传热学1第一章

第一章导热理论基础研究方法：从连续介质的假设出发、从宏观的角度来讨论导热热流量与物体温度分布及其他影响因素之间的关系。

一般情况下，绝大多数固体、液体及气体都可以看作连续介质。

但是当分子的平均自由行程与物体的宏观尺寸相比不能忽略时，如压力降低到一定程度的稀薄气体，就不能认为是连续介质。

12主要内容：（1）导热的基本概念、导热基本定律；（2）导热现象的数学描述方法。

第一节基本概念及傅里叶定律1. 温度场在τ时刻，物体内所有各点的温度分布称为该物体在该时刻的温度场。

(),,,t f x y z τ=一般温度场是空间坐标和时间的函数，在直角坐标系中，温度场可表示为一、基本概念：3非稳态温度场温度随时间变化的温度场，其中的导热称为非稳态导热。

稳态温度场温度不随时间变化的温度场，其中的导热称为稳态导热。

(),,t f x y z =(0)τ∂=∂t 一维温度场二维温度场三维温度场(),t f x τ=()t f x =(),,t f x y τ=(),t f x y =(),,,t f x y z τ=(),,t f x y z =2. 等温面与等温线在同一时刻，温度场中温度相同的点连成的线或面称为等温线或等温面。

等温线。

如果用一个平面和一组等温面相交, 就会得到一组等温线。

温度场可以用一组等温面或等温线表示。

等温面与等温线的特征：同一时刻，物体中温度不同的等温面或等温线不能相交；453. 温度梯度在温度场中，温度沿x 方向的变化率(即偏导数)lim0t t x xx ∂Δ=∂ΔΔ→明显, 等温面法线方向的温度变化率最大，温度变化最剧烈。

温度梯度：等温面法线方向的温度变化率矢量：t t n ∂=∂grad n n 为等温面法线方向的单位矢量，指向温度增加方向。

温度梯度是矢量，指向温度增加的方向。

t t x n∂∂<∂∂z∂7在直角坐标系中，在直角坐标系中，热流密度矢量可表示为x y z q q q =++q i j kq x 、q y 、q z 分别表示q 在三个坐标方向的分量的大小二、傅里叶定律付里叶（Fourier J.）于1822年提出了著名的导热基本定律—傅里叶定律，指出了导热热流密度矢量与温度梯度之间的关系。

传热学第一章绪论1.传热学的定义: 研究由于温度差而引起的热能传递规律的科学.2.热流量（heat transfer rate）：单位时间内通过某一给定面积A的热量，记为Φ，单位为 W3.热流密度（或称面积热流量）:通过单位面积的热流量，记为q，单位是 W/m24.稳态过程与非稳态过程稳态过程：热量传递系统中各点温度不随时间而改变的过程非稳态过程：各点温度随时间而改变的过程5.热传导的定义：物体各部分之间不发生相对位移时，依靠分子、原子及自由电子等微观粒子热运动而产生的热量传递过程1）导热是物质的固有属性2）固、液、气等均具有一定的导热能力3）纯导热只发生在密实的固体和静止的流体中导热现象的判断？1）有温差；2）密实固体或静止流体6.模型一平壁稳态导热.影响因素:平壁面积,厚度,温差平壁稳态导热的计算公式：7.λ —热导率，又称导热系数.单位：W/(m·K) (热物理参数)8.热对流：流体中温度不同的各部分发生相互混合的宏观运动而引起的热量传递现象特点: 1）发生在流体中2）流体内部必须存在温差3）流体必须有宏观运动4）伴随着热传导9.对流传热：流动的流体与温度不同的固体壁面间的热量传递过程.(热对流的一种方式,传热学研究方式).分类:按流体流动的起因：1）自然对流、自由对流：流体冷、热各部分密度不同而引起的2）受迫对流、强迫对流：流体的流动是在外力（在泵或风机）作用下产生的技巧：给出流体速度的为强迫对流按流体有无相变：1）无相变的对流传热2）有相变的对流传热：沸腾换热、凝结换热10.如何判断对流传热1）发生在壁面和流体之间：参与物质类型2）壁面和流体存在温差：热量传递的前提3）流体要运动：速度体现一定不要遗漏自然对流11.对流传热的计算—牛顿冷却公式（对流传热的热量传递速率方程）当流体被加热时：当流体被冷却时：h-表面传热系数(过程量)，W/(m2·K)13.热辐射：由于自身温度（热）的原因而发出辐射能的现象（heat radiation）1）辐射传热：物体之间因为相互辐射、相互吸收而引起的热量传递过程2）理想物体：绝对黑体，简称黑体（能够全部吸收投射到其表面上辐射能的物体）14.黑体辐射的斯忒藩-玻耳兹曼（Stefan-Boltamann）定律实际物体的辐射能力：注意：1）σ—斯忒藩-玻耳兹曼常数，5.67×10-8W/(m2·K4) 2）ε—发射率（emissivity），习惯上也称为黑度，物性参数15.理想模型2—两平行黑体平板间的辐射传热（相距很近，表面间充满了透明介质）16.理想模型3—非凹表面1包容在面积很大的空腔2中注意：1）辐射传热必须采用热力学温度2）注意公式的使用条件3）“动态平衡”的含义（p8）17．导热、对流与辐射的辨析：1）导热、对流只在有物质存在的条件下才能实现；热辐射不需中间介质（非接触性传热）2）辐射不仅有能量的转移，而且伴随能量形式的转换；3）辐射换热是一种双向热流同时存在的换热过程；4）辐射能力与其温度有关，导热、对流与温差有关；导热与对流的辨析：气、液、固均具有导热能力，纯导热只发生在静止的流体中；对流只发生在流动的流体中；18．传热过程：热量由固体一侧的高温流体通过固体壁面传给另一侧低温流体的热量传递过程 。

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。

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。