傳熱傳質(zhì)學(xué)ppt課件.ppt

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1、福州大學(xué)化學(xué)化工學(xué)院葉長燊傳熱傳質(zhì)學(xué)傳熱傳質(zhì)學(xué)福州大學(xué)化學(xué)化工學(xué)院葉長燊1緒論傳熱學(xué)研究內(nèi)容及應(yīng)用傳熱方式傳熱過程傳熱學(xué)發(fā)展與研究方法1.1傳熱學(xué)研究內(nèi)容及應(yīng)用傳熱學(xué)是研究由溫差引起的熱量傳遞規(guī)律的科學(xué)。應(yīng)用廣泛：能源動力、化工制藥、材料冶金、機(jī)械制造、電氣電信、建筑工程、交通運(yùn)輸、航空航天、農(nóng)業(yè)林業(yè)、生物工程、環(huán)境保護(hù)、氣象預(yù)報(bào)等。1.1傳熱學(xué)研究內(nèi)容及應(yīng)用1.1傳熱學(xué)研究內(nèi)容及應(yīng)用傳熱方式：導(dǎo)熱、對流、熱輻射。穩(wěn)態(tài)傳熱（定常傳熱）非穩(wěn)態(tài)傳熱（非定常傳熱）1.2傳熱學(xué)發(fā)展與研究方法工業(yè)革命生產(chǎn)力自然科學(xué)傳熱

2、學(xué)1.2.1傳熱學(xué)的發(fā)展1.2傳熱學(xué)發(fā)展與研究方法努塞爾（德國物理學(xué)家）傅立葉（法國數(shù)學(xué)家）斯忒藩（斯洛文尼亞物理學(xué)家）波爾茲曼（奧地利物理學(xué)家）導(dǎo)熱理論傅立葉定律導(dǎo)熱理論牛頓冷卻定律對流理論斯忒藩-波爾茲曼定律1822年1910-1915年1879、1884年1.2傳熱學(xué)發(fā)展與研究方法普蘭特（德國應(yīng)用數(shù)學(xué)家）雷諾（英國力學(xué)、物理學(xué)家）畢渥（法國物理學(xué)家）雷諾數(shù)Re流動形態(tài)邊界層理論傅立葉定律實(shí)驗(yàn)1804年理論解1880-1883年1904年1.2傳熱學(xué)發(fā)展與研究方法1.2.2傳熱學(xué)的研究方法◎?qū)嶒?yàn)測定：導(dǎo)熱

3、系數(shù)、溫度◎理論分析：微分方程解析解◎數(shù)值模擬：數(shù)值傳熱學(xué)1.3傳熱方式※熱傳導(dǎo)物體內(nèi)部分子微觀運(yùn)動（分子、原子、自由電子的熱運(yùn)動）的一種傳熱方式，物體各部分之間不發(fā)生相對位移?！鶎α饔捎诹黧w（氣體、液體）的宏觀運(yùn)動，流體各部分之間發(fā)生相對位移，冷流體與熱流體的相互摻混引起的熱傳遞。※熱輻射物體通過電磁波傳遞熱量的方式。1.4傳熱過程熱流體冷流體TWTttW內(nèi)管壁①熱流體主體熱流體側(cè)的間壁壁面②熱流體側(cè)間壁冷流體側(cè)間壁③冷流體側(cè)的間壁壁面冷流體主體2穩(wěn)態(tài)熱傳導(dǎo)傅立葉定律導(dǎo)熱問題的數(shù)學(xué)描述一維穩(wěn)態(tài)導(dǎo)熱問題肋片導(dǎo)

4、熱具有內(nèi)熱源的一維穩(wěn)態(tài)導(dǎo)熱多維穩(wěn)態(tài)導(dǎo)熱2.1.1溫度場穩(wěn)態(tài)溫度場二維溫度場一維溫度場等溫線（面）2.1傅立葉定律10S100S1000S2.1.1溫度場非穩(wěn)態(tài)溫度場2.1傅立葉定律2.1.1溫度場等溫線（面）特性：（1）等溫線（面）上溫度相同；（2）等溫線（面）互不相交；（3）相鄰等溫線（面）溫差相同時，等溫線（面）的疏密程度反映熱流密度的大小。2.1傅立葉定律2.1.1溫度場2.1傅立葉定律2.1.2導(dǎo)熱基本定律2.1傅立葉定律熱流量：熱流密度：2.1.3導(dǎo)熱系數(shù)（熱導(dǎo)率）2.1傅立葉定律為導(dǎo)熱系數(shù)、熱導(dǎo)率

