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1、华北电力大学华北电力大学传热学传热学 Heat TransferHeat Transfer华北电力大学华北电力大学传热学传热学 Heat TransferHeat Transfer传热学传热学，杨世铭，杨世铭 陶文铨编，第四版陶文铨编，第四版课程概况课程概况一、学时一、学时总学时：总学时：7272，讲课：，讲课：6666，实验：，实验：6 6。二、教材二、教材三、教师与辅导三、教师与辅导教师：方立军，电话：教师：方立军，电话：2641(O)、13933259068Email: 辅导时间和地点：辅导时间和地点：周四下午周四下午5:00-6:005:00-6:00，热能教研室，热能教研室华北电力大
2、学华北电力大学传热学传热学 Heat TransferHeat Transfer1.平平时时成成绩绩，主主要要包包括括：规规定定的的实实验验（5%）、课课下下作作业业（5%）、课课上上作作业业及及讨讨论论（5%）等等，但平时成绩合计占总成绩的但平时成绩合计占总成绩的10%；2.期末考试，占总成绩期末考试，占总成绩90%，采用闭卷形式。，采用闭卷形式。四、考核方法四、考核方法华北电力大学华北电力大学传热学传热学 Heat TransferHeat Transfer第一章第一章 绪论绪论 在本章将对传热的基本概念、传热的应在本章将对传热的基本概念、传热的应用、热量传递的基本方式及传热问题的研究用、
3、热量传递的基本方式及传热问题的研究方法等进行介绍。方法等进行介绍。华北电力大学华北电力大学传热学传热学 Heat TransferHeat Transfer1-1 传热学概述传热学概述一、传热与传热学一、传热与传热学传热：是物质在温差作用下所发生的热量传递。传热：是物质在温差作用下所发生的热量传递。传热学：研究热量传递规律的一门学科。传热学：研究热量传递规律的一门学科。内容：热量传递的机理、规律、计算和测试方法。内容：热量传递的机理、规律、计算和测试方法。物理学物理学热热 学学传热学传热学二、热量传递的基本方式二、热量传递的基本方式热量传递的基本方式：热传导、热对流和热辐射。热量传递的基本方式
4、：热传导、热对流和热辐射。华北电力大学华北电力大学传热学传热学 Heat TransferHeat Transfer1.1.热传导（简称导热）热传导（简称导热） 依靠分子、原子及自由电子等微观粒子运动而依靠分子、原子及自由电子等微观粒子运动而传递热量。传递热量。华北电力大学华北电力大学传热学传热学 Heat TransferHeat Transfer2.2.热对流热对流 流体各部分之间发生相对位移时，冷热流体相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交换。互掺混所引起的热量交换。华北电力大学华北电力大学传热学传热学 Heat TransferHeat Transfer3.3.
5、热辐射热辐射物体由于热的原因向外发出的辐射称为热辐射。物体由于热的原因向外发出的辐射称为热辐射。物体之间以辐射的形式交换热量物体之间以辐射的形式交换热量辐射换热。辐射换热。华北电力大学华北电力大学传热学传热学 Heat TransferHeat Transfer三、传热问题的分类和主要计算量三、传热问题的分类和主要计算量稳态传热过程：传热过程中各处温度不随时间变化。稳态传热过程：传热过程中各处温度不随时间变化。非稳态传热过程：传热过程中各处温度随时间变化。非稳态传热过程：传热过程中各处温度随时间变化。单位是：单位是：W/m2热流量：热流量：单位是：单位是：W热流密度：热流密度：华北电力大学华北
6、电力大学传热学传热学 Heat TransferHeat Transfer四、传热学与热力学的关系四、传热学与热力学的关系工程热力学：工程热力学：传热学：关心的是温度随时间的变化和单位时间所传热学：关心的是温度随时间的变化和单位时间所传递的热量传递的热量热流量（或传热量）。热流量（或传热量）。单位是：单位是：J J华北电力大学华北电力大学传热学传热学 Heat TransferHeat Transfer 传热学以热力学第一定律和第二定律为基础传热学以热力学第一定律和第二定律为基础, ,即：即：热量热量传递始终是从高温物体向低温物体传递；在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
