传热学 高教版 第1章课件

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1、*1传传 热热 学学*2教材： 传热学 杨世铭 等编著，第三版， 高等教育出版社参考书：传热学 章熙民等编著，第四版，建筑工业出版社Heat Transfer J. P. Holman ，8th ed. Fundamentals of heat and mass transfer F. P. Incropera， 4th ed. *3传热学课程的考核方法与学习要求传热学课程的考核方法与学习要求考核方法：考核方法：百分制百分制1. 1. 平时作业、大作业占平时作业、大作业占1010；2. 2. 期末考试成绩占期末考试成绩占9090。学习要求：学习要求：树立良好学风树立良好学风1. 1. 按时、独

2、立、认真完成作业（每人准备按时、独立、认真完成作业（每人准备 2 2本作业本，不要用片页纸）本作业本，不要用片页纸） ，如果不交作，如果不交作 业次数超过半数，则取消期末考试资格；业次数超过半数，则取消期末考试资格；2. 2. 认真听课，遵守课堂纪律。认真听课，遵守课堂纪律。*4第第1 1章章 绪论绪论 11 传热学的研究内容与研究方法传热学的研究内容与研究方法（1）传热学的研究内容研究内容: :传热学主要研究热量传递的规律以及控制和 优化热量传递过程的方法。 热量:在温差的作用下传递的热能的数量。 由于温差几乎无处不在，所以热量传递是日常生 活和生产实践中普遍存在的物理现象。热能: 即热力学

3、能。据统计，目前通过热能据统计，目前通过热能 形式被利用的能源在我国占总能源利用的形式被利用的能源在我国占总能源利用的9090 以上，世界其它各国平均也超过以上，世界其它各国平均也超过8585。*5*6*78*9*10能量利用过程实质就是能量的传递与转换过程能量利用过程实质就是能量的传递与转换过程。氢、酒精等二次能源 燃料电池 电 能机械能辐射能热 能风能、水能、海洋能 机 械 机械能直接利用发电机煤、石油、天然气 热 能热机直接利用核 能核反应太阳能光合作用生物质能燃烧食物利用集热器光电池90燃烧一切热能利用过程都离不开传热。一切热能利用过程都离不开传热。*11高温热源高温热源吸热吸热Q Q

4、1 1热机热机WWnetnet放热放热Q Q2 2低温热源低温热源热能利用率和传热过程热能利用率和传热过程 密切相关。密切相关。 *12要想提高能源的利用率，必须具备传热学要想提高能源的利用率，必须具备传热学 的基础知识，掌握热量传递的规律以及控制和的基础知识，掌握热量传递的规律以及控制和 优化热量传递过程的方法优化热量传递过程的方法。 传热学的应用非常广泛，传热学知识不仅传热学的应用非常广泛，传热学知识不仅 在能源、电力、冶金、动力机械、石油化工、在能源、电力、冶金、动力机械、石油化工、 低温工程、环境与建筑等传统工业领域发挥极低温工程、环境与建筑等传统工业领域发挥极 其重要的作用，在许多高

5、科技领域都发挥着极其重要的作用，在许多高科技领域都发挥着极 其重要的作用。如：其重要的作用。如： 航空航天、电子信息工航空航天、电子信息工 程、医学和生命科学等程、医学和生命科学等 。 传热学是现代工程技术人才必备的技术基传热学是现代工程技术人才必备的技术基 础知识，是面向础知识，是面向2121世纪工科各类专业人才工程世纪工科各类专业人才工程 素质的重要组成部分。素质的重要组成部分。*13*14*15*16*17*18*19*20*21*22*23*24*25*26*27*28*29*30*31*32*33*34*35*36传热学课程学习的主要目的：传热学课程学习的主要目的：掌握传热学的基本概

