浙江大学传热学ppt课件
传热学(全套课件666P) ppt课件
§1-3 传热过程和传热系数
一、传热过程 1 、概念
热量由壁面一侧的流体通过壁面传到 另一侧流体中去的过程称传热过程。
2 、传热过程的组成 传热过程一般包括串联着的三个环节组成， 即：
① 热流体 → 壁面高温侧； ② 壁面高温侧 → 壁面低温侧； ③ 壁面低温侧 → 冷流体。 若是稳态过程则通过串联环节的热流量相同。
二、对流
1 、基本概念
1) 对流：是指由于流体的宏观运动，从而使 流体各部分之间发生相对位移，冷热流体 相互掺混所引起的热量传递过程。 对流仅发生在流体中，对流的同时必伴随 有导热现象。
2) 对流换热：流体流过一个物体表面时的 热量传递过程，称为对流换热。
2 、对流换热的分类
1）根据对流换热时是否发生相变分：有
第一章
绪
论
§1-0 概 述
一、基本概念
❖ 1 、传热学 ❖ 传热学是研究热量传递规律的学科。 ❖ 1)物体内只要存在温差，就有热量从物
体的高温部分传向低温部分； ❖ 2)物物体。
2 、热量传递过程 根据物体温度与时间的关系，热量传递过程 可分为两类：
t f1 tw1
Ah 1
tw1 tw2 A /
t w 2 t f 2 Ah 2
（d） （e） （f）
三式相加，整理可得:
A(t f 1 t f 2 )
1 1
h1 h2
也可以表示成:
（1-10）
A(tkf1tf2)A k t （1-11）
式中， k称为传热系数，单位为
。
W/ m2K
⑤热辐射现象仍是微观粒子性态的一种宏 观表象。
⑥ 物体的辐射能力与其温度性质有关。这 是热辐射区别于导热，对流的基本特点。
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。
浙江大学《强化传热》课件-强化辐射传热
辐射换热的强化一、辐射换热基本原理参考传热学教材，从P. 406开始有具体过程的分析。
结论：两表面之间的净辐射换热可表示为表面1到表面2的有效辐射与表面2到表面1的效辐射之差。
强化方法分析由上式分析，要强化辐射传热即使Φ增加，有以下方法1、对于高温表面1，就需要增大A 1、T 1和ε1，产生更多辐射能2、增加F 12，使尽可能多的辐射能落到表面2上；3、对于表面2，需要增大A 2和α2以吸收尽可能多的辐射能，减小ε2 和T 2以减小对外本体辐射，但是对于黑体和漫灰体来说，其α和ε是相等的，所以需要开发α大而ε小的材料；4、对于多个表面来说，其角系数是相互影响的，故对于其选择还需具体分析。
5、气体辐射的增强可从增加气体黑度着手吸收性表面提高表面黑度：提高物体表面热辐射率的方法：如铝表面阳极氧化、喷漆以及喷涂辐射散热涂料（因为一般油漆的表面热辐射率已经接近1，所以单从强化热辐射的角度，热辐射涂料不会比油漆的散热效果好很多）等。
（1）油漆油漆的表面发射率较高，可以用来喷涂于散热器表面，增强辐射换热，不过油漆导热系数较低，所以要控制油漆喷涂的厚度。
（2）碳化硅碳化硅（SiC）具有较高的导热系数，以及较高的表面辐射率（0.82~0.92），常被用作增大物体表面发射率的涂料成分。
台湾凯乐士股份有限公司碳化硅材料开发的散热涂料已应用于铝合金散热鳍片表面之喷涂。
其碳化硅辐射涂料导热系数130~160 W/K-m，辐射率约0.9。
炉膛内辐射换热强化在炉子的设计或改造中，适当提高高温段炉膛高度以提高炉膛内表面积，增加炉围展开度或在炉膛内壁表面上布设许多凸起物以提高炉膛内换热面积，在不增加炉膛高度的情况下增加炉围展开度。
1 采用高热值的燃料，改善燃烧方式，最终目的是提高火焰温度Thy 。
2 采用火焰增碳等技术提高系统黑度a xt。
火焰中具有辐射能力的粒子主要有：三原子气体、焦炭粒子、灰粒、炭黑粒子。
其中焦炭粒子和炭黑粒子的辐射能力最强，因此火焰增碳可以提高火焰黑度。
