传 热 学
（ Heat Transfer）
参 考 书
? 教材,, 传热学, 章熙民等编著, 第四版
?, 传热学, 杨世铭, 陶文铨编著, 第三版
?, 传热学, 戴锅生, 第二版
?, 数值传热学, 陶文铨编著
?, 传热学, 赵镇南编著
?, 凝结和沸腾, 施明恒等编著
?, 辐射换热, 余其铮编著
? Heat Transfer (2nd Edition),by Anthony F,Mills
? Heat Transfer,by J.P.Holman
? Fundamentals of Heat Transfer,by F,P,Incropera,D.P,DeWitt
考 核 方 法
?平时成绩, 20% (包括：实验,
出勤及作业 )
?期末考试,80%
绪 论
§ 1-0 概 述
1,传热学 （ Heat Transfer）
(1)研究热量传递规律的科学, 具体来讲主要有热量传递
的机理, 规律, 计算和测试方法
(2) 热量传递过程的推动力：温差
热力学第二定律：热量可以自发地由高温热源传给
低温热源 ? 有温差就会有传热 ? 温差是热量
传递的推动力
2,传热学与工程热力学的关系
(1) 热力学 + 传热学 = 热科学 (Thermal Science)
?
系统从一个平衡态到
另一个平衡态的过程
中传递热量的多少。
?
关心的是热量传
递的过程，即热
量传递的速率。
热力学：
传热学：
Φtm
)(
),,,(
?
?
fΦ
zyxt
?
水, M2
20oC
铁块,M1
300oC
图 0-1 传热学与热力学的区别
(2) 传热学以热力学第一定律和第二定律为基础，即 ?始终从高温热
源向低温热院传递，如果没有能量形式的转化，则 ?始终是守恒的
3 传热学应用实例
自然界与生产过程到处存在温差 ? 传热很普遍
b 夏 天人在同样温度（如,25度）的空气和水中的感
觉不一样。为什么？
c 北方寒冷地区，建筑房屋都是双层玻璃，以利于保
温。如何解释其道理？越厚越好？
(1) 日 常生活中的例子：
a 人体为恒温体。若房间里气体的温度在夏天和
冬天都保持 20度，那么在冬天与夏天、人在房间里所
穿的衣服能否一样？为什么？
(2) 建筑环境与设备工程专业领域大量存在传热问题
例如：热源和冷源设备的选择、配套和合理有效利用；
供热通风空调及燃气产品的开发、设计和实验研究；各
种供热设备管道的保温材料及建筑围护结构材料的研制
及其热物理性质的测试、热损失的分析计算；各类换热
器的设计、选择和性能评价；建筑物的热工计算和环境
保护等。
4 传热过程的分类
按温度与时间的依变关系，可分为稳态和非稳态两大类。
§ 0-1 传热的三种基本方式
1 导热 （ 热传导 ） (Conduction)
热量传递的三种基本方式：导热 (热传导 )、对流 (热对流 )
和热辐射 。
(1)定义,指温度不同的物体各部分或温度不同的两物体
间直接接触时, 依靠分子, 原子及自由电子等微观粒
子热运动而进行的热量传递现象
(2)物质的属性,可以在固体、液体、气体中发生
(3)导热的特点,a 必须有温差； b 物体直接接触； c
依靠分子、原子及自由电子等微观粒子热运动而传递
热量； d 在引力场下单纯的导热只发生在密实固体
中。
(4) 一维稳态导热及其导热热阻
如图 0-2所示，稳态 ? q = const。
Q1wt 2wt
?? A
图 0-2 导热热阻的图示
1wt
2wt
t
0 ? x
?
dx
dt
Q
?
?
? r
tttq ww ???? 21
?
?
? R
t
A
ttΦ ww ???? 21
????r
?
?
