第2篇熱量傳輸

研究對象：研究不同物體間或同一物體不同部位間存在溫度差時，其間的熱量傳遞規律。傳熱推動力：溫度差或溫度梯度。研究目的：一定條件下熱量傳遞的速率。降低傳熱速率：提高熱效率，減少熱損失，節能提高傳熱速率：提高生產率第2篇熱量傳輸研究對象：研究不同物體間或同一物體不同部1第9章熱量傳輸的基本概念及基本定律

9.3傅里葉—克希荷夫導熱微分方程F-K方程

9.2傅里葉導熱定律9.1熱量傳輸的基本概念

第9章熱量傳輸的基本概念及基本定律9.3傅里葉—克2傳熱方式9.1熱量傳輸的基本概念

傳導傳熱（導熱）對流傳熱（對流）輻射傳熱（輻射）傳熱方式9.1熱量傳輸的基本概念傳導傳熱（導熱）對流傳3（1）導熱定義：在一連續介質內若有溫度差存在，或者兩溫度不同的物體直接接觸時，在物體內沒有可見的宏觀物體運動時所發生的傳熱現象。條件：溫度差。取決于物體本身的物性。9.1熱量傳輸的基本概念

（1）導熱9.1熱量傳輸的基本概念4（2）對流定義：有流體存在，并有流體宏觀運動情況下所發生的傳熱。條件：溫度差，流體的宏觀運動。取決于流體本身的物性、流動狀態。9.1熱量傳輸的基本概念

（2）對流9.1熱量傳輸的基本概念5（3）輻射定義：物體因受熱發出熱輻射，高溫物體向低溫物體熱輻射，同時低溫物體向高溫物體熱輻射，最終結果是高溫物體失去熱量而低溫物體得到熱量。輻射傳熱不需要物體作傳熱媒介，而是依靠物體發射電磁波來傳遞熱量。條件：溫度差。取決于兩物體空間位置（輻射角系數）和物體表面輻射特性（黑度）。

9.1熱量傳輸的基本概念

（3）輻射9.1熱量傳輸的基本概念6JJ/s(W)W/m2

熱流量Φ：單位時間傳遞的熱量。熱通量（熱流密度）q：單位時間通過單位面積傳遞的熱量。傳熱系數K：單位時間、單位面積、溫度差為1℃時傳遞的熱量，即單位傳熱量。傳熱方程：實踐證明，各種傳熱過程的傳熱量都和溫度差、傳熱面積A、傳熱時間成正比。9.1熱量傳輸的基本概念

JJ/s(W)W/m2熱流量Φ：單位時間傳遞的熱量。熱7JJ/s(W)W/m2

℃/W

總傳熱面積上的熱阻。m2·℃/W單位傳熱面積上的熱阻。

熱阻：阻礙熱量傳遞的阻力。9.1熱量傳輸的基本概念

JJ/s(W)W/m28傳熱系數K

和熱阻R

是傳熱中兩個極為重要的概念。

上兩式類似于電學中的歐姆定律，為了求解熱流可類似電路中電阻的串、并聯法求熱阻。基于這一點，有研究傳熱問題的電模擬法。

9.1熱量傳輸的基本概念

傳熱系數K和熱阻R是傳熱中兩個極為重要的概念。上兩式9溫度場：溫度隨空間及時間的變化規律。數學表達式：溫度場按時間穩定溫度場：不穩定溫度場：，，無熱量蓄積穩定傳熱定態傳熱不定態傳熱有熱量蓄積不穩定傳熱9.1熱量傳輸的基本概念

溫度場：溫度隨空間及時間的變化規律。數學表達式：溫度場按時間10溫度場物理量性質空間三維溫度場二維溫度場一維溫度場數量場一維穩定溫度場：一維不穩定溫度場：9.1熱量傳輸的基本概念

溫度場物理量性質空間三維溫度場二維溫度場一維溫度場數量11等溫面：溫度場中，同一時刻溫度相同的點所構成的面。等溫線：一平面與等溫面的交線。等溫線9.1熱量傳輸的基本概念