(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。
传热学基本知识PPT课件
Qt1t2t3 t1t4
R1R2R3
R
通过各层的导热量相同， 各层导热所遵循的规律相同
2021
29
传热学基本知识
热传导
4、导热计算 3）单层圆筒壁的稳定热传导
特点：单层圆筒壁的导热面积不是常量，随圆
筒半径而变、同时温度也只是随半径而变。
Q t1 t2 R
t
A均
A均=2πr均L
r均
r2 r1 ln r2
导热分为两类
稳定导热：温度不随时间而变化的导热 不稳定导热：温度随时间而变化的导热
知识回顾
2021
23
传热学基本知识
热传导
2、傅里叶导热定律
热传导的速率与垂直于热流方向的表面积成正比，与壁面两侧的温差成正比，与壁厚成反比。
QAt1t2
q
Q A
t
Q
t
t R
A
Q 导热量，传热速率 , W;
导热动力 导热阻力
自然对流
泡状沸腾或泡核沸腾（传热系数大）
膜状沸腾
2021
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蒸汽冷凝时的对流传热
蒸汽冷凝的对流传热
蒸汽是工业上最常用的热源，在锅炉内利用煤燃烧 时产生的热量将水加热汽化，使之产生蒸汽。蒸汽在饱 和温度下冷凝成同温度的冷凝水时，放出冷凝潜热，供 冷流体加热。
2021
37
蒸汽冷凝时的对流传热
(1) 蒸汽冷凝的方式
t t1t2 l n t1 t2 2021
当⊿t1/⊿t2＜2时
⊿t=(⊿t1+⊿t2)/2
15
（2）双侧变温时的平均温度差
并流
逆流
错流
折流
①并流时的(对数)平均温度差
(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。
辐射换热计算方法
辐射换热量计算
通过斯蒂芬-玻尔兹曼定律计算两 个物体之间的辐射换热量，需要 考虑物体的发射率、温度以及物 体间的角系数等因素。
角系数计算
角系数表示一个表面对另一个表 面辐射能量的相对大小，可以通 过几何方法或数值方法计算得到 。
辐射换热网络模型
对于多个物体之间的复杂辐射换 热问题，可以建立辐射换热网络 模型，通过求解线性方程组得到 各个物体之间的辐射换热量。
06 传热学实验技术 与设备
实验测量技术与方法
温度测量
使用热电偶、热电阻等 温度传感器，配合数据 采集系统，实现温度的
精确测量。
热量测量
采用量热计、热流计等 设备，测量传热过程中
的热量变化。
热阻测量
通过测量传热设备两侧 温差和传热量，计算得
到热阻。
热流密度测量
利用热流计等设备，测 量单位面积上的热量传
(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
01 传热学基本概念 与原理
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。
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定解条件：使微分方程获得适合某一特定问题的解的 特定条件。
初始条件： 初始时刻的温度分布，只适用于非稳态导热。 边界条件： 导热物体边界上的温度或换热情况。
1）第一类边界条件：给定边界上的温度值； 2）第二类边界条件： 给定边界上的热流密度值；
t Y方向： dQ dx dz d y y
t dQ t ( ) dy dx dz d y dy y y
t d x d y d z方向: d Q z z t dQ t ( ) dz dx dy d z dz z z
2 2 2 t t t t a ( 2 2 2 ) q ' / c x y z
对无内热源、常物性、一维非稳态导热微分方程
t 2t a x 2
对无内热源、常物性、一维稳态导热微分方程
2t a 0 2 x
对有内热源、常物性、三维稳态导热微分方程
