传热学课件第一章传热学绪论.ppt

1、 教材教材:传热学传热学 张天孙，第二版张天孙，第二版 参考书参考书:传热学传热学 杨世铭、陶文铨编著，第三版杨世铭、陶文铨编著，第三版 传热学传热学 戴锅生，第二版戴锅生，第二版 先修课程：先修课程：高等数学、工程热力学、流体力学等。高等数学、工程热力学、流体力学等。与热力学的异同点：与热力学的异同点：相同点是二者都是热科学的一部分。不相同点是二者都是热科学的一部分。不同点是热力学研究平衡态，不考虑热量传递同点是热力学研究平衡态，不考虑热量传递的速率，因此没有时间观念。传热学研究非的速率，因此没有时间观念。传热学研究非平衡态，平衡态，强调热量传递的速率及所需时间，强调热量传递的速率及所需时间

2、，所以需有所以需有时空时空概念。概念。学习目的：学习目的：1.1.通过学习传热学掌握热量传递的规律、获通过学习传热学掌握热量传递的规律、获得宽广的热量传递知识。得宽广的热量传递知识。2.2.具有传热过程的分析计算能力及一定的实具有传热过程的分析计算能力及一定的实验技能。验技能。3.3.掌握优化控制传热过程的原则和方法掌握优化控制传热过程的原则和方法,提高提高分析解决实际问题的综合能力。分析解决实际问题的综合能力。学习方法要点：学习方法要点：1.1.重视基本概念和基本理论的理解。重视基本概念和基本理论的理解。2.2.加强理论联系实际训练。加强理论联系实际训练。3.3.学会综合分析解决实际问题的方

3、法。学会综合分析解决实际问题的方法。4.4.灵活运用经验公式、计算图表。灵活运用经验公式、计算图表。5.5.掌握基本实验技能。掌握基本实验技能。6.6.努力提高课堂效率，及时复习与小结。努力提高课堂效率，及时复习与小结。第一章第一章 绪绪 论论基本要求基本要求重点难点重点难点内容精粹内容精粹例题赏析例题赏析1.了解传热学的研究对象及热传递过程了解传热学的研究对象及热传递过程 的类型。的类型。2.了解传热学的应用及学习目的。了解传热学的应用及学习目的。3.理解热量传递的三种基本方式及其特理解热量传递的三种基本方式及其特 点，会分析传热问题中的环节组成和点，会分析传热问题中的环节组成和 传热方式。

4、传热方式。4.掌握传热方程式及传热系数、热阻的掌握传热方程式及传热系数、热阻的 概念。概念。重点与难点重点与难点重点：重点：1.1.热量传递的三种基本方式。热量传递的三种基本方式。2.2.传热方程式、传热系数及热阻的概念传热方程式、传热系数及热阻的概念。难点难点：传热过程中各环节传热方式的辨别传热过程中各环节传热方式的辨别 传热学的研究对象传热学的研究对象 研究方法研究方法 1 火电厂中的热传递现象火电厂中的热传递现象 2 热量传递的三种基本方式热量传递的三种基本方式 3 传热过程和热阻传热过程和热阻 内容精粹传热学的研究对象传热学的研究对象 研究方法研究方法 传热学传热学：研究由温差引起的热

5、量传递规：研究由温差引起的热量传递规律的一门科学。律的一门科学。一、研究对象一、研究对象 热量传递过程的推动力：温差热量传递过程的推动力：温差 热力学第二定律：热量可以自发地由高温热力学第二定律：热量可以自发地由高温热源传给低温热源热源传给低温热源 凡是有温差存在的凡是有温差存在的地方，就会有热量传递。地方，就会有热量传递。在日常生活和生产技术领域中到处存在温在日常生活和生产技术领域中到处存在温差差 温差传热现象无处不在、无时不有。温差传热现象无处不在、无时不有。主要研究内容：主要研究内容：以能量守恒定律为主线1 1物体内温度随空间、时间的分布规律物体内温度随空间、时间的分布规律 t=f(x,

