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1、传 热 学 Heat TransferHeat Transfer 青岛科技大学 热能与动力工程专业 何何 燕燕 Date1 任课教师：任课教师： 何燕何燕 专业方向：专业方向： 热能与动力工程热能与动力工程 EmailEmail： heyan_sdheyan_sd Telephone: 13869892830 Telephone: 13869892830 Date2 教材 传热学传热学杨世铭杨世铭 陶文铨陶文铨 第四版第四版 传热学传热学陈维汉陈维汉 许国良编著许国良编著版版 Heat TransferHeat TransferJ.P.Holman 8th editionJ.P.Holman
2、8th edition 数值传热学数值传热学陶文铨陶文铨 第二版第二版 参考书 2019/11/263 第一章 绪论 uu 1-1 1-1 传热学概述传热学概述 uu 1-2 1-2 热量传递的基本方式热量传递的基本方式 uu 1-3 1-3 传热过程与热阻传热过程与热阻 Date4 1-1 1-1 传热学概述传热学概述 一、传热学一、传热学（Heat TransferHeat Transfer） uu 研究热量传递规律的一门科学研究热量传递规律的一门科学 研究：机理、规律、模型、实验研究：机理、规律、模型、实验 特点：实用性强、涉及面广特点：实用性强、涉及面广 本质：温差本质：温差热量传递的
3、推动力热量传递的推动力 uu 热力学第二定律热力学第二定律 热量可以自发的由高温热源传给低温热源。热量可以自发的由高温热源传给低温热源。 可见有温差必有传热。可见有温差必有传热。 Date5 q分类： 就物体温度与时间的依存关系而 言,可以分为稳态过程和非稳态 过程 Date6 物体中各点的温度不随时间而 改变的热传递过程 例如：各种热力设备在持续稳 定运行时的热传递 稳态过程 Date7 非稳态过程 物体中各点的温度随时间而改变的热传 递过程 例如：启动、制动、停机过程中所经历的 热传递过程 Date8 二、 传热学和工程热力学的关系 uu 工程热力学工程热力学 研究热能与机械能及其他形式能
4、量之间相研究热能与机械能及其他形式能量之间相 互转换规律的一门科学互转换规律的一门科学 热力学第一定律热力学第一定律 关于能量守恒关于能量守恒能量数量能量数量 热力学第二定律热力学第二定律 关于能量品质关于能量品质能量质量能量质量 Date9 以热力学第一定律和第二定律为基础以热力学第一定律和第二定律为基础 分析热量传递现象和过程的机理，揭示过分析热量传递现象和过程的机理，揭示过 程特征和规律程特征和规律 理论联系实际理论联系实际 具有共同的研究对象：热现象和热过程具有共同的研究对象：热现象和热过程 能量在数量上保持守恒能量在数量上保持守恒能量方程能量方程 热量始终是从高温物体传给低温物体热量
5、始终是从高温物体传给低温物体 uu 传热学和热力学的联系传热学和热力学的联系 热力学的基本定律是传热学理论的基础热力学的基本定律是传热学理论的基础 传热学理论给出热力学过程的详细信息传热学理论给出热力学过程的详细信息 uu传热学传热学 Date10 工程热力学不考虑能量传递过程所需要的时间；传热学则引工程热力学不考虑能量传递过程所需要的时间；传热学则引 入时间的概念，研究在不同方式下热量传递的动态过程，研入时间的概念，研究在不同方式下热量传递的动态过程，研 究热力设备在单位时间内传递热量的效能。究热力设备在单位时间内传递热量的效能。 工程热力学不考虑热力设备在不同地点的参数变化，研究热力过工程
6、热力学不考虑热力设备在不同地点的参数变化，研究热力过 程的起始点的状态参数变化；传热学则引入空间的概念，研究热程的起始点的状态参数变化；传热学则引入空间的概念，研究热 力设备场空间的物理参数。力设备场空间的物理参数。 工程热力学研究平衡过程（冷热介质的温差逐渐趋于无限小）和工程热力学研究平衡过程（冷热介质的温差逐渐趋于无限小）和 可逆过程（理想过程），传热学研究的是非平衡过程和不可逆过可逆过程（理想过程），传热学研究的是非平衡过程和不可逆过 程（有能量损失和耗散）程（有能量损失和耗散） uu传热学和热力学的区别传热学和热力学的区别 Date11 1-2 热量传递的基本方式 热量传递基本方式：热
7、传导、热对流、热辐射热量传递基本方式：热传导、热对流、热辐射 Date12 热量传递基本方式：热传导、热对流、热辐射热量传递基本方式：热传导、热对流、热辐射 Date13 热量传递基本方式：热传导、热对流、热辐射热量传递基本方式：热传导、热对流、热辐射 Date14 一 热传导（导热）Heat conduction uu 热传导的定义热传导的定义 uu 热传导的特点热传导的特点 可发生在任何物质的任何地点可发生在任何物质的任何地点 传热形式：依靠分子、原子以及自由电子等微观粒传热形式：依靠分子、原子以及自由电子等微观粒 子的热运动而传递子的热运动而传递微观过程，不产生宏观位移。微观过程，不产生
