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1、 传热学的研究方法传热学的研究方法 传热学研究中的基本假设传热学研究中的基本假设 研究物体中温度、密度、速度等物理参数都是空研究物体中温度、密度、速度等物理参数都是空间的连续函数。间的连续函数。传热学研究方法传热学研究方法1.1.理论分析：数学分析 求解偏微分方程 解析解（精确解） 是传热学理论分析的主要任务。2.2.实验研究：通过实验测定 是传热学的基本研究方法。3.3.数值模拟：通过计算机求解 是数值传热学的研究内容，本课程不作介绍。第2页/共32页第1页/共32页传热学要解决的主要问题传热学要解决的主要问题 计算传递的热量计算传递的热量 增强传热：更好地散热。增强传热：更好地散热。 削弱
2、传热：更好地隔热。削弱传热：更好地隔热。 确定物体中各点的温度确定物体中各点的温度工具： 高等数学确定物体中的温度分布是传热学研究的一个基本问题传热学是研究热量传递规律的科学第3页/共32页第2页/共32页 热量传递的基本方式热量传递的基本方式l导热（热传导） (thermal conduction)l热对流 (thermal convection)l热辐射 (thermal radiation)。第4页/共32页第3页/共32页9.1 9.1 导热导热 导热：导热：指温度不同的物体各部分或温度不同的两物体间直接接触时，依靠分子、指温度不同的物体各部分或温度不同的两物体间直接接触时，依靠分子、
3、原子及自由电子等微观粒子热运动而进行的热量传递现象。原子及自由电子等微观粒子热运动而进行的热量传递现象。第5页/共32页第4页/共32页n必须有温差n物体直接接触n依靠分子、原子及自由电子等微观粒子热运动而传递热量n不发生宏观的相对位移导热的特点：9.1 9.1 导热第6页/共32页第5页/共32页例如：大平壁的一维稳态导热例如：大平壁的一维稳态导热 0 xt tw2 tw1 特点： 热流量：w1w2ttA物性参数气体液体非金属固体金属第7页/共32页第6页/共32页w1w2ttqA热流密度 qw1w 2ttAw1w 2ttAw1w 2ttRRA热阻网络tw1tw2例如：大平壁的一维稳态导热例
4、如：大平壁的一维稳态导热欧姆定律傅里叶定律第8页/共32页第7页/共32页9.2 9.2 热对流热对流热对流: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。热对流只发生在流体之中，并伴随有微观粒子热运动而产生的导热。对流换热:流体流过物体表面时，流体与固体壁间的换热。第9页/共32页第8页/共32页对流换热特点9.2 9.2 热对流热对流第10页/共32页第9页/共32页对流换热分类对流换热分类 没有相变：没有相变：自然对流换热自然对流换热 如：暖气如：暖气 强制对流换热强制对流换热 如：换热器如：换热器 有相变：有相变： 液体沸腾液体沸
5、腾 如：液体在热表面上如：液体在热表面上 蒸汽凝结蒸汽凝结 如：蒸汽在冷表面上如：蒸汽在冷表面上 thA 计算公式：牛顿冷却公式： thq :h 比例系数，称表面传热系数或对流换热系数 单位： KmW2/:h不是物性参数第11页/共32页第10页/共32页对流换热的基本计算公式：牛顿冷却公式W f)(tthAw2fW/m )(tthqwh h 表面传热系数，KmW2对流换热系数A A 与流体接触的壁面面积wt固体壁表面温度 ft流体温度 9.2 9.2 热对流热对流2m第12页/共32页第11页/共32页表面传热系数h h的影响因素 第13页/共32页第12页/共32页 一些对流换热的h h数
6、值范围 h W /( m2K) 110 2001000 10100 10015000 250035000 500025000这就是为什么JackJack冻死了，而RoseRose没有！第14页/共32页第13页/共32页wf1ttAh1hRAhtw tfhR对流换热热阻 = Ah(tw tf) wfhttR称为对流换热热阻，单位为 W/K。对流换热热阻网络：第15页/共32页第14页/共32页9.3 9.3 热辐射热辐射 辐射：物体通过电磁波来传递能量的方式称为辐射。热辐射：物体会因为各种原因发出辐射能。其中因热的原因而发出辐射能的现象为热辐射。理论上热辐射的波长范围从零到无穷大，但在日常生活
