工程热力学与传热学 第十三章 传热学绪论
工程热力学与传热学13)传热学
常温下部分物质导热系数 银：427 纯铜： 398 纯铝： 236 普通钢：30~50 烟垢 0.1~0.3 水：0.599 空气：0.0259 水垢：1~3 保温材料：<0.14
W (m C)
金属 非金属固体 液体 气体
例1 有三块分别由纯铜（λ 1=398W/(m·K)）、黄铜（λ 2=109W/(m·K)）和 碳钢（λ 3=40W/(m·K)）制成的大平板，厚度都为10mm，两侧表面的温差 都维持为tw1 – tw2 = 50℃不变，试求通过每块平板的导热热流密度。
传热学与热能动力工程的关系
• 传热学是能源、动力、化工、机械、电子、土木等学 科的主干技术基础课 • 传热学与流体力学、工程热力学并称能源动力类专业 的三大支柱
• 发动机：蒸汽轮机、燃气轮机、内燃机中的换热装置 及设备 • 辅机：各种换热设备，如余热锅炉、冷却器、海水淡 化装置 • 制冷空调装置：换热器。
和数量越多，导热能力越强。
3）平壁导热公式
Φ A
t w1 t w 2
W
2
(1 1)
(1 2)
Φ t q A
W m
：传热量（热流量） [W]
q：热流密度 [W/m2]
:
平壁的厚度[m]；
A：垂直于导热方向的截面积[m2]
:
导热系数
W (m C)
Φ hA(t w t ) W
u
t A tw
q Φ A = h (t w t ) W m
2
• 表面传热系数h（对流换热系数） • 表征对流换热过程强弱的物理量，数 值上等于单位温差作用下的热流密度。
h Φ [ A(t w Hale Waihona Puke t )]W /(m C)
工程热力学与传热学概念整理
工程热力学与传热学概念整理工程热力学第一章、基本概念1.热力系：根据研究问题的需要，人为地选取一定范围内的物质作为研究对象，称为热力系（统），建成系统。
热力系以外的物质称为外界；热力系与外界的交界面称为边界。
2.闭口系：热力系与外界无物质交换的系统。
开口系：热力系与外界有物质交换的系统。
绝热系：热力系与外界无热量交换的系统。
孤立系：热力系与外界无任何物质和能量交换的系统3.工质：用来实现能量像话转换的媒介称为工质。
4.状态：热力系在某一瞬间所呈现的物理状况成为系统的状态，状态可以分为平衡态和非平衡态两种。
5.平衡状态：在没有外界作用的情况下，系统的宏观性质不随时间变化的状态。
实现平衡态的充要条件：系统内部与外界之间的各种不平衡势差（力差、温差、化学势差）的消失。
6.强度参数：与系统所含工质的数量无关的状态参数。
广延参数：与系统所含工质的数量有关的状态参数。
比参数：单位质量的广延参数具有的强度参数的性质。
基本状态参数：可以用仪器直接测量的参数。
7.压力：单位面积上所承受的垂直作用力。
对于气体，实际上是气体分子运动撞击壁面，在单位面积上所呈现的平均作用力。
8.温度T：温度T是确定一个系统是否与其它系统处于热平衡的参数。
换言之，温度是热力平衡的唯一判据。
9.热力学温标：是建立在热力学第二定律的基础上而不完全依赖测温物质性质的温标。
它采用开尔文作为度量温度的单位，规定水的汽、液、固三相平衡共存的状态点（三相点）为基准点，并规定此点的温度为273.16K。
10状态参数坐标图：对于只有两个独立参数的坐标系，可以任选两个参数组成二维平面坐标图来描述被确定的平衡状态，这种坐标图称为状态参数坐标图。
