《传热学习题课件》课件

传热学习题课件本课件旨在帮助学生更好地理解和掌握传热学知识课程简介内容概述学习目标本课程主要讲解传热学的理论基础、掌握传热学的基本理论，能运用传热基本概念、计算方法和工程应用学知识分析和解决实际工程问题教学方式理论讲解、习题练习、案例分析传热学概述传热学是研究热能传递规律的学科它涉及到热量在不同介质之间的传递，以及热传递过程中的各种现象和规律传热学是工程热力学的重要分支，在许多工程领域中都有着广泛的应用，例如动力工程、化工、冶金、建筑、航空航天等传热学的研究内容主要包括三种基本的热传递方式热传导、热对流和热辐射热传导是指热量通过物质内部的微观粒子运动而传递的过程；热对流是指热量通过流体运动而传递的过程；热辐射是指热量通过电磁波的形式传递的过程传热学基础知识传热方式传热系数热量守恒123传热学主要研究三种基本传热方式传热系数是衡量不同传热方式效率的热量守恒是传热学的基本原理，即在热传导、热对流和热辐射重要指标，用于计算传热量封闭系统中热量不会凭空产生或消失热传导概念及规律热传导定义傅里叶定律热量通过静止物体或介质内部的热传导速率与温度梯度成正比，分子热运动传递的过程，称为热与热传导面积成正比，与材料的传导热传导系数成正比热传导系数材料热传导能力的量度，反映了材料传递热量的难易程度热传导定理傅里叶定律热传导方程边界条件描述了热量在固体中的传导速率与温度梯度根据热量守恒定律推导得出，用于计算温度定义了固体边界上的温度或热流，是解决热和材料的热导率之间的关系随时间和空间的变化传导问题的重要因素热传导常微分方程傅里叶定律描述了热流密度与温度梯度之间的关系能量守恒热传导方程是基于能量守恒原理推导的偏微分方程热传导方程通常是一个偏微分方程，涉及多个变量边界条件及其物理意义第一类边界条件第二类边界条件第三类边界条件温度边界条件，指在边界上温度值是已知热流边界条件，指在边界上热流密度是已对流边界条件，指在边界上存在对流换热的，例如边界接触到恒温热源或冷源知的，例如边界接触到绝热材料或存在热，即边界与流体之间存在温度差，热量通流输入过对流方式传递一维稳态热传导问题定义1温度随时间不变化，热量沿着一个方向传递应用2建筑物外墙、管道绝缘解法3傅里叶定律、边界条件一维稳态热传导例题本节课将通过一系列例题，深入讲解一维稳态热传导问题的求解方法我们会分析常见的边界条件，并运用傅里叶定律、热阻概念等方法，解决不同情景下的传热问题二维稳态热传导问题定义1在二维空间中，当温度场不随时间变化时，称为二维稳态热传导应用2广泛应用于建筑物保温、电子设备散热、机械部件设计等领域求解3通常使用偏微分方程和边界条件来求解二维稳态热传导问题二维稳态热传导例题二维稳态热传导问题通常涉及两个空间坐标，如长方形平板或圆柱体，其温度分布在两个方向上变化这类问题需要用偏微分方程来描述，常见的解法包括分离变量法、有限差分法等非稳态热传导问题温度随时间变化1物体内部温度随时间变化热流密度变化2物体内部热流密度随时间变化热量积累3物体内部热量积累或释放非稳态热传导分类时间相关性温度变化空间变化一维非稳态热传导123温度随时间变化热量积累热流密度变化温度不再是常数，而是随时间变化的物体内部的热量会随着时间的推移而积由于温度变化，热流密度也会随时间变累或减少化一维非稳态热传导例题一维非稳态热传导例题主要包含以下几个方面热传导过程的物-理模型例如，一块金属板，一个圆柱体，或是一根细长的金属棒初始条件描述在热传导过程开始时的温度分布情况边--界条件描述在热传导过程中的边界温度或热流情况要求求-解在