冶金传输原理传热学-第一章
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第一章 冶金热力学基础
当x2、x3、x4很小时，在等温等压条件下按泰勒级数展开：
式中，
ln
xk
B
为组元的活度系数的自然对数随xk的变化率。
实为践常中数发时现，，用一定温 BK度表，示一，定称压为力活，度xA相→1互时作，用系lnxk数B 。
2. 冶金物理化学的发展
2.1 国内
• 陈新民（1912~1992），冶金学家，中国科学院院士，有色金属冶金先驱 ，研究火法冶金、湿法冶金、氯化冶金及熔体热力学理论。 1945年在美国 麻省理工学院获科学博士学位。著名的冶金物理化学家 。
• 1947年与J.Chipman共同发表《H2-H2O混合气体与Fe液中Cr的平衡》 • 他的“金属―氧系热力学和动力学”、“高温熔体物理化学性质”的研究
1. 本课程作用及主要内容
1.1 地位
冶金专业专业基础课程。 普通化学、高等数学、物理化学为基础。 与物理化学相比，更接近于实际应用。 目的：为开设专业课与以后发展作理论准备
物理化学
专业课
（冶金物理化学）
火法冶金特点：一高三多
1.2 作用
• 将物理化学的基本原理及实验方法应用到冶金过程中，阐 明冶金过程的物理化学规律，为控制和强化冶金过程提供 理论依据。
在气相中蒸汽压的关系
2） 活度及活度系数的提出
对于组元i的浓度在xi' xi xi*区间，组元i既不服从拉乌尔定律，也不服从亨利定律。 为了使用这两个定律线性关系的形式描述溶液中组元i的浓度与其在气相中的蒸汽压 的关系，对两个定律进行了修正。
• 拉乌尔定律修正为：pi pi*aR,i pi*( i xi )
第一篇 冶金热力学基础
1.1 概述 1.2 溶液 1.3 冶金反应的焓及吉布斯自由能变
式中，
ln
xk
B
为组元的活度系数的自然对数随xk的变化率。
实为践常中数发时现，，用一定温 BK度表，示一，定称压为力活，度xA相→1互时作，用系lnxk数B 。
2. 冶金物理化学的发展
2.1 国内
• 陈新民（1912~1992），冶金学家，中国科学院院士，有色金属冶金先驱 ，研究火法冶金、湿法冶金、氯化冶金及熔体热力学理论。 1945年在美国 麻省理工学院获科学博士学位。著名的冶金物理化学家 。
• 1947年与J.Chipman共同发表《H2-H2O混合气体与Fe液中Cr的平衡》 • 他的“金属―氧系热力学和动力学”、“高温熔体物理化学性质”的研究
1. 本课程作用及主要内容
1.1 地位
冶金专业专业基础课程。 普通化学、高等数学、物理化学为基础。 与物理化学相比，更接近于实际应用。 目的：为开设专业课与以后发展作理论准备
物理化学
专业课
（冶金物理化学）
火法冶金特点：一高三多
1.2 作用
• 将物理化学的基本原理及实验方法应用到冶金过程中，阐 明冶金过程的物理化学规律，为控制和强化冶金过程提供 理论依据。
在气相中蒸汽压的关系
2） 活度及活度系数的提出
对于组元i的浓度在xi' xi xi*区间，组元i既不服从拉乌尔定律，也不服从亨利定律。 为了使用这两个定律线性关系的形式描述溶液中组元i的浓度与其在气相中的蒸汽压 的关系，对两个定律进行了修正。
• 拉乌尔定律修正为：pi pi*aR,i pi*( i xi )
第一篇 冶金热力学基础
1.1 概述 1.2 溶液 1.3 冶金反应的焓及吉布斯自由能变
传热学-第一章 绪论
靠分子、原子及自由电子等微观粒子热运动而传递热
量；d 在引力场下单纯的导热只发生在密实固体中。
(4)导热的基本定律：
1822年，法国数学家Fourier:
t
dx
Φ A dt W
dx
q Φ dt
A
dx
W m 2
上式称为Fourier定律，号称导
dt
Q
热基本定律，是一个一维稳态
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… (3) 几个特殊领域中的具体应用
a 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； 空间飞行器重返大气层冷却；超高音速飞行器 （Ma=10）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
(4) 对流换热的基本计算公式——牛顿冷却公式
Convection heat transfer coefficient
(5) 对流换热系数(表面传热系数) （Convection heat transfer coefficient）
—— 当流体与壁面温度相差1度时、每单位壁面面积 上、单位时间内所传递的热量
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 (7) 黑体的定义：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，
， ，
黑体的吸收能力最强
（8）黑体辐射的控制方程： Stefan-Boltzmann 定律
AT 4
q T 4
