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1、传热学 Heat Transfer,徐国强 82317402 Guoqiang_,第一章 绪论,传热学研究的对象(Object)？,为什么要学习传热学(Why)？,如何学好传热学(How)？,传热学的研究方法 (Research methods)？,传热学的历史、发展方向 (History and Trends)？,本课程的要求 (Requirements)？,传热学,传热学的基本内容(Contents)？,传热学研究的对象(Object)？,为什么要学习传热学(Why)？,如何学好传热学(How)？,传热学的研究方法 (Research methods)？,传热学的历史、发展方向 (Hist
2、ory and Trends)？,本课程的要求 (Requirements)？,传热学,传热学的基本内容(Contents)？,1.1 传热学研究的对象(Object) ？,传热学研究由温差引起热量转 移规律的科学。,自然界温差无处不在、无处不有。,1.1 传热学研究的对象(Object) ？,传热学和热力学的关系,1、相同点 热量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能量形式的转换，则热量始终保持守恒。 传热学以热力学第一定律和第二定律为基础。,1.1 传热学研究的对象(Object) ？,传热学和热力学的关系,2、不同点,热力学：不考虑热量传递过程的时间。 传热学：时间是
3、重要参数。,A）研究对象的不同,热力学：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。 传热学：热量传递过程的规律。,b）时间,C）热力学：研究平衡态 传热学：研究过程和非平衡态,1.1 传热学研究的对象(Object) ？,工程热力学研究的是最终状态、不涉及速率和设备尺寸；而传热学引入了时间和设备尺寸。,500,30,热力学：tm , Q,传热学：过程的速率,传热学研究的对象(Object)？,为什么要学习传热学(Why)？,如何学好传热学(How)？,传热学的研究方法 (Research methods)？,传热学的历史、发展方向 (History and Trends)？,
4、本课程的要求 (Requirements)？,传热学,传热学的基本内容(Contents)？,1.2 为什么要学习传热学(Why)？,研究传热的应用,食品,造纸,纺织,空气调节,传热学 (Heat Transfer),医疗,航空航天,建筑,化工,机械,能源,电子,交通,1.2 为什么要学习传热学(Why)？,研究传热的应用,1.2 为什么要学习传热学(Why)？,传热学是能源、动力、化工、航空航天、机械、电子、土木等学科的技术基础课。,传热学与工程热力学、流体力学和燃烧学是动力工程及工程热物理学科的主要技术基础课。,1.2 为什么要学习传热学(Why)？,工程传热问题可分为两种类型,b 确定温
5、度场,a 计算传热量,传热学研究的对象(Object)？,为什么要学习传热学(Why)？,如何学好传热学(How)？,传热学的研究方法 (Research methods)？,传热学的历史、发展方向 (History and Trends)？,本课程的要求 (Requirements)？,传热学,传热学的基本内容(Contents)？,1.3 如何学好传热学(How)？,传热学课程的特点：, 理论严谨、工程性很强。, 专业基础课。, 是联系基础课与专业课的纽带。, 三大守恒定律是贯穿全书的主线。,1.3 如何学好传热学(How)？,传热学课程的学习方法：, 抓住主线，注意各内容是如何围绕主线展
6、开的。, 重视基本概念和基本理论, 做到对所研究的物理 过程有较为深刻的理解。, 学会传热学分析和解决实际问题的思路和方法， 培养综合分析问题的能力和创造性的思维能力 。, 加强工程实际训练，理论与实践相结合,培养工程 分析能力和灵活应用经验公式、计算图表的能力。,传热学研究的对象(Object)？,为什么要学习传热学(Why)？,如何学好传热学(How)？,传热学的研究方法 (Research methods)？,传热学的历史、发展方向 (History and Trends)？,本课程的要求 (Requirements)？,传热学,传热学的基本内容(Contents)？,1.4 本课程的要
7、求 (Requirements)？,象计算机基础、力学基础、电工基础等一样，热力学、传热学等热工基础是现代工程技术人才必备的基础，是21世纪工科各类专业人才工程素质的重要组成部分。,传热学在人才培养中的地位与作用,1.4 本课程的要求 (Requirements)？,通过 a 对传热机理的学习 b 传热关系式的推导 c 传热速率的计算,达到 a 掌握热量传递规律的基本知识 b 具备分析工程传热问题的基本能力 c 掌握计算工程传热问题的基本方法,要求,1.4 本课程的要求 (Requirements)？,要求,一部分同学能够在国民经济主战场及国防建设上学以致用，解决工程实际问题。,一部分同学在本
