總復(fù)習(xí)1大工傳熱學(xué)講解

1、1 復(fù)復(fù) 習(xí)習(xí) 2 考試時(shí)間：考試時(shí)間：第十七周第十七周 考試周考試周 考試地點(diǎn)：考試地點(diǎn)：待定待定 答疑時(shí)間：答疑時(shí)間：6 6月月1 14 4日，第十六周日，第十六周 星期五，星期五，9:00-11:30,14:00-16:309:00-11:30,14:00-16:30 答疑地點(diǎn)：答疑地點(diǎn)：綜合實(shí)驗(yàn)綜合實(shí)驗(yàn)2 2號(hào)樓號(hào)樓423423、419A419A。 3 平時(shí)成績(jī)平時(shí)成績(jī)：2020 期末考試期末考試：8080 4 題型題型 1 1. .簡(jiǎn)答題簡(jiǎn)答題 2 2. .證明證明 3 3. .計(jì)算題計(jì)算題 5 簡(jiǎn)答：簡(jiǎn)答： P23 . 1,3,5,6P23 . 1,3,5,6 P88. P88.

2、1,3,41,3,4 P151. 1,2,6P151. 1,2,6 P185. 1,2,6P185. 1,2,6 P224. 1,2,5P224. 1,2,5 P286. 1,4,9P286. 1,4,9 P338. 1,5,8P338. 1,5,8 P387. 1,3,4,6,7,8P387. 1,3,4,6,7,8 P445. 1,4,5,7,8,9P445. 1,4,5,7,8,9 6 證明證明 1.1. 導(dǎo)熱問(wèn)題數(shù)學(xué)描述導(dǎo)熱問(wèn)題數(shù)學(xué)描述 2.2. 等截面直肋導(dǎo)熱等截面直肋導(dǎo)熱 3.3. 集總參數(shù)問(wèn)題數(shù)學(xué)描述集總參數(shù)問(wèn)題數(shù)學(xué)描述 4.4. 穩(wěn)態(tài)、非穩(wěn)態(tài)導(dǎo)熱節(jié)點(diǎn)差分方程式穩(wěn)態(tài)、非穩(wěn)態(tài)導(dǎo)熱節(jié)

3、點(diǎn)差分方程式 5.5. 對(duì)流傳熱問(wèn)題能量方程式對(duì)流傳熱問(wèn)題能量方程式 6.6. 邊界層對(duì)流傳熱問(wèn)題數(shù)學(xué)描述邊界層對(duì)流傳熱問(wèn)題數(shù)學(xué)描述 7.7. 相似原理準(zhǔn)則關(guān)聯(lián)式相似原理準(zhǔn)則關(guān)聯(lián)式 7 1.1. 蘭貝特定律蘭貝特定律 2.2. 基爾霍夫定律基爾霍夫定律 3.3. 角系數(shù)角系數(shù) 4.4. 兩灰體間輻射換熱量?jī)苫殷w間輻射換熱量 b b E I 22 2 2, 1111 1 21 2, 1 111 AXAA EE bb 1 ,222, 11 XAXA 8 第第1 1章章 緒論緒論 1.1. 熱量傳遞的三種基本方式熱量傳遞的三種基本方式 2.2. 傳熱過(guò)程和傳熱系數(shù)傳熱過(guò)程和傳熱系數(shù) 9 第第1 1章

4、章 緒論緒論 重點(diǎn)掌握重點(diǎn)掌握： 熱傳導(dǎo)、熱對(duì)流、熱輻射三種熱量傳遞基熱傳導(dǎo)、熱對(duì)流、熱輻射三種熱量傳遞基 本方式及傳熱過(guò)程的特點(diǎn)。本方式及傳熱過(guò)程的特點(diǎn)。 10 第第2 2章章 穩(wěn)態(tài)熱傳導(dǎo)穩(wěn)態(tài)熱傳導(dǎo) 1.1. 導(dǎo)熱基本定律導(dǎo)熱基本定律 2.2. 導(dǎo)熱問(wèn)題的數(shù)學(xué)描寫(xiě)導(dǎo)熱問(wèn)題的數(shù)學(xué)描寫(xiě) 3.3. 典型一維穩(wěn)態(tài)導(dǎo)熱問(wèn)題的分析解典型一維穩(wěn)態(tài)導(dǎo)熱問(wèn)題的分析解 4.4. 肋片肋片 5.5. 有內(nèi)熱源的一維導(dǎo)熱有內(nèi)熱源的一維導(dǎo)熱 11 第第2 2章章 穩(wěn)態(tài)熱傳導(dǎo)穩(wěn)態(tài)熱傳導(dǎo) o 重點(diǎn)掌握重點(diǎn)掌握： 溫度場(chǎng)、溫度梯度、熱流密度等基本溫度場(chǎng)、溫度梯度、熱流密度等基本 概念；傅里葉定律；不同材料導(dǎo)熱系數(shù)的概念；傅

5、里葉定律；不同材料導(dǎo)熱系數(shù)的 量級(jí)；直角坐標(biāo)系下導(dǎo)熱微分方程式及其量級(jí)；直角坐標(biāo)系下導(dǎo)熱微分方程式及其 推導(dǎo)方法；通過(guò)平壁、圓筒壁、肋壁穩(wěn)態(tài)推導(dǎo)方法；通過(guò)平壁、圓筒壁、肋壁穩(wěn)態(tài) 導(dǎo)熱的計(jì)算方法；非穩(wěn)態(tài)導(dǎo)熱過(guò)程的特點(diǎn)、導(dǎo)熱的計(jì)算方法；非穩(wěn)態(tài)導(dǎo)熱過(guò)程的特點(diǎn)、 非穩(wěn)態(tài)導(dǎo)熱計(jì)算的集總參數(shù)法。非穩(wěn)態(tài)導(dǎo)熱計(jì)算的集總參數(shù)法。 12 o 重點(diǎn)掌握重點(diǎn)掌握：非穩(wěn)態(tài)導(dǎo)熱過(guò)程的特點(diǎn)、：非穩(wěn)態(tài)導(dǎo)熱過(guò)程的特點(diǎn)、 o 零維問(wèn)題集中參數(shù)法。零維問(wèn)題集中參數(shù)法。 第第3 3章章 非穩(wěn)態(tài)熱傳導(dǎo)非穩(wěn)態(tài)熱傳導(dǎo) 13 1.1. 數(shù)值求解的基本思想數(shù)值求解的基本思想 2.2. 內(nèi)節(jié)點(diǎn)離散方程的建立內(nèi)節(jié)點(diǎn)離散方程的建立 3.3. 邊界節(jié)

6、點(diǎn)離散方程的建立邊界節(jié)點(diǎn)離散方程的建立 4.4. 非穩(wěn)態(tài)導(dǎo)熱問(wèn)題數(shù)值解非穩(wěn)態(tài)導(dǎo)熱問(wèn)題數(shù)值解 第第4 4章章 熱傳導(dǎo)問(wèn)題的數(shù)值解熱傳導(dǎo)問(wèn)題的數(shù)值解 14 o 重點(diǎn)掌握：重點(diǎn)掌握： o 列節(jié)點(diǎn)差分方程（物理法）列節(jié)點(diǎn)差分方程（物理法） 內(nèi)節(jié)點(diǎn)，邊界節(jié)點(diǎn)內(nèi)節(jié)點(diǎn)，邊界節(jié)點(diǎn) 第第4 4章章 熱傳導(dǎo)問(wèn)題的數(shù)值解熱傳導(dǎo)問(wèn)題的數(shù)值解 15 1.1. 對(duì)流傳熱概述對(duì)流傳熱概述 2.2. 對(duì)流換熱問(wèn)題的數(shù)學(xué)描述對(duì)流換熱問(wèn)題的數(shù)學(xué)描述 3.3. 邊界層問(wèn)題的數(shù)學(xué)描寫(xiě)邊界層問(wèn)題的數(shù)學(xué)描寫(xiě) 4.4. 外掠等溫平板層流換熱分析解外掠等溫平板層流換熱分析解 第第5 5章章 對(duì)流換熱的理論基礎(chǔ)對(duì)流換熱的理論基礎(chǔ) 16 重點(diǎn)掌

