1/28
第四章 传热及传热设备
4.1 概述
4.2 热传导
4.3 对流传热
4.4 流体无相变时的对流传热
4.5 流体有相变时的对流传热
4.6 辐射传热
4.7 总传热速率和传热过程的计算
2/28
一,温度场、等温面
一物体内部，如各点间存在温度差异，则热就从高温点
向低温点传导，即产生热流，由传导方式产生的热流大小，
决定于物体内的温度分布。
物体内温度分布,
温度 t=f(x,y,z,θ)=f(空间，时间 )… 温度场数学表达式
t=f(x,y,z,θ)=f(空间，时间 )…… 不稳定的温度场
t=f(x,y,z)=f(空间 )…… 稳定的温度场
t=f(x,θ)…… 一维温度场
t=f(x) …… 一维稳定的温度场
等温面,
同一时刻，温度场中具有相同温度的各点组成的面
§ 4.2.1热传导 基本概念
§ 4.2 热传导
3/28
传热速率 Q,
热通量 q,
等温面,
温度变化率,
温度梯度
n
t
?
?
?
,
单位时间传递的热量,J / s
单位传热面积的传热速率,J / m 2 s,矢量，方向为传
热面的法线方向
Ad
dQq ???
t + ? t
t
? n
? l
等温面及温度梯度
l
t
?
?
n
t
n
t
n
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??
?
?
?? 0
lim
§ 4.2 热传导
二, 温度梯度
4/28
t+ ? t
t
? n
? l
等温面及温度梯度
负号表示热流方向与温度梯度方
向相反
称为热传导系数,单位为 W/m·K
§ 4.2 热传导
§ 4.2.2 傅立叶定律
物性之一,与物质种类、热力学状态（ T,P） 有关
物理含义,代表单位温度梯度下的热通量大小,
故物质的 ?越大，导热性能越好。
一般地, ?金属 > ?非金属固体 > ?液体 > ?气体
n
tdAdQ ?
?
??? ?ntdAdQ ????? 或
5/28
§ 4.2 热传导
§ 4.2.3 热传导系数
热传导系数与压强基本无关，但和温度呈
直线关系。
如某物体以 ?0表示 0oC时的 ?值,?表示 toC
时的 ?值，则有下列关系存在,
? ＝ ?0 （ 1＋ at）
式中,a为温度系数，表示该物体 toC时的 ?
值相对于 0oC时的 ?值每升温 1oC时的变化率。
金属和液体的 a为负值，其中，水是例外；
而非金属固体和气体为正值。
6/28
一、单层平壁热传导
*§ 4.2.4一维稳态导热 -----平壁的热传导
根据傅立叶定律,
dx
dtAQ ???
经积分可得,
A d tatQ d x )1(0 ??? ?
也即,
? ? )(2/)(1 12210 ttAttaQb ????? ?
)( 12 ttAm ??? ?
?m为平均热传导系数
? ? 阻力
推动力或 ???
Ab
ttQ
m?/
21
dx
dtAat )1(
0 ??? ?
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显然，通过每一层的 Q= 常数或 q= 常数
热阻
推动力?qAQ ?
Ab
tt
Ab
tt
Ab
tt
33
43
22
32
11
21
???
??????
二, 多 层平壁热传导
*§ 4.2.3一维稳态导热 -----平壁的热传导
总热阻
总推动力?
Ab
tt
ii
i
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?
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3
1
41
t t
2
t
3
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8/28
常数???? drdtAqAQ ? 常数但 ?q
常数???? drdtrLqAQ ?? 2
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1
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热阻
推动力
?
?
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rr
tt
Q
2
ln 12
21
三, 单层圆筒壁 热传导
若 ?为常数, 则,--------可见温度分布
为对数关系
*§ 4.2.3一维稳态导热 -----平壁的热传导
Q t2 t1 r
1
r
r2 dr
L
9/28
? ?
? ? ? ? 1212
21
1212
12
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当 2
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A
A 时，可用算术平均代替
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热阻
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*§ 4.2.3一维稳态导热 -----平壁的热传导
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21
Q=常数, 但 q?常数
四, 多层圆筒壁 热传导
*§ 4.2.3一维稳态导热 -----平壁的热传导
? ?