8、课程的基础上能继续向本学科的未知领域进军。,1.4 本课程的要求 (Requirements)？,参考书,1、曹玉璋 编， 传热学，北京航空航天大学出版社。 2、杨世铭、陶文铨编著，传热学，第三版， 高等教育出版社。 3、John H. Lienhard IV/John H. Lienhard V, A Heat Transfer Textbook, 3rd Edition http:/web.mit.edu/lienhard/www/ahtt.html,1.4 本课程的要求 (Requirements)？,网站: 202.112.134.13,1.4 本课程的要求 (Requirements
9、)？,考核: 平时15%, 包括作业及课堂随机抽查！ 期末85% 随机点名抽查，累计3次不到课者取消考 试资格,传热学研究的对象(Object)？,为什么要学习传热学(Why)？,如何学好传热学(How)？,传热学的研究方法 (Research methods)？,传热学的历史、发展方向 (History and Trends)？,本课程的要求 (Requirements)？,传热学,传热学的基本内容(Contents)？,1.4 传热学的研究方法 (Research methods)？,理论分析,实验研究,数值计算,1.4 传热学的研究方法 (Research methods)？,理论分析,
10、1.4 传热学的研究方法 (Research methods)？,实验研究,1.4 传热学的研究方法 (Research methods)？,数值计算,传热学研究的对象(Object)？,为什么要学习传热学(Why)？,如何学好传热学(How)？,传热学的研究方法 (Research methods)？,传热学的历史、发展方向 (History and Trends)？,本课程的要求 (Requirements)？,传热学,传热学的基本内容(Contents)？,1.5 传热学的基本内容(Contents),热量传递的三种基本形式,1.5 传热学的基本内容(Contents),(1) 导热(H
11、eat Conduction),定义：,热量从物体中温度较高的部分传到温度较低的部分或者从温度较高的物体传到与其接触的温度较低的物体。,Conduction is the transfer of heat from a high temperature region to a low temperature region within a body or from a high temperature body to a low temperature body in physical contact.,1.5 传热学的基本内容(Contents),(1) 导热(Heat Conduction
12、),定义：,热量从物体中温度较高的部分传到温度较低的部分或者从温度较高的物体传到与其接触的温度较低的物体。,高温物体,低温物体,高温区,低温区,1.5 传热学的基本内容(Contents),特点：,物体各部分间无宏观相对位移;,热量在传递过程中无能量形式的变化。,(1) 导热(Heat Conduction),1.5 传热学的基本内容(Contents),计算公式：,(1) 导热(Heat Conduction),l为导热系数， W/(m . oC) W/(m .K),1.5 传热学的基本内容(Contents),(2) 热对流(Convection),定义：,在流体中温度不同的各部分之间发生
13、相对位移时所引起的热量传递。,Convection is the flow of heat from a hot region to a cool region through a bulk, macroscopic movement of fluid.,1.5 传热学的基本内容(Contents),(2) 热对流(Convection),特点：,流体各部分间发生宏观相对位移；,热量在传递过程中无能量形式的变化；,只能发生在流体中；,必然拌有导热现象。,1.5 传热学的基本内容(Contents),对流换热：,(2) 热对流(Convection),流体流过固体壁面时的热量交换。,Heat t
14、ransfers between a solid and a fluid when there is a temperature difference between the fluid and the solid.,对流换热与热对流不同，对流换热既有热对流，也有导热；不是基本传热方式,1.5 传热学的基本内容(Contents),(2) 热对流(Convection),对流换热：,对流换热的分类：,自然对流,相变换热,强迫对流,流体流过固体壁面时的热量交换。,Heat transfers between a solid and a fluid when there is a temperat
