热辐射计算公式.docx
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热辐射计算公式
传热学课程自学辅导资料
（热动专业）
二○○八年十月
传热学课程自学进度表
教材：
《传热学》教材编者：
杨世铭陶文铨出版社：
高教出版时间：
2006
周次
学习内容
习题作业
测验作业
学时
自学重点、难点、基本要求
1
热量传递的三种基本方式；传热过程和传热系数；传热学的发展史
教材后作业
1－7,1-13,1-24,
1-32,
6
（一）导热
重点：
传热过程；平壁、圆筒壁、肋片稳态导热；集总参数法。
难点：
多层平壁、圆筒壁导热；导热微分方程式；集总参数法。
基本要求：
掌握多层平壁、圆筒壁计算方法；掌握集总参数法的思想及使用条件。
（二）对流换热
重点：
边界层理论；内部流动强制对流换热实验关联式；凝结换热现象；沸腾换热现象
难点：
对流换热问题的数学描写；相似理论；膜状凝结分析解及实验关联式。
基本要求：
掌握边界层理论基本内容；掌握内部流动强制对流换热实验关联式的使用；掌握凝结换热、沸腾换热的基本概念。
（三）辐射换热
重点：
热辐射的基本概念；黑体辐射的基本定律；实际固体和液体的辐射特性；实际物体的吸收比与辐射特性；角系数的定义、性质及计算；被透射介质隔开的两固体表面间的辐射换热；
难点：
黑体辐射的基本定律；角系数的定义、性质及计算；被透射介质隔开的两固体表面间的辐射换热。
基本要求：
掌握角系数的定义、性质及计算；掌握被投射介质隔开的两固体表面间的辐射换热。
（四）传热过程和换热器
重点：
平均温差；换热器的热计算。
难点：
平均温差；换热器的热计算。
基本要求：
掌握对数平均温差及换热器的热计算。
2
导热基本定律及稳态导热；导热基本定律；导热微分方程及定解条件
教材后作业
3
通过平壁、圆筒壁、的稳态导热
教材后作业
2-4,2-12,2-14,
2-15,2-17
10
4
通过肋片的稳态导热
教材后作业
2-53,2-55
4
5
非稳态导热的基本概念；集总参数法的简化分析
教材后作业
3-7,3-10
4
6
二维及三维非稳态导热问题的求解；半无限大物体的非稳态导热
教材后作业
7
导热问题数值求解的基本思想及内节点离散方程的建立
教材后作业
4－10
2
8
对流换热概说；对流换热问题的数学描写
教材后作业
9
对流换热的边界层微分方程组；相似原理及量纲分析
教材后作业
6-1,6-6
4
10
内部流动强制对流换热实验关联式
教材后作业
6-8,6-10,6-14
6
11
外部流动强制对流换热实验关联式
教材后作业
6-33,6-37
4
12
自然对流换热及实验关联式
教材后作业
6-52
2
13
凝结换热现象；膜状凝结分析解及实验关联式；影响膜状凝结的因素
教材后作业
7-5
2
14
沸腾换热现象；沸腾换热计算式；影响沸腾换热的因素
教材后作业
7-26
2
15
热辐射的基本概念；黑体辐射的基本定律
教材后作业
16
实际固体和液体的辐射特性；实际物体的吸收比与辐射特性
教材后作业
8-15,8-16
4
17
角系数的定义、性质及计算；被透射介质隔开的两固体表面间的辐射换热；多表面系统的辐射换热计算
教材后作业
9-6,9-29,9-30,9-45
8
18
辐射换热的强化与削弱；气体辐射
教材后作业
19
传热过程的分析和计算；换热器的类型及平均温差
教材后作业
10-9
2
20
换热器的热计算；传热的强化和隔热保温技术
教材后作业
10-13,10-18,10-20
6
注：
期中（第10周左右）将前半部分测验作业寄给班主任，期末面授时将后半部分测验作业直接交给任课教师。
总成绩中，作业占15分。