? AR ? 导热热阻
单位导热热阻
例 题 1-1
例题 1-1 一块厚度 δ =100 mm 的平板,两侧表面分别维
持在,1 0 0,3 0 0
21 CtCt owow ?? 试求下列条件下的热流密度。
(1)材料为铜,λ =375 W/(m.K );
(2)材料为钢,λ =36.4 W/(m.K );
(3)材料为铬砖,λ =2.32 W/(m.K )；
(4)材料为铬藻土砖,λ =0.242 W/(m.K )。
解：参见图 1-2。 及一维稳态导热公式有：
2321 mW1064.4
05.0
10030032.2 ???????
?? ww
ttq铬砖：
2221 mW1084.4
1.0
100300242.0 ???????
?? ww
ttq硅藻土砖：
讨论,由计算可见, 由于铜与硅藻土砖导热系数的巨大差
别, 导致在相同的条件下通过铜板的导热量比通过硅藻土
砖的导热量大三个数量级 。 因而, 铜是热的良导体, 而
硅藻土砖则起到一定的隔热作用
2621 mW1075.0
1.0
1 0 03 0 03 7 5 ???????
?? ww
ttq
铜：
2521 mW1073.0
1.0
1003004.36 ???????
?? ww
ttq钢：
(1)定义, 流体中 （ 气体或液体 ） 温度不同的各部分之
间, 由于发生相对的宏观运动而把热量由一处
传递到另一处的现象 。
2 对流 （ 热对流 ） (Convection)
(2) 对流换热, 当流体流过一个物体表面时的热量传递
过程，他与单纯的对流不同，具有如下特点：
a 导热与热对流同时存在的复杂热传递过程
b 必须有直接接触（流体与壁面）和宏观运动；也
必须有温差
c 壁面处会形成速度梯度很大的边界层
(3)对流换热的分类
无相变：强迫对流和自然对流
有相变：沸腾换热和凝结换热
? ?W )( ??? tthAΦ w
? ?2mW )(
fw tth
AΦq
??
?
(4) 对流换热的基本计算公式 —— 牛顿冷却公式
h — 表面传热系数
? — 热流量 [W]，单位时间传递的热量
q ? ?2mW— 热流密度 ? ?K)(mW 2 ?
A ? ?2m— 与流体接触的壁面面积
wt ? ?C
?— 固体壁表面温度 ?t — 流体温度 ? ?C?
—— 当流体与壁面温度相差 1度时, 每单位壁面面积
上, 单位时间内所传递的热量
))(( ??? ttAΦh w? ?K)(mW 2 ?
影响 h因素,流速, 流体物性, 壁面形状大小等
h
h
r
t
h
t
q
R
t
hA
t
Φ
?
?
?
?
?
?
?
?
1
)(1
（ Convection heat transfer coefficient）
(5) 对流换热系数 (表面传热系数 )
h
h
r
t
h
t
q
R
t
hA
t
Φ
?
?
?
?
?
?
?
?
1
)(1
][ )(1 WChAR h ??
][ 1 2 WCmhr h ???
Thermal resistance for convection
(6) 对 流换热热阻：
(1) 定义,有热运动产生的，以电磁波形式传递能量的现象
3 热辐射 (Thermal radiation)
(2) 特点, a 任何物体，只要温度高于 0 K，就会不停地向
周围空间发出热辐射； b 可以在真空中传播； c 伴随能量形
式的转变； d 具有强烈的方向性； e 辐射能与温度和波长均
有关； f 发射辐射取决于温度的 4次方。
(3) 生活中的例子：
a 当你靠近火的时候, 会感到面向火的一面比背面热；
b 冬天的夜晚，呆在有窗帘的屋子内会感到比没有窗帘时
要舒服；
c 太阳能传递到地面
d 冬天, 蔬菜大棚内的空气温度在 0℃ 以上, 但地面却可能
结冰 。
(5) 辐射换热的特点
a 不需要冷热物体的直接接触；即：不需要介质的存在，在
真空中就可以传递能量
b 在辐射换热过程中伴随着能量形式的转换
物体热力学能 电磁波能 物体热力学能
c 无论温度高低，物体都在不停地相互发射电磁 波能、相
互辐射能量；高温物体辐射给低温物体的能量大于低温物
体辐射给高温物体的能量；总的结果是热由高温传到低温
(4) 辐射换热,物体间靠热辐射进行的热量传递，它与单纯的
热辐射不同，就像对流和对流换热一样。
(6) 辐射换热的研究方法,假设一种黑体，它只关心热辐
射的共性规律，忽略其他因素，然后，真实物体的辐射
则与黑体进行比较和修正，通过实验获得修正系数，从
而获得真实物体的热辐射规律
(7) 黑体的定义,能吸收投入到其表面上的所有热辐射的
物体，包括所有方向和所有波长，因此，相同温度下，
黑体的吸收能力最强
(8)黑体辐射的控制方程,Stefan-Boltzmann 定律
，
4TA??? 4Tq ??
