第一章传热基本原理
高等传热学知识点总结
多维、线性齐次，乘积解： t ( x, y, z, ) ψ( x, y, z )( ) 令 ψ( x, y, z) X ( x)Y ( y) Z ( z) ，分别求解，然后相乘
t ( x, y, z, ) Cmnp e a ( m
m 1 n 1 p 1
2
m2 m2 )
X( m , x)Y( m , y)Z(m , z)
多维稳态非齐次：边界非齐 fi (r ) 0 or 方程非齐 0 边界非齐次（方程齐次） ：分离变量法
t ( x, y) X ( x)Y ( y) ,参照时间与空间的分离变量法
当多个边界非齐次时，等于各单非齐问题的叠加 方程非齐次：等于相应齐次解+非齐次特解 线性、非齐次、非稳态： 热源函数法：在无限大区域，初始时刻 x=x0 处，作用了 一个 t=t0 的热源，当 0 时，
13
0.14
2 Num 0 . 6 6 4 1 R l e
1 3
Pr
大空间自然对流换热: Nu C (GrPr) C ( Ra)
x z yz z
， 利用
1 H
u H
i 1 i
3
H t 2 i ui
t cp
第二章 分离变量法 分离变量法： 将温度分成只与空间有 t (r , ) ψ(r )( ) ， 关的 ψ(r ) 和只与时间有关的 ( ) 的乘积。 对于线性齐次非稳态无内热源问题， t
ห้องสมุดไป่ตู้对流
t y
y w, x
对流换热基本计算式：傅里叶定律 qw
牛顿冷却公式 qc h(tw, x t ) ，t 在内流时取管道截面 平均流体温度，外流时取远离壁面的流体温度。
传热学 第一章 稳定导热
t = ( x, y , z )
在稳定温度场中的导热称为稳定导热。 在稳定温度场中的导热称为稳定导热。 稳定导热
第一节 导热基本定律 一、温度场和温度梯度
工程应用:1,稳态导热 工程应用 稳态导热设备或装置稳定运行 稳态导热 过程中,温度仅为空间坐标的函数 温度仅为空间坐标的函数， 过程中 温度仅为空间坐标的函数， 不随时间而变； 不随时间而变； 2,非稳态导热设备或装置等启动、 非稳态导热 非稳态导热 设备或装置等启动、 停机等过程中， 停机等过程中，温度随空间和时间 变化 。
Q = −λ .gradt.F
对于单位面积而言
W
Q q = = −λ .gradt F
W /m2
第一节 导热基本定律 二、傅立叶定律
上式为导热基本定律-----傅立叶定律的基本表达式 傅立叶定律的基本表达式. 上式为导热基本定律 傅立叶定律的基本表达式 Q为单位时间内垂直通过导热面积 上的热流量，q为单位时间内垂直通 为单位时间内垂直通过导热面积F上的热流量 为单位时间内垂直通过导热面积 上的热流量， 为单位时间内垂直通 过单位面积上的热流量，又称热流密度； 为导热系数 为导热系数； 过单位面积上的热流量，又称热流密度；λ为导热系数；负号表示热流方 向与温度梯度方向相反。 向与温度梯度方向相反。 对于一维温度场，傅立叶定律的表达式为： 对于一维温度场，傅立叶定律的表达式为：
经整理得
δ1 t1 − t 2 = q λ1 δ2 t 2 − t3 = q λ2 δ3 t3 − t4 = q λ3
第二节 通过平壁的稳定导热 二、多层平壁的稳定导热
δ1 δ 2 δ 3 t1 − t 4 = q λ + λ + λ 2 3 1
1传热学第一章课件
辐射换热：物体间靠热 辐射进行的 热量传递
2.辐射换热的特点
➢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
➢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
