流动形态
边界层理论
1904年 普兰特（德国应用数学家）
理论解
傅立叶定律实验
1804年
毕渥（法国物理学家）
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。
2.1 傅立叶定律
2.1.1 温度场
0.6
0.6
0.4
0.4
0.2
0.2
0
0
-0.2
-0.2
-0.4
-0.4
-0.6
-0.6
-0.8 -1.4
-1.2
-1
-0.8
-0.6
-0.4
-0.2
0
0.2
-0.8 -1.4
-1.2
-1
-0.8
-0.6
-0.4
-0.2
0
0.2
2.1 傅立叶定律
2.1.2 导热基本定律
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
传热学发展与研究方法 传热方式 传热过程
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。
热流量：
t A n
W
热流密度：
t q n
W/m
2
2.1 傅立叶定律
2.1.3 导热系数（热导率）
为导热系数、热导率 W/m C
q At / n t / n
W/m K
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。
2.2 导热问题的数学描述
微元体 dxdydz
z dz
y dy
x
z
x dx
y
y
x
z
2.2 导热问题的数学描述
导入热量
t x dydz x t y dxdz y t z dxdy z
2.2 导热问题的数学描述
导出热量
x dx
t f x
2.1 傅立叶定律
2.1.1 温度场
0.6 0.6 0.6 0.4 0.4 0.4
0.2
0.2
0.2
0
0
0
-0.2
-0.2
-0.2
-0.4
-0.4
-0.4
-0.6
-0.6
-0.6
-0.8 -0.6
-0.4
-0.2
0
0.2
0.4
-0.8 -0.6
-0.4
-0.2
0
0.2
0.4
-0.8 -0.6
液体：0.09～0.6 W/m K
气体：0.006～0.4 W/m K
金属 非金属 液体.3 导热系数（热导率）
与温度关系 金属材料
0 1 bt
t↑
↓
纯金属 合金
非金属材料
液体 气体
t↑
↑
纯液体 溶液
t↑ ↓（水、甘油除外） t↑ p↑ ↑
y dy
z dz
t x dx x dydz dx x x x t y dy y dxdz dy y y y t z dz z dxdy dz z z z
-0.4
-0.2
0
0.2
0.4
10S
100S
1000S
非稳态温度场 t f x, y, z,
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。
2.2 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


W/m3
微元体内热源产生的热流量
dxdydz

2.2 导热问题的数学描述
微元体内累积的热流量
t c dxdydz
2.2 导热问题的数学描述
根据热量守恒定律 导入热量+内热源生成热=导出热量+累积热流量
t t t t c x x y y z z
多维稳态导热
2.1 傅立叶定律
2.1.1 温度场
等温线（面）
0.5 0.4 0.3 0.2 0.1 0 -0.1 -0.2 -0.3 -0.4 -0.5 -1
稳态温度场 二维温度场
t f x, y, z
t f x, y
一维温度场
-0.8 -0.6 -0.4 -0.2 0 0.2 0.4
2.1 傅立叶定律
2.1.3 导热系数（热导率）
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 傅立叶定律
2.1.3 导热系数（热导率）
金属：2.3～420 W/m K
非金属：0.025～3 W/m K
1.4 传热过程
T TW 冷流体 t
对流
tW
内管壁
热流体
热流体侧的间壁壁面 ①热流体主体 导热 冷流体侧间壁 ②热流体侧间壁 ③冷流体侧的间壁壁面 对流 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 肋片导热 具有内热源的一维稳态导热
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）
t f x, y, z
非稳态传热（非定常传热）
t f x, y, z,
1.2 传热学发展与研究方法
1.2.1 传热学的发展
工业革命
生产力
自然科学
传热学
1.2 传热学发展与研究方法
导热理论
1822年 傅立叶（法国数学家）
傅立叶定律
对流理论
1910-1915年 努塞尔（德国物理学家 ）
牛顿冷却定律
斯忒藩-波尔兹曼定律
1879、1884年 斯忒藩（斯洛文尼亚物理学家） 波尔兹曼（奥地利物理学家 ）
1.2 传热学发展与研究方法
雷诺数Re
1880-1883年 雷诺（英国力学、物理学家）