《传热学》第1章-绪论
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第1章-传热学绪论
—在以7.5km/s的速度从120km高度重返地球大气层时，飞行器表面的
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
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
传热学第一章 绪论
是无做功过程。 （4）热力学研究热量在一段时间内总的交换量（J），而传热
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。
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
物体的温度越高、辐射能力越 强； 若物体的种 类 不同、 表面状况 不 同，其辐射能力不同
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。
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
a. 导热与热对流同时存在的复杂热传递过程 b. 必须有直接接触（流体与壁面）和宏观运动；也
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。
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
传热学-绪论
5. 导热是物质的属性 导热可以在固体、液体、气体中发生 。 在引力场下单纯的导热只发生在密实固体中。液 体和气体导热发生时，它们的内部必须没有宏观 的相对位移。
传热学 / 绪论
6. 热量传递方程
Φ
A
t1 t2
t2 t1
Φ A
dt Φ A dx
传热学 / 绪论
量。
传热学 / 绪论
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。
(3) 由于流体的粘性和受壁面摩擦阻力的影响，紧 贴壁面处会形成速度\温度梯度很大的边界层。
tf
tw
Φ
传热学 / 绪论
5、对流换热的分类
流动起因：强迫对流和自然对流 （单相流体对流） 是否相变：沸腾换热（液体受热沸腾）和凝结换热 （蒸汽遇冷凝结）
传热学 / 绪论
6、对流换热的基本计算公式
hA(tw t f )
二、对流换热
1、举例 烧杯 加热 水
2、对流（热对流）定义 流体各部分之间发生相对位移时，冷热流体相互掺混 所引起的热量传递过程。 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。
传热学 / 绪论
4、对流换热特点 （1） 是导热（微观热运动）与热对流（宏观热运动） 同时存在的复杂热传递过程。 （2） 必须有直接接触（流体与壁面）和宏观运动； 也必须有温差。
传热学 / 绪论
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？
《传热学》电子课件
第1章绪论§1.1 传热学的研究内容及其应用四、传热学在科学技术各个领域中的应用3.3.温度控制温度控制温度控制：：为使一些设备能安全经济地运行为使一些设备能安全经济地运行，，或者为得到优质产品为得到优质产品，，要对热量传递过程中物体关键部位的温度进行控制部位的温度进行控制。
例如例如：：电子器件的冷却航天器重返大气层时的热防护原子及自由电子等微观粒子热运动而传递热量：定律有：绪论第1章绪论§1.2 热能传递的三种基本方式二、对流对流（（热对流热对流））(Convection )4. 对流对流换热的特点换热的特点第1章绪论§1.2 热能传递的三种基本方式二、对流对流（（热对流热对流））(Convection )5. 对流对流换热量的计算换热量的计算换热量的计算－－－－－－牛顿冷却定律牛顿冷却定律() w f ΦhA t t =− () w f q ΦA h t t ==−h —表面传热系数表面传热系数[[W/(m 2K)]Φ—热流量热流量[[W ]，单位时间传递的热量q —热流密度热流密度[[W/m 2]A—与流体接触的壁面面积与流体接触的壁面面积[[m 2 ]w t —固体壁表面温度固体壁表面温度[[o C ]f t —流体温度流体温度[[o C ]()f w ΦhA t t =− ()f w q ΦA h t t ==−流体受冷流体受热第1章绪论§1.2 热能传递的三种基本方式二、对流对流（（热对流热对流））(Convection )6. 表面传热系数表面传热系数（（h ）是过程量是过程量，，与具体的换热过程有关与具体的换热过程有关，，受许多因素影响第1章绪论§1.2 热能传递的三种基本方式二、对流对流（（热对流热对流））(Convection )7. 对流热阻=1h t t ΦR hA ∆∆= =1h t t q r h∆∆=wt ft ΦhR 有限面积对流热阻1h R hA=单位面积对流热阻1h r h=第。
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™概念会分析——有思路，给出公式会计算——有 技能；
三、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
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？
● 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？