等溫線9.1熱量傳輸的基本概念12溫度梯度

定義：等溫面法線方向單位距離上的溫度變化量（最大溫度變率）。向量：低溫→高溫方向為正。

表達式：9.1熱量傳輸的基本概念

溫度梯度向量：低溫→高溫方向為正。表達式：9.1熱量139.2傅里葉導熱定律

t0txtyt0txt0tx1．穩定溫度場的建立δ

一無限寬大，厚為的平板初溫為t0

平板下表面溫度躍升到tx并保持不變相鄰各層逐次吸熱升溫，熱量沿板厚方向傳遞不穩定溫度場溫度分布不變，穩定溫度場已經建立9.2傅里葉導熱定律t0txtyt0txt0tx1．14熱量傳遞方向與溫度梯度方向相反

溫度梯度，℃/m。2．傅里葉導熱定律穩定溫度場WW/m2

W/m2

W固體薄層任意方向W/m2

物體的導熱通量與溫度梯度成正比9.2傅里葉導熱定律

熱量傳遞方向與溫度梯度方向相反溫度梯度，℃/m。2．傅里葉153.導熱系數（熱導率）單位W/m.℃物理意義表征物體導熱能力的物性參數，即溫度梯度為1時，單位時間通過單位面積的導熱量。影響因素物體的種類溫度氣體<液體<固體<金屬

混合氣體的導熱系數9.2傅里葉導熱定律

3.導熱系數（熱導率）單位W/m.℃物理意義表164．熱量傳輸系數（導溫系數）a單位體積物體的熱量梯度熱量傳輸系數（導溫系數、熱擴散率）物體的導熱通量與單位體積物體的熱量梯度成正比9.2傅里葉導熱定律

4．熱量傳輸系數（導溫系數）a單位體積物體的熱量梯度17單位物理意義影響因素m2/s4．熱量傳輸系數（導溫系數）a表征物體熱量傳遞能力的重要參數a物體傳遞熱量的能力強或物體傳遞熱量的速度快

a物體傳遞熱量的能力弱或物體傳遞熱量的速度慢物體的種類和溫度9.2傅里葉導熱定律

單位物理意義影響因素m2/s4．熱量傳輸系數（導溫系189.3傅里葉—克希荷夫導熱微分方程F-K方程

建立方法：元體分析法假設：（1）無內熱源（2）忽略摩擦熱（3）常物性物體等為常數建立依據：熱力學第一定律[元體熱收入]-[元體熱支出]=[元體熱蓄積][元體熱收支差]=[元體熱蓄積]9.3傅里葉—克希荷夫導熱微分方程建立方法：元體分析191．方程的建立yoXzAB1）元體對流熱收支差x方向經A面帶入經B面帶出對流熱收支差y方向、z方向元體的對流熱收支差9.3傅里葉—克希荷夫導熱微分方程F-K方程

1．方程的建立yoXzAB1）元體對流熱收支差x方向經A202）元體導熱熱收支差x方向經A面導入經B面帶出導熱熱收支差同理y方向、z方向元體的導熱熱收支差9.3傅里葉—克希荷夫導熱微分方程F-K方程

2）元體導熱熱收支差x方向經A面導入經B面帶出導熱熱收213)元體的熱量蓄積元體的熱量蓄積就是元體熱焓的變化，表現為溫度對時間的變率[元體熱收入]-[元體熱支出]=[元體熱蓄積]代入F-K方程9.3傅里葉—克希荷夫導熱微分方程F-K方程

3)元體的熱量蓄積元體的熱量蓄積就是元體熱焓的變化，表現為222．方程的討論元體的熱量蓄積元體對流熱量傳輸差量元體導熱熱量傳輸差量方程的物理意義：

表示流體在流動過程中的熱量平衡關系。方程的適用條件：

滿足假設條件的對流導熱過程。9.3傅里葉—克希荷夫導熱微分方程F-K方程

2．方程的討論元體的熱量蓄積元體對流熱量傳輸差量元體導熱233．方程的簡化固體一維穩定導熱

直角坐標柱坐標固體一維不穩定導熱

9.3傅里葉—克希荷夫導熱微分方程F-K方程

3．方程的簡化固體一維穩定導熱直角坐標柱坐標固體一維不穩定244．方程的求解第一類邊界條件第二類邊界條件第三類邊界條件9.3傅里葉—克?；舴驅嵛⒎址匠蘁-K方程

4．方程的求解第一類邊界條件第二類邊界條件第三類邊界條件25小結一、本課的基本要求1．掌握熱量傳輸的三種基本方式、傳熱系數K和熱阻R的概念。2．理解溫度場、等溫面和溫度梯度的概念。3．掌握導熱系數、熱量傳輸系數a的單位、物理意義和影響因素。4．掌握F-K方程的物理意義和適用條件。二、本課的重點、難點重點：導熱系數、熱量傳輸系數a的單位、物理意義和影響因素難點：F-K方程的推導三、作業習題P1339-6小結一、本課的基本要求1．掌握熱量傳輸的三種基本方式、傳熱26本章小結

