实验传热学1-概述

绪论一、概念1. 传热学: 研究热量传递规律的科学。

2. 热量传递的基本方式: 热传导、热对流、热辐射。

3. 热传导(导热): 物体的各部分之间不发生相对位移、依靠微观粒子的热运动产生的热量传递现象。

（纯粹的导热只能发生在不透明的固体之中。

）4. 热流密度：通过单位面积的热流量(W／m2)。

5．热对流: 由于流体各部分之间发生相对位移而产生的热量传递现象。

热对流只发生在流体之中, 并伴随有导热现象。

6. 自然对流: 由于流体密度差引起的相对运功c7. 强制对流: 出于机械作用或其他压差作用引起的相对运动。

8. 对流换热：流体流过固体壁面时, 由于对流和导热的联合作用, 使流体与固体壁面间产生热量传递的过程。

9. 辐射: 物体通过电磁波传播能量的方式。

10．热辐射: 由于热的原因, 物体的内能转变成电磁波的能量而进行的辐射过程。

11. 辐射换热：不直接接触的物体之间, 出于各自辐射与吸收的综合结果所产生的热量传递现象。

12. 传热过程；热流体通过固体壁而将热量传给另一侧冷流体的过程。

13．传热系数: 表征传热过程强烈程度的标尺, 数值上等于冷热流体温差1时所产生的热流密度。

14. 单位面积上的传热热阻：单位面积上的导热热阻: 。

单位面积上的对流换热热阻:对比串联热阻大小就可以找到强化传热的主要环节。

15. 导热系数是表征材料导热性能优劣的系数, 是一种物性参数, 不同材料的导热系数的数值不同, 即使是同一种材料, 其值还与温度等参数有关。

对于各向异性的材料, 还与方向有关。

常温下部分物质导热系数: 银: 427；纯铜: 398；纯铝: 236；普通钢: 30-50；水: 0.599；空气: 0.0259；保温材料: <0.14；水垢: 1-3；烟垢: 0.1-0.3。

16. 表面换热系数不是物性参数, 它与流体物性参数、流动状态、换热表面的形状、大小和布置等因素都有关。

17. 稳态传热过程（定常过程）：物体中各点温度不随时间而变。

传热学实验指导书XX大学XX学院XX系二〇一X年X月一、导热系数的测量导热系数是反映测量热性能的物理量，导热是热交换三种基本形式之一，是工程热物理、材料科学、固体物理及能源、环保等各研究领域的课题之一。

要认识导热的本质特征，需要了解粒子物理特性，而目前对导热机理的理解大多数来自固体物理实验。

材料的导热机理在很大程度上取决于它的微观结构，热量的传递依靠原子、分子围绕平衡位置的振动以及电子的迁移，在金属中电子流起支配作用，在绝缘体和大部分半导体中则以晶格振动起主导作用。

因此，材料的导热系数不仅与构成材料的物质种类有关，而且与它的微观结构、温度、压力及杂质含量相联系。

在科学实验和工程设计中所采用材料导热系数都需要用实验方法测定。

1882年法国科学家J ·傅里叶奠定了热传导理论，目前各种测量导热系数的方法都是建立在傅里叶热传导定律的基础上，从测量方法来说，可分为两大类：稳态法和动态法，本实验是稳态平板法测量材料的导热系数。

【实验目的】1、了解热传导现象的物理过程2、学习用稳态平板法测量材料的导热系数3、学习用作图法求冷却速率4、掌握一种用热电转换方式进行温度测量的方法【实验仪器】1、YBF-3导热系数测试仪 一台2、冰点补偿装置 一台3、测试样品（硬铝、硅橡胶、胶木板） 一组4、塞尺 一把5、游标卡尺（量程200mm ） 一把6、天平（量程1kg ，分辨率0.1g ） 一台【实验原理】为了测定才材料的导热系数，首先从热导率的定义和它的物理意义入手。

