传热学教案1讲解学习.doc

传热学教案1精品文档精品文档收集于网络，如有侵权请联系管理员删除收集于网络，如有侵权请联系管理员删除精品文档收集于网络，如有侵权请联系管理员删除第1章绪论1.1概述1.1.1、传热学研究内容传热学是研究热量传递规律的学科，研究热量传递的机理、规律、计算和测试方法。热量传递过程的推动力：温差1)物体内只要存在温差，就有热量从物体的高温部分传向低温部分；2)物体之间存在温差时，热量就会自发的从高温物体传向低温物体。1.1.2、传热学研究中的连续介质假设将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的连续函数。1.1.3、传热学与工程热力学的关系相同点：传热学以热力学第一定律和第二定律为基础。不同点a）定义：工程热力学：热能的性质、热能与机械能及其他形式能量之间相互转换的规律。传热学：热量传递过程的规律。b)状态工程热力学：研究平衡态；传热学：研究过程和非平衡态c）时间工程热力学：不考虑热量传递过程的时间。传热学：时间是重要参数。1.1.4、传热学的应用自然界与生产过程到处存在温差—传热很普遍传热学在日常生活、生产技术领域中的应用十分广泛。热量传递中的三类问题强化传热削弱传热温度控制日常生活中的例子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22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？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？d冬天，经过在白天太阳底下晒过的棉被，晚上盖起来为什么感到很暖和？并且经过拍打以后，为什么效果更加明显？e为什么水壶的提把要包上橡胶？f不同材质（塑料、金属）的汤匙放入热水中，哪个黄油融解更快？生产技术领域大量存在传热问题a航空航天：卫星与空间站热控制；空间飞行器重返大气层冷却；超高音速飞行器冷却；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；燃料电池很多行业中如何让热量有效地传递成为解决问题的关键大规模集成电路芯片的散热问题航天飞机的有效冷却和隔热材料加工行业的散热问题传热学的研究方法实验测定理论分析数值模拟热量传递的三种基本方式热能传递基本方式：导热（热传导）、对流、热辐射1.2.1导热（热传导）1概念定义：物体各部分之间不发生相对位移时，依靠分子、原子及自由电子等微观粒子的热运动而产生的热量传递称导热。如：固体与固体之间及固体内部的热量传递。2、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没有能量形式之间的转化3、导热的基本规律1）傅立叶定律1822年，法国物理学家如图1-1所示的两个表面分别维持均匀恒定温度的平板，是个一维导热问题。考察x方向上任意一个厚度为dx的微元层。根据傅里叶定律，单位时间内通过该层的导热热量与当地的温度变化率及平板面积A成正比，即1-1式中λ是比例系数，称为热导率，又称导热系数，负号表示热量传递的方向与温度升高的方向相反。2）热流量单位时间内通过某一给定面积的热量称为热流量，记为Φ，单位W。3）热流密度（面积热流量）单位时间内通过单位面积的热量称为热流密度，记为q，单位W/㎡。当物体的温度仅在x方向发生变化时，按傅立叶定律，热流密度的表达式为:1-24）导热系数λλ表征材料导热性能优劣的参数，是一种物性参数，单位：W/m·k。不同材料的导热系数值不同，即使同一种材料导热系数值与温度等因素有关。金属材料最高，良导电体，也是良导热体，液体次之，气体最小。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，两侧表面的温差都维持为tw1–tw2=50℃不变，试求通过每块平板的导热热流密度。解：这是通过大平壁的一维稳态导热问题。1.2.2热对流1基本概念1)热对流：是指由于流体的宏观运动，从而使流体各部分之间发生相对位移，冷热流体相互掺混所引起的热量传递过程。热对流仅发生在流体中，流体中有温差——对流的同时必伴随有导热现象。自然界不存在单一的热对流。2)对流换热：流体流过一个物体表面时的热量传递过程，称为对流换热。2、对流换热的分类1）根据对流换热时是否发生相变分无相变的对流换热有相变的对流换热沸腾换热：液体在热表面上沸腾的对流换热。凝结换热：蒸汽在冷表面上凝结的对流换热。2）根据引起流动的原因分：自然对流和强制对流。自然对流：由于流体冷热各部分的密度不同而引起流体的流动。如：暖气片表面附近受热空气的向上流动。强制对流：流体的流动是