第四章-1-热量传递基本方式
合集下载
4.1 传热概述及热传导
保温杯内胆与瓶身中间处于真空，
无气体分子，不导热。
27
4.2.1 傅立叶定律（Fourier's Law）
1.固体的导热系数
导热性能与导电性能密切相关，一般而言，良好的导电体必然是良好的导热体，
反之亦然。在所有固体中，金属的导热性能最好。 大多数金属的导热系数与金属温度和纯度有关，即
t ， λ
t 0
t 0
非稳态(非定常)传热：间歇生产过程，开、停车阶段。
Q , q, t f x , y , z
本章只讨论稳定传热
17
4.1.3 传热过程 热载体及其选择
选择原则
①载热体的温度易调节控制；
②载热体的饱和蒸气压较低，加热时不易分解； ③载热体的毒性小，不易燃、易爆，不易腐蚀设备；
《化工原理》
第4章 传热
4.1 传热概述及热传导
新课导入
热传递3种方式
热 传 导
热 对 流
热 辐 射
热量传递可以依靠其中的一种方式或几种方式同时进行，净的热流方向总是 从高温处向低温处流动。
2
4.1.1 传热的三种基本方式
热传导
若物体各部分之间借分子、原子和自由电子等微观粒子的热运动 传递热量的过程为热传导(又称导热)。
物质种类
气体
液体
非导固体
金属
绝热材料
W/(m﹒oC) 0.006～0.6 0.07～0.7
0.2～3.0
15～420
﹤0.25
26
4.2.1傅立叶定律（Fourier's Law）
从导热系数的角度分析一下，泡沫箱和保温杯的保温原理。
泡沫箱中存在大量微孔，填充
了大量空气，同时其自身为绝
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。
一. 大空间自然对流换热的实验关联式 工程中广泛使用的是下面的关联式：
l / d 60
层流
湍流
二. 横掠管束换热实验关联式
• 外掠管束在换热器 中最为常见。 • 通常管子有叉排和 顺排两种排列方式。 顺叉排换热的比较： 叉排换热强、阻力 损失大并难于清洗。 影响管束换热的因 Pr 素除 Re 、 数外，还 有：叉排或顺排； 管间距；管束排数 等。
后排管受前排管尾流的扰动作用对平均表面传热系数的影 响直到10排以上的管子才能消失。 这种情况下，先给出不考虑排数影响的关联式，再采用管 束排数的因素作为修正系数。 气体横掠10排以上管束的实验关联式为
(5) 流体的热物理性质：
3 密度 [kg m ] 热导率 [ W (m C) ] 2 比热容 c [J (kg C) ] 动力粘度 [ N s m ] 运动粘度 [m 2 s] 体胀系数 [1 K ]
1 v 1 v T p T p
Nu c Re n Nu c Re n Pr m Nu c(Gr Pr)n
式中，c、n、m 等需由实验数据确定，通常由图解法和 最小二乘法确定
④常见准则数的定义、物理意义和表达式，及其各量的 物理意义
⑤模化试验应遵循的准则数方程 强制对流:
Nu f (Re, Pr)； Nu x f ( x ' , Re, Pr)
导热热阻：平壁，圆筒壁
q
t w1 t w 2 t w1 t w 2
t r t R
t
t w1
dt
dx
Φ
A
Q
0
tw2
R A
r
热量传递的三种基本方式
热量传递的三种基本方式热量传递是在物质中传递热能的过程。
在自然界中，热量会通过不同的方式在物体之间传递，从而调节温度和能量分布。
本文将介绍热量传递的三种基本方式：传导、对流和辐射。
1. 传导传导是热量通过直接接触的方式从一个物体传递到另一个物体的过程。
在传导中，热量从高温区域传递到低温区域，直到两个物体的温度达到平衡。
这种传递是通过物质内部分子间的碰撞和能量传递实现的。
导热性能是一个物质传导热量的重要性能指标。
导热性能取决于物质的热传导系数、形状和温度梯度等因素。
例如，金属具有良好的导热性能，因此常被用于传导热量的材料。
相比之下，绝缘材料的导热性能较差，能够阻碍热量的传递。
2. 对流对流是热量通过流体介质传递的方式。
在对流中，热量通过流体流动的方式从一个区域传递到另一个区域。
流体可以是气体或液体，其流动可以通过自然对流或强迫对流两种方式进行。
自然对流是指由于温度差异引起的流体流动。
当一个区域的温度升高，流体会膨胀变得轻，然后上升；而在另一个区域，流体则会冷却并变得密，然后下沉。
这样的循环运动将热量从热源传递到周围环境。
强迫对流是通过外部的力或设备施加到流体上，使其流动来传递热量。