6、y,z,)t=f(x,y,z,)。为其它计算（如热应力计算）或进行温度场的控制提供依据。2 2传热过程中热量的传递规律传热过程中热量的传递规律 =f=f（x,y,z,x,y,z,）。以根据需要强化传热或削弱传热，控制和优化传热过程。传热过程分类：传热过程分类：据温度分布与时间的依变关系将传热过程分为两类：1 稳态传热过程稳态传热过程：如热力设备稳定运行时的传热过程，主要讨论稳态过程。2 非稳态传热过程非稳态传热过程：如热力设备启动、停机、变工况时的传热过程。0t0t二、研究方法1.1.分析解法分析解法（精确解法）:对所研究问题进行合理的物理假设,建 立问题的数学描述,由理论导出分析解。分析解分

7、析解是所研究区域的连续函数，所 以其结果是精确解。它可检验其它解法的 准确性，但只能解一些简单问题。2.2.实验研究法实验研究法：在相似理论指导下进行实验，使实验的 结果能代表所有相似组的结果。实验解实验解是近似解，它也可检验其它解法 的准确性（实践是检验真理的唯一标准）3.3.比拟理论法比拟理论法：根据两种物理现象在数学描写上的相似 性求解的方法（电热模拟、质热比拟）。4.4.数值计算法数值计算法：随计算机发展而发展起来的新方法。第一节第一节 火电厂中的热传递现象火电厂中的热传递现象 火力发电厂是将燃料的化学能转变为电能的工厂。火电厂中的许多设备都是换热器,这些设备的设计、制造、安装和安全经

8、济运行都离不开传热学知识。火电厂电能的生产过程如图1-1所示。锅炉是火力发电厂中的一个主要换热设备。它不仅要组织好燃料在炉膛内的燃烧，还要求把燃烧所产生的热量通过各换热面传递给水、蒸汽和空气，这就是锅炉的炉内过程和锅内过程。锅炉各种换热面的结构型式和布置，锅炉的正常运行操作和变工况运行及启停过程都与传热有密切的联系。同样汽轮机的结构、运行和启停过程也涉及到传热问题。因此研究和掌握热量传递的规律，对电厂机炉的安全运行有着重要的意义。第二节 热量传递的三种基本方式热量传递的三种基本方式 热量传递有三种基本方式：热传导、热对流、热辐射。一、热传导（导热）1概念：当物体的各部分之间存在温差或高温物体与

9、低温物体接触时，依靠自由电子、分子、原子等微观粒子的热运动而产生的热量传递现象称为导热导热（举例）。2特点特点：1)物体各部分之间不发生宏观的相对位移。2)能量的形式不发生变化，始终是热能。3)可以发生在固、液、气体三态物质中。例如通过平壁的导热无限大平壁（a、b）,面积A，厚，两表面分别维持均匀tw1、tw2且tw1tw23一维稳态导热计算式（傅立叶公式傅立叶公式）：由实践经验得，单位时间内通过平壁的导热量：=const时 W 式中“-”表示：热量传递方向与温度梯度方向相反。热导率(导热系数)，W/（m）单位面积的导热量（热流密度热流密度）：W/m2 t=tw1-tw2 dxdtA21wwt

10、tAtq二、热对流1概念：热对流热对流：由于流体宏观的运动，流体各部分之间发生相对位移时温度不同的流体相互掺混而发生的能量传递过程。例如：暖器片周围的空气受热时向上流动，同时把热量传递到房屋空间。对流换热对流换热：流体流过与之温度不同的固体壁面时，流体与壁面之间产生的热量交换称为对流换热，它是热对流与导热联合作用的结果。注意：热对流是热量传递的基本方式之一，但在工程上实用的是对流换热，以后只讨论有实用意义的对流换热。2.2.特点特点：仅能发生在流体中，且同时必然伴随有导热现象。3对流换热的基本公式（牛顿冷却公式牛顿冷却公式）：单位时间单位面积的对流换热量：qh=ht W/m2 h对流换热系数

