传热学知识点概念总结.docx

1、传热学知识点概念总结一、参考书目:传热学A传热学杨世铭、陶文銓，高等教育出版社，2006 年二、 基本要求1.掌握热量传递的三种方式（导热、对流和辐射）的基本概念和 基本定律；2.能够对常见的导热、对流、辐射换热及传热过程进行定量的 计算，并了解其物理机理和特点，进行定性分析；3.对典型的传热现象能进行分析，建立合适的数学模型并求 解；4.能够用差分法建立导热问题的数值离散方程，并了解其计算 机求解过程。三、 主要知识点第一章绪论：热量传递的三种基本方式；导热、对流和热辐射 的基本槪念和初步计算公式；热阻；传热过程和传热系数。第二章导热基本定律和稳态导热：温度场、温度梯度；傅里叶 定律和导热系

2、数；导热微分方程、初始条件与边界条件；单层及多层 平壁的导热；单层及多层圆筒壁的导热；通过肋端绝热的等截面直肋 的导热；肋效率；一维变截面导热；有内热源的一维稳态导热。第三章 非稳态导热：非稳态导热的基本概念；集总参数法；描 述非稳态导热问题的数学模型（方程和定解条件）；第四章 导热问题的数值解法：导热问题数值解法的基本思想； 用差分法建立稳态导热问题的数值离散方程。第五章 对流换热：对流换热的主要影响因素和基本分类、牛顿 冷却公式和对流换热系数的主要影响因素；速度边界层和热边界层的 槪念；横掠平板层流换热边界层的微分方程组；横掠平板层流换热边 界层积分方程组；动量传递和热量传递比拟的概念；相

3、似的槪念及相 似准则；管槽内强制对流换热特征及用实验关联式计算；绕流单管、 管束对流换热特征及用实验关联式计算；大空间自然对流换热特征及 对流换热特征及用实验关联式计算。第六章 凝结与沸腾换热：凝结与沸腾换热的基本概念；珠状凝 结与膜状凝结特点；膜状凝结换热计算；影响膜状凝结的因素；大容 器饱和沸腾曲线；影响沸腾换热的因素。第七章热辐射基本定律及物体的辐射特性：热辐射的基本概 念；黑体、白体、透明体；辐射力与光谱辐射力；定向辐射强度；黑 体辐射基本定律：普朗克定律，维恩定律，斯忒藩-玻尔兹曼定律， 兰贝特定律；实际固体和液体的辐射特性、黑度；灰体、基尔霍夫定 律。第八章 辐射换热的计算：角系数

4、的概念、性质、计算；两固体 表面组成的封闭系统的辐射换热计算；表面热阻；空间热阻；多表面 系统辐射换热的网络法计算；辐射换热的强化与削弱、遮热板；辐射 换热系数和复合换热表面传热系数；气体辐射特点。第九章 传热过程分析与换热器计算：传热过程及传热系数的计 算；临界绝热直径；换热器型式及对数平均温差；用平均温差法进行 换热器的热计算；换热器效能的概念和定义；强化传热。W传热学主要知识点1.热量传递的三种基本方式。热量传递的三种基本方式：导热（热传导）、对流（热对流）和热辐射。2.导热的特点。a必须有温差；b物体直接接触；C依靠分子、原子及自由电子 等微观粒子热运动而传递热量；d 在引力场下单纯的

5、导热一般只发 生在密实的固体中。3.对流（热对流）（COnVeCt iOn）的概念。流体中（气体或液体）温度不同的各部分之间，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。4对流换热的特点。当流体流过一个物体表面时的热量传递过程，它与单纯的对流不同， 具有如下特点：a导热与热对流同时存在的复杂热传递过程b必须有直接接触（流体与壁面）和宏观运动；也必须有温差C壁面处会形成速度梯度很大的边界层5牛顿冷却公式的基本 表达式及其中各物理量的定义。挪r） w=心-S） Wm汀6.热辐射的特点。a 任何物体，只要温度高于O K,就会不停地向周围空间发出热辐 射；b可以在真空中传播；C伴随能量形