例如，在散热器中，通过电风扇引导空气流动，加速热量的传递。
这种对流的传热速度通常比自然对流更快。
3. 辐射辐射是通过电磁波的传播而传递热量的方式。
辐射无需介质，可以在真空中传播。
在辐射中，热量以电磁波的形式从高温物体传递到低温物体，不需要任何介质来传递能量。
光和红外线是最常见的热辐射形式。
热辐射的传热能力受到物体的表面特性和温度的影响。
黑体是一种理想化的物体，它对所有入射辐射都能完全吸收，并能以相同的速率发射出辐射。
斯蒂芬-波尔兹曼定律描述了黑体辐射能量与其温度的关系，即辐射功率与温度的四次方成正比。
根据这个定律，温度越高的物体辐射的能量越多。
总结热量传递的三种基本方式分别是传导、对流和辐射。
传导通过物质内部的分子碰撞传递热量，对流通过流体介质的流动传递热量，而辐射则是通过电磁波的传播来传递热量。
第4章传热-1、2、3
三、传热的基本方式
1、热传导
热量从物体内部温度较高的部分传递到温度较低的 部分或者传递到与之相接触的温度、较低的另一物体的 过程称为热传导，简称导热。 特点：物质间没有宏观位移，只发生在静止物质内的一种 传热方式。 微观机理因物态而异
2、热对流
流体中质点发生相对位移而引起的热量传递，称为热对流 对流只能发生在流体中。 强制对流 用机械能（泵、风机、搅拌等）使流体发生 对流而传热。 自然对流 由于流体各部分温度的不均匀分布，形成 密度的差异，在浮升力的作用下，流体发 生对流而传热
对于n层圆筒壁：
2 L(t1 tn 1 ) t1 tn 1 t1 tn 1 Q＝ n n ＝ n bi 1 ri 1 ln Ri ri i 1 i i 1 i S mi i 1
Q 2 rlq 1 1 2 r 2lq2 2 r 3lq3
2、蓄热式换热
蓄热式换热器是由热容量较大的蓄热室构成。室中充 填耐火砖作为填料，当冷、热流体交替的通过同一室时， 就可以通过蓄热室的填料将热流体的热量传递给冷流体， 达到两流体换热的目的。
3、间壁式换热
间壁式换热的特点是冷、热流体被一固体隔开，分别 在壁的两侧流动，不相混合，通过固体壁进行热量传递。
流体通过管壁的传热过程
冷、热流体通过间壁的 传热过程分为三步： (1) 热流体将热量传给热
流体侧壁面（对流传热）
(2) 热量由一侧传至另
一侧（热传导）；
(3) 热量由壁面传给冷 流体（对流传热）；
T1 T2 体
Q1 ( 对流 )
t1
冷 流 体
(1)热流体 管壁内侧 (2)管壁内侧 管壁外侧 (3)管壁外侧 冷流体
t f ( x, y , z )
建筑热工学试题及答案
1-1热量传递有三种基本方式,它们是( )。
A.吸热、防热、蓄热B.导热、吸热、放热C.导热、对流、辐射D.吸热、蓄热、导热提示:热量传递的三种基本方式是导热、对流、辐射。
答案:C1-2热量传递有三种基本方式,他们是导热、对流和辐射。
关于热量传递下面哪个说法是不正确的?( )A.存在着温度差的地方,就发生热量传递B.两个相互不直接接触的物体间,不可能发生热量传递C.对流传热发生在流体之中D.密实的固体中的热量传递只有导热一种方式提示:两个相互不直接接触的物体间,可以辐射的方式发生热量传递。
答案:B1-3关于保温材料的导热系数的叙述,下述哪一项是正确的?( )A.保温材料的导热系数随材料厚度的增大而减小B.保温材料的导热系数不随材料使用地域的改变而改变C.保温材料的导热系数随湿度的增大而增大D.保温材料的导热系数随干密度的减小而减小提示:保温材料的导热系数随湿度的增加而增大,随温度的升高而增大,有些保温材料的导热系数随干密度减小,导热系数先减小,然后会增大。
答案:C1-4“导热系数”是指在稳态条件下,在以下哪种情况时,通过lm2截面积在lh内由导热方式传递的热量?()A.材料层厚度为1m,两侧空气温度差为1℃B.围护结构内外表面温度差为1℃C.围护结构两侧空气温度差为1℃D.材料层厚度为lm,两侧表面温度差为1℃提示:“导热系数”是指在稳态条件下,材料层厚度为1m,材料层两侧表面温度差为注:“建筑物理”模拟题均为一级注册建筑师使用。
1℃时,在1h内通过lm2截面积由导热方式传递的热量。
答案:D1-5下列物理量的单位,()是错误的。
A.导热系数[W/(m·K)]B.比热容[KJ/(Kg·K)]C.传热阻[(m·K)/W]D.传热系数[W/(m2·K)]提示:传热阻的单位应是m2·K/W。
答案:C1-6下列材料导热系数由大到小排列正确的是()。