7、握：重點(diǎn)掌握： （1 1）對(duì)流換熱的牛頓冷卻公式；）對(duì)流換熱的牛頓冷卻公式； （2 2）邊界層的概念與特點(diǎn)及其對(duì)求解對(duì)）邊界層的概念與特點(diǎn)及其對(duì)求解對(duì) 流換熱問(wèn)題的意義流換熱問(wèn)題的意義 第第5 5章章 對(duì)流換熱的理論基礎(chǔ)對(duì)流換熱的理論基礎(chǔ) 17 1.1. 相似原理及其應(yīng)用相似原理及其應(yīng)用 2.2. 單相強(qiáng)制對(duì)流換熱實(shí)驗(yàn)關(guān)聯(lián)式內(nèi)部、外部單相強(qiáng)制對(duì)流換熱實(shí)驗(yàn)關(guān)聯(lián)式內(nèi)部、外部 3.3. 自然對(duì)流換熱大空間自然對(duì)流換熱大空間 第第6 6章章 單相對(duì)流換熱的實(shí)驗(yàn)關(guān)聯(lián)式單相對(duì)流換熱的實(shí)驗(yàn)關(guān)聯(lián)式 18 重點(diǎn)掌握：重點(diǎn)掌握： （1 1）相似原理的主要內(nèi)容及相似原理指導(dǎo)下的實(shí)）相似原理的主要內(nèi)容及相似原理指導(dǎo)下

8、的實(shí) 驗(yàn)研究方法；驗(yàn)研究方法； （2 2）對(duì)流換熱特征數(shù)）對(duì)流換熱特征數(shù)( (Nu、Re、Pr、Gr) )的表達(dá)的表達(dá) 式及其物理意義；式及其物理意義； （3 3）管內(nèi)和外掠圓管束的強(qiáng)制對(duì)流換熱及大空間）管內(nèi)和外掠圓管束的強(qiáng)制對(duì)流換熱及大空間 自然對(duì)流換熱的特點(diǎn)、影響因素，會(huì)利用特征自然對(duì)流換熱的特點(diǎn)、影響因素，會(huì)利用特征 數(shù)關(guān)聯(lián)式計(jì)算上述對(duì)流換熱問(wèn)題。數(shù)關(guān)聯(lián)式計(jì)算上述對(duì)流換熱問(wèn)題。 第第6 6章章 單相對(duì)流換熱的實(shí)驗(yàn)關(guān)聯(lián)式單相對(duì)流換熱的實(shí)驗(yàn)關(guān)聯(lián)式 19 重點(diǎn)掌握：重點(diǎn)掌握： 1.1. 凝結(jié)傳熱的模式，影響因素及傳熱強(qiáng)化凝結(jié)傳熱的模式，影響因素及傳熱強(qiáng)化 2.2. 沸騰傳熱的模式，影響因素及傳

9、熱強(qiáng)化沸騰傳熱的模式，影響因素及傳熱強(qiáng)化 第第7 7章章 相變對(duì)流換熱相變對(duì)流換熱 20 第8章熱輻射基本定律和輻射特性 1.1. 熱輻射的基本概念熱輻射的基本概念 2.2. 黑體輻射的基本定律黑體輻射的基本定律 3.3. 實(shí)際物體的輻射特性實(shí)際物體的輻射特性 4.4. 基爾霍夫定律基爾霍夫定律 21 重點(diǎn)掌握：重點(diǎn)掌握： （1 1）黑體、灰體、吸收比、發(fā)射比、透射）黑體、灰體、吸收比、發(fā)射比、透射 比、發(fā)射率、輻射力、輻射強(qiáng)度、有效輻比、發(fā)射率、輻射力、輻射強(qiáng)度、有效輻 射等熱輻射的基本概念；射等熱輻射的基本概念； （2 2）黑體輻射的基本定律；）黑體輻射的基本定律； （3 3）實(shí)際物體的輻

10、射特性，基爾霍夫定律）實(shí)際物體的輻射特性，基爾霍夫定律 22 第第9 9章輻射換熱的計(jì)算章輻射換熱的計(jì)算 1.1. 角系數(shù)角系數(shù) 2.2. 兩表面封閉系統(tǒng)的輻射傳熱兩表面封閉系統(tǒng)的輻射傳熱 3.3. 多表面系統(tǒng)的輻射傳熱多表面系統(tǒng)的輻射傳熱 4.4. 氣體輻射的特點(diǎn)，計(jì)算不要求氣體輻射的特點(diǎn)，計(jì)算不要求 5.5. 輻射傳熱的控制，遮熱板輻射傳熱的控制，遮熱板 23 重點(diǎn)掌握：重點(diǎn)掌握： （1 1）角系數(shù)的定義及性質(zhì)、角系數(shù)計(jì)算的）角系數(shù)的定義及性質(zhì)、角系數(shù)計(jì)算的 代數(shù)法代數(shù)法； （2 2）輻射熱阻的概念）輻射熱阻的概念，黑體和灰體表面組成黑體和灰體表面組成 的簡(jiǎn)單封閉空腔內(nèi)輻射換熱的計(jì)算方法。

11、的簡(jiǎn)單封閉空腔內(nèi)輻射換熱的計(jì)算方法。 24 第第1010章傳熱過(guò)程分析與換熱器章傳熱過(guò)程分析與換熱器 1.1.傳熱過(guò)程傳熱過(guò)程 2 2 換熱器換熱器 3 3 平均溫差的計(jì)算平均溫差的計(jì)算 4.4.間壁式換熱器的熱計(jì)算間壁式換熱器的熱計(jì)算 25 重點(diǎn)掌握重點(diǎn)掌握： （1 1）傳熱過(guò)程和傳熱系數(shù)的概念，掌握肋）傳熱過(guò)程和傳熱系數(shù)的概念，掌握肋 壁傳熱的計(jì)算方法，了解傳熱的強(qiáng)化與削壁傳熱的計(jì)算方法，了解傳熱的強(qiáng)化與削 弱方法。弱方法。 （2 2）了解換熱器的類型與構(gòu)造，掌握換熱）了解換熱器的類型與構(gòu)造，掌握換熱 器熱計(jì)算的對(duì)數(shù)平均溫差法。器熱計(jì)算的對(duì)數(shù)平均溫差法。 26 三種基本的傳熱方式：導(dǎo)熱、對(duì)

12、流和熱輻射 導(dǎo)熱的基本定律：導(dǎo)熱的基本定律：傅里葉定律傅里葉定律 d W d t A x 2 dW dm t q Ax 第第1 1章章 緒論緒論 27 Q 1w t 2w t A 圖圖1-2 1-2 導(dǎo)熱熱阻的圖示導(dǎo)熱熱阻的圖示 1w t 2w t t 0 x dx dt Q r ttt q ww 21 R t A tt ww 21 r A R 導(dǎo)熱熱阻導(dǎo)熱熱阻 單位導(dǎo)熱熱阻單位導(dǎo)熱熱阻 要求會(huì)用熱阻方法求換熱量要求會(huì)用熱阻方法求換熱量 28 () W wf hA tt 2 () W m wf qAh tt 對(duì)流換熱：基本計(jì)算公式對(duì)流換熱：基本計(jì)算公式牛頓冷卻公式牛頓冷卻公式 h 表面?zhèn)鳠嵯禂?shù)

