傳熱學(xué)-第一章ppt

1、 傳 熱 學(xué) 航空科學(xué)與工程學(xué)院航空科學(xué)與工程學(xué)院 林貴平林貴o), 18611699898010-82317533(o), 新主樓新主樓C C座座812812參 考 書 教材教材: 傳熱學(xué)傳熱學(xué) 楊世銘、陶文銓編著，第四版楊世銘、陶文銓編著，第四版?zhèn)鳠釋W(xué)傳熱學(xué) 戴鍋生，第二版戴鍋生，第二版Heat Transfer (2nd Edition), by Anthony F. Mills Heat Transfer , by J.P.Holman Fundamentals of Heat Transfer, by F. P. Incropera, D.P. DeWit

2、tA heat transfer textbook, John H. LienHard, MIT 傳熱學(xué)教材。傳熱學(xué)教材。 考核方式 期末考試（筆試）：60%實(shí)驗(yàn)（實(shí)驗(yàn)操作與實(shí)驗(yàn)報(bào)告）：20%小論文（分組討論、給出問題的解決方案并展示）：10%作業(yè)與出勤：10%將各項(xiàng)成績(jī)成績(jī)乘以相應(yīng)百分比，給出最終成績(jī)（將各項(xiàng)成績(jī)成績(jī)乘以相應(yīng)百分比，給出最終成績(jī)（100分）。分）。本章主要內(nèi)容本章主要內(nèi)容: :v 傳熱學(xué)的研究對(duì)象及其應(yīng)用傳熱學(xué)的研究對(duì)象及其應(yīng)用v 三種基本的傳熱方式及基本定律三種基本的傳熱方式及基本定律v 傳熱過程和傳熱系數(shù)傳熱過程和傳熱系數(shù)第一章第一章 緒緒 論論1.1.傳熱學(xué)的研究?jī)?nèi)容傳

3、熱學(xué)的研究?jī)?nèi)容1-1 傳熱學(xué)的研究?jī)?nèi)容及應(yīng)用傳熱學(xué)的研究?jī)?nèi)容及應(yīng)用傳熱學(xué)：研究由傳熱學(xué)：研究由溫差溫差引起的熱量傳遞規(guī)律的科學(xué)引起的熱量傳遞規(guī)律的科學(xué) 熱量傳遞過程的推動(dòng)力：溫差熱量傳遞過程的推動(dòng)力：溫差 熱力學(xué)第二定律：熱量可以自發(fā)地由高溫?zé)嵩磦鹘o低溫?zé)嵩礋崃W(xué)第二定律：熱量可以自發(fā)地由高溫?zé)嵩磦鹘o低溫?zé)嵩囱芯績(jī)?nèi)容：熱量傳遞的研究?jī)?nèi)容：熱量傳遞的機(jī)理、規(guī)律、物體物體溫度的變化 自然界及工程領(lǐng)域中到處都存在溫差自然界及工程領(lǐng)域中到處都存在溫差 傳熱很普遍傳熱很普遍 自然界與生產(chǎn)過程到處存在溫差 傳熱很普遍 (1) (1) 日日常生活中的例子：常生活中的例子：用鋁制水壺?zé)_水時(shí)，盡管爐火很旺，用

4、鋁制水壺?zé)_水時(shí)，盡管爐火很旺， 但水壺安然無恙；可一旦壺內(nèi)的水燒干后，但水壺安然無恙；可一旦壺內(nèi)的水燒干后， 水壺很快被燒壞。為什么？水壺很快被燒壞。為什么？1-1 傳熱學(xué)的研究?jī)?nèi)容及應(yīng)用傳熱學(xué)的研究?jī)?nèi)容及應(yīng)用2.2.傳熱學(xué)的應(yīng)用實(shí)例傳熱學(xué)的應(yīng)用實(shí)例夏夏天人在同樣溫度（如天人在同樣溫度（如2828度）的水和空氣中的感覺不一樣。為度）的水和空氣中的感覺不一樣。為什么？什么？北方寒冷地區(qū)，建筑房屋都是北方寒冷地區(qū)，建筑房屋都是 雙層玻璃，以利于保溫。如何雙層玻璃，以利于保溫。如何 解釋其道理？越厚越好？解釋其道理？越厚越好？如何減小套管溫度計(jì)的測(cè)溫誤差？如何減小套管溫度計(jì)的測(cè)溫誤差？1-1 傳熱

