华电传热复习.docx

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华电传热复习

一、名词解释

1．热流量：

单位时间内所传递的热量

2．热流密度：

单位传热面上的热流量

3．导热：

当物体内有温度差或两个不同温度的物体接触时，在物体各部分之间不发生相对位移的情况下，物质微粒（分子、原子或自由电子）的热运动传递了热量，这种现象被称为热传导，简称导热。

4．对流传热：

流体流过固体壁时的热传递过程，就是热对流和导热联合用的热量传递过程，称为表面对流传热，简称对流传热。

5．辐射传热：

物体不断向周围空间发出热辐射能，并被周围物体吸收。

同时，物体也不断接收周围物体辐射给它的热能。

这样，物体发出和接收过程的综合结果产生了物体间通过热辐射而进行的热量传递，称为表面辐射传热，简称辐射传热。

6．总传热过程：

热量从温度较高的流体经过固体壁传递给另一侧温度较低流体的过程，称为总传热过程，简称传热过程。

7．对流传热系数：

单位时间内单位传热面当流体温度与壁面温度差为1K是的对流传热量，单位为W／（m2·K）。

对流传热系数表示对流传热能力的大小。

8．辐射传热系数：

单位时间内单位传热面当流体温度与壁面温度差为1K是的辐射传热量，单位为W／（m2·K）。

辐射传热系数表示辐射传热能力的大小。

9．复合传热系数：

单位时间内单位传热面当流体温度与壁面温度差为1K是的复合传热量，单位为W／（m2·K）。

复合传热系数表示复合传热能力的大小。

10．总传热系数：

总传热过程中热量传递能力的大小。

数值上表示传热温差为1K时，单位传热面积在单位时间内的传热量。

11．温度场：

某一瞬间物体内各点温度分布的总称。

一般来说，它是空间坐标和时间坐标的函数。

12．等温面（线）：

由物体内温度相同的点所连成的面（或线）。

13．温度梯度：

在等温面法线方向上最大温度变化率。

14．热导率：

物性参数，热流密度矢量与温度降度的比值，数值上等于1K／m的温度梯度作用下产生的热流密度。

热导率是材料固有的热物理性质，表示物质导热能力的大小。

15．导温系数：

材料传播温度变化能力大小的指标。

16．稳态导热：

物体中各点温度不随时间而改变的导热过程。

17．非稳态导热：

物体中各点温度随时间而改变的导热过程。

18．傅里叶定律：

在各向同性均质的导热物体中，通过某导热面积的热流密度正比于该导热面法向温度变化率。

19．保温（隔热）材料：

λ≤0.12W/（m·K）（平均温度不高于350℃时）的材料。

20．肋效率：

肋片实际散热量与肋片最大可能散热量之比。

21接触热阻：

材料表面由于存在一定的粗糙度使相接触的表面之间存在间隙，给导热过程带来额外热阻。

22．定解条件（单值性条件）：

使微分方程获得适合某一特定问题解的附加条件，包括初始条件和边界条件。

23速度边界层：

在流场中壁面附近流速发生急剧变化的薄层。

24温度边界层：

在流体温度场中壁面附近温度发生急剧变化的薄层。

25定性温度：

确定换热过程中流体物性的温度。

26特征尺度：

对于对流传热起决定作用的几何尺寸。

27相似准则（如Nu,Re,Pr,Gr,Ra）：

由几个变量组成的无量纲的组合量。

28强迫对流传热：

由于机械（泵或风机等）的作用或其它压差而引起的相对运动。

29自然对流传热：

流体各部分之间由于密度差而引起的相对运动。

30大空间自然对流传热：

传热面上边界层的形成和发展不受周围物体的干扰时的自然对流传热。

31珠状凝结：

当凝结液不能润湿壁面（θ>90˚）时，凝结液在壁面上形成许多液滴，而不形成连续的液膜。

32膜状凝结：

当液体能润湿壁面时，凝结液和壁面的润湿角（液体与壁面交界处的切面经液体到壁面的交角）θ<90˚，凝结液在壁面上形成一层完整的液膜。

33核态沸腾：

在加热面上产生汽泡，换热温差小，且产生汽泡的速度小于汽泡脱离加热表面的速度，汽泡的剧烈扰动使表面传热系数和热流密度都急剧增加。

34膜态沸腾：

在加热表面上形成稳定的汽膜层，相变过程不是发生在壁面上，而是汽液界面上，但由于蒸汽的导热系数远小于液体的导热系数，因此表面传热系数大大下降。

