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1、传热学第一章 1第1页，本讲稿共26页教材教材传热学传热学杨世铭、陶文铨编著，第三版杨世铭、陶文铨编著，第三版2022/10/212第2页，本讲稿共26页n传热学传热学戴锅生，第二版戴锅生，第二版nHeat Transfer(2nd Edition),by Anthony F.Millsn Fundamentals of Heat and Mass Transfer F.P.Incropera,D.P.DeWittn对流换热对流换热V.S.阿巴兹阿巴兹n凝结和沸腾凝结和沸腾施明恒等编著施明恒等编著n数值传热学数值传热学陶文铨编著陶文铨编著n辐射换热辐射换热余其铮编著余其铮编著参考书参考书202
2、2/10/213第3页，本讲稿共26页第一章第一章 绪论绪论 1 1 传热学的研究内容传热学的研究内容 (1)(1)定义定义 2 2 传热学与热力学的区别传热学与热力学的区别 (2)(2)属性：属性：3 3 传热学应用实例传热学应用实例 (3)(3)特点特点 4 4 传热过程的分类传热过程的分类 (4)(4)基本定律基本定律 5 5 热传导热传导 (5)(5)关键系数关键系数 6 6 热对流热对流 7 7 热辐射热辐射 8 8 传热过程和传热系数传热过程和传热系数2022/10/214第4页，本讲稿共26页第第一章章 绪绪 论论1-0 概概 述述 1.传热学的研究对象传热学的研究对象 (2)热
3、量传递过程的推动力热量传递过程的推动力？(1)定义？定义？热力学第二定律热力学第二定律有温差就会有传热有温差就会有传热2022/10/215第5页，本讲稿共26页2.传热学与热力学的区别传热学与热力学的区别热力学热力学 系统从一个平衡态到系统从一个平衡态到另一个平衡态的过程另一个平衡态的过程中传递热量的多少。中传递热量的多少。传热学传热学 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。热力学：传热学：水，M220oC铁块,M1300oC2022/10/216第6页，本讲稿共26页3.传热学应用实例传热学应用实例 自然界与生产过程到处存在温差 传热很普遍 b
4、 b 夏天人在同样温度（如：夏天人在同样温度（如：2525度）的空气和水中的感觉不一样。度）的空气和水中的感觉不一样。为什么？为什么？c c 北方寒冷地区，建筑房屋都是双层玻璃，以利于保温。如何解释北方寒冷地区，建筑房屋都是双层玻璃，以利于保温。如何解释 其道理？其道理？(1)日常生活中的例子：日常生活中的例子：a a 人体为恒温体。若房间里气体的温度在夏天和冬天都保持人体为恒温体。若房间里气体的温度在夏天和冬天都保持2020度度 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？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？2022/10/217第7页，本讲稿共26页20世纪
5、70年代20世纪90年代10w/cm2100w/cm2集成电路芯片集成电路芯片航空航天航空航天（1 1）高温叶片气膜冷却；）高温叶片气膜冷却；（2 2）火箭推力室的再生冷却与发汗冷却；）火箭推力室的再生冷却与发汗冷却；（3 3）卫星与空间站热控制；）卫星与空间站热控制；（4 4）空间飞行器重返大气层冷却；）空间飞行器重返大气层冷却；（5 5）超高音速飞行器冷却；）超高音速飞行器冷却；（6 6）核核热热火火箭箭、电电火火箭箭；微微型型火火箭箭（电电火火箭箭、化化学学火箭）；太阳能高空无人飞机火箭）；太阳能高空无人飞机3 传热学应用实例传热学应用实例(续续)2022/10/218第8页，本讲稿共2
6、6页3 传热学应用实例传热学应用实例传热学应用实例传热学应用实例(续续)生物医学：肿瘤高温热疗；生物医学：肿瘤高温热疗；生物芯片；生物芯片；组织与器官的冷冻保存组织与器官的冷冻保存军军 事：飞机、坦克；激光武器；弹药贮存事：飞机、坦克；激光武器；弹药贮存制制 冷：跨临界二氧化碳汽车空调冷：跨临界二氧化碳汽车空调/热泵；热泵；高温水源热泵高温水源热泵新新 能能 源：太阳能；源：太阳能；燃料电池燃料电池2022/10/219第9页，本讲稿共26页t0 xQ800 C20 C4 传热过程的分类传热过程的分类稳稳稳稳态态态态非非非非稳稳稳稳态态态态t0 x突然加热到800C20 C2022/10/21
