高等传热学ppt课件(2024)

2024/1/27
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黑体辐射特性及计算
01
黑体定义
能够吸收所有波长的辐射能的物 体。
02
黑体辐射特性
03
黑体辐射计算
黑体辐射力随温度升高而迅速增 加，黑体辐射光谱连续且分布广 泛。
利用普朗克定律计算黑体的单色 辐出度，利用斯特藩-玻尔兹曼 定律计算黑体的全波长辐出度。
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实际物体辐射特性及计算
自然对流
由于温度梯度引起的密度差异而产生的流动 。
强制对流
由外部力（如风扇、泵等）驱动流体流动。
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混合对流
自然对流和强制对流同时存在的对流现象。
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对流换热微分方程组及定解条件
连续性方程
表示质量守恒的方程。
动量方程
表示动量守恒的方程，即Navier-Stokes方程。
能量方程
表示能量守恒的方程，即传热方程。
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新能源领域中的传热问题
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太阳能利用中的传热问题
01
研究太阳能集热器、太阳能电池等设备的传热特性和优化方法
，提高太阳能利用效率。
燃料电池中的传热传质问题
02
分析燃料电池内部热量和质量的传递过程，探讨提高燃料电池
性能和寿命的方法。
地热能利用中的传热技术
03
探讨地热能提取、输送和利用过程中的传热技术，如地热换热
传热过程强化的方
法
详细阐述各种传热过程强化方法 ，如采用涡流发生器、添加纳米 颗粒、采用微通道技术等，并分 析其强化传热机理和效果。
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传热设备性能评价与优化
传热设备性能评价指标
介绍评价传热设备性能的主要指标，如传热系数、热阻、压降等，并分析其对设备性能
的影响。
传热设备性能优化方法
阐述传热设备性能优化的主要方法，包括结构优化、参数优化、控制优化等，并分析其 在提高设备性能方面的作用。
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传热设备性能实验与测试
介绍传热设备性能实验与测试的方法和技术，包括实验原理、实验装置、测试方法等， 并分析实验数据以验证优化方法的有效性。
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06
高等传热学应用领域探讨
Chapter
高等传热学ppt课件
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1
目录
2024/1/27
• 传热学基本概念与原理 • 导热过程分析与计算 • 对流换热过程分析与计算 • 辐射换热过程分析与计算 • 传热过程综合分析与优化 • 高等传热学应用领域探讨
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01
传热学基本概念与原理
Chapter
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热量传递方式
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热力学第二定律
不可能把热从低温物体传到高温物体而不产生其 他影响，或不可能从单一热源取热使之完全转换 为有用的功而不产生其他影响，或不可逆热力过 程中熵的微增量总是大于零。
傅里叶定律
在导热现象中，单位时间内通过给定截面的热量 ，正比例于垂直于该截面方向上的温度变化率和 截面面积，而热量传递的方向则与温度升高的方 向相反。
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生物医学工程中传热应用
生物组织传热特性
研究生物组织在不同条件下的传热特 性，如温度、血流速度等对组织传热
的影响。
医学诊断和治疗
探讨传热学在医学领域的应用，如热 疗、热成像、热诊断等技术的原理和
方法。
生物医学器械热管理
分析生物医学器械如超声刀、激光手 术器等在工作过程中的热问题，提出
相应的热设计和管理策略。
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微尺度传热现象研究
微尺度传热机制
探讨在微米和纳米尺度下，热传导、热对流 和热辐射等传热机制的特点和规律。
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微尺度效应
分析微尺度下，表面积与体积比增大、热边界层变 薄等效应对传热过程的影响。
微纳器件热管理
研究微纳电子器件、MEMS器件等的热设计 、热分析和热控制方法，以提高器件性能和 可靠性。
定解条件
包括初始条件和边界条件，用于确定微分方程的解。
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边界层理论及应用