35．热辐射：

由于物体内部微观粒子的热运动状态改变，而将部分内能转换成电磁波的能量发射出去的过程。

36．吸收比：

投射到物体表面的热辐射中被物体所吸收的比例。

37．反射比：

投射到物体表面的热辐射中被物体表面所反射的比例。

38．穿透比：

投射到物体表面的热辐射中穿透物体的比例。

39．黑体：

吸收比α=1的物体。

40．白体：

反射比ρ=l的物体（漫射表面）

41．透明体：

透射比τ=1的物体

42．灰体：

光谱吸收比与波长无关的理想物体。

43．黑度：

实际物体的辐射力与同温度下黑体辐射力的比值，即物体发射能力接近黑体的程度。

44．辐射力：

单位时间内物体的单位辐射面积向外界（半球空间）发射的全部波长的辐射能。

45．漫反射表面：

如果不论外界辐射是以一束射线沿某一方向投入还是从整个半球空间均匀投入，物体表面在半球空间范围内各方向上都有均匀的反射辐射度Lr，则该表面称为漫反射表面。

46．角系数：

从表面1发出的辐射能直接落到表面2上的百分数。

47．有效辐射：

单位时间内从单位面积离开的总辐射能，即发射辐射和反射辐射之和。

48．投入辐射：

单位时间内投射到单位面积上的总辐射能。

49．定向辐射度：

单位时间内，单位可见辐射面积在某一方向p的单位立体角内所发出的总辐射能（发射辐射和反射辐射），称为在该方向的定向辐射度。

50．漫射表面：

如该表面既是漫发射表面，又是漫反射表面，则该表面称为漫射表面。

51．定向辐射力：

单位辐射面积在单位时间内向某一方向单位立体角内发射的辐射能。

52．表面辐射热阻：

由表面的辐射特性所引起的热阻。

53．遮热板：

在两个辐射传热表面之间插入一块或多块薄板以削弱辐射传热。

54．重辐射面：

辐射传热系统中表面温度未定而净辐射传热量为零的表面。

55.传热过程:

热量从高温流体通过壁面传向低温流体的总过程.

56.复合传热:

对流传热与辐射传热同时存在的传热过程.

57.污垢系数:

单位面积的污垢热阻.

58肋化系数:

肋侧表面面积与光壁侧表面积之比.

59顺流:

两种流体平行流动且方向相同

60逆流:

两种流体平行流动且方向相反

61．效能:

换热器实际传热的热流量与最大可能传热的热流量之比.

62．传热单元数:

传热温差为1K时的热流量与热容量小的流体温度变化1K所吸收或放出的热流量之比.它反映了换热器的初投资和运行费用,是一个换热器的综合经济技术指标.

63．临界热绝缘直径:

对应于最小总热阻（或最大传热量）的保温层外径.

思考题

1．试用简练的语言说明导热、对流换热及辐射换热三种热传递方式之间的联系和区别。

答：

导热和对流的区别在于：

物体内部依靠微观粒子的热运动而产生的热量传递现象，称为导热；对流则是流体各部分之间发生宏观相对位移及冷热流体的相互掺混。

联系是：

在发生对流换热的同时必然伴生有导热。

导热、对流这两种热量传递方式，只有在物质存在的条件下才能实现，而辐射可以在真空中传播，辐射换热时不仅有能

量的转移还伴有能量形式的转换。

2．以热流密度表示的傅立叶定律、牛顿冷却公式及斯忒藩－玻耳兹曼定律是应当熟记的传热学公式。

试写出这三个公式并说明其中每一个符号及其意义。

答：

①傅立叶定律：

，其中，－热流密度；－导热系数；－沿x方向的温度变化率，“－”表示热量传递的方向是沿着温度降低的方向。

②牛顿冷却公式：

，其中，－热流密度；－表面传热系数；－固体表面温度；－流体的温度。

③斯忒藩－玻耳兹曼定律：

，其中，－热流密度；－斯忒藩－玻耳兹曼常数；－辐射物体的热力学温度。

3．导热系数、表面传热系数及传热系数的单位各是什么？

哪些是物性参数，哪些与过程有关？

答：

①导热系数的单位是：

W/（m.K）；②表面传热系数的单位是：

W/（m2.K）；③传热系数的单位是：

W/（m2.K）。

这三个参数中，只有导热系数是物性参数，其它均与过程有关。

4．当热量从壁面一侧的流体穿过壁面传给另一侧的流体时，冷、热流体之间的换热量可以通过其中任何一个环节来计算（过程是稳态的），但本章中又引入了传热方程式，并说它是“换热器热工计算的基本公式”。