热传导定律指出：如果热量是沿着Z 方向传导，那么在Z 轴上任一位置Z 0，处取一个垂直截面A （如图1）以dt/dz 表示Z 处的温度梯度，以dQ/d τ表示该处的传热速率（单位时间通过截面积A 的热量），那么传导定律可表示为：()0z z dz dt d dQ A =-==Φλτ 1-1式中的负号表示热量从高温向低温区传导（即热传导的方向与温度梯度的方向相反）。

传热学知识点总结本文将围绕传热学的基本概念、传热方式、传热方程、传热实验和应用等方面进行详细的介绍和总结，以便读者更好地了解传热学的相关知识。

一、传热学的基本概念1. 热量传递热量传递是指物体内部或物体之间由于温度差异而产生的热量的传递过程。

热量的传递方式主要有传导、对流和辐射三种。

2. 传热方程传热方程描述了物体内部或物体之间热量传递的数学关系，是传热学的基础理论。

传热方程一般包括传热率、温度差和传热面积等参数，可以用来计算热量传递的速率和大小。

3. 传热系数传热系数是描述物体材料对热量传递率影响的重要参数，通常用符号h表示。

在物质传热过程中，传热系数的大小直接影响热量的传递速率。

4. 传热表面积传热表面积是指在热量传递过程中热量流经的表面积，是计算热传递速率的重要参数。

传热表面积的大小与物体的形状和大小有关，也与传热方式和传热系数有关。

5. 热传导热传导是一种物质内部热量传递的方式，指的是热量通过物质内部原子、分子之间相互作用的传递过程。

热传导是传热学的基本概念之一。

6. 热对流热对流是一种物体表面热量传递的方式，指的是热量通过流体传递到物体表面，然后再由物体表面传递到其它介质的传热过程。

7. 热辐射热辐射是一种通过电磁波传递热量的方式，是物体之间没有接触的情况下进行热量传递的重要方式。

热辐射是传热学的另一个基本概念之一。

二、传热方式1. 传导传热传导传热是指热量通过物质内部的原子、分子的直接作用而传递的方式。

在传导传热过程中，热量的传递是从高温区向低温区进行的，其传热速率与温度差和物质的传热系数有关。

2. 对流传热对流传热是指流体传热传递的方式，包括自然对流和强制对流两种。

在对流传热过程中，流体的流动是热量传递的主要形式，其传热速率与流体的流速、温度差和传热面积有关。

3. 辐射传热辐射传热是通过电磁波传递热量的方式，是物体之间没有接触的情况下进行热量传递的重要方式。

在辐射传热过程中，热量的传递不依赖于介质，而是通过电磁波的辐射进行的。

实验一 二维墙角导热水电模拟一 实验目的1 巩固所学传热学和相似原理方面的知识，熟悉电模拟实验方法，测定出二维墙角导热温度场；2 参考二维墙角导热数值模拟的结果，对比实测与数值模拟之间方法和结果的差别。

二 实验原理大自然中有许多相类似的现象。

所谓类似，就是指事物客观发展过程不同，而描述它们的数学模型形式相同的现象。

固体内无内热源的稳定导热现象和导电体内无感应的稳定导电现象就是属于两种性质、但微分方程形式相同的类似现象。

它们都可以用拉普拉斯方程来描述，即02＝ϕ∇ (1)式中，ϕ可以代表电势，又可以代表温度。

因此，人们可以通过研究电学现象去确定导热现象的规律性。

这并不是利用现象本身的相似性，而是用类比的方法，用其它物理现象来重演所要研究的现象。

也可以说，是利用那些具有相同的数学微分方程式所表达的物理现象来互相模拟。

而测量电压、电流和电阻等参数比起测量热量和温度来说，既简便又精确。

这种研究方法称为电模拟，它具有很大的实用价值。

由于它们的数学方程属于同一类型，故两个现象的对应量之间存在一个类比关系。

由导热现象中的付立叶定律写出TR tx t q ∆∆∆=＝λ (2) 由导电现象中的欧姆定律写出AR uI ∆＝(3) 式中 q — 导热量， WΔt —温度差， Cλ — 物体的导热系数， )/(C m W ⋅x ∆— 导热物体的厚度，mT R — 导热体内的热阻， ℃/ WI — 导电量, A Δu — 电位差, VA R — 导电体内的电阻, Ω于是，可以建立用电流来模拟热流、用电势差来模拟温度差、用电阻来模拟热阻的类比关系。

