热量传输基本概念及基本定律
热能转化：热量传输和能量转化
热传导：通过物体内部的微 观粒子热运动进行热量传递
热对流：通过流体流动进行 热量传递
热辐射：通过电磁波传递热 量
空调和冰箱：利用制冷剂的循环流动，将热量从室内热力发电：利用燃料或核能的燃烧或裂变产生的高温，将水加热成蒸汽，驱动涡轮机发电。
烹饪和烘焙：通过加热食物中的水分，使其蒸发并带走热量，从而使食物变熟。
汽车发动机：燃料燃烧产生的高温热量传输到发动机的冷却液中，使冷却液升温并驱动涡轮增压器，提高发动机 效率。
热量传输的基本 原理和模型
热量传输的实验 方法和测量技术
热量传输在能源 转换和利用中的 应用
热量传输的研究 现状和未来发展 方向
实现方式：通过热力发动机， 如蒸汽机、内燃机等
定义：将热能转换为机械能 的过程
XX,a click to unlimited possibilities
汇报人：XX
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热量传输的基本概念：热量从高温向低温的传递，是自然界和工程领域中的常见现象。 热量传输的三种基本方式：导热、对流和辐射。 导热的基本定律：傅里叶导热定律，表明热量传递的方向和大小。 对流换热：由于流体运动，热量从一处传递到另一处的现象。
高效热能转换 材料：研发更 高效、更稳定 的热能转换材 料，提高能源
利用效率。
热能储存技术： 发展高效、低 成本的热能储 存技术，解决 能源供需不平
衡问题。
热电转换技术： 探索新型热电 转换技术，提 高热能利用效 率，降低能源
浪费。
热光转换技术： 研究将热能转 换为光能的新 型技术，提高 能源利用效率 和可再生性。
提高能源效率：通过技术改进 和创新，提高热能转换效率， 降低能源损失。
热力学基础中的热力学基本定律
热力学基础中的热力学基本定律热力学是研究能量转化和能量传递的学科，它建立了描述物质宏观性质的基本理论框架。
在热力学中，有三个基本定律，即热力学基本定律。
本文将介绍热力学基本定律的概念和含义，以及它们在热力学中的应用。
1. 热力学基本定律一：能量守恒定律热力学基本定律一，即能量守恒定律，也是能量守恒原理。
它表明，在一个孤立系统中，能量既不能创造，也不能消失，只能从一种形式转化为另一种形式。
换句话说，系统内能量的总和保持不变。
能量守恒定律可以应用于各种热力学系统，例如理想气体系统、热机系统和化学反应系统等。
在这些系统中，通过热传递、功以及物质的传输，能量可以在系统内进行转化。
根据能量守恒定律，我们可以分析和计算系统内能量的转化过程。
2. 热力学基本定律二：熵增加定律熵增加定律是热力学基本定律的第二条定律，它描述了孤立系统的熵增加趋势。
熵是衡量系统无序程度的物理量，也可以理解为系统的混乱程度。
熵增加定律表明，孤立系统中的熵总是趋向于增加，而不会减小。
这意味着系统的有序性会逐渐降低，熵值会增加。
这个过程是不可逆的，即无法逆转。
例如，热量从高温物体传递到低温物体时会产生熵增加。
熵增加定律在热力学中有广泛的应用。
它可以解释为什么热量总是从高温传递到低温，为热机工作提供了理论基础。
同时，它也为热力学过程提供了方向性，使我们可以判断一个过程是否可逆以及如何优化一个过程。
3. 热力学基本定律三：熵为零定律热力学基本定律三，即熵为零定律，也被称为绝对零度定律。
它规定了在绝对零度（-273.15摄氏度）下，任何物质的熵值为零。
这意味着在绝对零度下，物质达到了最低的能量状态和最大的有序性。
熵为零定律在热力学中具有重要意义。
它为确定热力学函数（如焓、自由能）的零点提供了依据，并且将熵的定义与绝对温度联系起来。
此外，熵为零定律还具有统计力学上的重要性，为探索物质微观结构提供了基础。
总结：热力学基本定律是热力学领域的基石，对能量转化和能量传递过程提供了基本的理论依据。
热量传递与热力学第一定律
热量传递与热力学第一定律热量（heat）是能量的一种传递形式，可以通过热传导、热对流和热辐射等方式传递。
热力学第一定律则是描述了能量守恒的基本原理。
