傳熱學(xué)基本概念

基本概念基本概念 薄材 在加熱或冷卻過程中 若物體內(nèi)溫度分布均勻 在任意時刻都可用一個溫度來代表整個物體 的溫度 則該物體稱為 傳熱 由熱力學(xué)第二定律 凡是有溫差的地方 就有熱量自發(fā)地從高溫物體向低溫物體轉(zhuǎn)移 這 種由于溫差引起的熱量轉(zhuǎn)移過程統(tǒng)稱為 導(dǎo)熱 是指物體內(nèi)不同溫度的各部分之間或不同溫度的物體相接觸時 發(fā)生的熱量傳輸?shù)默F(xiàn)象 對流 指物體各部分之間發(fā)生相對位移而引起的熱量傳輸現(xiàn)象 對流換熱 指流體流過與其溫度不同的物體表面時 流體與固體表面之間發(fā)生的熱量交換過程稱為 強(qiáng)制對流 由于外力作用或其它壓差作用而引起的流動 自然對流 由于流體各部分溫度不同 致使各部分密度不同引起的流動 流動邊界層 當(dāng)具有粘性的流體流過壁面時 由于粘滯力的作用 壁面附近形成一流體薄層 在 這一層中流體的速度迅速下降為零 而在這一流層外 流體的速度基本達(dá)到主流速度 這一流體層即 為 溫度邊界層 當(dāng)具有粘性的流體流過壁面時 會在壁面附近形成一流體薄層 在這一層中流體的溫 度迅速變化 而在這一流層外 流體的溫度基本達(dá)到主流溫度 這一流體層即為 熱輻射 物體由于本身溫度而依靠表面發(fā)射電磁波而傳遞熱量的過程稱為 輻射力 物體在單位時間內(nèi) 由單位表面積向半球空間發(fā)射的全部波長的輻射能的總量 單色輻射力 物體在單位時間內(nèi) 由單位表面積向半球空間發(fā)射的波長在 d 范圍內(nèi) 的輻射能量 立體角 是一個空間角度 它是以立體角的角端為中心 作一半徑為 r 的半球 將半球表面上被 立體角切割的面積與半徑平方 r 2 的比值作為 的大小 定向輻射強(qiáng)度 單位時間內(nèi) 在單位可見面積 單位立體角內(nèi)發(fā)射的全部波長的輻射能量稱為 傳質(zhì) 在含有兩種或兩種以上組分的流體內(nèi)部 如果有濃度梯度存在 則每一種組分都有向低濃度 方向轉(zhuǎn)移 以減弱這種濃度不均勻的趨勢 物質(zhì)由高濃度向低濃度方轉(zhuǎn)移過程稱為 分子擴(kuò)散傳質(zhì) 靜止的流體中或在垂直于濃度梯度 方向 作層流流動的流體中的 傳質(zhì) 有微觀分子 運(yùn)動所引起 稱為 對流流動傳質(zhì) 在流體中由于對流摻混引起的質(zhì)量傳輸 有效輻射 單位時間內(nèi) 離開所研究物體單位表面積的總輻射能 灰體 單色吸收率 單色黑度與波長無關(guān)的物體 角系數(shù) 有表面 1 投射到表面 2 的輻射能量 Q 1 2 占離開表面 1 的總能量 Q 1 的份數(shù) 稱 為表面 1 對表面 2 的角系數(shù) 輻射換熱 物體之間通過相互輻射和吸收輻射能而產(chǎn)生的熱量交換過程 填空題填空題 當(dāng)輻射投射到固液表面是表面輻射 投射到氣體表面是 輻射 容積 氣體常數(shù) R 量綱是 L 2 t 2 T 1 當(dāng)輻射物體是 時 輻射力是任何方向上定向輻射強(qiáng)度的 倍 漫輻射表面 強(qiáng)制對流換熱的準(zhǔn)數(shù)方程形式為 Nu f Re Pr 描述流體運(yùn)動方法有 和 兩種方法 拉氏法 歐拉法 對于一個穩(wěn)態(tài)的流動傳熱現(xiàn)象而言 其準(zhǔn)數(shù)方程式可表示為 Nu f Re Pr Gr 自然對流換熱的準(zhǔn)數(shù)方程式可表示為 Nu f Pr Gr 熱輻射過程中涉及到的三種理想物體有 黑體 透明體 鏡體 實際上大部分工程材料在 范圍內(nèi) 都表現(xiàn)出灰體性質(zhì) 紅外線 善于發(fā)射的物體同時也善于 吸收 角系數(shù)是一個與 有關(guān)的純幾何量 輻射物體的尺寸 空間位置 實際物體的輻射力與 的比值恒等于 的黑體的輻射力 輻射來自于黑體 的吸收率 同溫度下 灰體與其他物體輻射換熱時 首先要克服 達(dá)到節(jié)點 而后再克服 進(jìn)行輻 射換熱 表面熱阻 空間熱阻 黑體的有效輻射就是 黑體的自身輻射 為增加輻射換熱系統(tǒng)的換熱量 可通過 輻射換熱物體表面的黑度來實現(xiàn) 增加 對流流動傳質(zhì)的準(zhǔn)數(shù)方程為 Sh f Re Sc 判斷并改錯判斷并改錯 只有管外徑小于臨界絕熱直徑時 鋪設(shè)絕熱層才能使熱損失減小 熱輻射和流體對流及導(dǎo)熱一樣 需有溫差才能發(fā)射輻射能 