课件-传热学基础知识

原子、分子在其平衡位置附近的振动产生的）
的作用。
说明：只研究导热现象的可宏编观辑课规件 律。
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2 、导热的基本规律
❖ 1 ）傅立叶定律 ❖ （ 1822 年，法国物理学家）
如图 1-1 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。对于
x方向上任意一个厚度为的微元层来说，根
据傅里叶定律，单位时间内通过该层的导热
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b 微电子： 电子芯片冷却
c 生物医学：肿瘤高温热疗；生物芯片；组 织与器官的冷冻保存
d 军 事：飞机、坦克；激光武器；弹药贮 存
e 制 冷：跨临界二氧化碳汽车空调/热泵； 高温水源热泵
f 新能源：太阳能；燃料电池
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三、传热学的特点、研究对象及研究方法
1、特点
❖ 1 ）理论性、应用性强
机、工况改变时的传热过程则属 非稳态传热
过程。
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二、讲授传热学的重要性及必要性
1 、传热学是热工系列课程教学的主要内容 之一，是建环专业必修的专业基础课。是 否能够熟练掌握课程的内容，直接影响到 后续专业课的学习效果。
2 、传热学在生产技术领域中的应用十分广 泛。如：
(1) 日常生活中的例子：
❖ 3 、研究方法
❖ 研究的是由微观粒子热运动所决定的
宏观物理现象，而且主要用经验的方法寻
求热量传递的规律，认为研究对象是个连
续体，即各点的温度、密度、速度是坐标
的连续函数，即将微观粒子的微观物理过
程作为宏观现象处理。
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由前可知，热力学的研究方法仍是如此，但 是热力学虽然能确定传热量（稳定流能量方 程），但不能确定物体内温度分布。

t
λ变化，第一类边界条t1 件
➢方程：d（ λ dt/dx）/dx=0
t2
➢定➢两解无个条内件表热：面源x分x==，0别δ，，λ维t==tλ=持t10t2（均1匀+b而t）恒，定壁的厚温δ度已0 t知δ1、。t2。x ➢温度分布：
（t+1/b）2= （ t1+1/b）2+[2/b-（ t2+ t1）]（ t1 - t2 ）x/δ b ≠0时，温度分布是二次曲线方程，曲线凹凸与b的关系？
➢温度分布：t=（ t2 - t1 ）x/δ + t1
➢热流密度：q=- λ（t2-t1）/δ=Δt/（ δ / λ ）
➢热流量：Φ=Aq=-Aλ（t2-t1）/δ=Δt/（ δ /A λ）
t
λ为常数，第三类边界 tf1,h1 条件 t1 t2 tf2,h2
➢方程：d2t/d2x=0 ➢定➢侧解无流条内体件热的：源温x，=度0λt，为f1，-常λ表d数t/面d，x换壁=h热厚1（系δt已数f1-知ht）1。；在在xx==0δ0处处δ壁壁面面 x
导热微分方程式
➢依 据 ： 能 量 守 恒 定 律 、 傅 里 叶 定 律 ➢假 设 ：
➢各向同性的连续介质 ➢比热容、密度、导热系数为已知 ➢物体内具有内热源φ（w/m3）***
定解条件
➢导热问题完整的数学描述：
导热微分方程式 + 定解条件
➢定 解 条 件 ： 包 括 初 始 条 件 和 边 界 条 件
通过单层平壁的导 热
➢λ为常数，第一类边界条件 ➢λ为常数，第三类边界条件 ➢λ变化，第一类边界条件
t
λ为常数，第一类边界条件
t1
t2
➢方程：d2t/d2x=0 ➢定➢面解无分条内件别热：维源x持x==，0均δ，，λ匀t为=t=而t常1t2恒数定，的壁温厚度δ 已t 1 、知0t。2δ。两 个 表x

大多数建筑材料和绝热材料具有多孔或纤维结构 多孔材料的热导率与密度和湿度有关
、湿度
保温材料：国家标准规定，温度低于 350 度时导热系数小 于 0.12W/(mK) 的材料（绝热材料）
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2-2
导热微分方程
（Heat Diffusion Equation）
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4.热流密度矢量（Heat flux）
热流密度：单位时间、单位面积上所传递的热量；
热流密度矢量：等温面上某点，以通过该点处 最大热流密度的方向为方向、数值上正好等于 沿该方向的热流密度

q

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q
q q cos
温度梯度和热流密度的方向都是在等温 面的法线方向。由于热流是从高温处流 向低温处，因而温度梯度和热流密度的 方向正好相反。
Qd Qv＝
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1、导入与导出微元体的净热量
d 时间内、沿 x 轴方 向、经 x 表面导入的热量： dQx qx dydzd
d 时间内、沿 x 轴方 向、经 x+dx 表面导出 的热量：
dQxdx qxdx dydzd
q x dx
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q x qx dx x
t f ( x, y, z, )
t—为温度; x,y,z—为空间坐标; -时间坐标
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t 0 稳态温度场 t 非稳态温度场 0
三维稳态温度场：
一维稳态温度场:
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稳态导热 Steady-state conduction） 非稳态导热 （Transient conduction）
p
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3、固体的导热系数

干热性气候区，白天在太阳辐射作用下， 墙体外表面温度高于墙体内表面温度，到太 阳下山直至夜间，又低于内表面温度。
空调房间的隔热设计， 墙体内表面温度保持恒定， 外表面周期变化
在非稳态导热中，由于温度不稳定，围护机构不断吸收或释放热 量，即材料在导热的同时还伴随着蓄热量的变化，这是非稳态导 热区别与稳态导热的重要特点。非稳态导热计算极其繁琐，一般 可采取简化模型进行计算。Biblioteka t — 空气温度 C

(5) 对流换热系数(表面传热系数)
（Convection heat transfer coefficient）
h Φ ( A(t w t ))
t t Φ 1 ( hA ) Rh t t q 1 h rh
W (m
2
K)
2 对流（热对流）(Convection)
流体
液体和气体统称为“流体”，它们的特性是抗剪强度极小，外 形以容器为形。由于重力的作用或者外力的作用引起的冷热空 气的相对运动为对流。在建筑中，含空气的部件中有热量传进 、传出或者在其内部传递。
(1)定义：流体中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。空 气的对流换热对建筑热环境有较大影响。 (2)对流换热：当流体流过一个物体表面时的热量传递 过程，它与单纯的对流不同，具有如下特点：

—— 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。影响h因素：流速、流体物性、壁面形状大小等
h的影响因素
h 不是一个常数，而是一个取决于许多因素的物 理量。对于建筑围护结构的表面需考虑的因素有： 气流状况（自然对流还是受迫对流）和壁面所处 位置（垂直或水平）。
(6) 对流换热系数h的计算方法（单位为W/m2· K）