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热传导(通用版)ppt课件
在金属内部则依靠自由电子的运动，而对于非金 属则主要通过晶格的热振动波进行热量的传递。
.
第一节 导热
温度场（Temperature field） 某时刻空间所有各点温度分布的总称 温度场是时间和空间的函数，即：
tf(x,y,z,)
.
第一节 导热
如果物体内各点的温度在温度不随时间 而变，称为稳态温度场。
和温度的壁面接触时，将发生凝结过程。 凝结时蒸汽释放出汽化潜热并传递给固 体壁称凝结换热过程。
分为膜状凝结、珠状凝结 液膜的导热热阻成为膜状凝结换热的主要阻力 不凝结气体——附加热阻（凝汽器设有抽气系统） 排除凝结液、减小液膜厚度——强化膜状凝结换热
.
第三节 辐射换热
概念
.
第二节 对流换热
.
第二节 对流换热
▲对流换热的主要影响因素
1.流动的起因
h强制h自然
2.流体的流态
h紊流 h层流
Re wd wd
➢ 当Re<2320时为稳定层流； ➢ Re>10000时为旺盛紊流 ； ➢ 2320<Re<10000时则为流
态不 确定的过渡阶段。
.
第二节 对流换热
3.流体的物理性质多层平壁源自QaS(twtf)twtf 1
aS
Q
1
tw1 tw4
2 3
1S 2S 3S
Q=温差除以热阻之和
q
Q S
tw1 tw4
1 2 3
1 2 3
.
第一节 导热
导热量 Q t R
热阻→热流量 在导热分析计算中，热阻的概念 是很重要的。掌握了不同物体的导热 热阻，也就能计算这些物体的热流量。
Q Sd tS tw 1 tw 2 tw 1 tw 2 tw 1 tw 2W
.
第一节 导热
温度场（Temperature field） 某时刻空间所有各点温度分布的总称 温度场是时间和空间的函数，即：
tf(x,y,z,)
.
第一节 导热
如果物体内各点的温度在温度不随时间 而变，称为稳态温度场。
和温度的壁面接触时，将发生凝结过程。 凝结时蒸汽释放出汽化潜热并传递给固 体壁称凝结换热过程。
分为膜状凝结、珠状凝结 液膜的导热热阻成为膜状凝结换热的主要阻力 不凝结气体——附加热阻（凝汽器设有抽气系统） 排除凝结液、减小液膜厚度——强化膜状凝结换热
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第三节 辐射换热
概念
.
第二节 对流换热
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第二节 对流换热
▲对流换热的主要影响因素
1.流动的起因
h强制h自然
2.流体的流态
h紊流 h层流
Re wd wd
➢ 当Re<2320时为稳定层流； ➢ Re>10000时为旺盛紊流 ； ➢ 2320<Re<10000时则为流
态不 确定的过渡阶段。
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第二节 对流换热
3.流体的物理性质多层平壁源自QaS(twtf)twtf 1
aS
Q
1
tw1 tw4
2 3
1S 2S 3S
Q=温差除以热阻之和
q
Q S
tw1 tw4
1 2 3
1 2 3
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第一节 导热
导热量 Q t R