5、學(xué)的研究?jī)?nèi)容及應(yīng)用傳熱學(xué)的研究?jī)?nèi)容及應(yīng)用(2) (2) 特別是在下列技術(shù)領(lǐng)域大量存在傳熱問題特別是在下列技術(shù)領(lǐng)域大量存在傳熱問題1-1 傳熱學(xué)的研究?jī)?nèi)容及應(yīng)用傳熱學(xué)的研究?jī)?nèi)容及應(yīng)用動(dòng)力、化工、制冷、建筑、機(jī)械制造、新能源、微電子、核能、航動(dòng)力、化工、制冷、建筑、機(jī)械制造、新能源、微電子、核能、航空航天、微機(jī)電系統(tǒng)（空航天、微機(jī)電系統(tǒng)（MEMSMEMS）、新材料、軍事科學(xué)與技術(shù)、生命科）、新材料、軍事科學(xué)與技術(shù)、生命科學(xué)與生物技術(shù)學(xué)與生物技術(shù)雙曲線冷卻塔結(jié)構(gòu)示意圖 建筑保溫結(jié)構(gòu)1-1 傳熱學(xué)的研究?jī)?nèi)容及應(yīng)用傳熱學(xué)的研究?jī)?nèi)容及應(yīng)用(3) (3) 航空航天航空航天領(lǐng)域中的具體應(yīng)用領(lǐng)域中的具體應(yīng)用發(fā)動(dòng)

6、機(jī)高溫葉片氣冷卻發(fā)動(dòng)機(jī)高溫葉片氣冷卻超高音速飛行器（超高音速飛行器（Ma=10Ma=10）熱控）熱控空調(diào)制冷原理空調(diào)制冷原理1-1 傳熱學(xué)的研究?jī)?nèi)容及應(yīng)用傳熱學(xué)的研究?jī)?nèi)容及應(yīng)用空間飛行器重返大氣層熱控空間飛行器重返大氣層熱控衛(wèi)星與空間站熱控制衛(wèi)星與空間站熱控制1-1 傳熱學(xué)的研究?jī)?nèi)容及應(yīng)用傳熱學(xué)的研究?jī)?nèi)容及應(yīng)用飛機(jī)環(huán)境控制系統(tǒng)飛機(jī)環(huán)境控制系統(tǒng)壓力壓力溫度溫度濕度濕度空氣品質(zhì)空氣品質(zhì)艙外環(huán)境情況怎樣艙外環(huán)境情況怎樣? ?艙內(nèi)情況如何建立艙內(nèi)情況如何建立? ?工程上如何解決工程上如何解決? ?飛機(jī)防除冰系統(tǒng)飛機(jī)防除冰系統(tǒng)3.3.傳熱過程的分類傳熱過程的分類按溫度與時(shí)間的依變關(guān)系，可分為穩(wěn)態(tài)和非穩(wěn)態(tài)

7、兩大類。1-1 傳熱學(xué)的研究?jī)?nèi)容及應(yīng)用傳熱學(xué)的研究?jī)?nèi)容及應(yīng)用（1 1）穩(wěn)態(tài)傳熱）穩(wěn)態(tài)傳熱: : 溫度場(chǎng)各點(diǎn)溫度不隨時(shí)間變化溫度場(chǎng)各點(diǎn)溫度不隨時(shí)間變化t1t001234（2 2）非穩(wěn)態(tài)傳熱）非穩(wěn)態(tài)傳熱: : 溫度場(chǎng)各點(diǎn)溫度隨時(shí)間發(fā)生變化溫度場(chǎng)各點(diǎn)溫度隨時(shí)間發(fā)生變化1-1 傳熱學(xué)的研究?jī)?nèi)容及應(yīng)用傳熱學(xué)的研究?jī)?nèi)容及應(yīng)用以熱機(jī)起動(dòng)為例：平壁初始溫度為t0；左側(cè)表面溫度突升為t1并保持不變，右側(cè)表面仍與溫度為t0的空氣接觸。接下來平板將經(jīng)歷一個(gè)非穩(wěn)態(tài)傳熱過程。4.4.傳熱學(xué)與工程熱力學(xué)的關(guān)系傳熱學(xué)與工程熱力學(xué)的關(guān)系(1) (1) 熱力學(xué)熱力學(xué) + + 傳熱學(xué)傳熱學(xué) = = 熱科學(xué)熱科學(xué)(Thermal

