传热学单元PPT讲稿.ppt

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1、传热学单元3 3 3 3第1页，共53页，编辑于2022年，星期四参参 考考 书书uu 教材教材 传热学第四版，杨世铭、陶文铨传热学第四版，杨世铭、陶文铨uu传热学要点及解题，王秋旺传热学要点及解题，王秋旺第2页，共53页，编辑于2022年，星期四考考 核核 方方 法法uu期末考试期末考试:70%:70%uu平时成绩平时成绩:30%(:30%(包括：作业及出勤包括：作业及出勤)有以下情况者平时成绩为有以下情况者平时成绩为0pp作业两次不交作业两次不交pp抽查点名三次未到抽查点名三次未到第3页，共53页，编辑于2022年，星期四几点建议几点建议uu马马马马虎虎虎虎学学十十遍遍，不不如如认认真真学

2、学一一遍遍；着着重重理理解解物物理理过程机理过程机理。uu学习目的学习目的 掌握知识，增强能力；而不是为了考试学习掌握知识，增强能力；而不是为了考试学习如如果果我我们们将将学学过过的的东东西西忘忘得得一一干干二二净净时时，最最后后剩剩下下来的东西就是教育的本质了。来的东西就是教育的本质了。教育家教育家B.F.SkinnerB.F.Skinner自学能力自学能力自学能力自学能力第4页，共53页，编辑于2022年，星期四第一章第一章 绪绪 论论uu1-11-1传热学及其研究内容传热学及其研究内容uu1-21-2热量传递的三种基本方式热量传递的三种基本方式（导热（导热2 2、3 3、4 4；对流；对

3、流5 5、6 6、7 7；辐射；辐射8 8、9 9）uu1-31-3传热过程和传热系数传热过程和传热系数（1010）uu1-41-4传热学发展简史和研究方法传热学发展简史和研究方法第5页，共53页，编辑于2022年，星期四1.1.传热学（传热学（Heat TransferHeat Transfer）u研研究究热热量量传传递递的的规规律律以以及及控控制制和和优优化化热热量量传递过程的方法。传递过程的方法。1-1 1-1 传热学及其研究内容传热学及其研究内容由由于于温温差差几几乎乎无无处处不不在在，所所以以热热量量传传递递是是日日常常生活和生产实践中生活和生产实践中普遍存在普遍存在的物理现象。的物

4、理现象。热量传递过程的推动力：热量传递过程的推动力：温差温差第6页，共53页，编辑于2022年，星期四据统计，目前据统计，目前通过热能形式被利用的能量通过热能形式被利用的能量在在我国占总能源利用的我国占总能源利用的90%90%以上，世界其他各以上，世界其他各国平均也超过国平均也超过85%85%。热量热量即传递过程中的热能。即传递过程中的热能。第8页，共53页，编辑于2022年，星期四3 3 传热学与热力学的关系传热学与热力学的关系热力学传热学热工课程热力学传热学热工课程pp热力学研究热力学研究平衡状态平衡状态，无温差、压差；，无温差、压差；传热学则是传热学则是温差传热温差传热。pp热热力力学学

5、研研究究热热量量在在一一段段时时间间内内总总的的交交换换量量（J J）；传传热学着重于热学着重于单位时间的换热量（单位时间的换热量（W W）。pp热力学第一第二定律是进行传热学研究的基础。热力学第一第二定律是进行传热学研究的基础。第13页，共53页，编辑于2022年，星期四4 4 传热学在生产技术领域中广泛应用传热学在生产技术领域中广泛应用pp传统工业传统工业能源动力：能源动力：发电厂冷却塔、发电机组发电厂冷却塔、发电机组石油化工：石油化工：换热器、热力管道换热器、热力管道制冷空调：制冷空调：散热片、换热器散热片、换热器pp高新技术高新技术航空航天：航空航天：航天飞机表面材料要求绝热良好，航天

6、飞机表面材料要求绝热良好，飞机机翼防冰飞机机翼防冰电子器件：电子器件：电脑芯片散热电脑芯片散热医药卫生：医药卫生：组织与器官的冷冻保存组织与器官的冷冻保存第14页，共53页，编辑于2022年，星期四pp节能环保节能环保建筑环境：建筑环境：空心转、节能建筑空心转、节能建筑天气环境天气环境pp日常生活日常生活太阳能集热器太阳能集热器家用散热器家用散热器房间房间/汽车内环境模拟汽车内环境模拟第15页，共53页，编辑于2022年，星期四传热工程问题的类型：传热工程问题的类型：u强化传热强化传热 例如：暖气片例如：暖气片uu削弱传热削弱传热 例如：液氮、液氧低温容器例如：液氮、液氧低温容器uu温度控制温