7、能量形式的转换，则热量始终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。保持守恒。工程热力学工程热力学：热能的性质、热能与机械能及其他形：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。不考虑热量传递过程式能量之间相互转换的规律。不考虑热量传递过程的时间。的时间。传热学传热学：热量：热量 传递过程的规律，时间是重要参传递过程的规律，时间是重要参 数。数。华北电力大学华北电力大学传热学传热学 Heat TransferHeat Transfer五、传热学的应用五、传热学的应用1 1、日常生活、日常生活2 2、工程技术领域、工程技术领域动力、化工、制冷、建筑、机械制造、新能源、
8、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（微电子、核能、航空航天、微机电系统（MEMSMEMS）、）、新材料、军事科学与技术、生命科学与生物技术、新材料、军事科学与技术、生命科学与生物技术、华北电力大学华北电力大学传热学传热学 Heat TransferHeat Transfer华北电力大学华北电力大学传热学传热学 Heat TransferHeat Transfer华北电力大学华北电力大学传热学传热学 Heat TransferHeat Transfer华北电力大学华北电力大学传热学传热学 Heat TransferHeat Transfer华北电力大学华
9、北电力大学传热学传热学 Heat TransferHeat Transfer华北电力大学华北电力大学传热学传热学 Heat TransferHeat Transfer1-2 1-2 热量传递的基本方式热量传递的基本方式一、热传导（导热）一、热传导（导热）1.1.定义定义 指温度不同的物体各部分或温度不同的两物体指温度不同的物体各部分或温度不同的两物体间直接接触时，依靠分子、原子及自由电子等微观间直接接触时，依靠分子、原子及自由电子等微观粒子热运动而进行的热量传递现象。粒子热运动而进行的热量传递现象。 导热是物质的属性，只要存在温差，在固体、液导热是物质的属性，只要存在温差，在固体、液体、气体中
10、均会发生发生导热现象。体、气体中均会发生发生导热现象。 华北电力大学华北电力大学传热学传热学 Heat TransferHeat Transfer气体：气体分子不规则热运动时相互碰撞的结果。气体：气体分子不规则热运动时相互碰撞的结果。导电固体：自由电子的运动和晶格结构的振动。导电固体：自由电子的运动和晶格结构的振动。非导电固体：晶格结构的振动。非导电固体：晶格结构的振动。液体：很复杂。液体：很复杂。2.2.导热的机理导热的机理华北电力大学华北电力大学传热学传热学 Heat TransferHeat TransferA A：垂直于导热方向的截面积：垂直于导热方向的截面积mm2 2 热导率（导热系
11、数）热导率（导热系数）3.3.通过平板导热量的计算通过平板导热量的计算tw2tw10xttw1tw2导热系数表示材料导热能力的大小，属于物性参数；导热系数表示材料导热能力的大小，属于物性参数；通常由实验确定。通常由实验确定。单位是：单位是：华北电力大学华北电力大学传热学传热学 Heat TransferHeat Transfer二、热对流与对流换热二、热对流与对流换热1.1.定义定义热对流：流体中（气体或液体）温度不同的各部分热对流：流体中（气体或液体）温度不同的各部分之间，由于发生相对的宏观运动而把热量由一处传之间，由于发生相对的宏观运动而把热量由一处传递到另一处的现象。递到另一处的现象。对
12、对流流换换热热：流流体体与与温温度度不不同同的的固固体体壁壁间间接接触触时时的的热热量交换过程。量交换过程。对对流流换换热热：既既有有热热对对流流，也也有有导导热热；不不是是基本传热方式。基本传热方式。华北电力大学华北电力大学传热学传热学 Heat TransferHeat Transfer2.2.分类分类对流换热按照不同的原因可分为多种类型对流换热按照不同的原因可分为多种类型: : l是否相变，分为：有相变的对流换热和无相变的是否相变，分为：有相变的对流换热和无相变的对流换热。对流换热。 l流动原因，分为：强迫对流换热和自然对流换热。流动原因，分为：强迫对流换热和自然对流换热。华北电力大学华