11.热力过程：热力系从一个状态参数向另一个状态参数变化时所经历的全部状态的总和。
12.热力循环：工质由某一初态出发，经历一系列状态变化后，又回到原来初始的封闭热力循环过程称为热力循环，简称循环。
13.准平衡过程：由一系列连续的平衡状态组成的过程称为准平衡过程，也成准静态过程。
传热学课件课件(多应用版)
传热学课件引言传热学是研究热量传递规律的学科，是工程热力学和流体力学的重要分支。
在实际工程应用中，传热问题无处不在，如能源转换、化工生产、建筑环境等领域。
因此，掌握传热学的基本原理和方法，对于工程技术人员来说具有重要意义。
本文将简要介绍传热学的基本概念、原理和方法，并探讨其在工程实际中的应用。
一、传热学基本概念1.热量传递方式热量传递方式主要包括三种：导热、对流和辐射。
（1）导热：热量通过固体、液体或气体的分子碰撞传递，其传递速率与物体的导热系数、温度差和物体厚度有关。
（2）对流：热量通过流体的宏观运动传递，其传递速率与流体的流速、密度、比热容和温度差有关。
（3）辐射：热量以电磁波的形式传递，其传递速率与物体表面的温度、发射率和距离有关。
2.传热方程传热方程是描述热量传递规律的数学表达式，主要包括傅里叶定律、牛顿冷却公式和斯蒂芬-玻尔兹曼定律。
（1）傅里叶定律：描述导热过程中热量传递的规律，公式为Q=-kA(dT/dx)，其中Q表示热量传递速率，k表示导热系数，A表示传热面积，dT/dx表示温度梯度。
（2）牛顿冷却公式：描述对流过程中热量传递的规律，公式为Q=hA(TwTf)，其中Q表示热量传递速率，h表示对流换热系数，Tw 表示固体表面温度，Tf表示流体温度。
（3）斯蒂芬-玻尔兹曼定律：描述辐射过程中热量传递的规律，公式为Q=εσA(T^4T^4)，其中Q表示热量传递速率，ε表示发射率，σ表示斯蒂芬-玻尔兹曼常数，T表示物体表面温度。
二、传热学原理和方法1.传热问题的分类传热问题可分为稳态传热和非稳态传热两大类。
（1）稳态传热：系统内各部分温度不随时间变化，热量传递速率恒定。
（2）非稳态传热：系统内各部分温度随时间变化，热量传递速率随时间变化。
2.传热分析方法（1）解析法：通过对传热方程的求解，得到温度分布和热量传递速率。
适用于简单几何形状和边界条件的问题。
（2）数值法：采用数值离散化方法求解传热方程，适用于复杂几何形状和边界条件的问题。
传热学-绪论PPT课件
五、传热过程
1、举例 ➢内燃机气缸中的高温燃气经气缸壁传给水套中的
冷却水。
➢暖气设备内水蒸气通过器壁散热至周围空气中。
➢冷凝器中的冷却水通过管壁从低压水蒸气吸收热 量。
2、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。
三、传热学的应用
(1)自然界中的例子
• 若房间里气体的温度在夏天和冬天都保持20度，那么 为什么在冬天和夏天人在房间内所穿的衣服厚度不一 样？
• 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？
(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…
(3) 与专业相关的具体应用举例
• 发动机缸壁的传热损失，降低了发动机的热效率 • 发动机冷却系统 • 空调系统 •…
通过对传热学课程的学习，将会对解决热 传递的问题打下一定的理论基础。
1-2 热量传递的基本方式