7、度控制 例如：电子器件冷却、航天器例如：电子器件冷却、航天器第16页，共53页，编辑于2022年，星期四掌掌握握传传热热学学的的基基本本概概念念、基基本本理理论论与与基基本本分分析析计算和实验研究方法，计算和实验研究方法，为后续专业课及研究生课程的学习，为后续专业课及研究生课程的学习，为为今今后后研研究究、处处理理、解解决决实实际际的的传传热热工工 程程问题奠定必要的技术理论基础。问题奠定必要的技术理论基础。5 5 传热学课程学习的主要目的传热学课程学习的主要目的第17页，共53页，编辑于2022年，星期四6 6 传热学传热学研究方法研究方法uu实验研究方法实验研究方法uu理论研究方法理论研究

8、方法pp数学分析法：数学分析法：导热问题导热问题pp积分近似解法：积分近似解法：层流对流层流对流pp比拟法：比拟法：湍流对流湍流对流uu数值模拟：数值模拟：导热、对流、辐射、总传热过程导热、对流、辐射、总传热过程导热系数、对流换热关联式导热系数、对流换热关联式第18页，共53页，编辑于2022年，星期四1-21-2热量传递的三种基本方式热量传递的三种基本方式u热传导(导热)u热对流(对流)u热辐射第19页，共53页，编辑于2022年，星期四热传导热传导(heat conduction)1 1定定义义：物物体体各各部部分分之之间间不不发发生生相相对对位位移移时时，依依靠靠分分子子、原原子子及及自

9、自由由电电子子等等微微观观粒粒子子热热运运动动而而产产生生的的热热量量传传递。递。2 2特点：特点：uu物质的属性，可以在固体、液体、气体中发生物质的属性，可以在固体、液体、气体中发生uu物体之间无相对位移；物体之间无相对位移；uu物体间必须相互接触；物体间必须相互接触；uu没有能量形式的转化；没有能量形式的转化；第20页，共53页，编辑于2022年，星期四傅里叶定律傅里叶定律：热流量，单位时间通过给定面积的热量：热流量，单位时间通过给定面积的热量WWq q：热流密度，单位时间通过单位面积的热量：热流密度，单位时间通过单位面积的热量W/mW/m2 2 A A：垂直于导热方向的截面积：垂直于导热

10、方向的截面积mm2 2 负号：代表热量传递方向与温度升高方向相反负号：代表热量传递方向与温度升高方向相反通过平板的一维导热通过平板的一维导热通过平板的一维导热通过平板的一维导热第21页，共53页，编辑于2022年，星期四u表征材料导热性能优劣表征材料导热性能优劣u物性参数物性参数，与材料种类和温度有关。，与材料种类和温度有关。u大小由实验测定。大小由实验测定。导热系数导热系数-导热系数导热系数 单位：单位：W/(mW/(mK)K)例题例题1-11-1第23页，共53页，编辑于2022年，星期四热对流热对流(heat convection)1 1 对对流流：由由于于流流体体的的宏宏观观运运动动，

11、从从而而流流体体各各部部分分之之间间发发生生相相对对位位移移、冷冷热热流流体体相相互互掺掺混混而而引引起起的的热热量量传传递过程。递过程。对流换热：对流换热：流体流过物体表面时的热量传递过程流体流过物体表面时的热量传递过程2 2 对流换热的特点对流换热的特点uu有相对位移有相对位移uu一定伴有流体的导热一定伴有流体的导热uu没有能量形式的转换没有能量形式的转换uu流体和固体壁面相互接触流体和固体壁面相互接触第27页，共53页，编辑于2022年，星期四对流换热的分类对流换热的分类uu无相变对流换热无相变对流换热pp强制对流换热强制对流换热 流动靠泵、风机等驱动流动靠泵、风机等驱动pp自然对流换热

12、自然对流换热 流体各部分的密度不同流体各部分的密度不同 uu有相变对流换热有相变对流换热pp沸腾换热沸腾换热 液体在热表面上沸腾液体在热表面上沸腾pp凝结换热凝结换热 蒸气在冷表面上凝结蒸气在冷表面上凝结第28页，共53页，编辑于2022年，星期四对流换热的计算对流换热的计算牛顿冷却公式牛顿冷却公式h 表面传热系数表面传热系数A 与流体接触的壁面面积与流体接触的壁面面积 固体壁表面温度固体壁表面温度 流体温度流体温度其中：其中：第29页，共53页，编辑于2022年，星期四对流换热系数对流换热系数(表面换热系数表面换热系数)h)h（convection heat transfer coeffic