传热学课程自学指导书
第一章绪论
一、本章的核心、重点及前后联系
（一）本章的核心
1、导热、对流、辐射的基本概念。
2、传热过程传热量的计算。
（二）本章重点
1、导热、对流、辐射的基本概念。
2、传热过程传热量的计算。
（三）本章前后联系
简要介绍了热量传递的三种基本方式和传热过程
二、本章的基本概念、难点及学习方法指导
（一）本章的基本概念
1、热传导
导热（HeatConduction）：
物体各部分之间不发生相对位移时，依靠分子、原子及自由电子等微观粒子的热运动而产生的热量传递称为导热。
特点：
从宏观的现象看，是因物体直接接触，能量从高温部分传递到低温部分，中间没有明显的物质迁移。
从微观角度分析物体的导热机理：
气体：
气体分子不规则运动时相互碰撞的结果。
导电固体：
自由电子不规则运动相互碰撞的结果，自由电子的运动对其导热起主导作用。
非导电固体：
通过晶格结构振动所产生的弹性波来实现热量传递，即院子、分子在其平衡位置振动。
液体：
第一种观点类似于气体，只是复杂些，因液体分子的间距较近，分子间的作用力对碰撞的影响比气体大；第二种观点类似于非导电固体，主要依靠弹性波（晶格的振动，原子、分子在其平衡位置附近的振动产生的）的作用。
热流量：
单位时间传递的热量称为热流量，用Ф表示，单位为W。
热流密度：
单位时间通过单位面积的热流量称为热流密度，用q表示，单位为W/m2。
2、热对流
热对流：
是指由于流体的宏观运动使物体不同的流体相对位移而产生的热量传递现象。
特点：
只能发生在流体中；必然伴随有微观粒子热运动产生的导热。
对流换热：
流体与固体表面之间的热量传递。
3、热辐射
辐射：
是指物体受到某种因素的激发而向外发射辐射能的现象。
热辐射：
由于物体内部微观粒子的热运动（或者说由于物体自身的温度）而使物体向外发射辐射能的现象。
辐射换热：
当物体之间存在温差时，以热辐射的方式进行能量交换的结果使高温物体失去热量，低温物体获得热量，这种热量传递称为辐射换热。
4、传热过程简介
传热过程：
热量由壁面一侧的流体通过壁面传到另一侧流体中去的过程称传热过程。
（二）本章难点及学习方法指导
本章对热量传递的三种基本方式及传热过程的基础知识做了简单的介绍，相对来说无太大的难度。
三、典型例题分析
四、思考题、习题及习题解答
（一）思考题、习题
1－7,1-13,1-24,1-32,
（二）习题解答（只解答难题）
（略）
第二章导热基本定律及稳态导热
一、本章的核心、重点及前后联系
（一）本章的核心
1、掌握导热的基本概念及导热基本定律；
2、了解导热系数的影响因素；
3、掌握平壁、圆筒壁稳态导热的求解方法。
4、了解等截面直肋稳态导热时，在端部绝热的边界条件下肋片内温度场及肋片散热量的推导；
5、掌握等截面直肋散热量的计算及矩形、三角形等非等截面肋片的求解方法；
（二）本章重点
1、导热的基本概念。
2、平壁、圆筒壁稳态导热的求解方法。
3、等截面直肋稳态导热的理论推导过程。
4、实际应用中肋片散热量的求解方法。
（三）本章前后联系
对第一章中导热问题进行了具体深入的分析
二、本章的基本概念、难点及学习方法指导
（一）本章的基本概念
1、温度场：
温度场是指在各个时刻物体内各点温度分布的总称。
2、等温面与等温线：
在同一时刻，温度场中温度相同的点所连成的线或面称为等温线或等温面。
3、温度梯度：
在温度场中，温度沿某一方向的变化在数学上可以用该方向上的温度变化率（即偏导数）来表示。
4、导热基本定律：
5、热导率：
热导率是物质的重要热物性参数，表示该物质导热能力的大小。
6、肋效率：
肋片的实际散热量与假设整个肋片都具有肋基温度时的理想散热量0之比
（二）本章难点及学习方法指导