本文将介绍热量的传递方式以及热力学第一定律的基本概念和应用。
I. 热量的传递方式热量可以通过三种主要的传递方式进行。
1. 热传导（Conduction）热传导是指热量通过固体或均匀的物质传递的过程。
在固体中，热量通过原子或分子之间的碰撞传递，导热性能高的物质能够更快地传导热量。
2. 热对流（Convection）热对流是指热量通过流体（气体或液体）的移动而传递的过程。
当流体受热后，其密度会减小，从而形成密度梯度并引起流动。
这种流动会带走热量，使流体中的热能均匀分布。
3. 热辐射（Radiation）热辐射是指热量通过电磁波的传播而传递的过程。
所有物体在温度高于绝对零度时都会发射热辐射，该辐射能够在真空中传播。
热辐射不需要介质，因此，它可以在没有空气的情况下传递热量。
II. 热力学第一定律的基本概念热力学第一定律（也称能量守恒定律）是热力学的基本原理之一。
它可以用来描述系统中能量的转化和守恒关系。
热力学第一定律的表达式为：△U = Q - W其中，△U表示系统的内能变化，Q表示系统吸收的热量，W表示系统对外界做的功。
根据热力学第一定律，当一个系统吸收热量时，系统的内能会增加；当一个系统做功时，系统的内能会减少；当一个系统既吸收热量又做功时，内能的变化取决于两者之间的相对大小。
III. 热力学第一定律的应用热力学第一定律在实际应用中有着广泛的应用。
1. 热机效率的计算根据热力学第一定律，热机效率可以通过以下公式计算：η = 1 - Qc/Qh其中，η表示热机的效率，Qc表示热机释放的热量，Qh表示热机吸收的热量。
这个公式显示了热机从热源吸热，然后将一部分热量转化为机械功，最后释放剩余的热量到冷源的过程。
2. 热传导率的计算热传导率描述了物质传导热量的能力。
热量的传导与对流知识点总结
热量的传导与对流知识点总结在我们的日常生活和自然界中，热量的传递是一个非常普遍且重要的现象。
无论是煮水时热量从锅底传递到水中，还是冬天室内外的温差导致热量交换，都涉及到热量的传导与对流。
理解热量的传导与对流对于我们解释许多物理现象、优化工程设计以及提高能源利用效率都具有重要意义。
一、热量传导热量传导，简单来说，就是由于物体内部存在温度差，使得热量从高温区域向低温区域传递的过程。
这种传递方式不需要物质的宏观移动，而是通过分子、原子等微观粒子的热运动来实现。
1、热传导的基本定律——傅里叶定律傅里叶定律指出，在均质的固体中，单位时间内通过垂直于热流方向的单位面积的热量，与温度梯度成正比，而与截面面积成正比。
数学表达式为：＄Q ＝ kA\frac{dT}｛dx}＄，其中$Q$表示热流量，＄k$为材料的热导率，＄A$是垂直于热流方向的截面积，＄＼frac{dT}｛dx}＄是温度梯度。
热导率是材料的一个重要热物性参数，它表示材料导热能力的大小。
不同的材料具有不同的热导率，例如金属通常具有较高的热导率，是良好的导热材料；而空气、塑料等的热导率较低，属于绝热材料。
2、常见的热传导现象（1）金属棒的传热拿一根金属棒，一端加热，另一端会逐渐变热。
这是因为金属内部的自由电子能够快速传递热量，使得热量能够沿着金属棒迅速传导。
（2）墙壁的传热在房屋中，墙壁内外存在温度差时，热量会通过墙壁从室内传递到室外或者从室外传递到室内。
墙壁的材料和厚度会影响传热的速率。
二、热量对流热量对流是指由于流体（液体或气体）的宏观运动而引起的热量传递过程。
它可以分为自然对流和强制对流两种类型。
1、自然对流自然对流是由于流体内部存在温度差，从而导致流体密度不均匀，引起流体的流动。
例如，在一个烧热的锅中，靠近锅底的水受热后温度升高，密度减小而上浮；而上方较冷的水密度较大而下沉，形成了自然对流。
2、强制对流强制对流则是通过外部力量（如风扇、泵等）迫使流体流动，从而实现热量传递。
传热学知识点总结
传热学知识点总结本文将围绕传热学的基本概念、传热方式、传热方程、传热实验和应用等方面进行详细的介绍和总结，以便读者更好地了解传热学的相关知识。
一、传热学的基本概念1. 热量传递热量传递是指物体内部或物体之间由于温度差异而产生的热量的传递过程。