平壁单位面积的导热热 阻
二、多层平壁的导热
q1 1
t1 t2
1
1
2
3
q2 2
q3 பைடு நூலகம்3
t2 t3
2
t3 t4
3
稳态：q1=q2=q3
1
2
3
q
1 1 2 2
t t 1 4
3 3
1 1 2 2
t
3 3
' z dz
2 2 2 t t t t c ( 2 2 2 ) q ' x y z
t dU c dx dy dz d
直角坐标系下，为常数，有内热源的、三维、非稳 态导热微分方程：
3）多孔物质的值较小，吸水后导热系数急剧增大。
第二节
dQ z+dz
导热微分方程
dQ’ dQ x dQ y+dy
dQ y
dQ x+dx
dQ z
设该微元体均质，各 向同性，则在d时间内
X方向：
t dQ dy dz d x x
t dQ t ( ) dx dy dz d x dx x x
q dx dy dz d 微元体在d时间内的放（吸）热量： dQ
' '
q′为单位时间内单位体积的放（吸）热量，单位J/(m3•s)，吸 热为负，放热为正。
此微元体在d 时间内热力学能的增量：
dU dQ dQ dQ dQ dQ dQ d x x d x y y d y z
等温线与另一条温度不同的等温线不可能相交,它可以是 封闭曲线或者终止于物体的界面上。
n
热流线与等温线垂直，且指向温度 降低的方向。 3、温度梯度：在温度场中，温度 在空间上改变的大小程度，用grad t表示。它是在等温面法线方向ｎ 上单位长度的温度增量,它是一个 矢量, 指向温度增大的方向。
t t grad t lim n 0 n n
热流的方向与温度梯度方向相反
二、傅立叶定律
热流量 热流密度
Q Agradt
W
qgradt
W/m2
三、导热系数
q w /( m K ) gradt
导热系数表明物体导热能力的程度，是每单位温度梯 度所传导的热流密度值。
1）以物质的种类来区分，值的大小以金属为大，非 金属固体次之，液体更次之，而以气体为最小。 2） 各种物质的值都是温度的函数。
2 2 2 t t t t ( 2 2 2 ) q ' / c c x y z
令 a
c
a 为导温系数（是一个物性参数），也称热扩散系数， 说明物体被加热或冷却时其各部分温度趋于一致的能力。 a 大的物体被加热时，各处温度能较快地趋于一致。
第四节 圆筒壁导热
一、单层圆筒壁 导热只沿半径方向 dt ql A dr dt 2 r 1 dr q l dr 分离变量 dt 2 r q l ln r c 积分 t 2
3）第三类边界条件：给定边界上物体与周围流体间的 换热系数及周围流体的温度。
第三节 平壁导热
一、单层平壁
平壁的长和宽远远大于，且两侧壁 面温度保持t1和t2，则热量只沿x方向 传导，为一维温度场。
dt q dx 无内热源、常物性、一维稳态导 热微分方程
2t a 0 2 x
d 2t 0 2 dx
2 t dQ 2dx dy dz d X方向： dQ x x d x x 2 t y方向： dQ dQ 2dx dy dz d y y dy y 2 t z方向： dQ dQ dx dy dz d z z d z 2 z
浙江大学传热学
第一节 傅里叶定律和导热系数
一、温度场和温度梯度
1、温度场：任一瞬间，在所研究空间中所有点上温度分 布的总称，是空间坐标和时间的函数。
t f( x ,y ,z , )
稳态温度场 非稳态温度场
t f( x ,y ,z )
t f( x ,y ,z , )
2、等温面与等温线：在温度场中,将温度相等的点连成面 即为等温面。等温面与任一平面的交线便是等温线。
一次积分 二次积分 边界条件
dt c1 dx
t c x c 1 2
x0时， t t1 x时， t t2
c t 2 1
t t q r t t2 1
t t 2 1 c 1
t2 t1 t xt1
r R A