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34
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1
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41
lnlnln
2
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ttL
Q
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?
?或
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思考,
气温下降, 应添加衣服, 应把保暖性好的衣服
穿在里面好, 还是穿在外面好？
*§ 4.2.3一维稳态导热 -----平壁的热传导
b1 b2
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作业
P239
2,3
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第四章 传热及传热设备
?4.3 对流传热
§ 4.3.1 对流传热过程
§ 4.3.2 牛顿冷却定律
§ 4.3.3 对流传热系数及其影响因素
§ 4.3.4 对流传热系数的因次分析
§ 4.3.1 对流传热过程
设备或容器对流传热过程的机理
流体质点的宏观运动引起的热传递称为对流传热。
流体与壁面的给热包括流体的对流和导热
流体的主体因涡流存在质点的混合使温度趋于一致
对流传热的热阻主要集中在流体靠近壁面的层流底层
15/28
冷凝传热
有相变传热
沸腾传热
对流传热
自然对流
无相变传热 管外对流
强制对流 非圆管道
管内对流 弯管 湍流
圆形直管 过渡流
滞流
由于对流传热的多样性，有必要将问题分类加以研究。
16/28
外力下，流体被迫流过固体壁面
的传热
静止流体与外界的传热
电热炉烧水
自然对流
1t
2t
Q
Q
强制对流
17/28
§ 4.3.2 牛顿冷却定律
仿照傅立叶定律，对流传热速率也可写成推动力与阻力的比值
热阻
推动力?
?
??????
dAh
ttttdAhdQ w
w 1)(
流体加热,
流体冷却,
上两式称为牛顿冷却定律。
热阻
推动力?
?
??????
dAh
ttttdAhdQ w
w 1
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对流表面传热系数,W/m2K
壁面温度 传热面积 流体温度
18/28
1,流体的状态：固, 液, 气状态及 是否有相变 。 有相变时对流传热系数
比无相变化时大的多；
2,流体的物理性质,导热系数 λ,粘度 μ, 密度 ρ, 比热 cp等；
3, 流体的温度：温度影响 导热系数 λ,传热推动力 Δ t,同时附加 自然
对流 ；
4,流体的流动状态,层流或湍流；
5,流体对流的原因,自然对流, 强制对流；
6,传热表面的形状, 位置及大小,如管, 板, 管束, 排列方式, 垂直或
水平放置等 。
影响对流传热系数的主要因素
§ 4.3.3 对流传热系数及其影响因素
第四章 传热及传热设备
4.1 概述
4.2 热传导
4.3 对流传热
4.4 流体无相变时的对流传热
4.5 流体有相变时的对流传热
4.6 辐射传热
4.7 总传热速率和传热过程的计算
2/28
一,温度场、等温面
一物体内部，如各点间存在温度差异，则热就从高温点
向低温点传导，即产生热流，由传导方式产生的热流大小，
决定于物体内的温度分布。
物体内温度分布,
温度 t=f(x,y,z,θ)=f(空间，时间 )… 温度场数学表达式
t=f(x,y,z,θ)=f(空间，时间 )…… 不稳定的温度场
t=f(x,y,z)=f(空间 )…… 稳定的温度场
t=f(x,θ)…… 一维温度场
t=f(x) …… 一维稳定的温度场
等温面,
同一时刻，温度场中具有相同温度的各点组成的面
§ 4.2.1热传导 基本概念
§ 4.2 热传导
3/28
传热速率 Q,
热通量 q,
等温面,
温度变化率,
温度梯度
n
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,
单位时间传递的热量,J / s
单位传热面积的传热速率,J / m 2 s,矢量，方向为传
热面的法线方向
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等温面及温度梯度
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§ 4.2 热传导
二, 温度梯度
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t+ ? t
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等温面及温度梯度
负号表示热流方向与温度梯度方
向相反
称为热传导系数,单位为 W/m·K
§ 4.2 热传导
§ 4.2.2 傅立叶定律
物性之一,与物质种类、热力学状态（ T,P） 有关
物理含义,代表单位温度梯度下的热通量大小,
故物质的 ?越大，导热性能越好。
一般地, ?金属 > ?非金属固体 > ?液体 > ?气体
n
tdAdQ ?
