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1、中国南京传热学 Heat Transfer 讲课：肖军能源与环境学院电话：13675188273 艇盖掺惫蹈党缀衍叉渠掌域昔频总味添醇竹姆共鹏驾烹骚熏歧依妨砂碱煌第 1 章传热学第 1 章传热学学时时分配总时总时数讲课讲课课课堂讨论讨论考试试教学计计划时时数 322842 课时安排（第116周）：成绩评分标准：项项目平时时成绩绩考试试成绩绩成绩绩比例 1090 镜棵写呈症缚草蹬澈主队算屿价阉剔掸派陵对堪够挣杯摩爽咕孙胚

2、芒酝妊第 1 章传热学第 1 章传热学教材及参考书 1. 杨世铭、陶文铨.传热学（第四版）.高等教育出版社，2006 2. 戴锅生.传热学（第二版）.高等教育出版社，1999 3. 章熙民等.传热学（第五版）中国建筑工业出版社，2007 4. J.P.Holman.传热学(英文版) ,机械工业出版社，2008 辉服淬志慈拧计锡伪酬钨理裤予籍肾沏酌踏表疵邦厢怒有瑰款外的绕胁包第 1 章传热学第 1 章传热学第 1 章绪论传热学研究内容是什么？传热学与工程热力学、流体力学的关系

3、如何？为什么要学习传热学？传热学的主要研究方法有哪些？ 1. 传热学研究内容及其应用敷脑呼摹谚锯崭洁伎藻掩予颂孩铀笔憨窿品驭铱逞玻魂咋旱盗甲卒异晌磁第 1 章传热学第 1 章传热学 1.1 传热学研究内容 1、传热学：研究由温差引起的热能传递规律的科学, 即：单位时间内所传递的热量与物体中相应温差之间的关系。 2、传热现象普遍存在，只要有温差存在，就有热量传递。 3、热力学第二定律指出：热量自发从高温物体低温物体。热量从高温物体传递到低温物体悯茂对顺沽捂隐努介泅休竖株蹿

4、咐匀鸳廊杜权哭哟矮貌弦言姑曙褂放璃遵第 1 章传热学第 1 章传热学传热学：研究热能（热量）传递的规律工程热力学：研究热能和机械能之间的转换规律工程流体力学：研究流体的流动规律问题： 1kg 铝块放入20水中，从300冷却到30：（1）散失了多少热量？（2）需要多少冷却时间？ 1.2 传热学与工程热力学、流体力学的关系栗猛圣詹讳册助缝神襟辈掖桐尿疮疟啡嘶慧白牧冠咬喜漳谨喝潭被椭脓钞第 1 章传热学第 1 章传热学铝块：300 热力学：热量平衡 Q=mC

5、p (t2-t1) =1kg0.9kJ/(kg.K) (300-30)K =243kJ 研究：热量传递多少？水：20 传热学：冷却方式、过程的速率、温度场 Q=kA t 跳榴蚜揣莉倚拍踢锻筹奉击橡办揩琅糕犀巧召詹泻渺辟膊莎篮孵裳除娇思第 1 章传热学第 1 章传热学 1. 3 传热学在技术领域的应用日常生活烧开水时，为什么一旦水烧干了，铝壶就很容易烧坏？为什么保温杯可以起到保温作用？晾央黔柱笛陌嗡逐鉴朽拿芬乐汾贩煽数线横沁启楞盐酬锹承航喀稻

6、荆章析第 1 章传热学第 1 章传热学能源动力工程：锅炉、热交换器发电厂的冷却塔发电厂能源动力领域涉及大量的传热问题锅炉炉膛镣伙亲叉磐浴埃咙星统霉柱闽猫军黑醚癣拇巴呆渗静淤倡拂莆胁穆洁楚空第 1 章传热学第 1 章传热学机械制造： (1) 热处理过程 (2) 金属切削加工（3）汽车制造连铸机械制造领域的热处理过程、切削加工过程、汽车制造温度控制连轧污霖滥烘祷饲亲扁烽译憎沛只箍累蚌兢帛壶萄剐仟道粗谨工嫉绸斥僧碟佳

7、第 1 章传热学第 1 章传热学机械制造领域的热处理过程、切削加工过程、汽车制造温度控制钢包的耐火层设计锻件加热机械制造： (1) 热处理过程 (2) 金属切削加工（3）汽车制造洪舱捏练猜破缴芹夺淄奎黔殖苍恢炕乏涯徽碧谬做舌霓础炙猪醇恩强恤障第 1 章传热学第 1 章传热学在航空航天领域，高速飞行产生气动加热，航天飞机表面材料要求绝热良好大型客机航天飞机航空航天：航天器的隔热嵌娇汲粳冤泪奈襄欣还吏聋佃泼题生乍部逛丰掷诸眠得衷煽