13、 熱流量W，單位時(shí)間傳遞的熱量 q 2 W m 熱流密度 2 W (mK) A 2 m 與流體接觸的壁面面積與流體接觸的壁面面積 w tC 固體壁表面溫度固體壁表面溫度 f t 流體溫度流體溫度 C 29 當(dāng)流體與壁面溫度相差1度時(shí)、每單位壁面面積上、單位時(shí) 間內(nèi)所傳遞的熱量 ( () wf hA tt 2 W (mK) 影響影響h h因素：流速、流體物性、壁面形狀大小等因素：流速、流體物性、壁面形狀大小等 1 () 1 h h tt h AR tt q hr 表面?zhèn)鳠嵯禂?shù)表面?zhèn)鳠嵯禂?shù) 30 1 () h RhAC W 2 1 h rhmC W 對(duì)流換熱熱阻：對(duì)流換熱熱阻： 31 熱輻射熱輻射

14、 黑體輻射的控制方程：黑體輻射的控制方程： 斯忒藩玻耳茲曼定律斯忒藩玻耳茲曼定律 4 A T 4 A T 真實(shí)物體則為：真實(shí)物體則為： 32 1-2 1-2 傳熱過(guò)程和傳熱系數(shù)傳熱過(guò)程和傳熱系數(shù) 1 1 傳熱過(guò)程傳熱過(guò)程: :兩流體間通過(guò)固體壁面進(jìn)行的換熱兩流體間通過(guò)固體壁面進(jìn)行的換熱 2 2 傳熱過(guò)程包含的傳熱方式：傳熱過(guò)程包含的傳熱方式：導(dǎo)熱、對(duì)流、熱輻射導(dǎo)熱、對(duì)流、熱輻射 圖圖1 14 4 墻壁的散熱墻壁的散熱 33 3 3 一維穩(wěn)態(tài)傳熱過(guò)程中的熱量傳遞一維穩(wěn)態(tài)傳熱過(guò)程中的熱量傳遞 圖圖1 15 5 一維穩(wěn)態(tài)傳熱過(guò)程一維穩(wěn)態(tài)傳熱過(guò)程 忽略熱輻射換熱，則忽略熱輻射換熱，則 左側(cè)對(duì)流換熱熱阻

15、左側(cè)對(duì)流換熱熱阻 1 1 1 Ah Rh 固體的導(dǎo)熱熱阻固體的導(dǎo)熱熱阻 右側(cè)對(duì)流換熱熱阻右側(cè)對(duì)流換熱熱阻 2 2 1 h R Ah A R 34 上面?zhèn)鳠徇^(guò)程中傳遞的熱量為：上面?zhèn)鳠徇^(guò)程中傳遞的熱量為： 21 21 21 21 11 )()( AhAAh tt RRR tt ff hh ff tAkttAk ff )( 21 傳熱系數(shù)傳熱系數(shù) ，是表征傳熱過(guò)程強(qiáng)烈程度的標(biāo)尺，是表征傳熱過(guò)程強(qiáng)烈程度的標(biāo)尺， 不是物性參數(shù)，與過(guò)程有關(guān)。不是物性參數(shù)，與過(guò)程有關(guān)。 2 W m K 傳熱系數(shù)傳熱系數(shù) 21 21 1 11 1 hh rrr hh k 單位熱阻或面積熱阻單位熱阻或面積熱阻 35 a.k

16、越大，傳熱越好。若要增大 k，可增大 12 , , hh或減小 c.c. h h1 1、h h2 2的計(jì)算方法及增加的計(jì)算方法及增加k k值的措施值的措施 注意：注意： b.b. 非穩(wěn)態(tài)傳熱過(guò)程以及有內(nèi)熱源時(shí)，不能用熱阻分析非穩(wěn)態(tài)傳熱過(guò)程以及有內(nèi)熱源時(shí)，不能用熱阻分析 法法 36 第二章 穩(wěn)態(tài)導(dǎo)熱 o 重點(diǎn)掌握重點(diǎn)掌握： 溫度場(chǎng)、溫度梯度、熱流密度等基本概念；溫度場(chǎng)、溫度梯度、熱流密度等基本概念； 導(dǎo)熱傅里葉定律；不同材料導(dǎo)熱系數(shù)的量級(jí)；導(dǎo)熱傅里葉定律；不同材料導(dǎo)熱系數(shù)的量級(jí)； 直角坐標(biāo)系下導(dǎo)熱微分方程式及其推導(dǎo)方法；直角坐標(biāo)系下導(dǎo)熱微分方程式及其推導(dǎo)方法； 通過(guò)平壁、圓筒壁、肋壁穩(wěn)態(tài)導(dǎo)熱的計(jì)

17、算方法。通過(guò)平壁、圓筒壁、肋壁穩(wěn)態(tài)導(dǎo)熱的計(jì)算方法。 37 (1).(1).若物性參數(shù)若物性參數(shù) 、c c 和和 均為常數(shù)：均為常數(shù)： 222 2 222 (); or vv qqttttt aat xyzcc 2 m sa c 熱擴(kuò)散率 2 拉 普 拉 斯 算 子 直角坐標(biāo)系下導(dǎo)熱微分方程式直角坐標(biāo)系下導(dǎo)熱微分方程式 38 (2).(2).若物性參數(shù)為常數(shù)且無(wú)內(nèi)熱源：若物性參數(shù)為常數(shù)且無(wú)內(nèi)熱源： (3).(3).若物性參數(shù)為常數(shù)、穩(wěn)態(tài)導(dǎo)熱：若物性參數(shù)為常數(shù)、穩(wěn)態(tài)導(dǎo)熱： 222 2 222 (); or ttttt aat xyz 222 2 222 0 ttt t xyz (4).(4).若物

18、性參數(shù)為常數(shù)、無(wú)內(nèi)熱源穩(wěn)態(tài)導(dǎo)熱：若物性參數(shù)為常數(shù)、無(wú)內(nèi)熱源穩(wěn)態(tài)導(dǎo)熱： 222 222 0 v qttt xyz 39 導(dǎo)熱過(guò)程的定解條件導(dǎo)熱過(guò)程的定解條件 使微分方程獲得適合某一特定問(wèn)題的解的附加條件使微分方程獲得適合某一特定問(wèn)題的解的附加條件 穩(wěn)態(tài)導(dǎo)熱問(wèn)題常見(jiàn)的三類邊界條件穩(wěn)態(tài)導(dǎo)熱問(wèn)題常見(jiàn)的三類邊界條件 使微分方程獲得適合某一特定問(wèn)題的解的附加條件使微分方程獲得適合某一特定問(wèn)題的解的附加條件 (1). (1). 第一類邊界條件第一類邊界條件已知任一瞬間導(dǎo)熱體邊界上溫度值已知任一瞬間導(dǎo)熱體邊界上溫度值 穩(wěn)態(tài)導(dǎo)熱：穩(wěn)態(tài)導(dǎo)熱： t tw w = = constconst 非穩(wěn)態(tài)導(dǎo)熱：非穩(wěn)態(tài)導(dǎo)熱：