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。
量；d 在引力场下单纯的导热只发生在密实固体中。
(4)导热的基本定律：
1822年，法国数学家Fourier:
t
dx
Φ A dt W
dx
q Φ dt
A
dx
W m 2
上式称为Fourier定律，号称导
dt
Q
热基本定律，是一个一维稳态
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… (3) 几个特殊领域中的具体应用
a 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； 空间飞行器重返大气层冷却；超高音速飞行器 （Ma=10）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
(4) 对流换热的基本计算公式——牛顿冷却公式
Convection heat transfer coefficient
(5) 对流换热系数(表面传热系数) （Convection heat transfer coefficient）
—— 当流体与壁面温度相差1度时、每单位壁面面积 上、单位时间内所传递的热量
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 (7) 黑体的定义：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，
， ，
黑体的吸收能力最强
（8）黑体辐射的控制方程： Stefan-Boltzmann 定律
AT 4
q T 4
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。
冶金热力学-第一章[1]
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课程内容
第一章 溶液的热力学性质
第二章 溶液的统计热力学模型
第三章 铁液中溶质的相互作用参数
第四章 铁液中溶质的活度系数
第五章 熔渣的热力学模型(Ⅰ)—经典热力学模型
第六章 熔渣的热力学模型(Ⅱ)—统计热力学模型
第七章 多相多元系平衡计算
第一章 溶液的热力学性质
1.1 溶液及其热力学量
1.2
1.3
i i
（1-6）
dG Gi,m dni
（1-7）
T , P, n j
G (n1 , n2 , )
或
n G
i
i, m
G(n1, n2 , )
（1-8）
方程两边同时微分，并将（1-7）代入，得
G
i ,m
dni ni dGi,m Gi,mdni
（1-9）
两边比较，得
1 2
1 T , P , n2 2 T , P , n1 1 2
强度函数
或强度性质（intensive properties） 特点： 1. 不具加和性。其数值取决于体系自身的特性，与 体系的数量无关。 2. 在数学上是零次齐函数 3. 某种广度性质除以物质的量后成为强度性质（或 两种广度性质相除，由性质1）；两个一次奇函 数相除是零次齐函数。
冶金热力学（2）
郭汉杰 讲授
北京科技大学
教材
冶金物理化学教程
郭汉杰 编著
参考书目
魏寿昆主编，冶金过程热力学，冶金工业出版社，1981
冶金物理化学课程的地位与作用
冶金工程专业本科阶段的必修课； 冶金工程专业本科考研必考课； 冶金工程专业硕士研究生的学位课； 冶金工程专业研究生考博士必考课-专业基础 课； 冶金工程专业攻读博士学位期间必选课； 在未来的工作中非常重要。
传热学-第一章 绪论PPTPPT幻灯片
• 工程热力学：研究能量转换的规律以及热能的性质
• 传热学：研究热量传递规律的一门科学， 热量传递的机理、规律、计算和测试方法
• 燃烧学：研究燃烧现象和燃烧机理
• 制冷与低温：用人工的方法在一定时间和一定空 间内将某物体或流体冷却，使其温度降到环境温度 以下或很低的温度并保持该温度
授课计划 （48学时）
说明：只研究导热现象的宏观规律。
4 、导热的基本规律
1 ）傅立叶定律 （ 1822年，法国数学家Fourier）
如左图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
第一章 绪论（4学时） 第二章 导热基本定律及稳态导热（8学时） 第三章 非稳态导热（6学时） 第四章 导热数值解法基础（2学时） 第五章 单相流体对流换热（8学时） 第六章 凝结与沸腾换热（2学时） 第七章 热辐射基本定律及物体的辐射特性（4学时） 第八章 辐射换热计算（6学时） 第九章 传热过程分析与换热器计算（8学时） 成绩权重：考试 70%，作业30％。
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？
d 为什么下雪不冷、化雪冷？
为什么水壶的提把要包上橡胶？
不同材质的汤匙放入热水中，哪个黄油 融解更快？
生产技术领域大量存在传热问题
