No.01 0926 1 绪论传热学资料
No.01 0926 1 绪论传热学祥解
《对流换热》V. S. 阿巴兹
《凝结和沸腾》施明恒等编著
《数值传热学》陶文铨编著
《辐射换热》余其铮编著
2020/9/15
3
参考书
王秋旺, 曾敏编著. 《传热学——要点与解题》. 西安交通大学出版社，2006.
胡小平, 任海峰编著. 《传热学考试要点与真题精解》. 国防科技大学出版社, 2007.
、置于室外的冷库应该是什么颜色（深或浅）的比较好？ 有人说，外表是白色的冰箱（白色家电）比外表是绿色 的冰箱省电。你是否同一这个观点？
2020/9/15
18
、冬季沙漠中的变色龙身体迎着太阳的一侧变深，而另 一测变浅，为什么？
2020/9/15
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3 传热学应用实例(续)
集成电路芯片
20世纪70年代
生物医学：肿瘤高温热疗； 生物芯片； 组织与器官的冷冻保存
军 事：飞机、坦克；激光武器；弹药贮存 制 冷：跨临界二氧化碳汽车空调/热泵；
高温水源热泵 新 能 源：太阳能；
燃料电池
4 传热过程的分类
稳
非
态
稳
态
t
800 C
0 2020/9/15
20 C
Q
x
t
突然加 热到 800C
0
20 C
x 22
5 学习目的 通过学习能熟练掌握传热过程的基本规
如：固体与固体之间及固体内部的热量传递。
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25
从微观角度分析气体、液体、导电固体与非金属固体的导 热机理。 气体中：导热是气体分子不规则热运动时相互碰撞的结果， 温度升高，动能增大，不同能量水平的分子相互碰撞，使热能 从高温传到低温处。
2020/9/15
大学传热学第一章 绪论
传热过程中的温度分布
• 稳态传热过程——热量传递过程中温度不随时间变化的传 热过程。
• 非稳态传热过程——热量传递过程中温度随时间变化的传 热过程。
• 一维传热过程——传热过程中热量只在一个方向进行。 • 多维传热过程——热量在多个方向传递的过程。
第一节 热量传递的三种基本方式
• 导热 • 热对流（对流） • 热辐射（热辐射）
传热学
第一章 绪论
• 传热学是研究热量传递规律的科学。 • 有温差的地方就会有传热。 • 热量传递具有方向性——从高温到低温。 • 热量传递的基本方式有三种——导热、热对流和辐射。
传热学的应用的实例
• 食品加工 • 航天飞行器表面的冷却 • 稠油开采 • 电子器件的冷却 • 生物工程 • 能源动力 • 交通运输
• 实例：两个非接触物体之间的热量传递；火焰的 热量传递；太阳辐射等等。
• 计算：斯忒藩－玻耳兹曼定律。
斯忒藩－玻耳兹曼定律
AT 4
Ac 0
T 100
4
5.67108W /m2 K 4
第二节 传热过程和传热系数
• 定义：热量由壁面一侧的流体通过壁面传给另一侧流体的 过程称为传热过程。
• 模拟法：利用同类现象可比拟的特点，用已知现 象的规律模拟所要研究的现象。
• 实验法：通过试验的方法来获得所要研究问题解 的方法。
第三节 传热学发展简史
• 本节内容请同学自学。
• 实例：由墙壁隔开的室内外空气间的传热。 • 计算：传热方程
传热方程
kAt t
f1
1
At t
1/ h / 1/ h
f1
f2
1
2
传热学的研究方法
• 解析法：首先建立所研究问题的数学描写，然后 应用解析数学的方法，求解该问题。
传热学第一章 绪论
学着重于单位时间的换热量（W）。
二、传热学课的重要性
a 日常生活中：
冰箱和电视机放置 暖气片的设计 保温温度的选择
b 石油工业中: 输油管道（埋深、保温） 稠油开采（注蒸汽）
三、两种热传递过程
稳态过程：温度不随时间变化
Q1 A1 bT14 ,
Q2 A2 bT24
Q1,2 A1 bT14 A2 bT24 A b (T14 T24 )
第三节 热阻的概念
公式Q A tw1 tw2 A t 及
公式Q c A（tw t f）
可改写成公式Q t t 及 （A） R
