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热应力、热变形的计算。
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传热学的应用

应用非常广泛：
与机械工程、材料工程、石油化工、电子技术、 环境控制工程、信息工程、航空航天、生物技术、 医学和社会科学等学科的关系密切；深入到这些 学科领域，形成边缘学科、交叉学科，出现新的 学科交叉研究方向和许多前沿性研究课题。 微尺度传热问题；微重力、零重力条件下的传 热问题；生物活体组织的传热问题等。
地膜覆盖；
温室暖房；
塑料大棚；
农副产品的储存和干燥。
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传热学的应用
三、工业领域


传热的应用与影响几乎遍及现代所有的工业部门
——传统的工业领域：能源动力、冶金、化工、交通、 建筑建材、机械、食品—传热学占主导

——高新技术领域：航空航天、核能、微电子、材料、
环境工程、新能源—有赖于应用传热学的最新研究成果 ——交叉学科：相变与多相流传热、低温传热、微尺度 传热、生物传热
例子：。。。。
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4-1 热量传递的三种基本方式简介
2、导热的基本公式
通过平壁的导热量：
tw1 > tw2
截面面积
A
t

W
厚度
t q A
引入比例系数
W/m2
t tw1 tw2
1

A
—热导率或导热系数，W/(m· K)，表明材料的导热能力。

目前采用由氧化硅纤维和氧化铝纤维组成 的第三代陶瓷瓦构成的热防护系统。
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传热学的应用
四、石油工业


在石油工业存在着大量的传热学问题。
1、在钻井和固井工程中的应用 2、在采油工程中的应用 3、在油气集输工程中的应用 4、在石油化工领域的应用 了解传热学的应用背景。
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4-1 热量传递的三种基本方式简介
（一）热传导（导热）
1、定义
当物体内有温度差或两个不同温度的物体接触 时，在物体各部分之间不发生相对位移的情况下， 依靠物质微观粒子（分子、原子及自由电子等）的 热运动而产生的热量传递现象。
导热是物质的固有本质。
特点： ①不发生宏观相对位移；
②能量形式不变（热能） 。
定义：流动着的流体与所接触的固体表面间由于温度不同
而引起的热量传递现象，称为表面对流传热。

简称对流传热，热对流和导热联合作用的结果。
对流换热发生的三个条件：

（1）流体必须与固体壁面接触； （2）流体必须是流动着的；
宏观流动 （热对流）

（3）壁面和流体间存在温差。
静止的流体薄层 （导热）
tw≠tf
第四章 热量传递的基本理论
热量传递的基本方式 导热基本定律及稳态过程 非稳态导热 对流换热 辐射换热
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什么是传热学？
传热学——研究在温差作用下热量传
递规律的一门学科。

热力学第二定律指出，凡是有温差的地方， 就有热量自发地从高温物体传向低温物体。


温差无处不在，热量传递是普遍现象。
没有时间的概念，就没有热量传递的强、弱问题，也就不 存在热设计和热控制等问题。
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工程热力学中，热量Q的单位J或kJ。
传热学中，主要物理量以时间做分母，关心单位时间内 传递多少热量。 热 流 量 —单位时间内通过某一给定面积A的热量，W。 热流密度q —单位时间内通过单位面积的热量，W/m2。
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热量传递基本理论的研究特点-3


(3)研究内容和方法
工程热力学和传热学都是以经验定律为基础进行 热现象研究的学科。但是，热力学不涉及物体和 热工设备内不同时刻的温度分布状况，而这恰恰 是传热学最感兴趣的问题。 从研究解决问题的方法而言，工程热力学是在经 验定律的基础上，以推论、演绎得出的普适结论 和公式为依据，来分析、计算和解决问题的。 传热学除解析法外，还有数值求解法。对于大量 复杂的热传递问题，还必须借助于实验法，利用 实验关联式去解决问题。



在许多高科技领域发挥着极其重要的作用
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传热学的应用
一、日常生活