A.钢材、加气混凝土、水泥砂浆B.加气混凝土、钢材、玻璃C.钢材、水泥砂浆、加气混凝土D.水泥砂浆、红砖、钢材提示:请查看《民用建筑热工设计规范》所列建筑材料热工指标。
传热学1-热工
7
晶格结构振动的传递在文献中常称为弹性 波。
至于液体中的导热机理，还存在着不同的 观点。有一种观点认为定性上类似于气体， 只是情况更复杂，因为液体分子间的距离比 较近．分子间的作用力对碰撞过程的影响远 比气体为大。另一种观点则认为液体的导热 机理类似于非导电固体，主要靠弹性波的作 用。导热微观机理的进一步论述已超出本书 的范围，有兴趣的同学可参阅热物性学专著 文献。本书以后的论述仅限于导热现象的宏 观规律。
(2)计算每米长度管道的总散热量。 解 (1)此管道的散热有辐射换热和自 然对流换热两种方式。
29
(2) 把管道每米长度上的散热量记为q1。当仅 考虑自然对流时．据式（1-6）单位长度上的自 然对流换热量为:
管道外表面与室内物体及墙壁之间的辐射换热可 以按式(1-9)计算，并近似地取这些物体的表面温度 等于室内空气温度。于是每米长度管子上的辐射换 热量为:
8
傅立叶定律
考察如图1-1所示的两 个表面均维持均匀温度的 平板的导热。这是个一维 导热问题。 对于x方向上任意一个厚度为dx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
9
＝－Adt (1-1)
dx
式中 λ是比例系数，称为热导率，又称 导热系数，负号表示热量传递的方向同温 度升高的方向相反。
1-1 热量传递的三种基本方式
热量传递有三种基本方式：
导热、对流和热辐射。
1．导热
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为导热(或称热传导)。
例如，固体内部热量从温度较高的部分传 递到温度较低的部分，以及温度较高的固体 把热量传递给与之接触的温度较低的另一固 体都是导热现象。
晶格结构振动的传递在文献中常称为弹性 波。
至于液体中的导热机理，还存在着不同的 观点。有一种观点认为定性上类似于气体， 只是情况更复杂，因为液体分子间的距离比 较近．分子间的作用力对碰撞过程的影响远 比气体为大。另一种观点则认为液体的导热 机理类似于非导电固体，主要靠弹性波的作 用。导热微观机理的进一步论述已超出本书 的范围，有兴趣的同学可参阅热物性学专著 文献。本书以后的论述仅限于导热现象的宏 观规律。
(2)计算每米长度管道的总散热量。 解 (1)此管道的散热有辐射换热和自 然对流换热两种方式。
29
(2) 把管道每米长度上的散热量记为q1。当仅 考虑自然对流时．据式（1-6）单位长度上的自 然对流换热量为:
管道外表面与室内物体及墙壁之间的辐射换热可 以按式(1-9)计算，并近似地取这些物体的表面温度 等于室内空气温度。于是每米长度管子上的辐射换 热量为:
8
傅立叶定律
考察如图1-1所示的两 个表面均维持均匀温度的 平板的导热。这是个一维 导热问题。 对于x方向上任意一个厚度为dx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
9
＝－Adt (1-1)
dx
式中 λ是比例系数，称为热导率，又称 导热系数，负号表示热量传递的方向同温 度升高的方向相反。
1-1 热量传递的三种基本方式
热量传递有三种基本方式：
导热、对流和热辐射。
1．导热
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为导热(或称热传导)。
例如，固体内部热量从温度较高的部分传 递到温度较低的部分，以及温度较高的固体 把热量传递给与之接触的温度较低的另一固 体都是导热现象。
化工原理第四章传热及传热设备
优点：传热速度较快，适用范围广，热量的综合利 用和回收便利。
缺点：造价高，流动阻力大，动力消耗大。
典型设备：列管式换热器、套管式换热器。
适用范围：不许直接混合的两种流体间的热交换。
单程列管式换热器
1 —外壳 2—管束 3、4—接管 5—封头 6—管板 7—挡板
套管式换热器 1—内管 2—外管
3、蓄热式换热器
一个物性参数，越大，导热性能越好。导热性能的大小与物
质的组成、结构、温度及压强等有关。
物质的导热系数通常由实验测定。各种物质的导热系数数 值差别极大，一般而言，金属的导热系数最大，非金属次之， 而气体最小。工程上常见物质的导热系数可从有关手册中查 得，本教材附录亦有部分摘录。
气体的导热系数
