華中科技大學傳熱學課件：第一章－緒論

1、傳 熱 學,Heat Transfer,參 考 書 目,傳熱學基本原理；葛新石等；安徽教育出版社 戴鍋生等；傳熱學（第三版）；高等教育出版社 傳熱學與傳質分析， E.R.G.?？藸査?，R.M德雷克，科學出版社 傳熱學專題講座，陳鐘頎，高等教育出版社 Fundamentals of Heat Transfer, by F. P. Incropera, D.P. DeWitt,傳熱學（第三版）； 楊世銘、陶文銓編著， 高等教育出版社，1998,教 材,第一章 緒 論,傳熱學：研究熱量傳遞過程規(guī)律的一門科學， 是現代科技的主要技術基礎學科。,1-1 傳熱的基本方式,傳熱的基本方式包括：熱傳導、熱對流

2、和熱輻射。 一般的傳熱過程仍是由熱傳導、熱對流和熱輻射三種基本形式組合而成。,1-1-1 熱傳導（導熱）,例：大平壁導熱，根據經驗常識,寫成：,對于單位面積的熱流量q熱流能量,其中：,由上式可得：,對于面積為F的導熱面，其熱阻為：,例1 一塊厚度=50 mm 的平板， 兩側表面分別維持在,試求下列條件下的熱流密度,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：根據一維穩(wěn)態(tài)導熱公式，有：,鉻磚：,硅藻土磚：,討論：由計算可見， 由于銅與硅藻土磚導熱系數的巨大差別，

3、導致在相同的條件下通過銅板的導熱量比通過硅藻土磚的導熱量大三個數量級。 因而，銅是熱的良導體， 而硅藻土磚則起到一定的隔熱作用,銅：,鋼：,1-1-2 熱對流（對流換熱）,分析流體由12的對流換熱：,根據熱力學第一定律，由12有：,工程上往往忽略動能變化量 ，于是有：,對流傳遞的能量是流體分子隨機運動和流體自身成團運動 所形成能量傳輸的疊加。對流傳熱的模式是靠分子隨機運動 和邊界層內流體的成團運動來維持的。,速度邊界層,溫度邊界層,根據流動特性：,對流換熱：流體與固體壁面間的換熱，稱為對流換熱。,對流換熱的基本計算公式（牛頓冷卻公式）,其中：,對流換熱熱阻：,或：,1-1-3 熱輻射,一般物體

4、的輻射力：,最簡單熱輻射：兩個無限大平行平面之間的熱輻射換熱,斯蒂芬玻耳茲曼定律：,例2：一個裝滿咖啡的封閉容器放在一個恒溫房間中，分析咖啡的冷卻傳熱過程并指出改善保溫容器性能的技術措施。,室內空氣,改進措施：,瓶和外殼用低發(fā)射率表面鍍膜 把氣室抽成真空或利用充填材料以阻滯自然對流,1-2 傳熱過程,分析如下的一無限大平板，設,傳熱過程為：,：熱流體通過對流換熱傳遞熱給壁面1,：因 ，壁面1將通過 導熱形式把熱量傳給冷壁面2,：冷壁面2通過對流換熱形式把熱量傳遞給冷流體,穩(wěn)定傳熱時，應有：,通過整理后有：,可以寫成：,對于面積為A的平壁，傳熱量Q為：,傳熱系數K，是一反映傳熱過程強弱的重要參數

5、，K值越大，說明熱阻越小，傳熱越好。,其中,例3：一根水平放置的蒸汽管道， 其保溫層外徑d=583 mm，外表面實測平均溫度及空氣溫度分別為 ，此時空氣與管道外表面間的自然對流換熱的表面?zhèn)鳠嵯禂礹=3.42 W /(m2 K), 保溫層外表面的發(fā)射率 問：（1）此管道散熱必須考慮哪些熱量傳遞方式；（2）計算每米長度管道的總散熱量。,解： (1)此管道的散熱有輻射換熱和自然對流換熱兩種方式(2)把管道每米長度上的散熱量記為ql,近似地取管道的表面溫度為室內空氣溫度，于是每米長度管道外表面與室內物體及墻壁之間的輻射為：,當僅考慮自然對流時，單位長度上的自然對流散熱,例4: 一房屋的混凝土外墻的厚度

6、為=200mm ，混凝土的熱導率為=1.5W/(mK) ，冬季室外空氣溫度為tf2=-10, 有風天和墻壁之間的表面?zhèn)鳠嵯禂禐閔2=20W/(m2K)，室內空氣溫度為tf1= 25,和墻壁之間的表面?zhèn)鳠嵯禂禐閔1=5 W/(m2K)。假設墻壁及兩側的空氣溫度及表面?zhèn)鳠嵯禂刀疾浑S時間而變化，求單位面積墻壁的散熱損失及內外墻壁面的溫度。 解：,由給定條件可知，這是一個穩(wěn)態(tài)傳熱過程。通過墻壁的熱流密度，即單位面積墻壁的散熱損失為,根據牛頓冷卻公式，對于內、外墻面與空氣之間的對流換熱，,得：,本章小結：,(1) 導熱 Fourier 定律：(2) 對流換熱 Newton 冷卻公式：(3) 熱輻射 Stenfan-Boltzmann 定律： (4) 傳熱過程,思考題： 1. 熱量傳遞的基本方式及傳熱機理。 2.傅立葉定律的基本表達式及其中各物理量的定義。 3.牛頓冷卻公式的基本表達式及其中各物理量的定義。 4.黑體輻射換熱的四次方定律基本表達式及其中各物理量 的定義。 5.傳熱過程及傳熱系數的定義及物理意義。 6.熱阻的概念. 對流熱阻, 導熱熱阻的定義及基本表達式。