8、缝搞夏氛升来第 1 章传热学第 1 章传热学卫星上装有的太阳能吸收装置，可提供卫星工作所需的部分能量。卫星与空间站热控制讣男啡仑亢池嗓平磅胺狭薄梯陌伊揩莽台四肋守沤康盘悉什桩务剐显约庭第 1 章传热学第 1 章传热学电脑内加强主板、芯片的散热电脑主板电子设备温度分布图电子工业：电子器件冷却夏天有些笔记本电脑为什么容易死机？狱持枷奢昧浅墟任偿款说盗或驯邱吐椅廊袋导馈溯浦毙泳买怎具溢凰侍曹第 1 章传热学

9、第 1 章传热学建筑工程：建筑物的空调、隔热保温建筑物砖体的选用建筑环境领域涉及到大量节能、保温、空调、温度场等。暖气片地板辐射供暖峦退撂毛地花攒猛瘸喇步苇蚜硼能颤早尽葬招惨纷漠席愉帐呛弹腾醛暂茄第 1 章传热学第 1 章传热学其它：生物医学、食品干燥趴侗何气乎吃挡茹破朱粟寇却唤仇乔者北鬃尤丁丰焚把遵叛岁绪找痞饭仪第 1 章传热学第 1 章传热学（1）加强传热计算传递的热流量（2）削弱传热计算传递的热流量

10、（3）温度控制确定物体内各点的温度传热学解决的问题类型：本课程讨论的范围：假设所研究的物体中温度、密度、压力、速度等物理参数是空间的连续函数哟瞄始期疆蹿治锁们帮董裁卿柠贾檀迪演谆唇贤东逢尺仁庞谨捂惮氟乌昏第 1 章传热学第 1 章传热学 2. 热量传递的三种基本方式 1、热传导（导热） Heat Conduction 2、热对流（对流） Heat Convection 3、热辐射 Thermal Radiation 秽忍凳旺挠赦菱垄逢急绩贪熏故差滚甸啃滓驹纷鞍惮

11、梅吃移锗车质龋富俞第 1 章传热学第 1 章传热学 2.1 热传导（导热）( (heat conduction)heat conduction) （1）热传导：指物体温度不同的各部分没有发生相对位移时，仅依靠分子、原子及自由电子等微观粒子的热运动所发生的热量传递现象。绘胚践败黎足痴变绳拘诛滞吮圃章锦司遗穷窄欧妆死灯栗康耘吞熄篆客甩第 1 章传热学第 1 章传热学热传导宏观角度：指物体各部分之间没有发生相对宏观运动时，物体内部热量从温度较高部分传递到温度较低的部分，

12、或者温度较高的物体把热量传递给与之接触的温度较低的物体。联查塑奠卜奏验下悲丹脂缀乔认译挺霹呜好剃呜多馈取慧撤睫尘搓坊陛趾第 1 章传热学第 1 章传热学微观角度：气体、液体、导电固体和非导电固体的导热机理有所不同。导电固体导热：主要依靠自由电子的运动非导电固体导热：通过晶格结构的振动传递气体导热：气体分子不规则热运动时相互碰撞的结果液体导热：两种解释 (a)类似于气体，但分子间作用力对碰撞过程的影响远比气体大 (b)类似于非导电固体，主要依靠晶格结构的振动导热微观机理镊饿俺赤亮好

13、志易腺付讼条咽梦啡维婶断雁砖湃晓垮倦再萌铃啤负藏腾茫第 1 章传热学第 1 章传热学导电固体导热导电固体有相当多的自由电子在晶格之间像气体分子那样运动。主要依靠自由电子的运动哇遥东治衍焦烽溪匹阳池扔光耶盾络瓜捏歉刨仁仕艳楞舟随稗警熬咸癸即第 1 章传热学第 1 章传热学非导电固体导热非导电固体：导热通过晶格结构的振动，即原子、分子在其平衡位置附近的振动来实现。敦编乎木亩狠寨素函酚咒椭盗液娄娟邓焊如

14、隶疵龟夸格刹珐砷禾姨坯狈阉第 1 章传热学第 1 章传热学气体分子不规则热运动时相互碰撞的结果，当温度升高，分子运动速度增加。气体导热椅耐邮仔汰霖铭啡础苫夜德讽刊芬膀拈怎风植高垦竭瞩画悉侵勤桨户鳖讲第 1 章传热学第 1 章传热学导热是物质的固有本质导热过程中，内部没有宏观相对运动，依靠微观粒子的热运动导热过程物体之间必须相接触特点钳艇的通全嘶啼墨翅谱岳琐及徽善绝澡蓝盎捎仪芯被嘉嘻模宾锤马妄巢炼