13、北电力大学传热学传热学 Heat TransferHeat Transfer2.2.对流换热的计算对流换热的计算牛顿冷却公式：牛顿冷却公式： A A 与流体接触的壁面面积。与流体接触的壁面面积。 流体温度流体温度 固体壁表面温度固体壁表面温度h hc c 表面对流传热系数，是表征对流换热过程强表面对流传热系数，是表征对流换热过程强弱的物理量。弱的物理量。华北电力大学华北电力大学传热学传热学 Heat TransferHeat Transfer三、热辐射与辐射换热三、热辐射与辐射换热1.1.定义定义辐射：物体通过电磁波来传递热量的方式。辐射：物体通过电磁波来传递热量的方式。热辐射：物体由于热的原
14、因向外发出的辐射。热辐射：物体由于热的原因向外发出的辐射。辐射换热：物体之间以辐射的形式交换热量。辐射换热：物体之间以辐射的形式交换热量。2.2.特点特点（1 1）不需要冷热物体的直接接触；即：不需要介）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。质的存在，在真空中就可以传递能量。（2 2）在辐射换热过程中伴随着能量形式的转换，）在辐射换热过程中伴随着能量形式的转换， 物体热力学能物体热力学能 电磁波能电磁波能 物体热力学能。物体热力学能。华北电力大学华北电力大学传热学传热学 Heat TransferHeat Transfer黑体是一种理想物体，它的辐射能力只与温
15、度有关。黑体是一种理想物体，它的辐射能力只与温度有关。 物体的温度越高、辐射能力越强；若物体的种物体的温度越高、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。类不同、表面状况不同，其辐射能力不同。3.3.物体的辐射能力与黑体物体的辐射能力与黑体黑体表面的辐射力可表示为黑体表面的辐射力可表示为物体单位表面积向外辐射的总能量可用物体单位表面积向外辐射的总能量可用 E E 表示，表示，其单位是：其单位是：华北电力大学华北电力大学传热学传热学 Heat TransferHeat Transfer 实实际际物物体体表表面面的的发发射射率率（黑黑度度），0 01 1；与与物体的种类、表面状
16、况和温度有关。物体的种类、表面状况和温度有关。 绝对黑体辐射力绝对黑体辐射力 黑体表面的绝对温度（热力学温度）黑体表面的绝对温度（热力学温度） 斯蒂芬斯蒂芬- -玻尔兹曼常数，玻尔兹曼常数， 实际物体表面的辐射力可与黑体相比较而得到，实际物体表面的辐射力可与黑体相比较而得到，表示为表示为华北电力大学华北电力大学传热学传热学 Heat TransferHeat Transfer4.4.一个辐射换热计算的特例一个辐射换热计算的特例 物体表面间辐射换热的计算涉及到物体表面的辐物体表面间辐射换热的计算涉及到物体表面的辐射能力、吸收能力、表面间的几何关系等多方面的射能力、吸收能力、表面间的几何关系等多方
17、面的因素，因此，不同情况下，其计算公式不一样。因素，因此，不同情况下，其计算公式不一样。特例：一小物体被包容在一个很大的物体当中。特例：一小物体被包容在一个很大的物体当中。T1 , A1,1T2华北电力大学华北电力大学传热学传热学 Heat TransferHeat Transfer1-3 1-3 传热过程和传热系数传热过程和传热系数换热器的结构图换热器的结构图华北电力大学华北电力大学传热学传热学 Heat TransferHeat Transfer一、传热过程一、传热过程热流体出冷流体进冷流体出热流体进华北电力大学华北电力大学传热学传热学 Heat TransferHeat Transfer
