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传热学第四版第一章

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传热讲义-第1章

传热讲义-第1章

11 Research Group of Heat Transfer
热能利用率和传热过程 密切相关。
高温热源 吸热Q1
热机
Wnet
放热Q2
低温热源
NCEPU
12 Research Group of Heat Transfer
对流、导热、沸腾
对流、导热 对流 导热 辐射 对流、导热
对流
凝结、对流
NCEPU
tw2
: 材料的热导率（导热系数），表明
材料的导热能力，W/(m· K)。
0

W

NCEPUx
28 Research Group of Heat Transfer
热流密度 q :单位时间通过单位面积的热流量
q
导热热阻

A

tw1 tw 2

A
tw1 tw 2


t w1 t w 2
NCEPU
4 Research Group of Heat Transfer
课程体系的简要结构
基础课
专业基础课
专业课
NCEPU
5 Research Group of Heat Transfer
第1章 绪论
1－1 传热学的研究内容与研究方法
（1）传热学的概念:
传热学主要研究热量传递的规律以及控制和 优化热量传递过程的方法。 热量:在温差的作用下传递的热能的数量。 由于温差几乎无处不在，所以热量传递是日常生 活和生产实践中普遍存在的物理现象。 NCEPU
传热学的任务：微尺度下传热规律的探索；预先设定 温度分布；以热量的传递作为控制手段——传热控制
NCEPU
21 Research Group of Heat Transfer

《传热学》课后习题答案-第一章

《传热学》课后习题答案-第一章

传热学习题集第一章思考题1． 试用简练的语言说明导热、对流换热及辐射换热三种热传递方式之间的联系和区别。

答：导热和对流的区别在于：物体内部依靠微观粒子的热运动而产生的热量传递现象，称为导热；对流则是流体各部分之间发生宏观相对位移及冷热流体的相互掺混。

联系是：在发生对流换热的同时必然伴生有导热。

导热、对流这两种热量传递方式，只有在物质存在的条件下才能实现，而辐射可以在真空中传播，辐射换热时不仅有能 量的转移还伴有能量形式的转换。

2． 以热流密度表示的傅立叶定律、牛顿冷却公式及斯忒藩－玻耳兹曼定律是应当熟记的传热学公式。

试写出这三个公式并说明其中每一个符号及其意义。

答：① 傅立叶定律：，其中，－热流密度；－导热系数；－沿x方向的温度变化率，“－”表示热量传递的方向是沿着温度降低的方向。

② 牛顿冷却公式：，其中，－热流密度；－表面传热系数；－固体表面温度；－流体的温度。

③ 斯忒藩－玻耳兹曼定律：，其中，－热流密度；－斯忒藩－玻耳兹曼常数；－辐射物体的热力学温度。

3． 导热系数、表面传热系数及传热系数的单位各是什么？哪些是物性参数，哪些与过程有关？答：① 导热系数的单位是：W/(m.K)；② 表面传热系数的单位是：W/(m 2.K)；③ 传热系数的单位是：W/(m 2.K)。

这三个参数中，只有导热系数是物性参数，其它均与过程有关。

4． 当热量从壁面一侧的流体穿过壁面传给另一侧的流体时，冷、热流体之间的换热量可以通过其中任何一个环节来计算（过程是稳态的），但本章中又引入了传热方程式，并说它是“换热器热工计算的基本公式”。

试分析引入传热方程式的工程实用意义。

答：因为在许多工业换热设备中，进行热量交换的冷、热流体也常处于固体壁面的两侧，是工程技术中经常遇到的一种典型热量传递过程。

5． 用铝制的水壶烧开水时，尽管炉火很旺，但水壶仍然安然无恙。

而一旦壶内的水烧干后，水壶很快就烧坏。

试从传热学的观点分析这一现象。

传热学第一章

传热学第一章
4、计算公式：
（1）热辐射公式： ②斯忒藩-玻耳兹曼定律（俗称温度四次方定律）（P3） （黑体） r AT 4
(实际物体) σ称为斯忒藩-玻耳兹曼常量或黑体辐射常数， σ=5.67×10-8 W/(m2.K4)。 ε称为该物体的发射率（习惯上称为黑度）， 表示物体辐射能力接近黑体的程度 实际物体 黑体
第一章 绪论
第二节 热量传递的三种基本方式
三、热辐射（简称辐射）
1、定义：（P3）
（3）辐射传热： 物体之间相互发射和吸收辐射的综合效果就造成了物体间 以热辐射方式进行的热量传递，称为表面辐射传热，简称辐射
传热，习惯上称为辐射换热。
第七章 辐射传热
第一节 基本概念 三、热辐射（简称辐射）
2、特点：
r AT 4
0 1 1
第一章 绪论
第二节 热量传递的三种基本方式
4、计算公式：
（2）辐射传热公式：（P3） 辐射传热热流量必须同时考虑物体的发射和吸收，即要算 收支总账。 ①两个面积均为A的平行近距放置的黑体表面间的辐射传热：
Φr=σA（T14－T24）
②一非凹小物体A1与外围大空腔之间的辐射传热热流量为：
第一章 绪论
第二节 热量传递的三种基本方式 三、热辐射（简称辐射）
1、定义：（P3）
（1）辐射： 物体中分子或原子受到激发而以电磁波的方式传递能量的 过程称为辐射。被传递的能量称为辐射能。 （2）热辐射： 物体会因各种原因产生辐射，其中由于自身温度或热的原 因而产生的辐射称为热辐射。 换句话说，热辐射的电磁波是物体内部微观粒子的热运动 状态改变时激发出来的。
c hc At hcdlt w t f
1017 .4W