• 热量传递过程实例 铝壶烧开水
• 热量传递的三种基本方式： 导热(热传导)、 对流(热对流) 、 热辐射。
（1）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。
（2）互相辐射的物体之间并不需要接触。即辐射 能的传递不用借助于媒介物。即使在真空中也可以 传递。
（3）热辐射不仅产生能量的转移，而且还伴随能 量形式的转化。（热能—辐射能—热能 ）
4、计算式 ①黑体：能吸收投入到其表面上的所有热辐射能的
3、对流换热定义 流体流过固体壁面时所发生的热传递过程。
《工程热力学与传热学》——期末复习题(答案)_87461427093600378
中国石油大学（北京）远程教育学院《工程热力学与传热学》——复习题答案热力学部分一.判断对错1.闭口系统具有恒定的质量，但具有恒定质量的系统不一定是闭口系统；（√）2.孤立系统一定是闭口系统，反之则不然；（√）3.孤立系统就是绝热闭口系统；（×）4.孤立系统的热力状态不能发生变化；（×）5.平衡状态的系统不一定是均匀的，均匀系统则一定处于平衡状态；（√）6.摄氏温度的零度相当于热力学温度的273.15 K；（√）7.只有绝对压力才能表示工质所处的状态，才是状态参数；（√）8.不可逆过程就是工质不能回复原来状态的过程；（×）9.系统中工质经历一个可逆定温过程，由于没有温度变化，故该系统中工质不能与外界交换热量；（×）10.气体吸热后热力学能一定升高；（×）11.气体被压缩时一定消耗外功；（√）12.气体膨胀时一定对外作功；（×）13.只有加热，才能使气体的温度升高；（×）14.封闭热力系内发生可逆定容过程，系统一定不对外作容积变化功；（√）15.工质所作的膨胀功与技术功，在某种条件下，二者的数值会相等；（√）16.由理想气体组成的封闭系统吸热后其温度必然增加；（×）17.流动功的改变量仅取决于系统进出口状态，而与工质经历的过程无关；（√）18.在闭口热力系中，焓h是由热力学能u和推动功p v两部分组成；（×）19.功不是状态参数，热力学能与流动功之和也不是状态参数；（×）20.对于确定的理想气体，其定压比热容与定容比热容之比c p/c V的大小与气体的温度无关；（×）21.理想气体绝热自由膨胀过程是等热力学能的过程；（×）22.有人说：“自发过程是不可逆过程，非自发过程就是可逆过程”，这种说法对吗？（×）23.自然界中发生的一切过程都必须遵守能量守恒与转换定律；（√）24.遵守能量守恒与转换定律的一切过程都能自发进行；（×）25.热力学第二定律可否表述为：“功可以完全转变为热，而热不能完全转变为功。
传热学PPT课件-绪论-动力工程
Heat transfer
第一章 绪论
Introduction
本讲要点
传热学学科的内涵 传热研究在航空发动机技术进步中的意义 传热学与工程热力学的关系 - 能量守恒原理应用 辨析热量/热流量/热流密度等概念 热量传递的三种基本方式 理解对流/对流换热、辐射/辐射换热概念的差异
掌握传热过程的概念 初步了解热阻分析的应用思路
hr
F (T14 T24 )
T1 T2
例题1-3
一块辐射率为0.8的钢板，面积为1m2，表面温度 为30℃，试确定单位时间内钢板所发出的辐射能。
讨论: 本例题计算的是钢板对外辐射出去的能量， 并不是辐射换热量。试想如果钢板所处的环境温 度也是30℃，那么钢板与环境之间的辐射换热量 是多少呢?