19、t tw w = f = f ( ( ) ) 40 （2 2）第二類邊界條件）第二類邊界條件 根據(jù)傅里葉定律：根據(jù)傅里葉定律： 已知物體邊界上已知物體邊界上熱流密度熱流密度的分布及變化規(guī)律：的分布及變化規(guī)律： 第二類邊界條件相當(dāng)于已知任何時(shí)刻物體邊界第二類邊界條件相當(dāng)于已知任何時(shí)刻物體邊界 面法向的溫度梯度值面法向的溫度梯度值 穩(wěn)態(tài)導(dǎo)熱：穩(wěn)態(tài)導(dǎo)熱： q qw w 非穩(wěn)態(tài)導(dǎo)熱：非穩(wěn)態(tài)導(dǎo)熱： ( ,) w s qqfr w qconst() w qf () wn t q n () w n qt n 41 （3 3）第三類邊界條件）第三類邊界條件 當(dāng)物體壁面與流體相接觸進(jìn)行對(duì)流換熱時(shí)，已知當(dāng)物體壁面

20、與流體相接觸進(jìn)行對(duì)流換熱時(shí)，已知 任一時(shí)刻邊界面周圍流體的溫度和表面?zhèn)鳠嵯禂?shù)任一時(shí)刻邊界面周圍流體的溫度和表面?zhèn)鳠嵯禂?shù) t tf, f, h h q qw w () wf w tnh tt 42 2-3 通過(guò)平壁、圓筒壁、球殼和其它 變截面物體的導(dǎo)熱 本節(jié)將針對(duì)一維、穩(wěn)態(tài)、常物性、無(wú)內(nèi)熱源情況，考察平本節(jié)將針對(duì)一維、穩(wěn)態(tài)、常物性、無(wú)內(nèi)熱源情況，考察平 板和圓柱內(nèi)的導(dǎo)熱。板和圓柱內(nèi)的導(dǎo)熱。 直角坐標(biāo)系：直角坐標(biāo)系： z t zy t yx t x t c )()()( 1. 單層平壁的導(dǎo)熱單層平壁的導(dǎo)熱 o x a 幾何條件：?jiǎn)螌悠桨澹粠缀螚l件：?jiǎn)螌悠桨澹?b 物理?xiàng)l件：物理?xiàng)l件： 、c、 已知

21、；無(wú)內(nèi)熱源已知；無(wú)內(nèi)熱源 c 時(shí)間條件：時(shí)間條件： 0 :t穩(wěn)態(tài)導(dǎo)熱 d 邊界條件：第一類邊界條件：第一類 43 由熱阻分析法：由熱阻分析法： n i i i n n i i n tt r tt q 1 11 1 11 問(wèn)：現(xiàn)在已經(jīng)知道了問(wèn)：現(xiàn)在已經(jīng)知道了q q，如何計(jì)算其中第，如何計(jì)算其中第 i i 層的右側(cè)壁溫？層的右側(cè)壁溫？ 第一層：第一層： 1 1 1221 1 1 )( qttttq 第二層：第二層： 2 2 2332 2 2 )( qttttq 第第 i 層：層： i i iiii i i qttttq 111) ( 44 下面來(lái)看一下圓筒壁內(nèi)部的熱流密度和熱流分布情況下面來(lái)看一下

22、圓筒壁內(nèi)部的熱流密度和熱流分布情況 2 12 21 m W )ln(d d rr tt rr t q ww W 2 )ln( 2 21 12 21 R tt l rr tt rlq wwww )ln( )ln( )( 12 1 211 rr rr tttt www rrr tt dr dt ww 1 )ln( 12 21 長(zhǎng)度為長(zhǎng)度為 l 的圓筒的圓筒 壁的導(dǎo)熱熱阻壁的導(dǎo)熱熱阻 雖然是穩(wěn)態(tài)情況，但雖然是穩(wěn)態(tài)情況，但 熱流密度熱流密度 q 與半徑與半徑 r 成反比！成反比！ 45 日常生活中的例子 o 人體為恒溫體。若房間里氣體的溫度在夏天和 冬天都保持20度，那么在冬天與夏天、人在房 間里所穿

23、的衣服能否一樣？ o 夏天人在同樣溫度（如：25度）的空氣和水中 的感覺(jué)不一樣。為什么？ 46 第三章非穩(wěn)態(tài)導(dǎo)熱 非穩(wěn)態(tài)導(dǎo)熱過(guò)程非穩(wěn)態(tài)導(dǎo)熱過(guò)程( (集總參數(shù)法集總參數(shù)法) )。 重點(diǎn)掌握重點(diǎn)掌握： 47 1 1）畢渥數(shù)的定義：）畢渥數(shù)的定義：1 h Bi h 畢渥數(shù)屬特征數(shù)（準(zhǔn)則數(shù)）。畢渥數(shù)屬特征數(shù)（準(zhǔn)則數(shù)）。 2 2）Bi Bi 物理意義：物理意義： Bi Bi 的大小反映了物體在的大小反映了物體在 非穩(wěn)態(tài)條件下內(nèi)部溫度場(chǎng)的分布規(guī)律。非穩(wěn)態(tài)條件下內(nèi)部溫度場(chǎng)的分布規(guī)律。 48 Bi 準(zhǔn)則對(duì)溫度分布的影響 t i B i B0 0B i 1 2 2 3 12 12 0 1 0 1 000 0 t

24、t 0 tt 0 tt Bi 準(zhǔn)則對(duì)無(wú)限大平壁溫度分布的影響 49 3-2 集總參數(shù)法的簡(jiǎn)化分析 1 定義：定義：忽略物體內(nèi)部導(dǎo)熱熱阻、認(rèn)為物體溫度均勻一致的忽略物體內(nèi)部導(dǎo)熱熱阻、認(rèn)為物體溫度均勻一致的 分析方法。此時(shí)，分析方法。此時(shí)， ，溫度分布只與時(shí)間有，溫度分布只與時(shí)間有 關(guān)，即關(guān)，即 ，與空間位置無(wú)關(guān)，因此，也稱為，與空間位置無(wú)關(guān)，因此，也稱為 零維問(wèn)題。零維問(wèn)題。 Bi )(ft 2 溫度分布 如圖所示，任意形狀的物體，參數(shù)均 為已知。 0 0tt 時(shí)， t 將其突然置于溫度恒為將其突然置于溫度恒為 的流的流 體中體中。 50 當(dāng)物體被冷卻時(shí)（tt）,由能量守恒可知 d dt Vct

25、thA-)( d Vc hAd 方程式改寫(xiě)為：方程式改寫(xiě)為： 過(guò)余溫度令： tt，則有，則有 00 )0( - tt d d VchA 51 0 0 d Vc hAd Vc hA ln 0 d Vc hAd 積分積分 Vc hA e tt tt 00 其中的指數(shù)：其中的指數(shù)： vv FoBi AV aAVh cV A A hV cV hA 2 2 2 )( )( 52 %8 .36 1 0 e 即與即與 的量綱相同，當(dāng)?shù)牧烤V相同，當(dāng) 時(shí)，則時(shí)，則 1 hA Vc 1 Vc hA 此時(shí)，此時(shí)， 上式表明：當(dāng)傳熱時(shí)間等于上式表明：當(dāng)傳熱時(shí)間等于 時(shí)，物體的過(guò)時(shí)，物體的過(guò) 余溫度已經(jīng)達(dá)到了初始過(guò)余溫