6 3.14 0.15 12 60 30

传热学第1章

传热学第1章

一、导言
因此，对于所有微电子机械系统的设计及应用 来说，全面了解系统在特定尺度内的微机电性质及 材料的热物性、热行为等已经成了迫在眉睫的任务。 然而，目前的科学和工程水平尚无法做到这一步， 于是现代热科学中的一门崭新学科——微米/纳米尺 度传热学应运而生。 早期的微尺度传热学研究主要集中在导热问 题上，之后则扩展到辐射和对流问题。 为说明微尺度传热学的主要研究内容，如下 扼要地介绍一些典型例子，以开拓读者的思路，但 其远远不能代表该学科的全貌，因为微尺度传热的 内涵正不断扩展
二、一些典型微热器件及其相应的热现象
到7000W/m³ 。如此高密度的热量输运是一个富有挑 战性的课题。
图1.3 计算机体系内热耗散与系 统体积的关系
二、一些典型微热器件及其相应的热现象
冷却微小系统的困难在于： 首先，冷却空气速率不能太高，以尽可能减 小声学噪音； 其次，器件结构紧凑性要求仅允许保留有限的 冷却流体空间； 第三，同样的要求不允许在模板上安装大容量 热沉； 第四，低造价的原则要求尽可能地采用塑料封 装芯片，而这又会增大芯片与模板表面之间的导热 热阻，于是热量将主要聚集在基底材料上。
二、一些典型微热器件及其相应的热现象
个量级。所以，分析薄膜中的传热问题自然成为进 一步提高仪器性能的关键步骤。 一系列的研究表明Fourier定律不适于分析高 温超导薄膜及介电薄膜在一定温度和厚度区域内的 热传导问题。在这方面，Boltzmann方程被公认为 是一种最具普适性和有效性的工具。Majumdar发 展了一个基于Boltzmann理论的声子辐射输运方程， 以分析单个薄膜中的导热。其研究表明，在微尺度 区域内，晶格振动或声子的热传导表现为辐射传热 的形式。
二、一些典型微热器件及其相应的热现象

传热学-第一章 绪论PPTPPT幻灯片

传热学-第一章 绪论PPTPPT幻灯片
• 工程热力学：研究能量转换的规律以及热能的性质
• 传热学：研究热量传递规律的一门科学， 热量传递的机理、规律、计算和测试方法
• 燃烧学：研究燃烧现象和燃烧机理
• 制冷与低温：用人工的方法在一定时间和一定空 间内将某物体或流体冷却，使其温度降到环境温度 以下或很低的温度并保持该温度
授课计划 （48学时）
说明：只研究导热现象的宏观规律。
4 、导热的基本规律
1 ）傅立叶定律 （ 1822年，法国数学家Fourier）
如左图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。对于x方向上任意一个厚度为 的微元层来说，根据傅里叶定律， 单位时间内通过该层的导热热量与 当地的温度变化率及平板面积A成正 比，即
第一章 绪论（4学时） 第二章 导热基本定律及稳态导热（8学时） 第三章 非稳态导热（6学时） 第四章 导热数值解法基础（2学时） 第五章 单相流体对流换热（8学时） 第六章 凝结与沸腾换热（2学时） 第七章 热辐射基本定律及物体的辐射特性（4学时） 第八章 辐射换热计算（6学时） 第九章 传热过程分析与换热器计算（8学时） 成绩权重：考试 70%，作业30％。
c 北方寒冷地区，建筑房屋都是双层玻璃， 以利于保温。如何解释其道理？越厚越好？
d 为什么下雪不冷、化雪冷？
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，哪个黄油 融解更快？
生产技术领域大量存在传热问题
a 航空航天：高温叶片气膜冷却与发汗冷 却；火箭推力室的再生冷却与发汗冷却； 卫星与空间站热控制；空间飞行器重返大 气层冷却；超高音速飞行器（Ma=10）冷却； 核热火箭、电火箭；微型火箭（电火箭、 化学火箭）；太阳能高空无人飞机
❖ 自然界与生产过程到处存在温差—传热很普遍