5、導(dǎo)熱系數(shù)為單位溫度梯度、單位傳熱面積的熱流量，體現(xiàn)物質(zhì)導(dǎo)熱能力的大小。物質(zhì)的屬性，與物質(zhì)種類、溫度有關(guān)。2.1.3導(dǎo)熱系數(shù)（熱導(dǎo)率）2.1傅立葉定律氣體：分子無規(guī)則運(yùn)動的相互碰撞導(dǎo)熱導(dǎo)電固體：自由電子在晶格間的運(yùn)動非導(dǎo)電固體：晶格結(jié)構(gòu)的振動來實(shí)現(xiàn)導(dǎo)熱液體：則介于氣體和固體之間2.1.3導(dǎo)熱系數(shù)（熱導(dǎo)率）2.1傅立葉定律金屬：2.3～420非金屬：0.025～3液體：0.09～0.6氣體：0.006～0.42.1.3導(dǎo)熱系數(shù)（熱導(dǎo)率）2.1傅立葉定律與溫度關(guān)系金屬材料↑↓非金屬材料↑↑液體↑↓（水、甘油除外）氣

6、體↑↑↑2.2導(dǎo)熱問題的數(shù)學(xué)描述微元體2.2導(dǎo)熱問題的數(shù)學(xué)描述導(dǎo)入熱量2.2導(dǎo)熱問題的數(shù)學(xué)描述導(dǎo)出熱量2.2導(dǎo)熱問題的數(shù)學(xué)描述內(nèi)熱源：單位體積物體內(nèi)熱源的熱流量微元體內(nèi)熱源產(chǎn)生的熱流量2.2導(dǎo)熱問題的數(shù)學(xué)描述微元體內(nèi)累積的熱流量2.2導(dǎo)熱問題的數(shù)學(xué)描述根據(jù)熱量守恒定律非穩(wěn)態(tài)項(xiàng)擴(kuò)散項(xiàng)源項(xiàng)導(dǎo)入熱量+內(nèi)熱源生成熱=導(dǎo)出熱量+累積熱流量2.2導(dǎo)熱問題的數(shù)學(xué)描述討論（1）導(dǎo)熱系數(shù)為常數(shù)導(dǎo)溫系數(shù)，熱擴(kuò)散率（1）導(dǎo)熱系數(shù)為常數(shù)2.2導(dǎo)熱問題的數(shù)學(xué)描述討論（2）導(dǎo)熱系數(shù)為常數(shù)，無內(nèi)熱源（3）導(dǎo)熱系數(shù)為常數(shù)，穩(wěn)態(tài)導(dǎo)熱（Pois

7、son方程)2.2導(dǎo)熱問題的數(shù)學(xué)描述討論（4）導(dǎo)熱系數(shù)為常數(shù)，無內(nèi)熱源，穩(wěn)態(tài)導(dǎo)熱（Laplace方程）（5）導(dǎo)熱系數(shù)為常數(shù)，無內(nèi)熱源，穩(wěn)態(tài)一維導(dǎo)熱討論（6）柱坐標(biāo)與球坐標(biāo)2.2導(dǎo)熱問題的數(shù)學(xué)描述2.2導(dǎo)熱問題的數(shù)學(xué)描述討論（7）導(dǎo)溫系數(shù)導(dǎo)熱能力強(qiáng)↑↓↑物體溫度升高1℃所需熱量越少導(dǎo)溫能力強(qiáng)，溫度變化傳播能力強(qiáng)2.2導(dǎo)熱問題的數(shù)學(xué)描述討論（8）導(dǎo)熱微分方程適用于：工程中大多數(shù)導(dǎo)熱問題（熱流密度不很高、作用時間足夠長），對極短時間10-8～10-10s內(nèi)產(chǎn)生極大熱流密度的傳熱過程（如激光）不適用。2.2導(dǎo)熱問題的

8、數(shù)學(xué)描述邊界條件第I類邊界條件穩(wěn)態(tài)非穩(wěn)態(tài)第II類邊界條件穩(wěn)態(tài)非穩(wěn)態(tài)2.2導(dǎo)熱問題的數(shù)學(xué)描述邊界條件第III類邊界條件2.3一維穩(wěn)態(tài)導(dǎo)熱問題2.3.1平壁導(dǎo)熱（單層無限大平壁）穩(wěn)態(tài)一維無內(nèi)熱源導(dǎo)熱系數(shù)為常數(shù)2.3一維穩(wěn)態(tài)導(dǎo)熱問題2.3.1平壁導(dǎo)熱（單層無限大平壁）邊界條件2.3一維穩(wěn)態(tài)導(dǎo)熱問題2.3.1平壁導(dǎo)熱（單層無限大平壁）熱流量、熱流密度溫度分布（直線）推動力面積熱阻熱阻推動力2.3一維穩(wěn)態(tài)導(dǎo)熱