传热学-教学ppt_L01-绪论

单击此处编辑母版标题样式,单击此处编辑母版文本样式,第二级,第三级,第四级,第五级,2012/3/30,#,传热学,-,绪论,考评方法,出勤,课堂提问,作业,+,报告,/,讨论,期末考试,10%,10%,30%,50%,教材,/,参考书籍,杨,世铭,陶文铨传热学（第四版）北京：高等教育出版社，,2006,王,补宣,.,工程传热传质学（上、下册）北京：科学出版社，,1986.,Holman, J. P. Heat Transfer(10th ed.). New,York: McGraw-Hill, 2010.,施林德尔,编,马庆芳,马重芳 译,.,换热器设计手册,(15,卷,).,北京,:,机械工业出版社, 19871989,.,课程基本目的,掌握,热量传递过程,基本概念与原理,;,掌握热量传递过程,与,设备,的设计与计算,;,理解与掌握工程问题的认识与处理方法,.,课程内容,1,、绪论,热传导,2,、导热基本定律及稳态导热,3,、非稳态导热,4,、导热问题的数值解法,对流换热,5,、对流换热,6,、凝结与沸腾换热,7,、热辐射基本定律及物体的辐射特性,辐射换热,8,、辐射换热的计算,传热过程与换热器,9,、传热过程分析与换热器计算,0,绪论,热、物理与世界,大学物理中的热科学,生活与工业生产的,热,现象,关于学科的几个定义,传热学的几个特征,传热学与工程热力学的关系,油气储运过程的热量传递过程,其他领域的热过程,热量传递的三种基本方式,1.,热,、物理与,世界,自然世界由系列,现象,组成,，不同的现象构成了物理世界。,把,某些类似现象归结为同一类研究内容或分类内容，就构成了物理,学科,。,世界,本质,是 “物理”的,。,2.,大学,物理中的热科学,第十二章,气体动理论,12-1,平衡态 理想气体物态方程 热力学第零定律,一、气体的物态参量,;,二、平衡态,;,三、理想气体物态方程,;,四、热力学第零定律,12-2,物质的微观模型 统计规律性,一、分子的线度和分子力,;,二、分子热运动的无序性及统计规律性,12-3,理想气体的压强公式,一、理想气体的微观模型,;,二、理想气体的压强公式,12-4,理想气体分子的平均平动动能与温度的关系,12-5,能量均分定理 理想气体内能,一、自由度,;,二、能量均分定理,;,三、理想气体的内能,12-6,麦克斯韦气体分子速率分布律,一、测定气体分子速率分布的实验,;,二、麦克斯韦气体分子速率分布定律,;,三、三种统计速率,四、关于气体逃逸地球大气层问题和对克劳修斯的质疑,12-7,玻耳兹曼能量分布律 等温气压公式,一、玻耳兹曼能量分布律,;,二、重力场中的等温气压公式,12-8,分子平均碰撞次数和平均自由程,12-9,气体的迁移现象,一、粘滞现象,;,二、,热传导现象,;,三、扩散现象,;,四、三种迁移系数,12-10,实际气体的范德瓦耳斯方程,续,第十三章,热力学基础,13-1,准静态过程 功 热量,一、准静态过程,;,二、功,;,三、热量,13-2,热力学第一定律 内能,13-3,理想气体的等体过程和等压过程 摩尔热容,一、等体过程 摩尔定体热容,;,二、等压过程 摩尔定压热容,;,三、固体热容,;,四、比热容,13-4,理想气体的等温过程和绝热过程 多方过程,一、等温过程,;,二、绝热过程,;,三、绝热线和等温线,;,四、多方过程,13-5,循环过程 卡诺循环,一、循环过程,;,二、热机和致冷机,;,三、卡诺循环,;,13-6,热力学第二定律的表述 卡诺定理,一、热力学第二定律的两种表述,;,二、可逆过程与不可逆过程,;,三、卡诺定理,;,四、能量品质,13-7,熵 熵增加原理,一、熵,;,二、熵变的计算,;,三、熵增加原理,;,四、熵增加原理与热力学第二定律,13-8,热力学第二定律的统计意义,一、玻耳兹曼关系式,熵与热力学概率,;,二、无序度与热力学概率,;,三、自组织现象,;,3.,生活,与工业生产的,热,现象,温度,的感知,;,露水的形成,;,热处理中金属相变,;,化学反应,(,普通化学第一章,化学中的热效应,),热力学,工程热力学,物理化学,热,科学：研究热能、热量及热现象的科学,工程,热力学,传热学,燃烧学,制冷与低温,物理化学,化学热力学,4.,关于,学科的几个定义,热学,：研究自然界中物质与冷热有关的性质及这些性质变化的规律,工程热力学,：研究能量转换的规律以及热能的性质,传热学,：研究热量传递规律的一门科学,.,热量传递的机理、规律、计算和测试方法,燃烧学,：研究燃烧现象和燃烧机理,制冷与低温,：用人工的方法在一定时间和一定空间内将某物体或流体冷却，使其温度降到环境温度以下或很低的温度并保持该温度物理学的几个分支,:,传热学概念,热力学,热,(,能量,),的平衡,传热学,热传递的速率,运动学,动力学,研究,热量传递,规律的一门科学,热量传递的机理、,规律、计算,和测试方法,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,传热学,铁和木头为何摸起来感觉冷热不同？,续,管壳式换热器,家用热水器,地球,-,环境,热传递的重要性,为何多用户家庭要用更大体积的热水器？,因为,需要更多的热水，所以需要更多的热量，所以需要更多的传热量，所以需要更对的换热面积，所以需要更大的体积。,-,热量的传递速率（快慢）,是决定热水器体积的主要因素,。