v 1904年他在哥廷根大学（Göttingen University）担任流体力学研究所的所 长，同年他发表了其具有历史意义的关于 边界层的著名论文，奠定了现代流体力学 和空气动力学以及对流换热分析的基础。 在风洞实验技术；机翼理论；湍流理论均 有杰出贡献；
v T. von 卡门是他的学生；
传热学名人-4
v 发展对流换热理论的杰出先 驱：对流换热的无量纲准则， 用实验方法求解对流换热问 题；
v 凝结换热理论解 ； v 层流入口段换热机理研究 ；
传热学名人-5
v 施密特（1892－1975）,出生 于1892年2月11日，是德国的 科学家，工程热物理学，尤其 是传热传质学研究领域的先 驱；
v 他是第一个测量自然对流边界 层的速度场和温度场以及膜态 凝结的当量传热系数的人。
™ 偏微分方程（导热）和偏微分方程组（对流） ™ 数值模拟----差分方程
v 实用性也强；
™ 由实验得出的对流换热的经验公式
对学习方法的建议
v 以方法论学习为主
™课堂上要注意学习建立方程的方法; ™不要去记复杂的公式; ™要记住最基本的公式;
v 对学习效果的要求程度
™合上书忘了——不要紧，但是翻开书就能看懂,能 想起来——基本可以;
q1
=
λ1
tw1
− tw2 δ
例题1-1
v 解：这是通过大平壁的一维稳态导热问题 。
对于纯铜板
q1
= λ1
tw1 − tw2 δ
= 398W
/(m ⋅ K ) × 50K 0.010m
= 1.99×106W
/ m2
对于黄铜板和碳钢板
q2
= λ2
tw1 − tw 2 δ
= 109W
/(m ⋅ K ) × 50K 0.010m
导热系数 /热导率
温差
φ = Aλ tw1 − tw2 δ
=
tw1 −t w2 δ
=
tw1 − tw2 Rλ
热流密度
壁厚 Aλ 导热
q = Φ = λ tw1 − tw2 热阻
A
δ
6
例题1-1
v 有三块分别由纯铜（热导率为λ1=398 W/(m·K)）、 黄铜（热导率为λ2=109 W/(m·K)）和碳钢（热导率 为λ3=40 W/(m·K)）制成的大平板，厚度都为δ=10 mm，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。
v 人体正常组织在体温升高的情况下，血管扩张，血流加速，散热较快， 由于机体的这种调节作用，保证了在体温升高时，甚至在达到41．5--43’C时，组织损伤不大，且能够修复。
v 肿瘤内血管形态异常，杂乱扭曲、易受压变形，形成血栓或栓塞。加之 肿瘤内的血管多由单层细胞组成，脆弱易破。由于这些新生血管是发育 不全的畸形血管，在受热后失去自我调节作用，静脉也不能加快回流， 肿瘤局部血沉淤滞，血流量仅为正常组织的1％一15％，致使肿瘤组织 散热困难，温度升高。恶性肿瘤组织的温度往往高于正常邻近组织温度 8—10’C。
● 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？越厚越好？
在下列技术领域大量存在传热问题
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…
2
动力设备中的传热问题
v 锅炉过热器
动力设备中的传热问题
● 工程热力学：热能的性质、热能与机械能及其他形式能量 之间相互转换的规律
● 热力学第一定律： Q = ∆U + W
● 传热学：热量 Q 传递过程的规律 ● 传热学以热力学第一定律和第二定律为基础即：热量 Q 传递 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。
导热，传热量为：
Φ = Aλ tw1 − tw2 δ
对单层玻璃：
Φ = Aλ tw1 − tw 2 = 1× 2 ×1.4 × 15 − (−20) = 19600W
δ
0.005
对双层玻璃
Φ = Aλ tw1 − tw2 = 1× 2 × 0.024 × 10 − (−15) = 120W
δ
0.01
课下参考
v 教材P5：例题1-1,1-2
热对流(convection)
v 热对流是指由于流体的宏观运动，致使不同温度的 流体相对位移而产生的热量传递现象。
v 热对流只能发生在流体之中，而且必然伴随有微观 粒子热运动产生的导热。
v 流体与固体表面之间的热量传递是热对流和导热两 种基本传热方式共同作用的结果，这种传热现象在 传热学中称为对流换热。
热量传递的基本方式
v 热传导 v 热对流 v 热辐射
v 实际的热量传递过程都是以这三种方式进行的，或者只 以其中的一种热量传递方式，但很多情况都是以两种或三种 热量传递方式同时进行。
热传导(Heat conduction
/conduction heat transfer)
v 导热的定义
在物体内部或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 称为热传导（简称导热）。
v 热疗：微波，激光等方法 ； v 应用传热学理论建立宏观及微观生物传热模型，全面描述了生物组织中
温度场分布及变化规律 ； ™ 不同边界条件下的非稳态传热问题．
太阳能热水器
v 家用 v 真空管热水器 v 低发射率和反射
率，高吸收率（涂 层）
4
燃料电池
传热学名人-2
v 普朗特（Ludwing Prandtl，18751953），德国力学家。近代力学奠基人之 一，被誉为“空气动力学之父”。
v 教材P6：表1-1
课堂练习
v 试说明热对流与对流换热之间的联系与区别。
v 为什么计算机主机箱中CPU处理器上和电源旁要 加风扇？
例题1-2
v 一室内暖气片的散热面积为A=3 2m02℃，的表室面内温空度气为之tw间= 自50然℃对，流它换和 热的表面传热系数为h = 4 W/(m2·K)。试问该暖气片相当于 多大功率的电暖器?