13、ient）定义式：定义式：uu过程量过程量uu大大小小取取决决于于流流体体的的物物性性、c cp p和和流流速速，换热表面的形状、大小、布置换热表面的形状、大小、布置uu研研究究对对流流换换热热的的基基本本任任务务：给给出出各各种种场场合合下下的的h h。第30页，共53页，编辑于2022年，星期四表表1-11-1表面传热系数的数值范围表面传热系数的数值范围h h水水hh空气，空气，h h强制强制hh自然自然，h h相变相变hh无相变无相变第31页，共53页，编辑于2022年，星期四热辐射热辐射（thermal radiation）1 1热热辐辐射射：由由热热运运动动产产生生的的，以以电电磁磁

14、波波形形式式传传递递能能量量的现象的现象 辐辐射射换换热热：自自然然界界中中各各物物体体不不停停地地向向空空间间发发出出热热辐辐射射，同同时时又又不不断断地地吸吸收收其其他他物物体体发发出出的的热热辐辐射射，其其综综合合结结果果就就造造成成了了以以辐辐射射方方式式进进行行的的热热量量传传递递即即辐射换热（辐射换热（radiative heat transfer）。）。第32页，共53页，编辑于2022年，星期四2 2 生活中的例子：生活中的例子：a a 当当你你靠靠近近火火的的时时候候，会会感感到到面面向向火火的的一一面面比比背面热；背面热；b b 冬天的夜晚，呆在有窗帘的屋子内会感到比冬天的

15、夜晚，呆在有窗帘的屋子内会感到比没有窗帘时要舒服；没有窗帘时要舒服；c c 北北方方，深深秋秋或或初初冬冬季季节节清清晨晨，树树叶叶总总是是朝朝向向天空的一侧结霜。天空的一侧结霜。热辐射热辐射（Thermal radiation）第33页，共53页，编辑于2022年，星期四辐射换热特点uu不需要直接接触，热辐射可在真空中传递；不需要直接接触，热辐射可在真空中传递；uu有能量形式的转化：有能量形式的转化：热能热能 辐射能辐射能 热能热能uu温温度度高高于于0 0 K K，就就会会不不停停地地向向周周围围空空间间发发出出热热辐射辐射 辐射无时无处不在辐射无时无处不在发射发射吸收吸收注注当当物物体体

16、与与周周围围环环境境处处于于热热平平衡衡时时，辐辐射射换换热热量量为为零零，但但这这是是动动态态平平衡衡，辐辐射射与与吸吸收收过程仍在进行过程仍在进行第34页，共53页，编辑于2022年，星期四辐射换热的计算辐射换热的计算研究方法：研究方法：假设一种假设一种黑体黑体，它只关心热辐射的，它只关心热辐射的共性规律，忽略其他因素；然后，真实物体的共性规律，忽略其他因素；然后，真实物体的辐射则与辐射则与黑体黑体进行比较和修正，通过实验获得进行比较和修正，通过实验获得修正系数修正系数，从而获得真实物体的热辐射规律。，从而获得真实物体的热辐射规律。黑黑体体：能能吸吸收收投投入入到到其其表表面面上上的的所所

17、有有热热辐辐射射能的物体能的物体第35页，共53页，编辑于2022年，星期四辐射热的计算辐射热的计算黑体的辐射热量：黑体的辐射热量：真实物体：真实物体：其中：其中：T T热力学温度，热力学温度，K KA A辐射表面积，辐射表面积，m m2 2黑体辐射常数，黑体辐射常数，5.67105.6710-8-8 W/(mW/(m2 2K K4 4)物体的发射率，物体的发射率，11 指指的的是是物物体体向向外辐射的热流量外辐射的热流量注注第36页，共53页，编辑于2022年，星期四 例如：两块非常接近的平行黑体表面间的辐射换热例如：两块非常接近的平行黑体表面间的辐射换热辐射换热的计算辐射换热的计算收支总帐