8、Science)(Thermal Science) 系統(tǒng)從一個(gè)平衡系統(tǒng)從一個(gè)平衡態(tài)到另一個(gè)平衡態(tài)到另一個(gè)平衡態(tài)的過程中傳遞態(tài)的過程中傳遞熱量的多少。熱量的多少。 關(guān)心的是熱量關(guān)心的是熱量傳遞的過程，傳遞的過程，即熱量傳遞的即熱量傳遞的速率。速率。熱力學(xué)：傳熱學(xué)：tm)(),(fzyxt水，M220oC鐵塊, M1300oC 傳熱學(xué)與熱力學(xué)的區(qū)別（2 2） 傳熱學(xué)以熱力學(xué)第一定律和第二定律為基礎(chǔ)：傳熱學(xué)以熱力學(xué)第一定律和第二定律為基礎(chǔ)：1-1 傳熱學(xué)的研究?jī)?nèi)容及應(yīng)用傳熱學(xué)的研究?jī)?nèi)容及應(yīng)用 熱量熱量 始終從高溫?zé)嵩聪虻蜏責(zé)嵩磦鬟f；始終從高溫?zé)嵩聪虻蜏責(zé)嵩磦鬟f； 如果沒有能量形式的轉(zhuǎn)化，則如果沒有能

9、量形式的轉(zhuǎn)化，則 始終是守恒的。始終是守恒的。傳熱學(xué)中的連續(xù)介質(zhì)假設(shè)5.5.連續(xù)介質(zhì)假設(shè)：連續(xù)介質(zhì)假設(shè)： 連續(xù)介質(zhì)假設(shè)在什么情況下成立？物體中的溫度、密度、速度、壓力等物理參物體中的溫度、密度、速度、壓力等物理參數(shù)都是空間的數(shù)都是空間的連續(xù)函數(shù)連續(xù)函數(shù)。1-2 1-2 熱量傳遞的三種基本方式熱量傳遞的三種基本方式1.1.導(dǎo)熱（熱傳導(dǎo)）導(dǎo)熱（熱傳導(dǎo)）(Heat Conduction)(Heat Conduction)熱量傳遞的三種基本方式：熱量傳遞的三種基本方式：導(dǎo)熱導(dǎo)熱( (熱傳導(dǎo)熱傳導(dǎo)) )、對(duì)流、對(duì)流( (熱對(duì)流熱對(duì)流) )和熱輻射和熱輻射。(1)(1)定義：定義：溫度不同的物體各部分或溫

10、度不同的兩物體溫度不同的物體各部分或溫度不同的兩物體直接接觸時(shí)，時(shí)，依靠依靠分子、原子及自由電子等微觀粒子熱運(yùn)動(dòng)而產(chǎn)生的熱量傳遞而產(chǎn)生的熱量傳遞現(xiàn)象?，F(xiàn)象。(2)(2)物質(zhì)的屬性：物質(zhì)的屬性：可以在固體、液體、氣體中發(fā)生可以在固體、液體、氣體中發(fā)生(3)(3)導(dǎo)熱的特點(diǎn)：導(dǎo)熱的特點(diǎn)： a a 必須有必須有溫差； b b 物體直接接觸；物體直接接觸； c c 依靠分子、原子及自由電子等微觀粒子熱運(yùn)動(dòng)而傳遞熱量；依靠分子、原子及自由電子等微觀粒子熱運(yùn)動(dòng)而傳遞熱量； d d 在引力場(chǎng)下單純的導(dǎo)熱只發(fā)生在密實(shí)固體中。在引力場(chǎng)下單純的導(dǎo)熱只發(fā)生在密實(shí)固體中。1-2 1-2 熱量傳遞的三種基本方式熱量傳遞

11、的三種基本方式(4)(4)導(dǎo)熱基本定律：導(dǎo)熱基本定律： Fourier定律 一維穩(wěn)態(tài)導(dǎo)熱： 一維穩(wěn)態(tài)平板導(dǎo)熱一維穩(wěn)態(tài)平板導(dǎo)熱其中：其中：Q Q ：熱流量，單位時(shí)間傳遞的熱量：熱流量，單位時(shí)間傳遞的熱量WW；q q ：熱流密度，單位時(shí)間通過單位面積傳遞的熱量；：熱流密度，單位時(shí)間通過單位面積傳遞的熱量；A A ：垂直于導(dǎo)熱方向的截面積：垂直于導(dǎo)熱方向的截面積 ； ：導(dǎo)熱系數(shù)（熱導(dǎo)率）：導(dǎo)熱系數(shù)（熱導(dǎo)率） 。1-2 1-2 熱量傳遞的三種基本方式熱量傳遞的三種基本方式(5)(5)導(dǎo)熱系數(shù)導(dǎo)熱系數(shù) 表征材料導(dǎo)熱能力的大小，是一種物性參數(shù)，與材料種類和溫度關(guān)。20、1個(gè)大氣壓下：1-2 1-2 熱量傳

