传热学第一张课件 chapter1.ppt

1、传热学 Heat Transfer,传热学 Heat Transfer,传热学，杨世铭 陶文铨编，第四版,课程概况,一、学时,总学时：72，讲课：66，实验：6。,二、教材,三、教师与辅导,教师：方立军，电话：2641(O)Email: 辅导时间和地点：周四下午5:00-6:00，热能教研室,传热学 Heat Transfer,1.平时成绩，主要包括：规定的实验（5%）、课下作业（5%）、课上作业及讨论（5%）等，但平时成绩合计占总成绩的10%； 2.期末考试，占总成绩90%，采用闭卷形式。,四、考核方法,传热学 Heat Transfer,第一章 绪论,在本章将对传

2、热的基本概念、传热的应用、热量传递的基本方式及传热问题的研究方法等进行介绍。,传热学 Heat Transfer,1-1 传热学概述,一、传热与传热学,传热：是物质在温差作用下所发生的热量传递。 传热学：研究热量传递规律的一门学科。,内容：热量传递的机理、规律、计算和测试方法。,物理学,热 学,传热学,二、热量传递的基本方式,热量传递的基本方式：热传导、热对流和热辐射。,传热学 Heat Transfer,1.热传导（简称导热）,依靠分子、原子及自由电子等微观粒子运动而传递热量。,传热学 Heat Transfer,2.热对流,流体各部分之间发生相对位移时，冷热流体相互掺混所引起的热量交换。,

3、传热学 Heat Transfer,3.热辐射,物体由于热的原因向外发出的辐射称为热辐射。物体之间以辐射的形式交换热量辐射换热。,传热学 Heat Transfer,三、传热问题的分类和主要计算量,稳态传热过程：传热过程中各处温度不随时间变化。,非稳态传热过程：传热过程中各处温度随时间变化。,单位是：W/m2,热流量：,单位是：W,热流密度：,传热学 Heat Transfer,四、传热学与热力学的关系,工程热力学：,传热学：关心的是温度随时间的变化和单位时间所传递的热量热流量（或传热量）。,单位是：J,传热学 Heat Transfer,传热学以热力学第一定律和第二定律为基础,即：热量传递始

4、终是从高温物体向低温物体传递；在热量传递过程中若无能量形式的转换，则热量始终保持守恒。,工程热力学：热能的性质、热能与机械能及其他形 式能量之间相互转换的规律。不考虑热量传递过程的时间。,传热学：热量 传递过程的规律，时间是重要参 数。,传热学 Heat Transfer,五、传热学的应用,1、日常生活,2、工程技术领域,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、,请同学举例,传热学 Heat Transfer,传热学 Heat Transfer,传热学 Heat Transfer,传热学 Heat T

5、ransfer,传热学 Heat Transfer,传热学 Heat Transfer,1-2 热量传递的基本方式,一、热传导（导热）,1.定义 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子热运动而进行的热量传递现象。,导热是物质的属性，只要存在温差，在固体、液体、气体中均会发生发生导热现象。,传热学 Heat Transfer,气体：气体分子不规则热运动时相互碰撞的结果。 导电固体：自由电子的运动和晶格结构的振动。 非导电固体：晶格结构的振动。 液体：很复杂。,2.导热的机理,传热学 Heat Transfer,A：垂直于导热方向的截面积m2,热导

6、率（导热系数）,3.通过平板导热量的计算,tw2,tw1,tw1,tw2,导热系数表示材料导热能力的大小，属于物性参数；通常由实验确定。,单位是：,传热学 Heat Transfer,二、热对流与对流换热,1.定义,热对流：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传递到另一处的现象。,对流换热：流体与温度不同的固体壁间接触时的热量交换过程。,对流换热：既有热对流，也有导热；不是基本传热方式。,传热学 Heat Transfer,2.分类,对流换热按照不同的原因可分为多种类型:,是否相变，分为：有相变的对流换热和无相变的对流换热。,流动原因，分为：强迫对流换

7、热和自然对流换热。,传热学 Heat Transfer,2.对流换热的计算,牛顿冷却公式：, 流体温度, 固体壁表面温度,hc 表面对流传热系数，是表征对流换热过程强弱的物理量。,传热学 Heat Transfer,三、热辐射与辐射换热,1.定义,辐射：物体通过电磁波来传递热量的方式。 热辐射：物体由于热的原因向外发出的辐射。 辐射换热：物体之间以辐射的形式交换热量。,2.特点,（1）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。,（2）在辐射换热过程中伴随着能量形式的转换， 物体热力学能 电磁波能 物体热力学能。,传热学 Heat Transfer,黑体是一种理想物

8、体，它的辐射能力只与温度有关。,物体的温度越高、辐射能力越强；若物体的种类不同、表面状况不同，其辐射能力不同。,3.物体的辐射能力与黑体,黑体表面的辐射力可表示为,物体单位表面积向外辐射的总能量可用 E 表示，其单位是：,传热学 Heat Transfer, 实际物体表面的发射率（黑度），01；与物体的种类、表面状况和温度有关。, 绝对黑体辐射力 黑体表面的绝对温度（热力学温度） 斯蒂芬-玻尔兹曼常数，,实际物体表面的辐射力可与黑体相比较而得到，表示为,传热学 Heat Transfer,4.一个辐射换热计算的特例,物体表面间辐射换热的计算涉及到物体表面的辐射能力、吸收能力、表面间的几何关系等

9、多方面的因素，因此，不同情况下，其计算公式不一样。,特例：一小物体被包容在一个很大的物体当中。,传热学 Heat Transfer,1-3 传热过程和传热系数,换热器的结构图,传热学 Heat Transfer,一、传热过程,传热学 Heat Transfer,1. 定义,热量由壁面一侧的流体通过壁面传到另一侧流体中的过程称为传热过程。,2. 传热方程式,k 传热系数，表示整个传热过程的强弱，单位是,传热学 Heat Transfer,该传热过程包含串列着的三个环节，（1）高温流体侧的对流换热；（2）通过壁面的导热；（3）低温流体侧的对流换热。,3. 通过平壁传热过程的分析,在稳态情况下，由上

10、面三个式子计算的热流量应是相等的。,传热学 Heat Transfer,与传热方程式相对应，可以得到在该传热过程中传热系数的计算式。,传热学 Heat Transfer,二、热阻的概念,通过平壁导热的热阻,t1,t2,传热学 Heat Transfer,三、用热阻的概念分析传热过程,tf1,tw2,tw1,tf2,传热学 Heat Transfer,实验测定最基本的研究方法 理论分析 数值模拟,1-4 传热学的研究方法,传热学 Heat Transfer,学习中应注意问题,一、养成良好的思维习惯和解题模式,1. 画出尽可能详细、准确的示意图；,2. 判断问题所属的种类和性质；,3. 进行合理的

11、简化和假设；,4. 采用相应的计算公式进行计算，或者，建立数学模型并求解；,5. 对结果进行分析讨论。,传热学 Heat Transfer,二、能量守恒法则,能量守恒法则是分析和求解传热问题的一个基础，是贯穿传热学全部内容的一个主线。在应用时，必须明确定义分析的对象，是一个控制体，还是一个表面。,传热学 Heat Transfer,1. 针对控制容积的能量守恒,从外表面进入的热流从外表面流出的热流+容积内生成的热功率控制容积蓄存热量的增加速率,传热学 Heat Transfer,2. 针对表面的能量守恒,从表面进入的热流从表面流出的热流,对于表面，既没有体积，也没有质量，因此不会有热源的产生和蓄热的存在。,传热学 Heat Tran