传热学第一章课件讲解.ppt
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- 传热学 第一章 课件 讲解
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1、传热学部分传热学部分尹水娥尹水娥热工理论基础热工理论基础专业:热能工程E-mail:Office:7522641教材教材传热学传热学,戴锅生著,第二版,戴锅生著,第二版学时学时总学时:总学时:2424,讲课:,讲课:2222,实验:,实验:2 2参考资料:参考资料:传热学传热学,杨世铭、陶文铨编著,第四版,杨世铭、陶文铨编著,第四版传热学重点难点及典型题精解传热学重点难点及典型题精解,王秋旺,西安交大出版社,王秋旺,西安交大出版社辅导辅导周四周四 4:00-5:00pm,一校区教,一校区教4楼楼 热能教研室热能教研室第一章第一章 绪论绪论1-1 1-1 传传热学概述热学概述1-2 1-2 热热
2、量传递的基本方式量传递的基本方式1-3 1-3 传热过程与热阻传热过程与热阻一、传热与传热学一、传热与传热学有温差的物体,热量自发地有温差的物体,热量自发地由高温物体传给低温物体由高温物体传给低温物体没有温差的地方没有热量没有温差的地方没有热量传递传递传热:是物质在温差作用下所发生的热量传递。传热:是物质在温差作用下所发生的热量传递。传热学:研究由温差引起的传热学:研究由温差引起的热量传递规律热量传递规律的科学。的科学。二、传热学的普遍性二、传热学的普遍性自然界与生产过程到处存在温差自然界与生产过程到处存在温差传热很普遍传热很普遍日常生活中的例子日常生活中的例子lll冬天,经过在白天太阳底下晒
3、过的棉被,晚上盖起来为什么冬天,经过在白天太阳底下晒过的棉被,晚上盖起来为什么感到很暖和?并且经过拍打以后,为什么效果更加明显?感到很暖和?并且经过拍打以后,为什么效果更加明显?夏夏天人在同样温度(如:天人在同样温度(如:2525度)的空气和水中的感觉不一度)的空气和水中的感觉不一样。为什么?样。为什么?人体为恒温体。若房间里气人体为恒温体。若房间里气体的温度在夏天和冬天都保持体的温度在夏天和冬天都保持2020度,那么在冬天与夏天、人在房间里所穿的衣服能否一度,那么在冬天与夏天、人在房间里所穿的衣服能否一样?样?为什么水壶的提把要包上橡胶?为什么水壶的提把要包上橡胶?不同材质的汤匙放入热水中,
4、哪个黄油融解更快?不同材质的汤匙放入热水中,哪个黄油融解更快?在下列技术领域大量存在传热问题在下列技术领域大量存在传热问题动力、化工、制冷、建筑、环境、动力、化工、制冷、建筑、环境、机械制造、新机械制造、新能源、微电子、核能、能源、微电子、核能、航空航天、微机电系统航空航天、微机电系统(MEMSMEMS)、新材料、军事科学与技术、生)、新材料、军事科学与技术、生 命科命科学与生物技术学与生物技术燃煤电厂的基本流程燃煤电厂的基本流程锅锅炉炉工工作作原原理理三、传热学与工程热力学的关系三、传热学与工程热力学的关系相同点:相同点:传热学以热力学第一定律和第二定律为基础传热学以热力学第一定律和第二定律
5、为基础热力学第一定律热力学第一定律热力学第二定律热力学第二定律热量始终是从高温物体向低温物体传递,在热量传递过程中热量始终是从高温物体向低温物体传递,在热量传递过程中若无能量形式的转换,则热量始终保持守恒。若无能量形式的转换,则热量始终保持守恒。热量能自发的从高温物体传递到低温物体热量能自发的从高温物体传递到低温物体Q=mc p(t1 t2)单位:单位:J J不同点不同点a.a.工程热力学:热能与机械能及其他形式能量之间工程热力学:热能与机械能及其他形式能量之间相互转换的规律。不考虑热量传递过程的时间。相互转换的规律。不考虑热量传递过程的时间。研究系统从一个平衡态到研究系统从一个平衡态到 另另
6、 一个平衡态过程中一个平衡态过程中热量传递的多少热量传递的多少dQd=b.b.传热学:热量传热学:热量 传递过程的规律,时间是重要传递过程的规律,时间是重要参数参数 。关关心的是温度随心的是温度随 时间的时间的 变化和单位变化和单位 时间所传时间所传递的热量递的热量热流量。热流量。单位:单位:W Wt=f(x,y,z,);Q=f()水,M220oC传热学与工程热力学研究的传热学与工程热力学研究的问题不同问题不同铁块,M1300oC热热 力力学:学:t tm m,Q,Q传热学:过程的速率传热学:过程的速率传热学研究内容传热学研究内容热量传递的热量传递的机理和速率、温度机理和速率、温度 场的变化场