6、式的转变;d具有强烈的方向性;e辐射能与温度和波长均有关；f发射辐射取决于温度的4次方。7导热系数，表面传热系数和传 热系数之间的区别。导热系数：表征材料导热能力的大小，是一种物 性参数，与材料种类和温度关。表面传热系数：当流体与壁面温度相差1度时、每单位壁面面积上、 单位时间内所传递的热量。影响力因素：流速、流体物性、壁面形状 大小等传热系数：是表征传热过程强烈程度的标尺，不是物性参数， 与过程有关。第一章导热理论基础1傅立叶定律的基本表达式及其中各物理量的意义。傅立叶定律(导热基本定律)：垂直导过等温面的热流密度，正比于 该处的温度梯度，方向与温度梯度相反。(1)空隙中充有空气，空气导 热

7、系数小，因此保温性好；(2)空隙太大，会形成自然对流换热，辐射的影响也会增强，因此并非 空隙越大越好。(3)由于水分的渗入，替代了相当一部分空气，而且更主要的是水分 将从高温区向低温区迁移而传递热量。因此，湿材料的导热系数比干 材料和水都要大。所以，建筑物的围护结构，特别是冷、热设备的保 温层，都应采取防潮措施。.导热微分方程式的理论基础。傅里叶定律+热力学第一定律热扩散率的概念。热扩散率（用a表示）反映了导热过程中材料的导热能力与沿途物质 储热能力之间的关系值大，即入值大或PC值小，说明物体的某一部 分一旦获得热量，该热量能在整个物体中很快扩散。热扩散率表征物 体被加热或冷却时，物体内各部分

8、温度趋向于均匀一致的能力在同样 加热条件下，物体的热扩散率越大，物体内部各处的温度差别越小。 热扩散率反应导热过程动态特性，是研究不稳态导热的重要物理量。 完整数学描述：导热微分方程+单值性条件导热微分方程式描写物 体的温度随时间和空间变化的关系；它没有涉及具体、特定的导热过 程。是通用表达式。对特定的导热过程，需要补充单值性条件，才能 得到特定问题的唯一解。单值性条件包括四项：几何条件、物理条件、 时间条件（初始条件）、边界条件。边界条件。边界条件说明导热体边界上过程进行的特点反映过程与周围环境相互作用的条件（1 ）第一类边界条件：已知任 一瞬间导热体边界上温度值；（2）第二类边界条件：已知

9、物体边界上 热流密度的分布及变化规律，第二类边界条件相当于已知任何时刻物 体边界面法向的温度梯度值；（3）第三类边界条件：当物体壁面与流 体相接触进行对流换热时，已知任一时刻边界面周围流体的温度和表 面传热系数。第二章 稳态导热1 由第三类边界条件下通过平壁的一维稳态导热量关系式，分析为了增加传热量，可以釆取哪些措施 第三类边界条件下通过平壁的一维稳态导热量关系式:t t = 门门_1 1 H H hiA A z9 A为了增加传热量，可以采取哪些措施（1）增加温差（纤1 - tf2）,但受工艺条件限制（2）减小热阻:a） 金属壁一般很薄（d很小）、热导率很大，故导热热阻一般可忽略b） 增大用、

10、/72,但提高用、2并非任意的C）增大换热面积A也能增加传热量在一些换热设备中，在换热面上加装肋片是增大换热量的重要手段。2.在管道外覆盖保温层是不是在任何情况下都能减少热损失为什么不是，只有当管道外径大于临界热绝缘直径时，覆盖保温层才能减小 热损失.接触热阻的概念。实际固体表面不是理想平整的，所以两固 体表面直接接触的界面容易出现点接触，或者只是部分的而不是完全 的和平整的面接触 给导热带来额外的热阻，即接触热阻。5什么是形状因子为了便于工程设计计算，对于有些二维、三维的稳态导热问题，针对 已知两个恒定温度边界之间的导热热流量，可以采用一种简便的计算 公式。在这种公式中，将有关涉及物体几何形

11、状和尺寸的因素归纳在 一起，称为形状因子。第三章非稳态导热仁非稳态导热的分类。周期性非稳态导热和瞬态非稳态导热2. Bi准则数，FO准则数的定义及物理意义。Bi准则数：D. h l 物体内部导热热阻Bl = = = 2 Mh 物体表面对流换热热阻Fo准则数：Fo 辛是非稳态导热过程的无量纲时间。3.集总参数法的物理意义及应用条件。忽略物体内部导热热阻、认为物体温度均匀一致的分析方法。此时,温度分布只与时间有关，与空间位置无关。应用条件：B0.14,时间常数的定义及物理意义。采用集总参数法分析时，物体中过余温度随时间变化的关系式中的pcV/(IiA)具有时间的量纲，称为时间常数。时间常数的数值越

