传热学第1章32学时.ppt

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1、传热学Heat Transfer徐国强徐国强82317402Guoqiang_第一章 绪论传热学研究的对象传热学研究的对象(Object)？为什么要学习传热学为什么要学习传热学(Why)？如何学好传热学如何学好传热学(How)？传热学的研究方法传热学的研究方法(Research methods)？传热学的历史、发展方向传热学的历史、发展方向(History and Trends)？本课程的要求本课程的要求(Requirements)？传热学传热学传热学的基本内容传热学的基本内容(Contents)？传热学研究的对象传热学研究的对象(Object)？为什么要学习传热学为什么要学习传热学(Why)

2、？如何学好传热学如何学好传热学(How)？传热学的研究方法传热学的研究方法(Research methods)？传热学的历史、发展方向传热学的历史、发展方向(History and Trends)？本课程的要求本课程的要求(Requirements)？传热学传热学传热学的基本内容传热学的基本内容(Contents)？1.1 传热学研究的对象传热学研究的对象(Object)？传热学传热学传热学传热学研究由温差引起热量转研究由温差引起热量转研究由温差引起热量转研究由温差引起热量转 移规律的科学。移规律的科学。移规律的科学。移规律的科学。自然界温差无处不在、无处不有。自然界温差无处不在、无处不有。自

3、然界温差无处不在、无处不有。自然界温差无处不在、无处不有。1.1 传热学研究的对象传热学研究的对象(Object)？传热学和热力学的关系传热学和热力学的关系传热学和热力学的关系传热学和热力学的关系1 1、相同点、相同点、相同点、相同点热热热热量量量量传传传传递递递递始始始始终终终终是是是是从从从从高高高高温温温温物物物物体体体体向向向向低低低低温温温温物物物物体体体体传传传传递递递递；在在在在热热热热量量量量传传传传递递递递过过过过程程程程中中中中若若若若无无无无能能能能量量量量形形形形式式式式的的的的转转转转换换换换，则则则则热热热热量量量量始始始始终保持守恒。终保持守恒。终保持守恒。终保持

4、守恒。传热学以热力学第一定律和第二定律为基础传热学以热力学第一定律和第二定律为基础传热学以热力学第一定律和第二定律为基础传热学以热力学第一定律和第二定律为基础。1.1 传热学研究的对象传热学研究的对象(Object)？传热学和热力学的关系传热学和热力学的关系传热学和热力学的关系传热学和热力学的关系2 2、不同点、不同点、不同点、不同点 热力学：热力学：热力学：热力学：不考虑热量传递过程的时间。不考虑热量传递过程的时间。不考虑热量传递过程的时间。不考虑热量传递过程的时间。传热学：传热学：传热学：传热学：时间是重要参数。时间是重要参数。时间是重要参数。时间是重要参数。A A）研究对象的不同）研究对

5、象的不同）研究对象的不同）研究对象的不同 热力学：热力学：热力学：热力学：热能的性质、热能与机械能及其他热能的性质、热能与机械能及其他热能的性质、热能与机械能及其他热能的性质、热能与机械能及其他 形式能量之间相互转换的规律。形式能量之间相互转换的规律。形式能量之间相互转换的规律。形式能量之间相互转换的规律。传热学：传热学：传热学：传热学：热量传递过程的规律。热量传递过程的规律。热量传递过程的规律。热量传递过程的规律。b b）时间）时间）时间）时间 C C）热力学：热力学：热力学：热力学：研究平衡态研究平衡态研究平衡态研究平衡态 传热学：传热学：传热学：传热学：研究过程和非平衡态研究过程和非平衡

6、态研究过程和非平衡态研究过程和非平衡态1.1 传热学研究的对象传热学研究的对象(Object)？工程热力学研究的是最终状态、不工程热力学研究的是最终状态、不工程热力学研究的是最终状态、不工程热力学研究的是最终状态、不涉及速率和设备尺寸；而传热学引涉及速率和设备尺寸；而传热学引涉及速率和设备尺寸；而传热学引涉及速率和设备尺寸；而传热学引入了时间和设备尺寸。入了时间和设备尺寸。入了时间和设备尺寸。入了时间和设备尺寸。50030热力学：热力学：热力学：热力学：t tmm,Q Q传热学：过程的速率传热学：过程的速率传热学：过程的速率传热学：过程的速率传热学研究的对象传热学研究的对象(Object)？为

