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認(rèn)證類型：個人認(rèn)證

認(rèn)證主體：李**（實名認(rèn)證）

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IP屬地：湖北 上傳時間：2022-07-07 格式：PPT 頁數(shù)：31 大?。?.29MB 積分：28 舉報 版權(quán)申訴

1、王連1. 1. 傳熱學(xué)（傳熱學(xué)（Heat TransferHeat Transfer）w (1)(1) 研究熱量傳遞規(guī)律的科學(xué)，具體來講主要有熱研究熱量傳遞規(guī)律的科學(xué)，具體來講主要有熱量傳遞的機(jī)理、規(guī)律、計算和測試方法量傳遞的機(jī)理、規(guī)律、計算和測試方法w (2) 熱量傳遞過程的推動力：溫差熱量傳遞過程的推動力：溫差w 熱力學(xué)第二定律：熱量可以自發(fā)地由高熱力學(xué)第二定律：熱量可以自發(fā)地由高溫?zé)嵩磦鹘o低溫?zé)嵩礈責(zé)嵩磦鹘o低溫?zé)嵩?有溫差就會有傳熱有溫差就會有傳熱 溫差是熱量傳遞的推動力溫差是熱量傳遞的推動力2 傳熱學(xué)應(yīng)用實例 自然界與生產(chǎn)過程到處存在溫差自然界與生產(chǎn)過程到處存

2、在溫差 傳熱很普遍傳熱很普遍 b b 夏天人在同樣溫度（如：夏天人在同樣溫度（如：2525度）的空氣和水中的感度）的空氣和水中的感覺不一樣。為什么？覺不一樣。為什么？c c 北方寒冷地區(qū)，建筑房屋都是雙層玻璃，以利于保北方寒冷地區(qū)，建筑房屋都是雙層玻璃，以利于保溫。如何解釋其道理？越厚越好？溫。如何解釋其道理？越厚越好？(1) (1) 日常生活中的例子：日常生活中的例子：a a 人體為恒溫體。若房間里氣體的溫度在夏天和人體為恒溫體。若房間里氣體的溫度在夏天和 冬天都保持冬天都保持2020度，那么在冬天與夏天、人在房間里所度，那么在冬天與夏天、人在房間里所穿的衣服能否一樣？為什么？穿的衣服能否一

3、樣？為什么？(2) (2) 特別是在下列技術(shù)領(lǐng)域大量存在傳熱問題特別是在下列技術(shù)領(lǐng)域大量存在傳熱問題(3) (3) 幾個特殊領(lǐng)域中的具體應(yīng)用幾個特殊領(lǐng)域中的具體應(yīng)用a a 航空航天：高溫葉片氣膜冷卻與發(fā)汗冷卻；火箭航空航天：高溫葉片氣膜冷卻與發(fā)汗冷卻；火箭推力室的再生冷卻與發(fā)汗冷卻；衛(wèi)星與空間站熱控制；推力室的再生冷卻與發(fā)汗冷卻；衛(wèi)星與空間站熱控制；空間飛行器重返大氣層冷卻；超高音速飛行器空間飛行器重返大氣層冷卻；超高音速飛行器（Ma=10Ma=10）冷卻；核熱火箭、電火箭；微型火箭（電）冷卻；核熱火箭、電火箭；微型火箭（電火箭、化學(xué)火箭）；太陽能高空無人飛機(jī)火箭、化學(xué)火箭）；太陽能高空無人飛

4、機(jī)動力、化工、制冷、建筑、機(jī)械制造、新能源、微電子、動力、化工、制冷、建筑、機(jī)械制造、新能源、微電子、核能、航空航天、微機(jī)電系統(tǒng)（核能、航空航天、微機(jī)電系統(tǒng)（MEMSMEMS）、新材料、軍事）、新材料、軍事科學(xué)與技術(shù)、生命科學(xué)與生物技術(shù)科學(xué)與技術(shù)、生命科學(xué)與生物技術(shù)b b 微電子：微電子： 電子芯片冷卻電子芯片冷卻c c 生物醫(yī)學(xué)：腫瘤高溫?zé)岑?；生物芯片；組織與器生物醫(yī)學(xué)：腫瘤高溫?zé)岑?；生物芯片；組織與器 官的冷凍保存官的冷凍保存d d 軍軍 事：飛機(jī)、坦克；激光武器；彈藥貯存事：飛機(jī)、坦克；激光武器；彈藥貯存e e 制制 冷：跨臨界二氧化碳汽車空調(diào)冷：跨臨界二氧化碳汽車空調(diào)/ /熱泵；高溫?zé)?/p>

