传热学课件传热学课件第四版第一章.ppt
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1、传 热 学,(Heat Transfer),第一章 绪 论,1-1 概 述 1.1.1 传热学(Heat Transfer)的研究内容 1 传热学: 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,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 温差是热量 传递的推动力,1.1.2 传热学研究中的连续介质假设,基本假定: 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坐标的连续函数。 对于气体而言,所研究物体的几何尺寸要远大于分子间的平均自由程。 在微机电系统中,所研究物体的几何尺寸常在微米到毫米之
2、间,微机电系统内的流动和传热问题不满足连续介质的基本假定。,1.1.3 传热学与工程热力学的关系,(1) 热力学 + 传热学 = 热科学(Thermal Science), 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:传热学:,图1-1 传热学与热力学的区别,(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,1.1.4 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
3、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?,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) 特别是在下列技术领域大量存在传热问题,(3) 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,动力、化工、制冷、建筑、机械制造、新能源、微电子、核能、航空航天、微机电系统(MEMS)、新材料、军事科学与
4、技术、生命科学与生物技术,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;燃料电池总之,传热学应用可大致归为三大类: 强化传热 削弱传热 温度控制,1-2 热量传递的三种基本方式,1.2.1 导热(热传导)(Conduction),热量传递的三种基本方式:导热(热传导)、对流(热对流)和热辐射。,(1)定义:指温度不同的物体各部分或温度不同的两物体间直接接触时,依靠分子、原子及自由电子等微观粒子热运动而进行的热量传递现象,(2)物质的属
5、性:在固体、宏观静止的液体和气体中发生,(3)导热的特点:a 没有宏观位移;b 物体直接接触;c 依靠分子、原子及自由电子等微观粒子热运动而传递热量;d 在引力场下单纯的导热只发生在密实固体中。,(4)导热的基本定律: 1822年,法国数学家Fourier:,上式称为Fourier定律,称为导热基本定律,是一个一维稳态导热。其中:,:热流量,单位时间传递的热量W;q:热流密度,单位时间通过单位面积传递的热量;A:垂直于导热方向的截面积m2;:导热系数(热导率)W/( m K)。,图1-2 一维稳态平板内导热,(6) 一维稳态导热及其导热热阻 如图1-3所示,平壁稳态 q = const,于是积
6、分Fourier定律有:,(5) 导热系数 表征材料导热能力的大小,是一种物性参数,与材料种类和温度等因素有关。,图1-3 导热热阻的图示,例 题 1-1,例题 1-1 一块厚度=50 mm 的平板, 两侧表面分别维持在,试求下列条件下的热流密度。,材料为铜,=375 w/(mK );材料为钢, =36.4 w/(mK );材料为铬砖, =2.32 w/(mK );材料为铬藻土砖, =0.242 w/(mK )。,解:参见图1-3。 及一维稳态导热公式有:,铬砖:,硅藻土砖:,讨论:由计算可见, 由于铜与硅藻土砖导热系数的巨大差别, 导致在相同的条件下通过铜板的导热量比通过硅藻土砖的导热量大三
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- 传热学 课件 第四 第一章
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