热 力学： tm , Q
传热学：过程的速率
水，M2
20oC
t = f ( x , y , z , ); Q = f ( )
传热学研究内容 热量传递的机理和速率、温度 场的变化
传热学的工程应用
1、 强化传热：即在一定的 条件下， 增加 所传递 的热量。 如热水的 搅拌冷 却
2 、 削弱传热，也称 热绝缘 ：即在一 定的温差 下，使 热量的传递 减到最小。如热 水瓶
教材
《传热学》，戴锅生著，第二版
学时
总学时：24，讲课：22，实验：2
参考资料：《传热学》，杨世铭、陶文铨编著，第四版 《传热学重点难点及典型题精解》，王秋旺，西安交大出版社
辅导
周四 4:00-5:00pm，一校区教4楼 热能教研室
第一章 绪论
§1-1 传热学概述 §1-2 热量传递的基本方式 §1-3 传热过程与热阻
燃煤电厂的基本流程
锅 炉 工 作 原 理
三、传热学与工程热力学的关系
相同点： 传热学以热力学第一定律和第二定律为基础
热力学第一定律
热量始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。
热力学第二定律
热量能自发的从高温物体传递到低温物体
不同点 a. 工程热力学：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。
化工原理传热
化工原理传热
传热是化工过程中重要的物理现象之一，它涉及能量的转移和分布。
传热可以通过三种方式进行：传导、对流和辐射。
传导是指热能在固体或液体中以分子间相互碰撞的方式传递。
在传导过程中，热量会从高温区域传递到低温区域，直到温度达到平衡。
对流是指热能通过流体的运动传递。
当物体表面受热时，周围的流体会被加热并膨胀，然后从热源处上升。
这导致了对流循环，使热量从热源传递到周围环境。
辐射是指热能以电磁波的形式传递，不需要介质来传递热量。
辐射可以通过空气、液体和固体传播，甚至可以在真空中传播。
辐射热传递取决于物体的温度和表面特性。
在化工过程中，传热是必不可少的。
传热的目的可以是控制温度以实现反应的理想条件，或者从一个系统中移除或向其输入热量。
为了实现有效的传热，可以采取以下措施：
1. 提高传热系数：通过增加传热表面积或提高传热介质的流速，可以增加传热系数，从而加快传热速度。
2. 减小传热阻力：通过改变传热介质的性质或减小传热介质的流通路径长度，可以减小传热阻力，提高传热效率。
3. 使用传热表面增强技术：如使用鳍片、流体分散剂或填料等
技术，可以增大传热表面积，从而提高传热效率。
4. 优化换热设备设计：通过合理设计换热设备的结构和组件，可以实现更高效的传热过程，并减少传热介质的能量损失。
化工过程中的传热是一个复杂的过程，需要综合考虑多种因素。
通过合理选择传热方式和采取相应的措施，可以实现高效的能量传递和分布，从而提高化工过程的效率和质量。
传热的基本原理
传热的基本原理
传热是指热量从一个物体传递到另一个物体的过程。
热量传递可以通过三种基本途径发生：传导、对流和辐射。
传导是指热量通过物质内部的分子或离子的振动和碰撞来传递的过程。
当一个物体的一部分受热时，其分子通过振动和碰撞将能量传递给周围的分子，从而逐渐使整个物体达到热平衡。
传导的速率取决于物体的导热性质，即物体的热导率。
热导率越高，传导速率越快。
对流是指流体（气体或液体）的传热过程。
当一个物体受热时，周围的流体也会受热并产生密度变化，从而形成对流流动。
对流能够有效地传递热量，因为流体的流动会带走热量并将其传递到其他地方。
对流的速率取决于流体的热扩散性质和流体的流动性质。
