传热传质学ppt课件.ppt

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1、福州大学化学化工学院叶长燊传热传质学传热传质学福州大学化学化工学院叶长燊1绪论传热学研究内容及应用传热方式传热过程传热学发展与研究方法1.1传热学研究内容及应用传热学是研究由温差引起的热量传递规律的科学。应用广泛：能源动力、化工制药、材料冶金、机械制造、电气电信、建筑工程、交通运输、航空航天、农业林业、生物工程、环境保护、气象预报等。1.1传热学研究内容及应用1.1传热学研究内容及应用传热方式：导热、对流、热辐射。稳态传热（定常传热）非稳态传热（非定常传热）1.2传热学发展与研究方法工业革命生产力自然科学传热

2、学1.2.1传热学的发展1.2传热学发展与研究方法努塞尔（德国物理学家）傅立叶（法国数学家）斯忒藩（斯洛文尼亚物理学家）波尔兹曼（奥地利物理学家）导热理论傅立叶定律导热理论牛顿冷却定律对流理论斯忒藩-波尔兹曼定律1822年1910-1915年1879、1884年1.2传热学发展与研究方法普兰特（德国应用数学家）雷诺（英国力学、物理学家）毕渥（法国物理学家）雷诺数Re流动形态边界层理论傅立叶定律实验1804年理论解1880-1883年1904年1.2传热学发展与研究方法1.2.2传热学的研究方法◎实验测定：导热

3、系数、温度◎理论分析：微分方程解析解◎数值模拟：数值传热学1.3传热方式※热传导物体内部分子微观运动（分子、原子、自由电子的热运动）的一种传热方式，物体各部分之间不发生相对位移。※对流由于流体（气体、液体）的宏观运动，流体各部分之间发生相对位移，冷流体与热流体的相互掺混引起的热传递。※热辐射物体通过电磁波传递热量的方式。1.4传热过程热流体冷流体TWTttW内管壁①热流体主体热流体侧的间壁壁面②热流体侧间壁冷流体侧间壁③冷流体侧的间壁壁面冷流体主体2稳态热传导傅立叶定律导热问题的数学描述一维稳态导热问题肋片导

4、热具有内热源的一维稳态导热多维稳态导热2.1.1温度场稳态温度场二维温度场一维温度场等温线（面）2.1傅立叶定律10S100S1000S2.1.1温度场非稳态温度场2.1傅立叶定律2.1.1温度场等温线（面）特性：（1）等温线（面）上温度相同；（2）等温线（面）互不相交；（3）相邻等温线（面）温差相同时，等温线（面）的疏密程度反映热流密度的大小。2.1傅立叶定律2.1.1温度场2.1傅立叶定律2.1.2导热基本定律2.1傅立叶定律热流量：热流密度：2.1.3导热系数（热导率）2.1傅立叶定律为导热系数、热导率

5、导热系数为单位温度梯度、单位传热面积的热流量，体现物质导热能力的大小。物质的属性，与物质种类、温度有关。2.1.3导热系数（热导率）2.1傅立叶定律气体：分子无规则运动的相互碰撞导热导电固体：自由电子在晶格间的运动非导电固体：晶格结构的振动来实现导热液体：则介于气体和固体之间2.1.3导热系数（热导率）2.1傅立叶定律金属：2.3～420非金属：0.025～3液体：0.09～0.6气体：0.006～0.42.1.3导热系数（热导率）2.1傅立叶定律与温度关系金属材料↑↓非金属材料↑↑液体↑↓（水、甘油除外）气

6、体↑↑↑2.2导热问题的数学描述微元体2.2导热问题的数学描述导入热量2.2导热问题的数学描述导出热量2.2导热问题的数学描述内热源：单位体积物体内热源的热流量微元体内热源产生的热流量2.2导热问题的数学描述微元体内累积的热流量2.2导热问题的数学描述根据热量守恒定律非稳态项扩散项源项导入热量+内热源生成热=导出热量+累积热流量2.2导热问题的数学描述讨论（1）导热系数为常数导温系数，热扩散率（1）导热系数为常数2.2导热问题的数学描述讨论（2）导热系数为常数，无内热源（3）导热系数为常数，稳态导热（Pois

7、son方程)2.2导热问题的数学描述讨论（4）导热系数为常数，无内热源，稳态导热（Laplace方程）（5）导热系数为常数，无内热源，稳态一维导热讨论（6）柱坐标与球坐标2.2导热问题的数学描述2.2导热问题的数学描述讨论（7）导温系数导热能力强↑↓↑物体温度升高1℃所需热量越少导温能力强，温度变化传播能力强2.2导热问题的数学描述讨论（8）导热微分方程适用于：工程中大多数导热问题（热流密度不很高、作用时间足够长），对极短时间10-8～10-10s内产生极大热流密度的传热过程（如激光）不适用。2.2导热问题的

8、数学描述边界条件第I类边界条件稳态非稳态第II类边界条件稳态非稳态2.2导热问题的数学描述边界条件第III类边界条件2.3一维稳态导热问题2.3.1平壁导热（单层无限大平壁）稳态一维无内热源导热系数为常数2.3一维稳态导热问题2.3.1平壁导热（单层无限大平壁）边界条件2.3一维稳态导热问题2.3.1平壁导热（单层无限大平壁）热流量、热流密度温度分布（直线）推动力面积热阻热阻推动力2.3一维稳态导热