与液体和固体相比，气体的导热系数最小，对 导热不利，但却有利于保温和绝热。
流体无相变时：α =f(u，l，μ,λ，ρ，Cp，βgΔt)
8个变量通过因次分析得到如下等关系式：
l
K
lu
a
Cp
f
l
3
2 gt 2
h
Nu l ：努塞尔准数 表示对流传热系数的准 数
Re lu ：雷诺准数 表示流动状态对 的影响
Pr Cp ：普兰特准数 表示流体的物性对 的影响
的导热面积A成正比。
Q=-λAdt/dx
λ--导热系数，W/m·K 或W/m·℃ dt/dx—温度梯度，负值(温度降低的方向)
Q—热流量，热流方向与温度梯度的方向相反
4.2.3 导热系数
QAd dxtAQ dtdqt
dx dx
上式即为导热系数的定义式。其表明导热系数在数值上 等于单位温度梯度下的热流密度。它是表征物质导热性能的
缺点：造价高，流动阻力大，动力消耗大。
典型设备：列管式换热器、套管式换热器。
适用范围：不许直接混合的两种流体间的热交换。
单程列管式换热器
1 —外壳 2—管束 3、4—接管 5—封头 6—管板 7—挡板
套管式换热器 1—内管 2—外管
3、蓄热式换热器
一个物性参数，越大，导热性能越好。导热性能的大小与物
质的组成、结构、温度及压强等有关。
物质的导热系数通常由实验测定。各种物质的导热系数数 值差别极大，一般而言，金属的导热系数最大，非金属次之， 而气体最小。工程上常见物质的导热系数可从有关手册中查 得，本教材附录亦有部分摘录。
气体的导热系数
与液体和固体相比，气体的导热系数最小，对 导热不利，但却有利于保温和绝热。
流体无相变时：α =f(u，l，μ,λ，ρ，Cp，βgΔt)
8个变量通过因次分析得到如下等关系式：
l
K
lu
a
Cp
f
l
3
2 gt 2
h
Nu l ：努塞尔准数 表示对流传热系数的准 数
Re lu ：雷诺准数 表示流动状态对 的影响
Pr Cp ：普兰特准数 表示流体的物性对 的影响
的导热面积A成正比。
Q=-λAdt/dx
λ--导热系数，W/m·K 或W/m·℃ dt/dx—温度梯度，负值(温度降低的方向)
Q—热流量，热流方向与温度梯度的方向相反
4.2.3 导热系数
QAd dxtAQ dtdqt
dx dx
上式即为导热系数的定义式。其表明导热系数在数值上 等于单位温度梯度下的热流密度。它是表征物质导热性能的
环境工程原理第四章 热量传递
⑵ 对流传热(简称热对流) 定义：在流体中，由于流体质点发生相对位移（流动混合） 把热量从一处传到另一处的过程，叫做对流传热。
特点：伴随着流体质点的运动，只能发生在流体中。 对流传热的运动方式： ①自然对流：由于流体内部各点温度不同，温度高的地方
流体密度小而上浮，温度低的地方流体密度大而下
沉，这样引起流体质点的相对运动称为自然对流。 ②强制对流：由于外界机械作用，强迫流体质点发生相对运 动称为强制对流（强制对流时，流体质点的运动较
（1）、傅立叶定律：单位时间内的传热量与温度梯度及垂 直于热流方向的导热截面积成正比。
dT 或 dT 数学表达式 dQ dA dQ dA dy dy
负号表示热流方向总是与温度梯度方向相反，即热流方向是沿 着温度降低的方向。 dT 稳态导热时 ： Q A dy 4.2.2、导热系数 （ ） Q dT 单位： A W m1 K 1 dy 物理意义：系温度梯度为1 K m ，导热面积为1 m2时，单位 时间内传递的热量。导热系数是物质导热能力的标志，物质 的λ 值越大，说明该物质的导热能力越强。 一般地：金属的导热系数最大，非金属固体次之，液体的较 小，而气体的最小。
以x表示沿壁厚方向上的距离，
在x处等温面上的温度为 q 2641 T T1 x 950 x 950 1625 x m 1.625 即温度分布为直线关系。
（2）导热系数取为变量
q dT dT (1.0 0.001T ) dx dx
b 0
分离变量并积分
T2
b
0
T2 Q dx dT T1 A T
T1 T2 Q A b
或
T Q b R A
----单层平壁的稳态热传导方程式
特点：伴随着流体质点的运动，只能发生在流体中。 对流传热的运动方式： ①自然对流：由于流体内部各点温度不同，温度高的地方
流体密度小而上浮，温度低的地方流体密度大而下
沉，这样引起流体质点的相对运动称为自然对流。 ②强制对流：由于外界机械作用，强迫流体质点发生相对运 动称为强制对流（强制对流时，流体质点的运动较
（1）、傅立叶定律：单位时间内的传热量与温度梯度及垂 直于热流方向的导热截面积成正比。
