传热学件传热学课件第四版第一章.ppt

第一章 绪 论 §1-1 概 述 1.1.1 传热学（Heat Transfer）的研究内容 1 传热学： 研究热量传递规律的科学，具体来讲主要 有热量传递 的机理、规律、计算和测试方法 1.1.4 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 (2) 特别是在下列技术领域大量存在传热问题 1.2.1 导热（热传导）(Conduction) 例 题 1-1 例题 1-1 一块厚度δ=50 mm 的平板， 两侧表面分别维持在 —— 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 (5) 辐射换热的特点 a 不需要冷热物体的直接接触；即：不需要介质的存在，在 真空中就可以传递能量 b 在辐射换热过程中伴随着能量形式的转换 物体热力学能 电磁波能 物体热力学能 c 无论温度高低，物体都在不停地相互发射电磁 波能、相 互辐射能量；高温物体辐射给低温物体的能量大于低温物 体辐射给高温物体的能量；总的结果是热由高温传到低温 例 题 1-2 一根水平放置的蒸汽管道， 其保温层外径d=583 mm，外表面实测平均温度及空气温度分别为 ，此时空气与管道外表面间的自然对流换热的表面传热系数h=3.42 W /(m2 K), 保温层外表面的发射率 a k 越大，传热越好。若要增大 k，可增大 *   传 热 学 （Heat Transfer） 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 ? 温差是热量 传递的推动力 1.1.2 传热学研究中的连续介质假设 基本假定： 所研究的物体中的温度、密度、速度、压力等物理参数都是空间坐标的连续函数。 对于气体而言，所研究物体的几何尺寸要远大于分子间的平均自由程。 在微机电系统中，所研究物体的几何尺寸常在微米到毫米之间，微机电系统内的流动和传热问题不满足连续介质的基本假定。 1.1.3 传热学与工程热力学的关系 (1) 热力学 + 传热学 = 热科学(Thermal Science) ? 系统从一个平衡态到另一个平衡态的过程中传递热量的多少。 ? 关心的是热量传递的过程，即热量传递的速率。 热力学： 传热学： 水，M2 20oC 铁块, M1 300oC 图1-1 传热学与热力学的区别 (2) 传热学以热力学第一定律和第二定律为基础，即? 始终从高温热源向低温热院传递，如果没有能量形式的转化，则? 始终是守恒的 b 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？ 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？ (1) 日常生活中的例子： a 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？ (3) 几个特殊领域中的具体应用 a 航空航天：高温叶片气膜冷却与发汗冷却；火箭推力室的再生冷却与发汗冷却；卫星与空间站热控制；空间飞行器重返大气层冷却；超高音速飞行器（Ma=10）冷却；核热火箭、电火箭；微型火箭（电火箭、化学火箭）；太阳能高空无人飞机 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… 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 总之，传热学应用可大致归为三大类： 强化传热 削弱传热 温度控制 §1-2 热量传递的三种基本方式 热量传递的三种基本方式：导热(热传导)、对流(热对流)和热辐射。 (1)定义：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、原子及自由电