12、小表示测温元件越能迅速地反映流体的温度变化。5.非稳态导热的正常情况阶段的物理意义。当Fo0.2时，物体在给定的条件下冷却或加热，物体中任何给定地点 过余温度的对数值将随时间按线性规律变化。物体中过余温度的对数 值随时间按线性规律变化的这个阶段，称为瞬态温度变化的正常情况 阶段。6.半无限大物体的概念。半无限大物体的概念如何应用在实际工程 问题中半无限大物体，是指以无限大的y-z平面为界面，在正X方向伸延至 无穷远的物体。在实际工程中，对于一个有限厚度的物体，在所考虑的时间范围内， 若渗透厚度小于本身的厚度，这时可以认为该物体是个半无限大物 体。第四章 导热问题数值解法基础1.数值解法的基本求

13、解过程数 值解法，即把原来在时间和空间连续的物理量的场，用有限个离散点 上的值的集合来代替，通过求解按一定方法建立起来的关于这些值的 代数方程，从而获得离散点上被求物理量的值；并称之为数值解。2热 平衡法的基本思想。对每个有限大小的控制容积应用能量守恒，从而获得温度场的代数方 程组，它从基本物理现象和基本定律出发，不必事先建立控制方程， 依据能量守恒和傅立叶导热定律即可。第五章对流换热分析影响对流换热的主要物理因素.对流换热是流体的导热和对流两种基本传热方式共同作用的结果。其 影响因素主要有以下五个方面：（1）流动起因；（2）流动状态；（3）流 体有无相变；（4）换热表面的几何因素；（5）流体

14、的热物理性质。对流换热是如何分类的流动起因：自然对流和強制对流；（2） 流动状态：层流和紊流；（3） 流体有无相变：单相换热和相变换热换热表面的几何因素：内 部流动对流换热和外部流动对流换热。3对流换热问题的数学描写 中包括那些方程连续性方程、动量微分方程、能量微分方程、对流换热过程微分方程 式。4.边界层概念的基本思想。流场可以划分为两个区：边界层区与主流区边界层区：流体的粘性作用起主导作用，流体的运动可用粘性流体运 动微分方程描述（N-S方程）主流区：速度梯度为0,存0;可视为无 粘性理想流体；流体的运动可用欧拉方程描述。5.流动边界层的几个重要特性。（1）边界层厚度与壁的定型尺寸 L相比

15、极小,d L（2）边界层内存在较大的速度梯度（3）边界层流态分层流与湍流；湍 流边界层紧靠壁面处仍有层流特征，存在层流底层；（4）流场可以划 分为边界层区与主流区边界层区：由粘性流体运动微分方程描述主流 区：由理想流体运动微分方程一欧拉方程描述。可以划分为两个区： 热边界层区与等温流动区7数量级分析的方法。比较方程中各量或各项的量级的相对大小；保留量级较大的量或项； 舍去那些量级小的项，方程大大简化。&相似理论回答了关于试验 的哪三大问题（1） 实验中应测哪些量（是否所有的物理量都测）应测量各相似准则中包含的全部物理量，其中物性由实验系统中的定 性温度确定。（2） 实验数据如何整理（整理成什么

16、样函数关系）实 验结果整理成准则关联式。（3） 实物试验很困难或太昂贵的情况，如何进行试验实验结果可推广应用于哪些地方实验结果可推广应用 到相似的现象，在安排模型实验时，为保证实验设备中的现象（模型） 与实际设备中的现象（原型）相似，必须保证模型与原型现象单值性 条件相似，而且同名的已定准则数值上相等。，Re, Pr, Gr准则数 的物理意义。Nu=-f表征壁面法向无量纲过余温度梯度的大小，由此梯度反映对 Af流换热的强弱；Re =巴，表征流体流动时惯性力与粘滞力的相对大小，Re的大小能V反映流态；Pr = -,物性准则，反映了流体的动量传递能力与热量传递能力的相 a对大小；G,. =型,表征