热量的传递方式主要有传导、对流和辐射三种。
2. 传热方程传热方程描述了物体内部或物体之间热量传递的数学关系，是传热学的基础理论。
传热方程一般包括传热率、温度差和传热面积等参数，可以用来计算热量传递的速率和大小。
3. 传热系数传热系数是描述物体材料对热量传递率影响的重要参数，通常用符号h表示。
在物质传热过程中，传热系数的大小直接影响热量的传递速率。
4. 传热表面积传热表面积是指在热量传递过程中热量流经的表面积，是计算热传递速率的重要参数。
传热表面积的大小与物体的形状和大小有关，也与传热方式和传热系数有关。
5. 热传导热传导是一种物质内部热量传递的方式，指的是热量通过物质内部原子、分子之间相互作用的传递过程。
热传导是传热学的基本概念之一。
6. 热对流热对流是一种物体表面热量传递的方式，指的是热量通过流体传递到物体表面，然后再由物体表面传递到其它介质的传热过程。
7. 热辐射热辐射是一种通过电磁波传递热量的方式，是物体之间没有接触的情况下进行热量传递的重要方式。
热辐射是传热学的另一个基本概念之一。
二、传热方式1. 传导传热传导传热是指热量通过物质内部的原子、分子的直接作用而传递的方式。
在传导传热过程中，热量的传递是从高温区向低温区进行的，其传热速率与温度差和物质的传热系数有关。
2. 对流传热对流传热是指流体传热传递的方式，包括自然对流和强制对流两种。
在对流传热过程中，流体的流动是热量传递的主要形式，其传热速率与流体的流速、温度差和传热面积有关。
3. 辐射传热辐射传热是通过电磁波传递热量的方式，是物体之间没有接触的情况下进行热量传递的重要方式。
在辐射传热过程中，热量的传递不依赖于介质，而是通过电磁波的辐射进行的。
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
第9章 热量传输的基本概念及基本定律
第9章热量传输的基本概念及基本定律 9.1 热量传输的基本概念 1．传热方式三种基本传热方式：传导传热、对流传热、辐射传热，分别简称导热、对流、辐射。
工程上的传热过程多是包括两种或三种基本传热方式的传热过程，简称综合传热。
（1）导热定义：在一连续介质内若有温度差存在，或者两温度不同的物体直接接触时，在物体内没有可见的宏观物体流动时所发生的传热现象。
条件：温度差。
取决于物体本身的物性。
（2）对流定义：有流体存在，并有流体宏观运动情况下所发生的传热。
条件：温度差，流体的宏观运动。
取决于流体本身的物性、流动状态。
（3）辐射定义：物体因受热发出热辐射，高温物体向低温物体热辐射，同时低温物体向高温物体热辐射，最终结果是高温物体失去热量而低温物体得到热量。
辐射传热不需要物体作传热媒介，而是依靠物体发射电磁波来传递热量。
条件：温度差。
取决于两物体空间位置（辐射角度系数）和物体表面辐射特性（黑度）。
2．传热基本方程各种传热过程最终都要确定传热量。
热流量Φ：单位时间传递的热量。
热通量（热流密度）q ：单位时间通过单位面积传递的热量。
传热方程：实践证明，各种传热过程的传热量都和温度差、传热面积A 、、传热时间成正比。
J 或J/s （W ）（1） W/m2 （2）传热系数K ：单位时间、单位面积、温度差为1℃时传递的热量，即单位传热量。
将（1）（2）改写为：（3）（4）t ∆ττ⋅⋅∆⋅=A t K Q A t K ⋅∆⋅=φt K q ∆⋅=f R t KA t ∆=∆=1φR tK t q ∆=∆=1式中℃/W 总传热面积上的热阻；m2.℃/W 单位传热面积上的热阻。
热阻：阻碍热量传递的阻力。
上两式类似于电学中的欧姆定律，为了求解热流可类似电路中电阻的串、并联法求热阻。
基于这一点，有研究传热问题的电模拟法。
传热系数K 和热阻R 是传热中两个极为重要的概念。
3．温度场、等温面和温度梯度 （1）温度场定义：温度随空间及时间的变化规律。
第三章 热量传递的基本原理
2
d T 1 dT + = 0 2 dr r dr
• 导热问题的完整数学描述 无内热源、常物性、稳态一维问题的导热 微分方程 2
由
d t =0 2 dx
得