试分析引入传热方程式的工程实用意义。

答：

因为在许多工业换热设备中，进行热量交换的冷、热流体也常处于固体壁面的两侧，是工程技术中经常遇到的一种典型热量传递过程。

5．用铝制的水壶烧开水时，尽管炉火很旺，但水壶仍然安然无恙。

而一旦壶内的水烧干后，水壶很快就烧坏。

试从传热学的观点分析这一现象。

答：

当壶内有水时，可以对壶底进行很好的冷却（水对壶底的对流换热系数大），壶底的热量被很快传走而不至于温度升得很高；当没有水时，和壶底发生对流换热的是气体，因为气体发生对流换热的表面换热系数小，壶底的热量不能很快被传走，故此壶底升温很快，容易被烧坏。

6．用一只手握住盛有热水的杯子，另一只手用筷子快速搅拌热水，握杯子的手会显著地感到热。

试分析其原因。

答：

当没有搅拌时，杯内的水的流速几乎为零，杯内的水和杯壁之间为自然对流换热，自热对流换热的表面传热系数小，当快速搅拌时，杯内的水和杯壁之间为强制对流换热，表面传热系数大，热水有更多的热量被传递到杯壁的外侧，因此会显著地感觉到热。

7．什么是串联热阻叠加原则，它在什么前提下成立？

以固体中的导热为例，试讨论有哪些情况可能使热量传递方向上不同截面的热流量不相等。

答：

在一个串联的热量传递过程中，如果通过每个环节的热流量都相同，则各串联环节的总热阻等于各串联环节热阻的和。

例如：

三块无限大平板叠加构成的平壁。

例如通过圆筒壁，对于各个传热环节的传热面积不相等，可能造成热量传递方向上不同截面的热流量不相等。

8.有两个外形相同的保温杯A与B，注入同样温度、同样体积的热水后不久，A杯的外表面就可以感觉到热，而B杯的外表面则感觉不到温度的变化，试问哪个保温杯的质量较好？

　　答：

Ｂ：

杯子的保温质量好。

因为保温好的杯子热量从杯子内部传出的热量少，经外部散热以后，温度变化很小，因此几乎感觉不到热。

第二章

思考题

1试写出导热傅里叶定律的一般形式，并说明其中各个符号的意义。

答：

傅立叶定律的一般形式为：

，其中：

为空间某点的温度梯度；是通过该点的等温线上的法向单位矢量，指向温度升高的方向；为该处的热流密度矢量。

2已知导热物体中某点在x,y,z三个方向上的热流密度分别为及，如何获得该点的热密度矢量？

答：

，其中分别为三个方向的单位矢量量。

3试说明得出导热微分方程所依据的基本定律。

答：

导热微分方程式所依据的基本定律有：

傅立叶定律和能量守恒定律。

4试分别用数学语言将传热学术语说明导热问题三种类型的边界条件。

答：

①第一类边界条件：

②第二类边界条件：

③第三类边界条件：

5试说明串联热阻叠加原则的内容及其使用条件。

答：

在一个串联的热量传递过程中，如果通过每个环节的热流量都相同，则各串联环节的总热阻等于各串联环节热阻的和。

使用条件是对于各个传热环节的传热面积必须相等。

7.通过圆筒壁的导热量仅与内、外半径之比有关而与半径的绝对值无关，而通过球壳的导热量计算式却与半径的绝对值有关，怎样理解？

　　答：

因为通过圆筒壁的导热热阻仅和圆筒壁的内外半径比值有关，而通过球壳的导热热阻却和球壳的绝对直径有关，所以绝对半径不同时，导热量不一样。

6发生在一个短圆柱中的导热问题，在下列哪些情形下可以按一维问题来处理？

答：

当采用圆柱坐标系，沿半径方向的导热就可以按一维问题来处理。

8扩展表面中的导热问题可以按一维问题来处理的条件是什么？

有人认为，只要扩展表面细长，就可按一维问题来处理，你同意这种观点吗？

答：

只要满足等截面的直肋，就可按一维问题来处理。

不同意，因为当扩展表面的截面不均时，不同截面上的热流密度不均匀，不可看作一维问题。

9肋片高度增加引起两种效果：

肋效率下降及散热表面积增加。

因而有人认为，随着肋片高度的增加