根据相似原理，只要建立二者的几何条件相似和边界条件相似，则方程式的解就具有同一形式。

对于工程上简单的二维或三维导热温度场，如二维墙角的导热温度场，完全可以通过水电模拟方法来确定它的分布规律。

所谓几何条件相似，就是使导热体模型的各方向几何尺寸和导电体模型的各方向几何尺寸比值为同一相似倍数。

传热学基本知识总结传热学是研究热能在物质中传递的科学，是物体内部的热平衡和热不平衡的原因和规律的研究。

传热学的基本知识涵盖了传热的基本概念、传热方式、传热导率与传热过程的数学描述等内容。

以下是对传热学基本知识的总结。

一、传热的基本概念1.温度：物体内部分子运动的程度的度量。

温度高低决定了热能的传递方向。

2.热量：物体之间由于温度差异而传递的能量。

热量沿温度梯度从高温区向低温区传递。

3.热平衡：物体内部各点的温度相等，不存在热量传递的状态。

4.热不平衡：物体内部存在温度差异，热量从高温区传递到低温区。

二、传热方式1.热传导：固体内部的分子传递热量的方式，通过分子的碰撞传递热量。

2.对流传热：液体或气体中，由于温度差异而产生的流动传递热量的方式。

3.辐射传热：热能通过电磁波的传播传递热量的方式，无需介质参与。

三、热导率热导率是物体传导热量的能力，用导热系数λ来衡量。

热导率取决于物质本身的性质，与物质的材料、温度有关。

热导率越大，物体传热能力越强。

四、传热数学描述1.热量传递方程：描述物体内部传热过程的数学方程，根据物体内部各点之间的温度差和传热方式的不同可以分为热传导方程、热对流方程和热辐射方程。

2.热导率公式：用来计算物体传热量的数学公式，通常与热导率、温度差、传热面积等物理量相关。

五、传热实例1.热传导：例如铁棒的两端被加热，热量通过铁棒内部分子的传递向另一端传递。

2.对流传热：例如空气中的对流传热，空气受热后变热上升，形成了对流传热。

3.辐射传热：太阳的辐射热量通过空间传递到地球表面，为地球提供能量。

在工程中，传热学常常运用于热工系统的设计和优化。

工程师可以通过对传热方式的研究和对材料热导率的了解，提高传热效率，减少能量损耗。

例如，在电子设备的设计中，通过优化散热结构和选择高热导率的材料，可以有效降低设备的温度，提高设备的工作效率和寿命。

传热学也广泛应用于暖通空调系统、汽车引擎、核反应堆等领域。

实验一 非稳态法测量材料的导热性能实验一、实验目的1. 快速测量绝热材料的导热系数和比热。

2. 掌握使用热电偶测量温差的方法。

二、实验原理X图1 第二类边界条件无限大平板导热的物理模型本实验是根据第二类边界条件，无限大平板的导热问题来设计的。

设平板厚度为2δ。

初始温度为t 0，平板两面受恒定的热流密度q c 均匀加热（见图1）。

求任何瞬间沿平板厚度方向的温度分布t(x,τ)。

导热微分方程式、初始条件和第二类边界条件如下：22),(),(x x t a x t ∂∂=∂∂τττ初始条件 0)0,(t x t =边界条件x=0,0),0(=∂∂xt τX=δ,0),(=+∂∂λτδcq x t 方程的解为：⎥⎦⎤⎢⎣⎡--+--=-∑∞=+1221220)exp(cos(2)1(63),(n o n n n n c F x x a q t x t μδμμδδδδλττq c式中： t —温度； τ—时间； t 0 — 初始温度；ɑ — 平板的导温系数； μn — n π n=1,2,3,……2δτa Fo =— 傅立叶准则； q c— 沿方向从端面向平板加热的恒热流密度；随着时间t 的延长，Fo 数变大，上式中级数和项愈小。