1传热学-第一章课件讲解

1传热学-第一章课件讲解

热 力学： tm , Q 传热学：过程的速率
水，M2 20oC
t = f ( x , y , z , ); Q = f ( )
传热学研究内容 热量传递的机理和速率、温度 场的变化
传热学的工程应用
1、 强化传热：即在一定的 条件下， 增加 所传递 的热量。 如热水的 搅拌冷 却 2 、 削弱传热，也称 热绝缘 ：即在一 定的温差 下，使 热量的传递 减到最小。如热 水瓶 3 、温度控 制：为使 一些设备能安全 经济 地 运 行 ，需要对热量传递中的 关键部位进行温 度控 制 。如航 天器返回 地面， 笔记本的 散热
四、传热问题的分类和主要计算量


稳态传热过程: 传热过程中各处温度不 随时间变化。 非稳态传热过程：传热过程中各 处温度随时间变化。
热流量：
dQ Φ= d
[W]
W 2 m
热流密度：
t Φ q= = A
§1-2热量传递的基本方式
热量传递基本方式：热传导、热对流、热辐射
l
l
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，哪个黄油融解更快？
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、机械制造、新 能源、微电子、核能、 航空航天、微机电系统 （MEMS）、新材料、军事科学与技术、生 命科 学与生物技术…
燃煤电厂的基本流程
锅 炉 工 作 原 理
三、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 热力学第一定律
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 若无能量形式的转换，则热量始终保持守恒。
热力学第二定律
热量能自发的从高温物体传递到低温物体

传热学课后习题答案——第一章

传热学课后习题答案——第一章
简化模型如图所示简化模型如图所示简化模型如图所示111由条件可知由条件可知由条件可知101010111010109918181844181818aa螺栓螺栓螺栓螺栓面积很小在计算时忽略其对耐火砖和钢板面积的影响螺栓面积很小在计算时忽略其对耐火砖和钢板面积的影响螺栓面积很小在计算时忽略其对耐火砖和钢板面积的影响10101081881881810101055耐火砖耐火砖耐火砖101010016401640164393939101010646464钢板钢板钢板40934093409310101011393939101010646464螺栓螺栓螺栓热阻关系为耐火砖与钢板串联然后与螺栓并联所以热阻关系为耐火砖与钢板串联然后与螺栓并联所以热阻关系为耐火砖与钢板串联然后与螺栓并联所以螺栓螺栓螺栓钢板钢板钢板耐火砖耐火砖耐火砖总总058605860586222由上步可知炉墙的传热系数由上步可知炉墙的传热系数由上步可知炉墙的传热系数075075075171717已知已知已知kk3003003001192092092022kakakatthahaha求得求得求得kk44444442442442411所以热流密度所以热流密度所以热流密度929292846184618461444444124124124686868mm191919解
【1-2】
解：根据题意可知，这是一个一维稳态传热过程。通过平壁一维稳态导热的热流密度为
由傅里叶公式有，单位时间内热损
每天产生的热损失
燃气炉需要提供的热量
所需费用
【1-4】
解：流动的空气与换热器之间是稳态对流传热。根据牛顿冷却公式
可知，换热面积
【1-7】
解：这是一个多层复合壁导热问题，各部分热阻既有串联，又有并联。简化模型如图所示
（1）由条件可知

传热学第四版完整版答案

传热学第四版完整版答案

第一章思考题1． 试用简练的语言说明导热、对流换热及辐射换热三种热传递方式之间的联系和区别。

答：导热和对流的区别在于：物体内部依靠微观粒子的热运动而产生的热量传递现象，称为导热；对流则是流体各部分之间发生宏观相对位移及冷热流体的相互掺混。

联系是：在发生对流换热的同时必然伴生有导热。

导热、对流这两种热量传递方式，只有在物质存在的条件下才能实现，而辐射可以在真空中传播，辐射换热时不仅有能量的转移还伴有能量形式的转换。

2． 以热流密度表示的傅立叶定律、牛顿冷却公式及斯忒藩－玻耳兹曼定律是应当熟记的传热学公式。

试写出这三个公式并说明其中每一个符号及其意义。

答：① 傅立叶定律：dx dtq λ-=，其中，q －热流密度；λ－导热系数；dx dt －沿x 方向的温度变化率，“－”表示热量传递的方向是沿着温度降低的方向。

② 牛顿冷却公式：)(f w t t h q -=，其中，q －热流密度；h －表面传热系数；w t －固体表面温度；ft －流体的温度。

③ 斯忒藩－玻耳兹曼定律：4T q σ=，其中，q －热流密度；σ－斯忒藩－玻耳兹曼常数；T －辐射物体的热力学温度。

3． 导热系数、表面传热系数及传热系数的单位各是什么？哪些是物性参数，哪些与过程有关？答：① 导热系数的单位是：W/(m.K)；② 表面传热系数的单位是：W/(m 2.K)；③ 传热系数的单位是：W/(m 2.K)。