dt = c1 dx
得
t = c1 x + c2
问题不能确定，需有定解条件： 〈1〉 初始条件：τ = 0 时的温度分布 t τ = 0 =f (x,y,z) 〈2〉 边界条件：边界上的温度分布或换热条 件。
即 边界条件：
x
d 2t =0 2 dx
x = 0 t = t1 ; x = δ t = t 2
数学描述
d 2t =0 2 dx x = 0 , t = t1 x = δ , t =t 2
t = c1 x + c2
c2 = t1
温度分布
c1 =
t 2 − t1
δ
t=
dt dx
t 2 − t1
δ
x + t1
μ↑
Re ↓
h↓
4、换热表面的形状、大小、位置 壁面形状、位置形状(平板,圆管)、位置(横 放、竖放、管内、管外)
5、流体有无相变 有相变（沸腾或凝结），流体温度基本保持不 变，流体与壁面的换热量等于吸收或放出的汽化潜 热。有相变比无相变时换热系数大很多。 珠状凝结比膜状凝结换热系数大得多。
综上所述
动力消耗大
δ ↓ h↑
3、流体的物理性质
流速：V↑ h↑ V=0 无对流 物性－表征物质物理特性的物理量 密度，粘性，热导率，比热等 其他条件相同时，不同的流体换热量不 同，就是因为物性不同
λ的影响：
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热量传输基本概念及基本定律
本章主要介绍了热量传输的三种基本方式：导热、对流和辐射及导热基本定律。
学习本章的基本要求是：充分理解和掌握三种传热方式的物理本质，会分析具体传热现象的传热方式；掌握温度场、等温面、温度梯度等涉及各种传热现象的基本概念，充分理解它们的意义和特点；深刻理解傅里叶定律的物理意义，会应用傅里叶定律分析传热现象，注意温度、湿度和密度等因素对导热系数的影响，会运用图表确定材料的导热系数；学会推导傅里叶－克希荷夫导热微分方程，并能应用导热微分方程并结合具体的定解条件，求得各种具体情况下物体内部的温度场。
传导传热
一维稳定导热的研究方法是将一维稳定导热方程进行两次积分得出通解，然后代入边界条件，就可得出各种情况下的温度分布和热通量或热流量的计算公式。
对于平壁和圆筒壁的导热还可以直接积分傅里叶导热定律得出。
对于一维稳定导热，要求会计算平壁（单层、多层）、圆筒壁（单层、多层）在第一类和第三类边界条件下的导热问题。
解题思路主要遵循物理问题→数学描写→求解方程→温度分布→热量计算。
热阻是一个重要的概念。
传热过程的热流量可以普遍地表达为Φ＝Δt/R，在温差一定的条件下，要增强或减弱传热，无非是减小或加大传热过程的热阻。
不仅对于导热，对于其它的传热方式，热阻都是研究的关键。
温度场随时间变化的导热过程称为不稳定导热。
求解不稳定导热的目的就是要求出物体内温度场随时间的变化规律，即求解导热微分方程，其方法有数学分析法和数值法。
在不稳定导热中，要充分理解薄材和厚材，有限厚和无限厚物体的概念，掌握Bi和F0特征数的物理意义。
如物体内部热阻很小，物体加热过程内部温度均匀，即物体内部的温度场仅是时间的一元函数，这样的物体称为薄材，判断薄材的依据是Bi<0.1，当Bi>0.1时，则为厚材。
薄材的求解方法是求解一个一阶常微分方程，而厚材需求解偏微分方程，要能够应用线算图进行工程实际计算。
本章还介绍了二维稳定导热和一维不稳定导热的数值解法，主要介绍了有限差分法。
在二维稳定导热的数值解法中，主要介绍了内部节点方程和各种边界节点方程的建立，以及如何用高斯迭代法求解方程。
一维不稳定导热的差分方程有显式和隐式两种格式，要注意显式差分方程的稳定性问题，而隐式差分方程则需求解一个代数方程组才能得到各节点的温度。
对流换热
本章主要介绍了如何确定几种典型情况下的对流换热系数，如流体绕流平板、管内强制对流、外掠圆管流动、外掠管束流动、大空间自然对流等。
学习本章的基本要求是掌握每一类换热问题的换热机理、流态的判别、定型尺寸和定性温度的选取，需要修正的原因及修正系数的确定，影响换热的主要因素及强化换热的基本途径等及换热系数的计算。