dT 或 dT 数学表达式 dQ dA dQ dA dy dy
负号表示热流方向总是与温度梯度方向相反，即热流方向是沿 着温度降低的方向。 dT 稳态导热时 ： Q A dy 4.2.2、导热系数 （ ） Q dT 单位： A W m1 K 1 dy 物理意义：系温度梯度为1 K m ，导热面积为1 m2时，单位 时间内传递的热量。导热系数是物质导热能力的标志，物质 的λ 值越大，说明该物质的导热能力越强。 一般地：金属的导热系数最大，非金属固体次之，液体的较 小，而气体的最小。
以x表示沿壁厚方向上的距离，
在x处等温面上的温度为 q 2641 T T1 x 950 x 950 1625 x m 1.625 即温度分布为直线关系。
（2）导热系数取为变量
q dT dT (1.0 0.001T ) dx dx
b 0
分离变量并积分
T2
b
0
T2 Q dx dT T1 A T
T1 T2 Q A b
或
T Q b R A
----单层平壁的稳态热传导方程式
- 1、下载文档前请自行甄别文档内容的完整性，平台不提供额外的编辑、内容补充、找答案等附加服务。
- 2、"仅部分预览"的文档,不可在线预览部分如存在完整性等问题,可反馈申请退款(可完整预览的文档不适用该条件!)。
- 3、如文档侵犯您的权益，请联系客服反馈,我们会尽快为您处理(人工客服工作时间：9:00-18:30)。
14
热应力、热变形的计算。
15
16
传热学的应用
应用非常广泛：
与机械工程、材料工程、石油化工、电子技术、 环境控制工程、信息工程、航空航天、生物技术、 医学和社会科学等学科的关系密切；深入到这些 学科领域，形成边缘学科、交叉学科，出现新的 学科交叉研究方向和许多前沿性研究课题。 微尺度传热问题；微重力、零重力条件下的传 热问题；生物活体组织的传热问题等。
地膜覆盖；
温室暖房；
塑料大棚；
农副产品的储存和干燥。
21
传热学的应用
三、工业领域
传热的应用与影响几乎遍及现代所有的工业部门
——传统的工业领域：能源动力、冶金、化工、交通、 建筑建材、机械、食品—传热学占主导
——高新技术领域：航空航天、核能、微电子、材料、
环境工程、新能源—有赖于应用传热学的最新研究成果 ——交叉学科：相变与多相流传热、低温传热、微尺度 传热、生物传热
例子：。。。。
33
4-1 热量传递的三种基本方式简介
2、导热的基本公式
通过平壁的导热量：
tw1 > tw2
截面面积
A
t
W
厚度
t q A
引入比例系数
W/m2
t tw1 tw2
1
A
—热导率或导热系数，W/(m· K)，表明材料的导热能力。
目前采用由氧化硅纤维和氧化铝纤维组成 的第三代陶瓷瓦构成的热防护系统。
27
传热学的应用
四、石油工业
在石油工业存在着大量的传热学问题。
1、在钻井和固井工程中的应用 2、在采油工程中的应用 3、在油气集输工程中的应用 4、在石油化工领域的应用 了解传热学的应用背景。
28
29
30
32
4-1 热量传递的三种基本方式简介
（一）热传导（导热）
1、定义
当物体内有温度差或两个不同温度的物体接触 时，在物体各部分之间不发生相对位移的情况下， 依靠物质微观粒子（分子、原子及自由电子等）的 热运动而产生的热量传递现象。
导热是物质的固有本质。
特点： ①不发生宏观相对位移；
②能量形式不变（热能） 。
定义：流动着的流体与所接触的固体表面间由于温度不同
而引起的热量传递现象，称为表面对流传热。
简称对流传热，热对流和导热联合作用的结果。
对流换热发生的三个条件：
（1）流体必须与固体壁面接触； （2）流体必须是流动着的；
宏观流动 （热对流）
（3）壁面和流体间存在温差。
静止的流体薄层 （导热）
tw≠tf
第四章 热量传递的基本理论
热量传递的基本方式 导热基本定律及稳态过程 非稳态导热 对流换热 辐射换热
1
什么是传热学？
传热学——研究在温差作用下热量传
递规律的一门学科。
热力学第二定律指出，凡是有温差的地方， 就有热量自发地从高温物体传向低温物体。
温差无处不在，热量传递是普遍现象。
没有时间的概念，就没有热量传递的强、弱问题，也就不 存在热设计和热控制等问题。
9
工程热力学中，热量Q的单位J或kJ。
传热学中，主要物理量以时间做分母，关心单位时间内 传递多少热量。 热 流 量 —单位时间内通过某一给定面积A的热量，W。 热流密度q —单位时间内通过单位面积的热量，W/m2。
11
热量传递基本理论的研究特点-3