主要內容：熱量傳輸的基本概念，傅里葉導熱定律，熱量平衡微分方程（傅里葉-克希荷夫導熱微分方程）。重點：傳熱系數及熱阻，導熱系數及熱量傳輸系數，傅里葉導熱定律?；疽螅赫莆諅鳠嵯禂导盁嶙瑁瑢嵯禂导盁崃總鬏斚禂档膯挝弧⑽锢硪饬x及影響因素，掌握傅里葉導熱定律的物理意義。本章小結主要內容：熱量傳輸的基本概念，傅里葉導熱定律，熱量27第2篇熱量傳輸

研究對象：研究不同物體間或同一物體不同部位間存在溫度差時，其間的熱量傳遞規律。傳熱推動力：溫度差或溫度梯度。研究目的：一定條件下熱量傳遞的速率。降低傳熱速率：提高熱效率，減少熱損失，節能提高傳熱速率：提高生產率第2篇熱量傳輸研究對象：研究不同物體間或同一物體不同部28第9章熱量傳輸的基本概念及基本定律

9.3傅里葉—克希荷夫導熱微分方程F-K方程

9.2傅里葉導熱定律9.1熱量傳輸的基本概念

第9章熱量傳輸的基本概念及基本定律9.3傅里葉—克29傳熱方式9.1熱量傳輸的基本概念

傳導傳熱（導熱）對流傳熱（對流）輻射傳熱（輻射）傳熱方式9.1熱量傳輸的基本概念傳導傳熱（導熱）對流傳30（1）導熱定義：在一連續介質內若有溫度差存在，或者兩溫度不同的物體直接接觸時，在物體內沒有可見的宏觀物體運動時所發生的傳熱現象。條件：溫度差。取決于物體本身的物性。9.1熱量傳輸的基本概念

（1）導熱9.1熱量傳輸的基本概念31（2）對流定義：有流體存在，并有流體宏觀運動情況下所發生的傳熱。條件：溫度差，流體的宏觀運動。取決于流體本身的物性、流動狀態。9.1熱量傳輸的基本概念

（2）對流9.1熱量傳輸的基本概念32（3）輻射定義：物體因受熱發出熱輻射，高溫物體向低溫物體熱輻射，同時低溫物體向高溫物體熱輻射，最終結果是高溫物體失去熱量而低溫物體得到熱量。輻射傳熱不需要物體作傳熱媒介，而是依靠物體發射電磁波來傳遞熱量。條件：溫度差。取決于兩物體空間位置（輻射角系數）和物體表面輻射特性（黑度）。

9.1熱量傳輸的基本概念

（3）輻射9.1熱量傳輸的基本概念33JJ/s(W)W/m2

熱流量Φ：單位時間傳遞的熱量。熱通量（熱流密度）q：單位時間通過單位面積傳遞的熱量。傳熱系數K：單位時間、單位面積、溫度差為1℃時傳遞的熱量，即單位傳熱量。傳熱方程：實踐證明，各種傳熱過程的傳熱量都和溫度差、傳熱面積A、傳熱時間成正比。9.1熱量傳輸的基本概念

JJ/s(W)W/m2熱流量Φ：單位時間傳遞的熱量。熱34JJ/s(W)W/m2

℃/W

總傳熱面積上的熱阻。m2·℃/W單位傳熱面積上的熱阻。

熱阻：阻礙熱量傳遞的阻力。9.1熱量傳輸的基本概念

JJ/s(W)W/m235傳熱系數K

和熱阻R

是傳熱中兩個極為重要的概念。

上兩式類似于電學中的歐姆定律，為了求解熱流可類似電路中電阻的串、并聯法求熱阻?；谶@一點，有研究傳熱問題的電模擬法。

9.1熱量傳輸的基本概念

傳熱系數K和熱阻R是傳熱中兩個極為重要的概念。上兩式36溫度場：溫度隨空間及時間的變化規律。數學表達式：溫度場按時間穩定溫度場：不穩定溫度場：，，無熱量蓄積穩定傳熱定態傳熱不定態傳熱有熱量蓄積不穩定傳熱9.1熱量傳輸的基本概念