26、度的余溫度已經(jīng)達(dá)到了初始過(guò)余溫度的36.8。 稱稱 為時(shí)間常數(shù)，用為時(shí)間常數(shù)，用 表示。表示。 hA Vc hA Vc c 53 如果導(dǎo)熱體的熱容量（ Vc ）小、換熱條件好 （h大），那么單位時(shí)間所傳遞的熱量大、導(dǎo)熱體 的溫度變化快，時(shí)間常數(shù) ( Vc / hA) 小。 對(duì)于測(cè)溫的熱電偶節(jié)點(diǎn)，時(shí)間常數(shù)越小、說(shuō)明熱 電偶對(duì)流體溫度變化的響應(yīng)越快。這是測(cè)溫技術(shù) 所需要的 %83. 1 4 0 時(shí)，當(dāng) hA Vc 工程上認(rèn)為=4 Vc / hA 時(shí) 導(dǎo)熱體已達(dá)到熱平衡狀態(tài) 54 4 物理意義物理意義 vv FoBi h lhl 1 Bi 物體表面對(duì)流換熱熱阻 物體內(nèi)部導(dǎo)熱熱阻 Fo越大，熱擾動(dòng)就能

27、越深入地傳播到物體越大，熱擾動(dòng)就能越深入地傳播到物體 內(nèi)部，因而，物體各點(diǎn)地溫度就越接近周內(nèi)部，因而，物體各點(diǎn)地溫度就越接近周 圍介質(zhì)的溫度。圍介質(zhì)的溫度。 22 F l o l a 換熱時(shí)間 邊界熱擾動(dòng)擴(kuò)散到 面積上所需的時(shí)間 55 采用此判據(jù)時(shí)，物體中各點(diǎn)過(guò)余溫度的差別小于5% M1 . 0 )AV(h Biv 對(duì)厚為2的 無(wú)限大平板 對(duì)半徑為R的 無(wú)限長(zhǎng)圓柱 對(duì)半徑為R的 球 3 1 M 2 1 M 1M 3 B B 3 R R4 R 3 4 A V 2 B B 2 R R2 R A V BB A A A V i iv 2 3 i iv 2 iiv 5 集總參數(shù)法的應(yīng)用條件集總參數(shù)法的應(yīng)

28、用條件 56 第四章導(dǎo)熱問(wèn)題的數(shù)值解法 能夠列出節(jié)點(diǎn)差分方程能夠列出節(jié)點(diǎn)差分方程 57 x y x y n m (m,n) M N 基本概念：控制容積、網(wǎng)格線、節(jié)點(diǎn)、界面線、步長(zhǎng)基本概念：控制容積、網(wǎng)格線、節(jié)點(diǎn)、界面線、步長(zhǎng) 二維矩形二維矩形 域內(nèi)穩(wěn)態(tài)域內(nèi)穩(wěn)態(tài) 無(wú)內(nèi)熱源，無(wú)內(nèi)熱源， 常物性的常物性的 導(dǎo)熱問(wèn)題導(dǎo)熱問(wèn)題 58 1.1.邊界節(jié)點(diǎn)離散方程的建立：邊界節(jié)點(diǎn)離散方程的建立： qw x y qw (1) 平直邊界上的節(jié)點(diǎn)平直邊界上的節(jié)點(diǎn) 2 ,1,1, 1, 2 24 x ttq x tt nmnmnmwnmnm 0 2 22 , ,1,1, , 1 y x y ttx y ttx yq

29、x tt y nm nmnmnmnm w nmnm yx 如圖所示如圖所示 邊界節(jié)點(diǎn)邊界節(jié)點(diǎn) (m,n) (m,n) 只能只能 代表半個(gè)元體，若邊界上有向該代表半個(gè)元體，若邊界上有向該 元體傳遞的熱流密度為元體傳遞的熱流密度為q qw w ，據(jù)能，據(jù)能 量守恒定律對(duì)該元體有：量守恒定律對(duì)該元體有： 59 (2) 外部角點(diǎn)外部角點(diǎn) 2 2 2 2 ,1, 1, x q x ttt nmwnmnmnm 0 22 22 22 , ,1, , 1 yx y ttx q x q y x tty nm nmnm w w nmnm yx x y qw 如圖所示，二維墻角計(jì)算區(qū)域中，如圖所示，二維墻角計(jì)算區(qū)域

30、中， 該節(jié)點(diǎn)外角點(diǎn)僅代表該節(jié)點(diǎn)外角點(diǎn)僅代表 1/4 個(gè)以個(gè)以 為邊長(zhǎng)的元體。為邊長(zhǎng)的元體。xy、 60 (3) 內(nèi)部角點(diǎn)內(nèi)部角點(diǎn) ) 2 2 3 22( 6 1 22 , 11,1, 1, w nmnmnmnmnm q xx ttttt 0 4 3 22 22 , ,1,1, , 1, 1 yx q x y ttx y tt x q y x tty x tt y nm w nmnmnmnm w nmnmnmnm yx x qw 如圖所示內(nèi)部角點(diǎn)代表了如圖所示內(nèi)部角點(diǎn)代表了 3/4 3/4 個(gè)元體，在個(gè)元體，在 同樣的假設(shè)條件下有同樣的假設(shè)條件下有 61 第五章 對(duì)流換熱 重點(diǎn)掌握：重點(diǎn)掌握：

31、（1 1）對(duì)流換熱的牛頓冷卻公式；）對(duì)流換熱的牛頓冷卻公式； （2 2）邊界層的概念與特點(diǎn)及其對(duì)求解）邊界層的概念與特點(diǎn)及其對(duì)求解 對(duì)流換熱問(wèn)題的意義；對(duì)流換熱問(wèn)題的意義； 62 5-1 對(duì)流換熱概述 1 1 對(duì)流換熱的定義和性質(zhì)對(duì)流換熱的定義和性質(zhì) 對(duì)流換熱是指流體流經(jīng)固體時(shí)流體與固體表面之間的對(duì)流換熱是指流體流經(jīng)固體時(shí)流體與固體表面之間的 熱量傳遞現(xiàn)象熱量傳遞現(xiàn)象 對(duì)流換熱與熱對(duì)流不同，既有熱對(duì)流，也有導(dǎo)熱；不 是基本傳熱方式 3 對(duì)流換熱的基本計(jì)算式 W )( tthA w 2 mW )( fw tth Aq 牛頓冷卻式: 63 4 4 表面?zhèn)鳠嵯禂?shù)（對(duì)流換熱系數(shù)）表面?zhèn)鳠嵯禂?shù)（對(duì)流換熱

32、系數(shù)） )( ttAh w C)(mW 2 如何確定如何確定h h及增強(qiáng)換熱的措施是對(duì)流換熱及增強(qiáng)換熱的措施是對(duì)流換熱 的核心問(wèn)題的核心問(wèn)題 64 5 對(duì)流換熱的影響因素對(duì)流換熱的影響因素 對(duì)流換熱是流體的導(dǎo)熱和對(duì)流兩種基本傳熱方式共同作用的對(duì)流換熱是流體的導(dǎo)熱和對(duì)流兩種基本傳熱方式共同作用的 結(jié)果。其影響因素主要有以下五個(gè)方面：結(jié)果。其影響因素主要有以下五個(gè)方面：(1)流動(dòng)起因流動(dòng)起因; (2) 流動(dòng)狀態(tài)流動(dòng)狀態(tài); (3)流體有無(wú)相變流體有無(wú)相變; (4)換熱表面的幾何因素?fù)Q熱表面的幾何因素; (5) 流體的熱物理性質(zhì)流體的熱物理性質(zhì) 65 對(duì)流換熱分類小結(jié) 66 層流底層層流底層 緩沖層緩

