太阳辐射太阳辐射 一般工业温度范围一般工业温度范围 波长与温度的关系波长与温度的关系2. 吸收、反射、透吸收、反射、透射射 固 体 、 液固 体 、 液体体 气体气体传热学传热学 H

9、eat TransferHeat Transfer3. 黑体的概念和作用黑体的概念和作用4. 黑体辐射的基本定律黑体辐射的基本定律 Stefan-Boltzmann定律定律 Planck定律定律 Wien位移定律位移定律 Lambert定律定律传热学传热学 Heat TransferHeat Transfer 漫射表面漫射表面 灰体的概念灰体的概念 基尔霍夫定律基尔霍夫定律 实际物体表面简化的可行性实际物体表面简化的可行性5. 实际物体的辐射吸收特性实际物体的辐射吸收特性二二 辐射换热的计算辐射换热的计算 定义定义 性质性质 计算计算1. 角系数角系数传热学传热学 Heat TransferH

10、eat Transfer2. 投入辐射、有效辐射投入辐射、有效辐射qEJb11211 , 22212, 111 , 2222, 1112, 1JJXAJJXAXJAXJA3. 任意两表面之间辐射换热任意两表面之间辐射换热传热学传热学 Heat TransferHeat Transfer4. 多表面系统辐射换热多表面系统辐射换热 表面辐射热阻和空间辐射热阻表面辐射热阻和空间辐射热阻 画网络图的方法画网络图的方法 表面净辐射换热量和任意两表表面净辐射换热量和任意两表面之间的辐射换热量面之间的辐射换热量 两种特殊情形两种特殊情形 黑体、重辐射面黑体、重辐射面传热学传热学 Heat TransferH

11、eat Transfer5. 遮热板遮热板 遮热板的工作原理遮热板的工作原理 遮热板的应用遮热板的应用 如何进一步提高遮热板的遮热效果如何进一步提高遮热板的遮热效果 提高测温精度提高测温精度6. 气体辐射气体辐射 特点特点 温室效应温室效应传热学传热学 Heat TransferHeat Transfer换换 热热 器器传热学传热学 Heat TransferHeat Transfer一一 传热过程的分析和计算传热过程的分析和计算 传热过程传热过程什么是传热过程？什么是传热过程？传热方程式传热方程式tAk关键关键关键关键 总传热系数总传热系数传热过程的辨析传热过程的辨析传热学传热学 Heat

12、TransferHeat Transfer总传热系数的计算总传热系数的计算通过平壁的传热通过平壁的传热通过圆筒壁的传热通过圆筒壁的传热通过肋壁的传热通过肋壁的传热21111hhkooioiifofidhdddhttl1)ln(211)(ooihhk111传热学传热学 Heat TransferHeat Transfer 换热表面的温度工况换热表面的温度工况Const.iiRt强化传热应从强化传热应从热阻最大热阻最大的环节入手的环节入手 强化传热的突破口强化传热的突破口 临界绝缘直径临界绝缘直径电气工程动力保温管道传热学传热学 Heat TransferHeat Transfer 换热器的定义、

13、型式、特点换热器的定义、型式、特点二二 换热器的型式及平均温差换热器的型式及平均温差 简单顺流和逆流的平均温差的计算简单顺流和逆流的平均温差的计算minmaxminmaxlntttttm , maxmaxttt , minminttt传热学传热学 Heat TransferHeat Transfer 简单顺流和逆流的定性温度分布简单顺流和逆流的定性温度分布温差温差大的地方大的地方温度变化温度变化剧烈剧烈 其它复杂流动布置的平均温差的计算其它复杂流动布置的平均温差的计算ctfmmtt)(一些特殊情况一些特殊情况传热学传热学 Heat TransferHeat Transfer 设计计算和校核计算

14、设计计算和校核计算三三 换热器的热计算换热器的热计算 利用平均温差法进行换热器的设计计算利用平均温差法进行换热器的设计计算mtkA)()(22221111ttcqttcqmm 所依据的方程所依据的方程传热学传热学 Heat TransferHeat Transfer步骤步骤 - NTU 法法有关概念有关概念与平均温差法比较与平均温差法比较 污垢热阻污垢热阻传热学传热学 Heat TransferHeat Transfer 必要性必要性四四 Wilson 图解法图解法 思想思想概念性理解概念性理解五五 隔热保温技术隔热保温技术传热学传热学 Heat TransferHeat Transfer同样

