传热学第一章绪论

主讲教师：徐颖xuying1019@126.comTel/p>

传热学

Heattransfer

1-1传热学的研究内容及其在科技和工程中的应用1、传热学的概念是一门研究由温差引起的热量传递规律的科学。

热量传递在自然界和生产技术领域普遍存在。高温物体低温物体物体的高温部分物体的低温部分工程热力学与传热学的区别热力学传热学1-1传热学的研究内容及其在科技和工程中的应用系统从一个平衡态到另一个平衡态过程中传递热量的多少关心的是热量传递的过程，即热量传递的速率

一、传热学的应用

1.传热学在生活中的应用

2.传热学在科学技术中的应用1-1传热学的研究内容及其在科技和工程中的应用传热学在生活中的应用夏天吹风扇传热学在生活中的应用暖瓶和保温杯保温严寒地区采用双层玻璃传热学在生活中的应用水壶的提把上要安装橡胶传热学在生活中的应用塑料大棚传热学在生活中的应用石油化工领域：反应釜、蒸汽吞吐井、稠油热采、油气集输传热学在科技与工程中的应用建筑领域：空心砖、地板辐射采暖传热学在科技与工程中的应用航空航天领域：载人航天器的热控制与热保护问题航空航天领域：载人航天器的热控制与热保护问题——哥伦比亚航天飞机事故航空航天领域：载人航天器的热控制与热保护问题——哥伦比亚航天飞机事故航空航天领域：航天员的热保护问题微电子领域传热学在科技与工程中的应用生物医学：肿瘤高温热疗；生物芯片；组织与器官的冷冻保存；军事：飞机、坦克；激光武器；弹药贮存；制冷：跨临界二氧化碳汽车空调/热泵，高温水源热泵；新能源：太阳能；燃料电池传热学在科技与工程中的应用传热解决的问题强化传热（吹风扇等）削弱传热（宇航服、双层玻璃等）温度控制（航天飞机、芯片风扇等）1-1传热学的研究内容及其在科技和工程中的应用热量传递过程1-1传热学的研究内容及其在科技和工程中的应用稳态非稳态传热学课程的重要性油气储运专业主干课程。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。传热学在该专业领域的应用热油集输管道为例（1）热量以什么方式传递？（2）散热量为多少？（3）如何降低热量损失？传热学课程的重要性学习目的：利用专业知识，解释工程传热问题；能够对储运专业及其相关领域传热问题进行定量或定性求解；掌握计算工程传热问题的基本方法，及一定的试验技能；学会分析强化或削弱热量传递的方法。传热学课程组成理论学时：42实验学时：6考核方法：百分制平时出勤及作业10％;

实验成绩占15％；期末考试卷面成绩占75％。热传导（导热）（Heatconduction）热对流（对流）（Heatconvection）热辐射（辐射）（Thermalradiation）1-2热量传递的三种基本方式

热量传递的三种基本方式——热传导一、热传导（导热）

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热传导。如：固体与固体之间及固体内部的热量传递。导热的特点:必须有温差；物体直接接触；不发生宏观的相对位移；没有能量形式之间的转化。热量传递的三种基本方式——热传导

冬天温度相同的铁和木头，为什么摸起来感觉不同？热量传递的三种基本方式——热传导

2、导热的基本定律1）傅立叶定律（1822年，法国物理学家）

1768-1830热量传递的三种基本方式——热传导

2、导热的基本定律如图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，即热量传递的三种基本方式——热传导

式中：—单位时间内通过某一给定面积的热量称为热流量，W。

—热导率，又称导热系数。导热系数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)。

不同材料的导热系数值不同。同一种材料导热系数值与温度等因素有关。热量传递的三种基本方式——热传导

（1-1）（1）当温度t沿x方向增加时，＞０而＜０，说明此时热量沿x减小的方向传递；（2）反之，当<0时，>0，说明热量沿x增加的方向传递。

（1）（2）负号表示热量传递的方向与温度升高的方向相反。热量传递的三种基本方式——热传导

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/㎡。

说明：傅立叶定律又称导热基本定律，式（1-1）、（1-2）是一维稳态导热时傅立叶定律的数学表达式。热量传递的三种基本方式——热传导（1-2）热量传递的三种基本方式——热传导

热量传递的三种基本方式——热传导

热量传递的三种基本方式——热传导

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量传递过程。对流仅发生在流体中，对流的同时必伴随有导热现象。

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。

热量传递的三种基本方式——热对流

2、对流传热的分类

（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。

热量传递的三种基本方式——热对流

（2）根据引起流动的原因分：自然对流和强制对流。

1）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。

2）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成的。

（1）（2）

热量传递的三种基本方式——热对流

对流传热的特点：（1）必须有流体的宏观运动，必须存在温差（2）对流传热既有对流，又有导热（对流传热不是基本的热量传递方式）

（3）流体与壁面必须直接接触

（4）没有能量形式之间的转化热量传递的三种基本方式——热对流

夏天在同样温度的水和空气中的感觉不一样？热量传递的三种基本方式——热对流

对流传热的基本规律<牛顿冷却公式>

如果把温差（亦称温压）记为，并约定永远取正值，则牛顿冷却公式可表示为（1-5）（1-6）

其中h—比例系数（表面传热系）,

。

热量传递的三种基本方式——热对流

h是否是物性参数？不是！

流体的物性（λ、ρ、η、cp）流体流速h流体种类

换热表面形状

物体大小

位置热量传递的三种基本方式——热对流

自然对流气体液体强制对流气体液体相变对流传热沸腾或凝结对流传热的表面传热系数热量传递的三种基本方式——热对流

一般地，就介质而言：水的对流传热比空气强烈；就换热方式而言：有相变的强于无相变的；强制对流强于自然对流。对流传热研究的基本任务：用理论分析或实验的方法推出各种场合下表面换热系数的关系式。

热量传递的三种基本方式——热对流

热量传递的三种基本方式——热对流

1、基本概念

1）辐射和热辐射物体通过电磁波来传递能量的方式称为辐射。因热的原因而发出辐射能的现象称为热辐射。2）辐射传热

辐射与吸收过程的综合作用造成了以辐射方式进行的物体间的热量传递称辐射传热。

热量传递的三种基本方式——热辐射

自然界中的物体都在不停的向空间发出热辐射，同时又不断的吸收其他物体发出的热辐射。说明：辐射传热是一个动态过程，当物体与周围环境温度处于热平衡时，辐射换热量为零，但辐射与吸收过程仍在不停的进行，只是辐射热与吸收热相等。热量传递的三种基本方式——热辐射

热辐射特点：导热、对流只在有物质存在的条件下，才能实现，而热辐射不需中间介质。

②在辐射换热过程中，不仅有能量的转换，而且伴随有能量形式的转化。辐射时：辐射体内热能→辐射能吸收时：辐射能→受射体内热能热量传递的三种基本方式——热辐射

③辐射传热是一种双向热流同时存在的传热过程，即不仅高温物体向低温物体辐射热能，而且低温物体向高温物体辐射热能。④辐射传热不需要中间介质，在真空中即可进行，而且在真空中辐射能的传递最有效。因此，又称其为非接触性传热。

热量传递的三种基本方式——热辐射

⑤热辐射现象仍是微观粒子性态的一种宏观表象。

⑥物体的辐射能力