a 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；空间飞行器重返大 气层冷却；超高音速飞行器（Ma=10）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
❖ 自然界与生产过程到处存在温差—传热很普遍
• 传热学：研究热量传递规律的一门科学， 热量传递的机理、规律、计算和测试方法
• 燃烧学：研究燃烧现象和燃烧机理
• 制冷与低温：用人工的方法在一定时间和一定空 间内将某物体或流体冷却，使其温度降到环境温度 以下或很低的温度并保持该温度
授课计划 （48学时）
说明：只研究导热现象的宏观规律。
4 、导热的基本规律
1 ）傅立叶定律 （ 1822年，法国数学家Fourier）
如左图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
第一章 绪论（4学时） 第二章 导热基本定律及稳态导热（8学时） 第三章 非稳态导热（6学时） 第四章 导热数值解法基础（2学时） 第五章 单相流体对流换热（8学时） 第六章 凝结与沸腾换热（2学时） 第七章 热辐射基本定律及物体的辐射特性（4学时） 第八章 辐射换热计算（6学时） 第九章 传热过程分析与换热器计算（8学时） 成绩权重：考试 70%，作业30％。
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？
d 为什么下雪不冷、化雪冷？
为什么水壶的提把要包上橡胶？
不同材质的汤匙放入热水中，哪个黄油 融解更快？
生产技术领域大量存在传热问题
a 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；空间飞行器重返大 气层冷却；超高音速飞行器（Ma=10）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
❖ 自然界与生产过程到处存在温差—传热很普遍
《传热学》第1章-绪论
™概念会分析——有思路，给出公式会计算——有 技能；
三、传热学应用实例
● 自然界与生产过程到处存在温差—传热很普遍
日常生活中的例子：
● 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？
● 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？
v 1904年他在哥廷根大学（Göttingen University）担任流体力学研究所的所 长，同年他发表了其具有历史意义的关于 边界层的著名论文，奠定了现代流体力学 和空气动力学以及对流换热分析的基础。 在风洞实验技术；机翼理论；湍流理论均 有杰出贡献；
v T. von 卡门是他的学生；
传热学名人-4
v 发展对流换热理论的杰出先 驱：对流换热的无量纲准则， 用实验方法求解对流换热问 题；
v 凝结换热理论解 ； v 层流入口段换热机理研究 ；
传热学名人-5
v 施密特（1892－1975）,出生 于1892年2月11日，是德国的 科学家，工程热物理学，尤其 是传热传质学研究领域的先 驱；
v 他是第一个测量自然对流边界 层的速度场和温度场以及膜态 凝结的当量传热系数的人。
™ 偏微分方程（导热）和偏微分方程组（对流） ™ 数值模拟----差分方程
v 实用性也强；
™ 由实验得出的对流换热的经验公式
对学习方法的建议
v 以方法论学习为主
™课堂上要注意学习建立方程的方法; ™不要去记复杂的公式; ™要记住最基本的公式;
v 对学习效果的要求程度
™合上书忘了——不要紧，但是翻开书就能看懂,能 想起来——基本可以;
q1
=
λ1
tw1
− tw2 δ
三、传热学应用实例
● 自然界与生产过程到处存在温差—传热很普遍
日常生活中的例子：
● 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？
● 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？
v 1904年他在哥廷根大学（Göttingen University）担任流体力学研究所的所 长，同年他发表了其具有历史意义的关于 边界层的著名论文，奠定了现代流体力学 和空气动力学以及对流换热分析的基础。 在风洞实验技术；机翼理论；湍流理论均 有杰出贡献；
v T. von 卡门是他的学生；
传热学名人-4
v 发展对流换热理论的杰出先 驱：对流换热的无量纲准则， 用实验方法求解对流换热问 题；
v 凝结换热理论解 ； v 层流入口段换热机理研究 ；
传热学名人-5
v 施密特（1892－1975）,出生 于1892年2月11日，是德国的 科学家，工程热物理学，尤其 是传热传质学研究领域的先 驱；
v 他是第一个测量自然对流边界 层的速度场和温度场以及膜态 凝结的当量传热系数的人。
™ 偏微分方程（导热）和偏微分方程组（对流） ™ 数值模拟----差分方程
v 实用性也强；
™ 由实验得出的对流换热的经验公式
对学习方法的建议
v 以方法论学习为主