7、和工业上常见的温度范围内，热辐射的波长主要在0.1 m至100 m之间, ,包括部分紫外线、可见光和部分红外线三个波段 。第16页/共32页第15页/共32页电磁波谱第17页/共32页第16页/共32页 依靠电磁波传递能量依靠电磁波传递能量 不需要任何介质不需要任何介质 温度高于温度高于0K0K, ,都有发射辐射粒子的能力。都有发射辐射粒子的能力。热辐射的主要特点热辐射的主要特点高温物体低温物体第18页/共32页第17页/共32页辐射换热不仅有能辐射换热不仅有能量转移量转移, ,还有能量还有能量形形式的变化式的变化辐射换热辐射换热辐射换热：物体间靠热辐射进行的热量传递热能 辐射能 热能发射吸收
8、发射辐射能是物质的固有属性第19页/共32页第18页/共32页辐射换热的主要影响因素（1 1）物体本身的温度、表面辐射特性； （2 2）物体的大小、几何形状及相对位置。 4TA428/1067. 5KmW斯忒藩- -玻尔兹曼定律T黑体的热力学温度斯忒藩- -玻尔兹曼常数 计算方法计算方法第20页/共32页第19页/共32页小 结（1 1）导热、热对流和热辐射三种热量传递基本方式往往不是单独出现的； （2 2）分析传热问题时首先应该弄清楚有那些传热方式在起作用，然后再按照每一种传热方式的规律进行计算。 （3 3）如果某一种传热方式与其他传热方式相比作用非常小，往往可以忽略。 第21页/共32页第
9、20页/共32页举举 例例第22页/共32页第21页/共32页9.4 9.4 传热过程简介传热过程简介指热量从固体壁面一侧的流体通过固体壁面传递到另一侧流体的过程。传热过程通常由导热、热对流、热辐射组合形成第23页/共32页第22页/共32页传热过程由三个相互串联的热量传递环节组成: :9.4 9.4 传热过程简介传热过程简介第24页/共32页第23页/共32页通过平壁的稳态传热过程假设：tf1、tf2、h1、h2不随时间变化；为常数。（2 2）平壁的导热 w1w2ttAw1w2ttAw1w2ttR tw2 tw1 0 xt h1 tf1 h2 tf2 )(111wfttAh1111)(Aht
10、twf111)(hwfRtt第25页/共32页第24页/共32页（3 3）右侧的对流换热2w2f2Ah ttw2f 221ttAhw2f22httRf1f 21211ttAhAAhf1f 2kttRf1f 212hhttRRR12khhRRRRtw1 R1hR2hRtw2 tf1 tf2 传热热阻网络：通过平壁的稳态传热过程第26页/共32页第25页/共32页关于传热系数将传热热流量的计算公式写成 f1f 2Ak ttAk t12111khh通过单位面积平壁的热流密度为 f1f 2qk ttf1f 21211tthhf1f 21211ttAhAAh冬天，屋顶积雪有助于房屋保温 第27页/共32
11、页第26页/共32页第九章 小结（1）掌握导热、热对流、热辐射三种热量传递基本方式的机理及特点；（2）掌握热流量、热流密度、导热系数、对流换热、表面传热系数、传热系数、热阻等基本概念；（3）灵活运用平壁的一维稳态导热公式、对流换热的牛顿冷却公式、通过平壁的一维传热过程计算公式进行相关的计算、分析。作业：P142 9-1、9-2、9-4第28页/共32页第27页/共32页例例 题题 设冬天室内空气温度为设冬天室内空气温度为tf1，室外空气温度为，室外空气温度为tf2 ，试在该两温度不变的条件下，画出下列三种情形下从试在该两温度不变的条件下，画出下列三种情形下从室内到室外空气温度分布的示意性曲线：
12、室内到室外空气温度分布的示意性曲线： （1 1）室外平静无风。）室外平静无风。 （2 2）室外冷空气以一定流速吹过砖墙表面。）室外冷空气以一定流速吹过砖墙表面。 （3 3）除了室外刮风，还要考虑砖墙与四周环境间的）除了室外刮风，还要考虑砖墙与四周环境间的辐射传热。辐射传热。 tw2 tw1 0 t h1 tf1 h2 tf2 xxt（1） （2） （3）tf1 tf2 第29页/共32页第28页/共32页t（1） （2） （3）tf1 tf2 例例 题题)(111wfttAh)(11wfttf1f 2Ak ttAk t室内：tw1 tw2 其中：h1、A、tf1不变如果： 12111khhw1w2ttA三种情况，h2不断增大，k 直线越来越陡 xtttt211x第30页/共32页第29页/共32页同样是同样是2525C C的房子，为什么夏天可以穿衬的房子，为什么夏天可以穿衬衫，而冬天却要穿毛衣？衫，而冬天却要穿毛衣？例例 题题 墙壁内侧温度夏天比冬天高，所以人体向外辐射的能量冬天比夏天多，而自然对流和辐射换热处在同一数量级。ttf1 tf2 tw1 tw2 x第31页/共32页第30页/共32页 本章结束本章结束哈尔滨工业大学（威海）汽车工程学院第32页/共32页第31页/共32页感谢您的观看！第32页/共32页
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