5、泵；高溫 水源熱泵水源熱泵f f 新新 能能 源：太陽能；燃料電池源：太陽能；燃料電池3 3 傳熱過程的分類傳熱過程的分類按溫度與時間的依變關(guān)系，可分為穩(wěn)態(tài)和非穩(wěn)態(tài)兩大類。按溫度與時間的依變關(guān)系，可分為穩(wěn)態(tài)和非穩(wěn)態(tài)兩大類。第一節(jié) 熱量傳遞方式與傅里葉導(dǎo)熱定律1 1 導(dǎo)熱（熱傳導(dǎo)）導(dǎo)熱（熱傳導(dǎo)）(Conduction)(Conduction)熱量傳遞的三種基本方式：導(dǎo)熱熱量傳遞的三種基本方式：導(dǎo)熱( (熱傳導(dǎo)熱傳導(dǎo)) )、對流、對流( (熱對流熱對流) )和和熱輻射熱輻射。(1)(1)定義：定義：指溫度不同的物體各部分或溫度不同的兩物體指溫度不同的物體各部分或溫度不同的兩物體間直接接觸時，依靠分

6、子、原子及自由電子等微觀粒間直接接觸時，依靠分子、原子及自由電子等微觀粒子熱運(yùn)動而進(jìn)行的熱量傳遞現(xiàn)象子熱運(yùn)動而進(jìn)行的熱量傳遞現(xiàn)象(3)(3)導(dǎo)熱的特點(diǎn)：導(dǎo)熱的特點(diǎn)：a a 必須有溫差；必須有溫差；b b 物體直接接觸；物體直接接觸；c c 依靠分子、原子及自由電子等微觀粒子熱運(yùn)動而傳遞依靠分子、原子及自由電子等微觀粒子熱運(yùn)動而傳遞熱量；熱量；d d 在引力場下單純的導(dǎo)熱只發(fā)生在密實固體在引力場下單純的導(dǎo)熱只發(fā)生在密實固體中。中。(4)(4)導(dǎo)熱的基本定律：導(dǎo)熱的基本定律： 1822年，法國數(shù)學(xué)家Fourier: W ddxtA2mW ddxtAq上式稱為上式稱為FourierFourier定律

7、，號稱導(dǎo)定律，號稱導(dǎo)熱基本定律，是一個一維穩(wěn)態(tài)熱基本定律，是一個一維穩(wěn)態(tài)導(dǎo)熱。其中：導(dǎo)熱。其中： ：熱流量，單位時間傳遞的熱量：熱流量，單位時間傳遞的熱量WW；q q：熱流密度，單：熱流密度，單位時間通過單位面積傳遞的熱量；位時間通過單位面積傳遞的熱量；A A：垂直于導(dǎo)熱方向的：垂直于導(dǎo)熱方向的截面積截面積mm2 2 ； ：導(dǎo)熱系數(shù)（熱導(dǎo)率）：導(dǎo)熱系數(shù)（熱導(dǎo)率）W/( m K)W/( m K)。圖圖1-2 1-2 一維穩(wěn)態(tài)平板內(nèi)導(dǎo)熱一維穩(wěn)態(tài)平板內(nèi)導(dǎo)熱t(yī)0 x dxdtQ(6) (6) 一維穩(wěn)態(tài)導(dǎo)熱及其導(dǎo)熱熱阻一維穩(wěn)態(tài)導(dǎo)熱及其導(dǎo)熱熱阻 如圖如圖1-31-3所示，穩(wěn)態(tài)所示，穩(wěn)態(tài) q = const

8、 q = const，于是積分，于是積分FourierFourier定律有：定律有：210 dd21wwttttqtxqww復(fù)習(xí)：1 傳熱學(xué)的研究內(nèi)容 (1) 定義 2 傳熱學(xué)與工程熱力學(xué)的關(guān)系 (2) 物質(zhì)的屬性： 3 傳熱學(xué)應(yīng)用實例 (3) 導(dǎo)熱的特點(diǎn) 4 傳熱過程的分類 (4) 導(dǎo)熱的基本定律導(dǎo)熱 (5) 導(dǎo)熱系數(shù)(5) (5) 導(dǎo)熱系數(shù)導(dǎo)熱系數(shù) 表征材料導(dǎo)熱能力的大小，是一種物性參數(shù)，與材料種表征材料導(dǎo)熱能力的大小，是一種物性參數(shù)，與材料種類和溫度關(guān)。類和溫度關(guān)。氣體液體非金屬固體金屬Q(mào)1wt2wtA圖圖1-3 1-3 導(dǎo)熱熱阻的圖示導(dǎo)熱熱阻的圖示 1wt2wtt0 x dxdtQrt