12、遞的三種基本方式熱量傳遞的三種基本方式(6)(6)一維穩(wěn)態(tài)導(dǎo)熱及其導(dǎo)熱熱阻一維穩(wěn)態(tài)導(dǎo)熱及其導(dǎo)熱熱阻Q1wt2wtA 導(dǎo)熱熱阻圖示即：即：如右圖所示，穩(wěn)態(tài)如右圖所示，穩(wěn)態(tài) q=constq=const，于是積分于是積分FourierFourier定律有：定律有：總熱流量：總熱流量：rAR 導(dǎo)熱熱阻面積導(dǎo)熱熱阻熱阻的概念:1-2 1-2 熱量傳遞的三種基本方式熱量傳遞的三種基本方式Q1wt2wtA 導(dǎo)熱熱阻的圖示例 1一塊厚度一塊厚度=50 =50 mm mm 的平板，的平板， 兩側(cè)表面分別維持在兩側(cè)表面分別維持在.100,30021CtCtowow試求下列條件下的熱流密度。試求下列條件下的熱流密

13、度。材料為銅，=375 w/(mK );材料為鋼， =36.4 w/(mK );材料為鉻磚， =2.32 w/(mK )；材料為鉻藻土磚， =0.242 w/(mK )。解：由一維穩(wěn)態(tài)導(dǎo)熱公式有：解：由一維穩(wěn)態(tài)導(dǎo)熱公式有：1-2 1-2 熱量傳遞的三種基本方式熱量傳遞的三種基本方式2321mW1028. 905. 010030032. 2wwttq鉻磚：鉻磚： 2221mW1068. 905. 0100300242. 0wwttq硅藻土磚：硅藻土磚：討論：討論：由計(jì)算可見，銅與硅藻土磚由計(jì)算可見，銅與硅藻土磚導(dǎo)熱系數(shù)的巨大差別導(dǎo)熱系數(shù)的巨大差別，導(dǎo)致，導(dǎo)致在相同條在相同條件下通過銅板的導(dǎo)熱量比

14、通過硅藻土磚的導(dǎo)熱量大三個(gè)數(shù)量級(jí)件下通過銅板的導(dǎo)熱量比通過硅藻土磚的導(dǎo)熱量大三個(gè)數(shù)量級(jí)。因此，。因此，銅是熱的良導(dǎo)體，硅藻土磚則有隔熱作用。銅是熱的良導(dǎo)體，硅藻土磚則有隔熱作用。2621mW105 . 105. 0100300375wwttq銅：銅：2521mW1046. 105. 01003004 .36wwttq鋼：鋼：1-2 1-2 熱量傳遞的三種基本方式熱量傳遞的三種基本方式(1)(1)定義：定義：流體中（氣體或液體）溫度不同的各部分之間，由于流體中（氣體或液體）溫度不同的各部分之間，由于發(fā)生相對(duì)的宏觀運(yùn)動(dòng)而把熱量由一處傳遞到另一處的現(xiàn)象。而把熱量由一處傳遞到另一處的現(xiàn)象。2.2.熱對(duì)

15、流熱對(duì)流(Heat Convection)(Heat Convection)1-2 1-2 熱量傳遞的三種基本方式熱量傳遞的三種基本方式 熱對(duì)流實(shí)例：對(duì)流層冷暖氣流的運(yùn)動(dòng)火焰從下加熱湯鍋(2)(2)對(duì)流傳熱：對(duì)流傳熱：流體流過一個(gè)物體表面時(shí)的熱量傳遞過程。流體流過一個(gè)物體表面時(shí)的熱量傳遞過程。 與單純的熱對(duì)流不同，對(duì)流傳熱具有如下特點(diǎn)：與單純的熱對(duì)流不同，對(duì)流傳熱具有如下特點(diǎn)： a a 導(dǎo)熱與熱對(duì)流同時(shí)存在導(dǎo)熱與熱對(duì)流同時(shí)存在的復(fù)雜熱傳遞過程的復(fù)雜熱傳遞過程 b b 必須有必須有直接接觸直接接觸（流體與壁面）和（流體與壁面）和宏觀運(yùn)動(dòng)宏觀運(yùn)動(dòng)；也；也 必須有必須有溫差溫差 c c 壁面處會(huì)形成

