传热学复习资料（全）

传热学复习资料（全）

0.2.1、导热（热传导） 1 、概念

定义：物体各部分之间不发⽣相对位移或不同物体直接接触时，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量传递称导热。如：固体与固体之间及固体内部的热量传递。

3、导热的基本规1 ）傅⽴叶定律 1822 年，法国数学家

如图 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。

考察x ⽅向上任意⼀个厚度为dx 的微元层 律根据傅⾥叶定律，单位时间内通过该层的热流量与温度变化率及平板⾯积A 成正⽐，即 式中 是⽐例系数，称为热导率，⼜称导热系数，负号表⽰热量传递的⽅向与温度升⾼的⽅向式中 是⽐例系数，称为热导率，⼜称导热系数，负号表⽰热量传递的⽅向与温

度升⾼的⽅向相反式中

是⽐例系数，称为热导率，⼜称导热系数，负号表⽰热量传递的⽅向与温度升⾼的⽅向相反。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，记为 ，单位 w 。 3 ）热流密度

单位时间内通过单位⾯积的热量称为热流密度，记为 q ，单位 w/ ㎡。当物体的温度仅在 x ⽅向发⽣变化时，按傅⽴叶定律，热流密度的表达式为:

说明：傅⽴叶定律⼜称导热基本定律，式（1-1）、（1-2）是⼀维稳态导热时傅⽴叶定律的数学表达式。通过分析可知：

（1）当温度 t 沿 x ⽅向增加时， ＞０⽽ q ＜０，说明此时热量沿 x 减⼩的⽅向传递； （2）反之，当 <0 时， q > 0 ，说明热量沿 x 增加的⽅向传递。4 ）导热系数λ

表征材料导热性能优劣的参数，是⼀种物性参数，单位： w/(m ·℃ )。

不同材料的导热系数值不同，即使同⼀种材料导热系数值与温度等因素有关。5) ⼀维稳态导热及其导热热阻

如图1-3所⽰，稳态 ? q = const ，于是积分Fourier 定律有：dx

dt A

λ-=

Φ⽓体

液体⾮⾦属固体⾦属λλλλ>>>

导热热阻,K/W 单位⾯积导热热阻，m2· K/W 0.2.2、热对流1 、基本概念

1) 热对流：流体中（⽓体或液体）温度不同的各部分之间，由于发⽣相对的宏观运动⽽把热量由⼀处传递到另⼀处的现象。

热对流仅发⽣在流体中，流体中有温差—对流的同时必伴随有导热现象。⾃然界不存在单⼀的热对流2) 对流换热：流体流过⼀个物体表⾯时的热量传递过程，称为对流换热。

。2 、对流换热的分类1）根据对流换热时是否发⽣相变分

⽆相变的对流换热

有相变的对流换热

沸腾换热：液体在热表⾯上沸腾的对流换热。

凝结换热：蒸汽在冷表⾯上凝结的对流换热。2）根据引起流动的原因分：⾃然对流和强制对流。⾃然对流：

由于流体冷热各部分的密度不同⽽引起流体的流动。 如：暖⽓⽚表⾯附近受热空⽓的向上流动。 强制对流：

流体的流动是由于⽔泵、风机或其他压差作⽤所造成的。3) 根据流动状态分为：层流和湍流。 3、对流换热的特点

必须有流体的宏观运动，必须有温差； 对流换热既有对流，也有导热；对流换热不是基本的热量传递⽅式。 流体与壁⾯必须直接接触； 没有热量形式之间的转化。

如果把温差（亦称温压）记为 ，并约定永远取正值，则⽜顿冷却公式可表⽰为

其中 h —⽐例系数（表⾯传热系数）

单位W/(m 表⾯传热系数（对流换热系数） 2· ℃) — — 当流体与壁⾯温度相差1度时、每单位

壁⾯⾯积上、单位时间内所传递的热量h 是表征对流换热过程强弱的物理量 影响h

因素：流动原因、流动状态、流体物性、有⽆相变、壁⾯形状⼤⼩等

⼀般地，就介质⽽⾔：⽔的对流换热⽐空⽓强烈； 就换热⽅式⽽⾔：有相变的强于⽆相变的；强制对流强于⾃然对流。

对流换热研究的基本任务： ⽤理论分析或实验的⽅法推出各种场合下表⾯换热导数的关系式。

例题1-2 ⼀室内暖⽓⽚的散热⾯积为3m 2，表⾯温度为t w = 50℃，和温度为20℃的室内空⽓之间⾃然对流换热的表⾯传热系数为h = 4W/(m 2

·K)。试问该暖⽓⽚相当于多⼤功率的电暖⽓?

