传热学课件讲义.ppt

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1、传热学天津工业大学建筑系主讲人：李新禹第一章导热理论基础绪论§１基本概念和傅里叶定律§２导热系数§3导热微分方程式§４导热过程的单值性条件绪论一、传热学的研究内容热量传递的具体方式、传热速率大小及其影响因素。⑴传热的三种基本方式及各自的规律；⑵工程中实际传热过程的规律；⑶提出控制传热（强化传热和削弱传热）的基本方法。工程热力学从理论上分析热力系统的状态、能量传递和迁移的多少以及系统的变化方向与性能的好坏。但是，能量是以何种方式传递和迁移？传递和迁移的速率如何？以及能量状态随时间和空间的分布如何？

2、热力学都没有给予回答。在研究热量传递方面，传热学注重传热速率及其影响因素的研究。其中引入了时间的概念，强调热量传递是需要时间的。控制传热是学习和研究传热学的最终目的。传热速率用热流量Φ（W）和热流密度q（）描述，且Φ=qA，A为传热面积。应注意将热流量Φ与热力学中的热量Q区别开来，后者的单位是J。二、传热学的研究方法传热学的研究方法主要有：理论分析方法；实验研究方法；比拟(类比)方法；数值计算方法理论分析方法将所研究问题的基本物理特征和具体规律用一个理想化的数学模型表述出来，并选择适当的数学方法

3、进行求解。常用的数学解析方法一般可分为精确解法(即直接求解常微分方程或者偏微分方程)和积分方程近似解法两大类。实验研究方法由于传热现象的复杂性，有相当多的工程问题尚无法用上述理论解析法求得结果。所以，迄今为止实验仍是解决众多工程传热问题不可缺少的重要手段。传热过程中的变量，即影响因素很多，相互间的关系错综复杂，因此做实验必须在正确的理论指导下进行，这个理论就是“相似理论”。比拟(类比)方法两类不同的物理现象有时可以用相同的微分方程来描述，如果边界条件也一样，那么它们必定有相同的解。根据这个原理可

4、以用电阻网络模拟导热的热阻网络；在对流换热中可以用动量传递模拟热量传递；而在辐射换热中亦采用一种特殊的电路分析方法帮助求解。数值计算方法利用计算机的高速运算能力和日益丰富的软件，可以帮助我们分析并求解很多过去无法解出的微分方程。近20年来，数值计算方法已经越来越成为上述各种传统方法的有力补充。三、热量传递的三种基本方式热量传递共有三种基本方式：热传导（HeatConduction）；热对流（HeatConvection）；热辐射（HeatRadiation）⒈导热是指一个物体各部分之间或各物体之

5、间存在温差且无相对宏观运动时发生的热量传递现象。导热是物质的固有本质，无论是气体、液体还是固体，都具有导热的本领。基本规律：傅里叶公式（仅限于无限大平壁）影响因素：导热系数、温差、几何因素。导热系数λ是一物性参数，其单位为W/m.K；它取决于物质的热力状态，如压力、温度等。⒉热对流与对流换热热对流指流体中温度不同的各部分物质在空间发生宏观相对运动引起的热量传递现象。热对流通常不能以独立的方式传递热量，它必然伴随着热传导。对流换热是流体流过固体壁面且由于其与壁面间存在温差时的热量传递现象，它与流体

6、的流动机理密不可分；同时，由于导热也是物质的固有本质，因而对流换热是流体的宏观热运动(热对流)与流体的微观热运动(导热)联合作用的结果。基本规律：牛顿冷却公式或其中A为换热面积，必须是流体与壁面间相互接触的、与热量传递方向相垂直的面积。影响因素：流体热物性（如导热系数、粘度等）、流体流态和流速、温差、几何因素等等。对流换热的表面传热系数h为一过程量，而不像导热系数λ那样是物性参数。⒊热辐射当物质微观粒子(原子)内部的电子受激和振动时，将产生交替变化的电场和磁场，所发出电磁波向空间传播，即为热辐射

7、。从物理本质上讲，热辐射(thermalradiation)和其他所有各种辐射一样，都是电磁波。它们之间的内在区别是导致发射电磁波的激励方式不同，而外在表现是发射的波长不一样，以及吸收该电磁波之后所引起的效应不同。热辐射的特点与导热及对流有着显著的不同之处。基本规律：黑体辐射的斯蒂藩—玻耳兹曼定律。它是一个黑体表面向外界发射的辐射热量，而不是一个表面与外界之间以辐射方式交换的热量。影响因素：物体表面辐射力、表面状况、表面空间相对位置。四、传热过程与传热系数传热过程是热量在被壁面隔开的两种流体之间

8、热量传递的过程。基本规律（平壁传热过程）传热系数K是表征传热过程强弱的物理量。既然对流换热表面传热系数h是过程量，它常作为传热过程的一个环节，因而传热系数也是过程量。传热过程广泛存在于各种实际换热装置中。在稳态过程中，通过每一换热环节所传递的热量都是相等的，从原则上讲根据每—环节的换热方式均可计算传递的热量，但在采用傅里叶定律及牛顿冷却公式计算时，式中均含有壁面温度。而工程实际中壁温的测量难度比流体温度的测量难度大。而在传热方程中只需已知冷、热流体的温度。三种热量传递方式并不是单独出现，在传热过