当Fo>0.5时，级数和项变得很小，可以忽略，上式变成：)612(),(220-+-=-δτδτλδτa a q t x t c 由此可见，当Fo>0.5后，平板各处温度和时间成线性关系，温度随时间变化的速率是常数，并且到处相同。

这种状态称为准稳态。

在准稳态时，平板中心面x=0处的温度为：)61(),0(20-=-δτλδτa q t t c 平板加热面X=δ处为：)31(),(20+-=-δτλδτδa q t t c 此两面的温差为：λδττδcq t t t 21),0(),(=-=∆如已知q c 和δ，再测出t ∆，就可以由上式求出导热系数：tq c∆=2δλ式中，λ—平板的导热系数，oW /(m C)⋅ cq —沿x 方向给平板加热的恒定热流密度，2W /mδ—平板的厚度，mt ∆—平板中心面x=0处和平板加热面x=δ处两面的温差，o C又，根据热平衡原理，在准稳态有下列关系：式中，F —平板的横截面积ρ—试件材料的密度C —试件材料的比热—准稳态时的温升速率由上式可求得比热为：实验时， 以试件中心处为准。

第一章 导热理论基础本章重点：准确理解温度场、温度梯度、导热系数等基本概念，准确掌握导热基本定律及导热问题的基本分析方法。

物质内部导热机理的物理模型：（1）分子热运动；（2）晶格（分子在无限大空间里排列成周期性点阵）振动形成的声子运动；（3）自由电子运动。

物质内部的导热过程依赖于上述三种机理中的部分项，这几种机理在不同形态的物质中所起的作用是不同的。

导热理论从宏观研究问题，采用连续介质模型。

第一节 基本概念及傅里叶定律1-1 导热基本概念一、温度场(temperature field)（一）定义：在某一时刻，物体内各点温度分布的总称，称为即为温度场（标量场）。

它是空间坐标和时间坐标的函数。

在直角坐标系下，温度场可表示为：),,,(τz y x f t = （1-1）（二）分类：1．从时间坐标分：① 稳态温度场：不随时间变化的温度场，温度分布与时间无关，0=∂∂τt ，此时，),,(z y x f t =。

（如设备正常运行工况） 稳态导热：发生于稳态温度场中的导热。

② 非稳态温度场：随时间而变化的温度场，温度分布与时间有关，),,,(τz y x f t =。

（设备启动和停车过程）非稳态导热：在非稳态温度场中发生的导热。

2．从空间坐标分： ① 三维温度场：温度与三个坐标有关的温度场，⎩⎨⎧==稳态非稳态),,(),,,(z y x f t z y x f t τ ② 二维温度场：温度与二个坐标有关的温度场，⎩⎨⎧==稳态非稳态),(),,(y x f t y x f t τ∆tt-∆tgrad t③ 一维温度场：温度只与一个坐标有关的温度场，⎩⎨⎧==稳态非稳态，)()(x f t x f t τ 二、等温面与等温线1．等温面(isothermal surface)：在同一时刻，物体内温度相同的点连成的面即为等温面。