(3)研究内容和方法
工程热力学和传热学都是以经验定律为基础进行 热现象研究的学科。但是，热力学不涉及物体和 热工设备内不同时刻的温度分布状况，而这恰恰 是传热学最感兴趣的问题。 从研究解决问题的方法而言，工程热力学是在经 验定律的基础上，以推论、演绎得出的普适结论 和公式为依据，来分析、计算和解决问题的。 传热学除解析法外，还有数值求解法。对于大量 复杂的热传递问题，还必须借助于实验法，利用 实验关联式去解决问题。
在许多高科技领域发挥着极其重要的作用
17
传热学的应用
一、日常生活
传热学知识可以解释某些现象。
举例说明：人感到冷和热究竟是怎么回事？
（★）是否以温度高低为衡量标准？
（1）以人的体温为标准？NO
人是恒温动物， 但冬夏感觉相差大！ 有风没风感觉明显不同！ 在水和空气中感觉
（2）以环境温度为标准？NO 空气温度一样时， （3）以温差大小为衡量标准？不对
第一节 热量传递 的三种基本方式简介
一、热量传递的三种基本方式 二、复合换热及传热过程
31
4-1 热量传递的三种基本方式简介
一、热量传递的三种基本方式
热传导
(thermal conduction)；
热对流
(thermal convection)；
热辐射
(thermal radiation)。
35
4-1 热量传递的三种基本方式简介
2、热对流
例子：
——上飘中的热烟气与空气间的换热；
“一去二三里，烟村四五家”。
——暖气片附近热空气与冷空气间的换热。
热对流仅发生在流体中（液体或气体） 。
36
4-1 热量传递的三种基本方式简介
（2）对流换热 （convection heat transfer)
12
传热学与工程热力学
举例：一杯热水的冷却过程
工程热力学可以告诉：
（1）最终可以冷却到室温； （2）热水降到室温时所放出的总热量。 但是： —这杯热水冷却到室温需要多长时间？
—冷却过程中某个瞬间热水的温度是多少？
这些问题就是传热学所要解决的。 传热学不仅研究能量传递的量，而且研究能量传递的速率。
1 W=1 J/s
1 kW=103 W
q A
10
热量传递基本理论的研究特点-2
(2)过程性质
可逆过程是工程热力学研究的理论基础之一。 可逆的热量传递过程——在温差趋于零或无限小 时进行的。
但实际工程中，根据热力学第二定律，没有一定的温差就 不可能有传热。
传热学——研究在一定温差下进的热量传递过程， 温差的大小是研究的内容。因此，传热学研究的 热量传递都是不可逆的、无功过程。
被视为可反复使用的航天飞机成败的最大关键。
原因：航天飞机极端复杂的气动热环境以及要求该防热 系统必须能够重复使用造成的。
25
传热学的应用
（3)航空航天领域
举数字为证：
—航天飞机在地球轨道上将反复地经受困太阳直接辐照产生的高温
和进入地球阴影时面对接近0K的宇宙空间导致的低温，温度变化范 围达到-157～55℃；同时还要经受 1.33×10-4Pa的高真空环境。
—物体表面与空气间的换热过程
有风时强制对流； 无风时自然对流。 自然对流
—暖气片表面和室内空气的热交换
—管内流体与管内壁的换热
强制对流
—钻井液、油井产液等在管内或管外与管壁的换热等
—夏天，为什么呆在水里比在空气中凉快呢？ —天冷时，盖被子为什么会感到暖和呢？
7
8
热量传递基本理论的研究特点-1
热力学和传热学的共同点：研究热现象。
但在研究角度、内容等方面却有很大差别：
(1)“时间”问题
工程热力学——研究基础是平衡态和可逆过程，
均不涉及“时间” 因素。
传热学研究——时间是一个基本参量。
在许多高科技领域发挥着极其重要的作用
3
传热学解决的工程技术问题
热设计
—设计某一换热设备，使之达到预定的目的；
热控制
—控制某一物体，使之在热影响下能满足性能要求。
4
传热学的应用
传热学知识可以解释某些现象。
举例说明：人感到冷或热究竟是怎么回事？
（★）是否以温度高低为衡量标准？
一切热能利用都离不开传热。
2
传热学的应用
非常广泛：
与机械工程、材料工程、石油化工、电子技术、 环境控制工程、信息工程、航空航天、生物技术、 医学和社会科学等学科的关系密切。
深入到这些学科领域，形成边缘学科、交叉学 科，出现新的学科交叉研究方向和许多前沿性研 究课题。微尺度传热问题；微重力、零重力条件 下的传热问题；生物活体组织的传热问题等。
（★）以人体向周围环境散失热量的速率为标准！ 散热量小，感到热；散热量多，感到冷。
18
人体散热量与舒适度的关系
