热工基础传热学

第1章 热传学平面壁：211111h k x h R A U th+∆+=∑=热交换器：⎪⎪⎪⎪⎪⎩⎪⎪⎪⎪⎪⎨⎧++=++=∑=++=++=∑=o i o o i i o o o oi o o i i o th o o o o i i o ii o o i i o i i i i thi i h D D D D h D A h A kL D D A A h A R A U D h D D D D h A h A kL D D A A h A R A U 1)ln(212)ln(11)ln(2112)ln(11ππππ1.1 热传学于冷冻空调之应用1. 空调负荷计算2. 绝热保温厚度的决定（风管、水管、锅炉）3. 热交换器计算（蒸发器、冷凝器、冷却除湿盘管、板式热交换器） 热传学准备的范围可由J.P Holman ’s Heat Transfer Chapter 1,2,101.2 传导（Conduction Heat Transfer ）xT A q ∂∂∝Law s Fourier'⇒∂∂-=xTkA q Cm watt k ︒⋅⇒x∆T1.x T A q ∂∂∝，Law s Fourier'⇒∂∂-=x T kA q ，Cm watt k ︒⋅⇒与厚度有关 2. k 值的修正()T k k β+=10()()()⎰⎰⎥⎦⎤⎢⎣⎡-+-∆-=⇒+-=21212122120021T T x x T T T T x A k q AdT T k qdx ββ3. 热扩散性（thermal diffusivity ）(1) ↑⇒≡αραck扩散越快，蓄热能力小 (2) ↓⇒c ρ比熱小，所以升高一度所需之热量较小 (3) k ：与材料有关，经实验量测得知Temp現象1.3 对流（Convention Heat Transfer ）1. 牛顿冷次定律()∞-=⇒T T hA q ω，()Nu Re,f h ⇒2. Cm watth ︒⋅2:对流热传系数，与面积有关1.4 辐射热传递（Radiation Heat Transfer ）1. 应用于空调负荷计算时，太阳之辐射热之计算2. 真空绝热3. 4T A q ⋅⋅=σ，42810669.5K m watt⋅⋅=-σ4. ()εσ⨯-⋅⋅=4241T T A q ，ε：辐射净热交换量1=ε∞5.)(44∞-A =T T AQS εσα－ASHRAE Chapter23 1.5 热阻之定义⇒∆∆=∆∆=-=⇔=kAx T x T kA dx dT kA q R V I 传导热阻kAx R th ∆=1.5.1 圆柱管之一维热传（径向热传）熱傳面積=rL π2初始條件：⎩⎨⎧====o o ii T T r r T T r r ,,dr dT kL q dr dT kA q r π2-=⇒-= )(2)ln(2i o i o T T r r T T qkL r r dT q kL r dr o ioi--=⇒-=⇒⎰⎰ππ kL D D R kLr r T T q i oth i o o i ππ2)ln(2)ln()(=⇒-=1.5.2 圆球之一维热传 热传面积=24r π初始条件：⎩⎨⎧====oo ii T T r r T T r r ,,drdTk r q dr dT kA q r24π-=⇒-= )(4)11(42i o o i T T r r T T q k r r dT q k rdr o i oi--=-⇒-=⇒⎰⎰ππ i o i o o i th o i o i r kr r r k r r R kr r T T q πππ4411411)(-=-=⇒--=1.5.3 对流之热阻定义⎩⎨⎧=⨯==⇒-=-=∞∞rL A WL A hA R hA T T T T hA q th w w π2 1)()(圓柱：平板： 1.5.4 雷诺数、普纳德数与纽塞数()Nu h Pr,Re,∝ 1. 雷诺数μρVD =Re2. 普纳德数熱擴散動量交換==ανPr ，ρμν=，P C kρα= 3. 纽塞数（用以求h 值）kxh Nu x ⋅=，Pr)(Re,∝Nu ex:平板2131Re Pr 332.0x x Nu = ex:已知(1)Pr ，(2) μρVD=Re ，(3)m n C Nu Pr Re =Nu D k h ⨯=⇒求h=?1.5.5 总热传系数 1. 平面壁2T A T BT 1T Ah 11Ah 21kAx ∆Ah kA x A h T T q B A 2111+∆+-=211111h k x h R A U T A U R T q thoverall th overall +∆+=∑=⇒∆⋅⋅=∑∆=)()(222111B A T T A h xT T kAT T A h q -=∆-=-=即每一段之热传量相等 此式在解题时亦为一重要条件，要会应用。