参考书
v 苏亚欣主编,传热学.武汉:华中科技大学出版社,2009.12 v 杨世铭，陶文铨，传热学（第三版）。北京：高等教育出版
社，1998.12 v Holman J P, Heat Transfer.8th ed. N.Y. : McGraw Hill
Book Company, 1997.8
传热学所属学科
工程热物理
工程热力学 传热学 流体力学 燃烧学 热物性学
概述
一、传热学（Heat transfer）
● 研究热量传递规律的一门科学 ● 热量传递的机理、规律、计算和测试方法 ● 热量传递过程的推动力：温差 ● 热力学第二定律：热量可以自发地由高温 热源传给低温热源。有温差就会有传热
1
二、传热学与工程热力学的关系
v 普朗克（Max Planck，1858－ 1947），近代伟大的德国物理学 家，量子论的奠基人 ；
v 1900年，他在黑体辐射研究中引 入能量量子。由于这一发现对物理 学的发展作出的贡献，他获得 1918年诺贝尔物理学奖；
v 最主要的成就是提出著名的普朗克 辐射公式，创立能量子概念。
传热学名人-1
5
传热学名人-6
v 维恩（Wilhelm Carl Werner Otto Fritz Franz Wien，1864~1928），因发 现热辐射规律——维恩位移 定律和建立黑体辐射的维恩 公式，获得了1911年度诺贝 尔物理学奖。
第1次课结束
其他著名科学家
v 雷诺（Osborne Reynolds，1842-1912），流体力学的奠 基人，英国力学家、物理学家和工程师。
传热学
第一章 绪论 Introduction
我的联系方式
v 办公室:环境学院楼,5149室; v 电 话: 67792552(办）, 13166174779 v Email : suyx@
本课程的要求
v 课堂上要注意研究方法的学习和对基本物理 概念的理解；
v 按时交作业； v 有问题及时答疑—非常欢迎课堂上的讨论； v 成绩：平时20%+考试80%
v 傅立叶（Jean Baptiste Joseph Fourier，1768 1830），法国数学家，导热理 论的奠基人，1817年，他被选 为科学院院士。
v 提出求解偏微分方程的分离变量 法 ；最早使用定积分符号，改 进了代数方程符号法则的证法和 实根个数的判别法等。
传热学名人-3
v 努谢尔特（Ernst Kraft Wilhelm Nusselt，1882-1957），德国 人；
= 0.545×106W
/ m2
q3
= λ3
tw1 − tw2 δ
= 40W
/(m ⋅ K ) × 50K 0.010m
= 0.2×106W
/ m2
双层玻璃的保温
v 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？
一扇玻璃窗的宽和高分别为1m和2m，厚度为 5mm，导热系数为1.4 W/(m⋅K)。如果在一个寒冷的 冬天，玻璃的内外表面分别为15℃和-20℃，通过窗 户损失的传热量是多少？
v 导热现象既可以发生在固体内部，也可发生在静止 的液体和气体之中。
三、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
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？
● 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？
v 1904年他在哥廷根大学（Göttingen University）担任流体力学研究所的所 长，同年他发表了其具有历史意义的关于 边界层的著名论文，奠定了现代流体力学 和空气动力学以及对流换热分析的基础。 在风洞实验技术；机翼理论；湍流理论均 有杰出贡献；
v T. von 卡门是他的学生；
传热学名人-4
v 发展对流换热理论的杰出先 驱：对流换热的无量纲准则， 用实验方法求解对流换热问 题；
v 凝结换热理论解 ； v 层流入口段换热机理研究 ；
传热学名人-5
v 施密特（1892－1975）,出生 于1892年2月11日，是德国的 科学家，工程热物理学，尤其 是传热传质学研究领域的先 驱；