热阻→热流量 在导热分析计算中，热阻的概念 是很重要的。掌握了不同物体的导热 热阻，也就能计算这些物体的热流量。
Q Sd tS tw 1 tw 2 tw 1 tw 2 tw 1 tw 2W
1.4-热传导
☼ 固溶体的形成降低热导率，而且取代元素的质量和大小与基质 元素相差愈大，取代后结合力改变愈大，则对热导率的影响愈大。
在杂质浓度很低时，杂 质效应十分显著。所以在接
近 纯 MgO 或 纯 NiO 处 ， 杂 质 含量稍有增加，λ值迅速下 降。随着杂质含量的增加， 这个效应不断减弱。
杂 质 效 应 在 4 73 K 比 1273 K要强。若低于室温，
刚玉和莫来石1000 ℃下热导率与孔隙率 的关系
23
第23页，共24页。
五、实测无机材料的热导率
通常，低温时有较高热导率的材料， 随温度升高，热导率降低；而具有低热 导率的材料正好相反。
BeO, Al2O3和MgO：
经
A 8.51036T 10
验
T 125
公
式 玻璃体： cT d
粘土质耐火砖和保温砖：
第一章 材料的热学性能
1.4 热传导
1
第1页，共24页。
本小节内容
热传导的基本概念和定律
固体材料热传导的微观机理 金属材料热导率的一般规律
影响无机材料热导率的因素 实测无机材料的热导率
2
第2页，共24页。
当固体材料两端存在温度差时，热量会自动地从热端传向冷端的现
象，称为热传导 (Thermal conduction)。
11
第11页，共24页。
固体中辐射传热过程的定性解释：
热稳定状态T1T2 Nhomakorabea吸收
辐射
能量转移
对于辐射线是透明的介质，热阻小，lr较大，如：单晶、玻璃， 在773---1273 K辐射传热已很明显；
对于辐射线是不透明的介质，热阻大，lr很小，大多数陶瓷，一 些耐火材料在1773 K高温下辐射才明显；
热传导方程(扩散方程)ppt课件
( x ,t0) ( x )
波方程的Cauchy问题
由泛定方程和相应边界条件构成的定解问题称为 边值问题。
u0, (x,y),
u f (x, y).
Laplace方程的边值问题
由偏微分方程和相应的初始条件及边界条件构成 的定解问题称为混合问题。
uutt0a2(u(xxx,y,uzy)yuzz)0
kn|x0k(x) qnq0
u x
|xl
q0 k
u x |x0
q0 k
xl
若端点是绝热的，则
u u x|xl x x0 0
三、定解问题
定义1 在区域 G[0,) 上，由偏微分方程、初 始条件和边界条件中的其中之一组成的定解问题称为 初边值问题或混合问题。
u ut x,a 02 u xx (x 0),,
注 1、热传导方程不仅仅描述热传导现象，也可以
刻画分子、气体的扩散等，也称扩散方程；
2、上述边界条件形式上与波动方程的边界条件 一样，但表示的物理意义不一样；
3、热传导方程的初始条件只有一个，而波动方 程有两个初始条件。
4、除了三维热传导方程外，物理上，温度的分 布在同一个界面上是相同的，可得一维热传导方
gk1 k
u1.
注意第三边界条件的推导：
研究物体与周围介质在物体表面上的热交换问题
把一个温度变化规律为 u(x, y, z, t)的物体放入 空
气介质中，已知与物体表面接触处的空气介质温度
为 u1(x, y, z, t)，它与物体表面的温度u(x, y, z, t)并不
相同。这给出了第三边界条件的提法。
或
u knk1(uu1).
即得到（1.10）： ( u nu)|(x,y,z) g(x,y,z,t).
