《传热学》杨世铭-Read.ppt

教材及参考书 《传热学》杨世铭、陶文铨编著 第一章 绪论 1-1 传热学概述 1-2 热量传递的三种基本方式 1-3 传热过程和传热系数 1.1 概 述 1.1.1、传热学研究内容 1.1.3、传热学与工程热力学的关系 相同点 传热学以热力学第一定律和第二定律为基础。 不同点 a）定义： 工程热力学：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。 传热学：热量传递过程的规律。 传热学与工程热力学研究的问题不同 自然界与生产过程到处存在温差—传热很普遍 传热学在日常生活、生产技术领域中的应用十分广泛。 很多行业中如何让热量有效地传递成为解决问题的关键 大规模集成电路芯片的散热问题 航天飞机的有效冷却和隔热 材料加工行业的散热问题 传热学的地位 传热学是本专业必修的专业基础课，理论性、应用性极强。是否能够熟练掌握课程的内容，直接影响到后续专业课的学习效果。 通过学习能熟练掌握传热过程的基本规律、实验测试技术及分析计算方法，从而达到认识、控制、优化传热过程的目的。 §1-1热能传递的基本方式 1.2.1、导热（热传导） 1 、概念 定义：物体各部分之间不发生相对位移时，依靠分子、原子及自由电子等微观粒子的热运动而产生的热量传递称导热。 如：固体与固体之间及固体内部的热量传递。 2、导热的特点 必须有温差 物体直接接触 依靠分子、原子及自由电子等微观粒子热运动而传递热量；不发生宏观的相对位移 没有能量形式之间的转化 3、导热的基本规律 1 ）傅立叶定律 1822 年，法国物理学家 如图 1-1 所示的两个表面分别维持均匀恒定温度的平板，是个一维导热问题。 考察x方向上任意一个厚度为dx的微元层 1.2.2、热对流 1 、基本概念 1) 热对流：是指由于流体的宏观运动，从而使流体各部分之间发生相对位移，冷热流体相互掺混所引起的热量传递过程。 3、对流换热的特点 必须有流体的宏观运动，必须有温差； 对流换热既有对流，也有导热；对流换热不是基本的热量传递方式。 流体与壁面必须直接接触； 没有热量形式之间的转化。 如果把温差（亦称温压）记为 ，并约定永远取正值，则牛顿冷却公式可表示为 表面传热系数（对流换热系数） 1.2.3、热辐射 1、基本概念 1）辐射和热辐射 物体通过电磁波来传递能量的方式称为辐射。因热的原因而发出辐射能的现象称为热辐射。 2）辐射换热 辐射与吸收过程的综合作用造成了以辐射方式进行的物体间的热量传递称辐射换热。 2.辐射换热的特点 3.热辐射的基本规律（斯蒂芬-玻尔兹曼定律）（Stefan-Boltzmann law） 实际物体辐射热流量根据斯忒潘——玻耳兹曼定律求得： ???? ?? 其中 Φ ——物体自身向外辐射的热流量，而不是辐射换热量； ??? ——物体的发射率（黑度），其值总小于1，它与物体的种类及表面状态有关。 §1-3 传热过程和传热系数 1.3.1、传热方程式 1 、概念 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称传热过程。 3 、传热过程的计算 三式相加，整理可得: 4、传热系数 概念 是指用来表征传热过程强烈程度的指标。数值上等于冷热流体间温差 ℃，传热面积 A=1m2时热流量的值。 K值越大，则传热过程越强，反之，则弱。 四、热阻分析 类比方法 对各种转移过程的规律进行分析与比较，充分揭示出相互之间的类同之处，并相互应用各自分析的结论，是研究转移过程的一种行之有效方法。 热电类比（热阻分析）是传热学常用的研究方法：即将电学中的欧姆定律及电学中电阻的串并联理论应用于传热学热量传递现象的研究。 ２、热阻 1）热阻定义：热转移过程的阻力称为热阻。 2）热阻分类：不同的热量转移有不同的热阻，其分类较多，如：导热阻、辐射热阻、对流热阻等。 对平板导热而言又分： 面积热阻RA：单位面积的导热热阻。 热阻R：整个平板导热热阻。　 3）热阻的特点 串联热阻叠加原则：在一个串联的热量传递过程中，若通过各串联环节的热流量相同，则串联过程的总热阻等于各串联环节的分热阻之和。 ３、导热热阻 　　　 单位面积平壁的导热热阻 面积为Ａ的平壁，导热热阻 ４、对流换热热阻 单位壁表面积上的对流换热热阻： 对于面积为Ａ的平壁，对流换热热阻为 §1-3 传热学发展简史 18世纪30年代工业化革命促进了传热学的发展 导热（Heat conduction） 钻炮筒大量发热的实验（B. T. Rumford, 1798