不同时间点上的温度分布情况二维非稳态热传导温度场随时间变化热量在物体内部传递时，物体内部温度场会随时间变化温度分布随时间变化由于热量的传递，物体内部温度分布也会随着时间而变化控制方程二维非稳态热传导问题需要使用偏微分方程来描述温度场随时间变化规律数值求解方法由于偏微分方程的复杂性，通常需要使用数值求解方法来求解二维非稳态热传导问题二维非稳态热传导例题模型分析数值模拟工程实践二维非稳态热传导问题，需考虑不同方向的利用有限元等数值方法进行模拟，获得不同将理论分析与实际工程问题结合，例如电子热传导，并分析温度随时间变化的规律时刻的温度分布，为工程应用提供参考设备散热、建筑节能等领域，解决实际问题热对流概念及规律热对流定义热对流类型热对流是热量通过流体（如液体热对流主要分为两种自然对流或气体）的运动传递的一种方式和强制对流热对流规律热对流的速率取决于流体的性质、流体的速度、流体与固体表面之间的温差以及固体表面的几何形状强制对流传热流体流动1流体以一定速度流过固体表面热量传递2流体与固体表面之间发生热量交换传热方向3热量从高温物体传递到低温物体强制对流传热是指流体在外力作用下流动，在流动过程中与固体表面进行热量交换的过程常见的应用场景包括风机散热、空调制冷等强制对流传热例题热交换器平板对流圆柱体对流计算流体在热交换器中的对流传热系数计算空气流过平板时的对流传热速率计算圆柱体在风洞中的对流传热系数自然对流传热浮力1流体密度差异热传递2温度梯度对流3流体运动自然对流传热例题自然对流传热是指流体由于密度差而产生的热量传递例如，在炎热的天气里，地面受到太阳照射而升温，靠近地面的空气受热膨胀，密度降低，而上面的冷空气密度较高，于是就产生了向上的对流运动这种对流运动可以有效地将热量从地面传递到空中自然对流传热问题较为复杂，需要考虑流体的物理性质、温度场分布、边界条件等因素在实际应用中，我们可以使用一些简化的模型来进行分析计算例如，对于简单的几何形状，我们可以使用经验公式来估算自然对流传热系数辐射热传递概念及定律电磁波黑体辐射强度辐射率热量以电磁波的形式传递，不能完全吸收所有波长的辐射能物体单位面积、单位立体角、物体在一定温度下发射的辐射需要介质它可在真空中传播量的物体，不存在完美的黑体单位时间内发射的能量强度与黑体在相同温度下发射的辐射强度之比黑体辐射理想模型热辐射12黑体是理想模型，可以吸收所黑体辐射是指黑体发射的热辐有波长的电磁辐射射能量普朗克定律3普朗克定律描述了黑体辐射的能量分布灰体辐射定义特点灰体是指其表面发射率与波长无灰体的辐射特性可以用一个单一关的物体大多数实际物体都是的发射率来描述，这使得计算灰灰体，其表面发射率小于体辐射换热变得相对简单1应用灰体辐射模型在工程实践中被广泛应用，例如计算建筑物、设备等的辐射换热辐射换热例题辐射换热是热传递的一种重要方式，在很多工程领域都有广泛应用本节课将通过例题讲解，帮助同学们深入理解辐射换热的原理和计算方法例题一一个温度为的黑体球体，半径为，置于一个温度为的1000K

0.1m300K环境中求该球体每秒钟辐射出去的热量例题二一个面积为的平板，表面温度为，发射率为该平板置于1m²400K

0.8一个温度为的环境中求该平板每秒钟辐射出去的热量300K习题课小结概念理解解题技巧巩固传热学基础知识，加深对热掌握不同传热方式的计算方法，传导、热对流和热辐射概念的理熟练运用公式和定理解决实际问解题应用能力通过解题训练，提高运用传热学知识分析和解决工程实际问题的应用能力复习展望持续练习，巩固知识深入学习，拓展知识思考应用，解决问题。