8、宏观位移。 温度不同的物体各部分之间或温度不同的各物体之间直温度不同的物体各部分之间或温度不同的各物体之间直 接接触时，依靠分子、原子即自由电子等微观粒子的热接接触时，依靠分子、原子即自由电子等微观粒子的热 运动而进行热量传递的现象运动而进行热量传递的现象 物体内物体内部存在温差，或具有温差的物体直接接触。部存在温差，或具有温差的物体直接接触。 Date15 u 导热机理 气体：气体分子不规则运动时相互碰撞的结果气体：气体分子不规则运动时相互碰撞的结果 导电固体：自由电子运动导电固体：自由电子运动 非导电固体：晶格结构振动非导电固体：晶格结构振动 液体：兼有气体和固体导热的机理液体：兼有气体和
9、固体导热的机理 Date16 u 导热基本定律 tf1, h1 tw1 tw2 tf2, h2 ：热流量，单位时间传递的热量热流量，单位时间传递的热量WW 平壁两侧壁温之差平壁两侧壁温之差 热导率热导率( (导热系数导热系数) ) 18221822年，法国数学家年，法国数学家FourierFourier： A A：垂直于导热方向的截面积垂直于导热方向的截面积 q q：热流密度，单位时间通过单位面积传递的热量热流密度，单位时间通过单位面积传递的热量 平壁的厚度平壁的厚度mm； Date17 u 热导率 (导热系数) (Thermal conductivity) 单位厚度单位厚度(1m)(1m)、
10、单位温度差（单位温度差（1K1K）物体，在它的单位面物体，在它的单位面 积上积上(1m(1m 2 2 ) )、每单位时间每单位时间(1s)(1s)的导热量的导热量(J)(J)。 热导率表示材料导热能力大小热导率表示材料导热能力大小 Date18 导热系数 导热系数的定义式 由傅里叶定律的数学表达式 给出: 测量方法有稳态和非稳态两种 导热系数的数值取决于物质的种类和温度等因 素 习惯上把导热系数小的材料称为保温材料,效能 高的保温材料都是蜂窝状多孔性结构的材料. 实用计算（工程计算）可以用线性关系来表达 Date19 导热热阻导热热阻：与直流电路的欧姆定律：与直流电路的欧姆定律 I=U/R I
11、=U/R 相似。相似。 热流量是单位时间传递的热量；热流量是单位时间传递的热量； 它体现了传热的速率或快慢它体现了传热的速率或快慢 传热是一个过程，稳态，非稳态；传热是一个过程，稳态，非稳态； 区别于热力学的平衡态区别于热力学的平衡态 传热学中热流量的单位是传热学中热流量的单位是WW， 而非而非JJ； W= J/sW= J/s Thermal resistance for conductionThermal resistance for conduction u 热流量和导热热阻 Date20 二 热对流 Heat convection 流体中有温差流体中有温差 热对流必然同时伴随着热传导热对
12、流必然同时伴随着热传导 流体中流体中( (气体或液体气体或液体) )温度不同的各部分之间，由于发生温度不同的各部分之间，由于发生 宏观相对运动，而把热量由一处传递到另一处的现象宏观相对运动，而把热量由一处传递到另一处的现象 uu 热对流的定义热对流的定义 若热对流过程使具有质量流量若热对流过程使具有质量流量G G的流体由温度的流体由温度t t1 1处流至处流至 温度温度t t2 2处，则此过程传递的热流量为：处，则此过程传递的热流量为： Date21 对流换热对流换热 流体与固体壁之间的热量交换（流体与固体壁之间的热量交换（Convection heat transferConvection
13、heat transfer） 对流换热实例：对流换热实例： 1)1)电子器件冷却电子器件冷却 2)2)取暖器取暖器 对流换热的特点：对流换热的特点： 对流换热与热对流不同，既有热对流，也有导热；对流换热与热对流不同，既有热对流，也有导热； 不是基本传热方式不是基本传热方式 1) 1) 流体与壁面直接接触，有宏观运动；有温差流体与壁面直接接触，有宏观运动；有温差 2)2) 由于流体的粘性和受壁面摩擦阻力的影响，紧贴壁面处由于流体的粘性和受壁面摩擦阻力的影响，紧贴壁面处 会形成速度梯度很大的边界层会形成速度梯度很大的边界层 Date22 u 对流换热的基本计算式 热流量热流量 ，单位时间传递的热量
14、，单位时间传递的热量 WW q q 热流密度热流密度 h h 换热系数换热系数 A A 与流体接触的壁面面积与流体接触的壁面面积 固体壁表面温度固体壁表面温度 流体温度流体温度 牛顿冷却公式（牛顿冷却公式（17011701） Date23 当流体与壁面温度相差当流体与壁面温度相差1 1度时、每单位壁面面积上、单位度时、每单位壁面面积上、单位 时间内所传递的热量时间内所传递的热量 影响影响h h因素：因素： 对流换热热阻对流换热热阻 （Convective heat transfer coefficientConvective heat transfer coefficient）u 对流换热系数 流速、流体物性、壁面形状大小等流速、流体物性、壁面形状大小等 Date24 Thermal resistance for convectionThermal resistance for convection uu 对流换热热阻对流换热热阻 Date25 定义：定义：物体转化本身的热力学能向外发射辐射能的现象；凡物物体转化本身的热力学能向外发射辐射能的现象；凡物 体都具有辐射能力体都具有辐射能力 物体的温度越高、辐射能力越强；若物体的种类不同、表面状物体的温度越高、辐射能力越强；若物体的种类不同、表面状 况不同，其辐射能力不同况不同，其辐射能力不同 三、热辐射（
