傳熱學(期末復習專用)

1、第一章第一章 傳熱學是研究有溫差存在時熱量傳遞規(guī)律的學科。 1)物體內只要存在溫差，就有熱量從物體的高溫部分傳向低溫部分； 2)物體之間存在溫差時，熱量就會自發(fā)的從高溫物體傳向低溫物體。根據(jù)物體溫度與時間的關系，熱量傳遞過程可分為兩類：穩(wěn)態(tài)傳熱過程和非穩(wěn)態(tài)傳熱過程。 傳熱學研究的對象是熱量傳遞規(guī)律。熱流量 ：單位時間內通過某一給定面積的熱量稱為熱流量，記為，單位W。 熱流密度（面積熱流量） ：單位時間內通過單位面積的熱量稱為熱流密度，記為 q ，單位 w/ 。熱量傳遞的三種基本方式：1.熱傳導（導熱）：物體各部分之間不發(fā)生相對位移時，依靠分子、原子及自由電子等微觀粒子的熱運動而產生的熱量傳遞稱

2、熱傳導。導熱的基本規(guī)律（傅立葉定律）：稱為熱導率，又稱導熱系數(shù)，表征材料導熱性能優(yōu)劣的參數(shù)，是一種物性參數(shù)，單位： w/mk 。不同材料的導熱系數(shù)值不同，即使同一種材料導熱系數(shù)值與溫度等因素有關。金屬材料最高，良導電體，也是良導熱體，液體次之，氣體最小。 2.熱對流：是指由于流體的宏觀運動，從而使流體各部分之間發(fā)生相對位移，冷熱流體相互摻混所引起的熱量傳遞過程。 對流僅發(fā)生在流體中，對流的同時必伴隨有導熱現(xiàn)象。對流換熱：指流體流經固體表面時流體與固體表面之間的熱量傳遞現(xiàn)象。dxdtA 1）根據(jù)對流換熱時是否發(fā)生相變分：相變對流換熱和單相對流換熱。 2）根據(jù)引起流動的原因分：自然對流和強制對流。

3、對流換熱的基本規(guī)律 h 比例系數(shù)（表面?zhèn)鳠嵯禂?shù)），單位 。h 的物理意義：單位溫差作用下通過單位面積的熱流量。一般地，就介質而言：水的對流傳熱比空氣強烈； 就傳熱方式而言：有相變的強于無相變的；強制對流強于自然對流。3.熱輻射：物體通過電磁波來傳遞能量的方式稱為輻射。因熱的原因而發(fā)出輻射能的現(xiàn)象稱為熱輻射。 輻射傳熱 ：輻射與吸收過程的綜合作用造成了以輻射方式進行的物體間的熱量傳遞稱輻射傳熱。 thq tAh 2W/ mK導熱、對流兩種熱量傳遞方式，只在有物質存在的條件下，才能實現(xiàn)，而熱輻射不需中間介質，可以在真空中傳遞，而且在真空中輻射能的傳遞最有效。 在輻射傳熱過程中，不僅有能量的轉移，而

4、且伴隨有能量形式的轉換。輻射傳熱是一種雙向熱流同時存在的換熱過程，即不僅高溫物體向低溫物體輻射熱能，而且低溫物體向高溫物體輻射熱能。把吸收率等于 1 的物體稱黑體，是一種假想的理想物體。實際物體輻射熱流量根據(jù)斯忒潘玻耳茲曼定律求得：傳熱過程：熱量由壁面一側的流體通過壁面?zhèn)鞯搅硪粋攘黧w中去的過程稱傳熱過程。 傳熱過程三個環(huán)節(jié)傳熱過程三個環(huán)節(jié)：1.從熱流體到壁面高溫側的熱量傳遞；2.從壁面高溫側到壁面低溫側的熱量傳遞；3.從壁面低溫側到冷流體的熱量傳遞。傳熱過程越強烈，傳熱系數(shù)越大，反之則越小。212111)(hhttAff12()ffAk ttAk t 21111hhk4TA第二章第二章溫度場:

