传热学基础(第二版)第一章教学课件三种热量传递的基本方式选编.ppt

Heat Transfer;考核方法 闭卷考试;参考书;第一章 绪论;1-1热量传递的研究对象及其在热加工工艺中的应用;二、传热学的重要性;在下列技术领域大量存在传热问题 动力、化工、制冷、建筑、环境、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… ? ; 在机械制造热加工类专业中,由于工件在制造工艺中的加热、冷却、熔化和凝固都与热量传递息息相关，传热学有它特殊的重要性。;9/65;..\3\流动场动画3.avi;..\3\凝固过程动画.avi;12/65;13/65;..\3\12xt流场动画1.avi;..\3\12xt凝固进程动画.avi;16/65;17/65; 为了说明传热学与各专业主要课程间的关系，以铸造专业的《铸件形成理论》这门专业主要课程为例，作一番考察 ; 换句话说，扎实的传热学基础，既是学好本专业主干学科的前提，也为消化、吸收和创造新技术准备了必要的条件，它是一个合格的热加工工程师必须具备的理论素养的重要组成部分。 ;五 传热过程分类; 采用高等数学方法分析热传递过程，总要假定所研究的对象是一个连续体，即认为所研究对象内各点上的温度、密度、速度等都是空间坐标的连续函数。;1－2热量传递的三种基本方式 ;23/65;一、热传导（导热）heat conduction;导热的特点 必须有温差 物体直接接触 依靠分子、原子及自由电子等微观粒子热运动而传递热量 不发生宏观的相对位移;26/65;2.导热机理 气体：气体分子不规则热运动时相互碰撞的结果。 导电固体：自由电子运动。 非导电固体：晶格结构的振动。 液体：很复杂。;3 傅里叶公式: Fourier： 1822年，法国数学家; 为温度梯度，负号表示热流密度的方向与温度梯度的方向相反。即热量传递的方向与温度升高的方向相反。;热导率（导热系数）(Thermal conductivity);31/65;法国数学家Fourier: 法国拿破仑时代的高级官员。曾于1798-1801追随拿破仑去埃及。后期致力于传热理论，1807年提交了234页的论文，但直到1822年才出版。;例题1-1 有三块分别由纯铜（热导率λ1=398W/(m·K)）、黄铜（热导率λ2=109W/(m·K)）和碳钢（热导率λ3=40W/(m·K)）制成的大平板，厚度都为10mm，两侧表面的温差??维持为tw1 – tw2 = 50℃不变，试求通过每块平板的导热热流密度。 解： ;对于黄铜板 ;二、热对流(convection)与对流换热;What if coils were atthe bottom? ;1. 定义与特征 定义：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。;对流换热的特点 对流换热与热对流不同，既有热对流，也有导热；不是基本传热方式 导热与热对流同时存在的复杂热传递过程 必须有直接接触（流体与壁面）和宏观运动；也必须有温差。;39/65;2.分类;3.牛顿冷却公式（1701）;表面传热系数（对流换热系数） （Convection heat transfer coefficient）;例题1-2 一室内暖气片的散热面积为3m2，表面温度为tw = 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 = 4 W/(m2·K)。试问该暖气片相当于多大功率的电暖气? 解： ;三、热辐射（Thermal radiation） 1.定义 ——物体通过电磁波来传递热量的方式。;45/65;2.辐射换热的特点;47/65;3.斯蒂芬-玻尔兹曼定律（Stefan-Boltzmann law）;黑体向外发射的辐射能：;实际物体辐射能力：低于同温度黑体;对于两个相距很近的黑体表面，由于一个表面发射出来的能量几乎完全落到另一个表面上，那么它们之间的辐射换热量为 ：;52/65; 三种基本热量传递方式由于机理不同，各自遵循不同的规律，依次分开论述比较相宜。不过应该注意到，在工程问题中，有时也存在两种热量传递基本方式同时出现的场合。 例如一块高温钢板在厂房中的冷却散热，既有辐射换热方式，也同时有对流换热方式。两种方式以并联的形式出现，两种方式散热热流量的叠加总和等于总的散热热流量。对这种场合，就不能只顾一种方式而遗漏另一种方式。; 最后应当指出，傅里叶定律、斯蒂芬－玻尔兹曼定律及牛顿冷却公式对稳态或非稳态过程都是适用的。;1-3 传热过程与热阻;为热流体与冷流体间的平均温差；;假设传热过程处于稳态：;从热流体tf1到tw1：;表示成热阻的形式，有 ;2.热阻;对流换热