（3）辐射力的计算公式（四次方定律）
Eb bT 4 b — 斯蒂芬 波尔兹曼常数，5.6710-8 W m2 K 4
T — 黑体的绝对温度, K
对于非黑体，E bT 4 — 黑度（发射率）
以上讲的是热辐射，而不是辐射换热。
（4）辐射换热
tw1
tf
tw2
透明气体
考虑两个无限大平板的 辐射换热（黑体）
微观粒子的热运动而产生的热量传递。
（2）特征：
a. 物体间无相对位移；
t1
b.物体间必须相互接触； b.没有能量形式的转化。
Q
t2
（3）导热量的计算
δ
x
如上图所示的大平壁，若其两侧壁面各点温度保持不变，
分别保持为tw1及tw2，且，则热量将从tw1一侧传向tw2一侧。此 时通过大平壁的热流量Q可表示为：W
（1）热对流：
流体的各部分之间由于相对宏观位移而引起的热量传递。
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。
(精品)传热学绪论课件
必须有温差 c. 壁面处会形成速度梯度很大的边界层
★ 对流传热实例：
管内流动传热
管外流动传热
§1.2 热量传递的三种基本方式
(3)对流传热的基本计算公式：牛顿冷却定律
— 热流量[W]，单位时间传递的热量
Convection heat transfer coefficient
传热学 Heat transfer
传热学 Heat transfer
传热学 Heat transfer
第一章热量传递的基本理论
❖1.1 传热学的研究对象及其应用 ❖1.2 三种基本的传热方式及基本定律 ❖1.3 传热过程和传热系数 ❖1.4 传热学发展史
§1.1 传热学的研究内容及应用 1.传热学的研究内容
(4) 辐射传热：物体间靠热辐射进行的热量传递，它与单纯的热辐射不同，
就像对流和对流传热一样。
(5) 辐射传热的特点： a.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 b.在辐射传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 c.无论温度高低，物体都在不停地相互发射电磁波能、相
以热机起动为例：平壁初始温度为t0；左侧表面温度突升为 t1并保持不变，右侧表面仍与温度为t0的空气接触。接下来
平板将经历一个非稳态传热过程。
4
t1
3
2
1
t0
0
§1.1 传热学的研究内容及应用
4.传热学与工程热力学的关系
(1) 热力学 +
系统从一个平衡态到 另一个平衡态的过程 中传递热量的多少。
传热学绪论
第一章 绪 论从现代化楼宇的暖通空调到自然界风霜雪雨的形成，从航天飞机重返大气层到电子元器件的有效冷却，从一年四季人们穿着的变化等等，无不与热能的传递过程紧密相关。
传热学（heat transfer ）是研究由温差（temperature difference ）引起的热能传递规律的科学。
主要是指单位时间内所传递的热量与物体中相应的温度差之间的关系。
凡是有温差的地方就存在热量传递，自然界中温差无处不在，无时不有，因而热量传递就是自然界和生产技术领域中一种普遍存在的现象。
1-1热量传递的基本方式自然界的热量传递有三种方式，他们是热传导、热对流和热辐射。
所有的热量传递过程都是以这三种方式进行的。
一个实际的热量传递过程可以是以其中的一种热量传递方式进行的，但多数情况下都是以两种或三种方式进行的。
1.热传导热传导（heat conduction ）简称导热，是在物体内部或者相互接触的物体表面之间，由于分子、原子及自由电子等微观粒子的热运动而产生的热量传递现象。
例如：手握金属棒的一端，将另一端伸进灼热的火炉，就会有热量通过金属棒传到手掌，这种热量传递现象就是通过导热引起的。
当物体内部存在温度梯度时，热量就会通过热传导从温度高的区域传递到温度低的区域。
首先引入两个概念，热流量和热流密度：在传热学中，单位时间传递的热量称为热流量，用Φ表示，单位是W 。
单位时间通过单位面积的热流量称为热流密度，用q 表示，单位是W/m 2。