9、ttqww21RtAttww21rAR 導(dǎo)熱熱阻導(dǎo)熱熱阻單位導(dǎo)熱熱阻單位導(dǎo)熱熱阻w(7)熱擴(kuò)散率yTcaycTcq)()(ca )/()/()/(022CkgJcsmamkg物體的比熱容熱擴(kuò)散率物體的密度例例 題題 1-11-1例題例題 1-1 1-1 一塊厚度一塊厚度=50 =50 mm mm 的平板，的平板， 兩側(cè)表面分別維兩側(cè)表面分別維持在持在.100,30021CtCtowow試求下列條件下的熱流密度。試求下列條件下的熱流密度。(1)(1)材料為銅，材料為銅，=375 =375 w/(mKw/(mK ); );(2)(2)材料為鋼，材料為鋼， =36=36.4.4 w/(mKw/(mK

10、 ); );(3)(3)材料為鉻磚，材料為鉻磚， =2.=2.3232 w/(mKw/(mK ) )；(4)(4)材料為鉻藻土磚，材料為鉻藻土磚， =0.=0.242242 w/(mKw/(mK ) )。解：參見解：參見圖圖1-31-3。 及一維穩(wěn)態(tài)導(dǎo)熱公式有：及一維穩(wěn)態(tài)導(dǎo)熱公式有：2321mW1028. 905. 010030032. 2wwttq鉻磚：鉻磚： 2221mW1068. 905. 0100300242. 0wwttq硅藻土磚：硅藻土磚：討論：討論：由計算可見，由計算可見， 由于銅與硅藻土磚導(dǎo)熱系數(shù)的巨大差由于銅與硅藻土磚導(dǎo)熱系數(shù)的巨大差別，別， 導(dǎo)致在相同的條件下通過銅板的導(dǎo)熱

11、量比通過硅藻土導(dǎo)致在相同的條件下通過銅板的導(dǎo)熱量比通過硅藻土磚的導(dǎo)熱量大三個數(shù)量級。磚的導(dǎo)熱量大三個數(shù)量級。 因而，銅是熱的良導(dǎo)體，因而，銅是熱的良導(dǎo)體， 而而硅藻土磚則起到一定的隔熱作用硅藻土磚則起到一定的隔熱作用2621mW105 . 105. 0100300375wwttq銅：銅：2521mW1046. 105. 01003004 .36wwttq鋼：鋼：(1)(1)定義定義：流體中（氣體或液體）溫度不同的各部分之流體中（氣體或液體）溫度不同的各部分之 間，由于發(fā)生相對的宏觀運(yùn)動而把熱量由一處間，由于發(fā)生相對的宏觀運(yùn)動而把熱量由一處 傳遞到另一處的現(xiàn)象。傳遞到另一處的現(xiàn)象。2 2 對流（

12、熱對流）對流（熱對流）(Convection)(Convection)(2(2) ) 對流換熱對流換熱：當(dāng)流體流過一個物體表面時的熱量傳遞當(dāng)流體流過一個物體表面時的熱量傳遞 過程，他與單純的對流不同，具有如下特點(diǎn)：過程，他與單純的對流不同，具有如下特點(diǎn)： a a 導(dǎo)熱與熱對流同時存在的復(fù)雜熱傳遞過程導(dǎo)熱與熱對流同時存在的復(fù)雜熱傳遞過程 b b 必須有直接接觸（流體與壁面）和宏觀運(yùn)動；也必須有直接接觸（流體與壁面）和宏觀運(yùn)動；也 必須有溫差必須有溫差 c c 壁面處會形成速度梯度很大的邊界層壁面處會形成速度梯度很大的邊界層 (3)(3)對流換熱的分類對流換熱的分類 無相變：強(qiáng)迫對流和自然對流無相

13、變：強(qiáng)迫對流和自然對流 有相變：沸騰換熱和凝結(jié)換熱有相變：沸騰換熱和凝結(jié)換熱圖圖1-4 1-4 對流換熱中邊界層的示意圖對流換熱中邊界層的示意圖W )(tthAw2mW )( fwtthAqConvection heattransfer coefficient(4) (4) 對流換熱的基本計算公式對流換熱的基本計算公式牛頓冷卻公式牛頓冷卻公式h 表面?zhèn)鳠嵯禂?shù) 熱流量W，單位時間傳遞的熱量q2mW 熱流密度K)(mW2A2m 與流體接觸的壁面面積wt C 固體壁表面溫度t 流體溫度 C 當(dāng)流體與壁面溫度相差當(dāng)流體與壁面溫度相差1 1度時、每單位壁面面積度時、每單位壁面面積上、單位時間內(nèi)所傳遞的熱