由于影响对流换热因素众多，在文献资料中提出各种各样的经验公式，这些经验公式都有一定的局限性，要注意它们的使用条件。
有时用不同的经验公式计算同一个问题会得到不同的结果，要求在实际使用中根据换热机理对具体问题作具体分析。
在计算管内强制对流换热时，首先要计算雷诺数Re，判断流态，再选择计算公式，最后根据管长、流道是否弯曲、温差大小确定各项修正系数。
外掠单管流动的边界层特点以及由此引起的局部对流换热系数的变化是分析管束换热的基础，对于管束换热要注意管子的排列方式和管排间距。
自然对流换热主要掌握大空间自然对流的换热计算，在计算时首先应计算Gr，以确定流态，并根据壁面的形状和位置选择计算公式。
辐射换热
本章在分析热辐射的本质和特点的基础上，建立了绝对黑体的概念，在讨论绝对黑体辐射基本规律的基础上，分析了实际物体与黑体之间的区别，建立了灰体的概念。
在红外辐射的范围内可以把实际工程材料看作灰体。
这样可以通过灰体，应用黑体辐射的规律，来计算实际物体之间的辐射换热。
学习本章的基
本要求是要掌握下列基本概念：黑体、灰体；黑度、吸收率、反射率和透过率；辐射力、单色辐射力、方向辐射力、辐射强度、立体角；有效辐射、自身辐射、投射辐射、反射辐射、吸收辐射；角系数；空间热阻、表面热阻、复合传热等。
充分理解辐射的基本定律，会用辐射换热的网络法计算两个黑体表面之间、两个灰体表面之间、三个灰体表面之间及遮热板的辐射换热计算，并掌握气体辐射的特点。
物体辐射有以下几个基本定律：普朗克定律，说明黑体单色辐射力与波长和热力学温度三者之间的关
系；；维恩位移定律，由普朗克定律微分得到的最大波长和热力学温度)/(1)exp(2251m m W T
c c E b µλλλ⋅−=−之间的关系；；斯忒芬—玻尔兹曼定律是普朗克定律的积分形式，它表示的黑体的K m T ⋅=µλ6.2897max 辐射力与热力学温度的四次方程正比。
，对于灰体有；兰贝)/(240m W T E b σ=)/(240m W T E εσ=特定律，反映了黑体表面的方向辐射力在空间的分布规律，；基尔霍夫定律，说明了物体θθcos bn b E E =的辐射力与吸收率之间的关系，或。
b E a
E =a =ε角系数是一个纯几何参数。
角系数有如下性质：相对性，完整性，合分性，通过角系数的定义式、查表及利用角系数的性质可计算角系数。
在用辐射换热的网络法计算三个表面组成得封闭系统的辐射换热时，首先绘出网络图，再根据电工学的克希荷夫定律列出每一个节点的节点方程，然后联立方程求出有效辐射，最后求出所需要的净辐射热流或物体之间的辐射换热量或物体的表面温度。
此时要注意有一个面是重辐射面或一个面是黑体及一个面面积很大时的特殊情况，虽然网络图相同，但计算公式不同。
气体辐射的特点是无反射，其吸收和辐射具有选择性和容积性。
辐射性气体的黑度可根据气体的温度与分压及平均有效射线行程查有关线图得到。
混合气体的黑度等于各组成气体的黑度减去光带重合部分的修正值。
需要注意的是，在气体温度和壁面温度不同时，气体的黑度和吸收率不相等，即ε≠a 。
冶金与材料制备及加工中的热量传输
本章主要介绍了冶金及材料加工中的热量传输过程，这些过程相当复杂，大都属于综合传热过程。
散料层内的热交换包括固定料层内的热交换和流化床内的热交换，由于热交换的复杂性，大都应用实验式、经验式或特征数方程进行近似计算，计算结果作为工程应用的参考依据。
换热器、蓄热室是回收冶金炉高温烟气余热的换热设备。
一个良好的换热器应具有传热系数高，结构紧凑，易清洗检修、能承受一定压力和温度等优点。
换热器的计算有两类：设计计算和校核计算。
在换热器的若工计算中关键在于求出传热系数和对数平均温差。
蓄热室是周期性工作的。
它的特点是不稳态的复合传热过程。
蓄热室的传热系数与换热器的传热系数相比，蓄热室的器壁热阻由两部分组成，一部分与蓄热过程有关，另一部分与砖的厚度形成的热阻有关。
凝固传热主要介绍了冶金生产中的连铸过程，在用数值解法求解时要注意物性参数的选取及凝固潜热的处理方法。
热处理过程传热、焊接过程传热只做了一般性介绍。
要着重了解模型的建立、求解方法及要注意的一些问题。