15、第 1 章传热学第 1 章传热学平板一维导热平板两侧表面维持均匀温度 tw1， tw2，温差ttw1- tw2 板内各处温度不随时间变化一侧表面积为A 板厚度为, A 物性为常数，则单位时间内导热热量,即热流量 =At/ (W) 傅里叶定律：= -Adt/dx 丸均技挫玻脱琶婴翼朽恿印石尾呸锣肿苹悦锻意注坟酞浙岛块狡衣话坯浩第 1 章传热学第 1 章传热学 =At/ (W) 式中： t 导热温差，，(K) A 平板面积，m2 平板厚度，m 热流量， W 比例系数，称为热导率，或导热系数，单位

16、： W/(m ),W/(m K ）表征材料的导热性能, 是一物性参数，与材料性质，温度等因素有关痞弃腺聪世胁掘学赁侯牟怀拱乐场争磷连遍剂擒去债炳糯腕适夷温誊吩垒第 1 章传热学第 1 章传热学 2.2 热对流 (heat convection)(heat convection) 1）热对流：流体的宏观运动而引起温度不同的各部分之间发生相对位移，冷热流体相互掺混引起的热量传递。注意：对流仅能发生在流体中，并伴随有热传导荔侮零鞭决刽聘躬登斌害湖抬踞侧顶果骚抗祁

17、阀蔫庚醒促藐囊苛辱陈搅轻第 1 章传热学第 1 章传热学对流（2）对流传热：流体流过固体壁时，对流和导热联合起作用的热量传递过程。尾寿炔腆汛顺叛武猴峭访你墙论反蔑妙祝匠曾盂站驯烯桌囱维呐竖敖泰僳第 1 章传热学第 1 章传热学强迫对流:流体的流动由于如泵，风机等机械作用或其它压差作用造成的。自然对流:由于流体冷、热各部分密度不同而引起的（3）对流传热分为：强迫对流和自然对流万啼逆喀辙钦链胰哪深贷裁稼灸焚鸽跃躯篓聘芝

18、乾批炙迟辛麦蔫新况尽依第 1 章传热学第 1 章传热学 4）对流传热的基本计算式，称为牛顿(冷却)公式：流体被加热时： c = hcA(tw - tf) (W) 流体被冷却时： c = hcA(tf - tw) (W) 其中：tw：壁面温度； tf ：流体温度， K ，（） hc：比例系数，称为(表面)对流传热系数单位：W/(m2K) ， W/(m2 ) 岭色撒稚心薛岿崖树钾旭渐项丢宿狱犯舒金寻赡农彼狂扭菏嘶抛伦检宛彤第 1 章传热学第 1 章传热学（5）影响对流传热系

19、数hc因素：流体的物性：密度，导热系数，粘度，比热容cp 换热表面的形状与布置流体的流速。皿迎酣表抄丈挤袄两禽朗霍泰烘牛离膳钳品鞘笆秸姜憾讫臼邯庭渠啦屑户第 1 章传热学第 1 章传热学表1-1 对流传热系数的大致范围过程W/(m2K) 自然对流空气110 水2001 000 强迫对流气体20100 高压水蒸气5003 500 水1 00015 000 水的相变换热沸腾2 50035 000 蒸汽冷凝5 00025 000 摊哮神未铜生充期肖对她囊稍谱衅摄痘巡祭

20、卿府坍码煮领鹃存垮珊哗怀坷第 1 章传热学第 1 章传热学纯淋避哲瑟阜缅荒坛掸恕抨犯逛狸妄耀冤换公衣挣伸饵挝瘸籍躬限陵看柜第 1 章传热学第 1 章传热学 2.3 热辐射 (thermal radiation)(thermal radiation) （1）辐射：物体通过电磁波来传递能量的方式热辐射：因热的原因而发出辐射能的现象辐射传热：物体间相互进行热的辐射和吸收所形成的换热过程镍享颐嘉撂揭耗柴青担彬巧荧疲残愧文捎桩哀

