1、繆正清上海交通大學(xué)2012.2 .傳熱學(xué)，第一章，緒論，1.1傳熱學(xué)的研究對象(應(yīng)用對象，應(yīng)用領(lǐng)域)1.2傳熱(傳熱)的三個基本方式(研究內(nèi)容)1.3傳熱過程和傳熱系數(shù)1.4單位制1.5傳熱學(xué)的研究方法(2)傳熱學(xué)的應(yīng)用領(lǐng)域(去哪里理論？ 能源、化工、冶金、動力機械、制冷、建筑、機械制造、農(nóng)業(yè)、環(huán)境控制與保護(hù)等工農(nóng)業(yè)領(lǐng)域。 電子、宇宙、航空、核電站等高新技術(shù)領(lǐng)域。 生命科學(xué)領(lǐng)域。 在這些領(lǐng)域有很多工程傳熱問題需要解決。 (3)傳熱學(xué)與兄弟學(xué)科的聯(lián)系和流體力學(xué)、工程熱力學(xué)與傳熱學(xué)的區(qū)別構(gòu)成了熱工類各專業(yè)的三門技術(shù)基礎(chǔ)課程(柱課程)。 流體力學(xué)研究流體的運動規(guī)律。 流體屬性：理想流體、粘性流體研究

2、方法：拉格朗日法、歐拉法；理想流體運動學(xué)概念：流線、流管伯努利方程。 實際流體力學(xué)概念：工廠邊界層層流和湍流N-S方程的常見工程流程：流出：復(fù)雜組合射流(直流和旋轉(zhuǎn)流)集管并聯(lián)組內(nèi)流：壓縮機、送風(fēng)機、內(nèi)燃機、汽輪機內(nèi)的復(fù)雜流動；(3)傳熱學(xué)與兄弟學(xué)科的關(guān)聯(lián)和區(qū)別(續(xù))工程研究內(nèi)容：熱系統(tǒng)循環(huán)中熱能與機械能相互轉(zhuǎn)換的規(guī)律。 研究方法：理想化：系統(tǒng)的簡單可壓縮系統(tǒng)在系統(tǒng)中循環(huán)的處理：狀態(tài)過程周期。 狀態(tài)分析法：狀態(tài)方程，過程分析法：狀態(tài)的變化相對于準(zhǔn)靜態(tài)過程，通過系統(tǒng)狀態(tài)的變化研究系統(tǒng)與外部的熱功交換的條件是可逆過程熱力學(xué)第一、第二定律的應(yīng)用，(4)熱傳遞學(xué)與專業(yè)課程之間的關(guān)系火力發(fā)電工程(鍋爐、

3、汽輪機、發(fā)電機) 動力機械(泵傳熱的基本方式：傳熱對流輻射過程兩種基本的傳熱過程：穩(wěn)態(tài)傳熱過程非穩(wěn)態(tài)傳熱過程，傳熱研究中的基本假設(shè)：連續(xù)介質(zhì)假設(shè)：取的微尺寸遠(yuǎn)大于分子平均自由程。 連續(xù)介質(zhì)假設(shè)是微積分法這一自然科學(xué)研究強有力工具應(yīng)用的前提條件。 傳熱研究的內(nèi)容：研究物體的溫度場和傳熱改正(傳熱)方法。 傳熱研究的目的是強化或減弱：傳熱，節(jié)約能源消耗，節(jié)約金屬材料，提高設(shè)備性能，降低成本。 確定高溫零件內(nèi)的溫度分布和溫度控制，確保運行安全。熱傳遞(傳熱)的3種基本方式、3種傳熱方式可以獨立存在，但多以復(fù)合形式出現(xiàn)。 1 .熱傳導(dǎo)的定義：物體的各部分之間不發(fā)生相對位移，而是分子、原子以及自由電子等

4、微粒子的熱運動所產(chǎn)生的熱傳導(dǎo)。 另一個定義：熱傳導(dǎo)是指相互接觸而溫度不同的物體之間，或者同一物體的溫度不同的各部分之間，微粒子的熱運動所產(chǎn)生的熱傳導(dǎo)現(xiàn)象。 特點：有溫差的宏觀運動發(fā)生在連續(xù)介質(zhì)之間，僅發(fā)生能量傳遞，能量形式(熱能)不變。 嚴(yán)格來說，純熱傳導(dǎo)僅發(fā)生在不透明物體上(這消除了另一種熱傳導(dǎo)方式的熱輻射)。 微觀機制：氣體中：氣體分子不規(guī)則熱運動時相互碰撞的結(jié)果。 在導(dǎo)電液體中，自由電子在晶格間像氣體分子一樣運動。在非導(dǎo)電性固體中，通過晶格結(jié)構(gòu)的振動、即原子、分子的平衡位置附近的振動來實現(xiàn)。 液體中的熱傳導(dǎo)：觀點還不一致。 另一個觀點，定性地類似于氣體，但由于分子間距離更近，分子間作用力