2．等温线(isotherms)：用一个平面与等温面相截，所得的交线称为等温线。

为了直观地表示出物体内部的温度分布，可采用图示法，标绘出物体中的等温面（线）。

传热学第一章、绪论1.导热：物体的各个部分之间不发生相对位移时，依靠分子，原子及自由电子等微观粒子的热运动而产生的热能传递称为热传导，简称导热。

2.热流量：单位时间内通过某一给定面积的热量称为热流量。

3.热流密度：通过单位面积的热流量称为热流密度。

4.热对流：由于流体的宏观运动而引起的流体各部分之间发生相对位移、冷热流体相互掺混所导致的热量传递过程。

5.对流传热：流体流过一个物体表面时流体与物体表面间的热量传递过程。

6.热辐射：因热的原因而发出的辐射的想象称为热辐射。

7.传热系数：传热系数树枝上等于冷热流体见温差℃1=∆t ，传热面积21m A =时的热流量值，是表征传热过程强度的标尺。

8.传热过程：我们将热量由壁面一侧流体通过壁面传递到另一侧流体的过程。

第二章、导热基本定律及稳态导热1.温度场：各个时刻物体中各点温度所组成的集合，又称为温度分布。

2.等温面：温度场中同一瞬间温度相同的各点连成的面。

3.傅里叶定律的文字表达：在导热过程中，单位时间内通过给定截面积的导热量，正比于垂直该界面方向上的温度变化率和截面面积，而热量的传递方向则与温度升高的方向相反。

4.热流线：热流线是一组与等温面处处垂直的的曲线，通过平面上人一点的热流线与改点热流密度矢量相切。

5.内热源：内热源值表示在单位时间内单位体积中产生或消耗的热量。

6.第一类边界条件：规定了边界点上的温度值。

第二类边界条件：规定了边界上的热流密度值。

.第三类边界条件：规定了边界上物体与周围流体间的表面传热系数h 及周围流体的温度ft 7.热扩散率a ：ca ρλ=，a 越大，表示物体内部温度扯平的能力越大；a 越大，表示材料中温度变化传播的越迅速。

8.肋片：肋片是依附于基础表面上的扩展表面。

第三章、非稳态导热1.非稳态导热：物体的温度随时间的变化而变化的导热过程称为非稳态导热。

2.非正规状况阶段：温度分布主要受出事温度分布的控制，称为非稳态导热。

传热学知识点总结传热学知识点总结传热学，是研究热量传递规律的科学，是研究由温差引起的热能传递规律的科学。

大约在上世纪30年代，传热学形成了独立的学科。

以下是小编整理的传热学知识点总结，欢迎阅读！第一章§1-1 “三个W”§1-2 热量传递的三种基本方式§1-3 传热过程和传热系数要求：通过本章的学习，读者应对热量传递的三种基本方式、传热过程及热阻的概念有所了解，并能进行简单的计算，能对工程实际中简单的传热问题进行分析（有哪些热量传递方式和环节）。

作为绪论，本章对全书的主要内容作了初步概括但没有深化，具体更深入的讨论在随后的章节中体现。

本章重点：1.传热学研究的基本问题物体内部温度分布的计算方法热量的传递速率增强或削弱热传递速率的方法2.热量传递的三种基本方式(1).导热：依靠微观粒子的热运动而产生的热量传递。

传热学重点研究的是在宏观温差作用下所发生的热量传递。

傅立叶导热公式：(2).对流换热：当流体流过物体表面时所发生的热量传递过程。

牛顿冷却公式：(3).辐射换热：任何一个处于绝对零度以上的物体都具有发射热辐射和吸收热辐射的能力，辐射换热就是这两个过程共同作用的结果。

由于电磁波只能直线传播，所以只有两个物体相互看得见的部分才能发生辐射换热。

黑体热辐射公式：实际物体热辐射：3.传热过程及传热系数：热量从固壁一侧的流体通过固壁传向另一侧流体的过程。

最简单的传热过程由三个环节串联组成。

4.传热学研究的基础傅立叶定律能量守恒定律+ 牛顿冷却公式 + 质量动量守恒定律四次方定律本章难点1.对三种传热形式关系的理解各种方式热量传递的机理不同，但却可以（串联或并联）同时存在于一个传热现象中。