实验证实，平壁一维稳态导热的热流量与平壁的面积A 及两侧的温差t W1-t W2成正比，与平壁的厚度成反比，并与平壁的导热性能有关，可表示为：12W W t t A λδ-Φ= （1-1）式中的比例系数λ为材料的导热率，成为导热系数。
单位是W/(m·K)，其数值大小反映了材料的导热能力，热导率（导热系数）越大，材料的导热能力越强。
材料的导热系数一般由实验测得，接下来将进一步讨论。
(完整PPT)传热学
温度对导热系数的影响因材料而异，一般情况下，随着温度的升高， 导热系数会增加。
压力
对于某些材料，如气体，压力的变化会对导热系数产生显著影响。
稳态与非稳态导热过程
稳态导热
物体内部各点温度不随时间变化而变化的导热过程。在稳态导热过程中，热流 密度和温度分布保持恒定。
非稳态导热
物体内部各点温度随时间变化而变化的导热过程。在非稳态导热过程中，热流 密度和温度分布会发生变化，通常需要考虑时间因素对导热过程的影响。
热辐射基本概念和定律
普朗克定律
基尔霍夫定律
在热平衡状态的物体所辐射的能 量与吸收的能量之比与物体本身 物性无关,只与波长和温度有关。
给出了黑体辐射力随波长的分布 规律。
斯蒂芬-玻尔兹曼定律
黑体的全波长辐射力与温度的四 次方成正比。
热辐射定义
维恩位移定律
物体由于具有温度而辐射电磁波 的现象。
黑体的最大单色辐射力对应的波 长与绝对温度成反比。
流体物性
包括密度、粘度、导热系数等，影响流动状态和传热效率。
流动状态
层流或湍流，影响传热系数和温度分布。
传热表面形状和大小
影响流动边界层和传热面积，从而影响传热效率。
温度差
传热驱动力，温差越大，传热速率越快。
牛顿冷却定律及其应用
牛顿冷却定律
描述对流换热过程中，传热速率与温差之间的关系，即q = h(Tw - Tf)，其中q为传热速率，h为对流换热系数，Tw和Tf 分别为壁面温度和流体温度。
(完整PPT)传热学
contents
目录
• 传热学基本概念与原理 • 导热现象与规律 • 对流换热原理及应用 • 辐射换热基础与特性 • 传热过程数值计算方法 • 传热学实验技术与设备 • 传热学在工程领域应用案例
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 。
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2018/11/21
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集成电路芯片
3 传热学应用实例(续)
20世纪90年代
2018/11/21
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、为什么耳朵大的人更容易生冻疮?
2018/11/21
12
、用纸可以烧开水，你相信吗？ 烧开水时，为什么一旦水烧干了，铝壶就很容易烧坏？
2018/11/21
13
、在宇宙飞船的座舱内,有一个热鸡蛋,座舱内的压力和 气温保持恒定。试问哪种情况下鸡蛋冷得快：飞船在 地面时还是在外层空间时?
《传热学》杨世铭、陶文铨编著，第四版
2018/11/21
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参考书
《传热学》戴锅生，高等教育出版社, 第二版 《Heat Transfer - A Practical Approach》(2nd Edition),
by YUNUS A.CENGEL
《 Fundamentals of Heat and Mass Transfer》 F. P. Incropera, D.P. DeWitt 《018/11/21
14
、一块尺寸约为30mm×30mm×5mm的冰块，悬挂在静止 的温度为20℃的大气中。冰块经过一段时间熔化后，形 状有何变化？
2018/11/21
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、摩托车手的膝盖需要特别的保温, 为什么?