辐射是指热量以电磁波的形式传递，无需通过物质进行传导或对流。
所有物体都会辐射热量，其强度取决于物体的温度和辐射特性。
辐射热量可以在真空中传递，也可以在透明的介质（例如空气或玻璃）中传递。
在实际情况中，传热往往是以上三种方式的综合作用。
例如，在烹饪中，热量通过盖子底部的传导传递给锅内的食物，然后通过对流将热量均匀分布到整个食物中。
而太阳的热量则通过辐射传递到地球表面，然后通过导热和对流进一步分布到大气层和海洋中。
了解传热的基本原理对于很多日常生活和工程应用都非常重要。
通过控制传热过程，我们可以更好地设计和改进热交换设备、节能系统以及热管理系统，从而提高能源利用效率，减少能源消耗。
化工原理传热
化工原理传热传热是化工工程中非常重要的一个环节，它涉及到许多工艺过程和设备的设计与操作。
在化工生产中，传热过程不仅影响着产品质量和生产效率，还直接关系到能源的利用效率和环境保护。
因此，对于化工原理传热的深入理解和掌握，对于化工工程师来说至关重要。
传热的基本原理包括传热方式、传热系数、传热表达式等。
传热方式主要包括传导、对流和辐射三种方式。
传导是指热量通过物质内部的传递，对流是指热量通过流体的对流传递，而辐射是指热量通过电磁波的辐射传递。
传热系数是描述传热效果的物理量，它与传热介质的性质、流体状态、流体性质等因素有关。
传热表达式则是用来描述传热过程的数学表达式，可以通过传热方程和传热系数来进行计算和分析。
在化工生产中，传热过程通常涉及到换热器、蒸发器、冷凝器等设备。
换热器是用来实现不同流体之间热量交换的设备，它包括了许多种类，如壳管式换热器、板式换热器等。
蒸发器是将液态物质转化为气态物质的设备，它在化工生产中应用广泛。
而冷凝器则是将气态物质转化为液态物质的设备，也是化工生产不可或缺的一部分。
在传热过程中，热传导、对流传热和辐射传热是相互作用的。
热传导是传热过程中最基本的方式，它在许多设备和工艺中都有重要的应用。
对流传热则是流体在传热过程中的一种重要方式，它受到流体的流动状态、速度、流体性质等因素的影响。
而辐射传热则是在高温条件下的一种重要传热方式，它在许多高温工艺和设备中都有重要的应用。
总的来说，化工原理传热是化工工程师必须要深入了解和掌握的一个重要内容。
通过对传热的基本原理、传热设备和传热过程的深入研究，可以更好地指导化工生产实践，提高生产效率，降低能源消耗，保护环境，实现可持续发展。
希望本文能为化工工程师提供一些有益的参考和帮助。
传热学
传热学第一章绪论1.传热学的定义: 研究由于温度差而引起的热能传递规律的科学.2.热流量（heat transfer rate）：单位时间内通过某一给定面积A的热量，记为Φ，单位为 W3.热流密度（或称面积热流量）:通过单位面积的热流量，记为q，单位是 W/m24.稳态过程与非稳态过程稳态过程：热量传递系统中各点温度不随时间而改变的过程非稳态过程：各点温度随时间而改变的过程5.热传导的定义：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热运动而产生的热量传递过程1）导热是物质的固有属性2）固、液、气等均具有一定的导热能力3）纯导热只发生在密实的固体和静止的流体中导热现象的判断？1）有温差；2）密实固体或静止流体6.模型一平壁稳态导热.影响因素:平壁面积,厚度,温差平壁稳态导热的计算公式：7.λ —热导率，又称导热系数.单位：W/(m·K) (热物理参数)8.热对流：流体中温度不同的各部分发生相互混合的宏观运动而引起的热量传递现象特点: 1）发生在流体中2）流体内部必须存在温差3）流体必须有宏观运动4）伴随着热传导9.