2.热阻概念的理解严格讲热阻只适用于一维热量传递过程，且在传递过程中热量不能有任何形式的损耗。

思考题：1.冬天经太阳晒过的棉被盖起来很暖和，经过拍打以后，效果更加明显。

为什么？2.试分析室内暖气片的散热过程。

实验一 普通套管换热器一、实验目的：1、通过对简单套管换热器的实验研究，掌握对流换热系数（w h ）的测定方法，加深对其概念和影响因素的理解。

并应用线性回归分析方法，确定关联式（充分发展层流1Nu C =，充分发展湍流0.42Pr Re m Nu C =）中的常数1C ，2C ，m 。

2、认识套管换热器的结构及操作方法，测定并比较气-气换热、液-液换热以及不同流速下的换热效果。

二、实验内容选择不同的实验操作条件，对普通套管换热器的对流传热系数进行测定。

三、实验原理（1）传热过程基本原理传热是指由于温度差引起的能量转移，又称热传递。

由热力学第二定律可知，凡是有温度差存在时，热量就必然发生从高温处传递到低温处，因此传热是自然界和工程技术领域中极普遍的一种传递现象。

总传热系数U 是评价换热器性能的一个重要参数，也是对换热器进行传热计算的依据。

对于已有的换热器，可以通过测定有关数据，如设备尺寸、流体的流量和温度等，然后由传热速率方程式（1-1）计算U 值。

传热速率方程式是换热器传热计算的基本关系。

在该方程式中，冷、热流体的温度差△T 是传热过程的推动力，它随传热过程冷热流体的温度变化而改变。

传热速率方程式：lm Q UA T =∆ （1）另外，根据热平衡方程，有：()p o i m Q c T T -= （2）因此，总传热系数为：()p o i lmm c T T U A T -=∆ （3）式中，Q 为传热速率（W ）；A 为换热面积（㎡）；lm T ∆为换热对数平均温差；m 为换热流体的质量流量（kg/s ）；ρ为换热流体的密度（kg/m 3）；p c 为换热流体的定压比热（J/（kg.K ））； i T 、o T 为进、出口流体温度（K ）。

（2）换热器简介套管式换热器是用管件将两种尺寸不同的标准管连接成为同心圆的套管，如图1。

套管换热器结构简单、能耐高压。

图1 普通套管换热器原理图四、实验方法及步骤1. 实验准备：开车前首先检查管路、各种换热器、管件、仪表、流体输送设备是否完好，检查阀门、分析测量点是否灵活好用。

第一章绪论1－1 传热学概述一、什么是传热学传热学是研究热量传递规律的科学。

（热量传递由什么引起的）基于热力学的定义，热是一种传递中的能量。

传递中的能量不外乎是处于无序状态的热和有序状态的功，他们的传递过程常常发生在能量系统处于不平衡的状态下，而系统的状态是可以用其状态参数来确定的。

热力学的基本状态参数是压力p、温度T以及比容积v。

对于一个不可压缩的热力学系统而言，温度的高低就反映了系统能量状态的高低和单位质量系统内热能（或称热力学能，简称内能）的多少。

热力学第二定律告诉我们，能量总是自发地从高能级状态向低能级状态传递和迁移。

因此，热的传递和迁移就会发生在热系统的高内能区域和低内能区域之间，也就是高温区域和低温区域之间。

对于自然界的物体和系统，将其视为热力学系统时，他们常常是处于不平衡的能量状态之下，各部位存在着压力差和温度差，因而功和热的传递是一种非常普遍的自然现象。

因此，凡是有温度差的地方就有热量传递。

热量传递是自然界和工程领域中极普遍的现象。

我们学习传热学就是要掌握各种热量传递现象的规律，从而为设计满足一定生产工艺要求的换热设备，提高现有换热设备的操作和管理水平，或者对一定的热过程实现温度场的控制打下理论基础。

（课程安排）在本课程中，我们将首先简要的介绍传热学的主要研究内容，给出导热、对流与辐射这三种热量传递基本方式的概念及所传递热量的计算公式。

然后分别讨论导热、对流换热和辐射换热的基本规律，最后，在此基础上，把上述知识综合起来，介绍传热过程及换热设备的计算方法。

二、传热学的重要性几乎在每个工程技术部门中都会遇到传热问题。

（例子）例如建筑物的供热与降温。

自然界（沙尘暴）。

三、传热学与工程热力学在研究方法上的异同工程热力学与传热学都是研究热现象的，都以热能的传递与转换过程中的基本规律作为研究对象。

但是，工程热力学与传热学从不同的角度来研究热现象，因此在研究内容与方法上有很大区别。

1. 工程热力学着重研究的是在能量转换与传递过程中各种形式的能量在数量方面的关系以热能在质量方面的情况。