v 他是第一个测量自然对流边界 层的速度场和温度场以及膜态 凝结的当量传热系数的人。
™ 偏微分方程（导热）和偏微分方程组（对流） ™ 数值模拟----差分方程
v 实用性也强；
™ 由实验得出的对流换热的经验公式
对学习方法的建议
v 以方法论学习为主
™课堂上要注意学习建立方程的方法; ™不要去记复杂的公式; ™要记住最基本的公式;
v 对学习效果的要求程度
™合上书忘了——不要紧，但是翻开书就能看懂,能 想起来——基本可以;
q1
=
λ1
tw1
− tw2 δ
例题1-1
v 解：这是通过大平壁的一维稳态导热问题 。
对于纯铜板
q1
= λ1
tw1 − tw2 δ
= 398W
/(m ⋅ K ) × 50K 0.010m
= 1.99×106W
/ m2
对于黄铜板和碳钢板
q2
= λ2
tw1 − tw 2 δ
= 109W
/(m ⋅ K ) × 50K 0.010m
导热系数 /热导率
温差
φ = Aλ tw1 − tw2 δ
=
tw1 −t w2 δ
=
tw1 − tw2 Rλ
热流密度
壁厚 Aλ 导热
q = Φ = λ tw1 − tw2 热阻
A
δ
6
例题1-1
v 有三块分别由纯铜（热导率为λ1=398 W/(m·K)）、 黄铜（热导率为λ2=109 W/(m·K)）和碳钢（热导率 为λ3=40 W/(m·K)）制成的大平板，厚度都为δ=10 mm，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。
v 人体正常组织在体温升高的情况下，血管扩张，血流加速，散热较快， 由于机体的这种调节作用，保证了在体温升高时，甚至在达到41．5--43’C时，组织损伤不大，且能够修复。
v 肿瘤内血管形态异常，杂乱扭曲、易受压变形，形成血栓或栓塞。加之 肿瘤内的血管多由单层细胞组成，脆弱易破。由于这些新生血管是发育 不全的畸形血管，在受热后失去自我调节作用，静脉也不能加快回流， 肿瘤局部血沉淤滞，血流量仅为正常组织的1％一15％，致使肿瘤组织 散热困难，温度升高。恶性肿瘤组织的温度往往高于正常邻近组织温度 8—10’C。
● 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？越厚越好？
在下列技术领域大量存在传热问题
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…
2
动力设备中的传热问题
v 锅炉过热器
动力设备中的传热问题
● 工程热力学：热能的性质、热能与机械能及其他形式能量 之间相互转换的规律
● 热力学第一定律： Q = ∆U + W
● 传热学：热量 Q 传递过程的规律 ● 传热学以热力学第一定律和第二定律为基础即：热量 Q 传递 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。
导热，传热量为：
Φ = Aλ tw1 − tw2 δ
对单层玻璃：
Φ = Aλ tw1 − tw 2 = 1× 2 ×1.4 × 15 − (−20) = 19600W
δ
0.005
对双层玻璃
Φ = Aλ tw1 − tw2 = 1× 2 × 0.024 × 10 − (−15) = 120W
δ
0.01
课下参考
v 教材P5：例题1-1,1-2
热对流(convection)
v 热对流是指由于流体的宏观运动，致使不同温度的 流体相对位移而产生的热量传递现象。
v 热对流只能发生在流体之中，而且必然伴随有微观 粒子热运动产生的导热。
v 流体与固体表面之间的热量传递是热对流和导热两 种基本传热方式共同作用的结果，这种传热现象在 传热学中称为对流换热。
热量传递的基本方式
v 热传导 v 热对流 v 热辐射
v 实际的热量传递过程都是以这三种方式进行的，或者只 以其中的一种热量传递方式，但很多情况都是以两种或三种 热量传递方式同时进行。
热传导(Heat conduction
/conduction heat transfer)
v 导热的定义