传热学知识可以解释某些现象。
举例说明：人感到冷和热究竟是怎么回事？
（★）是否以温度高低为衡量标准？

（1）以人的体温为标准？NO
人是恒温动物， 但冬夏感觉相差大！ 有风没风感觉明显不同！ 在水和空气中感觉
（2）以环境温度为标准？NO 空气温度一样时， （3）以温差大小为衡量标准？不对
第一节 热量传递 的三种基本方式简介
一、热量传递的三种基本方式 二、复合换热及传热过程
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4-1 热量传递的三种基本方式简介
一、热量传递的三种基本方式
热传导
(thermal conduction)；
热对流
(thermal convection)；
热辐射
(thermal radiation)。
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4-1 热量传递的三种基本方式简介
2、热对流
例子：
——上飘中的热烟气与空气间的换热；
“一去二三里，烟村四五家”。
——暖气片附近热空气与冷空气间的换热。
热对流仅发生在流体中（液体或气体） 。
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4-1 热量传递的三种基本方式简介
（2）对流换热 （convection heat transfer)
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传热学与工程热力学

举例：一杯热水的冷却过程


工程热力学可以告诉：
（1）最终可以冷却到室温； （2）热水降到室温时所放出的总热量。 但是： —这杯热水冷却到室温需要多长时间？
—冷却过程中某个瞬间热水的温度是多少？
这些问题就是传热学所要解决的。 传热学不仅研究能量传递的量，而且研究能量传递的速率。


1 W=1 J/s
1 kW=103 W
q A
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热量传递基本理论的研究特点-2

(2)过程性质
可逆过程是工程热力学研究的理论基础之一。 可逆的热量传递过程——在温差趋于零或无限小 时进行的。
但实际工程中，根据热力学第二定律，没有一定的温差就 不可能有传热。



传热学——研究在一定温差下进的热量传递过程， 温差的大小是研究的内容。因此，传热学研究的 热量传递都是不可逆的、无功过程。

被视为可反复使用的航天飞机成败的最大关键。

原因：航天飞机极端复杂的气动热环境以及要求该防热 系统必须能够重复使用造成的。
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传热学的应用
（3)航空航天领域

举数字为证：

—航天飞机在地球轨道上将反复地经受困太阳直接辐照产生的高温
和进入地球阴影时面对接近0K的宇宙空间导致的低温，温度变化范 围达到-157～55℃；同时还要经受 1.33×10-4Pa的高真空环境。


—物体表面与空气间的换热过程
有风时强制对流； 无风时自然对流。 自然对流
—暖气片表面和室内空气的热交换
—管内流体与管内壁的换热
强制对流
—钻井液、油井产液等在管内或管外与管壁的换热等
—夏天，为什么呆在水里比在空气中凉快呢？ —天冷时，盖被子为什么会感到暖和呢？

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热量传递基本理论的研究特点-1




热力学和传热学的共同点：研究热现象。
但在研究角度、内容等方面却有很大差别：
(1)“时间”问题
工程热力学——研究基础是平衡态和可逆过程，
均不涉及“时间” 因素。


传热学研究——时间是一个基本参量。

在许多高科技领域发挥着极其重要的作用
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传热学解决的工程技术问题


热设计
—设计某一换热设备，使之达到预定的目的；


热控制
—控制某一物体，使之在热影响下能满足性能要求。
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传热学的应用

传热学知识可以解释某些现象。
举例说明：人感到冷或热究竟是怎么回事？
（★）是否以温度高低为衡量标准？

一切热能利用都离不开传热。
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传热学的应用

非常广泛：
与机械工程、材料工程、石油化工、电子技术、 环境控制工程、信息工程、航空航天、生物技术、 医学和社会科学等学科的关系密切。

深入到这些学科领域，形成边缘学科、交叉学 科，出现新的学科交叉研究方向和许多前沿性研 究课题。微尺度传热问题；微重力、零重力条件 下的传热问题；生物活体组织的传热问题等。
（★）以人体向周围环境散失热量的速率为标准！ 散热量小，感到热；散热量多，感到冷。
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人体散热量与舒适度的关系

q=58 W/m2时， 很热；
q=232 W/m2时，舒适；


q=646 W/m2时，凉；
q=928 W/m2时，很冷。
外界环境温度高于人体温度呢？
——人体吸收热量，感觉 “闷热、烘烤”！
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4-1 热量传递的三种基本方式简介
2、热对流
（1）热对流（对流）

流体中温度不同的各部分之间发生相对的宏观
位移而引起的热量传递现象。
特点：①具有宏观位移——仅发生在流体内部；
②必伴随有微观粒子热运动而产生的导热。

热对流是宏观热对流与微观导热联合作用的 结果，同时受到热量传递规律和流体流动规律 的支配，是一种十分复杂的热量传递现象。
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4-1 热量传递的三种基本方式简介
对流换热的分类


按流体有无相变：