这三个参数中，只有导热系数是物性参数，其它均与过程有关。

4． 当热量从壁面一侧的流体穿过壁面传给另一侧的流体时，冷、热流体之间的换热量可以通过其中任何一个环节来计算（过程是稳态的），但本章中又引入了传热方程式，并说它是“换热器热工计算的基本公式”。

试分析引入传热方程式的工程实用意义。

答：因为在许多工业换热设备中，进行热量交换的冷、热流体也常处于固体壁面的两侧，是工程技术中经常遇到的一种典型热量传递过程。

5． 用铝制的水壶烧开水时，尽管炉火很旺，但水壶仍然安然无恙。

传热学-第一章-绪论lujinli

传热学-第一章-绪论lujinli

Summarization
1. 传热学（Heat Transfer）
(1) 研究热量传递规律的科学，具体来讲主要有热量传递
的机理、规律、计算和测试方法
(2) 热量传递过程的推动力：
温差（Temperature Difference） 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 有温差就会有传热 温差是热量传递的推动力
Hale Waihona Puke 4 传热过程的分类(Type)
按温度与时间关系 • 稳态传热 Steady State
• 非稳态传热 Unsteady State （Transient）
t f ( x, y, z) t f ( x, y, z, )
安 徽 工 业 大 学
AnHui University of Technology
学生应能利用必需的输入数据计算传热速率和/或 材料的温度 学生必须能确切地描述涉及传热过程或系统中的输 运现象
学生应能构建实际过程和系统的贴切的模型，并通 过分析得出所论过程或系统性能的结论
安 徽 工 业 大 学
Reference Books
AnHui University of Technology
安 徽 工 业 大 学
AnHui University of Technology
导热的基本定律/速率方程(Law/Rate Equations)：
1822年，法国数学家Fourier:
dt q x dx q x t 2 t1
Temperature gradient
t1
• 新能源(new energy)：太阳能；燃料电池
强化传热 削弱传热 温度控制 enhanced heat transfer weaken heat transfer temperature control

传热学第四版课后习题答案(杨世铭-陶文铨)]

传热学第四版课后习题答案(杨世铭-陶文铨)]

第一章思考题1． 试用简练的语言说明导热、对流换热及辐射换热三种热传递方式之间的联系和区别。

答：导热和对流的区别在于：物体内部依靠微观粒子的热运动而产生的热量传递现象，称为导热；对流则是流体各部分之间发生宏观相对位移及冷热流体的相互掺混。

联系是：在发生对流换热的同时必然伴生有导热。

导热、对流这两种热量传递方式，只有在物质存在的条件下才能实现，而辐射可以在真空中传播，辐射换热时不仅有能量的转移还伴有能量形式的转换。

2． 以热流密度表示的傅立叶定律、牛顿冷却公式及斯忒藩－玻耳兹曼定律是应当熟记的传热学公式。

试写出这三个公式并说明其中每一个符号及其意义。

答：① 傅立叶定律：dx dtq λ-=，其中，q －热流密度；λ－导热系数；dx dt －沿x 方向的温度变化率，“－”表示热量传递的方向是沿着温度降低的方向。

② 牛顿冷却公式：)(f w t t h q -=，其中，q －热流密度；h －表面传热系数；w t －固体表面温度；f t －流体的温度。

③ 斯忒藩－玻耳兹曼定律：4T q σ=，其中，q －热流密度；σ－斯忒藩－玻耳兹曼常数；T －辐射物体的热力学温度。

3． 导热系数、表面传热系数及传热系数的单位各是什么？哪些是物性参数，哪些与过程有关？答：① 导热系数的单位是：W/(m.K)；② 表面传热系数的单位是：W/(m 2.K)；③ 传热系数的单位是：W/(m 2.K)。

这三个参数中，只有导热系数是物性参数，其它均与过程有关。

4． 当热量从壁面一侧的流体穿过壁面传给另一侧的流体时，冷、热流体之间的换热量可以通过其中任何一个环节来计算（过程是稳态的），但本章中又引入了传热方程式，并说它是“换热器热工计算的基本公式”。

试分析引入传热方程式的工程实用意义。

答：因为在许多工业换热设备中，进行热量交换的冷、热流体也常处于固体壁面的两侧，是工程技术中经常遇到的一种典型热量传递过程。

5． 用铝制的水壶烧开水时，尽管炉火很旺，但水壶仍然安然无恙。

传热学第一章答案

传热学第一章答案

第一章3.一建筑物玻璃窗的尺寸为1m*1.2m ，已知其内表面温度为20℃，外表面温度为5℃，玻璃的热导系数为0.65W/(m*k)，试求通过玻璃的散热量损失。

若改用双low-e 膜双中空玻璃，其散热量损失为多少？6.一厚度为50mm 的无限大平壁，其稳态温度分布为t=a+bxx （℃）式中a=200℃，b=-2000℃。