对流传热：流动的流体与温度不同的固体壁面间的热量传递过程.(热对流的一种方式,传热学研究方式).分类:按流体流动的起因：1）自然对流、自由对流：流体冷、热各部分密度不同而引起的2）受迫对流、强迫对流：流体的流动是在外力（在泵或风机）作用下产生的技巧：给出流体速度的为强迫对流按流体有无相变：1）无相变的对流传热2）有相变的对流传热：沸腾换热、凝结换热10.如何判断对流传热1）发生在壁面和流体之间：参与物质类型2）壁面和流体存在温差：热量传递的前提3）流体要运动：速度体现一定不要遗漏自然对流11.对流传热的计算—牛顿冷却公式（对流传热的热量传递速率方程）当流体被加热时：当流体被冷却时：h-表面传热系数(过程量)，W/(m2·K)13.热辐射：由于自身温度（热）的原因而发出辐射能的现象（heat radiation）1）辐射传热：物体之间因为相互辐射、相互吸收而引起的热量传递过程2）理想物体：绝对黑体，简称黑体（能够全部吸收投射到其表面上辐射能的物体）14.黑体辐射的斯忒藩-玻耳兹曼（Stefan-Boltamann）定律实际物体的辐射能力：注意：1）σ—斯忒藩-玻耳兹曼常数，5.67×10-8W/(m2·K4) 2）ε—发射率（emissivity），习惯上也称为黑度，物性参数15.理想模型2—两平行黑体平板间的辐射传热（相距很近，表面间充满了透明介质）16.理想模型3—非凹表面1包容在面积很大的空腔2中注意：1）辐射传热必须采用热力学温度2）注意公式的使用条件3）“动态平衡”的含义（p8）17．导热、对流与辐射的辨析：1）导热、对流只在有物质存在的条件下才能实现；热辐射不需中间介质（非接触性传热）2）辐射不仅有能量的转移，而且伴随能量形式的转换；3）辐射换热是一种双向热流同时存在的换热过程；4）辐射能力与其温度有关，导热、对流与温差有关；导热与对流的辨析：气、液、固均具有导热能力，纯导热只发生在静止的流体中；对流只发生在流动的流体中；18．传热过程：热量由固体一侧的高温流体通过固体壁面传给另一侧低温流体的热量传递过程 。
传热的原理
传热的原理
传热是指热量从一个物体传递到另一个物体的过程。
它可以通过三种方式进行：传导、对流和辐射。
传导是通过物质内部的分子间碰撞传递热量的过程。
当物体的一部分受热时，它的分子开始振动更加激烈，这些振动会传递给相邻的分子。
这样，热量会从高温区域沿着物质的温度梯度逐渐传导到低温区域。
传导的速率取决于物质的导热性能，例如金属通常具有较高的导热性能，而绝缘材料则通常具有较低的导热性能。
对流是指通过流体的运动来传递热量的过程。
当物体受热时，流体会受热膨胀，密度减小，从而形成一个上升的热对流流动。
这种流动会将热量从高温区域带到低温区域。
对流传热的速率取决于流体的性质、流动速度和物体的表面特性。
辐射是指通过电磁波传递热量的过程。
所有物体都会辐射热能，其辐射的电磁波频率和强度取决于其温度。
这种电磁波可以穿过真空和透明介质，并在接触到其他物体时被吸收或反射。
当热辐射被吸收时，能量被转化为热量。
辐射传热的速率取决于物体的温度、表面特性和辐射的波长。
这三种传热方式通常同时存在，并相互影响。
对于大多数热传递过程，它们是同时进行的，但某一特定方式可能会占主导地位。
了解和控制传热过程对于许多工程和科学应用都至关重要。
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1p 0.29 0.26 10 3 t 1p
0.29 0.26 10 3 835 0.507[w /(m C)]
2013年7月9日
t1 t 2 950 720 t1p 835 C 2 2 32
同理， A级硅藻土砖平均热导率为