7、什么要学习传热学为什么要学习传热学(Why)？如何学好传热学如何学好传热学(How)？传热学的研究方法传热学的研究方法(Research methods)？传热学的历史、发展方向传热学的历史、发展方向(History and Trends)？本课程的要求本课程的要求(Requirements)？传热学传热学传热学的基本内容传热学的基本内容(Contents)？1.2 为什么要学习传热学为什么要学习传热学(Why)？研究传热的应用研究传热的应用研究传热的应用研究传热的应用食品食品造纸造纸纺织纺织空气调节空气调节传热学传热学(Heat Transfer)医疗医疗航空航天航空航天建筑建筑化工化工机械

8、机械能源能源电子电子交通交通1.2 为什么要学习传热学为什么要学习传热学(Why)？研究传热的应用研究传热的应用研究传热的应用研究传热的应用1.2 为什么要学习传热学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、传热学是能源、动力、化工、航空航天、机械、传热学是能源、动力、化工、航空航天、机械、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。电子、土木等学科的技术基础课。电子、土木等学科的技术基础课。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传热学与工程热力学、流体力学和燃烧学是动力传热学与工程热力学、流体力学和燃

9、烧学是动力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。工程及工程热物理学科的主要技术基础课。工程及工程热物理学科的主要技术基础课。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为什么要学习传热学(Why)？工程传热问题可分为两种类型工程传热问题可分为两种类型b b 确定温度场确定温度场确定温度场确定温度场a a 计算传热量计算传热量计算传热量计算传热量传热学研究的对象传热学研究的对象(Object)？为什么要学习传热学为什么要学习传热学(Why)？如何学好传热学如何学好传热学(How)？传热学的研究方法传热学的研究方法(Research m

10、ethods)？传热学的历史、发展方向传热学的历史、发展方向(History and Trends)？本课程的要求本课程的要求(Requirements)？传热学传热学传热学的基本内容传热学的基本内容(Contents)？1.3 如何学好传热学如何学好传热学(How)？传热学课程的特点：传热学课程的特点：理论严谨、工程性很强。理论严谨、工程性很强。专业基础课。专业基础课。是联系基础课与专业课的纽带。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。三大守恒定律是贯穿全书的主线。1.3 如何学好传热学如何学好传热学(How)？传热学课程的学习方法：传热学课程的学习方法：抓住主线，注意各内

11、容是如何围绕主线展开的。抓住主线，注意各内容是如何围绕主线展开的。重视基本概念和基本理论重视基本概念和基本理论,做到对所研究的物理做到对所研究的物理 过程有较为深刻的理解。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，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，理论与实践相结合加强工程实际训练，理论与实践相结合,培养工程培养工程 分析能力和灵活应用经验公式、计算图表的能力。分析能力和灵活应用经验公式、计算图表的能力。传热学研究的对象传热学研究的对象(Object)？为什么要学习传

12、热学为什么要学习传热学(Why)？如何学好传热学如何学好传热学(How)？传热学的研究方法传热学的研究方法(Research methods)？传热学的历史、发展方向传热学的历史、发展方向(History and Trends)？本课程的要求本课程的要求(Requirements)？传热学传热学传热学的基本内容传热学的基本内容(Contents)？1.4 本课程的要求本课程的要求 (Requirements)？象计算机基础、力学基础、电工基础等一样，热力学、象计算机基础、力学基础、电工基础等一样，热力学、象计算机基础、力学基础、电工基础等一样，热力学、象计算机基础、力学基础、电工基础等一样，热

13、力学、传热学等热工基础是现代工程技术人才必备的基础，是传热学等热工基础是现代工程技术人才必备的基础，是传热学等热工基础是现代工程技术人才必备的基础，是传热学等热工基础是现代工程技术人才必备的基础，是21212121世纪工科各类专业人才工程素质的重要组成部分。世纪工科各类专业人才工程素质的重要组成部分。世纪工科各类专业人才工程素质的重要组成部分。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传热学在人才培养中的地位与作用1.4 本课程的要求本课程的要求 (Requirements)？通过通过通过通过 a a a a 对传热对传热对传热对传热机理机理机理机理的学习的学习