15、ure difference between the fluid and the solid.,1.5 传热学的基本内容(Contents),(2) 热对流(Convection),对流换热的计算公式：,1.5 传热学的基本内容(Contents),(3) 热辐射(Termal Radiation),辐射,：物体通过电磁波来传递能量的过程,Radiation is a process that the energy may be transferred by electromagnetic wave.,1.5 传热学的基本内容(Contents),(3) 热辐射(Termal Radiatio
16、n),热辐射：,由于热的原因而产生的辐射，物体将内能转变为电磁波，或者物体吸收电磁波而变为内能。,1.5 传热学的基本内容(Contents),(3) 热辐射(Termal Radiation),特点：,能量可在真空中传播;,热量在传递过程中发生形式上的变化。,计算公式：,1.5 传热学的基本内容(Contents),1.5 传热学的基本内容(Contents),1.5 传热学的基本内容(Contents),(4) 传热过程(Heat Transfer Process),计算公式：,k 传热系数 W/(m2 K)， 描述了传热过程热量传递能力的大小,1.5 传热学的基本内容(Contents)
17、,(5)热流与热阻 Heat flow rate and Thermal Resistance,热流F 单位时间所传递的热量（W）。,热流密度q单位时间、单位面积所传递 的热量（W/m2）。,Heat flow rate F - The heat transferred per unit time.,Heat flux q -The heat transferred per unit area and per unit time,1.5 传热学的基本内容(Contents),在特定的条件下可以串联也可以并联,总面积热阻：,单位面积热阻：,(5) 热流与热阻 Heat flow rate and
18、 Thermal Resistance,1.5 传热学的基本内容(Contents),(5) 热流与热阻 Heat flow rate and Thermal Resistance,传热学的发展历史,传热学是在18世纪30年代英国工业革命促进生产力发展的大背景下成长起来的，作为学科则形成于19世纪。,1.6 传热学的历史、发展方向 (History and Trends)？,1.6 传热学的历史、发展方向 (History and Trends)？,传热学的发展历史,对导热做出突出贡献的科学家主要有傅立叶(J.B.J.Fourier)、毕渥 (J.B.Biot)。1804年毕渥根据实验提出了导
19、热比例系数的概念，傅立叶在实验研究的同时，十分重视数学工具的运用，1807年他提出求解偏微分方程的分离变量法和可以将解表示成一系列任意函数的概念，1822年他发表了著名论著“热的解析理论”，描述导热的定律就是以他的名字命名的，奠定了导热的理论基础。傅立叶被公认为导热理论的奠基人.,Jean Baptiste Biot,J.B.J.Fourier,导热,传热学的发展历史,1823年M.Navier提出了不可压流体流动方程。,1845年G.G.Stokes进行了改进，完成了建立流体流动基本方程的任务。,1880年O.Reynolds将流动分为层流和湍流。,1909年和1915年W.Nusselt获
20、得了对流换热中有关无量纲准则数之间的原则关系。,1904年L.Prandtl提出了边界层的概念。,对流换热,1.6 传热学的历史、发展方向 (History and Trends)？,传热学的发展历史,1889年O.lummer等测定了黑体辐射光谱能量分布的实验数据。,19世纪末J.Stefan根据实验数据确立了黑体辐射力正比绝对温度的四次方规律。,后来L.Boltzmann从理论上证实了上述定律。,1896年Wien位移定律。,19世纪末L.Rayleigh-J.H.Jeans公式。,辐射换热,1.6 传热学的历史、发展方向 (History and Trends)？,1900年M.Plan
21、ck定律。,1.6 传热学的历史、发展方向 (History and Trends)？,传热学的发展方向,传统工业,能源、动力、冶金、石油、环境等是传热学诞生的地方，仍将继续发挥其重要作用,1.6 传热学的历史、发展方向 (History and Trends)？,传热学的发展方向,与其他学科不断渗透并衍生出许多重要分支。,在实践和技术渗透中不断的充实开拓性的研究内容。,电子设备的冷却。,高温、高热流密度传热。,微尺度传热。,生命科学领域。,高新技术,新能源。,总结：,1、传热学的研究对象,2、热量传递的三种基本方式及传热过程,3、热流及热阻,要求：,1、掌握热量传递三种基本方式的概念及三个 计算公式,2、掌握导热系数、表面传热系数、传热系数 的物理意义及单位。,3、掌握传热过程的概念及计算公式。,4、掌握热阻的概念及串联、并联。,自然对流示例,自然对流示例,自然对流示例,自然对流示例,自然对流,强迫对流,强迫对流示例,