1-3 传热过程简介
在实验和分析的基础上，采用宏观和微细观相结 合的方法，发展出能够正确反映物理现象规律的数 理模型
采用数值模拟手段进行热现象的数值模拟研究， 进一步揭示物理现象本质
传热学发展简史
18世纪30年代首先从英国开始的工业革命促进了生 产力的空前发展。生产力的发展为自然科学的发展 成长开辟了广阔的道路 传热学这门学科就是在这种大背景下发展成长起来 的，理论体系不断完善 发展-创新 三种传热方式基本理论的确立经历了各自独特的历 程 挑战-突破
传热是一个过程，而非平衡态； —— 这与热力学有区别
Tw2 5、导热热阻：与直流电路的欧姆 定律 I=U/R 相似
Φ
Tw1
Tw2
Φ
A T
T
A
W
例题1-1
为了测量某材料的导热系数，用该材料制成一块 厚5mm的平板试件，平板的长和宽远大于厚度，在 平板的一侧采用电热膜加热，并保证所有的加热热 量均通过该侧传至平板的另一侧。在稳定状态下， 测得平板两侧表面的温度差为40℃，单位面积的热 流量为9500 W/m2，试确定该材料的导热系数。
工程热力学与传热学(第十三讲)6-2(二)
三、等温过程等温过程：一定量工质在状态变化时，温度始终保持不变的过程称为等温过程。
1．过程方程在等温过程中温度保持不变，过程方程为T=常数对理想气体，因为pv=RT，所以，过程方程为pv=常数2．初、终状态参数关系根据理想气体状态方程pv=RT和过程方程，可求得初、终状态参数之间的关系为T1=T2 p1v1= p2v2结论：等温过程中理想气体的压力与比容成反比。
3．p-v图，T-s图如图6-3所示，在p-v图上，等温过程为一条等边双曲线，。
其斜率为图中，线段1-2为等温加热过程。
工质膨胀，比容增大，压力降低，系统从环境吸热。
线段1-2/为等温放热过程。
工质被压缩，比容减小，压力增大，系统对环境放热。
等温过程在T-s图上为一条水平线，如图6-3（b）所示。
因为点2的比熵大于点1，所以1-2为等温加热过程。
因为点2/的比熵小于点1，所以1-2/为等温放热过程。
4．能量计算与分析因为理想气体的内能和焓都是温度的单值函数，所以等温过程同时也是等内能和等焓过程。
即：Δu=u2-u1=0Δh=h2-h1=0等温过程中比膨胀功为比技术功为比较（6-6）和（6-7）两式可知，等温过程中膨胀功和技术功相等。
由热力学第一定律可得等温过程的单位质量热量为q T=Δu+w t= w tq T=Δh+W t。
T= W t。
T即q T= w t= W t。
T结论：①在理想气体等温过程中，环境加给封闭系统的热量全部用于系统对环境做膨胀功；反之，环境对系统的压缩功全部转换为热量放给了环境。
所以，等温膨胀过程为吸热过程；等温压缩过程为放热过程。
②环境加给的热量与系统对环境所做的膨胀功在数值上相等，系统的内能保持不变（对理想气体而言，温度也没有变化）。
注意：等温过程是指系统本身的温度没有改变，不是说系统与环境之间没有温差。
对实际等温过程，系统与环境之间自然会有温差。
为了保持系统温度不变，通常采用冷却方法来降低系统的温度使之保持温度不变。
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• 2 ）热流量
• 单位时间内通过某一给定面积的热量称为
热流量，记为 ，单位 w。
• 3 ）热流密度（面积热流量）
• 单位时间内通过单位面积的热量称为热流 密度，记为 q ，单位 w/ ㎡。
• 当物体的温度仅在 x 方向放生变化时， 按傅立叶定律，热流密度的表达式为:
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2 、热辐射的基本规律：
• 所谓绝对黑体：把吸收率等于 1 的物体
称黑体，是一种假想的理想物体。
• 黑体的吸收和辐射能力在同温度的物体中
是最大的而且辐射热量服从于斯忒藩—— 玻耳兹曼定律。
• 黑体在单位时间内发出的辐射热量服从于 斯忒藩——玻耳兹曼定律，即
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AT4 （1-7）
而不是辐射换热量；
——物体的发射率（黑度），其
值总小于1，它与物体的种类及表面状态有
关。
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要计算辐射换热量，必须考虑投到物体上 的辐射热量的吸收过程，即收支平衡量，详 见第八章。
物体包容在一个很大的表面温度为的 空腔内，物体与空腔表面间的辐射换热量
1A 1 (T 1 4T 2 4) （ 1-9 ）
液体在热表面上沸腾及蒸汽在冷表面上凝结 的对流换热，称为沸腾换热及凝结换热（相变对 流沸腾）。
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3 、对流换热的基本规律 < 牛顿冷却公式 >
流体被加热时：
qh(twtf )
（1-3）
流体被冷却时：
qh(tf tw)
（1-4）
式中， t w 及 t f 分别为壁面温度和流体
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第十三章 绪论
• 第一节 传热学的研究对象 • 第二节 热传递的三种基本方式 • 第三节 导热过程、对流换热过程、辐射 导热过程、对流换热过程、 换热过程和传热过程