™课堂上要注意学习建立方程的方法; ™不要去记复杂的公式; ™要记住最基本的公式;
v 对学习效果的要求程度
™合上书忘了——不要紧，但是翻开书就能看懂,能 想起来——基本可以;
q1
=
λ1
tw1
− tw2 δ
传热学-第一章-绪论lujinli
Summarization
1. 传热学（Heat Transfer）
(1) 研究热量传递规律的科学，具体来讲主要有热量传递
的机理、规律、计算和测试方法
(2) 热量传递过程的推动力：
温差（Temperature Difference） 热力学第二定律：热量可 以自发地由高温热源传给低温 热源 有温差就会有传热 温差是热量传递的推动力
Hale Waihona Puke 4 传热过程的分类(Type)
按温度与时间关系 • 稳态传热 Steady State
• 非稳态传热 Unsteady State （Transient）
t f ( x, y, z) t f ( x, y, z, )
安 徽 工 业 大 学
AnHui University of Technology
学生应能利用必需的输入数据计算传热速率和/或 材料的温度 学生必须能确切地描述涉及传热过程或系统中的输 运现象
学生应能构建实际过程和系统的贴切的模型，并通 过分析得出所论过程或系统性能的结论
安 徽 工 业 大 学
Reference Books
AnHui University of Technology
安 徽 工 业 大 学
AnHui University of Technology
导热的基本定律/速率方程(Law/Rate Equations)：
1822年，法国数学家Fourier:
dt q x dx q x t 2 t1
Temperature gradient
t1
• 新能源(new energy)：太阳能；燃料电池
强化传热 削弱传热 温度控制 enhanced heat transfer weaken heat transfer temperature control
第一章 冶金热力学基础
已知该条件下：
（1）2Al（l）+3/2O2=Al2O3（s）
ΔH1º=-1681 kJ/mol
（2）Al（l）=[Al]
ΔH2º=43.09 kJ/mol
（3）1/2O2=[O]
ΔH3º=-117.1 kJ/mol
解： 将（1）-2×（2）-3×（3），可得题中所求反应式，所以
ΔHº=ΔH1º+2ΔH2º+3ΔH3º=-1243.52 kJ/mol
若体系为隔离体系，则
− dA ≥ 0
（1-41）
式中“=”表示可逆过程，“>”表示不可逆过程，即在等温、等压且不涉及体积功的条
件下，过程自发地向亥姆霍次自由能降低的方向进行。
（3） 吉布斯自由能及等温、等压过程的判据
在 等 温 等 压 条 件 下 ， TdS=d （ TS ）， PdV=d （ PV ）， 故 式 （ 1-37 ） 可 表 示 为
应用盖斯定律，必须注意同一物质在各步中的温度、压力、相态等特性的关联性。
例 在 1600℃，101325PA 下，电炉炼钢用 AL 作脱氧剂，反应如下：
2[Al]+3[O]=（Al2O3）
试求反应的焓变ΔHº。
注：方括号[]表示溶解状态，此处铝溶解与铁液中，物质在另一物质中的溶解过程也
会产生热效应。
1．3 能量守恒----热力学第一定律
一、 热力学第一定律
1、 学第一定律的数学表述
ΔU=Q+W
dU=δQ+δW
（1-1）
符号：Q 表示热能，W 表示体系状态变化所做的功 d 表示微分, δ表示微小变化。
变量δQ 和δW 取决于经过的路径，而 dU 仅取决于始末态
2、 其它几点说明
冶金传输原理 热量传输
定义和特征 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, 不发生宏观
运动，仅依靠分子、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。
6
热量传输概论
导热（热传导）
2. 热 量 传 输 的 基 本 方 式
定义和特征
特征
必须有温差
物体直接接触 不发生宏观的相对位移 依靠分子、原子及自由电子等微观粒子热运动而传递热量
IPz ：单位时间从控制体下侧（Z方向）输入控制体的热量。
OP 项：单位时间输出控制体的热量
OPx ：单位时间从控制体右侧（X方向）输出控制体的热量：
Z
OPz
IPy
dz
IPx
OPy 0 dx IPz
OPx dy
X
IPx = qx dydz
Y
32
导
导热微分方程形式
热
Z
OPz
IPy dz
IPx
dy OPy 0 dx IPz
OPx
IPy ：单位时间从控制体后侧（Y方向） 输入控制体的热量。
X
IPy = qy dxdz IPz = qz dxdy
Y
10.1 导 热 基 本 概 念
热
热流量： 单位时间内通过某一给定面积F的热量. 用Q来表示，单位为W。
热流量是表现热量传输速率的一个物理量。
热通量：是指在单位时间内通过单位面积的热量, 亦称热流密度，用q表示单位为: W/㎡ 热流量与热通量的关系：Q= qF.