热工基础学习总结摘要：本文就热工基础这门课程的学习进行了以下三方面的总结。

第一：说明这门课程的研究目的和研究方法；第二：简单总结各章节的主要内容和知识框架体系；第三：从个人角度论述一下学习这门课程的心得体会及意见。

关键词：热力学传热学循环正文：自然界蕴藏着丰富的能源，大部分能源是以热能的形式或者转换为热能的形式予以利用。

因此，人们从自然界获得的的能源主要是热能。

为了更好地直接利用热能，必须研究热量的传递规律。

1 热工基础的研究目的和研究方法1.1 研究目的热的利用方式主要有直接利用和间接利用两种。

前者如利用热能加热、蒸煮、冶炼、供暖等直接用热量为人们服务。

后者如通过个证热机把热能转化为机械能或者其他形式的能量供生产和生活使用。

能量的转换和传递是能量利用中的核心问题，而热工基础正是基于实际应用而用来研究能量传递和转换的科学。

传热学就是研究热量传递过程规律的学科，为了更好地间接利用热能，必须研究热能和其他能量形式间相互转换的规律。

工程热力学就是研究热能与机械能间相互转换的规律及方法的学科。

由工程热力学和传热学共同构成的热工学理论基础就是主要研究热能在工程上有效利用的规律和方法的学科。

作为一门基于实际应用而产生的学科，其最终还是要回归到实际的应用中，这样一来，就要加强对典型的热工设备的学习和掌握。

1.2研究方法热力学的研究方法有两种：宏观研究方法和微观研究方法。

宏观研究方法是以热力学第一定律和热力学第二定律等基本定律为基础，针对具体问题采用抽象、概括、理想化简化处理的方法，抽出共性，突出本质。

建立合适的物理模型通过推理得出可靠和普遍适用的公式，解决热力过程中的实际问题。

微观研究方法是从物质的微观基础上，应用统计学方法，将宏观物理量解释为微观量的统计平均值，从而解释热现象的本质。

传热学的研究方法主要有理论分析，数值模拟和实验研究。

理论分析是依据基本定律对热传递现象进行分析，建立合适的物理模型和数学模型，用数学分析方法求解；对于难以用理论分析法求解的问题，可采用数值计算和计算机求解；对于复杂的传热学问题无法用上述两种方法求解时，必须采用实验研究方法，实验研究法是传热学最基本的研究方法。

x2160541热工基础课程教学大纲课程名称：热工基础英文名称：Fundamental of Thermodynamics and Heat Transfer课程编码：x2160541学时数：40其中实践学时数：0 课外学时数：0学分数：2.5适用专业：机械设计制造及其自动化、机械工程一、课程简介《热工基础》是一门专业基础课程。

本课程包括工程热力学和传热学两部分内容。

工程热力学部分主要介绍工程热力学的基本概念和基本定律、常用工质的热物理性质、基本热力过程与典型热力循环；传热学部分主要介绍导热、对流换热、辐射换热的基本规律、求解方法以及控制热量传递过程的技术措施，换热器的热计算方法。

通过《热工基础》课程的学习，使学生理解工程热力学和传热学的基本概念、基本原理和基本定律；使学生了解工程热力学、传热学常用的分析方法，培养学生对简单热学问题的分析和求解能力；掌握能量转换规律和有效利用能量的基本知识，培养学生综合运用所学知识去分析和解决实际问题的能力。

二、课程目标与毕业要求关系表三、课程教学内容、基本要求、重点和难点（零）绪论1. 能量与能源：了解能量能源的概念、分类，与国民经济和人民生活关系；2. 热工基础的研究内容：掌握热工基础的研究内容与方法。