2018/11/21
16
、冬天，隔着玻璃晒太阳感觉更暖和，为什么？
2018/11/21
传热学
（Heat Transfer）
A A
A
A
教材
Max Jakob(1879-1955)，任教于Illinois 理工学院，建立了举世闻名的Jakob实验 室， 参见课本p.311
杨世铭先生1953年毕业于Illinois理工学 院，师从Jakob教授； 陶文铨教授(院士) 师从杨世铭教授； ……
20世纪70年代
10w/cm2
100w/cm2
航空航天 （1）高温叶片气膜冷却；
（2）火箭推力室的再生冷却与发汗冷却； （3）卫星与空间站热控制； （4）空间飞行器重返大气层冷却； （5）超高音速飞行器冷却； （6）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
2018/11/21 20
(1) 定义 (2) 属性： (3) 特点
4 传热过程的分类
5 热传导 6 热对流
7 热辐射
8 传热过程和传热系数
(4) 基本定律
(5) 关键参数
2018/11/21
5
§1-0 概 述
1. 传热学的研究对象
(1) 定义？
(2) 热量传递过程的推动力
？
有温差就会有传热
热力学第二定律
2. 传热学与热力学的区别
(1) 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？
2018/11/21
9
、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？
2018/11/21
10
、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？
2018/11/21
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从微观角度分析气体、液体、导电固体与非金属固体的导
热机理。
气体中：导热是气体分子不规则热运动时相互碰撞的结果，
温度升高，动能增大，不同能量水平的分子相互碰撞，使热能 从高温传到低温处。
2018/11/21
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导电固体：其中有许多自由电子，它们在晶格之间像 气体分子那样运动。自由电子的运动在导电固体的导 热中起主导作用。
0
20 C
x
x
22
5 学习目的 通过学习能熟练掌握传热过程的基本规 律、实验测试技术及分析计算方法，从而达 到认识、控制、优化传热过程的目的。
2018/11/21
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导热
定义
§1-1 热量传递的三种基本方式
对流 辐射
属性
特点
2018/11/21
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1 导热（热传导）
(1) 概念
定义：物体各部分之间不发生相对位移时（无宏观位 移），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导热。 如：固体与固体之间及固体内部的热量传递。
非导电固体：导热是通过晶格结构的振动所产生的弹 性波来实现的，即原子、分子在其平衡位置附近的振 动来实现的。
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2018/11/21
液体的导热机理：存在两种不同的观点： 第一种观点类似于气体，只是复杂些，因液体分子的间距
较近，分子间的作用力对碰撞的影响比气体大；
第二种观点类似于非导电固体，主要依靠弹性波（晶格的
振动，原子、分子在其平衡位置附近的振动产生的）的作用。
说明：在传热学中，只研究导热现象的宏观规律。
2018/11/21 28
(2) 导热的基本定律： 1) 导热的基本定律( Fourier 定律)： 1822年，法国数学家Fourier:
热力学
系统从一个平衡态到 另一个平衡态的过程 中传递热量的多少。 热力学： tm
传热学
关心的是热量传 递的过程，即热 量传递的速率。
铁块, M1 300oC
Φ
传热学： t ( x, y, z , )
Φ f ( )
2018/11/21
水，M2 20oC
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3. 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
《数值传热学》陶文铨编著
《辐射换热》余其铮编著
3
2018/11/21
参考书
王秋旺, 曾敏编著.
《传热学——要点与解题》.
西安交通大学出版社，2006.
胡小平, 任海峰编著.
《传热学考试要点与真题精解》.
国防科技大学出版社, 2007.
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第一章 绪论
1 传热学的研究内容 2 传热学与热力学的区别 3 传热学应用实例
3 传热学应用实例(续)
生物医学：肿瘤高温热疗； 生物芯片；
组织与器官的冷冻保存
军 事：飞机、坦克；激光武器；弹药贮存 制 冷：跨临界二氧化碳汽车空调/热泵； 高温水源热泵 新 能 源：太阳能； 燃料电池
4 传热过程的分类
稳 态 非 稳 态
t t
800 C
Q
0
2018/11/21
20 C
突然加 热到 800C