1、理解和掌握导热的基本定律——傅立叶定律；
2、多层平壁、圆筒壁稳态导热的求解方法。
3、等截面直肋稳态导热的理论推导过程。
三、典型例题分析
例2－1一锅炉墙采用密度为300kg/m3的水泥珍珠岩制作，壁厚
。
已知内壁温度
℃，外壁温度
℃，试求每平方米炉墙每小时的热损失。
解为求平均导热系数
，先算出材料的平均温度
℃
对密度为300kg/m3的水泥珍珠岩制品，从附录7查得
代入公式
得
讨论：
对水泥珍珠岩这类在一定的温度范围内导热系数与温度成线性关系的材料，工厂提供的导热系数计算中
都是指计算范围内的平均值，使用时要注意其最高的允许使用温度。
例2－2为了减少热损失和保证安全工作条件，在外径为133mm的蒸汽管道外覆盖保温层。
蒸汽管外壁温度为400℃。
按电厂安全操作规定，保温材料外侧温度不得超过50℃。
如果采用水泥珍珠岩制品作保温材料，并把每米长管道的热损失
控制在465W/m之下，问保温层厚度应为多少毫米？
解为确定导热系数值，先算出保温材料的平均值
℃
从附录7查得导热系数为
因为
是已知的，要确定保温层厚度
，须先求得
，
于是
保温层厚度为
例2－3为了强化换热，在外径为25mm的管子上装有铝制矩形剖面的环肋，肋高H＝15mm，厚
。
肋基温度为170℃，周围流体温度为25℃。
设铝的导热系数
，肋面的表面传热系数
，试计算每片肋的散热量。
解此题可利用效率曲线图求解。
所需参数如下：
从图中查得
如果整个肋面处于肋基温度，一个肋片两面的散热量为
每个肋片的实际散热量
为
与肋效率
的乘积，即
四、思考题、习题及习题解答
（一）思考题、习题
2-4,2-12,2-14,2-15,2-17,2-53,2-55
（二）习题解答（只解答难题）
（略）
第三章非稳态导热
一、本章的核心、重点及前后联系
（一）本章的核心
1、了解无限大平壁非稳态导热分析解结果及非稳态导热特点；
2、掌握傅里叶数、毕渥数的定义式及物理意义；
3、掌握非稳态导热的简化分析方法——集总参数法。
（二）本章重点
集总参数法。
（三）本章前后联系
是第二章内容的延续
二、本章的基本概念、难点及学习方法指导
（一）本章的基本概念
1、非稳态导热
2、傅里叶数Fo
3、毕渥数Bi
4、非稳态导热问题的集总参数法
（二）本章难点及学习方法指导
集总参数法理论推导过程
三、典型例题分析
四、思考题、习题及习题解答
（一）思考题、习题
3-7,3-10
（二）习题解答（只解答难题）
（略）
第四章导热问题的数值解法
一、本章的核心、重点及前后联系
（一）本章的核心
了解导热问题数值解法的指导思想，利用泰勒级数展开建立非稳态导热节点方程的方法；
熟悉非稳态导热问题数值求解的基本思想及求解步骤，显式稳定性的判定方法；
掌握有限差分法的基本原理、节点温度差分方程的建立方法、节点温度差分方程组的求解方法及非稳态导热问题的数值解法，利用热平衡方法建立非稳态导热物体节点的离散方程。
（二）本章重点
非稳态导热问题数值求解的基本思想；
利用热平衡法和泰勒级数展开法建立节点的离散方程的方法
（三）本章前后联系
求解传热问题的基本方法之一
二、本章的基本概念、难点及学习方法指导
（一）本章的基本概念
1、内节点：
位于计算区域内部的节点，称内节点；
2、差分格式：
差商中的差分可以用向前、向后、中心差分表示的格式。
（二）本章难点及学习方法指导
非稳态导热问题网格划分，利用热平衡建立非稳态导热物体内部及各种边界的节点方程。
数值解法的实质；非稳态导热问题的两种差分格式及其稳定性。
三、典型例题分析
1、P173例4－2
四、思考题、习题及习题解答
（一）思考题、习题
4－10
（二）习题解答（只解答难题）
（略）
第五章对流换热的理论基础
一、本章的核心、重点及前后联系