，
4TA ????真实物体则为：
（ 9） 两黑体表面间的辐射换热
)( 4241 TTA ??? ?
)( 424121 TTq ??? ??
? ? ?
?? ?42T?
1T 2T
图 0－ 3 两黑体表面间的辐射换热
41T?
例 题 0-2
? 一根水平放置的蒸汽管道, 其保温层外径 d=583 mm,外表面
实测平均温度及空气温度分别为, 此
时空气与管道外表面间的自然对流换热的表面传热系数 h=3.42 W
/(m2 K),保温层外表面的发射率
CtCt fw ?? 23,48 ??
9.0??
问：（ 1） 此管道的散热必须考虑哪些热量传递方式；
（ 2）计算每米长度管道的总散热量。
解：
（ 1） 此管道的散热有辐射换热和自然对流换热两种方式。
（ 2）把管道每米长度上的散热量记为 lq
量为：
)(,fwcl ttdhthdq ????? ??
)/(5.1 5 6
)2348(42.35 8 3.014.3
mW?
?????
近似地取管道的表面温度为室内空气温度,于是每米长度管道外表
面与室内物体及墙壁之间的辐射为：
)( 4241,TTdq rl ?? ???
)/(7.2 7 4
])2 7 323()2 7 348[(9.01067.55 8 3.014.3 448
mW?
????????? ?
讨论,计算结果表明,对于表面温度为几上几十摄氏度的一类表
面的散热问题,自然对流散热量与辐射具有相同的数量级，必须同
时予以考虑。
当仅考虑自然对流时，单位长度上的自然对流散热
§ 1-2 传热过程和传热系数
1 传热过程的定义,两流体间通过固体壁面进行的换热
2 传热过程包含的传热方式,导热、对流、热辐射
辐射换热、
对流换热、
热传导
图 0－ 4 墙壁的散热
3 一维稳态传热过程中的热量传递
图 0－ 5 一维稳态传热过程
忽略热辐射换热，则
左侧对流换热热阻
1
1
1
AhRh ?
固体的导热热阻
右侧对流换热热阻
1
1
1
AhRh ?
?
?
? AR ?
上面传热过程中传递的热量为：
21
21
21
21
11
)()(
AhAAh
tt
RRR
tt
Φ ff
hh
ff
??
?
?
??
?
?
?
?
?
(1-10)
tAkttAkΦ ff ???? )( 21
传热系数,是表征传热过程强烈程度的标尺，
不是物性参数，与过程有关。
]KmW[ 2
传热系数
21
21
1
11
1
hh rrr
hh
k
??
?
??
?
?
?
?