26
导
傅里叶定律
10.2 傅 里 叶 导 热 定 律
31
导
导热微分方程形式
热
能量衡算方程为：IP—OP + R = S 单位时间控制 体内能的变化
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（9） 两黑体表面间的辐射换热
A (T14 T24 )
T1
T2
4 T1
图1－7
T24
q12 (T14 T24 )
两黑体表面间的辐射换热
例
•
题
1-2
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
外表面的发射率
定律有：
t
t w1
q dx
0
tw 2
tw1
dt q
tw1 tw2
dx
dt (q ) dx
Q
tw2
dt
t w1
q
t w2
0
x
q
t w1 t w 2
t r t R
t
t w1
dt
dx
Q Φ
t w1 t w 2
A
关于几个问题的讨论
1、传输现象的本质是什么？ 2、冶金过程中的传输现象？ 3、动量传输与热量传输有联系吗？ 4、你对热量传输的直观认识如何？
第一章 绪 论
§1-0 概 述
1. 传热学（Heat Transfer）
(1) 研究热量传递规律的科学，具体来讲主要有热量传递 的机理、规律、计算和测试方法
稳态过程通过串联环节的热 流量相同。
3 、传热过程的计算
针对稳态的传热过程，即 Φ=const 传热环节有三种情况，则其热流量的表达式 如下：
Ah1 t f 1 t w 1 A
（a）
t w1 t w 2
（b）
（c）
Ah2 t w 2 t f 2
钢：
tw1 tw2 tw1 tw2
铬砖： q 硅藻土砖： q
tw1 tw2
讨论：由计算可见， 由于铜与硅藻土砖导热系数的巨大差 别， 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。 因而，铜是热的良导体， 而 硅藻土砖则起到一定的隔热作用。
，
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 (8)黑体辐射的控制方程：
Stefan-Boltzmann 定律
，
Q A T 4
q T 4
AT 4 真实物体则为：
Ludwig Boltzmann (1844-1906) committed suicide because he thought his life's work was in vain.
(2) 热量传递过程的推动力：温差
热力学第二定律：热量可以自发地由高温热源传给 低温热源 有温差就会有传热 温差是热量 传递的推动力
2. 传热学与工程热力学的关系
热力学研究平衡体系，应用热力学，可以预计体系由一 个平衡态到另一个平衡态需要多少热量，无法指出这一 变化有多快，因为在变化中体系是不平衡的。 为了说明这个问题，考滤水中热钢棒的冷却问题，热力 学可以预计钢棒-水这一体系的最终平衡温度，但不能告 诉我们需要经过多长时间才能达到这一平衡态，或者到 达平衡态的某一时刻，钢棒或水的温度是多少？ 应用热量传输就可预计出钢棒和水的温度随时间的变化 规律。而后者是以经验定律基础的，故我们说传热学以 经验定律（能够确定传热学速率的）补充了热力学第二 定律。所谓传热速率即单位时间内传递的热量。即热流 量。
q
t w2
铜：
q q
tw1 tw2
300 100 375 1.5 10 6 W m2 0.05 300 100 1.46 105 W m2 0.05 300 100 2.32 9.28 103 W m2 0.05 36.4 0.242 300 100 9.68 10 2 W m2 0.05
时予以考虑。
§1-2 传热过程和传热系数
1.2.1、传热方程式
1 、概念
热量由壁面一侧的流体通 过壁面传到另一侧流体中 去的过程称传热过程。
对流 导热 对流
辐射
2 、传热过程的组成
一般包括串联的三个环节： ① 热流体 → 壁面高温侧； ② 壁面高温侧 → 壁面低温侧；
③ 壁面低温侧 → 冷流体。
Heat Transfer , by J.P.Holman Fundamentals of Heat Transfer, DeWitt by F. P. Incropera, D.P.