16、壁面處會(huì)形成速度梯度很大的邊界層速度梯度很大的邊界層 1-2 1-2 熱量傳遞的三種基本方式熱量傳遞的三種基本方式 對(duì)流傳熱實(shí)例：管內(nèi)流動(dòng)傳熱管外流動(dòng)傳熱1-2 1-2 熱量傳遞的三種基本方式熱量傳遞的三種基本方式(3)(3)對(duì)流傳熱的基本計(jì)算公式：牛頓冷卻定律對(duì)流傳熱的基本計(jì)算公式：牛頓冷卻定律Convection heattransfer coefficienth表面?zhèn)鳠嵯禂?shù) 熱流量W，單位時(shí)間傳遞的熱量q2mW熱流密度K)(mW2A2m 與流體接觸的壁面面積wt C 固體壁表面溫度t 流體溫度 C 流體與壁面溫度相差流體與壁面溫度相差1 1度時(shí)、每單位壁面面積上、單位時(shí)度時(shí)、每單位壁面面

17、積上、單位時(shí)間內(nèi)所傳遞的熱量。間內(nèi)所傳遞的熱量。影響影響h h因素：流速、流體物性、壁面形狀大小等。因素：流速、流體物性、壁面形狀大小等。(4)(4)對(duì)流傳熱系數(shù)對(duì)流傳熱系數(shù)( (表面?zhèn)鳠嵯禂?shù)表面?zhèn)鳠嵯禂?shù)) )1-2 1-2 熱量傳遞的三種基本方式熱量傳遞的三種基本方式1-2 1-2 熱量傳遞的三種基本方式熱量傳遞的三種基本方式(5)(5)對(duì)流傳熱的分類對(duì)流傳熱的分類 按流體運(yùn)動(dòng)的起因分為：強(qiáng)迫對(duì)流和自然對(duì)流。按流體運(yùn)動(dòng)的起因分為：強(qiáng)迫對(duì)流和自然對(duì)流。干燥箱中的強(qiáng)迫對(duì)流暖氣片中的自然對(duì)流 按有無相變分為：有相變對(duì)流（沸騰、蒸發(fā)傳熱和凝結(jié)傳熱）和按有無相變分為：有相變對(duì)流（沸騰、蒸發(fā)傳熱和凝結(jié)傳

18、熱）和單相對(duì)流。單相對(duì)流。對(duì)流傳熱其他分類形式將在第五章中詳述。1-2 1-2 熱量傳遞的三種基本方式熱量傳遞的三種基本方式 對(duì)流傳熱系數(shù) 對(duì)流傳熱過程 對(duì)流傳熱系數(shù) 自然對(duì)流 空氣2-25液體50-100強(qiáng)制對(duì)流空氣25-250液體50-20000沸騰或凝結(jié)傳熱 2500-1000001-2 1-2 熱量傳遞的三種基本方式熱量傳遞的三種基本方式1-2 1-2 熱量傳遞的三種基本方式熱量傳遞的三種基本方式hhrthtqRthAt 1 )(1 )(1WChARh 12WCmhrh(5)(5)對(duì)對(duì)流傳熱熱阻：流傳熱熱阻： (1)(1) 定義：定義：由由熱運(yùn)動(dòng)產(chǎn)生的，以產(chǎn)生的，以電磁波形式傳遞能量的

19、現(xiàn)象。形式傳遞能量的現(xiàn)象。3 3 熱輻射熱輻射(Thermal Radiation)(Thermal Radiation)1-2 1-2 熱量傳遞的三種基本方式熱量傳遞的三種基本方式(2) (2) 特點(diǎn)：特點(diǎn)：a a 任何物體，只要溫度高于任何物體，只要溫度高于0 K0 K， 就會(huì)不停地向周圍空間發(fā)出熱輻射；就會(huì)不停地向周圍空間發(fā)出熱輻射；b b 可以在真空中傳播；可以在真空中傳播；c c 伴隨能量形式的轉(zhuǎn)變；伴隨能量形式的轉(zhuǎn)變；d d 具有強(qiáng)烈的方向性；具有強(qiáng)烈的方向性；e e 輻射能與溫度和波長(zhǎng)均有關(guān)；輻射能與溫度和波長(zhǎng)均有關(guān)；f f 發(fā)射輻射取決于溫度的發(fā)射輻射取決于溫度的4 4次方。次