14、的学习的学习 b b b b 传热传热传热传热关系式关系式关系式关系式的推导的推导的推导的推导 c c c c 传热传热传热传热速率速率速率速率的计算的计算的计算的计算达到达到达到达到 a a a a 掌握热量传递规律的基本掌握热量传递规律的基本掌握热量传递规律的基本掌握热量传递规律的基本知识知识知识知识 b b b b 具备具备具备具备分析分析分析分析工程传热问题的基本工程传热问题的基本工程传热问题的基本工程传热问题的基本能力能力能力能力 c c c c 掌握掌握掌握掌握计算计算计算计算工程传热问题的基本工程传热问题的基本工程传热问题的基本工程传热问题的基本方法方法方法方法要求要求1.4 本

15、课程的要求本课程的要求 (Requirements)？要求要求 一部分同学能够在一部分同学能够在国民经济主战场及国防国民经济主战场及国防建设上学以致用，解决建设上学以致用，解决工程实际问题工程实际问题。一部分同学在本课程的一部分同学在本课程的基础上能继续向本学科的未基础上能继续向本学科的未知领域进军。知领域进军。1.4 本课程的要求本课程的要求 (Requirements)？参考书参考书1 1、曹玉璋、曹玉璋 编，编，传热学，北京航空航天大学出版社。传热学，北京航空航天大学出版社。2 2、杨世铭、陶文铨编著，传热学，第三版，、杨世铭、陶文铨编著，传热学，第三版，高等教育出版社。高等教育出版社。

16、3、John H.Lienhard IV/John H.Lienhard V,A Heat Transfer Textbook,3rd Edition http:/web.mit.edu/lienhard/www/ahtt.html1.4 本课程的要求本课程的要求 (Requirements)？网站网站:202.112.134.131.4 本课程的要求本课程的要求 (Requirements)？考核考核:平时平时15%,包括作业及课堂随机抽查！包括作业及课堂随机抽查！期末期末85%随机点名抽查，累计随机点名抽查，累计3次不到课者取消考次不到课者取消考 试资格试资格传热学研究的对象传热学研究的对

17、象(Object)？为什么要学习传热学为什么要学习传热学(Why)？如何学好传热学如何学好传热学(How)？传热学的研究方法传热学的研究方法(Research methods)？传热学的历史、发展方向传热学的历史、发展方向(History and Trends)？本课程的要求本课程的要求(Requirements)？传热学传热学传热学的基本内容传热学的基本内容(Contents)？1.4 传热学的研究方法传热学的研究方法(Research methods)？理论分析理论分析实验研究实验研究数值计算数值计算1.4 传热学的研究方法传热学的研究方法(Research methods)？理论分析理论

18、分析1.4 传热学的研究方法传热学的研究方法(Research methods)？实验研究实验研究1.4 传热学的研究方法传热学的研究方法(Research methods)？数值计算数值计算传热学研究的对象传热学研究的对象(Object)？为什么要学习传热学为什么要学习传热学(Why)？如何学好传热学如何学好传热学(How)？传热学的研究方法传热学的研究方法(Research methods)？传热学的历史、发展方向传热学的历史、发展方向(History and Trends)？本课程的要求本课程的要求(Requirements)？传热学传热学传热学的基本内容传热学的基本内容(Content

19、s)？1.5 传热学的基本内容传热学的基本内容(Contents)热量传递的三种基本形式热量传递的三种基本形式3 3There There are are threethree basic basic ways ways that that heatheat may may be be transferred transferred between between substances substances at at different different temperaturestemperatures：ConductionConduction ConvectionConvection R

20、adiation.Radiation.1.5 传热学的基本内容传热学的基本内容(Contents)(1)导热导热(Heat Conduction)定义定义定义定义：热量从物体中温度较高的部分传到温度较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。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 t

21、emperature body to a low temperature body in physical contact.1.5 传热学的基本内容传热学的基本内容(Contents)(1)导热导热(Heat Conduction)定义定义定义定义：热量从物体中温度较高的部分传到温度较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。接触的温度较低的物体。高温物体高温物体低温物体低温物体高温区高温区低温区低温区1.5 传热学的基本内容传热学的基本内容(Contents)特点特点：物体各部分间无宏观相对位移物体各部分

22、间无宏观相对位移;热量在传递过程中无能量形式的变化。热量在传递过程中无能量形式的变化。(1)导热导热(Heat Conduction)1.5 传热学的基本内容传热学的基本内容(Contents)计算公式：计算公式：(1)导热导热(Heat Conduction)F Ft1t2d dA Al l为导热系数为导热系数，W/(m.oC)W/(m.K)1.5 传热学的基本内容传热学的基本内容(Contents)(2)热对流热对流(Convection)定义定义定义定义：在流体中温度不同的各部分之间发生相对在流体中温度不同的各部分之间发生相对位移时所引起的热量传递。位移时所引起的热量传递。Convect