若平壁材料导热系数为45W/(m*k)，试求：屏蔽两侧表面处的热流密度。

平壁中是否有内热源？为什么？若有的话，它的强度是多大？已知：50mm σ=、2t a bx =+、200a =℃、2000b =-℃/m 2、45()W m K λ=∙求：（1）0x q =、6x q = （2）v q解：（1）00020x x x dt q bx dx λλ====-=-= 3322452(2000)5010910x x x dt W q bx m dx σσσλλ-====-=-=-⨯⨯-⨯⨯=⨯ （2）由220v q d t dx λ+=2332245(2000)218010v d t W q b m dxλλ=-=-=-⨯-⨯=⨯ 9.一半经为R 的实心球，初始温度均匀并等于To ，突然将其放入一定温度恒定并等于Tf 的液体槽内冷却。

已知球的热物性参数λ，ρ，C.球壁表面的传热系数为h ，试写出描写球体冷却过程的完整数学描述。

取如图所示球坐标，其为无内热源一维非稳态导热故有： 22t a t r r r r τ∂∂∂⎛⎫= ⎪∂∂∂⎝⎭00,t t τ==0,0t r r∂==∂ ,()f t r R h t t r λ∂=-=-∂10.从宇宙飞船中伸出一根细长的散热棒，已辐射散热将热量散布到外部空间去，已知，棒的黑度为ε，导热系数为λ，棒的长度为l ，横截面面积为f ，截面周长为U ，棒根部温度为To ，外部空间是绝对零度的黑体，是写出描写帮温度分布的导热微分方程式和相应的边界条件。

《传热学第四版》课件

《传热学第四版》课件

介绍辐射热传递的物理量和相应的单位。
3 基本方程
4 计算方法
展示辐射传热的基本方程式，包括斯特藩 -玻尔兹曼定律等。
介绍辐射传热的求解方法，如经典方法和 数值方法。
传热应用
传热器设计
通过传热学技术优化传热器 设计来提高能效。
传热系统分析
运用传热学原理对各种传热 系统的能量分析和热优化。
工程实例分析
《传热学第四版》PPT课 件
探索热传递的奥秘，了解从热到冷的自然规律和物理过程。这份课件将带领 你深入了解传热学的基础知识和应用。
课程简介
本课程将介绍传热学的基本概念和应用，包括传热方式、传热界面分析、热 传导的解析方法以及对流换热系数等内容。马上跟我们一起来探索吧！
传热基础
热传导
探讨热在物质内部由热量高处 向低处传递的规律和方程式。
热对流
讲解流体通过对流传递热量的 基本概念、经典模型和实际工 程应用。
热辐射
解读物体表面通过辐射传递热 量的基本原理和表解内部传热方程的推导和各个参数的物理 意义。
传热界面
针对传热界面的特殊性质进行分析和构建。
数学解法
介绍热传导的解析方法，如分离变量和傅里 叶变换。
稳态传热
分析稳态传热的物理机制和特征，并提供数 学模型。
热对流
1
流体力学基础
介绍流体力学的基本概念，如流速、压力和涡度等。
2
对流换热系数
讲解对流换热系数的求解方法，包括Nusselt数和Reynolds数等。
3
对流传热模型
提供自然对流和强制对流的传热模型。
热辐射
1 辐射热传递规律
2 物理描述
解读辐射传热的物理机制和数学表达式。

传热学 第一章

传热学 第一章

第一章热力发电是最主要的发电方式。

(燃煤发电，蒸汽-燃气联合循环发电，核能发电，地热发电，太阳能集热发电) 朗肯循环(最简单理想循环):燃料在锅炉1中燃烧,放出热量,水在锅炉中定压吸热,气化为饱和蒸汽,饱和蒸汽在锅炉过热器2中吸热成为过热蒸汽,蒸汽通过汽轮机3膨胀做功,并有一定的热损失,在汽轮机排气口,蒸汽呈低压湿蒸汽状态,在汽轮机中膨胀做功后的乏汽进入凝汽器5并凝结成水,放出潜热,给水泵将凝结水提高压力并重新泵入锅炉,完成一个循环。

回热循环:效率低得主要原因在于工质平均吸热温度不高,可以提高蒸汽初参数,同时,采用给水回热是有效途径.把汽轮机中做过功的部分蒸汽,逐级抽出来加热给水,减少冷源损失,提高锅炉给水温度,从而提高蒸汽平均吸热温度,循环效率得到改善.中间在热循环:蒸汽初压提高,会引起乏汽的湿度增加,对汽轮机有害.先让新蒸汽进入汽轮机高压缸部分膨胀做功,将做功后的蒸汽引到锅炉的再热器中再热,然后在送到汽轮机的中低压缸部分继续膨胀做功,经过再热,乏汽的干度明显增大,避免了提高初压带来的困难。