20、方。 不同的箭頭顏色代表不同的熱輻射量1-2 1-2 熱量傳遞的三種基本方式熱量傳遞的三種基本方式 熱輻射實(shí)例：熱輻射實(shí)例：當(dāng)你靠近火的時(shí)候，會(huì)感到面向火的一面比背面熱； 鍋爐爐膛內(nèi)的火焰輻射航天器在接近絕對(duì)零度的外太空飛行時(shí)，向宇宙空間的輻射散熱量非常大。 (5) (5) 輻射傳熱的特點(diǎn)：輻射傳熱的特點(diǎn)：a a 不需要冷熱物體的直接接觸；即：不需要介質(zhì)的存在，在 真空中就可以傳遞能量b 在輻射傳熱過程中伴隨著能量形式的轉(zhuǎn)換 物體熱力學(xué)能 電磁波能 物體熱力學(xué)能c 無論溫度高低，物體都在不停地相互發(fā)射電磁波能、相 互輻射能量；高溫物體輻射給低溫物體的能量大于低溫物 體輻射給高溫物體的能量；總的

21、結(jié)果是熱量由高溫傳到低溫。(4) (4) 輻射傳熱：輻射傳熱：物體間靠熱輻射進(jìn)行的熱量傳遞，它與單純的熱輻射不同，物體間靠熱輻射進(jìn)行的熱量傳遞，它與單純的熱輻射不同， 就像對(duì)流和對(duì)流傳熱一樣。就像對(duì)流和對(duì)流傳熱一樣。 1-2 1-2 熱量傳遞的三種基本方式熱量傳遞的三種基本方式(6)(6)輻射傳熱的研究方法：輻射傳熱的研究方法：假設(shè)一種黑體，它只關(guān)心熱輻射的共性規(guī)律（忽略其他因素），將真實(shí)物體的輻射則與黑體進(jìn)行比較和修正，通過實(shí)驗(yàn)獲得修正系數(shù)，從而獲得真實(shí)物體的熱輻射規(guī)律。黑體輻射的控制方程：黑體輻射的控制方程：Stefan-Boltzmann Stefan-Boltzmann 定律定律 ，4

22、TA4Tq，4TA真實(shí)物體則為：真實(shí)物體則為： 1-2 1-2 熱量傳遞的三種基本方式熱量傳遞的三種基本方式(7)(7)黑體的定義：黑體的定義：能吸收投入到其表面上的所有熱輻射的物體，包括所有方向和所有波長(zhǎng)，因此，相同溫度下，黑體的吸收能力最強(qiáng)。)(424121TTq42T1T2T兩黑體表面間的輻射傳熱41T1-2 1-2 熱量傳遞的三種基本方式熱量傳遞的三種基本方式(9)(9)兩黑體表面間的輻射傳熱：兩黑體表面間的輻射傳熱：)(4241TTA例 2 一根水平放置的蒸汽管道， 其保溫層外徑 d=583 mm，外表面實(shí)測(cè)平均溫度及空氣溫度分別為 ，此時(shí)空氣與管道外表面間的自然對(duì)流傳熱的表面?zhèn)鳠嵯?/p>

23、數(shù) h=3.42 W /(m2 K)， 保溫層外表面的發(fā)射率 。CtCtfw23,489 . 0問：（1） 此管道的散熱必須考慮哪些熱量傳遞方式； （2）計(jì)算每米長(zhǎng)度管道的總散熱量。量為：1-2 1-2 熱量傳遞的三種基本方式熱量傳遞的三種基本方式lq解：解：（1）此管道的散熱有輻射傳熱和自然對(duì)流傳熱兩種方式。（2）把管道每米長(zhǎng)度上的散熱量記為 。)(,fwclttdhthdq)/(5 .156)2348(42. 3583. 014. 3mW近似地取管道的表面溫度為室內(nèi)空氣溫度， 于是每米長(zhǎng)度管道外表面與室內(nèi)物體及墻壁之間的輻射散熱量為：)(4241,TTdqrl)/(7 .274)27323

