第1章传热学绪论
第1章-传热学绪论

热流密度大约达到2.5×105W/m2,机翼前缘和头锥帽上的温度高达 1650℃! —除此之外还必须能够经受太阳紫外线、高能粒子和微陨石可能的撞击 石油工程传热学
• 微电子: 电子芯片冷却,CPU风扇 • 生物医学:肿瘤高温热疗;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
石油工程传热学
§1-2 传热学在石油工程中的应用
目前在石油工业中导致传热学的地位和作用越来越重要 的背景有两个:
高粘、高凝原油的开发 我国油田开发的由浅到深、由易到难的开发过程
高粘高凝原油是我国的重要油气资源,分布广、储量大,
预测我国的稠油在80亿吨以上。 开发稠油时的主要问题是高粘度导致的流动性差
石油工业既是产能大户,也是耗能大户,其中油气生产 中的能耗费用在生产成本中约占20%~50%
现在石油石化总公司对各油田公司的成本控制很严,而 油田沿袭下来的传统是管理粗放、工艺落后、设备陈旧
要实施可持续发展战略,必须降低成本,提高效益,为
此应该狠抓节能降耗,其中许多问题都与传热学有直接
的关系
造缝能力和滤失速度等
石油工程传热学
采油中举升工艺的设计也存在设类似的问题,温度
主要通过影响原油物性而影响到其流动规律的,因
此许多举升工艺的设计计算都离不开井筒内温度场
的计算
如电潜泵举升技术、水力活塞泵举升技术、水力射
流泵采油系统的设计和计算,都离不开温度场的计
算。这需要传热学的知识
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。
传热学

物体上等温线
1
传热学 第2章 稳态热传导
2.2 导热问题的数学描述
根据热流密度公式 q
dt ,研究热流密度 A dx
值应先知道物体内的温度场。
t f ( x, y, z, )
(2-6)
确定导热体内的温度分布是导热理论的首要任务
理论基础: 傅里叶定律+能量守恒定律
1
传热学 第2章 稳态热传导
且与λ无关。
t t1
通过平壁内任何一个等温面的
热流密度均相等,与坐标x无关。
导热热阻(Conductive resistance)
q t1 t2
q
t2
t1 t2
总热阻: R
o
x
Φ Rλ
δ
A
K /W
t1
t2
传热学 第2章 稳态导热
课堂练习: 一砖墙的表面积为12m3,厚260mm,平均 导热系数为1.5w/(m.k),设面向室内的表面温
t 0
2. 非稳态导热的类型 周期性导热(Periodic unsteady conduction): 物体的温度随时间而做周期性的变化。 瞬态导热(Transient conduction): 物体的温度随时间的推移逐渐趋近于恒定的值。
传热学 第3章 非稳态导热
3.1.3 第三类边界条件下Bi 数对平板中温度分布的影响
Bi 0
t τ =0 τ 1 τ τ t∞ -δ 0 δ x
2 3
Bi
t
t0
Bi 0 (1)
t
τ =0 τ τ τ
t∞
1 2 3
t0
τ =0 τ τ τ
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