分类:做功原理(冲动式和反动式)，热力过程特征（凝汽式，背压式，调整抽汽式，中间再热式）蒸汽压力（低压1.2-2，中压2.1-4高压8.1-12.5超高压12.6-15亚临界15.1-22.5超临界22.1-27超超临界）型号：第一部分表示汽轮机的形式，第二部分表示汽轮机容量，新蒸汽参数，再热蒸汽参数，供热蒸汽参数，第三部分为厂家设计序号。

N：凝汽式，B：背压式，C：一次调整抽气式，CC：二次调整抽气式，CB：抽气背压式，H：船用，Y：移动式。

CC25-8.38/0.98/0.118表示二次调整抽气式汽轮机，功率为25MW，新蒸汽的压力为8.83MPa,第一次调整抽气压力，第二次调整抽气压力。

第四章：蒸汽循环做功的主要4个过程:蒸汽在锅炉中的定压吸热过程,蒸汽在汽轮机中膨胀做功过程,汽轮机排气在凝汽器中定压放热过程,凝结水在给水泵中的升压过程。

传热学第一章 绪论

传热学第一章 绪论
传热学
主 讲： 杨 德伟
第一章 绪 论
第一节 概 述
•传 热：由于温差而引起的能量的转移。 •传热学：研究热量传递规律的一门学科。
一、传热学与热力学的区别：
（1）研究工质不一样；（热：气体；传：固、液、气） （2）热力学研究可逆过程，无温差传热；而传热学则是温差
传热，为不可逆过程。 （3）热力学研究热量和功之间的相互转换关系，而传热学则
Q A
c
t
对流换热系数， W m2 C
A 与流体接触的壁面面积
3. 热辐射(radiation heat transfer)
1）定义：由于温度的原因而导致的能量辐射。 （2）特征：
❖有能量形式间的转化：热能－辐射能－热能 ❖不需直接接触 ❖T>0就有能量辐射 ❖与绝对温度呈4次方关系
（3）辐射力的计算公式（四次方定律）
Q A tw1 tw2 A t
式中：A——垂直于导热方向的截面积，m2 δ——平壁厚度，m λ－导热系数（热导率），w/（m 。с） Q 热流量（导热量）W
q Q t (w / m2 ) A
q 热流密度
2. 热对流（convection heat transfer）
（1）热对流：
流体的各部分之间由于相对宏观位移而引起的热量传递。
分析室内热量传给室外的热传递过程α，tf1
（1）室内→内墙：对流换热，热辐射
（2）内墙→外墙：导热 （3）外墙→大气：对流换热，热辐射
Q
tw1 tw2
三种热量传递方式：导热、对流和热辐射 1. 导热（热传导）conduction heat transfer
α2 tf2
（1）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
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第一章1-1夏天的早晨，一个大学生离开宿舍时的温度为20℃。

他希望晚上回到房间时的温度能够低一些，于是早上离开时紧闭门窗，并打开了一个功率为15W 的电风扇，该房间的长、宽、高分别为5m 、3m 、2.5m 。

如果该大学生10h 以后回来，试估算房间的平均温度是多少？ 解：因关闭门窗户后，相当于隔绝了房间内外的热交换，但是电风扇要在房间内做工产生热量：为全部被房间的空气吸收而升温，空气在20℃时的比热为：1.005KJ/Kg.K,密度为1.205Kg/m 3,所以当他回来时房间的温度近似为32℃。

1-2理发吹风器的结构示意图如附图所示，风道的流通面积，进入吹风器的空气压力，温度℃。

要求吹风器出口的空气温度℃，试确定流过吹风器的空气的质量流量以及吹风器出口的空气平均速度。

电加热器的功率为1500W 。

解：1-3淋浴器的喷头正常工作时的供水量一般为每分钟。

冷水通过电热器从15℃被加热到43℃。

试问电热器的加热功率是多少？为了节省能源，有人提出可以将用过后的热水（温度为38℃）送入一个换热器去加热进入淋浴器的冷水。

如果该换热器能将冷水加热到27℃，试计算采用余热回收换热器后洗澡15min 可以节省多少能源？ 解：1-4对于附图所示的两种水平夹层，试分析冷、热表面间热量交换的方式有何不同？如果要通过实验来测定夹层中流体的导热系数，应采用哪一种布置？解：（a ）中热量交换的方式主要为热传导。

（b ）热量交换的方式主要有热传导和自然对流。

所以如果要通过实验来测定夹层中流体的导热系数，应采用（a ）布置。

1-5 一个内部发热的圆球悬挂于室内，对于附图所示的三种情况，试分析：（1）圆球表面散热的方式；（2）圆球表面与空气之间的换热方式。

解：（2）圆球为表面传热方式散热。

（1）换热方式：（a ）自然对流换热；（b ）自然对流与强制对流换热相当的过渡流传热；（c ）强制对流换热；1-6 一宇宙飞船的外形示于附图中，其中外遮光罩是凸出于飞船体之外的一个光学窗口，其表面的温度状态直接影响到飞船的光学遥感器。