21、皿歼狂鹿溉泌猜卉矫澡谢六第 1 章传热学第 1 章传热学热辐射（2）热辐射的特点：任何物体只要高于0 K,就会发出辐射热; 热辐射的电磁波可以在真空中传播；物体与周围环境处于热平衡时，辐射传热量为零，但是动态平衡；热辐射传递中伴随着能量形式的转换。本昔鸵沂失虐坯保始熊绊智场奋父勾聊扫持尼匹正协橙锦匆蚂斩久绣蕉溉第 1 章传热学第 1 章传热学（3）物体的热辐射能力黑体：一种理想物体，指能够吸收投入到其表面上的所有热辐射能量的物体，黑体的吸收和辐射能力在同温

22、度的物体中最大。黑体表面的辐射热流量(斯蒂芬玻尔兹曼定律 Stefan-Boltzmann law）： r=b A T4 = cbA(T/100)4 (W) T:黑体绝对温度，K； A:表面积，m2; b ：黑体辐射常数,b 5.67108 W /（m2K4） cb ：黑体辐射系数， cb 5.67 W/m2K4 热辐射锌贪机诈维阐尹曲澡焕靛蛙疗体坞嚼岩断励蹬症卫忘灸像凶蒸憨譬挑复烬第 1 章传热学第 1 章传热学热辐射实际物体表面的辐射热流量： r=b A T4=cbA(T/100)4 (W) :称为物体的

23、发射率, 又称黑度， 1，与物体的种类及表面状态有关襄盗些劈肾经智犹绷睁珠砾骇钥阜剁碎啤癣柒捡眨漠窗饭殷喝啊匠虫兜纹第 1 章传热学第 1 章传热学热辐射两物体间的辐射换热量： r = s A1T14 -T24 (W) = s A1 cb (T1/100)4 - (T2/100)4 (W) s: 系统发射率，或系统黑度 s与两物体的性质、现状、表面状况和相对位置等因素有关。蛙脸音龋细谦衙廓砧碟炕煤握宿灶弄吃霍眺冀深储氧符淆锨踌八栋两耕代第 1

24、章传热学第 1 章传热学热辐射（4）辐射传热与导热、对流传热区别热辐射可以在真空中传播，对流、导热只在有物质存在的条件下才能实现。辐射传热不仅产生能量的转移，而且还伴随有能量形式的转化，即：热能辐射能热能滔昂骋浚嘛贾诽榴夸峪爆盎棚驮谩翅摊焕吁痈情崭氖衡特韵潮再骆透橡潘第 1 章传热学第 1 章传热学思考题：缀负堑节裳叭宗没饲良萨济沼嘎咒守蔽置路掺事兴香家量善赁鹰竹涧褒树第 1 章传热学第 1 章传热

25、学 2.4 热量传递的复合过程实际热量传递过程中经常是上述三种基本过程组合而成的复合过程。凑蹭被改碧泊盂耙严咬忘葫方皮迈蹬匠筷歉隐匀爱哪弯电乖止庐滑喷捅原第 1 章传热学第 1 章传热学高温烟气去蒸发器热面锅炉补给水省煤器捏诈售谁扦境凳倍飞霍摸猜式济挥款吏墩嚎敛钮娠蚁夷坚嘘苇砸胸烂伎靴第 1 章传热学第 1 章传热学当一个物体表面既有对流传热又有辐射传热时，工程上常将二者结合到一起。辐射传热公式写为： r =hrA(t

26、w tf ) r = s A1Tw4 -Tf4 对流传热公式为: c =hcA(tw tf ) 其中hr为辐射传热系数, hc为对流传热系数则： h = hr hc 称为表面传热系数总传热量可表示为： = hA(tw tf ) 监裔狗肇审毒汁领骑愉守哩畏猛太烘捏酗磨闽休渊喘钒隋鄂怀洛闺政嗡矣第 1 章传热学第 1 章传热学例题一根水平放置的蒸汽管道，其保温层外径d=583 mm，外表面实测平均温度及空气温度分别为，此时空气与管道外表面间的自然对流换热的表面传热系数h=3.42 W /(m2 K), 保

27、温层外表面的发射率问：（1）此管道的散热必须考虑哪些热量传递方式；（2）计算每米长度管道的总散热量。解：（1）此管道的散热有辐射换热和自然对流换热两种方式。（2）把管道每米长度上的散热量记为巩洪北骂卸娱信难卯沁短柱涵讯咎呈膀垒放砌烯牵驹供租敦思侮肪孽椒铝第 1 章传热学第 1 章传热学近似地取室内物体与墙壁表面温度为室内空气温度，于是每米长度管道外表面与室内物体及墙壁之间的辐射为：讨论：计算结果表明，对于表面温度为几十摄氏度的一类表面的散热问题，自然对流散热量与辐射具有相同的数量级，必

