《传热学》第1章-绪论

™概念会分析——有思路，给出公式会计算——有 技能；
三、传热学应用实例
● 自然界与生产过程到处存在温差—传热很普遍
日常生活中的例子：
● 人体为恒温体。若房间里气体的温度在夏天和 冬天都保持 20度，那么在冬天与夏天、人在房间里所穿的衣服能否一样？ 为什么？
● 夏天人在同样温度（如：25度）的空气和水中的感觉不一 样。为什么？
v 1904年他在哥廷根大学（Göttingen University）担任流体力学研究所的所 长，同年他发表了其具有历史意义的关于 边界层的著名论文，奠定了现代流体力学 和空气动力学以及对流换热分析的基础。 在风洞实验技术；机翼理论；湍流理论均 有杰出贡献；
v T. von 卡门是他的学生；
传热学名人-4
v 发展对流换热理论的杰出先 驱：对流换热的无量纲准则， 用实验方法求解对流换热问 题；
v 凝结换热理论解 ； v 层流入口段换热机理研究 ；
传热学名人-5
v 施密特（1892－1975）,出生 于1892年2月11日，是德国的 科学家，工程热物理学，尤其 是传热传质学研究领域的先 驱；
v 他是第一个测量自然对流边界 层的速度场和温度场以及膜态 凝结的当量传热系数的人。
™ 偏微分方程（导热）和偏微分方程组（对流） ™ 数值模拟----差分方程
v 实用性也强；
™ 由实验得出的对流换热的经验公式
对学习方法的建议
v 以方法论学习为主
™课堂上要注意学习建立方程的方法; ™不要去记复杂的公式; ™要记住最基本的公式;
v 对学习效果的要求程度
™合上书忘了——不要紧，但是翻开书就能看懂,能 想起来——基本可以;
q1
=
λ1
tw1
− tw2 δ
例题1-1
v 解：这是通过大平壁的一维稳态导热问题 。
对于纯铜板
q1
= λ1
tw1 − tw2 δ
= 398W
/(m ⋅ K ) × 50K 0.010m
= 1.99×106W
/ m2
对于黄铜板和碳钢板
q2
= λ2
tw1 − tw 2 δ
= 109W
/(m ⋅ K ) × 50K 0.010m
导热系数 /热导率
温差
φ = Aλ tw1 − tw2 δ
=
tw1 −t w2 δ
=
tw1 − tw2 Rλ
热流密度
壁厚 Aλ 导热
q = Φ = λ tw1 − tw2 热阻
A
δ
6
例题1-1
v 有三块分别由纯铜（热导率为λ1=398 W/(m·K)）、 黄铜（热导率为λ2=109 W/(m·K)）和碳钢（热导率 为λ3=40 W/(m·K)）制成的大平板，厚度都为δ=10 mm，两侧表面的温差都维持为tw1 – tw2 = 50℃不 变，试求通过每块平板的导热热流密度。
v 人体正常组织在体温升高的情况下，血管扩张，血流加速，散热较快， 由于机体的这种调节作用，保证了在体温升高时，甚至在达到41．5--43’C时，组织损伤不大，且能够修复。
v 肿瘤内血管形态异常，杂乱扭曲、易受压变形，形成血栓或栓塞。加之 肿瘤内的血管多由单层细胞组成，脆弱易破。由于这些新生血管是发育 不全的畸形血管，在受热后失去自我调节作用，静脉也不能加快回流， 肿瘤局部血沉淤滞，血流量仅为正常组织的1％一15％，致使肿瘤组织 散热困难，温度升高。恶性肿瘤组织的温度往往高于正常邻近组织温度 8—10’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？
在下列技术领域大量存在传热问题
动力、化工、制冷、建筑、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…
2
动力设备中的传热问题
v 锅炉过热器
动力设备中的传热问题
● 工程热力学：热能的性质、热能与机械能及其他形式能量 之间相互转换的规律
● 热力学第一定律： Q = ∆U + W
● 传热学：热量 Q 传递过程的规律 ● 传热学以热力学第一定律和第二定律为基础即：热量 Q 传递 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。
导热，传热量为：
Φ = Aλ tw1 − tw2 δ
对单层玻璃：
Φ = Aλ tw1 − tw 2 = 1× 2 ×1.4 × 15 − (−20) = 19600W
δ
0.005
对双层玻璃
Φ = Aλ tw1 − tw2 = 1× 2 × 0.024 × 10 − (−15) = 120W
δ
0.01
课下参考
v 教材P5：例题1-1,1-2
热对流(convection)
v 热对流是指由于流体的宏观运动，致使不同温度的 流体相对位移而产生的热量传递现象。
v 热对流只能发生在流体之中，而且必然伴随有微观 粒子热运动产生的导热。