17、浮升力与粘滞力的相对大小，Gr表示自然对流流态 v对换热的影响。第六章 单相流体対流换热及准则关联式1.对管内受迫对流换热，为何釆用短管和弯管可以强化流体的换 热.短管：入口效应。入口处边界层较薄，对流换热強度较大；弯管：由于离心力作用，产生二次回流，对边界层形成一定扰动。2.对管内受迫对流换热，各因素对紊流表面传热系数影响的大 小。 = /（严,肝灼吧Q吧/严4,严2）3.空气横掠管束时，沿流动方向管排数越多，换热越强，为什么 横掠管束时，前排管子后形成的涡旋对后排管子上的边界层造成一定 的扰动作用，有利于换热。4.无限空间自然对流换热的自模化现象及应用。自然对流紊流的表面传热系数与定型尺寸

18、无关，该现象称自模化现 象。利用这一特征，紊流换热实验研究可以采用较小尺寸的物体进行， 只要求实验现象的GrPr值处于紊流范围。第七章 凝结与沸腾换热膜状凝结和珠状凝结的概念.膜状凝结：沿整个壁面形成一层薄膜,并且在重力的作用下流动，凝 结放出的汽化潜热必须通过液膜，因此，液膜厚度直接影响了热量传 递。珠状凝结：当凝结液体不能很好的浸润壁面时,则在壁面上形成 许多小液珠，此时壁面的部分表面与蒸汽直接接触，因此，换热速率 远大于膜状凝结（可能大几倍，甚至一个数量级）虽然珠状凝结换热 远大于膜状凝结，但可惜的是，珠状凝结很难保持，因此，大多数工 程中遇到的凝结换热大多属于膜状凝结，因此，教材中只简

19、单介绍了 膜状凝结2.为什么冷凝器中的管子多采用水平布置要增大卧式冷凝 器的换热面积，釆用什么方案最好只要不是很短的管子，水平布置较竖直布置管外的凝结表面传热系数 大。采用增长管长的办法最好。3.蒸汽在水平管束外凝结时，沿液膜流动方向管束排数越多，换热强度越低。为什么蒸汽在水平管束外凝结时，上排管子形成的凝结液滴落到下排管子 上，使液膜层增厚，阻碍了换热。4.沸腾的概念。工质内部形成大量气泡并由液态转换到气态的一种剧烈的汽化过程。过冷沸腾和饱和沸腾的概念。过冷沸腾：指液体主流尚未达到饱和温 度，即处于过冷状态，而壁面上开始产生气泡，称之为过冷沸腾饱和沸腾：液体主体温度达到饱和温度，而壁面温度高

20、于饱和温度所 发生的沸腾，称之为饱和沸腾。6饱和沸腾曲线可以分成几个区域 有 那些特性点 各个区域在换热原理上有何特点大空间饱和沸腾曲线：表征了大容器饱和沸腾的全部过程，共包括4 个换热规律不同的阶段：自然对流、泡态沸腾、过渡态沸腾和膜态沸 腾。7.气化核心的概念。实验表明，通常情况下，沸腾时汽泡只发生在加热面的某些点，而不 是整个加热面上，这些产生气泡的点被称为汽化核心，较普遍的看法 认为，壁面上的凹穴和裂缝易残留气体，是最好的汽化核心&什么 是临界热流密度什么是烧毁点热流密度的峰值qmax有重大意义，称为临界热流密度，亦称烧毁点。 一般用核态沸腾转折点作为监视接近qmax的警戒。这一点对热

21、流密 度可控和温度可控的两种情况都非常重要。第八章热辐射基本定律仁热辐射定义和特点。(1)定义：由热运动产生的，以电磁波形式传递的能量；(2)特点：a 任何物体，只要温度高于O K,就会不停地向周围空 间发出热辐射；b可以在真空中传播；C伴随能量形式的转变；d具 有强烈的方向性；e辐射能与温度和波长均有关；f发射辐射取决于 温度的4次方。什么是黑体，灰体 实际物体在什么样的条件下可以看成是灰体黑体：是指能吸收投入到其面上的所有热辐射能的物体，是一种科学 假想的物体，现实生活中是不存在的。但却可以人工制造出近似的人 工黑体。灰体：单色发射率与波长无关的物体称为灰体。其发射和吸收辐射与 黑体在形式