7、10第10页，本讲稿共26页1-1 热量传递的三种基本方式热量传递的三种基本方式导热对流辐射定义属性特点2022/10/2111第11页，本讲稿共26页(1)(1)导热的基本定律：导热的基本定律：18221822年，法国数学家年，法国数学家Fourier:Fourier:1 1 导热（热传导）导热（热传导）t0 x dxdtQ2022/10/2112第12页，本讲稿共26页(2)导热系数 表征材料导热能力的大小，是一种物性参数，与材料种类和温度有关。1 1 导热（热传导）导热（热传导）(续续)(3)一维稳态导热及其导热热阻 如图右图所示，稳态 q=const，于是积分Fourier定律有Qt0
8、 x dxdtQ以上结果在2-3 节中会进一步说明。2022/10/2113第13页，本讲稿共26页Q图1-3 导热热阻的图示1 1 导热（热传导）(续)(4)一维稳态导热及其导热热阻，t0 x dxdtQ导热热阻单位导热热阻w/m2w2022/10/2114第14页，本讲稿共26页1-1 热量传递的三种基本方式热量传递的三种基本方式导热对流辐射定义属性特点2022/10/2115第15页，本讲稿共26页(1)对流换热的基本计算公式对流换热的基本计算公式牛顿冷却公式牛顿冷却公式h 表面传热系数 热流量W，单位时间传递的热量q 热流密度A 与流体接触的壁面面积 固体壁表面温度 流体温度2022/
9、10/2116第16页，本讲稿共26页 当流体与壁面温度相差1度时、每单位壁面面积上、单位时间内所传递的热量影响影响h因素因素：流速、流体物性、壁面形状大小等(2)对流换热系数对流换热系数(表面传热系数表面传热系数)图16(3)对流换热热阻对流换热热阻 2022/10/2117第17页，本讲稿共26页1-1 热量传递的三种基本方式热量传递的三种基本方式导热对流辐射定义属性特点2022/10/2118第18页，本讲稿共26页2022/10/2119第19页，本讲稿共26页(1)热辐射的研究方法：热辐射的研究方法：3 热辐射热辐射（续）（续）黑体黑体修正（黑度）修正（黑度）实际物体实际物体黑体的定
10、义黑体的辐射控制方程Stefan-Boltzmann 定律 2022/10/2120第20页，本讲稿共26页(5)(5)辐射换热的特点辐射换热的特点a a 不需要中间介质；b b 在辐射换热过程中伴随着能量形式的转换 物体热力学能 电磁波能 物体热力学能c c 无论温度高低，物体都在不停地相互发射电磁波能、相互辐射能量；高温物体辐射给低温物体的能量大于低温物体辐射给高温物体的能量；总的结果是热由高温传到低温(4)辐射换热：辐射换热：物体间靠热辐射进行的热量交换，它与单纯的热辐射不同，就像对流和对流换热类似。3 热辐射热辐射（续）（续）(6)两黑体表面间的辐射换热两黑体表面间的辐射换热(参见图参
11、见图19)：2022/10/2121第21页，本讲稿共26页3 热辐射热辐射（续）（续）图19 两黑体表面间的辐射换热公式（19）不用看，因为用我们现在所学的知识还不能推导出来。2022/10/2122第22页，本讲稿共26页In-Class Problems一维、稳态、无内热源的传热系统示意图如下，垂直黑板方向的尺寸为b(m).di表示高度，忽略接触热阻。（1）画出等效热阻图（2）推导总热阻（等效热阻）、总传热系数以及总换热量公式（3）给出左侧外壁面温度的计算公式tf1,h1tf2,h21,d14,d42,d23,d3L1L2L32022/10/2123第23页，本讲稿共26页Quick R
12、eview：(1)导热导热 Fourier 定律：定律：(2)对流换热对流换热 Newton 冷却公式：冷却公式：(3)热辐射热辐射 Stenfan-Boltzmann 定律：定律：2 三种传热方式及各自的特点和公式：三种传热方式及各自的特点和公式：当别人寄贺卡或小礼物给你的时候，要及时回复感谢信。当别人寄贺卡或小礼物给你的时候，要及时回复感谢信。1 传热学的定义和意义传热学的定义和意义2022/10/2124第24页，本讲稿共26页3 传热过程的定义、传热过程分析、热阻的概念和分析方法传热过程的定义、传热过程分析、热阻的概念和分析方法？热阻和热阻分析法热阻和热阻分析法热阻和热阻分析法热阻和热阻分析法传热过程传热过程传热过程传热过程换热量换热量换热量换热量2022/10/2125第25页，本讲稿共26页4 导热系数、表面传热系数、导热系数、表面传热系数、Stefan-Boltzmann常数？5 稳态传热和非稳态传热的特点及区别？稳态传热和非稳态传热的特点及区别？6 什么情况下热流恒定？什么情况下热流密度恒定？什么情况下热流恒定？什么情况下热流密度恒定？判断对错并简述理由：非稳态时，通过导热物体的热流量恒定？稳态时，通过导热物体的热流量恒定？2022/10/2126第26页，本讲稿共26页