（一）基本概念1. 热力系统：理解工质、热力系的定义，掌握热力系的分类；（重点）2.平衡状态与状态参数：理解热力状态和状态参数的定义，掌握平衡状态的物理意义及实现条件；3. 状态方程与状态参数坐标图：了解状态方程式及参数坐标图的物理意义及作用；4.准平衡过程与可逆过程：理解热力过程、准平衡过程和可逆过程的物理意义与联系；（难点）5. 功量与热量：掌握功量与热量的概念和计算。

（二）热力学第一定律1. 热力系统的储存能：掌握能量、热力系统储存能、热力学能的概念；2. 热力学第一定律的实质：理解热力学第一定律的实质；3. 闭口系统的热力学第一定律表达式：掌握封闭热力系的能量方程并熟练应用；（重点）4.开口系统的稳定流动能量方程式：掌握开口热力系稳定流动能量方程并熟练应用，掌握体积变化功、轴功、流动功和技术功的概念，理解焓的定义式及物理意义；（难点）5.稳定流动能量方程式的应用：了解常用热工设备主要交换的能量及稳定流动能量方程的简化式。

工程热力学第一章工质——实现热能和机械能相互转化的媒介物质。

热力学系统——简称系统、体系，人为分割出来作为热力学分析对象的有限物质系统。

闭口系统——与外界只有能量交换而无物质交换的热力系统，闭口系统又叫做控制质量。

开口系统——与外界不仅有能量交换而且有物质交换的热力系统，开口系又叫做控制容积，或控制体。

区分闭口系和开口系的关键是有没有质量越过了边界，并不是系统的质量是不是发生了变化。

绝热系统——与外界无热量交换的热力系统。

绝热系是从系统与外界的热交换的角度考察系统，不论系统是开口系还是闭口系，只要没有热量越过边界，就是绝热系。

简单可压缩系——由可压缩流体构成，与外界可逆功交换只有体积变化功（膨胀功）一种形式，没有化学反应的有限物质系统。

对于简单可压缩系，只要有两个独立的状态参数即可确定一个平衡状态，所有其它状态参数均可表示为这两个独立状态参数的函数。

准平衡过程——又称准静态过程，不致显著偏离平衡状态，并迅速恢复平衡的过程。

准平衡过程进行的条件是破坏平衡的势无穷小，过程进行足够缓慢，工质本身具有恢复平衡的能力。

准平衡过程在坐标图中可用连续曲线表示。

可逆过程——工质能沿相同的路径逆行而回复到原来状态，并使相互作用中所涉及到的外界回复到原来状态，而不留下任何改变的过程。

过程不可逆的成因一是有限势差的作用，二是物系本身的耗散作用，所以可逆过程，首先应是准平衡过程，同时在过程中没有任何耗散效应。

实际热力设备中所进行的一切热力过程都是不可逆的，可逆过程是不引起任何热力学损失的理想过程。

可逆过程可用状态参数图上连续实线表示。

膨胀功——又称“体积功”。

机械功的一种。

由系统体积变化而由系统对环境所做的功或环境对系统所做的功。

第二章热力学能——原称内能，由分子或其他微观粒子的热运动及相互作用力形成的内动能、内位能及维持一定分子结构的化学能和原子核内部的原子能以及电磁场作用下的电磁能等一起构成的内部储存能。