14、量上、單位時間內(nèi)所傳遞的熱量)( ttAhwK)(mW2影響影響h h因素：因素：流速、流體物性、壁面形狀大小等流速、流體物性、壁面形狀大小等hhrthtqRthAt 1 )(1（Convection heat transfer coefficientConvection heat transfer coefficient）(5) (5) 對流換熱系數(shù)對流換熱系數(shù)( (表面?zhèn)鳠嵯禂?shù)表面?zhèn)鳠嵯禂?shù)) )hhrthtqRthAt 1 )(1 )(1WChARh 12WCmhrhThermal resistance for convectionThermal resistance for convec

15、tion(6) (6) 對流換熱熱阻：對流換熱熱阻： 圖圖1 16 6輻射換熱、輻射換熱、對流換熱、對流換熱、熱傳導(dǎo)熱傳導(dǎo)圖圖1 18 8 墻壁的散熱墻壁的散熱(6) (6) 輻射換熱的研究方法：輻射換熱的研究方法：假設(shè)一種黑體，它只關(guān)心熱輻假設(shè)一種黑體，它只關(guān)心熱輻射的共性規(guī)律，忽略其他因素，然后，真實物體的輻射射的共性規(guī)律，忽略其他因素，然后，真實物體的輻射則與黑體進(jìn)行比較和修正，通過實驗獲得修正系數(shù)，從則與黑體進(jìn)行比較和修正，通過實驗獲得修正系數(shù)，從而獲得真實物體的熱輻射規(guī)律而獲得真實物體的熱輻射規(guī)律(7) (7) 黑體的定義：黑體的定義：能吸收投入到其表面上的所有熱輻射的能吸收投入到其

16、表面上的所有熱輻射的物體，包括所有方向和所有波長，因此，相同溫度下，物體，包括所有方向和所有波長，因此，相同溫度下，黑體的吸收能力最強(qiáng)黑體的吸收能力最強(qiáng) (8)(8)黑體輻射的控制方程：黑體輻射的控制方程： Stefan-Boltzmann Stefan-Boltzmann 定律定律 4TA4Tq，4TA真實物體則為：真實物體則為： （9 9） 兩黑體表面間的輻射換熱兩黑體表面間的輻射換熱 ( (參見圖參見圖1 17)7)：)(4241TTA)(424121TTq42T1T2T圖圖1 17 7 兩黑體表面間的輻射換熱兩黑體表面間的輻射換熱41T例例 題題 1-21-2 一根水平放置的蒸汽管道，

17、其保溫層外徑d=583 mm，外表面實測平均溫度及空氣溫度分別為 ，此時空氣與管道外表面間的自然對流換熱的表面?zhèn)鳠嵯禂?shù)h=3.42 W /(m2 K), 保溫層外表面的發(fā)射率問：（1） 此管道的散熱必須考慮哪些熱量傳遞方式； （2）計算每米長度管道的總散熱量。解：解：（1）此管道的散熱有輻射換熱和自然對流換熱兩種方式。（2）把管道每米長度上的散熱量記為lqCtCtfw23,489 . 0)(,fwclttdhthdq)/( 5 .156)2348(42. 3583. 014. 3mW近似地取管道的表面溫度為室內(nèi)空氣溫度， 于是每米長度管道外表面與室內(nèi)物體及墻壁之間的輻射為：)(4241,TTdqrl)/(7 .274)27323()27348(9 . 01067. 5583. 014. 3448mW討論： 計算結(jié)果表明， 對于表面溫度為幾上幾十?dāng)z氏度的一類表面的散熱問題， 自然對流散熱量與輻射具有相同的數(shù)量級，必須同時予以考慮。當(dāng)僅考慮自然對流時，單位長度上的自然對流散熱第二節(jié) 溫度場、等溫面和溫度梯度w基本概念 w1. 溫度場 物體溫度隨空間坐標(biāo)的分布和隨時間而變化的規(guī)律。 T=f（x，y，z，） w同時，在研究熱量傳輸時，也將研究的對象看成連續(xù)介質(zhì)，認(rèn)為溫度場是連續(xù)的，是連續(xù)函數(shù)。 2、等溫面 方向?qū)?shù)： 溫度梯度：（取最大值的方向?qū)?shù)） 等溫面的