22、上完全一样，只是减小了一个相同的比例。3.物体的发射率，吸收率，反射率，透射率是怎样定义的发射率： 相同温度下，实际物体的辐射力与同温度下黑体辐射力之比当热辐射 投射到物体表面上时，一般会发生三种现象，即吸收、反射和透射。 吸收率表示投射的总能量中被吸收的能量所占份额；反射率表示投射 的总能量中被反射的能量所占份额；透射率表示投射的总能量中被透射的能量所占份额。4.漫表面的概念。物体发射的辐射强度与方向无关的性质叫漫辐射。反射的辐射强度与 方向无关的性质叫漫反射。既是漫辐射又是漫反射的表面统称漫表 面。5.白颜色的物体就是白体，黑颜色的物体就是黑体，对吗为什么黑体、白体是对全波长射线而言。在一

23、般温度条件下，由于可见光在 全波长射线中只占有一小部分，所以物体对外来射线吸收能力的高 低，不能凭物体的颜色来判断。6.四个黑体辐射基本定律。普朗克定律，斯蒂芬一玻尔兹曼定律，兰贝特余弦定律，基尔霍夫定 律。第九章辐射换热计算角系数的定义及性质。角系数：有两个表面，编号为1和2,其间充满透明介质，则表面1 对表面2的角系数旳，2是：表面1发射出的辐射能中直接落到表面2上的百分数。同理，也可以定义表面2对表面1的角系数。角系数 性质：相对性，完整性，分解性。2.重辐射面（绝热表面）的特点。重辐射面（绝热表面）的净换热量为零。重辐射面（绝热表面）仍然 吸收和发射辐射，只是发出的和吸收的辐射相等。它

24、仍然影响其它表 面的辐射换热。这种表面温度未定而净辐射换热量为零的表面被称为 重辐射面（绝热表面）。3.有效辐射的概念。灰体表面的有效辐射是其表面的本身辐射和反射辐射之和。4.表面辐射热阻和空间辐射热阻的表达式。表面辐射热阻：上勺空间辐射热阻：一1-5.应用网络法的基本步骤A画等效电路图；B列出各节点的热流（电流）方程组；C求解方程组，以获得各个节点的等效辐射;D利用公式= 计算每个表面的净辐射热流量。6.强化辐射换热和削弱辐射换热的主要途径强化辐射换热的主要途径有两种：（1）增加发射率；（2）增加角系数。削弱辐射换热的主要途径有三种：（1）降低发射率；（2）降低角系数;（3）加入隔热板。7.

25、普通窗玻璃对红外线几乎是不透过的，但为什 么隔着玻璃晒太阳却使人感到暖和（1） 虽然红外线几乎不透过，但太阳中的可见光却可大部分透过；（2） 室内常温物体发出的红外线几乎不能透过窗户到室外。&北方深秋季节的清晨，树叶叶面上常常结霜。试问树叶上下表面 的哪一面结霜为什么树叶上表面结霜。因为此时天空的温度已降得很低，树叶上表面和天 空间辐射换热可失去更多能量；而树叶下表面和大地间有辐射换热， 大地表面温度相对天空温度要高得多。9.太阳能吸收器表面材料应满足什么特性并说明原因对太阳辐射波段内的射线单色吸收率尽可能大，发射红外波段内范围 内射线的单色发射率尽可能的小。这样可以从太阳辐射中尽可能多的 吸

26、收能量，而其本身的辐射损失很小。第十章 传热和换热器1.换热器有那些主要形式换热器是实现两种或两种以上温度不同的流体相互换热的设备，按工 作原理可分为三类：间壁式换热器、混合式换热器、回热式换热器。2 间壁式换热器的主要型式(1)套管式换热器：最简单的一种间壁式换热器，流体有顺流和逆流 两种，适用于传热量不大或流体流量不大的情形；(2)管壳式换热器： 最主要的一种间壁式换热器，传热面由管束组成，管子两端固定在管 板上，管束与管板再封装在外壳内。两种流体分管程和壳程。(3)交 叉流换热器：间壁式换热器的又一种主要形式。其主要特点是冷热流 体呈交叉状流动。交叉流换热器又分管束式、管翅式和板翅式三种