23、ion is the flow of heat from a hot region to a cool region through a bulk,macroscopic movement of fluid.1.5 传热学的基本内容传热学的基本内容(Contents)(2)热对流热对流(Convection)特点特点特点特点：流体各部分间发生宏观相对位移；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；热量在传递过程中无能量形式的变化；只能发生在流体中；只能发生在流体中；必然拌有导热现象。必然拌有导热现象。1.5 传热学的基本内容传热学的基本内容(Contents)对流换热：对

24、流换热：(2)热对流热对流(Convection)流体流过固体壁面时的热量交换。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 temperature difference between the fluid and the solid.对对流流换换热热与与热热对对流流不不同同，对对流流换换热热既既有有热热对对流流，也也有有导导热热；不不是是基基本本传传热方式热方式1.5 传热学的基本内容传热学的基本内容(Contents)(2)热对流热对流(Convection)对流换热对流换热：对流换热的分

25、类对流换热的分类：自然对流自然对流相变换热相变换热 强迫对流强迫对流流体流过固体壁面时的热量交换。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 temperature difference between the fluid and the solid.1.5 传热学的基本内容传热学的基本内容(Contents)(2)热对流热对流(Convection)对流换热的计算公式：对流换热的计算公式：twtfA1.5 传热学的基本内容传热学的基本内容(Contents)(3)热辐射热辐射(Termal

26、 Radiation)辐射辐射：物体通过电磁波来传递能量的过程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 传热学的基本内容传热学的基本内容(Contents)(3)热辐射热辐射(Termal Radiation)热辐射：热辐射：由于热的原因而产生的辐射，物体由于热的原因而产生的辐射，物体将内能将内能转变为电磁波转变为电磁波，或者物体吸，或者物体吸收电磁波而变为内能。收电磁波而变为内能。T0K1.5 传热学的基本内容传热学的基本内容(Con

27、tents)(3)热辐射热辐射(Termal Radiation)特点：特点：能量可在真空中传播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。热量在传递过程中发生形式上的变化。计算公式：计算公式：1.5 传热学的基本内容传热学的基本内容(Contents)1.5 传热学的基本内容传热学的基本内容(Contents)t1,h1高温流体高温流体对流换热对流换热t2,h2低温流体低温流体对流换热对流换热导导热热 1.5 传热学的基本内容传热学的基本内容(Contents)(4)(4)传热过程传热过程(Heat Transfer Process)计算公式：计算公式：k 传热系数传热系数 W/(

28、m2 K)，描述了传热过程热量传递能力的大小描述了传热过程热量传递能力的大小1.5 传热学的基本内容传热学的基本内容(Contents)(5)(5)热流与热阻热流与热阻 Heat flow rate and Thermal Resistance热流热流F F 单位时间所传递的热量（单位时间所传递的热量（W）。）。热流密度热流密度q单位时间、单位面积所传递单位时间、单位面积所传递 的热量（的热量（W/m2）。）。Heat flow rate F F-The heat transferred per unit time.Heat flux q-The heat transferred per un

29、it area and per unit time1.5 传热学的基本内容传热学的基本内容(Contents)在特定的条件下可以串联也可以并联在特定的条件下可以串联也可以并联总总面面积积热热阻阻：单位面积热阻：单位面积热阻：(5)(5)热流与热阻热流与热阻Heat flow rate and Thermal Resistance1.5 传热学的基本内容传热学的基本内容(Contents)(5)(5)热流与热阻热流与热阻Heat flow rate and Thermal Resistance传热学的发展历史传热学的发展历史 传热学是在传热学是在1818世纪世纪3030年代英国工业革命促进生年代

30、英国工业革命促进生产力发展的大背景下成长起来的，作为学科则形成产力发展的大背景下成长起来的，作为学科则形成于于1919世纪。世纪。1.6 传热学的历史、发展方向传热学的历史、发展方向 (History and Trends)？1.6 传热学的历史、发展方向传热学的历史、发展方向 (History and Trends)？传热学的发展历史传热学的发展历史 对对导导热热做做出出突突出出贡贡献献的的科科学学家家主主要要有有傅傅立立叶叶(J.B.J.Fourier)(J.B.J.Fourier)、毕毕渥渥 (J.B.BiotJ.B.Biot)。18041804年年毕毕渥渥根根据据实实验验提提出出了了导

