工程传热学工程传热学 （Heat Transfer）7/23/20241成绩分布成绩分布考试成绩考试成绩 70 70分分平时成绩平时成绩 20 20分分实验成绩实验成绩 10 10分分传热学（第四版）传热学（第四版） 杨世铭，陶文铨编杨世铭，陶文铨编 高等教育出版社高等教育出版社教材教材：7/23/20242第1章 绪 论1、对传热学的研究内容有大致了解2、传热学与工程热力学的关系3、热量传递的三种基本方式及传热过程7/23/202431. 传热学（传热学（heat transfer）(1) 研究由研究由温差温差引起的引起的热量传递规律热量传递规律的科学，具体来的科学，具体来讲主要有热量传递的机理、规律、计算和测试方法。讲主要有热量传递的机理、规律、计算和测试方法。(2) 热量传递过程的推动力：热量传递过程的推动力： 温差温差(temperature difference)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有温差就会有传热温差是热量传递的推动力温差是热量传递的推动力7/23/202442. 传热学的基本任务传热学的基本任务(1) 求解温度分布求解温度分布(2) 求解热量传递速率求解热量传递速率 热力学热力学 + + 传热学传热学 = = 热科学热科学 系统从一个平衡系统从一个平衡态到另一个平衡态到另一个平衡态的过程中传递态的过程中传递热量的多少。热量的多少。 关心的是热量传关心的是热量传递的过程，即热递的过程，即热量传递的速率。量传递的速率。3. 传热学与热力学的关系传热学与热力学的关系7/23/20245传热学与工程热力学研究的问题不同传热学：过程的速率t = f ( x, y, z, ); Q = f ( )水，水，M220oC铁铁 块块 , M1300oC 热力学：tm , Q7/23/202464. 传热学的应用举例传热学的应用举例为什么水壶的把手要包上橡胶？为什么水壶的把手要包上橡胶？(1) 生活实例生活实例若房间里气体的温度在夏天和冬天都保持若房间里气体的温度在夏天和冬天都保持20度，度， 那么在冬天与夏天、人在房间里所穿的衣服能否那么在冬天与夏天、人在房间里所穿的衣服能否 一样？为什么？一样？为什么？7/23/20247(2)工程实例工程实例7/23/202487/23/202491 1 导热导热一一、定定义义：指指温温度度不不同同的的物物体体各各部部分分或或温温度度不不同同的的两两物物体体间间直直接接接接触触时时，依依靠靠分分子子、原原子子及及自自由由电电子子等等微微观观粒粒子子热运动而进行的热量传递现象。热运动而进行的热量传递现象。二、二、物质的属性：物质的属性：可以在固体、液体、气体中发生。可以在固体、液体、气体中发生。三、三、导热的特点：导热的特点：a a 必须有温差；必须有温差；b b 物体直接接触；物体直接接触；c c 依靠分子、原子及自由电子等微观粒子热运动而传递热量；依靠分子、原子及自由电子等微观粒子热运动而传递热量；d d 在引力场下单纯的导热只发生在密实固体中。在引力场下单纯的导热只发生在密实固体中。7/23/202410 1822年，法国数学家Fourier: 上式称为上式称为FourierFourier定律，号称导定律，号称导热基本定律，是一个一维稳态热基本定律，是一个一维稳态导热。其中：导热。其中： ：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；q q：热流密度，单：热流密度，单位时间通过单位面积传递的热量；位时间通过单位面积传递的热量；A A：垂直于导热方向的：垂直于导热方向的截面积截面积m2m2； ：导热系数（热导率）：导热系数（热导率）W/( m K)W/( m K)。图图1-2 1-2 一维稳态平板内导热一维稳态平板内导热t0x dxdtQ四、导热的基本定律：四、导热的基本定律：7/23/202411例：一维稳态无限大平板的导热例：一维稳态无限大平板的导热例：一维稳态无限大平板的导热例：一维稳态无限大平板的导热稳态过程：温度不随时间变化的热量传递过程稳态过程：温度不随时间变化的热量传递过程稳态过程：温度不随时间变化的热量传递过程稳态过程：温度不随时间变化的热量传递过程非稳态过程：温度随时间变化的热量传递过程非稳态过程：温度随时间变化的热量传递过程非稳态过程：温度随时间变化的热量传递过程非稳态过程：温度随时间变化的热量传递过程 无限大平板：无限大平板：无限大平板：无限大平板：对于长度和宽度远远大于厚度的长方体。对于长度和宽度远远大于厚度的长方体。7/23/202412五、热阻分析法五、热阻分析法1. 1.自然界一切转移过程自然界一切转移过程自然界一切转移过程自然界一切转移过程：2. 2.电量转移过程电量转移过程电量转移过程电量转移过程：IU1U27/23/2024133. 3.热量转移过程热量转移过程热量转移过程热量转移过程：IU1U2tw1 tw2 qtw1 tw2 导热热阻，单位为导热热阻，单位为 面积热阻，单位为面积热阻，单位为7/23/20241422 对流对流一、定义一、定义当流体流过一个物体表面时的热量传递过程。当流体流过一个物体表面时的热量传递过程。1. 1.对流对流对流对流：2.对流换热：对流换热：二、分类二、分类1. 1.有无相变有无相变有无相变有无相变：无相变对流无相变对流无相变对流无相变对流凝结和沸腾对流凝结和沸腾对流凝结和沸腾对流凝结和沸腾对流2. 2.