33、沖層 u 湍流湍流過(guò)渡流過(guò)渡流層流層流 c x y x 5-3 邊界層概念及邊界層換熱微分方程組邊界層概念及邊界層換熱微分方程組 67 1. 1. 物理現(xiàn)象物理現(xiàn)象 當(dāng)粘性流體在壁面上流動(dòng)時(shí)，當(dāng)粘性流體在壁面上流動(dòng)時(shí)， 由于粘性的作用，在貼附于壁面的流體速度由于粘性的作用，在貼附于壁面的流體速度 實(shí)際上等于零，在流體力學(xué)中稱為貼壁處的實(shí)際上等于零，在流體力學(xué)中稱為貼壁處的 無(wú)滑移邊界條件。無(wú)滑移邊界條件。 2.2. 實(shí)驗(yàn)測(cè)定實(shí)驗(yàn)測(cè)定 若用儀器測(cè)出壁面法向（若用儀器測(cè)出壁面法向（ 向）的速度分布，如上圖所示。在向）的速度分布，如上圖所示。在 處，處， ；此后隨；此后隨 ， 。 經(jīng)經(jīng) 過(guò)一個(gè)薄層后

34、過(guò)一個(gè)薄層后 接近主流速度。接近主流速度。 0y y 0uyu u 68 3.3. 定義定義 這一薄層稱為流動(dòng)邊界層（速度邊界這一薄層稱為流動(dòng)邊界層（速度邊界 層），通常規(guī)定：層），通常規(guī)定： （主流速度）處的（主流速度）處的 距離距離 為流動(dòng)邊界層厚度，記為為流動(dòng)邊界層厚度，記為 。 0.99uu y 4. 4. 數(shù)量級(jí)數(shù)量級(jí) 流動(dòng)邊界層很薄，如空氣，以流動(dòng)邊界層很薄，如空氣，以 掠過(guò)平板，在離前緣掠過(guò)平板，在離前緣 處的邊界處的邊界 層厚度約為層厚度約為 。 16 /um s 1m 5mm 69 3.3. 定義定義 這一薄層稱為流動(dòng)邊界層（速度邊這一薄層稱為流動(dòng)邊界層（速度邊 界層），通常

35、規(guī)定：界層），通常規(guī)定： （主流速度）（主流速度） 處的距離處的距離 為流動(dòng)邊界層厚度，記為為流動(dòng)邊界層厚度，記為 。 0.99uu y 4. 4. 數(shù)量級(jí)數(shù)量級(jí) 流動(dòng)邊界層很薄，如空氣，以流動(dòng)邊界層很薄，如空氣，以 掠過(guò)平板，在離前緣掠過(guò)平板，在離前緣 處的邊處的邊 界層厚度約為界層厚度約為 。 16 /um s 1m 5mm 70 熱邊界層熱邊界層 y x 等溫流動(dòng)區(qū)等溫流動(dòng)區(qū) 溫度邊界層溫度邊界層 t ,0 w tt ,ut 71 由于速度在壁面法線方向的變化出現(xiàn)了由于速度在壁面法線方向的變化出現(xiàn)了 流動(dòng)邊界層，同樣，當(dāng)流體與壁面之間存在流動(dòng)邊界層，同樣，當(dāng)流體與壁面之間存在 溫度差時(shí)，

36、將會(huì)產(chǎn)生溫度差時(shí)，將會(huì)產(chǎn)生熱邊界層熱邊界層，如上圖所示如上圖所示。 在在 處，流體溫度等于壁溫處，流體溫度等于壁溫 ，0y w tt 0 w tt 72 流動(dòng)邊界層的幾個(gè)重要特性 (1) 邊界層厚度 與壁的定型尺寸L相比極小， L (2) 邊界層內(nèi)存在較大的速度梯度 (3) 邊界層流態(tài)分層流與湍流；湍流邊界層緊靠壁面處 仍有層流特征，粘性底層（層流底層） (4) 流場(chǎng)可以劃分為邊界層區(qū)與主流區(qū) 邊界層區(qū)：由粘性流體運(yùn)動(dòng)微分方程組描述 主流區(qū)：由理想流體運(yùn)動(dòng)微分方程歐拉方程描述 73 第六章第六章 相似原理及量綱分析相似原理及量綱分析 重點(diǎn)掌握：重點(diǎn)掌握： （1 1）相似原理的主要內(nèi)容及相似原理

37、指導(dǎo)下的）相似原理的主要內(nèi)容及相似原理指導(dǎo)下的 實(shí)驗(yàn)研究方法；實(shí)驗(yàn)研究方法； （2 2）對(duì)流換熱特征數(shù)）對(duì)流換熱特征數(shù)( (NuNu、ReRe、PrPr、GrGr) )的表的表 達(dá)式及其物理意義；達(dá)式及其物理意義； （3 3）管內(nèi)和外掠圓管束的強(qiáng)制對(duì)流換熱及大）管內(nèi)和外掠圓管束的強(qiáng)制對(duì)流換熱及大 空間自然對(duì)流換熱的特點(diǎn)、影響因素，會(huì)利用空間自然對(duì)流換熱的特點(diǎn)、影響因素，會(huì)利用 特征數(shù)關(guān)聯(lián)式計(jì)算上述對(duì)流換熱問(wèn)題。特征數(shù)關(guān)聯(lián)式計(jì)算上述對(duì)流換熱問(wèn)題。 74 1.相似原理的研究?jī)?nèi)容：相似原理的研究?jī)?nèi)容：研究相似物理現(xiàn)象之間的關(guān)系，研究相似物理現(xiàn)象之間的關(guān)系， (1)物理現(xiàn)象相似：物理現(xiàn)象相似：對(duì)于同類

38、的物理現(xiàn)象，在相應(yīng)的時(shí)刻與相對(duì)于同類的物理現(xiàn)象，在相應(yīng)的時(shí)刻與相 應(yīng)的地點(diǎn)上與現(xiàn)象有關(guān)的物理量一一對(duì)應(yīng)成比例。應(yīng)的地點(diǎn)上與現(xiàn)象有關(guān)的物理量一一對(duì)應(yīng)成比例。 (2)同類物理現(xiàn)象：同類物理現(xiàn)象：用相同形式并具有相同內(nèi)容的微分方程式用相同形式并具有相同內(nèi)容的微分方程式 所描寫(xiě)的現(xiàn)象。所描寫(xiě)的現(xiàn)象。 2. 物理現(xiàn)象相似的特性物理現(xiàn)象相似的特性 (1)同名特征數(shù)對(duì)應(yīng)相等；同名特征數(shù)對(duì)應(yīng)相等； (2)各特征數(shù)之間存在著函數(shù)關(guān)系，如常物性流體外略平板對(duì)各特征數(shù)之間存在著函數(shù)關(guān)系，如常物性流體外略平板對(duì) 流換熱特征數(shù)：流換熱特征數(shù)： Pr)(Re,fNu 特征數(shù)方程：無(wú)量特征數(shù)方程：無(wú)量 綱量之間的函數(shù)關(guān)綱量