单位热阻或面积热阻
a k 越大，传热越好。若要增大 k，可增大
?? 或减小21,,hh
c h1,h2的计算方法及增加 k值的措施是本课程的重要
内容
注意：
b 非稳态传热过程以及有内热源时，不能用热阻分析法
思考题：
1.热量传递的三种基本方式。
2.一维大平壁导热的基本表达式及其中各物理量的定义。
3.牛顿冷却公式的基本表达式及其中各物理量的定义。
4.黑体辐射换热的四次方定律基本表达式及其中各物理量
的定义。
5.传热过程及传热系数的定义及物理意义。
6.热阻的概念, 对流热阻,导热热阻的定义及基本表达式。
7.对流换热和传热过程的区别, 表面传热系数 (对流换热系
数 )和传热系数的区别。
8.导热系数,表面传热系数和传热系数之间的区别。
作业题：
1-5,1-6,1-9,1-14,1-17,1-26,1-27，
1-28,1-31
（ Heat Transfer）
参 考 书
? 教材,, 传热学, 章熙民等编著, 第四版
?, 传热学, 杨世铭, 陶文铨编著, 第三版
?, 传热学, 戴锅生, 第二版
?, 数值传热学, 陶文铨编著
?, 传热学, 赵镇南编著
?, 凝结和沸腾, 施明恒等编著
?, 辐射换热, 余其铮编著
? Heat Transfer (2nd Edition),by Anthony F,Mills
? Heat Transfer,by J.P.Holman
? Fundamentals of Heat Transfer,by F,P,Incropera,D.P,DeWitt
考 核 方 法
?平时成绩, 20% (包括：实验,
出勤及作业 )
?期末考试,80%
绪 论
§ 1-0 概 述
1,传热学 （ Heat Transfer）
(1)研究热量传递规律的科学, 具体来讲主要有热量传递
的机理, 规律, 计算和测试方法
(2) 热量传递过程的推动力：温差
热力学第二定律：热量可以自发地由高温热源传给
低温热源 ? 有温差就会有传热 ? 温差是热量
传递的推动力
2,传热学与工程热力学的关系
(1) 热力学 + 传热学 = 热科学 (Thermal Science)
?
系统从一个平衡态到
另一个平衡态的过程
中传递热量的多少。
?
关心的是热量传
递的过程，即热
量传递的速率。
热力学：
传热学：
Φtm
)(
),,,(
?
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zyxt
?
水, M2
20oC
铁块,M1
300oC
图 0-1 传热学与热力学的区别
(2) 传热学以热力学第一定律和第二定律为基础，即 ?始终从高温热
源向低温热院传递，如果没有能量形式的转化，则 ?始终是守恒的
3 传热学应用实例
自然界与生产过程到处存在温差 ? 传热很普遍
b 夏 天人在同样温度（如,25度）的空气和水中的感
觉不一样。为什么？
c 北方寒冷地区，建筑房屋都是双层玻璃，以利于保
温。如何解释其道理？越厚越好？
(1) 日 常生活中的例子：
a 人体为恒温体。若房间里气体的温度在夏天和
冬天都保持 20度，那么在冬天与夏天、人在房间里所
穿的衣服能否一样？为什么？
(2) 建筑环境与设备工程专业领域大量存在传热问题
例如：热源和冷源设备的选择、配套和合理有效利用；
供热通风空调及燃气产品的开发、设计和实验研究；各
种供热设备管道的保温材料及建筑围护结构材料的研制
及其热物理性质的测试、热损失的分析计算；各类换热
器的设计、选择和性能评价；建筑物的热工计算和环境
保护等。
4 传热过程的分类
按温度与时间的依变关系，可分为稳态和非稳态两大类。
§ 0-1 传热的三种基本方式
1 导热 （ 热传导 ） (Conduction)
热量传递的三种基本方式：导热 (热传导 )、对流 (热对流 )
和热辐射 。
(1)定义,指温度不同的物体各部分或温度不同的两物体
间直接接触时, 依靠分子, 原子及自由电子等微观粒
子热运动而进行的热量传递现象
(2)物质的属性,可以在固体、液体、气体中发生
(3)导热的特点,a 必须有温差； b 物体直接接触； c
依靠分子、原子及自由电子等微观粒子热运动而传递
热量； d 在引力场下单纯的导热只发生在密实固体
中。
(4) 一维稳态导热及其导热热阻
如图 0-2所示，稳态 ? q = const。
Q1wt 2wt
?? A
图 0-2 导热热阻的图示
1wt
2wt
t
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Q
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? AR ? 导热热阻
单位导热热阻
例 题 1-1
例题 1-1 一块厚度 δ =100 mm 的平板,两侧表面分别维
持在,1 0 0,3 0 0
21 CtCt owow ?? 试求下列条件下的热流密度。
(1)材料为铜,λ =375 W/(m.K );
(2)材料为钢,λ =36.4 W/(m.K );
(3)材料为铬砖,λ =2.32 W/(m.K )；
(4)材料为铬藻土砖,λ =0.242 W/(m.K )。
解：参见图 1-2。 及一维稳态导热公式有：
2321 mW1064.4
05.0
10030032.2 ???????