第一节 传热学的研究对象 传热学是研究热量传递规律 传热学是研究热量传递规律的科学 热量传递规律的科学
（以及热量传递的机理、规律、计算和测试方法） 以及热量传递的机理、规律、计算和测试方法） 满足或确定设备所应有的热传递速率， 满足或确定设备所应有的热传递速率， 确保设备所要求的温度分布； 确保设备所要求的温度分布； t=f(x,y,z,τ)，以满足该设备的技术要求。 t=f(x,y,z,τ)，以满足该设备的技术要求。
热量传递过程的推动力： 热量传递过程的推动力：温差
凡是有温度差的地方就有热量传递； 凡是有温度差的地方就有热量传递； 热量传递是自然界和生产技术中一种非常普遍的现象。 热量传递是自然界和生产技术中一种非常普遍的现象。
工程热力学和传热学之间的联系与区别 热力学与传热学之间的联系 都以热现象为研究对象， (1) 都以热现象为研究对象，研究热能的传递与转换过程中的基 本规律； 本规律； 热力学的基本定律， (2) 热力学的基本定律，也是传热学的基础 热力学与传热学之间的区别 工程热力学着重解决热力过程进行的条件、方向和深度, (1) 工程热力学着重解决热力过程进行的条件、方向和深度,研 究能量数量和质量方面的情况。 究能量数量和质量方面的情况。经典热力学不考虑能量传递 过程所需的时间。 过程所需的时间。 工程热力学主要研究可逆过程（ (2) 工程热力学主要研究可逆过程（冷、热介质温差无限小的情 况下），而传热学研究的一切热量传递过程是不可逆过程。 ），而传热学研究的一切热量传递过程是不可逆过程 况下），而传热学研究的一切热量传递过程是不可逆过程。 (3) 工程热力学不仔细研究过程进行的不同时刻与设备的不同地 点上温度变化情况，而这是传热学感兴趣的话题。 点上温度变化情况，而这是传热学感兴趣的话题。
81. 81.heat pipe 热管 82. 82.heat transfer rate 热流量 83. 83.time constant 时间常数 84. 84.numerical solution 数值解 85.Stefan-Boltzmann’s 斯特潘85.Stefan-Boltzmann s law 斯特潘-波耳兹曼定律 86. 86.velocity boundary layer 速度边界层 87. 87.solar radiation 太阳辐射 88. 88.characteristic length 特征长度 89. 特征数（准则数） 89.characteristic number 特征数（准则数） 90. 90.irradiation 投入辐射 91. 91.turbulent flow 湍流 92. 92.external flow 外部流动 93. 93.flow along a flat plate 外掠平板 94.Wien’s 94.Wien s displacement law 维恩位移定律 95. 95.green house effect 温室效应 96. 96.steady –state heat conduction 稳态导热 state 97. 97.thermal resistance of fouling 污垢热阻 98. 98.absorptivity 吸收比 99. 99.back difference 向后差分 100. 100.forward difference 向前差分 101. 101.similarity principle 相似原理 102. 102.shape factor 形状因子 103.1103.1-dimensional steady state heat conduction 一维稳态导热
参考书: 深入提高 ---- 参考书
传热学部分》 《传热学部分》课程专业英语词汇
1. heat transfer 传热学 2. heat conduction 导热 3. convection heat transfer 对流换热 4. thermal radiation 热辐射 5. condensation heat transfer 凝结换热 6. boiling heat transfer 沸腾换热 7. number of heat transfer unit 传热单元数 8. heat exchanger 换热器 10. Fourier’s 9. temperature field 温度场 10. Fourier s law 傅里叶定律 11. 12. 11. Isothermal surface 等温面 12. temperature gradient 温度梯度 13. 14. 13. unsteady heat conduction 非稳态导热 14. Isotherms 等温线 15. 16. 15. lumped method 集总参数法 16. thermal conductivity 导热系数 17. 18. 17. heat flux 热流密度 18. thermal resistance 热阻 19. Newton’s 20. 19. Newton s law of cooling 牛顿冷却公式 20. boundary layer 边界层 21. 22. 21. thermal boundary layer 热边界层 22. continuity equation 连续性方程 23. 