7、的变化传热学的工程应用传热学的工程应用1 1、强强化传热:化传热:即在一定的即在一定的 条件下,条件下,增加增加 所传递所传递的热量。的热量。如热水的如热水的 搅拌冷搅拌冷 却却2 2、削弱传热,也称削弱传热,也称 热绝缘热绝缘 :即在一即在一 定的温差定的温差下,使下,使 热量的传递热量的传递 减到最小。如热减到最小。如热 水瓶水瓶3 3、温、温度控度控 制:制:为使为使 一些设备能安全一些设备能安全 经济经济 地地 运运行行 ,需要对热量传递中的,需要对热量传递中的 关键部位进行温关键部位进行温 度控度控制制 。如航。如航 天器返回天器返回 地面,地面,笔记本的笔记本的 散热散热q=m四、
8、传热问题的分类和主要计算量四、传热问题的分类和主要计算量稳态稳态传热过程传热过程:传热过程中各处温度不传热过程中各处温度不 随时间变化。随时间变化。非稳态传热过程:非稳态传热过程:传热过程中各传热过程中各 处温度随时间变化。处温度随时间变化。热流量:热流密度:W dQd =At W 21-21-2热热量传递的基本方式量传递的基本方式热量传递基本方式:热传导、热对流、热辐射热量传递基本方式:热传导、热对流、热辐射一、热传导(导热)一、热传导(导热)1 1、定义和特征、定义和特征 定义定义:指温:指温 度不同的物体度不同的物体 各部分或温度不同各部分或温度不同 的两的两物体间物体间直接接触直接接触
9、时,依靠时,依靠分子、原子及自由分子、原子及自由 电子电子等微观粒子热运动等微观粒子热运动而进行而进行 的热量传递现象的热量传递现象 。导热是导热是物质的属性:只要存在温差物质的属性:只要存在温差,可以在固,可以在固体、液体、液体、体、气体中气体中发生发生2 2、导热的、导热的 特点特点必须有温差必须有温差物体直接接触物体直接接触依靠分子、依靠分子、原子及原子及 自由自由 电电 子等微观粒子子等微观粒子热热 运动而运动而 传递热量传递热量不不 发生宏观的相对位移发生宏观的相对位移3 3、导热机理、导热机理气体:气体分气体:气体分子不规则热子不规则热 运动时运动时 相互碰撞的结果。相互碰撞的结果
10、。导导 电固电固体:自由电体:自由电 子运动和晶格结构的震子运动和晶格结构的震 动。动。非非 导电固导电固 体:晶格结构的体:晶格结构的 振动。振动。液液 体:很体:很 复杂。复杂。q=热导率(导热热导率(导热系数)系数)W t=A t W A m 2:热热流量,单位流量,单位时时 间传递的热量间传递的热量WWq q:热热流密度,流密度,单位时单位时 间通过间通过 单位面积传递的热量单位面积传递的热量:平壁的厚平壁的厚度度mm;A A:垂直于导热方向的垂直于导热方向的 截面积截面积 m m 2 2 o:W(m o C)T1T2l4 4、热量传递方程、热量传递方程热导热导率率 (导热系数导热系数
11、 )=A t W t=A定义:定义:具有具有单位温度单位温度 差(差(1K1K)的单位厚度的物体)的单位厚度的物体(1m)(1m),在它的单位面积上在它的单位面积上 (1m(1m 2 2)、每、每 单位时间单位时间(1s)(1s)的导热量的导热量(J)(J)热导率表示材料导热热导率表示材料导热 能力大小;能力大小;物性参数;实验确定物性参数;实验确定金属 非金属固体 液体 气体 纯铜=398 W (m o C);水=0.6 W (m oC);空气=0.026 W (m oC)(20 o C)=398 50/0.01=1.99 10 W=109 50/0.01=0.545 10 W=40 50/
12、0.01=0.2 10 W例题例题有三块有三块分别由分别由纯铜纯铜(热导率热导率1=398W/(mK)、黄铜黄铜(热(热导率导率2=109W/(mK))和)和碳钢碳钢(热导率(热导率3=40W/(mK))制成的大制成的大平板,厚度都为平板,厚度都为10mm 10mm,两,两 侧表面的温差都维持侧表面的温差都维持为为tw1tw2=50不变,试求通过每块不变,试求通过每块平板平板 的导热热流密的导热热流密度。度。这是通过大这是通过大 平壁的一平壁的一 维稳态导热问题维稳态导热问题6对:对:66tw1 tw 2tw1 tw 2tw1 tw 2解于纯铜板解于纯铜板q1 =1对对于黄铜板于黄铜板q2 =
13、2对对于碳钢板于碳钢板q2 =3定定 义义:流流 体各部分体各部分 之间发生之间发生相对位移相对位移时,时,冷热冷热流流 体体相互相互 掺混掺混所引所引起的热量传递过程。起的热量传递过程。特征特征:流流 体中有温差体中有温差 热对流必热对流必 然然 同时同时 伴伴 随随着着 热传导,热传导,自然界自然界 不存在不存在 单一的热单一的热 对流对流二、热对流二、热对流1 1、定义和定义和 特征特征对流换对流换热的热的 特点特点 对流换热与热对流换热与热对流不同,对流不同,既有热对流,也有导热;不既有热对流,也有导热;不是是基本传热方式基本传热方式 导热与热对流同导热与热对流同时存在的复杂热传递过程
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