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ttq铬砖：
2221 mW1084.4
1.0
100300242.0 ???????
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ttq硅藻土砖：
讨论,由计算可见, 由于铜与硅藻土砖导热系数的巨大差
别, 导致在相同的条件下通过铜板的导热量比通过硅藻土
砖的导热量大三个数量级 。 因而, 铜是热的良导体, 而
硅藻土砖则起到一定的隔热作用
2621 mW1075.0
1.0
1 0 03 0 03 7 5 ???????
?? ww
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铜：
2521 mW1073.0
1.0
1003004.36 ???????
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ttq钢：
(1)定义, 流体中 （ 气体或液体 ） 温度不同的各部分之
间, 由于发生相对的宏观运动而把热量由一处
传递到另一处的现象 。
2 对流 （ 热对流 ） (Convection)
(2) 对流换热, 当流体流过一个物体表面时的热量传递
过程，他与单纯的对流不同，具有如下特点：
a 导热与热对流同时存在的复杂热传递过程
b 必须有直接接触（流体与壁面）和宏观运动；也
必须有温差
c 壁面处会形成速度梯度很大的边界层
(3)对流换热的分类
无相变：强迫对流和自然对流
有相变：沸腾换热和凝结换热
? ?W )( ??? tthAΦ w
? ?2mW )(
fw tth
AΦq
??
?
(4) 对流换热的基本计算公式 —— 牛顿冷却公式
h — 表面传热系数
? — 热流量 [W]，单位时间传递的热量
q ? ?2mW— 热流密度 ? ?K)(mW 2 ?
A ? ?2m— 与流体接触的壁面面积
wt ? ?C
?— 固体壁表面温度 ?t — 流体温度 ? ?C?
—— 当流体与壁面温度相差 1度时, 每单位壁面面积
上, 单位时间内所传递的热量
))(( ??? ttAΦh w? ?K)(mW 2 ?
影响 h因素,流速, 流体物性, 壁面形状大小等
h
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1
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（ Convection heat transfer coefficient）
(5) 对流换热系数 (表面传热系数 )
h
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][ 1 2 WCmhr h ???
Thermal resistance for convection
(6) 对 流换热热阻：
(1) 定义,有热运动产生的，以电磁波形式传递能量的现象
3 热辐射 (Thermal radiation)
(2) 特点, a 任何物体，只要温度高于 0 K，就会不停地向
周围空间发出热辐射； b 可以在真空中传播； c 伴随能量形
式的转变； d 具有强烈的方向性； e 辐射能与温度和波长均
有关； f 发射辐射取决于温度的 4次方。
(3) 生活中的例子：
a 当你靠近火的时候, 会感到面向火的一面比背面热；
b 冬天的夜晚，呆在有窗帘的屋子内会感到比没有窗帘时
要舒服；
c 太阳能传递到地面
d 冬天, 蔬菜大棚内的空气温度在 0℃ 以上, 但地面却可能
结冰 。
(5) 辐射换热的特点
a 不需要冷热物体的直接接触；即：不需要介质的存在，在
真空中就可以传递能量
b 在辐射换热过程中伴随着能量形式的转换
物体热力学能 电磁波能 物体热力学能
c 无论温度高低，物体都在不停地相互发射电磁 波能、相
互辐射能量；高温物体辐射给低温物体的能量大于低温物
体辐射给高温物体的能量；总的结果是热由高温传到低温
(4) 辐射换热,物体间靠热辐射进行的热量传递，它与单纯的
热辐射不同，就像对流和对流换热一样。
(6) 辐射换热的研究方法,假设一种黑体，它只关心热辐
射的共性规律，忽略其他因素，然后，真实物体的辐射
则与黑体进行比较和修正，通过实验获得修正系数，从
而获得真实物体的热辐射规律
(7) 黑体的定义,能吸收投入到其表面上的所有热辐射的
物体，包括所有方向和所有波长，因此，相同温度下，
黑体的吸收能力最强
(8)黑体辐射的控制方程,Stefan-Boltzmann 定律
，
4TA??? 4Tq ??