39、之間的函數(shù)關(guān) 系系 75 同名的已定特征數(shù)相等同名的已定特征數(shù)相等 單值性條件相似：初始條件、單值性條件相似：初始條件、 邊界條件、幾何條件、物理?xiàng)l件邊界條件、幾何條件、物理?xiàng)l件 3. 物理現(xiàn)象相似的條件物理現(xiàn)象相似的條件 76 Nu hd dhudhu dcba 0110 1 1111 Re 2 udud Pr 3 a c p Pr)(Re,fNu 單相、強(qiáng)制 對(duì)流 77 使用特征方程時(shí)應(yīng)注意的問(wèn)題：使用特征方程時(shí)應(yīng)注意的問(wèn)題： （1 1）特征長(zhǎng)度應(yīng)該按準(zhǔn)則式規(guī)定的方式選取）特征長(zhǎng)度應(yīng)該按準(zhǔn)則式規(guī)定的方式選取 o 特征長(zhǎng)度：特征長(zhǎng)度：包含在相似特征數(shù)中的幾何長(zhǎng)度；包含在相似特征數(shù)中的幾何長(zhǎng)度

40、； o 如：管內(nèi)流動(dòng)換熱：取直徑如：管內(nèi)流動(dòng)換熱：取直徑 d d o 流體在流通截面形狀不規(guī)則的槽道中流動(dòng)：流體在流通截面形狀不規(guī)則的槽道中流動(dòng)： 取取當(dāng)量直徑當(dāng)量直徑作為特征尺度：作為特征尺度： 6.2 6.2 相似原理的應(yīng)用相似原理的應(yīng)用 78 （2 2）定性溫度應(yīng)按該準(zhǔn)則式規(guī)定的方式選取）定性溫度應(yīng)按該準(zhǔn)則式規(guī)定的方式選取 o 定性溫度：定性溫度：計(jì)算流體物性時(shí)所采用的溫度。計(jì)算流體物性時(shí)所采用的溫度。 o 常用的選取方式有：常用的選取方式有： 通道內(nèi)部流動(dòng)取進(jìn)出口截面的平均值通道內(nèi)部流動(dòng)取進(jìn)出口截面的平均值 外部流動(dòng)取邊界層外的流體溫度或去這外部流動(dòng)取邊界層外的流體溫度或去這 一溫度與

41、壁面溫度的平均值。一溫度與壁面溫度的平均值。 79 （3 3）準(zhǔn)則方程不能任意推廣到得到該方）準(zhǔn)則方程不能任意推廣到得到該方 程的實(shí)驗(yàn)參數(shù)的范圍以外程的實(shí)驗(yàn)參數(shù)的范圍以外 o 參數(shù)范圍主要有：參數(shù)范圍主要有： 數(shù)范圍；數(shù)范圍； 數(shù)范圍；數(shù)范圍； 幾何參數(shù)范圍。幾何參數(shù)范圍。 Re Pr 80 2 2 常見(jiàn)無(wú)量綱常見(jiàn)無(wú)量綱( (準(zhǔn)則數(shù)準(zhǔn)則數(shù)) )數(shù)的物理意義及表達(dá)式數(shù)的物理意義及表達(dá)式 81 例題 o 已知冷空氣溫度為0 ，以6m/s的流速平等的吹 過(guò)一太陽(yáng)能集熱器表面，該表面尺寸1m*1m，其 中一個(gè)邊與來(lái)流方向垂直。表面平均溫度為20 ， 求由于對(duì)流散熱而散失的熱量. o 解：定性溫度tm=

42、(0+20)/2=10, o 物性參數(shù)0.0251W/(m*K) o 14.16*10-6m2/s o Pr0.705，ReuL/4.237*105 o Nu=0.664Re0.5Pr0.333=384.7 o h=Nu /l=9.66W/(m2k) o Q=Aht=193W 82 第七章第七章 凝結(jié)與沸騰換熱凝結(jié)與沸騰換熱 o 掌握凝結(jié)與沸騰換熱的模式掌握凝結(jié)與沸騰換熱的模式 o 影響凝結(jié)與沸騰換熱的因素。影響凝結(jié)與沸騰換熱的因素。 影響凝結(jié)換熱的因素。影響凝結(jié)換熱的因素。 1.1. 不凝結(jié)氣體不凝結(jié)氣體2. 蒸氣流速蒸氣流速3. 過(guò)熱蒸氣過(guò)熱蒸氣 4. 4. 液膜過(guò)冷度及溫度分布的非線性液

43、膜過(guò)冷度及溫度分布的非線性 5. 5. 管子排數(shù)管子排數(shù) 6. 6. 管內(nèi)冷凝管內(nèi)冷凝 7. 7. 凝結(jié)表面的幾何形狀凝結(jié)表面的幾何形狀 83 影響沸騰換熱的因素影響沸騰換熱的因素 1 不凝結(jié)氣體對(duì)膜狀沸騰換熱的影響不凝結(jié)氣體對(duì)膜狀沸騰換熱的影響 2 過(guò)冷度過(guò)冷度 3 液位高度液位高度4 重力加速度重力加速度5 沸騰表面的結(jié)構(gòu)沸騰表面的結(jié)構(gòu) 84 o 第八章第八章 熱輻射基本定律及 物體的輻射特性 o 重點(diǎn)掌握：重點(diǎn)掌握： （1 1）黑體、灰體、吸收比、發(fā)射比、透射比、發(fā)射）黑體、灰體、吸收比、發(fā)射比、透射比、發(fā)射 率、輻射力、輻射強(qiáng)度、有效輻射等熱輻射的基率、輻射力、輻射強(qiáng)度、有效輻射等熱輻

44、射的基 本概念；本概念； （2 2）黑體輻射的基本定律；）黑體輻射的基本定律； （3 3）實(shí)際物體的輻射特性，基爾霍夫定律；）實(shí)際物體的輻射特性，基爾霍夫定律； 85 輻射力輻射力E E： 單位時(shí)間內(nèi)，物體的單位表面積向半球空間發(fā)射的所有單位時(shí)間內(nèi)，物體的單位表面積向半球空間發(fā)射的所有 波長(zhǎng)的能量總和。波長(zhǎng)的能量總和。 (W/m2)； 光譜輻射力光譜輻射力E E ： 單位時(shí)間內(nèi)，單位波長(zhǎng)范圍內(nèi)單位時(shí)間內(nèi)，單位波長(zhǎng)范圍內(nèi)( (包含某一給定波長(zhǎng)包含某一給定波長(zhǎng)) )，物，物 體的單位表面積向半球空間發(fā)射的能量。體的單位表面積向半球空間發(fā)射的能量。 (W/m3)； 熱輻射能量的表示方法熱輻射能量的表

45、示方法 E、E關(guān)系關(guān)系:顯然，顯然， E和和E之間具有如下關(guān)系：之間具有如下關(guān)系： dEE 0 黑體一般采用下標(biāo)黑體一般采用下標(biāo)b表示，如黑體的輻射力為表示，如黑體的輻射力為Eb， 黑體的黑體的光譜輻射力光譜輻射力為為Eb 86 4 b EET 1 )( 5 1 2 Tc b e c E (1)Planck(1)Planck定律定律( (第一個(gè)定律第一個(gè)定律) )： 33 max 2.8976 102.9 10m KT (2)Stefan-Boltzmann(2)Stefan-Boltzmann定律定律( (第二個(gè)定律第二個(gè)定律) )： 4 0 )( 5 1 0 1 2 Td e c dEE

46、Tc bb 87 圖圖7-10 7-10 定向輻射強(qiáng)度的定義圖定向輻射強(qiáng)度的定義圖 3.Lambert 定律定律(黑體輻射的第三個(gè)基本定律黑體輻射的第三個(gè)基本定律) cos dd ),(d L A 它說(shuō)明黑體的定向輻射力隨天頂角它說(shuō)明黑體的定向輻射力隨天頂角 呈余弦規(guī)律變化，見(jiàn)圖呈余弦規(guī)律變化，見(jiàn)圖7- 11，因此，因此， Lambert定律也稱為余弦定律。定律也稱為余弦定律。 88 層 次數(shù)學(xué)表達(dá)式成立條件 光譜，定向 光譜，半球 全波段，半球 無(wú)條件，為天頂角 漫射表面 與黑體處于熱平衡或?qū)β冶砻?),(),(TT ),(),(TT )()(TT 4. Kirchhoff 4. Kirc