5、溫度場是指在各個時刻物體內各點溫度所組成的集合，又稱溫度分布。穩(wěn)態(tài)溫度場:是指物體各點的溫度隨空間坐標而不隨時間變化的溫度場稱穩(wěn)態(tài)溫度場。非穩(wěn)態(tài)溫度場：是指物體中各點的溫度分布隨空間坐標和時間而變化的溫度場稱非穩(wěn)態(tài)溫度場。等溫面：同一時刻、溫度場中所有溫度相同的點連接起來所構成的面。等溫線：用一個平面與等溫面相交，平面與等溫面的交線稱為等溫線。溫度不同的等溫面或等溫線彼此不能相交。溫度不同的等溫面或等溫線彼此不能相交。在連續(xù)的溫度場中，等溫面或等溫線不會中斷，它們或者是物在連續(xù)的溫度場中，等溫面或等溫線不會中斷，它們或者是物體中完全封閉的曲面（曲線），或者就終止于物體的邊界上體中完全封閉的曲面

6、（曲線），或者就終止于物體的邊界上。熱量傳遞方向與溫度升高方向相反。熱量傳遞方向與溫度升高方向相反。等溫線圖的物理意義：若等溫線圖上每兩條相鄰等溫線間的溫度間隔相等時，等溫線的疏密可反映出不同區(qū)域導熱熱流密度的相對大小。熱流線 ：熱流線是一組與等溫線處處垂直的曲線，通過平面上任一點的熱流線與該點的熱流密度矢量相切。（熱流線反應熱流密度走向）影響導熱系數(shù)的因素：物質的種類、材料成分、溫度、濕度、壓力、密度等。對于任何導熱過程，完整的數(shù)學描寫包括導熱微分方程和單值性條件。初始條件：初始時間溫度分布的初始條件； 邊界條件：導熱物體邊界上溫度或換熱情況的邊界條件。 非穩(wěn)態(tài)導熱定解條件有兩個； 穩(wěn)態(tài)導熱

7、定解條件只有邊界條件，無初始條件。導熱問題的常見邊界條件可歸納為以下三類1）規(guī)定了邊界上的溫度值，稱為第一類邊界條件。對于非穩(wěn)態(tài)導熱，這類邊界條件要求給出以下關系式：2）規(guī)定了邊界上的熱流密度值，稱為第二類邊界條件。對于非穩(wěn)態(tài)導熱，3）第三類邊界條件規(guī)定了邊界上物體與周圍流體間的表面?zhèn)鳠嵯禂?shù)及周圍流體的溫度。; 金屬非金屬固相液相氣相 0wtf時20()( )wtfn時()()wwfth ttn熱擴散率： 越大，表示物體受熱時，其內部溫度扯平的能力越大。 越大，表示物體中溫度變化傳播的越快。所以，也是材料傳播溫度變化能力大小的指標，亦稱導溫系數(shù)。 典型一維穩(wěn)態(tài)導熱問題：平壁導熱面積熱阻RA ：

8、單位面積的導熱熱阻稱面積熱阻。 熱阻R：整個平板導熱熱阻稱熱阻。圓筒壁的導熱：球殼導熱：串聯(lián)熱阻疊加原則：在一個串聯(lián)的熱量傳遞過程中，若通過各串聯(lián)環(huán)節(jié)的熱流量相同，則串聯(lián)過程的總熱阻等于各串聯(lián)環(huán)節(jié)的分熱阻之和。肋片：指依附于基礎表面上的擴展表面。作用：增大對流換熱面積及輻射散熱面 , 以強化換熱。()ac)(Attq121221212()()=ln()ln()/(2)l ttttr rr rl12124()11ttrr 121114Rrr實際散熱量肋片效率假設整個肋表面處于肋基溫度下的散熱量非穩(wěn)態(tài)導熱的定義：物體的溫度隨時間而變化的導熱過程稱非穩(wěn)態(tài)導熱。周期性非穩(wěn)態(tài)導熱：物體的溫度隨時間而作周

9、期性的變化。瞬態(tài)非穩(wěn)態(tài)導熱：物體的溫度隨時間的推移逐漸趨近于恒定的值。非正規(guī)狀況階段(右側面不參與換熱 )：溫度分布顯現(xiàn)出部分為非穩(wěn)態(tài)導熱規(guī)律控制區(qū)和部分為初始溫度區(qū)的混合分布。正規(guī)狀況階段(右側面參與換熱 )：當右側面參與換熱以后，物體中的溫度分布不受 初始溫度影響，主要取決于邊界條件及物性，此時，非穩(wěn)態(tài)導熱過程進入到正規(guī)狀況階段。第三章第三章 非穩(wěn)態(tài)熱傳導非穩(wěn)態(tài)熱傳導畢渥數(shù)：Bi 物理意義： Bi 的大小反映了物體在非穩(wěn)態(tài)條件下內部溫度場的分布規(guī)律。特征數(shù)（準則數(shù)）：表征某一物理現(xiàn)象或過程特征的無量綱數(shù)。特征長度：是指特征數(shù)定義式中的幾何尺度。集中參數(shù)法：忽略物體內部導熱熱阻、認為物體溫度