t 2 t 3 720 50 t 2p 385 C 2 2
2
18
2013年7月9日
物态与热导率关系
固体＞液体＞气体
固体
银的热导率为420W/（m· ℃） 铜的热导率为391W/（m· ℃） 铁的热导率为73W/（m· ℃）
纯金属的温度↗而 ↘ 高合金钢的温度↗而 ↗ 碳钢和低合金钢的温度↗而 ↘
液体 气体
2013年7月9日
热导率为 0.07～0.7 W／（m· ℃） 热导率为0.006～0.6W／（m· ℃）
热导率 λ恒定
t
1
t
2
面导热的影响，误差不大于1％。） 因而平壁温度只沿垂
直于壁面x轴方向变化，所以它是单向稳定态导热问题。
2013年7月9日 22
平壁炉墙上的导热计算公式
Q dt q F dx
t2 t1
dt
q
dx
q
t
热导率 λ恒定
t
1
dt dx
0
s
q
t1 t 2
材料的热导率与温度关系：
t
0
bt
(1 7)
式中： 0 、 t —分别为0℃和t℃时材料的热导率； b—材料的温度系数，随材料而异
t1
特别 提示
2013年7月9日
t
(t1 t 2) 2
t tm
t2
炉墙
16
●求λt方法：
1.查表法：如教材P179附表3可查到部分材料的热导率 如：粘土砖（NZ-40)的热导率λ t=0.698+0.64×10-3t
t1 t2 s
t2=100℃,S=0.345m
1000 100 炉墙平 tp 550 C 均温度 2
查教材P179附表3，得粘土砖的平均热导率 λ =0.698+0.64×10-3t，把tp=550℃代入t得： λ =0.698+0.00064×550=1.056[w/(m ℃)]
温度较高的物体，当其与温度较低的物体或质点相接触时， 依靠物体中微观粒子的热振动，将其本身的部分能量传给
后者，这种定向的、有秩序地发生的热量转移过程称为
“传导传热”或简称“导热”。
2.对流传热
依靠流体微团的宏观运 动而进行的热量传递
定义：流体在流动时，流体质点发生位移和 相互混合而发生的热量传递，称为对流传热。
2013年7月9日
1000 100 q 2684 .7 w / m 2 答：炉侧墙散热量 为2684.7W/m2 0.345 30 1.056
例题2：有一箱式电阻炉为双层平壁炉墙(侧墙)，内层由QN－1.0 的轻质砖砌成，外层由A级硅藻土砖，内外层厚分别为115㎜和 230㎜，已知炉内表面温度为920℃，外表温度为50℃，试计算稳 定态时炉墙的散热损失热流密度、界面温度。 t 解：由公式可知，两层平壁 炉墙的传导热流密度q为：
热处理炉 课程
教材：吉泽生《热处理炉》
电子教案
武汉科技大学 材料与冶金学院 金 属 材 料 工 程 系 从善海
2013年7月9日
1
教材：《热处理炉》
吉泽升编著，哈尔滨工程大学出版社，06年8月版
参考书： 1.《热处理炉》 曾祥模主编， 西北工业大学出版社，1989年8月 2.《热处理车间设备及设计》 臧尔寿主编， 冶金工业出版社，1995年 3.《热处理车间设备及设计》 山东人民出版社，1977年10月 4.《热处理手册》 第2版，第3卷， 2013年7月9日 机械工业出版社，1992年10月
和吸收对方投射来的辐射能量 ④ “对等性”
称为辐射传热
1.从中心向各个方向沿着直线伸展出去。
2.指热辐射、光线、无线电波等电磁波的传播也叫辐射。
辐射有一个重要的特点，就是它是
“对等的”。不论物体(气体)温度
高低都向外辐射，甲物体可以向乙 物体辐射，同时乙也可向甲辐射。 这一点不同于传导，传导是单向进 行的。遭遇到大量辐射的人都应用 肥皂和大量清水彻底冲洗整个身体, 并立即寻求医生或专家的帮助 !