q=58 W/m2时， 很热；
q=232 W/m2时，舒适；
q=646 W/m2时，凉；
q=928 W/m2时，很冷。
外界环境温度高于人体温度呢？
——人体吸收热量，感觉 “闷热、烘烤”！
34
4-1 热量传递的三种基本方式简介
2、热对流
（1）热对流（对流）
流体中温度不同的各部分之间发生相对的宏观
位移而引起的热量传递现象。
特点：①具有宏观位移——仅发生在流体内部；
②必伴随有微观粒子热运动而产生的导热。
热对流是宏观热对流与微观导热联合作用的 结果，同时受到热量传递规律和流体流动规律 的支配，是一种十分复杂的热量传递现象。
37
4-1 热量传递的三种基本方式简介
对流换热的分类
按流体有无相变：
热应力、热变形的计算。
15
16
传热学的应用
应用非常广泛：
与机械工程、材料工程、石油化工、电子技术、 环境控制工程、信息工程、航空航天、生物技术、 医学和社会科学等学科的关系密切；深入到这些 学科领域，形成边缘学科、交叉学科，出现新的 学科交叉研究方向和许多前沿性研究课题。 微尺度传热问题；微重力、零重力条件下的传 热问题；生物活体组织的传热问题等。
地膜覆盖；
温室暖房；
塑料大棚；
农副产品的储存和干燥。
21
传热学的应用
三、工业领域
传热的应用与影响几乎遍及现代所有的工业部门
——传统的工业领域：能源动力、冶金、化工、交通、 建筑建材、机械、食品—传热学占主导
——高新技术领域：航空航天、核能、微电子、材料、
环境工程、新能源—有赖于应用传热学的最新研究成果 ——交叉学科：相变与多相流传热、低温传热、微尺度 传热、生物传热
例子：。。。。
33
4-1 热量传递的三种基本方式简介
2、导热的基本公式
通过平壁的导热量：
tw1 > tw2
截面面积
A
t
W
厚度
t q A
引入比例系数
W/m2
t tw1 tw2
1
A
—热导率或导热系数，W/(m· K)，表明材料的导热能力。
目前采用由氧化硅纤维和氧化铝纤维组成 的第三代陶瓷瓦构成的热防护系统。
27
传热学的应用
四、石油工业
在石油工业存在着大量的传热学问题。
1、在钻井和固井工程中的应用 2、在采油工程中的应用 3、在油气集输工程中的应用 4、在石油化工领域的应用 了解传热学的应用背景。
28
29
30
32
4-1 热量传递的三种基本方式简介
（一）热传导（导热）
1、定义
当物体内有温度差或两个不同温度的物体接触 时，在物体各部分之间不发生相对位移的情况下， 依靠物质微观粒子（分子、原子及自由电子等）的 热运动而产生的热量传递现象。
导热是物质的固有本质。
特点： ①不发生宏观相对位移；
②能量形式不变（热能） 。
定义：流动着的流体与所接触的固体表面间由于温度不同
而引起的热量传递现象，称为表面对流传热。
简称对流传热，热对流和导热联合作用的结果。
对流换热发生的三个条件：
（1）流体必须与固体壁面接触； （2）流体必须是流动着的；
宏观流动 （热对流）
（3）壁面和流体间存在温差。
静止的流体薄层 （导热）
tw≠tf
第四章 热量传递的基本理论
热量传递的基本方式 导热基本定律及稳态过程 非稳态导热 对流换热 辐射换热
1
什么是传热学？
传热学——研究在温差作用下热量传
递规律的一门学科。
热力学第二定律指出，凡是有温差的地方， 就有热量自发地从高温物体传向低温物体。
温差无处不在，热量传递是普遍现象。
没有时间的概念，就没有热量传递的强、弱问题，也就不 存在热设计和热控制等问题。
9
工程热力学中，热量Q的单位J或kJ。
传热学中，主要物理量以时间做分母，关心单位时间内 传递多少热量。 热 流 量 —单位时间内通过某一给定面积A的热量，W。 热流密度q —单位时间内通过单位面积的热量，W/m2。
11
热量传递基本理论的研究特点-3
(3)研究内容和方法
工程热力学和传热学都是以经验定律为基础进行 热现象研究的学科。但是，热力学不涉及物体和 热工设备内不同时刻的温度分布状况，而这恰恰 是传热学最感兴趣的问题。 从研究解决问题的方法而言，工程热力学是在经 验定律的基础上，以推论、演绎得出的普适结论 和公式为依据，来分析、计算和解决问题的。 传热学除解析法外，还有数值求解法。对于大量 复杂的热传递问题，还必须借助于实验法，利用 实验关联式去解决问题。
在许多高科技领域发挥着极其重要的作用
17
传热学的应用
一、日常生活
传热学知识可以解释某些现象。
举例说明：人感到冷和热究竟是怎么回事？
（★）是否以温度高低为衡量标准？