解：暖⽓⽚和室内空⽓之间是稳态的⾃然对流换热，Q= Ah (t w – t f ) = 3m 2×4 W/(m 2·K)×(50-20)K =

360W = 0.36 kW

即相当于功率为0.36kW 的电暖⽓。1、基本概念 1）辐射和热辐射

物体通过电磁波来传递能量的⽅式称为辐

射。因热的原因⽽发出辐射能的现象称为热辐射。 2）辐射换热

辐射与吸收过程的综合作⽤造成了以辐射⽅式进⾏的物体间的热量传递称辐射换热。 2.辐射换热的特点))

(( ∞-=t t A Φh w

在辐射换热过程中，不仅有能量的转换，⽽且伴随有能量形式的转化。

辐射时：辐射不需要物体直接接触。可以在真空中传递，⽽且在真空中辐射能的传递最有效。

体内热能→辐射能；

吸收时，辐射能→受射体内热能。

只要温度⼤于零就有能量辐射。

物体的辐射能⼒与其温度性质有关。

⾃然界中的物体都在不停的向空间发出热辐射，同时⼜不断的吸收其他物体发出的辐射热，不仅⾼温物体向低温物体辐射热能，⽽且低温物体向⾼温物体辐射热能。

说明：辐射换热是⼀个动态过程，当物体与周围环境温度处于热平衡时，辐射换热量为零，但辐射与吸收过程仍在不停的进⾏，只是辐射热与吸收热相等。

⽣活中的例⼦：a 当你靠近⽕的时候，会感到⾯向⽕的⼀⾯⽐背⾯热；

b 太阳能

3 ）导热、对流、辐射的评述

①导热、对流两种热量传递⽅式，只在有物质存在的条件下，才能实现，⽽热辐射不需中间介质，可以在真空中传递，⽽且在真空中辐射能的传递最有效。②在辐射换热过程中，不仅有能量的转换，⽽且伴随有能量形式的转化。

在辐射时，辐射体内热能→辐射能；

在吸收时，辐射能→受射体内热能③物体的辐射能⼒与其温度性质有关。

传递到地⾯3.热辐射的基本规律（斯忒潘-玻尔兹曼定律）（Stefan-Boltzmann law）

⿊体：能全部吸收投射到其表⾯辐射能的物体。或称绝对⿊体。（Black body）

⿊体的辐射能⼒与吸收能⼒最强其中 T ——⿊体的热⼒学温度 K ；——斯忒潘—玻⽿兹曼常数（⿊体辐射常数），其值

为；A——辐射表⾯积 m2。实际物体辐射热流量根据斯忒潘——玻⽿兹曼定律求得：

其中Φ——物体⾃⾝向外辐射的热流量，⽽

不是辐射换热量；——物体的发射率（⿊度），

其值总⼩于1，它与物体的种类及表⾯状态有关。

要计算辐射换热量，必须考虑投到物体上的辐射热量的吸收过程，即收⽀平衡量。

物体包容在⼀个很⼤的表⾯温度为的空腔内，物体与空腔表⾯间的辐射换热量§0-3 传热过程和传热系数

0.3.1、传热⽅程式

1 、概念

()

-824 5.6710W/m K

热量由壁⾯⼀侧的流体通过壁⾯传到另⼀侧流体中去的过程称传热过程。2 、传热过程的组成

⼀般包括串联的三个环节：①热流体→壁⾯⾼温侧；

②壁⾯⾼温侧→壁⾯低温侧；

③壁⾯低温侧→冷流体。

稳态过程通过串联环节的热流量相同。4、传热系数

概念

是指⽤来表征传热过程强烈程度的指标。数值上等于冷热流体间温差℃，传热⾯积 A=1m2时热流量的值。K值越⼤，则传热过程越强，反之，则弱

K的影响因素

①参与传热过程的两种流体的种类；

②

传热过程是否有相变。

传热系数的表达式为:

1

=?t

四、热阻分析

类⽐⽅法

对各种转移过程的规律进⾏分析与⽐较，充分揭⽰出相互之间的类同之处，并相互应⽤各⾃分析的结论，是研究转移过程的⼀种⾏之有效⽅法。

热电类⽐（热阻分析）是传热学常⽤的研究⽅法：即将电学中的欧姆定律及电学中电阻的串并联理论应⽤于传热学热量传递现象的研究。

２、热阻1）热阻定义：热转移过程的阻⼒称为热阻。

2）热阻分类：不同的热量转移有不同的热阻，

其分类较多，如：导热阻、辐射热阻、对流热阻等。

对平板导热⽽⾔⼜分：

⾯积热阻r A：单位⾯积的导热热阻。

热阻R：整个平板导热热阻3）热阻的特点

串联热阻叠加原则：在⼀个串联的热量传递

过程中，若通过各串联环节的热流量相同，则串联过程的总热阻等于各串联环节的分热阻之和。。

例题1-4、⼀房屋的混凝⼟外墙的厚度为δ=200mm ，混凝⼟的热导率为λ=1.5W/(m〃K) ，冬季室外空⽓温度为t f2=-10℃, 有风天和墙壁

之间的表⾯传热系数为h2=20W/(m2〃K)，室内空

⽓温度为t f1= 25℃,和墙壁之间的表⾯传热系数

为h1=5 W/(m2〃K)。假设墙壁及两侧的空⽓温度

及表⾯传热系数都不随时间⽽变化，求单位⾯积墙壁的散热损失及内外墙壁⾯的温度。解：由给定条件可知，这是⼀个稳态传热过程。

通过墙壁的热流密度，即单位⾯积墙壁的散热损

失为

【例5-1 】压⼒为⼤⽓压的20℃的空⽓，纵向流过⼀块长320mm ，温度为40 ℃的平板，流速为10m/s ，求；离板前缘50mm,100mm ，150mm ，200mm ，250mm ，300mm ，350mm ，400mm 处的流动边界层和热边界层的厚度。