传热学复习提纲.docx

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传热学复习提纲

第一章绪论

热量传递过程由导热、对流、辐射3三种基本方式组成。

一导热

导热又称热传导，是指温度不同的物体各部分无相对位移或不同温度的各部分直接紧密接触时，依靠物质内部分子、原子及自由电子等微观粒子的热运动而进行热量传递的现象。

1、傅里叶公式

（W）

λ——导热系数，

。

（物理意义：

单位厚度的物体具有单位温度差时，在单位时间内其单位面积上的导热量。

）

2、热流密度

（W/m2）

二热对流

热对流，依靠流体的运动，把热量从一处传递到另一处的现象。

1、对流换热

对流换热：

流体与温度不同的固体壁面接触时所发生的传热过程。

区别

2、牛顿冷却公式

h——对流换热系数，W/（m2·

）。

（物理意义：

流体与壁面的温差为1

时，单位时间通过单位面积传递的热量。

）

三热辐射

物体表面通过电磁波（或光子）来传递热量的过程。

1、特点

辐射能可以通过真空自由地传播而无需任何中间介质。

一切物体只要具有温度（高于0K）就能持续地发射和吸收辐射能。

不仅具有能量传递，还有能量的转换：

热能——电磁波——热能。

2、辐射换热：

依靠辐射进行的热量传递过程。

3、辐射力

物体表面每单位面积在单位时间内对外辐射的全部能量。

（W/m2）

Cb——辐射系数，Cb=5.67W/（m2·K4）。

4、辐射量计算

四传热过程

1、总阻

2、总热流密度

第二章导热问题的数学描述

一基本概念及傅里叶定律

1、基本概念

等温面：

由温度场中同一瞬间温度相同点所组成的面。

等温线：

等温面上的线，一般指等温面与某一平面的交线。

热流线：

处处与等温面（线）垂直的线。

2、傅里叶定律（试验定律）

3、各向热流密度

二导热系数

1、定义式

2、实现机理

气体：

依靠分子热运动和相互碰撞来传递热量。

非导电固体：

通过晶体结构的振动来传递热量。

液体：

依靠不规则的弹性振动传递热量。

3、比较

同种物质：

不同物质：

4、温度线性函数

三导热微分方程及定解条件

1、导热微分方程

拉普拉算子

。

——热扩散率，

。

分子代表导热能力，分母代表容热能力。

（表征物体被加热或冷却时，物体内部温度趋向均匀一致的能力。

）

2、定解条件

1）时间条件

2）边界条件

第一类边界条件：

已知边界上任何时刻的温度分布，即

第二类边界条件：

已知边界上任何时刻的热流密度或温度变化，即

第三类边界条件：

已知任何时刻的边界与周围流体间的表面传热系数h及周围流体温度tf。

第三章稳态导热

一通过平壁的导热

1、第一类边界条件

1）单层平壁（定λ）

2）多层平壁

（稳态时，通过各层的q相等）

2、第三类边界条件

1）单层平壁（定λ）

2）多层平壁

二通过圆筒壁的导热

1、第一类边界条件

1）单层筒壁

2）多层筒壁

2、第三类边界条件

1）单层筒壁

2）多层筒壁

三通过肋壁的导热

1、概念

过于温度：

某点温度与某一定值温度（基准温度）之差。

2、肋片效率计算

第四章非稳态导热

一基本概念

1、变化过程特点

1）温度分布随时间变化

2）热流方向上热流处处不等

2、毕渥数

1）

2）

3）

二无限大平壁的瞬态导热

傅里叶准则

三半无限大物体的瞬态导热

1、概念

半无限大物体：

几何上是指只有一个边界面，从x=0的界面向x正方向及其他2个坐标（y，z）方向无限延伸的物体。

严格意义上的半无限大物体是不存在的，然而，工程上有些物体的导热现象可以看成半无限大物体，比如地面的受热或暴冷向地下的传递过程。

2、渗透厚度

四集总参数法（Bi<0.1）

1、微分方程

2、

五周期性非稳态导热

1、概念

工程上把室外空气与太阳辐射两者对围护结构的共同作用，用一个假想的温度te来衡量，这个te称为室外综合温度。

最大值出现时间逐层推移现象称为时间的延迟。

当深度足够大时，温度波动振幅就衰减到可以忽略不计的程度。

这种深度下的地温就可以认为终年不变，称为等温层。

2、衰减度

3、延迟时间

第五章导热问题数值解法

1、有限差分法