24、()27348(9 . 01067. 5583. 014. 3448mW討論：討論： 計(jì)算結(jié)果表明，對(duì)于表面溫度為幾十?dāng)z氏度表面溫度為幾十?dāng)z氏度的一類表面的散熱問題，自然對(duì)流散熱量與輻射散熱量具有相同的數(shù)量級(jí)自然對(duì)流散熱量與輻射散熱量具有相同的數(shù)量級(jí)，必須同時(shí)予以考慮。當(dāng)僅考慮自然對(duì)流時(shí)，單位長(zhǎng)度上的自然對(duì)流散熱量1-2 1-2 熱量傳遞的三種基本方式熱量傳遞的三種基本方式三種傳熱方式總結(jié)1-2 1-2 熱量傳遞的三種基本方式熱量傳遞的三種基本方式傳熱方式導(dǎo)熱對(duì)流輻射定義微觀粒子運(yùn)動(dòng)而引起的熱量傳遞流動(dòng)的流體與固體壁面之間的傳熱以熱輻射的形式進(jìn)行的熱量交換基本定律傅立葉定律牛頓冷卻定律SB定律

25、特點(diǎn)導(dǎo)熱系數(shù)是一個(gè)物性參數(shù)對(duì)流傳熱系數(shù)不是物性參數(shù)，與流動(dòng)及其它因素有關(guān)不需要傳熱介質(zhì)，是真空中唯一的熱量傳遞方式需解決的問題確定溫度分布確定對(duì)流傳熱系數(shù)確定角系數(shù)；實(shí)際輻射表面的發(fā)射和吸收1-3 1-3 傳熱過程和傳熱系數(shù)傳熱過程和傳熱系數(shù)1. 1. 傳熱過程的定義：傳熱過程的定義：兩流體間通過固體壁面進(jìn)行的傳熱。兩流體間通過固體壁面進(jìn)行的傳熱。2. 2. 傳熱過程包含的傳熱方式：傳熱過程包含的傳熱方式： 導(dǎo)熱、對(duì)流、熱輻射 傳熱過程實(shí)例：傳熱過程實(shí)例：1-3 1-3 傳熱過程和傳熱系數(shù)傳熱過程和傳熱系數(shù) 傳熱過程實(shí)例：傳熱過程實(shí)例：電子芯片的散熱一維穩(wěn)態(tài)傳熱過程右側(cè)對(duì)流傳熱熱阻右側(cè)對(duì)流傳熱

26、熱阻111AhRh固體的導(dǎo)熱熱阻固體的導(dǎo)熱熱阻AR3. 3. 一維穩(wěn)態(tài)傳熱過程中的熱量傳遞一維穩(wěn)態(tài)傳熱過程中的熱量傳遞忽略熱輻射傳熱，則忽略熱輻射傳熱，則111AhRh左側(cè)對(duì)流傳熱熱阻左側(cè)對(duì)流傳熱熱阻1-3 1-3 傳熱過程和傳熱系數(shù)傳熱過程和傳熱系數(shù)2121212111)()(AhAAhttRRRttffhhfftAkttAkff)(21傳熱系數(shù)傳熱系數(shù) ，是表征，是表征傳熱過程強(qiáng)烈程度的標(biāo)尺，的標(biāo)尺，不是物性參數(shù)，與過程有關(guān)。，與過程有關(guān)。KmW2用用含有傳熱系數(shù)的式子來表達(dá)傳熱量：的式子來表達(dá)傳熱量：上述傳熱過程中傳遞的熱量為：上述傳熱過程中傳遞的熱量為：21211111hhrrrhhk

27、單位熱阻或面積熱阻單位熱阻或面積熱阻于是，傳熱系數(shù)可表達(dá)為：于是，傳熱系數(shù)可表達(dá)為：1-3 1-3 傳熱過程和傳熱系數(shù)傳熱過程和傳熱系數(shù)a k k 越大，傳熱越好。若要增大越大，傳熱越好。若要增大 k k，可增大，可增大或減小21 , ,hhc h h1 1、h h2 2的計(jì)算方法及增加的計(jì)算方法及增加k k值的措施是本課程的重要值的措施是本課程的重要 內(nèi)容內(nèi)容注意：b非穩(wěn)態(tài)傳熱過程以及有內(nèi)熱源時(shí)，不能用熱阻分析法非穩(wěn)態(tài)傳熱過程以及有內(nèi)熱源時(shí)，不能用熱阻分析法1-3 1-3 傳熱過程和傳熱系數(shù)傳熱過程和傳熱系數(shù)1-4 傳熱學(xué)發(fā)展簡(jiǎn)史1818世紀(jì)世紀(jì)3030年代的工業(yè)革命促進(jìn)了傳熱學(xué)的發(fā)展年代的