?
??? ?ntdAdQ ????? 或
5/28
§ 4.2 热传导
§ 4.2.3 热传导系数
热传导系数与压强基本无关，但和温度呈
直线关系。
如某物体以 ?0表示 0oC时的 ?值,?表示 toC
时的 ?值，则有下列关系存在,
? ＝ ?0 （ 1＋ at）
式中,a为温度系数，表示该物体 toC时的 ?
值相对于 0oC时的 ?值每升温 1oC时的变化率。
金属和液体的 a为负值，其中，水是例外；
而非金属固体和气体为正值。
6/28
一、单层平壁热传导
*§ 4.2.4一维稳态导热 -----平壁的热传导
根据傅立叶定律,
dx
dtAQ ???
经积分可得,
A d tatQ d x )1(0 ??? ?
也即,
? ? )(2/)(1 12210 ttAttaQb ????? ?
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?m为平均热传导系数
? ? 阻力
推动力或 ???
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显然，通过每一层的 Q= 常数或 q= 常数
热阻
推动力?qAQ ?
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二, 多 层平壁热传导
*§ 4.2.3一维稳态导热 -----平壁的热传导
总热阻
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常数???? drdtAqAQ ? 常数但 ?q
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三, 单层圆筒壁 热传导
若 ?为常数, 则,--------可见温度分布
为对数关系
*§ 4.2.3一维稳态导热 -----平壁的热传导
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21
Q=常数, 但 q?常数
四, 多层圆筒壁 热传导
*§ 4.2.3一维稳态导热 -----平壁的热传导
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思考,
气温下降, 应添加衣服, 应把保暖性好的衣服
穿在里面好, 还是穿在外面好？
*§ 4.2.3一维稳态导热 -----平壁的热传导
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作业
P239
2,3
13/28
第四章 传热及传热设备
?4.3 对流传热
§ 4.3.1 对流传热过程
§ 4.3.2 牛顿冷却定律
§ 4.3.3 对流传热系数及其影响因素
§ 4.3.4 对流传热系数的因次分析
§ 4.3.1 对流传热过程
设备或容器对流传热过程的机理
流体质点的宏观运动引起的热传递称为对流传热。
流体与壁面的给热包括流体的对流和导热
流体的主体因涡流存在质点的混合使温度趋于一致
对流传热的热阻主要集中在流体靠近壁面的层流底层
15/28
冷凝传热
有相变传热
沸腾传热
对流传热
自然对流
无相变传热 管外对流
强制对流 非圆管道
管内对流 弯管 湍流
圆形直管 过渡流
滞流
由于对流传热的多样性，有必要将问题分类加以研究。
16/28
外力下，流体被迫流过固体壁面
的传热
静止流体与外界的传热
电热炉烧水
自然对流
1t
2t
Q
Q
强制对流
17/28
§ 4.3.2 牛顿冷却定律
仿照傅立叶定律，对流传热速率也可写成推动力与阻力的比值
热阻
推动力?
?
??????
dAh
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w 1)(
流体加热,
流体冷却,
上两式称为牛顿冷却定律。
热阻
推动力?
?
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对流表面传热系数,W/m2K
壁面温度 传热面积 流体温度
18/28
1,流体的状态：固, 液, 气状态及 是否有相变 。 有相变时对流传热系数
比无相变化时大的多；
2,流体的物理性质,导热系数 λ,粘度 μ, 密度 ρ, 比热 cp等；
3, 流体的温度：温度影响 导热系数 λ,传热推动力 Δ t,同时附加 自然
对流 ；
4,流体的流动状态,层流或湍流；
5,流体对流的原因,自然对流, 强制对流；
6,传热表面的形状, 位置及大小,如管, 板, 管束, 排列方式, 垂直或
水平放置等 。
影响对流传热系数的主要因素
§ 4.3.3 对流传热系数及其影响因素