原理：

用有限个离散点（节点）上物理量的集合代替在时间、空间上连续的物理量场，按物理属性建立各节点的代数方程并求解，来获得离散点上被求物理量的集合。

2、内部节点离散方程

3、边界节点离散方程

第六章对流换热的基本方程

一对流换热概述

1、对流换热和热对流的区别

2、影响对流换热的主要因素

1）流态

分为层流和湍流。

Re越大，涡旋扰动越强烈，h就越大

2）流动起因

受迫对流换热：

流体的运动是由水泵、风机、水压头的作用所引起，则产生的热量传递过程。

自然对流换热：

流体的运动是由流体内部的温差产生的密度差所引起的，则产生的热量传递过程。

3）导热系数λ

导热系数大，流体与固体壁面间的导热热阻就小，其以导热方式传递热量的能力就强，因此对流换热强。

4）比热容量ρcP

表示单位体积的流体容纳热量的能力。

ρcP大的流体，单位体积内能够容纳更多的热量，从而以热对流的方式转移热量的能力就更大。

5）动力粘度μ和运动粘度υ

粘度大的物体，容易在壁面上形成更厚的流动边界层，阻碍了流体的流动，且形成了一层热阻，从而减小了传热，因此μ（υ）越大，h越小。

（

）

（

）

6）几何因素

几何因素涉及壁面尺寸、粗糙度、形状及与流体的相对位置，它影响流体在壁面上的流态、速度分布和温度分布，从而对换热产生影响。

7）h是综合因素影响的结果，它的大小反映了对流换热的强弱。

8）定性温度

用以确定参数的这一特征性温度（

）。

9）定型尺寸

对流动和换热有决定性影响的特征尺寸。

管内流动——内径

外掠平板——板长

外掠单圆管——外径

外掠管束——间距

第七章对流换热的求解方法

一边界层分析

1、流动边界层

1）成因

当速度为

的粘性流体掠过壁面时，会在壁面上产生摩擦，从而制动了流体的运动，使靠近壁面的流体速度降低，而直接贴附于壁面的流体实际上将停滞不动。

2）主要特征

流场可划分为边界层区和主流区。

只有在边界层内，流体的粘性才起作用；在主流区可以认为流体是无粘性的理想流体。

边界层极薄，其厚度δ与流动方向的平壁尺寸l相比是极小的。

根据边界层内的流动状态，边界层可分为层流边界层和湍流边界层，而湍流边界层贴壁处仍存在一层极薄的层流底层。

2、热边界层

1）定义

以

为外缘线，该外缘线到壁面间的流体薄层。

2）换热过程分析

热边界层内流体运动的状态对于对流换热起着决定性的影响。

在层流流动的热边界层中，壁面法线方向上的热量传递方式主要是导热；在湍流流动的热边界层中，层流底层的热量传递依靠导热，而湍流核心层，速度脉动引起的对流混合是主要的热量传递方式。

二类比

类比：

比较两个或两类不同的物理现象之间在某些方向的相似性，找出相似或相同点，然后以此为根据，把其中某一现象的有关知识或结论推移到另一对象。

1、普朗特数

对层流：

对湍流：

2、外掠平壁湍流换热

1）当

和

时，层流和湍流服从同一类比方程。

雷诺类比方程

简单雷诺类比率

2）当

时，

柯尔朋类比率

临界距离

（

）

雷诺数

平均换热准则关联式

3、管内湍流受迫流动换热

管内压力降

1）当

时，

当

时，

2）雷诺数

管内流动：

管流临界雷诺数：

4、相似性质

1）彼此相似的现象，它们的同名相似准则必定相等。

2）彼此相似的现象，它们的各物理量场分别相似。

3）彼此相似的现象，必然

数群保持相等。

5、相似准则

1）雷诺准则：

其大小反映了流体的流态。

2）格拉晓夫准则：

表示自然对流对换热的影响。

α——膨胀系数；

Δt——流体与壁面温差；

ν——运动粘度。

3）普朗特准则：

其大小反映了流体的动量传递能力与热量传递能力的相对大小。

4）怒谢尔特准则：

其大小反映对流换热的强弱。

（表征壁面法向无量纲过于温度梯度的大小）

第八章单相流体对流换热

一管内受迫换热

第九章凝结与沸腾

一凝结

1、膜状凝结

如果凝结液能很好地润湿壁面，气、液分界面对壁面形成的边角θ小，则液体润湿能力强，它就在壁面形成一层完整的壁膜，液膜在重力作用下沿壁面向下流动。

机理：

膜状凝结时，蒸汽与壁面间隔着一层液膜，凝结只能在膜的表面进行，汽化潜热则以导热和对流方式通过液膜传递到壁面，处于层流流动的液膜，流动非常缓慢，因此传热方式主要依靠导热。