v 流体与固体表面之间的热量传递是热对流和导热两 种基本传热方式共同作用的结果，这种传热现象在 传热学中称为对流换热。
热量传递的基本方式
v 热传导 v 热对流 v 热辐射
v 实际的热量传递过程都是以这三种方式进行的，或者只 以其中的一种热量传递方式，但很多情况都是以两种或三种 热量传递方式同时进行。
热传导(Heat conduction
/conduction heat transfer)
v 导热的定义
在物体内部或相互接触的物体表面之间，由于分子、原子 及自由电子等微观粒子的热运动而产生的热量传递现象 称为热传导（简称导热）。
v 热疗：微波，激光等方法 ； v 应用传热学理论建立宏观及微观生物传热模型，全面描述了生物组织中
温度场分布及变化规律 ； ™ 不同边界条件下的非稳态传热问题．
太阳能热水器
v 家用 v 真空管热水器 v 低发射率和反射
率，高吸收率（涂 层）
4
燃料电池
传热学名人-2
v 普朗特（Ludwing Prandtl，18751953），德国力学家。近代力学奠基人之 一，被誉为“空气动力学之父”。
v 教材P6：表1-1
课堂练习
v 试说明热对流与对流换热之间的联系与区别。
v 为什么计算机主机箱中CPU处理器上和电源旁要 加风扇？
例题1-2
v 一室内暖气片的散热面积为A=3 2m02℃，的表室面内温空度气为之tw间= 自50然℃对，流它换和 热的表面传热系数为h = 4 W/(m2·K)。试问该暖气片相当于 多大功率的电暖器?
参考书
v 苏亚欣主编,传热学.武汉:华中科技大学出版社,2009.12 v 杨世铭，陶文铨，传热学（第三版）。北京：高等教育出版
社，1998.12 v Holman J P, Heat Transfer.8th ed. N.Y. : McGraw Hill
Book Company, 1997.8

传热学所属学科
工程热物理
工程热力学 传热学 流体力学 燃烧学 热物性学
概述
一、传热学（Heat transfer）
● 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 ● 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 热源传给低温热源。有温差就会有传热
1
二、传热学与工程热力学的关系
v 普朗克（Max Planck，1858－ 1947），近代伟大的德国物理学 家，量子论的奠基人 ；
v 1900年，他在黑体辐射研究中引 入能量量子。由于这一发现对物理 学的发展作出的贡献，他获得 1918年诺贝尔物理学奖；
v 最主要的成就是提出著名的普朗克 辐射公式，创立能量子概念。
传热学名人-1
5
传热学名人-6
v 维恩（Wilhelm Carl Werner Otto Fritz Franz Wien，1864~1928），因发 现热辐射规律——维恩位移 定律和建立黑体辐射的维恩 公式，获得了1911年度诺贝 尔物理学奖。
第1次课结束
其他著名科学家
v 雷诺（Osborne Reynolds，1842-1912），流体力学的奠 基人，英国力学家、物理学家和工程师。
传热学
第一章 绪论 Introduction
我的联系方式
v 办公室:环境学院楼,5149室; v 电 话: 67792552(办）, 13166174779 v Email : suyx@
本课程的要求
v 课堂上要注意研究方法的学习和对基本物理 概念的理解；
v 按时交作业； v 有问题及时答疑—非常欢迎课堂上的讨论； v 成绩：平时20%+考试80%
v 傅立叶（Jean Baptiste Joseph Fourier，1768 1830），法国数学家，导热理 论的奠基人，1817年，他被选 为科学院院士。
v 提出求解偏微分方程的分离变量 法 ；最早使用定积分符号，改 进了代数方程符号法则的证法和 实根个数的判别法等。
传热学名人-3
v 努谢尔特（Ernst Kraft Wilhelm Nusselt，1882-1957），德国 人；
= 0.545×106W
/ m2
q3
= λ3
tw1 − tw2 δ
= 40W
/(m ⋅ K ) × 50K 0.010m
= 0.2×106W
/ m2
双层玻璃的保温
v 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？
一扇玻璃窗的宽和高分别为1m和2m，厚度为 5mm，导热系数为1.4 W/(m⋅K)。如果在一个寒冷的 冬天，玻璃的内外表面分别为15℃和-20℃，通过窗 户损失的传热量是多少？
v 导热现象既可以发生在固体内部，也可发生在静止 的液体和气体之中。