18、1. 定义定义 热量由壁面一侧的流体通过壁面传到另一侧流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。体中的过程称为传热过程。h1, tf1h2, tf22. 传热方程式传热方程式k 传热系数，表示整个传传热系数，表示整个传热过程的强弱，单位是热过程的强弱，单位是华北电力大学华北电力大学传热学传热学 Heat TransferHeat Transfer 该传热过程包含串列着的三个环节，（该传热过程包含串列着的三个环节，（1 1）高温）高温流体侧的对流换热；（流体侧的对流换热；（2 2）通过壁面的导热；（）通过壁面的导热；（3 3）低温流体侧的对流换热。低温流体侧的对流换热。3
19、. 通过平壁传热过程的分析通过平壁传热过程的分析h1, tf1h2, tf2 在稳态情况下，由上面三个式在稳态情况下，由上面三个式子计算的热流量应是相等的。子计算的热流量应是相等的。华北电力大学华北电力大学传热学传热学 Heat TransferHeat Transfer 与传热方程式相对应，可以得到在该传热过程与传热方程式相对应，可以得到在该传热过程中传热系数的计算式。中传热系数的计算式。华北电力大学华北电力大学传热学传热学 Heat TransferHeat Transfer二、热阻的概念二、热阻的概念通过平壁导热的热阻通过平壁导热的热阻t2t1Ut1t2华北电力大学华北电力大学传热学传热
20、学 Heat TransferHeat Transfer三、用热阻的概念分析传热过程三、用热阻的概念分析传热过程tf1tw2h1, tf1h2, tf2tw1tf2华北电力大学华北电力大学传热学传热学 Heat TransferHeat Transfer实验测定最基本的研究方法理论分析数值模拟1-4 1-4 传热学的研究方法传热学的研究方法华北电力大学华北电力大学传热学传热学 Heat TransferHeat Transfer学习中应注意问题学习中应注意问题一、养成良好的思维习惯和解题模式一、养成良好的思维习惯和解题模式1. 画出尽可能详细、准确的示意图；画出尽可能详细、准确的示意图；2.
21、判断问题所属的种类和性质；判断问题所属的种类和性质；3. 进行合理的简化和假设；进行合理的简化和假设；4. 采用相应的计算公式进行计算，或者，建立数学采用相应的计算公式进行计算，或者，建立数学模型并求解；模型并求解；5. 对结果进行分析讨论。对结果进行分析讨论。华北电力大学华北电力大学传热学传热学 Heat TransferHeat Transfer二、能量守恒法则二、能量守恒法则 能量守恒法则是分析和求解传热问题的一个基能量守恒法则是分析和求解传热问题的一个基础，是贯穿传热学全部内容的一个主线。在应用时，础，是贯穿传热学全部内容的一个主线。在应用时，必须明确定义分析的对象，是一个控制体，还是
22、一必须明确定义分析的对象，是一个控制体，还是一个表面。个表面。华北电力大学华北电力大学传热学传热学 Heat TransferHeat Transfer1. 针对控制容积的能量守恒针对控制容积的能量守恒 从外表面进入的热流从外表面流出的热流从外表面进入的热流从外表面流出的热流+ +容积内容积内生成的热功率生成的热功率控制容积蓄存热量的增加速率控制容积蓄存热量的增加速率华北电力大学华北电力大学传热学传热学 Heat TransferHeat Transfer2. 针对表面的能量守恒针对表面的能量守恒 从表面进入的热流从表面进入的热流从表面流出的热流从表面流出的热流对于表面，既没有体积，也没有质量
23、，因此不会有对于表面，既没有体积，也没有质量，因此不会有热源的产生和蓄热的存在。热源的产生和蓄热的存在。华北电力大学华北电力大学传热学传热学 Heat TransferHeat Transfer1. 分析在房间内，人身体表面都有哪些换热形式？分析在房间内，人身体表面都有哪些换热形式？2. 分析房间外墙表面都有哪些换热？分析房间外墙表面都有哪些换热？思考题思考题华北电力大学华北电力大学传热学传热学 Heat TransferHeat Transfer3. 分析热水瓶的散热过程。分析热水瓶的散热过程。4. 对下面三种太阳能热水器集热管元件的换热情况对下面三种太阳能热水器集热管元件的换热情况进行分析。进行分析。太阳能太阳能玻璃罩玻璃罩太阳能太阳能空气空气太阳能太阳能真空真空华北电力大学华北电力大学传热学传热学 Heat TransferHeat Transfer本章作业本章作业 1-4、1-7、1-10、1-13、1-18 、1-21、 1-26