2013年7月9日
4
§1-1 基本概念
传导传热
一、传热三种 基本的方式
对流传热 辐射传热
1.传导传热
特点： ①微观上，物体的微观粒子不发
生宏观的相对移动，只是其热振
定义：温度不同的接触 物体间或一物体中各部
动和碰撞中发生能量传递；
②宏观上表现为热量从物体的高
分之间热能的传递过程， 温部分传导低温部分。 称为传导传热。
2p 0.1 0.23 10 3 t 2p
0.1 0.23 10 3 385 0.188[w /(m C)]
t1 t 3 950 50 q 620 ( W / m 2 ) S1 S2 0.115 0.230 1p 2p 0.507 0.188
2
第一章 传热基本原理
●讲授内容： 第一章的基本概念、传导传热和对流换热 ●讲授要达到的目的及要求：
1.理解或掌握：基本概念清楚，了解传热的基本概念，熟
悉有关传导传热的基本形式、基本定律和影响因素等；
掌握传导传热、对流传热、辐射传热和综合传热的计算
方法。2013ຫໍສະໝຸດ 7月9日 32.记忆： 传导传热，热流，热流密度，热导率， 热阻，黑体，黑度，灰度 3.论述或应用 ●重点和难点：传导传热的表达公式及应用
(W / m 2 )
3 3
t
1
t
2
t
q
s s
1 2
3
q q1 q 2 q 3
总流密度
q t1 t 4
t3 t4
s
t
s
3
4
3 3
0 图1-2多层平 壁炉墙导热
25
x
s
1 1
s
2 2
s
(1 12 )
2013年7月9日
3.复合多层炉墙的热流量计算公式
求通过炉墙的热流Q及界面温度t2
19
●固体非金属材料的热导率低于金属材料的热导率
耐火材料和保温材料的热导率范围：
3.0～0.025W/（m· ℃）之间
空气的热导率很小（0.024W／（m· ℃）
★工程上常把λ值小于0.25W／（m· ℃）的材 料称为保温材料（又称绝热材料或隔热材料）
2013年7月9日 20
对大多数非金属材料来说： 1.当温度t↗ 2.相同物质 则：λ↗ 当体积密度ρ ↗则λ ↗，ρ↘则λ↘ 保温材料 质轻？
r
1
Q
F 2 F1
ln F F
2 1
(t1 t 2)
Q
2L(r 2 r1) ln 2Lr 2
(t1 t 2)
2Lr
1
令
F 2 F1
ln F F
2 1
F
F Q (t1 t 2) s
t t Q
1
2
s F
2013年7月9日
28
单层圆桶炉墙的稳定导热热流计算公式
t1 t 2 Q s F
F
1
(W )(1 18)
F
2
2
分别是圆筒炉墙内、外表面积
1
F F F ln F F
2 1
是圆筒炉墙对数平均面积
r r
2 1
2
可用算术平均面积代 替对数平均面积
29
2013年7月9日
例题1：有一厚度为345mm粘土砖炉侧墙，其内表面温度为 1000℃，其外表面温度为100℃，求该炉墙的散热量。 解：散热量散热量计算公式： q 已知t1=1000℃,
保温材料属多孔性材料，正是由于其小孔内存有空气 阻碍热量的传导，从而使其具有较小的热导率。
2013年7月9日 21
三、平壁炉墙上的导热
1.关于单层平壁炉墙的热流密度、 热流量计算公式
单层平壁炉墙， 壁厚为S，炉墙稳 态传热，表面温度为t1、t2（t1＞t2）
dx
（若平壁面积是厚度的8～10倍时，可忽略端 0 s t
(m )
2
2
(1 10)
F2 当 ＞2时 F1
F F 1F 2
(m )
(1 11)
2013年7月9日
24
2.关于多层平壁炉墙导热的计算公式
图1-2为3层不同材料与厚度平壁炉墙
第 q t1 t 2 1 一 s1 层 1
t
第 q t2 t3 2 二 s2 层 2 第 q 3 三 层
t1 950 C
t2
t1 t 3 q s1 s 2
q
(W / m 2 )
0.115 0.230
31
50C
1
2
0
2013年7月9日
双层平壁炉墙导热
x
式中：
t1 t3 950 50 900 C
S1 0.115m ，S2 0.23m
为了计算λ 值，假设界面温度t2=720℃,则轻质粘土砖 平均热导率为:
1
图1-4复合多层 平壁炉墙导热
26
dt dt Q qF F 2rL dr dr
四、圆筒炉墙的导热
1、单层圆桶炉墙的稳定导热
t
dr dt 2 L r