• 《冶金传输原理》张先棹编著，冶金工业出版社
考察与考核
考勤+作业+课堂讨论+考试
考勤：课堂提问和点名； 作业：3-4次作业，包括问答题、计算题和小论文 课堂讨论：组织1次课堂研讨； 考试：期末考试。
3 、热量传递过程
根据物体温度与时间的关系，热量传递过
程可分为两类：
（ 1 ）稳态传热过程；
（ 2 ）非稳态传热过程。
1 ）稳态传热过程（定常过程）
凡是物体中各点温度不随时间而变的热传 递过程均称稳态传热过程。
2 ）非稳态传热过程（非定常过程）
凡是物体中各点温度随时间的变化而变 化的热传递过程均称非稳态传热过程。 各种热力设备在持续不变的工况下运行 时的热传递过程属稳态传热过程；而在启动、 停机、工况改变时的传热过程则属 非稳态传 热过程。
将式（a）、（b）、（c）改写成温差的形 式：
t f 1 t w1 t w1 t w 2 tw2 t f 2
0
dt
Q
x
上式称为Fourier定律（导热基本定 律），是一个一维稳态导热。其中：
图1-2
一维稳态平板内导热
Q：热流量，单位时间传递的热量[W]；
q：热通量，单位时间通过单位面积传递的热量； A：垂直于导热方向的截面积[m2]；
：导热系数（热导率）[W/( m K)]。
(5)
导热系数 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。 金属 非金属固体 液体 气体 (6) 一维稳态导热及其导热热阻 如图1-3所示，稳态 q = const，于是积分Fourier
c 壁面处会形成速度梯度很大的边界层 (3)对流换热的分类
无相变：强迫对流和自然对流
有相变：沸腾换热和凝结换热
图1-4
对流换热中边界层的示意图
(4)
对流换热的基本计算公式——牛顿冷却公式
Q A(tw t )
qQ A
W
(tw t f ) W m 2
第二篇
冶金传输原理－－热量传输部分
（Heat Transfer）
参
• • 《传热学》 戴锅生，第二版 • 《对流换热》 V. S. 阿巴兹 • 《辐射换热》 余其铮编著
考
书
教材: 《传热学》 杨世铭、陶文铨编著，第三版
•
• •
Heat Transfer (2nd Edition), by Anthony F. Mills
§1.1 热量传递的三种基本方式
热量传递的三种基本方式：导热(热传导)、对流(热对流) 和热辐射。
1 导热（热传导）(Conduction)
(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
(2)物质的属性：可以在固体、液体、气体中发生
面与室内物体及墙壁之间的辐射为：
ql ,r d (T14 T24 )
3.14 0.583 5.67 10 8 0.9 [( 48 273) 4 (23 273) 4 ] 274 .7(W / m)
讨论： 计算结果表明， 对于表面温度为几上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
t rh
t Rh
Rh 1 ( A)
[ C W]
2
rh 1
[m C W ]
Thermal resistance for convection
3
热辐射(Thermal radiation)
(1) 定义：有热运动产生的，以电磁波形式传递能量的现象 (2) 特点：a 任何物体，只要温度高于0 K，就会不停地向 周围空间发出热辐射；b 可以在真空中传播；c 伴随能量形 式的转变；d 具有强烈的方向性；e 辐射能与温度和波长均 有关；f 发射辐射取决于温度的4次方。 (3) 生活中的例子： a 当你靠近火的时候，会感到面向火的一面比背面热； b 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； c 太阳能传递到地面 d 冬天，蔬菜大棚内的空气温度在0℃以上，但地面却可能 结冰。
c 无论温度高低，物体都在不停地相互发射电磁 波能、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 体辐射给高温物体的能量；总的结果是热由高温传到低温
(6)
辐射换热的研究方法：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 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 (7) 黑体的定义：能吸收投入到其表面上的所有热辐射的
t dx
(1) 材料为铜，λ =375 W/(mK );
(2) 材料为钢， λ =36.4 W/(mK );
(3) 材料为铬砖， λ =2.32 W/(mK )；
t w1
dt
Q
tw2
(4) 材料为铬藻土砖， λ =0.242 W/(mK )。
解：参见图1-3。 及一维稳 态导热公式有：