27、。 单位体积内所包含的换热面积作为衡量换热器紧凑程度的衡量指标， 一般将大于700m2m3的换热器称为紧凑式换热器，板翅式换热器多 属于紧凑式，因此，日益受到重视。(4)板式换热器：由一组几何结 构相同的平行薄平板叠加所组成，冷热流体间隔地在每个通道中流 动，其特点是拆卸清洗方便，故适用于含有易结垢物的流体。(5)螺 旋板式换热器：换热表面由两块金属板卷制而成，优点：换热效果好; 缺点：密封比较困难。对数平均温差的公式。. r - /InV4.换热器热计算的基本方法。平均温差法和效能-传热单元数法。5.什么是换热器的效能和传热单元数。换热器的效能：换热器的实际传热量与最大可能的最大传热量之比，

28、 并用表示，传热单元数：换热器效能公式中的也依赖于换热器的 设计，Cmin则依赖于换热器的运行条件，因此，M/Cmm在一定程度上 表征了换热器综合技术经济性能，习惯上将这个比值（无量纲数）定 义为传热单元数NTU。6.是不是所有的换热器都设计成逆流形式的就最好呢不是，因为一台换热器的设计要考虑很多因素，而不仅仅是换热的强 弱。比如，逆流时冷热流体的最高温度均出现在换热器的同一侧，使 得该处的壁温特别高，可能对换热器产生破坏，因此，对于高温换热 器，又是需要故意设计成顺流。&丄丄Z k %7.什么是污垢热阻 污垢增加了热阻，使传热系数减小，这种热阻称为污垢热阻，用Rf表示，式中：k为有污垢后的换

29、热面的传热系数，褊为洁净换热面的传热系 数。第一部分：必背的公式1.通过单层平壁稳态导热热流量的计算公式22.通过单层圆筒壁稳态导热热流量的计算公式 = Aq =ln(r2/ri)3.牛顿冷却公式 = AhN4.对于两个漫灰表面组成封闭系统的辐射换热计算= VAIXL2(Efcl -EhI)其中的特例：(1)表面1的面积4远远小于表面2的面积力2,且X.2=1,如一个物体被一个空间包容的情况。(2)表面1的面积4等于表面2的面积人，且Xl.2=1,如两块相近的 平行平板之间的辐射换热。5传热方程式 = Ak(tfi-tf2)= AkNm6.换热器计算的基本公式 = kAAtm简单顺流和逆流：r

30、,H = Az7AzT，复杂布置情况：=0(M)逆 A/In min ) = c(-) = W2(G-G)第二部分：必背的物理概念表达式或定义式1.导热的傅立叶定律数学表达式q = -gradt = -nn在直角坐标系中，X坐标方向上，q =-聲或=-4牙2.肋片效率理想肋片的理想散热量是指整个肋片均处在肋根温度下的散热量。3.毕渥数、傅立叶数和时间常数的表达式Bi =IilT(VA)-ClT(VIMI4.对流换热中表面传热系数与流体温度场的关系式 t5.对流换热中常见准则数及其物理意义(1)努赛尔准则数NIUhH九,壁面上流体的无量纲温度梯度。(2)普朗特数 Pr = va:动量扩散厚度与热

31、量扩散厚的对比。(3)雷诺数Re = iv:惯性力与粘性力之比的度量。(4)格拉晓夫数Gr = aZ3rv2:浮升力与粘性力之比的度量。6.斯忒藩一玻耳兹曼定律表达式Eh=4=C0TooJ7.服从兰贝特定律的辐射，其定向辐射强度与辐射力之间的关系式E = LTr8.辐射力和光谱辐射力的关系式9.维恩位移定律的表达式xlOm K10.基尔霍夫定律的不同表达形式：光谱，定向：(,.X) = a(.T无条件成立光谱，半球：,T) = (,仅对漫射表面全波段，半球：(T) = a(T漫射灰体表面，或与黑体辐射Jl处丁热平衡11.吸收比、反射比、穿透比、发射率Ga GP Gr E = , p = , r = , =G G G Eh12.角系数的性质，(1)角系数相对性的表达式AIXl 2 =