通過圓筒壁的一維穩(wěn)態(tài)導(dǎo)熱時 單位面積上的熱流密度是處處相等的 導(dǎo)溫系數(shù)僅出現(xiàn)在非穩(wěn)態(tài)熱量傳輸過程中 導(dǎo)溫系數(shù)越大 物體內(nèi)各處溫度越不均勻 熱量傳輸一般有導(dǎo)熱 熱對流及熱輻射三種基本形式 水平熱壁面朝上布置時比朝下時的對流換熱量大 流體的物性參數(shù) 愈小 愈大 流體對流換熱能力愈大 紊流運(yùn)動粘度 m 與流體運(yùn)動粘度 都是流體的物性參數(shù) 與 Re 和紊流程度有關(guān) Pr t m h 紊流的普朗特數(shù)不表示流體的物性參數(shù) 表示紊流時熱量和動量傳遞過程的 程度和狀態(tài) 兩物體之間的輻射換熱必須通過中間介質(zhì)才能進(jìn)行 且熱輻射過程中伴隨著能量形式的二次轉(zhuǎn)化 金屬表面在空氣中被氧化后 在相同溫度下 其輻射能力比原來爭強(qiáng)了 與黑體一樣 灰體也是一種理想物體 只是在數(shù)值上與黑體成折扣關(guān)系 同溫度下 物體輻射力越大 其吸收率越小 角系數(shù)描述的是物體的空間位置和幾何形狀對輻射換熱的影響 并與輻射物體本身的特性和溫度有關(guān) 當(dāng)系統(tǒng)處于熱平衡時 灰體的有效輻射等于同溫度下的黑體輻射 并與灰體的表面黑度有關(guān) 當(dāng)一鑄件在車間內(nèi)加熱時 其輻射換熱量的大小與車間大小有關(guān) 當(dāng)一鑄件在車間內(nèi)加熱時 其輻射換熱量的大小取決于鑄件面積和本身黑度 問答題問答題 熱量傳輸有哪幾種基本方式 溫度場有哪幾種表示方法 能量微分方程的幾種形式均用于哪些條件 導(dǎo)溫系數(shù)表達(dá)式及物理意義 何謂單值性條件 包括哪些 邊界條件分為哪幾類 各自數(shù)學(xué)描述 通過平壁的一維穩(wěn)態(tài)導(dǎo)熱數(shù)學(xué)描述及第一 三邊界條件數(shù)學(xué)描述 溫度分布 熱流密度 單 多層 為常 變量時 通過圓筒壁的一維穩(wěn)態(tài)導(dǎo)熱數(shù)學(xué)描述及第一 三邊界條件數(shù)學(xué)描述 溫度分布 熱流密度 單 多 層 熱阻有何應(yīng)用 答 熱阻的應(yīng)用 利用熱阻可將某些熱量傳輸問題轉(zhuǎn)換成相應(yīng)的模擬電路來分析 分析熱阻 組成 弄清各個環(huán)節(jié)的熱阻在總熱阻中所占的地位 能有效地抓住過程的主要矛盾 何謂薄材 厚材 如何判別 集總系統(tǒng)導(dǎo)熱特點 數(shù)學(xué)描述 溫度分布及瞬時熱流量 Bi 及 Fo 定義式及物理意義 物理意義 物體內(nèi)部熱阻與外部熱阻之比 求解對流給熱系數(shù)的方法有哪幾種 影響對流換熱系數(shù)的因素有哪些 如何作用 求解對流換熱系數(shù)的基本方法是什么 邊界層微分方程求解 思路是什么 試比較類比法和邊界層微分方程組法 答 邊界層微分方程組法只能求解繞流平板的邊界層內(nèi)的層流問題 計算較煩 類比法即適用于邊界層內(nèi)也適用于邊界層外 還適用于圓管內(nèi)的流動 即適用于層流也 適用于紊流 且推導(dǎo)和計算也較方便 試說明 Bi Fo Nu Pr 及 Gr 的物理意義及定義式 努謝爾特準(zhǔn)數(shù) Nu 定義式 物理意義 表示實際流體熱量傳遞與導(dǎo)熱分子 熱量傳遞的比較 反映了對流換熱的強(qiáng)度 普朗特準(zhǔn)數(shù) Pr 定義式 物理意義 反映了動量擴(kuò)散與熱量擴(kuò)散的相對大小 格拉曉夫準(zhǔn)數(shù) Gr 定義式 物理意義 是由浮升力 粘滯力和慣性力 粘 滯力的乘積得到的 流動邊界層 溫度邊界層 層流底層 紊流邊界層定義及邊界層特性 熱輻射定義及其特點是什么 其波長主要集中在哪些波長范圍內(nèi) 黑體概念及研究黑體的意義是什么 輻射力 單色輻射力 立體角及定向輻射力和輻射強(qiáng)度的概念 有何區(qū)別 黑體輻射的基本規(guī)律有哪幾個 都分別揭示了哪些規(guī)律 什么是物體表面的吸收率 反射率和透過率 什么是絕對黑體 白體和透明體 試說明蘭貝特定律的幾種表達(dá)形式及適用條件 什么是物體表面的黑度 受哪些因素影響 什么是灰體 有何特性 實際物體的輻射特性與灰體有何不同 什么基爾霍夫定律 它的適用條件是什么 什么是輻射角系數(shù) 它有什么性質(zhì) 兩面 三面封閉系統(tǒng)角系數(shù)的基本計算方法及線交叉法計算任意兩面間