28、工業(yè)革命促進(jìn)了傳熱學(xué)的發(fā)展v導(dǎo)熱（導(dǎo)熱（Heat conductionHeat conduction） 鉆炮筒大量發(fā)熱的實(shí)驗(yàn)（鉆炮筒大量發(fā)熱的實(shí)驗(yàn)（B.T.Rumford,1798B.T.Rumford,1798年）年） 兩塊冰摩擦生熱化為水的實(shí)驗(yàn)（兩塊冰摩擦生熱化為水的實(shí)驗(yàn)（H.Davy,1799H.Davy,1799年）年） 導(dǎo)熱熱量和溫差及壁厚的關(guān)系（導(dǎo)熱熱量和溫差及壁厚的關(guān)系（J.B.Biot,1804J.B.Biot,1804年）年） Fourier Fourier 導(dǎo)熱定律導(dǎo)熱定律 (J.B.J.Fourier,1822 (J.B.J.Fourier,1822 年）年） G.F.B

29、.Riemann/H.S.Carslaw/J.C.Jaeger/M.Jakob G.F.B.Riemann/H.S.Carslaw/J.C.Jaeger/M.Jakob 不可壓縮流動(dòng)方程不可壓縮流動(dòng)方程 （M.Navier,1823M.Navier,1823年年) ) 流體流動(dòng)流體流動(dòng)Navier-StokesNavier-Stokes基本方程基本方程 (G.G.Stokes,1845(G.G.Stokes,1845年）年） 雷諾數(shù)雷諾數(shù)(O.Reynolds,1880(O.Reynolds,1880年）年） 自然對(duì)流的理論解（自然對(duì)流的理論解（L.Lorentz, 1881L.Lorentz

30、, 1881年）年） 管內(nèi)傳熱的理論解（管內(nèi)傳熱的理論解（L.Graetz, 1885L.Graetz, 1885年；年；W.Nusselt,1916W.Nusselt,1916年）年） 凝結(jié)傳熱理論解凝結(jié)傳熱理論解 （W.Nusselt, 1916W.Nusselt, 1916年）年） 強(qiáng)制對(duì)流與自然對(duì)流無量綱數(shù)的原則關(guān)系強(qiáng)制對(duì)流與自然對(duì)流無量綱數(shù)的原則關(guān)系 （W.Nusselt,1909W.Nusselt,1909年年/1915/1915年）年） 流體邊界層概念流體邊界層概念 （L.Prandtl, 1904L.Prandtl, 1904年）年） 熱邊界層概念熱邊界層概念 （E.Pohlh

31、ausen, 1921E.Pohlhausen, 1921年）年） 湍流計(jì)算模型湍流計(jì)算模型 （L.Prandtl,1925L.Prandtl,1925年；年；Th.Von Karman, 1939Th.Von Karman, 1939年；年；R.C. R.C. Martinelli, 1947Martinelli, 1947年）年）1-4 傳熱學(xué)發(fā)展簡(jiǎn)史v對(duì)流傳熱對(duì)流傳熱 （Convective heat transferConvective heat transfer）熱輻射及輻射傳熱熱輻射及輻射傳熱(Thermal radiation)(Thermal radiation) 黑體輻射光譜

32、能量分布的實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)黑體輻射光譜能量分布的實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)(O.Lummer,1889(O.Lummer,1889年）年） 黑體輻射能量和溫度的關(guān)系黑體輻射能量和溫度的關(guān)系(J.Stefan and L.Botzmann,1889(J.Stefan and L.Botzmann,1889年）年） 黑體輻射光譜能量分布的公式黑體輻射光譜能量分布的公式 維恩公式（維恩公式（18961896年）年）/Rayleigh-Jeans/Rayleigh-Jeans公式公式 能量子假說能量子假說 （M. Planck,1900M. Planck,1900年）年）/ /光量子理論光量子理論（A.Einstein,1905A.Einstein,1905年）年） 物體的發(fā)射率與吸收比的關(guān)系（物體的發(fā)射率與吸收比的關(guān)系（G.Kirchhoff,1859G.Kirchhoff,1859年年/1860/1860年）年） 物體間輻射傳熱的計(jì)算方法物體間輻射傳熱的計(jì)算方法 （波略克，（波略克，19351935年；年；H.C.Hotel, H.C.Hotel, 19541954年；年；A.K.Oppenheim,1