船体表面各部分的表面温度与遮光罩的表面温度不同。

试分析，飞船在太空中飞行时与遮光罩表面发生热交换的对象可能有哪些？换热的方式是什么？解：一遮光罩与外界发生辐射换热及遮光罩外表与船体外表进行辐射。

传热方式为（辐射） 1-7 热电偶常用来测量气流温度。

如附图所示，用热电偶来测量管道中高温气流的温度T f,壁管温度。

试分析热电偶结点的换热方式。

解：具有管道内流体对节点的对流换热，沿偶丝到节点的导热和管道内壁到节点的热辐射。

1-8 热水瓶胆剖面的示意图如附图所示。

瓶胆的两层玻璃之间抽成真空，内胆外壁及外胆内壁涂了反射率很低的银。

试分析热水瓶具有保温作用的原因。

如果不小心破坏了瓶胆上抽气J 54000036001015＝⨯⨯89.11005.1205.15.235105400003=⨯⨯⨯⨯⨯=∆-t 2260cm A =kPa p 100=251=t 472=t 31000cm fw TT <口处的密闭性，这会影响保温效果吗？解：保温作用的原因：内胆外壁外胆内壁涂了反射率很低的银，则通过内外胆向外辐射的热量很少，抽真空是为了减少内外胆之间的气体介质，以减少其对流换热的作用。

如果密闭性破坏，空气进入两层夹缝中形成了内外胆之间的对流传热，从而保温瓶的保温效果降低。

导热1-9 一砖墙的表面积为12，厚为260mm ，平均导热系数为1.5W/（m.K ）。

设面向室内的表面温度为25℃，而外表面温度为-5℃，试确定次砖墙向外界散失的热量。

解：根据傅立叶定律有：1-10 一炉子的炉墙厚13cm ，总面积为20，平均导热系数为1.04w/m.k ，内外壁温分别是520℃及50℃。

试计算通过炉墙的热损失。

如果所燃用的煤的发热量是2.09×104kJ/kg ，问每天因热损失要用掉多少千克煤？ 解：根据傅利叶公式每天用煤1-11 夏天，阳光照耀在一厚度为40mm 的用层压板制成的木门外表面上，用热流计测得木门内表面热流密度为15W/m 2。

外变面温度为40℃，内表面温度为30℃。

试估算此木门在厚度方向上的导热系数。

解：，1-12 在一次测定空气横向流过单根圆管的对流换热实验中，得到下列数据：管壁平均温度t w =69℃，空气温度t f =20℃，管子外径 d=14mm ，加热段长80mm ，输入加热段的功率8.5w ，如果全部热量通过对流换热传给空气，试问此时的对流换热表面传热系数多大？ 解：根据牛顿冷却公式所以＝49.33W/(m .k)1-13 对置于水中的不锈钢束采用电加热的方法进行压力为1.013的饱和水沸腾换热实验。

测得加热功率为50W ，不锈钢管束外径为4mm ，加热段长10mm ，表面平均温度为109℃。

试计算此时沸腾换热的表面传热系数。

解：根据牛顿冷却公式有W/(m .K)1-14 一长宽各为10mm 的等温集成电路芯片安装在一块地板上，温度为20℃的空气在风扇作用下冷却芯片。

芯片最高允许温度为85℃，芯片与冷却气流间的表面传热系数为175 W/(m.K)。

试确定在不考虑辐射时芯片最大允许功率时多少？芯片顶面高出底板的高度为1mm 。

解：(85℃-20℃) ＝1.5925W1-15 用均匀的绕在圆管外表面上的电阻带作加热元件，以进行管内流体对流换热的实验，如附图所示。

用功率表测得外表面加热的热流密度为3500W/；用热电偶测得某一截面上的空气温度为45℃，内管壁温度为80℃。

设热量沿径向传递，外表面绝热良好，试计算2m WtA9.207626.05)(25125.1=--⨯⨯=∆=Φδλ2m KW t A Q 2.7513.0)50520(2004.1=-⨯⨯=∆=δλd Kg /9.3101009.22.753600244=⨯⨯⨯δλtq ∆=)./(06.0304004.015K m W t q =-⨯=∆=δλ()f w t t rlh q -=π2()f w t t d qh -=π2Pa 510⨯t Ah ∆=Φ2.4423=∆Φ=∴tA h 22()()[]⨯⨯⨯+⨯⨯=∆=Φ001.001.0401.001.0./1752max K m W t hA 2m所讨论截面上的局部表面传热系数。

圆管的外径为36mm ，壁厚为2mm 。

解：由题意 3500W/（80℃-45℃） 又 r==(18-2)mm=16mmW/(m .K)1-16为了说明冬天空气的温度以及风速对人体冷暖感觉的影响，欧美国家的天气预报中普遍采用风冷温度的概念（wind-chill temperature ）。