高等传热学-热传导理论幻灯片
4 导热微分方程及定解条件
描述导热过程中的温度场 。 各向同性、热传递速度无限大、温度场光滑时（满足傅立叶 定律成立的条件），由能量守衡得（常物性）
12:03
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哈尔滨工业大学航空航天热物理研究所
有了方程以后还要有单值性条件以确定某个问题的定解。导 热微分方程只反应了导热问题的共性，每个确定的导热问题 还有其个性。 单值条件 1)几何条件：物体形状、大小； 2)物理条件：材料的热物性； 3)时间条件：说明过程进行在时间上的特点； 4)边界条件：说明在物体边界上，热过程进行的特点，反应
12:03
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傅里叶定律例题1，任意方向的热流密度
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傅里叶定律例题2，沿边界面总换热
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规则的周期性变化：温度是时间的简谐函数。
由于周期性问题与工程问题相差较远重点为瞬态导热问题。
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2.瞬态导热的物理过程 以第三类边界条件为例，以BI数区分几种情况讨论。
1) 内热阻远远小于外热阻 特点：内热阻小，物体内部温差小，内部温度趋于一致。
12:03
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时间条件的一般表达式
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三类边界条件的一般表达式
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描述导热过程中的温度场 。 各向同性、热传递速度无限大、温度场光滑时（满足傅立叶 定律成立的条件），由能量守衡得（常物性）
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有了方程以后还要有单值性条件以确定某个问题的定解。导 热微分方程只反应了导热问题的共性，每个确定的导热问题 还有其个性。 单值条件 1)几何条件：物体形状、大小； 2)物理条件：材料的热物性； 3)时间条件：说明过程进行在时间上的特点； 4)边界条件：说明在物体边界上，热过程进行的特点，反应
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傅里叶定律例题1，任意方向的热流密度
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傅里叶定律例题2，沿边界面总换热
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规则的周期性变化：温度是时间的简谐函数。
由于周期性问题与工程问题相差较远重点为瞬态导热问题。
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2.瞬态导热的物理过程 以第三类边界条件为例，以BI数区分几种情况讨论。
1) 内热阻远远小于外热阻 特点：内热阻小，物体内部温差小，内部温度趋于一致。
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时间条件的一般表达式
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三类边界条件的一般表达式
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《数理方程》热传导的可视化演示
2.2 两端固定的弦振动
定解问题是
utt a 2 u xx , 0 x l , t 0, t 0, u (0, t ) 0,u (l , t ) 0, u ( x, 0) ( x), u ( x, 0) ( x), 0 x l t
2.1.2 无限长的弦的自由振动
a=1
10 l 10
2.1.2 无限长的弦的自由振动
a=1
10 l 10
( x at ) 1 x at s ds 2a
2.1.2 无限长的弦的自由振动
a=1
10 l 10
( x at ) 1 x at s ds 2a
解是
n at n at n u ( x, t ) an cos bn sin x sin l l l n 1
n bn ( x) sin xdx n a 0 l 2
l
2 l n an ( x) sin xdx l 0 l
2.2.1 两端固定的弦振动
2.1.2 无限长的弦的自由振动
由初始条件得
0, x at 0, x at 1 1 s ds ( x at ),0 x at 1, 2a 2a 1 , 1 x at 2a 0, x at 0, 1 x at 1 s ds ( x at ),0 x at 1, 2a 2a 1 , 1 x at 2a
则解是