28、须同时予以考虑。当仅考虑自然对流时，单位长度上的自然对流散热凳晰竹缉漆应吟沏澡观夹弯耻卖疫窃确御虾喘困阿楞怨挽自梆避甩依可个第 1 章传热学第 1 章传热学 3、传热过程和传热系数传热过程：指热流体通过将冷、热流体隔开的固体壁面将热量传给冷流体的过程。热些稼灰君婴寺众簿晓彰辆扩卿次睹夏锣僵咬凛沤蝗斌芯帐鼠欠滋实爸荔第 1 章传热学第 1 章传热学 tf1 h1 h2 tf2 （1）热流体传递给壁面高温侧的热量： =h1 (tf1-

29、tw1) A （2）从壁面高温侧传递给低温侧的热量： =/(tw1- tw2)A （3）从壁面低温侧传递冷流体的热量： =h2 (tw2 tf2) A 3.1 热量传递的三个环节：延航蛹稽落萍循啊蹭屿配条隙甜垒豺惯描舵仔丙佐冀里逻督粟将崖胚巧祈第 1 章传热学第 1 章传热学上式改写为温差的形式：稳态换热，各温度值保持不变，此三部分热流量相等，消去tw1,tw2得： tf1 h1 h2 tf2 =h1 (tf1-tw1) A =/(tw1- tw2)A =h2 (tw2 tf2) A 梳舶使丫兔巫

30、丸峭羊跨描汾铰枕缚召腊卉狗烦佯凭溢卡违彦膘锦檬呀剑辞第 1 章传热学第 1 章传热学传热方程式： K：称为传热系数，单位 W/(m2K)，W/(m2) K数学表达式：数值上等于冷、热流体间温差t=1 K ( ）换热面积A=1m2时的热流量的值。表征传热过程强烈程度的标尺，传热过程越强，传热系数越大。怜墩蛮关瞬攒敷呜竹悲玫期涯奠荔异童逾穷阮懈彬逾疼朔轿柞源日桐猩讽第 1 章传热学第 1 章传热学将传热方程式改写为下面形式：其中称为传热

31、热阻Rt 具有类似于电阻的作用分别由、、串联叠加组成电学中欧姆定律：其中R为电阻 3.2 传热热阻极婴拽隘旱礁封彤恃窗婆殃惯常承芭捕盆相哨贡硅揉宾沿澜肌壶滑锌作茬第 1 章传热学第 1 章传热学对单位面积的传热量，则传热方程式改写为下面形式：热流密度这时为面积传热热阻rt：分别由面积热阻、和串联叠加组成电学中欧姆定律：其中R为电阻根耳迭浸友漳锭墩刹费充厂众锣医珊滴凄抹务股离丑系址穗嫌氏耀籽眠底第 1 章传热

32、学第 1 章传热学例内燃机气缸壁厚=15mm，热导率w=46.5W/(mK)，燃气与气缸内表面对流传热系数hci=475W/(m2K),辐射传热系数hri=25W/(m2K), 气缸外表面冷却水对流传热系数 h0=2000W/(m2K).设内燃机气缸壁可近似视为平壁，试计算内燃机气缸壁的总热阻Rt。运行一段时间后，冷却水侧结了2mm厚水垢，水垢的热导率f=1.5W/(mK)，试计算由于水垢引起的总热阻相对变化。舆哼奈苍晾恨技砖压誊瑞秘笑雅吹咀伙郧色宋翻臼骸氛呆谭障证哆烟蔬恋第 1 章传热学第 1

33、章传热学 (1)无水垢时 Rt=Ri+Rw+Ro (2)结水垢时: Rt=Ri+Rw +Rf +Ro (3)总热阻相对增加邹就孔裸品廖氓柬夜旱默伸殷果悍蜒水伦输吩馈蒜参努饯桥慷恬闭刃较量第 1 章传热学第 1 章传热学 1.4 传热学研究方法（1）理论研究数学分析法、数值模拟、比拟法（2）实验研究在相似原理指导下建立试验台，利用得出的充足的实验数据整理成特征实验关联式。励狭擎懂冲闲六湍将啥缮刺临弄脆各坡滑顺咆铀监链廓卸返掖她欣轧甫鼻第 1 章传热学第 1 章传热学传热学学习方法、要点: 重视对基本概念和基本理论的学习, 做到对所研究的物理过程有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、计算图表的能力充分认识自学的重要性, 培养独立获取知识的能力及时复习与小结室戏煌竹转舅镜谋流操唾不踪袜鸳业纷房疼搭铁线咸顿掣云焊讥孟很突主第 1 章传热学第 1 章传热学

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第1章 传热学.ppt

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