描述边界层内流体流动和传热过 程的简化方程组。
边界层理论在航空航天、能源动 力、化工等领域有广泛应用，如 飞行器表面流动与传热、燃烧室 内流动与传热等。
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边界层概念 边界层方程 边界层分离 应用举例
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02
导热过程分析与计算
Chapter
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导热微分方程及定解条件
01
导热微分方程
描述导热物体内部温 度分布与时间和空间 关系的偏微分方程。
02
定解条件
包括初始条件和边界 条件，用于确定导热 微分方程的解。
03
初始条件
给出物体在初始时刻 的温度分布。
04
边界条件
描述物体边界上的温 度或热流密度等条件 。
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05
传热过程综合分析9
复合换热过程分析
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复合换热过程的定义与分类
阐述复合换热过程的基本概念，包括其定义、分类以及在实际工程 中的应用。
复合换热过程的数学模型
建立复合换热过程的数学模型，包括热传导、对流换热和辐射换热 的综合效应，以及不同换热方式之间的耦合关系。
1 2
热传导
物体内部或相互接触的物体之间，由于分子、原 子及自由电子等微观粒子的热运动而产生的热量 传递现象。
热对流
流体中质点发生相对位移而引起的热量传递过程 。
3
热辐射
物体通过电磁波传递能量的方式。
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4
传热过程及机理
2024/1/27
传热过程
热量从高温物体传向低温物体的过程 ，包括热传导、热对流和热辐射三种 基本方式。
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一维稳态导热问题求解
一维稳态导热
物体内部温度分布不随时间变化，且仅沿一个方向传 递热量。
求解方法
通过求解导热微分方程，结合给定的定解条件，得到 物体内部的温度分布。
应用举例
求解平板、圆柱和球体等一维形状物体在稳态导热下 的温度分布。
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多维稳态导热问题求解
多维稳态导热
复合换热过程的数值模拟
采用数值模拟方法，对复合换热过程进行仿真分析，揭示其温度场 、流场和传热特性的变化规律。
20
传热过程强化途径与方法
传热过程强化的意
义
阐述传热过程强化的重要性，包 括提高能源利用效率、改善设备 性能、降低能源消耗等方面的意 义。
传热过程强化的途
径
介绍传热过程强化的主要途径， 包括改变流体物性、增加传热面 积、提高传热温差、采用高效传 热元件等。
传热机理
热量传递的微观机制，包括分子热运 动、微观粒子间的相互作用以及电磁 波的发射与吸收等。
5
传热学基本定律
热力学第一定律
热量可以从一个物体传递到另一个物体，也可以 与机械能或其他能量互相转换，但是在转换过程 中，能量的总值保持不变。
牛顿冷却定律
当物体表面与周围存在温度差时，单位时间从单 位面积散失的热量与温度差成正比。
物体内部温度分布不随时间变化，但热量在多 个方向上传递。
求解方法
通过求解多维导热微分方程，结合给定的定解 条件，得到物体内部的温度分布。
2024/1/27
应用举例
求解复杂形状物体、多层材料组成的复合结构等在稳态导热下的温度分布。
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03
对流换热过程分析与计算
Chapter
2024/1/27
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对流换热现象及分类
器设计、地热系统优化等。
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THANKS
感谢观看
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2024/1/27
实际物体与黑体的差异
实际物体不能吸收所有波长的辐射能，其辐射特性与表面 状况、温度等因素有关。
实际物体辐射特性
实际物体的辐射力小于同温度下的黑体，光谱分布也不连 续。
实际物体辐射计算
利用基尔霍夫定律计算实际物体的单色发射率，进而计算 其单色辐出度和全波长辐出度。同时，需要考虑实际物体 的反射、透射等因素对辐射换热的影响。
在固体壁面附近，流体的速度和 温度发生剧烈变化的薄层区域。
当流体沿曲面流动时，由于逆压 梯度的作用，边界层可能从壁面 分离，形成流动分离现象。
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04
辐射换热过程分析与计算
Chapter
2024/1/27
15
热辐射基本概念及定律
热辐射定义
物体由于具有温度而辐射电磁波的现象。
热辐射基本定律
基尔霍夫定律、普朗克定律、维恩位移定律、斯特藩-玻尔兹曼定律。