在物体内部或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 称为热传导（简称导热）。
v 热疗：微波，激光等方法 ； v 应用传热学理论建立宏观及微观生物传热模型，全面描述了生物组织中
温度场分布及变化规律 ； ™ 不同边界条件下的非稳态传热问题．
太阳能热水器
v 家用 v 真空管热水器 v 低发射率和反射
率，高吸收率（涂 层）
4
燃料电池
传热学名人-2
v 普朗特（Ludwing Prandtl，18751953），德国力学家。近代力学奠基人之 一，被誉为“空气动力学之父”。
v 教材P6：表1-1
课堂练习
v 试说明热对流与对流换热之间的联系与区别。
v 为什么计算机主机箱中CPU处理器上和电源旁要 加风扇？
例题1-2
v 一室内暖气片的散热面积为A=3 2m02℃，的表室面内温空度气为之tw间= 自50然℃对，流它换和 热的表面传热系数为h = 4 W/(m2·K)。试问该暖气片相当于 多大功率的电暖器?
参考书
v 苏亚欣主编,传热学.武汉:华中科技大学出版社,2009.12 v 杨世铭，陶文铨，传热学（第三版）。北京：高等教育出版
社，1998.12 v Holman J P, Heat Transfer.8th ed. N.Y. : McGraw Hill
Book Company, 1997.8
传热学所属学科
工程热物理
工程热力学 传热学 流体力学 燃烧学 热物性学
概述
一、传热学（Heat transfer）
● 研究热量传递规律的一门科学 ● 热量传递的机理、规律、计算和测试方法 ● 热量传递过程的推动力：温差 ● 热力学第二定律：热量可以自发地由高温 热源传给低温热源。有温差就会有传热
1
二、传热学与工程热力学的关系
v 普朗克（Max Planck，1858－ 1947），近代伟大的德国物理学 家，量子论的奠基人 ；
v 1900年，他在黑体辐射研究中引 入能量量子。由于这一发现对物理 学的发展作出的贡献，他获得 1918年诺贝尔物理学奖；
v 最主要的成就是提出著名的普朗克 辐射公式，创立能量子概念。
传热学名人-1
5
传热学名人-6
v 维恩（Wilhelm Carl Werner Otto Fritz Franz Wien，1864~1928），因发 现热辐射规律——维恩位移 定律和建立黑体辐射的维恩 公式，获得了1911年度诺贝 尔物理学奖。
第1次课结束
其他著名科学家
v 雷诺（Osborne Reynolds，1842-1912），流体力学的奠 基人，英国力学家、物理学家和工程师。
传热学
第一章 绪论 Introduction
我的联系方式
v 办公室:环境学院楼,5149室; v 电 话: 67792552(办）, 13166174779 v Email : suyx@
本课程的要求
v 课堂上要注意研究方法的学习和对基本物理 概念的理解；
v 按时交作业； v 有问题及时答疑—非常欢迎课堂上的讨论； v 成绩：平时20%+考试80%
v 傅立叶（Jean Baptiste Joseph Fourier，1768 1830），法国数学家，导热理 论的奠基人，1817年，他被选 为科学院院士。
v 提出求解偏微分方程的分离变量 法 ；最早使用定积分符号，改 进了代数方程符号法则的证法和 实根个数的判别法等。
传热学名人-3
v 努谢尔特（Ernst Kraft Wilhelm Nusselt，1882-1957），德国 人；
= 0.545×106W
/ m2
q3
= λ3
tw1 − tw2 δ
= 40W
/(m ⋅ K ) × 50K 0.010m
= 0.2×106W
/ m2
双层玻璃的保温
v 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？
一扇玻璃窗的宽和高分别为1m和2m，厚度为 5mm，导热系数为1.4 W/(m⋅K)。如果在一个寒冷的 冬天，玻璃的内外表面分别为15℃和-20℃，通过窗 户损失的传热量是多少？
v 导热现象既可以发生在固体内部，也可发生在静止 的液体和气体之中。