6、念、基本理论与基本分掌握传热学的基本概念、基本理论与基本分 析计算和实验研究方法，为后续专业课程及研究析计算和实验研究方法，为后续专业课程及研究 生课程的学习，为今后研究、处理、解决实际的生课程的学习，为今后研究、处理、解决实际的 传热工程问题奠定必要的技术理论基础。传热工程问题奠定必要的技术理论基础。（2）传热学的主要研究方法研究方法: :理论分析理论分析数值模拟数值模拟实验研究实验研究比拟（类比）法比拟（类比）法*371 12 2 热量传递的三种基本方式热量传递的三种基本方式热量传递有三种基本方式热量传递有三种基本方式: :l热传导（导热）(heat conduction)；l热对流(he

7、at convection)；l热辐射(thermal radiation)。*381. 1. 热传导热传导（导热） ：在物体内部或相互接触的物体表面之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。的热运动而产生的热量传递现象。纯导热现象可以发生在固体内部，也可纯导热现象可以发生在固体内部，也可 以发生在静止的液体和气体之中。以发生在静止的液体和气体之中。本书不讨论导热的微观机理，只讨论热本书不讨论导热的微观机理，只讨论热 量传递的宏观规律。量传递的宏观规律。*39大平壁的一维稳态导热大平壁的一维稳

8、态导热 0 xt tw2 tw1 特点：特点：平壁两表面维持均匀恒定不变的平壁两表面维持均匀恒定不变的 温度，温度， 平壁各处温度不随时间改变；平壁各处温度不随时间改变；壁内温度只沿垂直于壁面的方向变化；壁内温度只沿垂直于壁面的方向变化； 热量只沿着垂直于壁面的方热量只沿着垂直于壁面的方 向传递。向传递。热流量热流量：单位时间传过的热量：单位时间传过的热量 : : 材料的材料的热导率（热导率（导热系数）导热系数），表明，表明 材料的导热能力，材料的导热能力，W/(mW/(mK)K)。WW*40热流密度 q: :单位时间通过单位面积的热流量单位时间通过单位面积的热流量导热热阻称为平壁的导热热阻，

9、表示物体对称为平壁的导热热阻，表示物体对 导热的阻力，单位为导热的阻力，单位为K/WK/W 。 tw1 tw2 热阻网络*412. 热对流由于流体的宏观运动使不同温度的流体相对位由于流体的宏观运动使不同温度的流体相对位 移而产生的热量传递现象。移而产生的热量传递现象。特点：热对流只发生在流体之中，并伴随有微特点：热对流只发生在流体之中，并伴随有微 观粒子热运动而产生的导热。观粒子热运动而产生的导热。对流换热：流体与相互接触的固体表面之间的热：流体与相互接触的固体表面之间的热 量传递现象，是导热和热对流两种基本传热方式共同作量传递现象，是导热和热对流两种基本传热方式共同作 用的结果。用的结果。对

10、流换热的分类：对流换热的分类：自然对流换热自然对流换热强制对流换热强制对流换热凝结换热凝结换热沸腾换热沸腾换热*42tw tfh h 称为对流换热的称为对流换热的表面传热系数表面传热系数（习惯称为（习惯称为对流换对流换 热系数热系数），单位为），单位为W/(mW/(m2 2 K)K)。对流换热热阻：对流换热热阻： = Ah(tw tf) 称为称为对流换热热阻对流换热热阻，单位为，单位为 W/KW/K。对流换热热阻对流换热热阻网络：网络：牛顿冷却公式牛顿冷却公式: : = Ah(tw tf) q = h(tw tf) *43表面传热系数的影响因素表面传热系数的影响因素：h h 的的大小反映对流换

11、热的强弱，与以下大小反映对流换热的强弱，与以下 因素有关：因素有关：（1 1）流体的物性（热导率、粘度、密度、比流体的物性（热导率、粘度、密度、比 热容等）；热容等）； （2 2）流体流体流动的形态（层流、紊流）；流动的形态（层流、紊流）； （3 3）流动的成因（自然对流或受迫对流）流动的成因（自然对流或受迫对流） ； （4 4）物体表面的形状、尺寸物体表面的形状、尺寸； （5 5）换热时流体有无相变（沸腾或凝结）换热时流体有无相变（沸腾或凝结） 。*44表表1-1 1-1 一些表面传热系数的数值范围一些表面传热系数的数值范围对流换热类型对流换热类型表面传热系数表面传热系数 h W /( m2

