传热基本概念和定律

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1、火箭发动机传热学RocketHeatTransfer学分：2教师：陈雄职称：讲师联系方法：8431545613951981784chenxiongsc@163.com学习内容安排第一讲传热基本概念和定律第二讲导热基本定律及稳态导热第三讲非稳态导热第四讲对流换热第五讲辐射换热第六讲固体火箭发动机中的传热基本知识第七讲固体火箭发动机中的热传导第八讲固体火箭发动机中的对流换热第九讲固体火箭发动机中的辐射换热与复合换热第十讲固体火箭发动机燃烧室的热防护第十一讲固体火箭发动机喷管的热防护第十二讲数值传热学概述参考书教

2、材：《固体火箭发动机传热学》郑亚等编著辅助教材：《传热学》杨世铭、陶文铨编著，第三版《数值传热学》陶文铨编著HeatTransfer(2ndEdition),byAnthonyF.MillsHeatTransfer,byJ.P.Holman考核方法平时成绩:30%(包括：出勤及小测验)期末考试:70%第一讲传热基本概念和定律(1)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(2)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

3、差是热量传递的推动力1概述1.1传热学（HeatTransfer）1.2传热学与工程热力学的关系(1)热力学+传热学=热科学(ThermalScience)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：热传递过程总的热量，以及各稳定状态的状态参数，时间可能是无限的传热学：热传递过程的瞬态或非稳定情况(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始终是守恒的水，M220oC铁块,M130

4、0oC图1-1传热学与热力学的区别1.3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？(2)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

5、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b微机电系统（MEMS）：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；燃料电池冷却技术失效时哥伦比亚航天飞机解体（ShuttleColumbia）Feb.1st,2003（STS-107mission）大推力液氢液氧火箭发动机推力室发汗冷却再生冷却的火箭发动机电阻电火箭电阻电热推进器

6、两层结构的、具有菱形立柱状加热器的新型微推进器。喷管喉部尺寸为10－80μm电阻电热推进器微型电阻电火箭气化腔：1000×500×10μm加热功率：40W加热电阻：820×440×2μm加热时间：10μs～1ms微推进器结构图微型化学推进器同相催化微型化学推进器，采用过氧化氢工质，测试实验，脉冲冲量可控制于0.1－1.6mNs超高音速飞行器高超音速领域的研究PassiveCellularCoreJetBlastDeflectorPassiveCellularCoreJetBlastDeflectorCons

7、truction电子器件冷却新材料1.4传热过程的分类按温度与时间的依变关系，可分为稳态和非稳态两大类。1.5固体火箭发动机中的传热现象图1-2固体火箭发动机简图(1)固体火箭发动机的工作过程是一个典型的由固体推进剂装药的化学能转变为固体火箭飞行动能的过程，固体推进剂装药燃烧后不断地产生大量的高温（最高达3000K以上）和有一定压力（几兆帕到一、二十兆帕左右）的燃气，并连续排出。(2)发动机中的传热现象是多种形式的。燃气除了将热量传给装药以维持连续燃烧外，还同时把热量传给燃烧室壁、喷管及挡药板。这些部件在这

8、种高温燃气的作用下，温度将急剧上升，材料强度将有明显下降的趋势。当发动机工作时间较长时，这种强度下降的趋势就更为显著。特别是在喷管喉部，通道面积最小，燃气密流最大，来自热燃气的热流密度达到最大，工作条件最为恶劣。(3)在设计火箭发动机各部件结构时，就需要从它们在受热状态下的实际强度出发，或者要考虑在各部件上分别采取热防护措施。因此，也就需要了解各部件受热后的温度分布，需要进行严格的传热计算。这就是传热学要解决的问