风冷温度是一个当量的环境温度，当人处于静止空气的风冷温度下时其散热量与人处于实际气温、实际风速下的散热量相同。

从散热计算的角度可以将人体简化为直径为25cm 、高175cm 、表面温度为30℃的圆柱体，试计算当表面传热系数为时人体在温度为20℃的静止空气中的散热量。

如果在一个有风的日子，表面传热系数增加到，人体的散热量又是多少？此时风冷温度是多少？辐射1-17 有两块无限靠近的黑体平行平板，温度分别为。

试按黑体的性质及斯藩-玻尔兹曼定律导出单位面积上辐射换热量的计算式。

（提示：无限靠近意味着每一块板发出的辐射能全部落到另一块板上。

） 解：由题意;;两板的换热量为1-18 宇宙空间可近似地看成为0K 的真空空间。

一航天器在太空中飞行，其外表面平均温度为250℃，表面发射率为0.7，试计算航天器单位表面上的换热量。

解：=0.7W/ 1-19 在1-14题目中，如果把芯片及底板置于一个封闭的机壳内，机壳的平均温度为20℃，芯片的表面黑度为0.9，其余条件不变，试确定芯片的最大允许功率。

解：P ＝1.657W1-20 半径为0.5 m 的球状航天器在太空中飞行，其表面发射率为0.8。

航天器内电子元件的散热总共为175W 。

假设航天器没有从宇宙空间接受任何辐射能量，试估算其表面的平均温度。

解：电子原件的发热量＝航天器的辐射散热量即：=187K热阻分析1-21 有一台气体冷却器，气侧表面传热系数＝95W/(m .K)，壁面厚＝2.5mm ，水侧表面传热系数W/(m .K)。

设传热壁可以看成平壁，试计算各个环节单位面积的热阻及从气到水的总传热系数。

你能否指出，为了强化这一传热过程，应首先从哪一环节着手？解：⨯⨯=⨯rl h Rl m ππ2225.112=∴h 2()K m W 2/15()K m W 2/5021,T T 411T q f σ=422T q f σ=)(4241T T q -=σ4T q εσ=155250)./(1067.54428=⨯⨯⨯-K m W 2m ()00014.0])27320()27385[(1067.59.04484241⨯+-+⨯⨯-=Φ-＝辐射T T A σε辐射对流＋ΦΦ4T Q εσ=4A QT εσ=∴1h 2δ)./(5.46K m W =λ58002=h 2;010526.0111==h R ;10376.55.460025.052-⨯===λδR ;10724.1580011423-⨯===h R则＝94.7，应强化气体侧表面传热。

1-22 在上题中，如果气侧结了一层厚为2mm 的灰，;水侧结了一层厚为1mm 的水垢。

其他条件不变。

试问此时的总传热系数为多少？解：由题意得＝34.61-23 在锅炉炉膛的水冷壁管子中有沸腾水流过，以吸收管外的火焰及烟气辐射给管壁的热量。

试针对下列三种情况，画出从烟气到水的传热过程的温度分布曲线： （1） 管子内外均干净；（2） 管内结水垢，但沸腾水温与烟气温度保持不变；（3） 管内结水垢，管外结灰垢，沸腾水温及锅炉的产气率不变。

解：1-24 在附图所示的稳态热传递过程中，已知：℃，℃，mm ，mm ，W/(m.K)，W/(m.K),W/(m .K)。

试计算单位面积所传递的热量。

解：由题意得=225.35KW1-25 在工程传热问题的分析中定性地估算换热壁面的温度工况是很有用的。

对于一个稳态的传热过程，试概括出通过热阻以估计壁面温度工况的简明法则。

解：因为稳态传热所以通过每个截面的热流量都相等，热阻越小的串联环节温降小，则换热壁面温度越趋于接近，否则温差较大。

传热过程及综合分析1-26 有一台传热面积为12的氨蒸发器，氨液的蒸发温度为0℃，被冷却水的进口温度为9.7℃，出口温度为5℃，蒸发器中的传热量为69000W ，试计算总传热系数。

解：由题意得＝7.35℃λδ++=21111h h K )./(2K m W )./(116.0K m W =λ)./(15.1K m W =λ5800115.1001.05.460025.0116.0002.0951111123322111++++=++++=h h K λδλδλδ)./(2K mW 4601=w t 3002=f t 51=δ5.02=δ5.461=λ16.12=λ58002=h 200071.0122111=++=λδλδh R Z Z fw Z R t t R t q -=∆=∴2m 221t t t ∆+∆=∆又＝782.31-27 设冬天室内的温度为，室外温度为，试在该两温度保持不变的条件下，画出下列三种情形从室内空气到室外大气温度分布的示意性曲线： （1）室外平静无风；（2）室外冷空气以一定流速吹过砖墙表面；（3）除了室外刮风以外，还要考虑砖墙与四周环境间的辐射换热。