,温室效应？,因为从太阳辐射到地球热量要多于从地球辐射到太空的热量，因此存在净热量吸收，地球被加热。,-,热量传递的光谱特性,。,5.,传热学,的几个特征,研究,热量传递,规律的一门科学,热量传递的机理、规律、计算和测试方法,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,6,.,传热学,与工程热力学的关系,工程热力学：热能的性质、热能与机械能及其他形式能量之间相互转换的,规律。,7,.,油气储运过程的热量传递过程,1.,储罐,加热与保温,2.,埋地管道,的加热输送与保温,3.,联合站,脱除轻烃,脱水,脱盐,4.,换热器,(,蒸发器,冷凝器,.),输送与存储总是涉及到流体介质的,物理性质“，尤其是输运属性,(,密度,粘度,表面张力,).,油气处理过程总是涉及到流体介质,的,“,热性质,”,比热容,蒸气压,溶解度,相变,状态,.,在这些过程中,能量的耗费巨大,例如原油长输成本主要有何构成,?,加热和泵功,(Q*DP),在这些过程中,热历程影响着各种操作,.,Trans-Alaska Pipeline,System,-,热管,8,.,其他领域的热过程,1.,哥伦比亚航天飞机的失事,2.,钢铁连铸过程,3.,蒸汽吞吐采油,4. Google,地图,(,热红外成像,),9,.,热量传递的三种基本方式,-,导热、对流、热辐射,导热,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。,固体,:,晶格振动，自由电子等,气体：分子热运动。,液体：未完全厘清,微观机制,导热的特点,必须有温差；,物体直接接触；,依靠分子、原子及自由电子等,微观粒子热运动,而传递热量；,在,引力场下,单纯的导热只发生在,密实固体,中。,太空中加热食品,?,导热所遵循的自然规律,J.B. Biot & J.B. Fourier,发现：,传递的热量,F,传递的热量,D,t=(t,1,-t,2,),两端的温差,L,长度,A,横截面积,A,B,t,1,t,2,100 ,0 ,F,热流,热传导的,Fourier,定律,考虑到,C,为物性，只取正值,热流量,热流密度,J/s, W,W/m,2,W/m,K,导热系数：,1,维平板？,10.2,对流换热,热对流与对流换热,定义：,流体,中（气体或液体）,温度不同,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，称为,热对流,。,若热对流过程使具有质量流量,G,的流体由温度,t,1,处流至温度,t,2,处，则此热对流过程传递的热流量为：,流体中有温差,热对流必然同时伴随热传导,不是基本传热方式,(,表面,),对流换热,对流换热：,流体,与,固体壁面,间的换热,对流换热与热对流不同，既有热对流，也有导热；,必须有直接接触（流体与壁面）和宏观运动；,必须有温差；,由于流体的粘性和受壁面摩擦阻力影响，紧贴壁面处会形成速度梯度很大的边界层。,对流所遵循的自然规律,-,Newton,冷却定律,Newton,发现：,若换热是一个不随时间发生热变化的稳态过程：,表面换热系数,关于表面换热系数,”h”,的讨论,h,是物性吗？,A,改变吹气的速度大小数值，换热量改变吗？,改变吹气的气体种类，换热量改变吗？,改变固体表面的形状，换热量改变吗？,B,C,水：,空气：,200 1 000 w/m,2,K,20 100 w/m,2,K,简单的公式形式只是把复杂性放在了对流换热系数上。,10.3,热辐射,辐射,热辐射,定义：物体转化本身的,热力学能,向外,发射辐射能,的现象。,辐射换热：物体间,靠热辐射,进行的,热量传递,热辐射,(,和辐射换热,),的特点,所有物体,都具有,辐射能力,;,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,;,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,;,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。,热辐射所遵循的自然规律,- Stefen-Boltzman,定律,实验,发现：,高温物体发射“更多”的热量,？,10,个,100 (373 K),铁块,10,个,3 457 (3 730 K),铁块,哪个更烫？,热辐射的黑度概念,同温度的,黑色表面,铁块和,抛光表面,的铁块热辐射热量相同？,F,是不同的,黑度，发射率,e,=1,绝对,黑体,同温度下，具有最大吸收和辐射能量的物体。,辐射换热量,F,1,F,1,裂解炉,/,管式反应器,顶顶顶顶,1,底部烧嘴,裂解温度,：,ca 850,ca 1150,1500,侧壁烧嘴,Homework,回顾生产实习过程，有哪些你所参观的工艺过程涉及,到,”,显著,”,的热量传递过程；,1,参考下列文献，画,出油气井采出液集输过程的处理工艺,和主要,设备，并说明哪些工艺过程涉及到热量传递。,(,参考文献电子版可到,ftp,下载,),2,宫敬,翁维珑,吴明胜,.,油气集输与储运系统,(,第二版,)M.,北京：中国,石化出版社,. 2006,.,p.7,图,1-1,下周三,(,3,月,21,号,),前作业交到办公室,(,主楼,2204),The End,！,