12、K) 气体自然对流换热气体自然对流换热110液体自然对流换热液体自然对流换热501000气体强迫对流换热气体强迫对流换热20100液体强迫对流换热液体强迫对流换热100015000液体沸腾液体沸腾250035000蒸气凝结蒸气凝结500035000*453. 3. 热辐射热辐射辐射辐射：指物体受某种因素的激发而向外发射辐指物体受某种因素的激发而向外发射辐 射能的现象射能的现象 解释辐射现象的两种理论解释辐射现象的两种理论 ：电磁理论电磁理论与与量子理论量子理论电磁波的数学描述：电磁波的数学描述：c c 某介质中的光速某介质中的光速, ,m/sm/s 为真空中的光速为真空中的光速; ;n n 为

13、为介质的折射率。介质的折射率。 波长波长, , 常用常用 mm为单位为单位, , 1 1 m = 10m = 10-6-6 mm。 频率频率, , 单位单位 1/s1/s。*462.2.电磁波的波谱电磁波的波谱：g g射线、射线、 X X射线、射线、 紫外线、紫外线、红外线红外线： 0.76 10 103 3 m m 微微 波波： 10103 3 10 106 6 m m 可见光可见光： 0.38 0.38 0.76 0.76 mm*47微波炉就是利用微波加热食物，因微波可穿微波炉就是利用微波加热食物，因微波可穿 透塑料、玻璃和陶瓷制品，但会被食物中水分子吸透塑料、玻璃和陶瓷制品，但会被食物中

14、水分子吸 收，产生内热源，使食品均匀加热。收，产生内热源，使食品均匀加热。热辐射热辐射由于物体内部微观粒子的热运动而使物体向由于物体内部微观粒子的热运动而使物体向 外发射辐射能的现象。外发射辐射能的现象。 理论上热辐射的波长范围从零到无穷大，但理论上热辐射的波长范围从零到无穷大，但 在日常生活和工业上常见的温度范围内，热辐射在日常生活和工业上常见的温度范围内，热辐射 的波长主要在的波长主要在0.10.1 mm至至100100 mm之间之间, ,包括部分紫外包括部分紫外 线、可见光和部分红外线三个波段线、可见光和部分红外线三个波段 。 *48热辐射的主要特点：热辐射的主要特点：（1 1）所有温度

15、大于所有温度大于0 0 KK的物体都具有发射热辐射的物体都具有发射热辐射 的能力，温度愈高，发射热辐射的能力愈强。的能力，温度愈高，发射热辐射的能力愈强。 发射热辐射时：内热能发射热辐射时：内热能 辐射能辐射能 ；（2 2）所有实际物体都具有吸收热辐射的能力所有实际物体都具有吸收热辐射的能力，吸收热辐射时：辐射能吸收热辐射时：辐射能 内热能内热能 ； （3 3）热辐射不依靠中间媒介，可以在真空中传播；热辐射不依靠中间媒介，可以在真空中传播；（4 4）物体间以热辐射的方式进行的热量传递是双物体间以热辐射的方式进行的热量传递是双 向的。向的。 高温高温 物体物体低温低温 物体物体热辐射是热量传递的热辐射是热量传递的 基本方式之一基本方式之一 。*49辐射换热辐射换热： 以热辐射的方式进行的热量交换。以热辐射的方式进行的热量交换。辐射换热的主要影响因素： （1 1）物体本身的温度、表面辐射特性；）物体本身的温度、表面辐射特性； （5 5）在红外范围内，绝大多数固体和液体的发射和在红外范围内，绝大多数固体和液体的发射和 吸收均只发生在表面以下很浅的距离内，即仅取决于吸收均只发生在表面以下很浅的距离内，即仅取决于 材料表面的性质、特征和温度，与其内部状况无关。材料表面的性质、特征和温度，与其内部状况无关。