31、导热热比比例例系系数数的的概概念念，傅傅立立叶叶在在实实验验研研究究的的同同时时，十十分分重重视视数数学学工工具具的的运运用用，18071807年年他他提提出出求求解解偏偏微微分分方方程程的的分分离离变变量量法法和和可可以以将将解解表表示示成成一一系系列列任任意意函函数数的的概概念念，18221822年年他他发发表表了了著著名名论论著著“热热的的解解析析理理论论”，描描述述导导热热的的定定律律就就是是以以他他的的名名字字命命名名的的，奠奠定定了了导导热热的的理理论论基基础础。傅立叶被公认为导热理论的奠基人傅立叶被公认为导热理论的奠基人.Jean Baptiste BiotJ.B.J.Fouri

32、erJ.B.J.Fourier导热导热传热学的发展历史传热学的发展历史1823年年M.Navier提出了不可压流体流动方程。提出了不可压流体流动方程。1845年年G.G.Stokes进行了改进，完成了建立进行了改进，完成了建立流体流动基本方程的任务。流体流动基本方程的任务。1880年年O.Reynolds将流动分为层流和湍流。将流动分为层流和湍流。1909年和年和1915年年W.Nusselt获得了对流换热获得了对流换热中有关无量纲准则数之间的原则关系。中有关无量纲准则数之间的原则关系。1904年年L.Prandtl提出了边界层的概念提出了边界层的概念。对流换热对流换热Claude Louis

33、 Marie Henri Navier George Gabriel Stokes Osborne Reynolds1842-1912 English engineer Wilhelm Nuesslt1882-1957 German engineerLudwig Prandtl1875-1953 German,physicist 1.6 传热学的历史、发展方向传热学的历史、发展方向 (History and Trends)？传热学的发展历史传热学的发展历史1889年年O.lummer等等测定了黑体辐射光谱能量分布的实验数据。测定了黑体辐射光谱能量分布的实验数据。19世纪末世纪末J.Stefan

34、根据实验数据确立了黑体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。辐射力正比绝对温度的四次方规律。后来后来L.Boltzmann从理论上证实了上述定律。从理论上证实了上述定律。1896年年Wien位移定律。位移定律。19世纪末世纪末L.Rayleigh-J.H.Jeans公式。公式。辐射换热辐射换热1.6 传热学的历史、发展方向传热学的历史、发展方向 (History and Trends)？1900年年M.Planck定律。定律。JOSEF STEFAN1835-1893 Austrian physicist Ludwig Boltzmann 1844-1906 Italy phy

35、sicist Wilhelm Wien 1864-1928 Germany physicist Lord Rayleigh 1842-1919 England physicist Max Planck 1858-1947 Germany physicist 1.6 传热学的历史、发展方向传热学的历史、发展方向 (History and Trends)？传热学的发展方向传热学的发展方向传统工业传统工业 能源、动力、冶金、石油、环境等是传热学诞生的地能源、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方，仍将继续发挥其重要作用1.6 传热学的历史、发展方向传热学的历史、发展方向

36、 (History and Trends)？传热学的发展方向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。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。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。电子设备的冷却。高温、高热流密度传热。高温、高热流密度传热。微尺度传热。微尺度传热。生命科学领域。生命科学领域。高新技术高新技术新能源。新能源。总结：总结：1、传热学的研究对象、传热学的研究对象2、热量传递的、热量传递的三种三种基本方式及传热过程基本方式及传热过程3、热流及热阻、热流及热阻要求：要求：1、掌握热量传递、掌握热量传递三种

37、三种基本方式的概念及三个基本方式的概念及三个 计算公式计算公式2、掌握导热系数、表面传热系数、传热系数、掌握导热系数、表面传热系数、传热系数 的物理意义及单位。的物理意义及单位。3、掌握传热过程的概念及计算公式。、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。、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微风微风冷冷空空气气下下降降高压区高压区热热空空气气上上升升低压区低压区自然对流示例自然对流示例微风微风冷冷空空气气下下降降高压区高压区热热空空气气上上升升低压区低压区自然对流示例自然对流示例自自然然对对流流强强迫迫对对流流强迫对流示例强迫对流示例