（1）以人的体温为标准？NO
人是恒温动物， 但冬夏感觉相差大！ 有风没风感觉明显不同！ 在水和空气中感觉
（2）以环境温度为标准？NO 空气温度一样时， （3）以温差大小为衡量标准？不对
第一节 热量传递 的三种基本方式简介
一、热量传递的三种基本方式 二、复合换热及传热过程
31
4-1 热量传递的三种基本方式简介
一、热量传递的三种基本方式
热传导
(thermal conduction)；
热对流
(thermal convection)；
热辐射
(thermal radiation)。
35
4-1 热量传递的三种基本方式简介
2、热对流
例子：
——上飘中的热烟气与空气间的换热；
“一去二三里，烟村四五家”。
——暖气片附近热空气与冷空气间的换热。
热对流仅发生在流体中（液体或气体） 。
36
4-1 热量传递的三种基本方式简介
（2）对流换热 （convection heat transfer)
12
传热学与工程热力学
举例：一杯热水的冷却过程
工程热力学可以告诉：
（1）最终可以冷却到室温； （2）热水降到室温时所放出的总热量。 但是： —这杯热水冷却到室温需要多长时间？
—冷却过程中某个瞬间热水的温度是多少？
这些问题就是传热学所要解决的。 传热学不仅研究能量传递的量，而且研究能量传递的速率。
1 W=1 J/s
1 kW=103 W
q A
10
热量传递基本理论的研究特点-2
(2)过程性质
可逆过程是工程热力学研究的理论基础之一。 可逆的热量传递过程——在温差趋于零或无限小 时进行的。
但实际工程中，根据热力学第二定律，没有一定的温差就 不可能有传热。
传热学——研究在一定温差下进的热量传递过程， 温差的大小是研究的内容。因此，传热学研究的 热量传递都是不可逆的、无功过程。
被视为可反复使用的航天飞机成败的最大关键。
原因：航天飞机极端复杂的气动热环境以及要求该防热 系统必须能够重复使用造成的。
25
传热学的应用
（3)航空航天领域
举数字为证：
—航天飞机在地球轨道上将反复地经受困太阳直接辐照产生的高温
和进入地球阴影时面对接近0K的宇宙空间导致的低温，温度变化范 围达到-157～55℃；同时还要经受 1.33×10-4Pa的高真空环境。
—物体表面与空气间的换热过程
有风时强制对流； 无风时自然对流。 自然对流
—暖气片表面和室内空气的热交换
—管内流体与管内壁的换热
强制对流
—钻井液、油井产液等在管内或管外与管壁的换热等
—夏天，为什么呆在水里比在空气中凉快呢？ —天冷时，盖被子为什么会感到暖和呢？
7
8
热量传递基本理论的研究特点-1
热力学和传热学的共同点：研究热现象。
但在研究角度、内容等方面却有很大差别：
(1)“时间”问题
工程热力学——研究基础是平衡态和可逆过程，
均不涉及“时间” 因素。
传热学研究——时间是一个基本参量。
在许多高科技领域发挥着极其重要的作用
3
传热学解决的工程技术问题
热设计
—设计某一换热设备，使之达到预定的目的；
热控制
—控制某一物体，使之在热影响下能满足性能要求。
4
传热学的应用
传热学知识可以解释某些现象。
举例说明：人感到冷或热究竟是怎么回事？
（★）是否以温度高低为衡量标准？
一切热能利用都离不开传热。
2
传热学的应用
非常广泛：
与机械工程、材料工程、石油化工、电子技术、 环境控制工程、信息工程、航空航天、生物技术、 医学和社会科学等学科的关系密切。
深入到这些学科领域，形成边缘学科、交叉学 科，出现新的学科交叉研究方向和许多前沿性研 究课题。微尺度传热问题；微重力、零重力条件 下的传热问题；生物活体组织的传热问题等。
（★）以人体向周围环境散失热量的速率为标准！ 散热量小，感到热；散热量多，感到冷。
18
人体散热量与舒适度的关系
q=58 W/m2时， 很热；
q=232 W/m2时，舒适；
q=646 W/m2时，凉；
q=928 W/m2时，很冷。
外界环境温度高于人体温度呢？
——人体吸收热量，感觉 “闷热、烘烤”！
34
4-1 热量传递的三种基本方式简介
2、热对流
（1）热对流（对流）
流体中温度不同的各部分之间发生相对的宏观
位移而引起的热量传递现象。
特点：①具有宏观位移——仅发生在流体内部；
②必伴随有微观粒子热运动而产生的导热。
热对流是宏观热对流与微观导热联合作用的 结果，同时受到热量传递规律和流体流动规律 的支配，是一种十分复杂的热量传递现象。
37
4-1 热量传递的三种基本方式简介
对流换热的分类
按流体有无相变：