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 。
传热学第1章

一、导言
因此,对于所有微电子机械系统的设计及应用 来说,全面了解系统在特定尺度内的微机电性质及 材料的热物性、热行为等已经成了迫在眉睫的任务。 然而,目前的科学和工程水平尚无法做到这一步, 于是现代热科学中的一门崭新学科——微米/纳米尺 度传热学应运而生。 早期的微尺度传热学研究主要集中在导热问 题上,之后则扩展到辐射和对流问题。 为说明微尺度传热学的主要研究内容,如下 扼要地介绍一些典型例子,以开拓读者的思路,但 其远远不能代表该学科的全貌,因为微尺度传热的 内涵正不断扩展
二、一些典型微热器件及其相应的热现象
到7000W/m³ 。如此高密度的热量输运是一个富有挑 战性的课题。
图1.3 计算机体系内热耗散与系 统体积的关系
二、一些典型微热器件及其相应的热现象
冷却微小系统的困难在于: 首先,冷却空气速率不能太高,以尽可能减 小声学噪音; 其次,器件结构紧凑性要求仅允许保留有限的 冷却流体空间; 第三,同样的要求不允许在模板上安装大容量 热沉; 第四,低造价的原则要求尽可能地采用塑料封 装芯片,而这又会增大芯片与模板表面之间的导热 热阻,于是热量将主要聚集在基底材料上。
二、一些典型微热器件及其相应的热现象
个量级。所以,分析薄膜中的传热问题自然成为进 一步提高仪器性能的关键步骤。 一系列的研究表明Fourier定律不适于分析高 温超导薄膜及介电薄膜在一定温度和厚度区域内的 热传导问题。在这方面,Boltzmann方程被公认为 是一种最具普适性和有效性的工具。Majumdar发 展了一个基于Boltzmann理论的声子辐射输运方程, 以分析单个薄膜中的导热。其研究表明,在微尺度 区域内,晶格振动或声子的热传导表现为辐射传热 的形式。
二、一些典型微热器件及其相应的热现象
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程应用,小型低温制冷机制和冷系统性能的数值模拟;
高效换热器的优化设计与研发;微细尺度流动和传热
的研究;燃料电池中的关键工程热物理问题;航空航
天技术中的传热与流动问题研究,制冷工质相变换热
的强化等。
工作简历
陶文铨,男,1939年3月生于浙江绍兴。1962年西安交大本科毕业,
1966年西安交大研究生毕业(导师杨世铭教授),1980-1982赴美国明尼
国际顾问等职。1988年被授予国家级有突出贡
献中青年科技专家称号;1995年被选为中国工
程院院士。
强化传热技术
2020/8/31
• 陶文铨
• 研究领域或方向
中国 • 南京
•
传热强化及数值模拟方法和应用:传热与流动的
先进数值计算方法及其应用;强化传热的基本理论与
工程应用;电子元器件的冷却技术;湍流模型及其工
苏达大学机械系传热实验室进修,师从E M Sparrow 教授。现为西安交大
能源与动力工程学院教授、博士生导师。2005年被选为中国科学院院士。
现任教育部高等学校热工课程教学指导分委员会主任委员,教育部能
源动力学科教学指导委员会副主任委员,中国工程热物理学会副理事长,
传热传质专业委员会委副主任委员,西安交通大学学报(自然科学版)主
50年代前每年几篇论文; 60年代每年几十篇; 70年代每年100多篇; 80年代每年几百篇; 现在每年几千篇。
能源与环境学院
强化传热技术
2020/8/31
中国 • 南京
中国工程热物理学会6个学科学术会议2008年 论文数:
• 传热传质学(499)
• 燃烧学(296)
• 多相流(219)
• 工程热力学与能源利用(175)
强化传热技术
2020/8/31
• 陈学俊
中国 • 南京
• 1939年毕业于中央大学,获工学学士;1945年进美国Purdue 大学研究生院学习,1946年获机械工程硕士学位并读完博士 生的有关课程后1947年回国,1947年任交通大学教授,1980 年当选为中国科学院学部委员(院士),1996年当选为第三世 界科学院院士。 1980年-1984年任西安交通大学副校长、校学位评定委 员会副主席;1982年-1985年任教育部世界银行中国大学发 展项目中国审议委员会副主任兼工程组组长;1981年-1991 年任国务院学位委员会工科评议组组员、国家自然科学基金 委学科组成员;1989 年-1998年担任九三学社中央副主席, 1993年当选为全国政协常委。 《热工 专刊》。1948年~1959年11年内,他陆续出版了《燃气轮 机》、《实用汽轮机学》、《蒸汽动力厂》、《锅炉学》、 《锅炉整体》、《锅内过程》等10部专著,1952年,陈学俊 先生负责筹建了我国高校中的第一个锅炉专业,开出了锅炉 专业的全部课程。 70年代初,陈学俊教授亲自主持建立了水/空气试验台、 氟里昂试验台和高压水/蒸汽实验台,70 年代末,他主持筹 建了我国高校中第一个工程热物理研究所,1990年创建了我 国第一个动力工程多相流国家重点实验室。
• 王补宣,热能工程系教授,中国科学院 院士。1922年生,江苏无锡人。1943年 西南联大工学士,1949年美国普度大学 科学硕士。清华大学热能工程与热物理 研究所所长。我国工程热物理学科的开 拓者和传热学学术带头人。中国工程热 物理学会原理事长,国际传热传质中心 学术委员,《国际传热传质学报》国际 主编,《国际热物理学报》、《国际热 流体学报》等学术刊物编委,并当选为 美国纽约科学院院士。
编,International Journal of Heat Mass Transfer 以及 International
Communication in Heat Mass Transfer 的负责中国地区事务的副编辑
能源与环境学院
强化传热技术
2020/8/31
能源与环境学院
• 林宗虎
中国 • 南京
• 研究领域或方向
•
热能工程、气液两相流与传热以及多相流
测量。
• 工作简历
•
1957年交通大学锅炉专业研究生毕业。
1980-1982年曾任美国迈阿密大学访问教授。
现任西安交通大学热能工程系教授,热能工程
专业博士生导师,国家自然科学基金评审组成
员,国家科技奖励机械评委会评委,流体机械
国家工程研究中心学术委员会主任,锅炉煤清
洁燃烧国家工程研究中心和动力工程多相流国
家重点实验室学术委员会委员,香港评审局专
家中国电机工程学会锅炉专业委员工程热物
理学会多相流专业委员会主任,中国工程热物
理学报主编,美国《国际工程流体力学》期刊
强化传热技术
陈 亚 平 (教授)
13851729402 ypgchen@
能源与环境学院
强化传热技术
中国 • 南京
2020/8/31
第一章 绪 论
中国 • 南京
1.1强化传热的发展、分类和应用 涉及领域:能源、航空航天、动力、发电、
制冷、冶金、石油煤炭、环保、材料等。
出文章、出成果、出大家
家有关科技发展规划的制定与实施,所
主持的多项科研成果获国家级和部委级
奖励,已发表学术论文300余篇,专著或
教材10部,编辑出版国际学术会议论文
集6部。
强化传热技术
2020/8/31
提出了场协 同理论
能源与环境学院
中国 • 南京
过增元:清华大学工程力学系教授, 美国密西根州立大学兼职教授,中国 科学院院士。 1936年生,江苏省无 锡市人。1959年毕业于清华大学。曾 任清华大学工程力学系工程热物理教 研室主任、研究生院副院长。现任清 华大学学位评定委员会副主席,热能 工程与工程热物理研究所副所长,中 国工程热物理学会理事长等。多年来 从事传热学、热流体学和热等离子体 等方面的研究工作。 出版专著《电 弧和热等离子体》、《热流体学》, 发表论文140余篇。曾获国家自然科学 三等奖、国家科技进步二等奖、教委 科技进步一等奖等多项奖励。
• 热机气动热力学(126)
合并 开会
• 流体机械(82)
能源与环境学院
强化传热技术
2020/8/31
国际:A E Bergles
中国 • 南京
能源与环境学院
强化传热技术
2020/8/31
R L Webb
中国 • 南京
能源与环境学院
强化传热技术
2020/8/31
能源与环境学院
国内学者
中国 • 南京