47、hhoff 定律的定律的 注：注： (1)(1)漫射表面：指發(fā)射或反射的定向輻射強(qiáng)度與空間方向無(wú)漫射表面：指發(fā)射或反射的定向輻射強(qiáng)度與空間方向無(wú) 關(guān)，即符合關(guān)，即符合LambertLambert定律的物體表面；定律的物體表面； (2)(2)灰體：指光譜吸收比與波長(zhǎng)無(wú)關(guān)的物體，其發(fā)射和吸收灰體：指光譜吸收比與波長(zhǎng)無(wú)關(guān)的物體，其發(fā)射和吸收 輻射與黑體在形式上完全一樣，只是減小了一個(gè)相同的輻射與黑體在形式上完全一樣，只是減小了一個(gè)相同的 比例。比例。 89 第九章第九章 輻射換熱的計(jì)算輻射換熱的計(jì)算 o 重點(diǎn)掌握：重點(diǎn)掌握： 1 1、角系數(shù)的定義及性質(zhì)、角系數(shù)計(jì)算、角系數(shù)的定義及性質(zhì)、角系數(shù)計(jì)算 的

48、代數(shù)法；的代數(shù)法； 2 2、輻射熱阻的概念，黑體和灰體表面、輻射熱阻的概念，黑體和灰體表面 組成的簡(jiǎn)單封閉空腔內(nèi)輻射換熱的計(jì)組成的簡(jiǎn)單封閉空腔內(nèi)輻射換熱的計(jì) 算方法。算方法。 90 有兩個(gè)表面，編號(hào)為有兩個(gè)表面，編號(hào)為1和和2，其間充滿透明介質(zhì)，則表面，其間充滿透明介質(zhì)，則表面1 對(duì)表面對(duì)表面2的角系數(shù)的角系數(shù)X1,2是：表面是：表面1直接投射到表面直接投射到表面2上的能上的能 量，占表面量，占表面1輻射能量的百分比。即輻射能量的百分比。即 圖8-1 有效輻射示意圖 的有效輻射表面 的投入輻射對(duì)表面表面 1 21 2, 1 X 同理，也可以定義表面同理，也可以定義表面2對(duì)表面對(duì)表面1的角系數(shù)。

49、從這個(gè)概的角系數(shù)。從這個(gè)概 念我們可以得出角系數(shù)的應(yīng)用是有一定限制條件的，念我們可以得出角系數(shù)的應(yīng)用是有一定限制條件的， 即即漫射面、等溫、物性均勻漫射面、等溫、物性均勻 角系數(shù)定義角系數(shù)定義 91 o 2. 角系數(shù)性質(zhì)角系數(shù)性質(zhì) o (1) 相對(duì)性相對(duì)性 o (2)完整性完整性 1 , 222, 11 XAXA n i in XXXXX 1 , 1, 13 , 12, 11 , 1 1 若表面若表面1 1為非凹表面時(shí)，為非凹表面時(shí)，X X1,1 1,1 = 0 = 0。 n i i XX 1 2,12,1 (3) (3) 可加性可加性 92 3 角系數(shù)的計(jì)算方法角系數(shù)的計(jì)算方法 三個(gè)非凹表面

50、組成的封閉系統(tǒng)三個(gè)非凹表面組成的封閉系統(tǒng) 1 321 2, 1 2A AAA X 的斷面長(zhǎng)度表面 不交叉線之和交叉線之和 1 , 22 )()( Aab bdacadbc X cdab 兩個(gè)非凹表面及假想面組成的封閉系統(tǒng)兩個(gè)非凹表面及假想面組成的封閉系統(tǒng) 93 9-2 9-2 被透明介質(zhì)隔開(kāi)的兩固體表面間的輻射換熱被透明介質(zhì)隔開(kāi)的兩固體表面間的輻射換熱 的部分的部分 到達(dá)表面到達(dá)表面 的熱輻射的熱輻射 發(fā)出表面發(fā)出表面 12 21 )( 212, 111 ,2222, 1112, 1 bbbb EEXAXEAXEA 圖圖8-7 黑體系統(tǒng)的黑體系統(tǒng)的 輻射換熱輻射換熱 1 黑體表面黑體表面 如圖

51、如圖8-78-7所示，黑表面所示，黑表面1 1和和2 2之間的輻射換熱量為之間的輻射換熱量為 94 于是有于是有 22 2 2,1111 1 21 2,1 111 AXAA EE bb 圖圖8-8 8-8 兩個(gè)物體組成的輻射換熱系統(tǒng)兩個(gè)物體組成的輻射換熱系統(tǒng) 1 11 1 1 )( 22 1 2, 11 211 2, 1 A A X EEA bb 2 漫灰表面漫灰表面 95 定義系統(tǒng)黑度定義系統(tǒng)黑度( (或稱為系統(tǒng)發(fā)射率或稱為系統(tǒng)發(fā)射率) ) 1 1 1 1 1 1 2 1 ,2 1 2,1 XX s 1 11 1 1 )( 22 1 2, 11 211 2, 1 A A X EEA bb )

52、( 212, 112, 1bbs EEXA )( 212,112,1bb EEXA 與黑體輻射換熱比較，上式多了一個(gè)與黑體輻射換熱比較，上式多了一個(gè) ，它是考慮由，它是考慮由 于灰體系統(tǒng)多次吸收與反射對(duì)換熱量影響的因子。于灰體系統(tǒng)多次吸收與反射對(duì)換熱量影響的因子。 s 96 三種特殊情形三種特殊情形 (1)(1) 表面表面1 1為凸面或平面，此時(shí)，為凸面或平面，此時(shí)，X X1,2 1,2 1 1，于是，于是 1 1 1 1 1 1 22 1 2, 1 1 2, 1 A A XX s 1 11 1 22 1 1 A A s (2)(2) 表面積表面積A A1 1比表面積比表面積A A2 2小得多

53、，即小得多，即A A1 1/A/A2 2 0 0 于是于是 1 s (3)(3) 表面積表面積A A1 1與表面積與表面積A A2 2相當(dāng)，即相當(dāng)，即A A1 1/A/A2 2 1 1 于是于是 1 11 1 21 s 97 9-3 9-3 多表面系統(tǒng)輻射換熱的計(jì)算多表面系統(tǒng)輻射換熱的計(jì)算 要求能夠應(yīng)用網(wǎng)絡(luò)法進(jìn)行多表面要求能夠應(yīng)用網(wǎng)絡(luò)法進(jìn)行多表面系統(tǒng)輻射換熱的計(jì)算系統(tǒng)輻射換熱的計(jì)算 98 網(wǎng)絡(luò)法的應(yīng)用舉例網(wǎng)絡(luò)法的應(yīng)用舉例 兩漫灰表面組成的封閉系統(tǒng)，參兩漫灰表面組成的封閉系統(tǒng)，參 見(jiàn)見(jiàn)圖圖8-88-8，其等效網(wǎng)絡(luò)圖見(jiàn)，其等效網(wǎng)絡(luò)圖見(jiàn)8-118-11 所示，根據(jù)電路中的所示，根據(jù)電路中的基爾霍夫定基爾霍夫定 律律流入節(jié)