，
4TA ????真实物体则为：
（ 9） 两黑体表面间的辐射换热
)( 4241 TTA ??? ?
)( 424121 TTq ??? ??
? ? ?
?? ?42T?
1T 2T
图 0－ 3 两黑体表面间的辐射换热
41T?
例 题 0-2
? 一根水平放置的蒸汽管道, 其保温层外径 d=583 mm,外表面
实测平均温度及空气温度分别为, 此
时空气与管道外表面间的自然对流换热的表面传热系数 h=3.42 W
/(m2 K),保温层外表面的发射率
CtCt fw ?? 23,48 ??
9.0??
问：（ 1） 此管道的散热必须考虑哪些热量传递方式；
（ 2）计算每米长度管道的总散热量。
解：
（ 1） 此管道的散热有辐射换热和自然对流换热两种方式。
（ 2）把管道每米长度上的散热量记为 lq
量为：
)(,fwcl ttdhthdq ????? ??
)/(5.1 5 6
)2348(42.35 8 3.014.3
mW?
?????
近似地取管道的表面温度为室内空气温度,于是每米长度管道外表
面与室内物体及墙壁之间的辐射为：
)( 4241,TTdq rl ?? ???
)/(7.2 7 4
])2 7 323()2 7 348[(9.01067.55 8 3.014.3 448
mW?
????????? ?
讨论,计算结果表明,对于表面温度为几上几十摄氏度的一类表
面的散热问题,自然对流散热量与辐射具有相同的数量级，必须同
时予以考虑。
当仅考虑自然对流时，单位长度上的自然对流散热
§ 1-2 传热过程和传热系数
1 传热过程的定义,两流体间通过固体壁面进行的换热
2 传热过程包含的传热方式,导热、对流、热辐射
辐射换热、
对流换热、
热传导
图 0－ 4 墙壁的散热
3 一维稳态传热过程中的热量传递
图 0－ 5 一维稳态传热过程
忽略热辐射换热，则
左侧对流换热热阻
1
1
1
AhRh ?
固体的导热热阻
右侧对流换热热阻
1
1
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AhRh ?
?
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上面传热过程中传递的热量为：
21
21
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11
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AhAAh
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?
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(1-10)
tAkttAkΦ ff ???? )( 21
传热系数,是表征传热过程强烈程度的标尺，
不是物性参数，与过程有关。
]KmW[ 2
传热系数
21
21
1
11
1
hh rrr
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?
?
单位热阻或面积热阻
a k 越大，传热越好。若要增大 k，可增大
?? 或减小21,,hh
c h1,h2的计算方法及增加 k值的措施是本课程的重要
内容
注意：
b 非稳态传热过程以及有内热源时，不能用热阻分析法
思考题：
1.热量传递的三种基本方式。
2.一维大平壁导热的基本表达式及其中各物理量的定义。
3.牛顿冷却公式的基本表达式及其中各物理量的定义。
4.黑体辐射换热的四次方定律基本表达式及其中各物理量
的定义。
5.传热过程及传热系数的定义及物理意义。
6.热阻的概念, 对流热阻,导热热阻的定义及基本表达式。
7.对流换热和传热过程的区别, 表面传热系数 (对流换热系
数 )和传热系数的区别。
8.导热系数,表面传热系数和传热系数之间的区别。
作业题：
1-5,1-6,1-9,1-14,1-17,1-26,1-27，
1-28,1-31
