1A 第一章 绪论.ppt

1、缪正清上海交通大学2012.2 .传热学，第一章，绪论，1.1传热学的研究对象(应用对象，应用领域)1.2传热(传热)的三个基本方式(研究内容)1.3传热过程和传热系数1.4单位制1.5传热学的研究方法(2)传热学的应用领域(去哪里理论？ 能源、化工、冶金、动力机械、制冷、建筑、机械制造、农业、环境控制与保护等工农业领域。 电子、宇宙、航空、核电站等高新技术领域。 生命科学领域。 在这些领域有很多工程传热问题需要解决。 (3)传热学与兄弟学科的联系和流体力学、工程热力学与传热学的区别构成了热工类各专业的三门技术基础课程(柱课程)。 流体力学研究流体的运动规律。 流体属性：理想流体、粘性流体研究

2、方法：拉格朗日法、欧拉法；理想流体运动学概念：流线、流管伯努利方程。 实际流体力学概念：工厂边界层层流和湍流N-S方程的常见工程流程：流出：复杂组合射流(直流和旋转流)集管并联组内流：压缩机、送风机、内燃机、汽轮机内的复杂流动；(3)传热学与兄弟学科的关联和区别(续)工程研究内容：热系统循环中热能与机械能相互转换的规律。 研究方法：理想化：系统的简单可压缩系统在系统中循环的处理：状态过程周期。 状态分析法：状态方程，过程分析法：状态的变化相对于准静态过程，通过系统状态的变化研究系统与外部的热功交换的条件是可逆过程热力学第一、第二定律的应用，(4)热传递学与专业课程之间的关系火力发电工程(锅炉、

3、汽轮机、发电机) 动力机械(泵传热的基本方式：传热对流辐射过程两种基本的传热过程：稳态传热过程非稳态传热过程，传热研究中的基本假设：连续介质假设：取的微尺寸远大于分子平均自由程。 连续介质假设是微积分法这一自然科学研究强有力工具应用的前提条件。 传热研究的内容：研究物体的温度场和传热改正(传热)方法。 传热研究的目的是强化或减弱：传热，节约能源消耗，节约金属材料，提高设备性能，降低成本。 确定高温零件内的温度分布和温度控制，确保运行安全。热传递(传热)的3种基本方式、3种传热方式可以独立存在，但多以复合形式出现。 1 .热传导的定义：物体的各部分之间不发生相对位移，而是分子、原子以及自由电子等

4、微粒子的热运动所产生的热传导。 另一个定义：热传导是指相互接触而温度不同的物体之间，或者同一物体的温度不同的各部分之间，微粒子的热运动所产生的热传导现象。 特点：有温差的宏观运动发生在连续介质之间，仅发生能量传递，能量形式(热能)不变。 严格来说，纯热传导仅发生在不透明物体上(这消除了另一种热传导方式的热辐射)。 微观机制：气体中：气体分子不规则热运动时相互碰撞的结果。 在导电液体中，自由电子在晶格间像气体分子一样运动。在非导电性固体中，通过晶格结构的振动、即原子、分子的平衡位置附近的振动来实现。 液体中的热传导：观点还不一致。 另一个观点，定性地类似于气体，但由于分子间距离更近，分子间作用力

5、对碰撞过程的影响被认为远大于气体的另一个观点，类似于非导电性固体，主要由弹性波作用。 热传导的宏观数学描绘：是法国数学家Fourier在1822年提出的：一维稳态热传导：图1 .一维稳态热传导图，(w )，热流密度：2对流热交换定义：运动的流体接触不同温度的固体表面时，两者之间的热传导过程。 在运动的流体中，由于各部分的相对位移，冷热流体直接混合而产生的传热是单纯的对流，事实上，邻接层的流体接触时也发生传热，特别是流体接近壁面时在层流底层产生的传热是传热方式，所以流体和壁面的热交换是对流和传热综合作用对流热交换的分类：自然对流强制对流沸腾热交换：液蒸汽相变热交换冷凝热交换：蒸汽、液体与固体表面

6、之间的对流热交换基本修订公式：英国科学家Newton于1701年提出了冷却公式：液体加热时：液体冷却时：公式中，对流热交换系数、w对流热交换系数由理论分析和实验决定是本学科研究的主要内容之一。 3辐射热交换定义：物体通过电磁波传输能量的方式称为辐射。 物体可以因各种原因发出放射能。 其中，热量向外部释放放射能的现象称为热辐射。 传热学中的辐射是指物体将其热能变换为电磁波来传递热量的过程。 辐射热交换器：自然界各物体不定期向空间释放辐射能，并不断吸收来自其它物体的热辐射。 辐射和吸收过程中进行的物体间的热传递叫做辐射传热。 辐射热交换的特点：动平衡：固体与周围环境之间只有辐射热交换，当热交换等于

7、零时，辐射和吸收过程处于动平衡，即辐射和吸收过程仍在进行中的热辐射可以在没有介质的真空中传播，而热传导和对流远离物质的存在在能量交换过程中，随着能量形式的转换，辐射能量的校正算法为：黑体辐射：实验表明，物体的辐射能力与温度有关，同时在相同温度下不同物体的辐射和吸收能力也有很大差异。 黑体是同温下具有最大辐射和吸收能力的抽象物体。 黑体辐射是1879年由奥地利科学家Stefan通过实验发现，之后1884年由Boltzman用理论方法推导出来的，Stefan-Boltzman定律(w )式中：黑体绝对温度，k； 黑体辐射常数(Stefan-Boltzman常数，5.6710-8 W/(m2K4)

8、)表面积，m2.真实物体的辐射：所有真实物体的辐射能力都小于同温黑体的辐射能力。 其值的修正算法是在黑体辐射公式中导入修正系数。 (w )式中：物体的黑色(也称为发射率)。 决定物体的种类和表面状态后具体介绍。 1.3传热过程和传热系数的热量从壁面的一侧(流体)通过壁面传递到另一侧的流体的过程称为传热过程。 工程实际上，传热过程有很多例子。 注意：传热过程包括一些或所有的传热方式。 传热过程整体传热效果的比例系数称为传热系数，传热系数是传热过程中所经历的相应基本传热方式的综合反映。 1.3传热过程和传热系数如冷热流体通过壁面的传热过程。图2 .一维传热过程的示意图，三个传热过程各自的方程式：1.3传热过程和传热系数改写为温压形式：将上述三式相加，消除壁面温度(tw1，tw2)，上述式也是式中，k是传热系数，可以表示为w/的mol，cd (发光强度：坎德拉) oC、kcal换算：1kcal=4. 1868 kj1kcal/h=1. 163 j/s=1. 163 w单位：压力p : Pa运动粘度： m2/s运动粘度： kg/(ms )比热容量c3360kg m2热传导率： w/(m K )对流热交换系数热传导率3360w/(m2k )功率(传热量)、 w、15热传导学的研究方法实验研究法实验研究是所有科学研究的基础。 传热学实验研究的基础是相似模型化理论。 实验研究的方法是研究影响对