2、珠状凝结

如果凝结液不能很好地润湿壁面，气、液分界面对壁面形成的边角θ较大，则液体润湿能力弱，它就在壁面形成一颗颗的小液珠。

机理：

珠状凝结时，壁面上除液珠覆盖的部分以外，其余壁面都裸露于蒸汽中。

因此，凝结过程是在蒸汽与液珠表面及蒸汽和裸露的壁面间进行的。

由于液珠的表面积比其所占得壁面积大很多，而且裸露的壁面上无液膜热阻，故珠状凝结具有很高的表面传热系数。

二沸腾

1、定义

当壁温高于液体的饱和温度时，在液体内部产生气泡的现象。

2、分类

1）固体表面沸腾：

气相在固体表面上的个别地方形成。

2）容积沸腾：

气相直接在液体容积中产生。

3、固体表面沸腾

1）过冷沸腾：

加热面上产生的气泡脱离壁面后在液体主流中会被重新凝结成为液体。

2）饱和沸腾：

由于液体具有一定的过热度，加热面上产生的气泡脱离壁面后又不断地收到液体的加热，可自由地穿过液体到达液面，最后逸入气体空间，中途不会在液体中重新凝结。

4、脱离直径

当气泡长大到某一直径时，作用在气泡上的浮升力超过壁面对它的附着力，气泡便脱离壁面向上浮升。

第十章热辐射基本定律

一基本概念

1、本质

由于自身温度或热运动的原因，物体内部电子受到激发，产生交替变化的电场和磁场，发出电磁波像空间传播，则称为热辐射。

2、特点

二基本定律

1、黑体

黑体是一个理想的吸收体，它能吸收来自空间各个方向、各种波长的全部辐射能量。

2、普朗克定律

3、斯蒂芬—波尔兹曼定律

4、兰贝特余弦定律

黑体表面具有漫辐射的特性，且在半球空间各个方向上的辐射强度相等，即

黑体定向辐射力

对漫辐射表面，辐射力是任意方向辐射强度的π倍。

三实际物体的热辐射特性

1、发射率

物体的辐射力与同温度下黑体的辐射力之比。

辐射力

2、吸收率

物体对投射辐射所吸收的百分数。

3、反射率

投射辐射总能量中被反射的能量所占的份额。

4、透射率

投射总能量中被投射的能量所占的份额。

5、灰体：

单色吸收率与波长无关的物体，或者说单色发射率也不随波长而改变。

白体：

物体能全部反射外来射线，不论是镜面反射或漫反射。

透明体：

物体能被外来射线全部投射。

第十一章辐射换热计算

一黑表面间的辐射换热

1、角系数的定义

表示表面发射出的辐射能中直接落到另一表面上的百分数。

2、角系数的性质

1）互换性

2）完整性

3）分解性

3、辐射空间热阻

4、封闭空间诸黑表面间的辐射换热

二灰表面间的辐射换热

1、有效辐射

2、辐射表面热阻

3、组成空腔的两灰表面间的辐射换热

1）无限大平行灰平壁

发射率

2）空腔与内包壁面之间的辐射换热

4、封闭空腔（见书P244-P250）

5、遮热板——（原理：

增加热阻，减小辐射温差。

）

三角系数的确定

1、代数法

四气体辐射

1、辐射特点

a）多原子气体或极性双原子气体具有较强的吸收和发射辐射能力，会对固体表面的辐射换热产生较大影响。

b）气体的辐射和吸收具有明显的选择性。

（固体光谱连续，气体知识某一定波长范围。

）

c）气体的辐射和吸收是在整个气体容积中进行。

（固体的辐射和吸收是在很薄的表面层中进行。

）

第十二章传热

一通过肋壁的传热

1、肋化目的

增大传热面积，从而减小传热总热阻。

2、肋化条件

肋片必须加装在表面传热系数较低的一侧，使加肋后的热阻同另一侧的热阻大小相当，以充分发挥肋的强化传热效果。

二复合换热

1、复合换热

对流换热与辐射换热并存的传热现象。

2、辐射换热密度

3、辐射换热表面传热系数

4、复合换热热流密度