《热工基础》----传热学篇第9章对流传热§9-2对流传热的基本方程组第9章对流传热主要内容（1）研究对流传热的方法；（2）对流传热的数学描述方法。

为求解对流换热问题奠定必要的理论基础。

研究对流传热的方法分析解法：采用数学分析求解的方法，有指导意义。

比拟法：通过研究热量传递与动量传递的共性，建立起表面传热系数与阻力系数之间的相互关系，限制多，范围很小。

实验法：通过大量实验获得表面传热系数的计算公式，是目前的主要途径。

数值解法：和导热问题数值思想一样，发展迅速，应用越来越多。

对流传热微分方程组及其单值性条件9.2.1对流传热微分方程假设：1.流体为连续性介质。

当流体的分子平均自由行程与换热壁面的特征长度l 相比非常小，一般克努森数时，流体可近似为连续性介质。

l n l l =≤-/1032.流体的物性参数为常数，不随温度变化。

3.流体为不可压缩性流体。

通常流速低于四分之一声速的流体可以近似为不可压缩性流体。

4.流体为牛顿流体，即切向应力与应变之间的关系为线性，遵循牛顿公式：5.流体无内热源，忽略粘性耗散产生的耗散热。

6.二维对流换热。

τη=∂∂u y紧靠壁面处流体静止，热量传递只能靠导热，流体导热系数λ=-∂∂=0,q tyx y x根据牛顿冷却公式=-∞w ()q h t t x x xλ=-∂∂=0,t yy xλ=--∂∂∞=()w 0,h t t tyx x y x如果热流密度、表面传热系数、温度梯度及温差都取整个壁面的平均值，则有对流传热微分方程λ=--∂∂∞=w 0,h t t tyx y x建立了对流传热表面传热系数与温度场之间的关系。

而流体的温度场又和速度场密切相关，所以对流换热的数学模型应该是包括描写速度场和温度场的微分方程。

——揭示了对流传热问题的本质描述对流传热的方程组温度场特别是壁面附近的温度分布温度场受流场的影响流场连续性方程质量守恒定律动量方程动量守恒定律温度场——能量方程能量守恒定律对流传热微分方程式λ=--∂∂∞=w 0,h t t tyx y xq x9.2.2连续性微分方程和动量微分方程dxxdyy 0微元体1.连续性微分方程（质量守恒）vy+∂∂=0∂∂u x 2.动量微分方程（动量守恒）ρτμρτμ∂∂+∂∂+∂∂=-∂∂+∂∂+∂∂∂∂+∂∂+∂∂=-∂∂+∂∂+∂∂x y u u u x v u y F p x u x u yv u v x v v y F p y v x v y22222222()()()()纳维(N.Navier)-斯托克斯(G.G.Stokes)方程惯性力压力差体积力粘性力9.2.3能量微分方程d xxd yyλ+,d Φy y +,d Φh y yλ,Φx,Φh xλ+,d Φx x+,d Φh x x,Φh yλ,Φy 单位时间由导热进入微元体的净热量和由对流进入微元体的净热量之和等于微元体热力学能的增加量。

833热工基础
（实用版）
目录
1.热工基础的定义和意义
2.热工基础的主要研究内容
3.热工基础在实际工程中的应用
4.学习热工基础的重要性和方法
正文
热工基础是研究热力学、热传导、热辐射和热力学循环等基本原理的一门学科，是能源科学与工程、化学工程、材料科学与工程等专业的基础课程。

热工基础对于理解热力学系统的宏观和微观行为，以及优化能源转换和利用过程具有重要意义。

热工基础的主要研究内容包括热力学、热传导、热辐射和热力学循环等。

热力学主要研究热力学系统和过程的宏观性质和行为，包括热力学第一定律、热力学第二定律等。

热传导主要研究热量在固体中的传递规律，包括傅立叶热传导定律、热传导的基本方程等。

热辐射主要研究热量在真空中的传递规律，包括斯特藩 - 玻尔兹曼定律、维恩位移定律等。

热力学循环主要研究热力学过程中的能量转换和效率，包括卡诺循环、布雷顿循环等。

热工基础在实际工程中有广泛的应用，例如在能源转换和利用、制冷和空调、化工和石油、材料和制造等领域。

通过热工基础的研究和应用，可以提高能源转换和利用的效率，降低能源消耗和环境污染，促进可持续发展。

学习热工基础对于相关专业的学生和工程师非常重要。

学习热工基础的方法包括理论学习和实践应用。

理论学习可以通过阅读教材、参考书籍、学术论文等，了解热工基础的基本原理和研究方法。

实践应用可以通过实
验、模拟和工程实践等，掌握热工基础的应用技巧和实际经验。

总之，热工基础是一门重要的基础课程，对于理解热力学系统的宏观和微观行为，以及优化能源转换和利用过程具有重要意义。

《热工基础》第11章传热过程分析和换热器热计算基础内容010203重点及难点：传热过程分析及计算换热器的基本概念及热计算传热的强化及隔热保温技术1、传热过程的分析方法；2、换热器平均温差的计算传热过程基本计算式(传热方程式))(21f f t t kA −=ΦK 是传热系数(总传热系数)。

