传热学1单元课件.ppt

第一章 绪 论 §1-1传热学及其研究内容 §1-2热量传递的三种基本方式 （导热2、3、4；对流5、6、7；辐射8、9） §1-3传热过程和传热系数（10） §1-4传热学发展简史和研究方法 2 传热学学科的建立 1784年，英国人瓦特发明蒸汽机实现了热能向机械能的能量转换，开创了热能间接利用的新纪元，导致第一次工业革命 相继出现内燃机、燃气轮机、蒸汽轮机从而出现了汽车、飞机、大型火力发电设备。 随着热能与机械能转换理论研究的深入，各种制冷设备相继出现和完善 人们对热的本质、热能与机械能转换基本规律及工质热力性质的深入研究和探讨导致了涉及热能间接利用的工程热力学的出现、发展、完善。 在人们探讨提高热机功率和效率的研究中，发现阻碍其提高的原因之一是：传热过程引起的热损失或传热效果不良。 工程技术的其他领域也广泛存在热量传递引起的问题：强化/削弱传热，对热量传递/温度进行控制。 3 传热学与热力学的关系 4 传热学在生产技术领域中广泛应用 节能环保 建筑环境：空心转、节能建筑 天气环境 日常生活 太阳能集热器 家用散热器 房间/汽车内环境模拟 传热工程问题的类型： 强化传热 例如：暖气片 削弱传热 例如：液氮、液氧低温容器 温度控制 例如：电子器件冷却、航天器 6 传热学研究方法 实验研究方法 理论研究方法 数学分析法：导热问题 积分近似解法：层流对流 比拟法：湍流对流 数值模拟：导热、对流、辐射、总传热过程 热传导(heat conduction) 傅里叶定律 “维” 例 题 1-1 例 题 1-1 对流换热的分类 表1-1表面传热系数的数值范围 传热系数 k 越大，传热越好。 若要增大 k，可增大h1、h2、λ或减小δ。 热阻 例 题 1-4 例 题 1-4 第一章 完End of Chapter One 辐射换热特点 不需要直接接触，热辐射可在真空中传递； 有能量形式的转化： 热能 辐射能 热能 温度高于0 K，就会不停地向周围空间发出热辐射 辐射无时无处不在 发射 吸收 注 当物体与周围环境处于热平衡时，辐射换热量为零，但这是动态平衡，辐射与吸收过程仍在进行 辐射换热的计算 研究方法：假设一种黑体，它只关心热辐射的共性规律，忽略其他因素；然后，真实物体的辐射则与黑体进行比较和修正，通过实验获得修正系数，从而获得真实物体的热辐射规律。 黑体：能吸收投入到其表面上的所有热辐射能的物体 辐射热的计算 黑体的辐射热量： 真实物体： 其中： T－热力学温度，K A－辐射表面积，m2 σ－黑体辐射常数，5.67×10-8 W/(m2·K4) ε－物体的发射率，≤1 Φ指的是物体向外辐射的热流量 注 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 收支总帐：投到物体上的辐射热量的吸收过程 及物体自身向外辐射的热量 ? ? ? ? ? ? ? 传热的三种方式模拟 ? 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 管内侧强制对流换热、 管壁导热、 外侧自然对流换热、辐射换热 自然对流换热、辐射换热 上节内容回顾 传热学 热量传递的三种基本方式 导热 对流与对流换热 辐射与辐射换热 概念 特点 基本计算 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； 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计算； 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。 注意： §1-3 传热过程和传热系数 辐射换热 对流换热 热传导 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体中去的过程。 传热过程： 传热过程包括串联的三个环节： 传热过程计算： 一维平壁稳态传热过程 三个环节热流量相等 称为传热系数，w/m2k k是表征传热过程强烈程度的标尺， 与过程有关，不是物性参数 注 复合换热表面传热系数 h1、h2的计算方法及增加k值的措施是本课程的重要内容 传热系数 类比 称为传热过程热阻 称为对流换热热阻 称为导热热阻 一维稳态传热过程的热阻分析 左侧对流换热热阻 右侧对流换热热阻 固体的导热热阻 热阻图 传热过程传递的热量为： 传热系数为： 热阻图 解： 三个环节的单位面积热阻： m2·K/W m2·K/W m2·K/W *1 *3 Heat Transfer 1. 传热学（Heat Transfer） 研究热量传递的规律以及控制和优化热量传递过程的方法。 §1-1 传热学及其研究内容 由于温差几乎无处不在，所以热量传递是日常生活和生产实践中普遍存在的物理现象。 热量传递过程的推动力：温差 热量传递规律主要指