溫度場：溫度隨空間及時間的變化規律。數學表達式：溫度場按時間37溫度場物理量性質空間三維溫度場二維溫度場一維溫度場數量場一維穩定溫度場：一維不穩定溫度場：9.1熱量傳輸的基本概念

溫度場物理量性質空間三維溫度場二維溫度場一維溫度場數量38等溫面：溫度場中，同一時刻溫度相同的點所構成的面。等溫線：一平面與等溫面的交線。等溫線9.1熱量傳輸的基本概念

等溫線9.1熱量傳輸的基本概念39溫度梯度

定義：等溫面法線方向單位距離上的溫度變化量（最大溫度變率）。向量：低溫→高溫方向為正。

表達式：9.1熱量傳輸的基本概念

溫度梯度向量：低溫→高溫方向為正。表達式：9.1熱量409.2傅里葉導熱定律

t0txtyt0txt0tx1．穩定溫度場的建立δ

一無限寬大，厚為的平板初溫為t0

平板下表面溫度躍升到tx并保持不變相鄰各層逐次吸熱升溫，熱量沿板厚方向傳遞不穩定溫度場溫度分布不變，穩定溫度場已經建立9.2傅里葉導熱定律t0txtyt0txt0tx1．41熱量傳遞方向與溫度梯度方向相反

溫度梯度，℃/m。2．傅里葉導熱定律穩定溫度場WW/m2

W/m2

W固體薄層任意方向W/m2

物體的導熱通量與溫度梯度成正比9.2傅里葉導熱定律

熱量傳遞方向與溫度梯度方向相反溫度梯度，℃/m。2．傅里葉423.導熱系數（熱導率）單位W/m.℃物理意義表征物體導熱能力的物性參數，即溫度梯度為1時，單位時間通過單位面積的導熱量。影響因素物體的種類溫度氣體<液體<固體<金屬

混合氣體的導熱系數9.2傅里葉導熱定律

3.導熱系數（熱導率）單位W/m.℃物理意義表434．熱量傳輸系數（導溫系數）a單位體積物體的熱量梯度熱量傳輸系數（導溫系數、熱擴散率）物體的導熱通量與單位體積物體的熱量梯度成正比9.2傅里葉導熱定律

4．熱量傳輸系數（導溫系數）a單位體積物體的熱量梯度44單位物理意義影響因素m2/s4．熱量傳輸系數（導溫系數）a表征物體熱量傳遞能力的重要參數a物體傳遞熱量的能力強或物體傳遞熱量的速度快

a物體傳遞熱量的能力弱或物體傳遞熱量的速度慢物體的種類和溫度9.2傅里葉導熱定律

單位物理意義影響因素m2/s4．熱量傳輸系數（導溫系459.3傅里葉—克希荷夫導熱微分方程F-K方程

建立方法：元體分析法假設：（1）無內熱源（2）忽略摩擦熱（3）常物性物體等為常數建立依據：熱力學第一定律[元體熱收入]-[元體熱支出]=[元體熱蓄積][元體熱收支差]=[元體熱蓄積]9.3傅里葉—克希荷夫導熱微分方程建立方法：元體分析461．方程的建立yoXzAB1）元體對流熱收支差x方向經A面帶入經B面帶出對流熱收支差y方向、z方向元體的對流熱收支差9.3傅里葉—克希荷夫導熱微分方程F-K方程

1．方程的建立yoXzAB1）元體對流熱收支差x方向經A472）元體導熱熱收支差x方向經A面導入經B面帶出導熱熱收支差同理y方向、z方向元體的導熱熱收支差9.3傅里葉—克希荷夫導熱微分方程F-K方程

2）元體導熱熱收支差x方向經A面導入經B面帶出導熱熱收483)元體的熱量蓄積元體的熱量蓄積就是元體熱焓的變化，表現為溫度對時間的變率[元體熱收入]-[元體熱支出]=[元體熱蓄積]代入F-K方程9.3傅里葉—克希荷夫導熱微分方程F-K方程

3)元體的熱量蓄積元體的熱量蓄積就是元體熱焓的變化，表現為492．方程的討論元體的熱量蓄積元體對流熱量傳輸差量元體導熱熱量傳輸差量方程的物