（一）本章的核心
1.掌握牛顿冷却公式的物理意义及其中物理参数的表述方法。
2.掌握对流换热的影响因素，了解对流换热的分类和主要研究方法。
（二）本章重点
1.对流换热的影响因素。
2.能量微分方程的推导。
（三）本章前后联系
热量传递的第二种方式
二、本章的基本概念、难点及学习方法指导
（一）本章的基本概念
牛顿冷却公式、边界层理论的基本内容
（二）本章难点及学习方法指导
对流换热的动量积分方程和能量积分方程的推导及对流换热问题的边界层积分求解方法。
三、典型例题分析
四、思考题、习题及习题解答
（一）思考题、习题
（二）习题解答（只解答难题）
（略）
第六章单相对流传热的实验关联式
一、本章的核心、重点及前后联系
（一）本章的核心
1.掌握管内强制对流换热入口段和充分发展段的物理含义和特征。
2.了解管内强制对流换热特征数关联式。
3.了解外部流动强制对流换热特征数关联式
4掌握惯性力项、浮升力项、粘性力项的物理意义。
5掌握描述自然对流换热的无量纲准则数及其物理意义。
6.会利用实验关联式计算各类自然对流和混合对流问题。
（二）本章重点
1.管内强制对流换热入口段和充分发展段流场和温度场变化规律、局部换热系数的变化规律。
2.管内强制对流层流和湍流换热实验关联式。
3.外掠平板的强制对流换热特点及实验关联式。
4.横掠单管及管束的强制对流换热特点及实验关联式。
5.自然对流换热数学模型及其与强制对流换热数学模型的区别。
6.自然对流、强制对流、混合对流的划分依据。
二、本章的基本概念、难点及学习方法指导
（一）本章的基本概念
相似原理、管内强制对流换热入口段和充分发展段、自然对流
（二）本章难点及学习方法指导
1.横掠单管的流动边界层脱体规律。
2.相似原理的主要内容。
三、典型例题分析
例6－1
四、思考题、习题及习题解答
（一）思考题、习题
6-1,6-66-8,6-10,6-146-33,6-376-52
（二）习题解答（只解答难题）
略。
第七章凝结与沸腾换热
一、本章的核心、重点及前后联系
（一）本章的核心
1、掌握凝结换热的概念及了解凝结换热的特征数关联式；
2、掌握凝结换热的影响因素。
3、掌握沸腾换热的特点及规律；
4、掌握核态沸腾换热的主要影响因素；
（二）本章重点
1、凝结换热的概念及凝结换热的影响因素。
2、沸腾换热的特点及规律。
3、核态沸腾换热的主要影响因素。
（三）本章前后联系
相变对流换热的分析与计算方法
二、本章的基本概念、难点及学习方法指导
（一）本章的基本概念
珠状凝结：
当蒸汽与低于饱和温度的壁面接触时，当凝结液体不能很好的润湿壁面，凝结液体在壁面上形成一个个的小液珠，这种凝结形式称为珠状凝结。
膜状凝结：
当蒸汽与低于饱和温度的壁面接触时，如果凝结液体能很好的润湿壁面，它就在壁面上铺展成膜，这种凝结形式称为膜状凝结。
沸腾现象：
液体温度超过相应压力下的饱和温度时所发生的汽化现象，伴随大量汽泡产生。
均相沸腾：
因压力突降发生的沸腾现象（闪蒸），不存在加热面。
非均相沸腾：
因表面加热产生的沸腾现象。
大容器沸腾（池沸腾）、强迫流动沸腾（管内沸腾）
饱和沸腾、过冷沸腾
大容器饱和沸腾的特点：
加热表面上有汽泡生成，随着汽泡长大和脱离壁面，容器内的液体受到剧烈扰动，换热强度很高。
（二）本章难点及学习方法指导
层流膜状凝结换热的努塞尔理论解。
大容器饱和沸腾曲线；
三、典型例题分析
例7－1
四、思考题、习题及习题解答
（一）思考题、习题
（二）习题解答（只解答难题）
略。
第八章热辐射基本定律及物体的辐射特性
一、本章的核心、重点及前后联系
（一）本章的核心
1、掌握热辐射的基本概念；
2、掌握黑体辐射的基本定律；
3、掌握发射率、光谱发射率等基本概念及实际物体辐射、吸收的特性；