3na 4na bn 2 2 cos cos 7 7 n a 2l
2.2.2 两端固定的弦振动 (l 1,a 1)
热量传递过程PPT课件
2021年7月1日星期四
8
第8页/共91页
热传导过程
热传导规律
（2）导热系数λ λ表征材料导热性能的一个参数，其值越大，材料导热性能越好。
例： 金属
10～102 w/(m ·℃)
建筑材料 10-1～10 w/(m ·℃)
绝热材料 10-2～10-1 w/(m ·℃)
实验测得导热系数λ与温度t的关系： 0 (1 at)
其中： β --- 膨胀系数， ℃-1
βυυ1 t2 2υ t1 1
υ --- 流体比体积，m3/kg ， υ=1/ρ ； υ2，υ1 --- 对应于t2、t1的流体比体积 ；
于是： α fu,ρ,l,μ,βgΔtλ, ,cp
② 无因次化：
αl λ
fρμlu,cλpμ,β
gΔ tl3ρ2 μ2
2、通过圆筒壁的热传导过程：
圆筒壁的热传导的温度分布见图4-6所示。
在圆筒壁内取同心薄层圆筒并对其作热
量衡算：
2rlq |r
2 (r
r)lq |rr
(2rrl )
t
cP
对于定态热传导： t 0
则： 2rlq |r 2 (r r)lq |rr Q
图4-6 圆筒壁的热传导
2021年7月1日星期四
Q
t1 t2 δ1
t2 t3 δ2
t3 t4 δ3
λ1A
λ2 A
λ3 A
或：
Q
ΣΔt Σδ
总推动力 总阻力
λA
② 各层的温差
(t1 t2 ): (t2 t3 ):( t3 t4 )
δ1 : δ2 : δ3 λ1A λ2A λ3A
R1 :R2 :R3
2021年7月1日星期四
《传热学》电子课件
第1章绪论§1.1 传热学的研究内容及其应用四、传热学在科学技术各个领域中的应用3.3.温度控制温度控制温度控制：：为使一些设备能安全经济地运行为使一些设备能安全经济地运行，，或者为得到优质产品为得到优质产品，，要对热量传递过程中物体关键部位的温度进行控制部位的温度进行控制。
例如例如：：电子器件的冷却航天器重返大气层时的热防护原子及自由电子等微观粒子热运动而传递热量：定律有：绪论第1章绪论§1.2 热能传递的三种基本方式二、对流对流（（热对流热对流））(Convection )4. 对流对流换热的特点换热的特点第1章绪论§1.2 热能传递的三种基本方式二、对流对流（（热对流热对流））(Convection )5. 对流对流换热量的计算换热量的计算换热量的计算－－－－－－牛顿冷却定律牛顿冷却定律() w f ΦhA t t =− () w f q ΦA h t t ==−h —表面传热系数表面传热系数[[W/(m 2K)]Φ—热流量热流量[[W ]，单位时间传递的热量q —热流密度热流密度[[W/m 2]A—与流体接触的壁面面积与流体接触的壁面面积[[m 2 ]w t —固体壁表面温度固体壁表面温度[[o C ]f t —流体温度流体温度[[o C ]()f w ΦhA t t =− ()f w q ΦA h t t ==−流体受冷流体受热第1章绪论§1.2 热能传递的三种基本方式二、对流对流（（热对流热对流））(Convection )6. 表面传热系数表面传热系数（（h ）是过程量是过程量，，与具体的换热过程有关与具体的换热过程有关，，受许多因素影响第1章绪论§1.2 热能传递的三种基本方式二、对流对流（（热对流热对流））(Convection )7. 对流热阻=1h t t ΦR hA ∆∆= =1h t t q r h∆∆=wt ft ΦhR 有限面积对流热阻1h R hA=单位面积对流热阻1h r h=第。
热 传 导
体无相变时对流传热系数经验关联式。
热传导
（一）流体在圆形直管内作强制湍流的对流传热系数
ቤተ መጻሕፍቲ ባይዱ
热传导
二、 对流传热速率方程
由上分析可知，对流传热与流体的流动状态和流体的性质有 关，其传热过程复杂，影响因素较多，无法用严格的数学求解对 流传热系数。工程上把对流体传热看成是通过一个厚度为δt的传 热膜的热传导过程。应用热传导速率方程可得
热传导
式中 Q——通过传热面积S的对流传热速率，W； S——总传热面积，m2； α——平均对流传热系数，W/(m2·℃)； Δt——流体与壁面间温度差的平均值，℃； δt——传热边界层的厚度，m； λ——加热或冷却流体的导热系数，W/(m·℃)。
热传导
四、 流体无相变时的对流传热
无相变的对流传热是工业生产中最常见的。式（4-25）中包
括强制对流和自然对流，在强制对流时Gr可忽略不计，而自然对
流时Re可忽略不计，所以式（4-25）可进一步简化为
强制对流Nu=f（Re,Pr）
（4-26）
自然对流Nu=f（Pr，Gr）
（4-27）
下面按照强制对流和自然对流两大类，介绍工程上常用的流
（4）流体流动的原因。根据流体流动的原因，对流传热分为 自然对流和强制对流。自然对流是由于流体内部存在温度差而引 起密度不同，密度大的往下沉，密度小的向上升，由于流速较小， 对流传热系数不大。强制对流是由于外界机械能的输入，如泵、 搅拌器等迫使流体流动，由于流速较大，对流传热系数较大。通 常，强制对流传热系数要比自然对流传热系数大几倍至几十倍。
热传导
应注意，对流传热系数是与传热面积和温度差相对应的。例
如，若热流体在换热器的管内流动，冷流体在换热器的管外流动，