11、w/（m2）t=tw-tf换热温差 总面积上的对流换热量：h=Aqh=Aht W三、热辐射1概念：辐射辐射：物体通过电磁波传递能量的现象。辐射能辐射能：以辐射方式所传递的能量。物体会因各种不同的的原因产生各种电磁波而发出辐射能（如无线电波，、射线，紫外线、可见光，红外线等）。热辐射热辐射：物体因热的原因产生电磁波发射辐射能的过程称为热辐射。本课程提到的辐射皆指热辐射。辐射换热辐射换热：物体之间以辐射方式进行的热量交换称为辐射换热。2 2特点（与导热、对流的区别）：特点（与导热、对流的区别）：1)1)凡温度高于凡温度高于0K0K的物体就有辐射能力。的物体就有辐射能力。2)2)辐射能传播速度很快且

12、可在真空中进行，辐射能传播速度很快且可在真空中进行，而导热、对流只有在有物质存在的条件下而导热、对流只有在有物质存在的条件下才能实现。才能实现。3 3）辐射能在传递过程中伴随有形式的转化）辐射能在传递过程中伴随有形式的转化（内能（内能辐射能辐射能内能）。内能）。3.辐射换热的基本公式：1）黑体辐射的能量：b=AT4 W =5.6710-8 W/(m2K4)实际物体辐射的能量：=b=AT4 W 该物体的发射率（黑度）2)两表面构成的封闭系统内辐射换热量：如相距甚近的两平行面：12=1A1T14-2A2T24 W小物体被大空腔包围时：12=1A1（T14-T24）W四、说明1复合换热复合换热：在实

13、际传热问题中，三种热传递方式并不一定是单独出现，这不仅表现在相互串联的几个环节中，同一环节也可能两种热传递方式同时存在。一个换热面上对流换热与辐射换热同时起作用的换热过程称为复合换热。2.注意：1)以上各式中t包含的意义不同。2)傅立叶公式、牛顿冷却公式及四次方定律对稳态、非稳态过程都适用，非稳态过程中温度为瞬时值。3常见换热器的热量传递方式分析：第三节第三节 传热过程和热阻传热过程和热阻 一、传热过程 热量由壁面一侧的流体通过壁面传到另一侧流体的过程称为传热过程传热过程。一般包括串联的三个环节：热流体壁面高温侧壁面低温侧冷流体 二、传热方程式 实践证明，传热过程中传递的热量：=KAt W q

14、=Kt W/m2 t=T冷热流体间的平均温差，或K K传热系数 w/(m2)传热方程式是换热器热计算的基本方程 三、传热系数 1定义式定义式：由传热方程给出：W/(m2)2物理意义物理意义：表示传热过程中传热温差为1 时，单位面积的传热量。k为一过程参数，不仅取决于参与传热过程的两种流体特性，还与过程特点有关。k传热过程强烈程度 常用k值的大致范围：见附表，注意各种情况的k值范围。tAk 四、热阻1.概念：各种转移过程的共同规律性可归结为：过程中的转移量=过程的动力/过程的阻力。将传热方程写成与欧姆定律相对应的形式：令Rk=t/W称为传热热阻传热热阻，表示传热过程中热流沿途遇到的阻力 对单位传

15、热面积而言：m2/W)/(1kAtkqtrk1kA1同理：导热热阻导热热阻：对平壁 换热热阻换热热阻：对平壁 注意：h=hc+hr2热阻迭加原则热阻迭加原则：传热过程中，串并联环节热阻的迭加原则与电学中串并联电阻的迭加原则相对应。qtrrhhqtrhrh1tRARhhtRhARh1五、传热系数与传热热阻的关系1稳态下通过平壁的传热量计算：直接用传热方程计算：q=kt 用热阻计算，热图路如图（串联）：tf111htw121htw2tf2q212111hhrtqttffkW/m22 k与rk的关系：比较传热方程式与q的热阻计算式得：k与rk互为倒数 对平壁 k的计算式：W/(m2)对多层平壁，以 代替式中的 kk121111hhkni1iimmd583 mWttdhthdqfwcl/5.156)2348(42.3583.014.3)(,mWTTdqrl/7.27427323273481067.59.0583.014.3)(4484241,）（）（mWqqqclrl/2.431，）（KmW/）（KmWh2/）（KmWk2/