4、正确理解基尔霍夫定律的内涵及不同形式基尔霍夫的成立条件；
5、掌握角系数的定义及角系数的性质。
（二）本章重点
1、黑体辐射的基本概念。
2、兰贝特定律。
3、实际物体辐射与吸收的特性。
（三）本章前后联系
辐射换热的基本概念及物体的辐射特性
二、本章的基本概念、难点及学习方法指导
（一）本章的基本概念
热辐射：
由于物体内部微观粒子的热运动而使物体向外发射辐射能的现象。
吸收、反射与投射：
与可见光一样，当热辐射能投射到实际物体表面时，将有一部分被物体表面反射，有一部分被物体吸收，其余透过物体。
投入辐射：
单位时间内投射到单位面积物体表面上的全波长范围内的辐射能称为投入辐射，用G表示，单位为W/m2。
灰体：
光谱辐射特性不随波长而变化的假想物体，即
，灰体的吸收比、反射比、投射比与波长无关，只取决于灰体本身的性质。
在热辐射的波长范围内，绝大多数工程材料都可以近似的作为灰体处理。
黑体：
吸收比
的物体称为绝对黑体，简称黑体。
黑体是一种理想物体，在自然界是不存在的，但可以以人工制造出接近于黑体的模型
辐射强度：
定向辐射强度L（,）：
单位时间内，物体在垂直发射方向的单位面积上，在单位立体角内发射的一切波长的能量。
辐射力：
单位时间内，单位面积的物体表面向半球空间发射的全部波长的辐射能的总和。
用符号E表示，单位为W/m2
光谱辐射力Eλ：
单位时间内，单位波长范围内（包含某一给定波长），物体的单位表面积向半球空间发射的能量。
（二）本章难点及学习方法指导
1、辐射强度的概念；
2、兰贝特定律。
三、典型例题分析
四、思考题、习题及习题解答
（一）思考题、习题
课后习题7-5,7-26
（二）习题解答（只解答难题）
第九章辐射换热的计算
一、本章的核心、重点及前后联系
（一）本章的核心
1、掌握有效辐射、投入辐射及辐射热阻的概念；
2、掌握计算辐射换热的网络分析方法；
3、掌握遮热板削弱辐射换热的原理。
（二）本章重点
1、有效辐射的概念。
2、计算辐射换热的网络分析方法。
（三）本章前后联系
本章在第七章的基础上介绍了辐射换热的计算方法。
二、本章的基本概念、难点及学习方法指导
（一）本章的基本概念
角系数：
表面发出的辐射能直接落到另一表面上的份额。
有效辐射：
单位时间离开单位面积表面的总辐射能，用符号J表示，W/m2。
（二）本章难点及学习方法指导
1、正确理解有效辐射的概念；
2、辐射换热的网络分析方法。
三、典型例题分析
例9－1
四、思考题、习题及习题解答
（一）思考题、习题
课后习题8-15,8-16
（二）习题解答（只解答难题）
第十章传热过程分析与换热器热计算
一、本章的核心、重点及前后联系
（一）本章的核心
1、掌握通过平壁的传热过程、通过圆筒壁的传热过程、通过肋壁的传热过程的计算；
2、掌握临界热绝缘直径的概念；
3、了解换热器的主要型式。
4、了解换热器的主要型式；
5、掌握换热器平均温差的计算方法；
6、掌握换热器热计算的平均温差法。
（二）本章重点
1、通过肋壁的传热过程。
2、临界热绝缘直径。
3、对数平均温差。
4、换热器热计算的平均温差法
（三）本章前后联系
换热器的计算方法
二、本章的基本概念、难点及学习方法指导
（一）本章的基本概念
传热过程、肋面总效率、对数平均温差
（二）本章难点及学习方法指导
通过肋壁的传热过程计算公式的推导；应用平均温差法对换热器进行热计算
三、典型例题分析
四、思考题、习题及习题解答
（一）思考题、习题
课后习题10－9，10-13,10-18,10-20
（二）习题解答（只解答难题）
略。
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