18、：收支总帐：投到物体上的辐射热量的投到物体上的辐射热量的吸收吸收过程过程 及物体自身及物体自身向外辐射向外辐射的热量的热量 第37页，共53页，编辑于2022年，星期四第38页，共53页，编辑于2022年，星期四2008-8-242008-8-242008-8-242008-8-241 1 1 1?分析暖气片的热量传递方式分析暖气片的热量传递方式分析白炽灯泡向环境空间散热过程分析白炽灯泡向环境空间散热过程管内侧强制对流换热、管内侧强制对流换热、管壁导热、管壁导热、外侧自然对流换热、辐射换热外侧自然对流换热、辐射换热自然对流换热、辐射换热自然对流换热、辐射换热第40页，共53页，编辑于2022年

19、，星期四2008-8-242008-8-242008-8-242008-8-241 1 1 1上节内容回顾上节内容回顾uu传热学传热学uu热量传递的三种基本方式热量传递的三种基本方式pp导热导热pp对流与对流换热对流与对流换热pp辐射与辐射换热辐射与辐射换热概念概念特点特点基本计算基本计算第41页，共53页，编辑于2022年，星期四u热传导、热对流和热辐射三种热量传递基本方式热传导、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；往往不是单独出现的；u分析传热问题时首先应该弄清有哪些传热方式在分析传热问题时首先应该弄清有哪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起作用，然后

20、再按照每一种传热方式的规律进行计算；计算；u如果某一种传热方式与其他传热方式相比较作用非如果某一种传热方式与其他传热方式相比较作用非常小，往往可以忽略。常小，往往可以忽略。注意：注意：第42页，共53页，编辑于2022年，星期四1-3 1-3 传热过程和传热系数传热过程和传热系数辐射换热辐射换热对流换热对流换热热传导热传导 墙壁的散热墙壁的散热热量由壁面一侧的流体通过壁面传到另一侧流热量由壁面一侧的流体通过壁面传到另一侧流体中去的过程。体中去的过程。传热过程：传热过程：传热过程包括串联的三个环节：传热过程包括串联的三个环节：第43页，共53页，编辑于2022年，星期四传热过程计算：传热过程计算

21、：一维平壁稳态传热过程一维平壁稳态传热过程三个环节热流量相等三个环节热流量相等第44页，共53页，编辑于2022年，星期四传热系数传热系数称为称为传热系数传热系数，w/mw/m2 2k kuuk k是表征传热过程强烈程度的标尺，是表征传热过程强烈程度的标尺，与过程有关，与过程有关，不是物性参数不是物性参数注注uu复合换热表面传热系数复合换热表面传热系数第45页，共53页，编辑于2022年，星期四 k k 越大，传热越好。越大，传热越好。若要增大若要增大 k k，可增大，可增大h h1 1、h h2 2、或减小或减小。uh h1 1、h h2 2的计算方法的计算方法及及增加增加k k值的措施值的

22、措施是本课程的是本课程的重要内容重要内容传热系数传热系数第46页，共53页，编辑于2022年，星期四热阻热阻类比类比称为传热过程热阻称为传热过程热阻称为对流换热热阻称为对流换热热阻称为导热热阻称为导热热阻第47页，共53页，编辑于2022年，星期四一维稳态传热过程的热阻分析左侧对流换热热阻左侧对流换热热阻右侧对流换热热阻右侧对流换热热阻固体的导热热阻固体的导热热阻热阻图热阻图热阻图热阻图第48页，共53页，编辑于2022年，星期四传热过程传递的热量为：传热过程传递的热量为：传热系数为：传热系数为：热阻图热阻图热阻图热阻图第49页，共53页，编辑于2022年，星期四例例 题题 1-4 1-4解：

23、解：三个环节的单位面积热阻：三个环节的单位面积热阻：m m2 2K/WK/Wm m2 2K/WK/Wm m2 2K/WK/W第50页，共53页，编辑于2022年，星期四例例 题题 1-4 1-4冷凝器的总传热系数为冷凝器的总传热系数为W/mW/m2 2KK讨论：讨论：氟氟里里昂昂蒸蒸气气侧侧的的热热阻阻在在总总热热阻阻中中占占主主要要地地位位，要要增增强强冷冷凝凝器器的的传传热热应应先先从从这这一一环环节节入入手手，设设法法降降低低此此环环节节的的热热阻值。阻值。第51页，共53页，编辑于2022年，星期四作业：作业：1-10，1-12，1-18，1-21，1-32第52页，共53页，编辑于2022年，星期四第一章第一章 完完End of Chapter One第53页，共53页，编辑于2022年，星期四