24. 23. laminar flow in tube 管内层流 24. turbulent flow in tube 管内湍流 25. in26. 25. in-tube boiling 管内沸腾 26. dimensional analysis 量纲分析 27. 28. 27. flow boundary layer 流动边界层 28. fin 肋片 29. 30. 29. fin efficiency 热效率 30. Reynolds number 雷诺数 31. 32. 31. Nusselt number 努谢尔数 32. Prandtl number 普朗克数 33. Planck’slaw 33. Planck slaw 普朗克定律 34. 34. boundary layer integral equation 边界层积分方程
58. 黑体（绝对黑体） 58.black body 黑体（绝对黑体） 59. 59.flow across single tube 横掠单管 60.flow across non-circular cylinder 横掠非圆形截面柱体 60. non61. 61.flow across tube bundles 横掠管束 62. 62.gray body 灰体 63. 63.effectiveness of heat exchanger 换热器的效能 64. 64.mixed convection 混合对流 65.Kirchhoff’s law 基尔霍夫定律 65.Kirchhoff s 66. 66.cross strings method 交叉线法 67. 67.view factor ,angle factor 角系数 68. 68.heat conduction with internal heat source 具有内热源的导热 69. erning equation 控制方程 place equation 拉普拉斯方程 70. mbert’s mbert s law 兰贝特定律 72. 72.discretized equation 离散方程 73. 73.critical insulation radius 临界绝缘直径 74 diffuse surface 漫射表面 75.film-wise condensation 膜状凝结 75.film76. 76.internal flow 内部流动 77.counter77.counter-flow 逆流 78. 78.gaseous radiation 气体辐射 79. 79.enhancement of heat transfer 强化传热 80.forced convection 强制对流 80.
参考书: 参考书:
传热学》杨世铭,陶文铨北京：高等教育出版社， 1. 《传热学》杨世铭,陶文铨北京：高等教育出版社，2007 2. 《传热学（重点难点及典型题精解）》，王秋旺. 传热学（重点难点及典型题精解） 王秋旺. 西安：西安交通大学出版社，2001。 西安：西安交通大学出版社，2001。
深入提高： 深入提高：
传热学与工程热力学研究的问题不同
35． 35．boundary layer differential equation 边界层微分方程 36． 36．boundary condition 边界条件 37．finite difference 差分 37． 38. 38.initial condition 初始条件 39． 39．transmissivity 穿透比 40. 40.mass transfer process 传质过程 41. 41.natural convection in infinite space 大空间自然对流 42.poor boiling 大容器沸腾 42. 43. 43.partial differential equation of heat conduction 导热微分方程 44. 44.numerical solution of heat conduction 导热问题数值解 45. 45.directional radiation intensity 定向辐射强度 46.log46.log-mean temperature difference 对数平均温差 47.multidimensional steady state heat conduction 多维稳态导热 47. 48. 48.emissivity 发射率 49. 49.analytical solution of transient heat conduction 非稳态导热问题分析解 50. 50.Fourier number 傅里叶数 51. work method of radiation heat exchange 辐射换热的网络法 52.emissive power 辐射力 52. 53. 53.Grashof number 格拉晓夫数 54. 隔热材料（保温材料，绝热材料） 54.insulating material 隔热材料（保温材料，绝热材料） 55. 55.spectral emissive power 光谱辐射力 56. 56.excess temperature 过余温度 57.nucleate boiling 核态沸腾 57.