传热学 高教版 第1章课件.ppt

1、2020/10/17,1,传 热 学,2020/10/17,2,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.,2020/10/17,3,传热学课程的考核方法与学习要求,考核方法：百分制 1. 平时作业、大作业占10； 2. 期末考试成绩占90。 学习要求：树立良好学风 1. 按时、独立、认真完成作业（每人准备2本作业本，不要用片

2、页纸） ，如果不交作业次数超过半数，则取消期末考试资格； 2. 认真听课，遵守课堂纪律。,2020/10/17,4,第1章 绪论,11 传热学的研究内容与研究方法,（1）传热学的研究内容:,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90以上，世界其它各国平均也超过85。,2020/10/17,5,2020/10/17,6,2020/10/17,7,8,2020/10/17,9,202

3、0/10/17,10,能量利用过程实质就是能量的传递与转换过程。,一切热能利用过程都离不开传热。,2020/10/17,11,热能利用率和传热过程密切相关。,2020/10/17,12,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： 航空航天、电子信息工程、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础知识，是面向21世纪工科各类专业人才工程素质的重要组

4、成部分。,2020/10/17,13,2020/10/17,14,2020/10/17,15,2020/10/17,16,2020/10/17,17,2020/10/17,18,2020/10/17,19,2020/10/17,20,2020/10/17,21,2020/10/17,22,2020/10/17,23,2020/10/17,24,2020/10/17,25,2020/10/17,26,2020/10/17,27,2020/10/17,28,2020/10/17,29,2020/10/17,30,2020/10/17,31,2020/10/17,32,2020/10/17,33,2

5、020/10/17,34,2020/10/17,35,2020/10/17,36,传热学课程学习的主要目的： 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。,（2）传热学的主要研究方法:,理论分析 数值模拟 实验研究 比拟（类比）法,2020/10/17,37,12 热量传递的三种基本方式,热量传递有三种基本方式:,热传导（导热） (heat conduction)；,热对流 (heat convection)；,热辐射 (thermal radiation)。,2020/10/17

6、,38,1. 热传导（导热） ：,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，只讨论热量传递的宏观规律。,2020/10/17,39,大平壁的一维稳态导热,特点：平壁两表面维持均匀恒定不变的温度， 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；,热量只沿着垂直于壁面的方向传递。,热流量：单位时间传过的热量,: 材料的热导率（导热系数），表明材料的导热能力，W/(mK)。,W,2020/10/17,40,热流密度 q,:单位时间通过

7、单位面积的热流量,导热热阻,称为平壁的导热热阻，表示物体对导热的阻力，单位为K/W 。,热阻网络,2020/10/17,41,2. 热对流,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。,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。,对流换热,：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用的结果。,对流换热的分类：,自然对流换热,强制对流换热,凝结换热,沸腾换热,2020/10/17,42,h 称为对流换热的表面传热系数（习惯称为对流换热系数），单位为W/(m2K)。,对流换热热阻：, = Ah(tw tf),称为对

8、流换热热阻，单位为 W/K。,对流换热热阻网络：,牛顿冷却公式:, = Ah(tw tf),q = h(tw tf),2020/10/17,43,表面传热系数的影响因素：,h 的大小反映对流换热的强弱，与以下因素有关：,（1）流体的物性（热导率、粘度、密度、比热容等）；,（2）流体流动的形态（层流、紊流）；,（3）流动的成因（自然对流或受迫对流）；,（4）物体表面的形状、尺寸；,（5）换热时流体有无相变（沸腾或凝结）。,2020/10/17,44,表1-1 一些表面传热系数的数值范围,2020/10/17,45,3. 热辐射,辐射：,指物体受某种因素的激发而向外发射辐射能的现象,解释辐射现象的

9、两种理论 ：,电磁理论与量子理论,电磁波的数学描述：,c 某介质中的光速,m/s 为真空中的光速;,n 为介质的折射率。, 波长, 常用m为单位, 1m = 10-6 m。, 频率, 单位 1/s。,2020/10/17,46,2.电磁波的波谱：,g射线、 X射线、 紫外线、,红外线： 0.76 103 m,无线电波： 103 m,微 波： 103 106 m,可见光： 0.38 0.76 m,2020/10/17,47,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收，产生内热源，使食品均匀加热。,热辐射,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

10、的现象。,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，热辐射的波长主要在0.1m至100m之间,包括部分紫外线、可见光和部分红外线三个波段 。,2020/10/17,48,热辐射的主要特点：,（1）所有温度大于0 K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。,（2）所有实际物体都具有吸收热辐射的能力，,（3）热辐射不依靠中间媒介，可以在真空中传播；,（4）物体间以热辐射的方式进行的热量传递是双向的。,热辐射是热量传递的基本方式之一 。,2020/10/17,49,辐射换热：,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）物体本

11、身的温度、表面辐射特性；,（5）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，即仅取决于材料表面的性质、特征和温度，与其内部状况无关。,式中 = 5.6710-8 W/(m2K4)，称为斯忒藩玻耳兹曼常数，又称为黑体辐射常数。,（ 斯忒藩玻耳兹曼定律）,在相同温度下的所有物体中，黑体的发射热辐射的能力最大。,2020/10/17,50,（2）物体的大小、几何形状及相对位置。,实际物体发射的辐射能：,e 称为实际物体的发射率,也称为黑度, e 1 。,A1A2,2020/10/17,51,注意：,（1）热传导、热对流和热辐射三种热量传递基本方式往往不是单独出现的；,

12、（2）分析传热问题时首先应该弄清楚有那些传热方式在起作用，然后再按照每一种传热方式的规律进行计算。,（3）如果某一种传热方式与其他传热方式相比作用非常小，往往可以忽略。,2020/10/17,52,1.3 传热过程,传热过程是指热量从固体壁面一侧的流体通过固体壁面传递到另一侧流体的过程。,传热过程由三个相互串联的环节组成:,（1）热量从高温流体以对流换热（或对流换热辐射换热）的方式传给壁面；,（2）热量从一侧壁面以导热的方式传递到另一侧壁面；,（3）热量从低温流体侧壁面以对流换热（或对流换热辐射换热）的方式传给低温流体。,2020/10/17,53,通过平壁的稳态传热过程,假设：,tf1、tf2、h1、h2不随时间变化；为常数。,（1）左侧的对流换热,（2）平壁的导热,2020/10/17,54,（3）右侧的对流换热,在稳态情况下，以上三式的热流量相同，可得,式中,，Rk称为传热热阻。,传热热阻网络：,2020/10/17,55,将传热热流量的计算公式写成,式中,k 称为传热系数，单位为 W/(m2K)，t为传热温差。,通过单位面积平壁的热流密度为,利用上述公式, 可以很容易求得通过平壁的热