15、是同样是25 的的房间，为什么冬房间，为什么冬天觉得冷，而夏天觉得冷，而夏天还感到热？天还感到热？ CQuestion 1?传热学传热学 Heat TransferHeat Transfer Question 2： 炉膛四周的水冷壁炉膛四周的水冷壁管在熊熊烈火（管在熊熊烈火（1700K）下怎么不）下怎么不会烧坏？会烧坏？?传热学传热学 Heat TransferHeat Transfer在电影泰坦尼克号中在电影泰坦尼克号中Jack冻死了，但冻死了，但Rose没有，为什么？没有，为什么？Question 3?传热学传热学 Heat TransferHeat Transfer冬天，隔着玻璃晒冬天，

16、隔着玻璃晒太阳感觉更暖和，太阳感觉更暖和，为什么？为什么？Question 4?传热学传热学 Heat TransferHeat Transfer易积雪、易结冰，易积雪、易结冰，为什么？为什么？Question 5?传热学传热学 Heat TransferHeat Transfer传热学在科学技术中的的应用传热学在科学技术中的的应用1. 各种热交换设备的合理设计与正常运行各种热交换设备的合理设计与正常运行2. 开发强化换热手段，提高设备的紧凑性开发强化换热手段，提高设备的紧凑性3. 研究有效冷却方法，保证设备安全经济运行研究有效冷却方法，保证设备安全经济运行4. 设计绝热工程，开发绝热技术设计

17、绝热工程，开发绝热技术5. 制造与运行过程中温度场与热应力的控制制造与运行过程中温度场与热应力的控制传热学传热学 Heat TransferHeat Transfer6. 合理利用能源，开发新能源合理利用能源，开发新能源7. 农、林、食品等工业中多孔介质的传热农、林、食品等工业中多孔介质的传热8. 生物、医学中的传热问题生物、医学中的传热问题9. 在发展科学测试仪器中的应用在发展科学测试仪器中的应用10.高新技术不断向传热学提出新的挑战高新技术不断向传热学提出新的挑战传热学传热学 Heat TransferHeat Transfer生生 物物 流流 体体 与与 传传 热热1. 生物芯片（生物芯

18、片（biochip）2. 肿瘤热疗肿瘤热疗3. 血液动力学（血液动力学（Hemodynamics）传热学传热学 Heat TransferHeat Transfer血液动力学（血液动力学（Hemodynamics）传热学传热学 Heat TransferHeat Transfer 动脉瘤颈夹闭术：用特制的动脉瘤夹将瘤颈夹动脉瘤颈夹闭术：用特制的动脉瘤夹将瘤颈夹闭，阻断动脉瘤的血液供应，将动脉瘤排除在闭，阻断动脉瘤的血液供应，将动脉瘤排除在血循环之外，既避免发生再出血，又保持载瘤血循环之外，既避免发生再出血，又保持载瘤动脉通畅，维持脑组织正常血供。动脉通畅，维持脑组织正常血供。 缺点：手术创伤大

19、、出血多，病人卧床时间长，缺点：手术创伤大、出血多，病人卧床时间长，恢复慢，并且某些部位的颅内动脉瘤夹闭手术恢复慢，并且某些部位的颅内动脉瘤夹闭手术难以企及。难以企及。传热学传热学 Heat TransferHeat Transfer 动脉瘤血管内微创介入治疗动脉瘤血管内微创介入治疗传热学传热学 Heat TransferHeat Transfer传热学传热学 Heat TransferHeat Transfer传热学传热学 Heat TransferHeat Transfer高新技术不断向传热学提出新的挑战高新技术不断向传热学提出新的挑战一 微时间传热过程微时间传热过程 micro-time

20、-scale Heat Transfer0( )qqgrad t 1. 背景背景激光脉冲加工技术激光脉冲加工技术时间极短：纳秒到皮秒（时间极短：纳秒到皮秒（10-9 10-12 s)功率很大：可达功率很大：可达GW（109W）2. 特点特点3. 描述描述传热学传热学 Heat TransferHeat Transfer激光应用的时间与强度图谱激光应用的时间与强度图谱传热学传热学 Heat TransferHeat Transfer二 微尺度传热微尺度传热 micro-scale Heat Transfer流动特征尺度小流动特征尺度小MEMSNEMS无论实验还是理论分析，微米、纳米传无论实验还是理论分析，微米、纳米传热学是目前国际传热界的研究热点，大热学是目前国际传热界的研究热点，大有可为。有可为。1. 特点特点传热学传热学 Heat TransferHeat Transfer 气体流动按气体流动按 数大小的分类数大小的分类(钱学森，钱学森，1946)： 连续介质区连续介质区 0.001Kn 0.0010.1Kn0.110Kn10Kn过渡区过渡区自由分子流自由分子流速度滑移、温度跳跃区速度滑移、温度跳跃区K n =L传热学传热学 Heat