成因成因成因成因：自然对流自然对流自然对流自然对流强制对流强制对流强制对流强制对流由密度差引起的由密度差引起的由密度差引起的由密度差引起的由泵、风机等压力设备引起由泵、风机等压力设备引起由泵、风机等压力设备引起由泵、风机等压力设备引起 的流体流动的流体流动的流体流动的流体流动流体中（气体或液体）温度不同的各部分之间，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递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。到另一处的现象。7/23/202415三、牛顿冷却公式三、牛顿冷却公式称为表面传热系数称为表面传热系数称为表面传热系数称为表面传热系数非物性参数非物性参数非物性参数非物性参数7/23/202416四、表面传热系数的影响因素四、表面传热系数的影响因素h h 的大小反映对流换热的强弱，与以下因素有关：的大小反映对流换热的强弱，与以下因素有关：的大小反映对流换热的强弱，与以下因素有关：的大小反映对流换热的强弱，与以下因素有关： （1 1）流体的物性（导热系数、粘度、密度、比热流体的物性（导热系数、粘度、密度、比热流体的物性（导热系数、粘度、密度、比热流体的物性（导热系数、粘度、密度、比热容等）；容等）；容等）；容等）；（2 2）流体流体流体流体流动的形态（层流、紊流）；流动的形态（层流、紊流）；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（自然对流或强制对流）；流动的成因（自然对流或强制对流）；流动的成因（自然对流或强制对流）；流动的成因（自然对流或强制对流）；（4 4）物体表面的形状、尺寸；物体表面的形状、尺寸；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）。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）。7/23/202417 表表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对流换热类型对流换热类型 表表表表面面面面传传传传热热热热系系系系数数数数 h (W /( m2K) ) 空气自然对流换热空气自然对流换热空气自然对流换热空气自然对流换热110 水自然对流换热水自然对流换热水自然对流换热水自然对流换热2001000 空气强迫对流换热空气强迫对流换热空气强迫对流换热空气强迫对流换热10100 水强迫对流换热水强迫对流换热水强迫对流换热水强迫对流换热10015000 水沸腾水沸腾水沸腾水沸腾250035000 水蒸气凝结水蒸气凝结水蒸气凝结水蒸气凝结5000250007/23/202418五、热阻分析法五、热阻分析法tw tfqtw tf 称为对流换热面积热阻，单位为称为对流换热面积热阻，单位为称为对流换热面积热阻，单位为称为对流换热面积热阻，单位为 称为对流换热热阻，单位为称为对流换热热阻，单位为称为对流换热热阻，单位为称为对流换热热阻，单位为7/23/20241933 辐射辐射一、定义一、定义以电磁波形式传递能量的现象。以电磁波形式传递能量的现象。1. 1.辐射：辐射：辐射：辐射：2. 2.热辐射热辐射热辐射热辐射：由热运动产生的，以电磁波形式传递能量的现象。由热运动产生的，以电磁波形式传递能量的现象。三三、黑体和实际物体发出辐射能、黑体和实际物体发出辐射能1. 1.黑体黑体黑体黑体：能吸收投入到其表面上的所有热辐射的物体。能吸收投入到其表面上的所有热辐射的物体。二、二、二、二、特性：特性：特性：特性：1.可在真空中传播。可在真空中传播。2.有能量转换。有能量转换。7/23/2024202. 2.四次方定律（黑体）四次方定律（黑体）四次方定律（黑体）四次方定律（黑体）：3. 3.实际物体实际物体实际物体实际物体：斯忒藩斯忒藩斯忒藩斯忒藩玻耳兹曼常数玻耳兹曼常数玻耳兹曼常数玻耳兹曼常数，又称为，又称为，又称为，又称为黑体辐射常数黑体辐射常数黑体辐射常数黑体辐射常数， 5.67105.6710-8-8 W/(m W/(m2 2 K K4 4) )；绝对温度，绝对温度，绝对温度，绝对温度，KK。黑度（又称发射率）。黑度（又称发射率）。黑度（又称发射率）。黑度（又称发射率）。7/23/202421四四、辐射换热、辐射换热1. 1.定义定义定义定义: : : : 2. 2.黑体间的辐射换热黑体间的辐射换热黑体间的辐射换热黑体间的辐射换热物体间靠热辐射进行的热量传递。物体间靠热辐射进行的热量传递。以无限靠近的黑体平板为例：以无限靠近的黑体平板为例：高温高温物体物体低温低温物体物体7/23/2024223. 3.实际物体的辐射换热实际物体的辐射换热实际物体的辐射换热实际物体的辐射换热以无限靠近的实际平板为例：以无限靠近的实际平板为例：系统黑度系统黑度系统黑度系统黑度4. 4.大空间小物体大空间小物体大空间小物体大空间小物体辐射换热辐射换热辐射换热辐射换热下角标下角标1小物体小物体7/23/2024234 传热过程和传热系数传热过程和传热系数传热过程：传热过程：热量由壁面一侧的流体通过壁面传递到热量由壁面一侧的流体通过壁面传递到另一侧流体中去的过程。另一侧流体中去的过程。传热方程：传热方程：传热系数传热系数例：平壁中导热和对流综合传热例：平壁中导热和对流综合传热7/23/2024247/23/202425