对于不同的传热过程，K 的计算公式也不同。

totAR k 1=定义：热流体通过固体壁面把热量传给冷流体的过程。

从定义中可以看出，热量传热有导热（固体壁内），强制对流换热；自然换热；辐射换热。

§11.1.1 通过平壁和圆筒壁的传热过程1 通过平壁的传热平板两侧分别为冷热流体•热流体与固体壁左侧有：11111111()1f w f w h A t t t t h AΦ=⋅−Φ−=t f1t f2•固体壁面间换热：122w w t t Aδλ−Φ=2121w w t t AδλΦ−=•固体壁面与冷流体间换热：3222()w f h A t t Φ=−32221w f t t h AΦ−=§11.1.1 通过平壁和圆筒壁的传热过程稳态导热有：12312121211()f f f f t t h A A h AKA t t δλΦ=Φ=Φ=Φ−Φ=++Φ=−12111K h h δλ=++传热热阻12111KA h A A h Aδλ=++单位面积热热阻12111K h h δλ=++影响Ｋ的因素：流体的物性，流动状态，固体壁的形状物性。

§11-1 传热过程分析§11.1.1 通过平壁和圆筒壁的传热过程§11-1 传热过程分析§11.1.1 通过平壁和圆筒壁的传热过程1 通过平壁的传热21111h h k ++=λδt1t 2t 3t 4t 1t 2t 3t 42 多层平壁的导热∑∑=+=+−=−=ni iin ni in t t r t t q 111111λδ由热阻分析法：平板两侧分别为冷热流体由热阻分析法：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。

《热工基础》课程教学大纲英文名称：Basis of Heat Energy Engineering一、课程说明1．课程性质《热工基础》是机械类专业的主干技术基础课程，是机械设计制造及其自动化专业、农业机械化及其自动化专业的必修专业基础课。

2．课程的目的和任务：学习本课程可使学生认识到在能源危机日趋严重的情况下节能工作的重要性，了解并掌握有关能量转换和热量传递规律方面的知识，探索提高各种热工设备热效率的技术措施，使学生能在各自以后的工作岗位上有效地开展节能技术改造工作，这是培养复合型工程技术人才科学素质的一个不可缺少的环节。

3．适应专业：本大纲适用于机械设计制造及其自动化专业、农业机械化及其自动化专业。

4．学时与学分：总学时为40学时，2学分。

5．先修课程：学习本课程，首先应学好基础课程，如《大学物理》、《流体力学》、《高等数学》等课程，这样才能很好地理解和掌握本课程的内容。

另外，学好本课程，也可为学习后续的《汽车拖拉机》、《食品工程原理》、《农产品加工机械与设备》、《农产品干燥技术》等专业课程打好基础。

6．推荐教材或参考书目：（含教材名，主编，出版社，出版年份）傅秦生，何雅玲，赵小明编著《热工基础与应用》，机械工业出版社，2003主要参考书目：蒋汉文主编（同济大学），《热工学》，高等教育出版社（第二版），1999王补宣主编，《热工基础》，高等教育出版社，1998张壁光，乔启宇编，《热工学》，中国林业出版社，1997陶文铨，李永堂主编，《工程热力学》，武汉理工大学出版社，2001朱明善等，《工程热力学》，清华大学出版社，1998曾丹苓等，《工程热力学》，高等教育出版社，19877．主要教学方法与手段：本课程主要采取课堂讲授的方法，部分章节辅以多媒体教学，加强直观感受和对实际热工设备工作过程、工作原理的理解。

8．考核方式：（说明，成绩评定办法）实行结构分，采取平时考核与考试相结合的方式，平时考核包括上课考勤、作业、实验等，占30%，考试成绩占70%。