5、對碰撞過程的影響被認(rèn)為遠(yuǎn)大于氣體的另一個觀點，類似于非導(dǎo)電性固體，主要由彈性波作用。 熱傳導(dǎo)的宏觀數(shù)學(xué)描繪：是法國數(shù)學(xué)家Fourier在1822年提出的：一維穩(wěn)態(tài)熱傳導(dǎo)：圖1 .一維穩(wěn)態(tài)熱傳導(dǎo)圖，(w )，熱流密度：2對流熱交換定義：運動的流體接觸不同溫度的固體表面時，兩者之間的熱傳導(dǎo)過程。 在運動的流體中，由于各部分的相對位移，冷熱流體直接混合而產(chǎn)生的傳熱是單純的對流，事實上，鄰接層的流體接觸時也發(fā)生傳熱，特別是流體接近壁面時在層流底層產(chǎn)生的傳熱是傳熱方式，所以流體和壁面的熱交換是對流和傳熱綜合作用對流熱交換的分類：自然對流強制對流沸騰熱交換：液蒸汽相變熱交換冷凝熱交換：蒸汽、液體與固體表面

6、之間的對流熱交換基本修訂公式：英國科學(xué)家Newton于1701年提出了冷卻公式：液體加熱時：液體冷卻時：公式中，對流熱交換系數(shù)、w對流熱交換系數(shù)由理論分析和實驗決定是本學(xué)科研究的主要內(nèi)容之一。 3輻射熱交換定義：物體通過電磁波傳輸能量的方式稱為輻射。 物體可以因各種原因發(fā)出放射能。 其中，熱量向外部釋放放射能的現(xiàn)象稱為熱輻射。 傳熱學(xué)中的輻射是指物體將其熱能變換為電磁波來傳遞熱量的過程。 輻射熱交換器：自然界各物體不定期向空間釋放輻射能，并不斷吸收來自其它物體的熱輻射。 輻射和吸收過程中進(jìn)行的物體間的熱傳遞叫做輻射傳熱。 輻射熱交換的特點：動平衡：固體與周圍環(huán)境之間只有輻射熱交換，當(dāng)熱交換等于

7、零時，輻射和吸收過程處于動平衡，即輻射和吸收過程仍在進(jìn)行中的熱輻射可以在沒有介質(zhì)的真空中傳播，而熱傳導(dǎo)和對流遠(yuǎn)離物質(zhì)的存在在能量交換過程中，隨著能量形式的轉(zhuǎn)換，輻射能量的校正算法為：黑體輻射：實驗表明，物體的輻射能力與溫度有關(guān)，同時在相同溫度下不同物體的輻射和吸收能力也有很大差異。 黑體是同溫下具有最大輻射和吸收能力的抽象物體。 黑體輻射是1879年由奧地利科學(xué)家Stefan通過實驗發(fā)現(xiàn)，之后1884年由Boltzman用理論方法推導(dǎo)出來的，Stefan-Boltzman定律(w )式中：黑體絕對溫度，k； 黑體輻射常數(shù)(Stefan-Boltzman常數(shù)，5.6710-8 W/(m2K4)

8、)表面積，m2.真實物體的輻射：所有真實物體的輻射能力都小于同溫黑體的輻射能力。 其值的修正算法是在黑體輻射公式中導(dǎo)入修正系數(shù)。 (w )式中：物體的黑色(也稱為發(fā)射率)。 決定物體的種類和表面狀態(tài)后具體介紹。 1.3傳熱過程和傳熱系數(shù)的熱量從壁面的一側(cè)(流體)通過壁面?zhèn)鬟f到另一側(cè)的流體的過程稱為傳熱過程。 工程實際上，傳熱過程有很多例子。 注意：傳熱過程包括一些或所有的傳熱方式。 傳熱過程整體傳熱效果的比例系數(shù)稱為傳熱系數(shù)，傳熱系數(shù)是傳熱過程中所經(jīng)歷的相應(yīng)基本傳熱方式的綜合反映。 1.3傳熱過程和傳熱系數(shù)如冷熱流體通過壁面的傳熱過程。圖2 .一維傳熱過程的示意圖，三個傳熱過程各自的方程式：1.3傳熱過程和傳熱系數(shù)改寫為溫壓形式：將上述三式相加，消除壁面溫度(tw1，tw2)，上述式也是式中，k是傳熱系數(shù)，可以表示為w/的mol，cd (發(fā)光強度：坎德拉) oC、kcal換算：1kcal=4. 1868 kj1kcal/h=1. 163 j/s=1. 163 w單位：壓力p : Pa運動粘度： m2/s運動粘度： kg/(ms )比熱容量c3360kg m2熱傳導(dǎo)率： w/(m K )對流熱交換系數(shù)熱傳導(dǎo)率3360w/(m2k )功率(傳熱量)、 w、15熱傳導(dǎo)學(xué)的研究方法實驗研究法實驗研究是所有科學(xué)研究的基礎(chǔ)。 傳熱學(xué)實驗研究的基礎(chǔ)是相似模型化理論。 實驗研究的方法是研究影響對