10、均勻一致的分析方法。此時， ，溫度分布只與時間有關，即 ，與空間位置無關，因此，也稱為零維問題。1hBih 0Bi )(ft VchAetttt002)()(AVaFoAVhBivv%8 .36 10e%83. 1 40時，當hAVc工程上認為 =4c時導熱體已達到熱平衡狀態(tài)M1 . 0)AV(hBiv研究對流傳熱的方法：分析法、實驗法、比擬法、數(shù)值法。影響表面?zhèn)鳠嵯禂?shù)的因素：流體流動的起因、流體有無相變、流體的流動狀態(tài)、換熱表面的幾何因素、流體的物理性質。第五章第五章 對流傳熱的理論基礎對流傳熱的理論基礎沸騰傳熱沸騰傳熱管內沸騰管內沸騰珠狀凝結珠狀凝結相變對流傳熱相變對流傳熱大容器沸騰大容器

11、沸騰膜狀凝結膜狀凝結凝結傳熱凝結傳熱對流傳熱對流傳熱單相對流傳熱單相對流傳熱在對流傳熱的流場中：邊界層區(qū)必須考慮粘性對流動的影響，要用N-S方程求解。主流區(qū)邊界層外，流速維持不變，流動可以作為理想流體的無旋流動，用描述理想流體的運動微分方程求解。 在固體表面附近流體速度發(fā)生劇烈變化的薄層稱為流動邊界層。邊界層分為層流邊界層和湍流邊界層。湍流邊界層包括湍流核心、緩沖層、層流底層。在層流底層中具有較大的速度梯度。在固體表面附近流體溫度發(fā)生劇烈變化的薄層稱為熱邊界層。斯坦頓（Stanton）數(shù)xxRe0 . 521Re664. 0 xfc111133220.332Re Pr0.664Re Prxxx

12、h xhlNuNuxfxcNuRe21 31/2Pr5 RetxRePrtNuS113241530.332Re Pr0.0296Re PrcxcxxxNuxxNu時，層流，時，湍流，第六章 相似原理及量綱分析。相似的概念:對于兩個同類的物理現(xiàn)象，如果在相應的時刻及相應的地點與現(xiàn)象有關的物理量一一對應成比例，則稱此兩現(xiàn)象彼此相似。判別兩現(xiàn)象相似的條件：。單值性條件相似：初始條件、邊界條件、幾何條件、物理條件。同名的已定特征數(shù)相等。獲得相似準則數(shù)的方法相似分析法：在已知物理現(xiàn)象數(shù)學描述的基礎上，建立兩現(xiàn)象之間的一些列比例系數(shù)，尺寸相似倍數(shù)，并導出這些相似系數(shù)之間的關系，從而獲得無量綱量。量綱分析法

13、：在已知相關物理量的前提下，采用量綱分析獲得無量綱量。國際單位制中的7個基本物理量：長度m，質量kg，時間s，電流A，溫度K，物質的量mol，發(fā)光強度cd相似原理的重要應用：1.相似原理在傳熱學中的一個重要的應用是指導試驗的安排及試驗數(shù)據(jù)的整理。2.相似原理的另一個重要應用是指導模化試驗。自然對流亦有層流和湍流之分。自然對流傳熱可分成大空間和有限空間兩類。 數(shù)是浮升力/粘滯力比值的一種量度。32gtlGr3PrvgtlRaGr瑞利數(shù)：第七章 相變對流傳熱凝結傳熱現(xiàn)象：蒸汽與低于飽和溫度的壁面接觸時，將汽化潛熱釋放給固體壁面，并在壁面上形成凝結液的過程，稱凝結傳熱現(xiàn)象。凝結換熱的分類：根據(jù)凝結液

14、與壁面浸潤能力不同分為膜狀凝結與珠狀凝結。膜狀凝結：凝結液體能很好地濕潤壁面，并能在壁面上均勻鋪展成膜的凝結形式，稱膜狀凝結。 特點：壁面上有一層液膜，凝結放出的相變熱（潛熱）須穿過液膜才能傳到冷卻壁面上， 此時液膜成為主要的換熱熱阻。珠狀凝結：凝結液體不能很好地濕潤壁面，在壁面上形成一個個小液珠的凝結形式，稱珠狀凝結。特點：凝結放出的潛熱不須穿過液膜的阻力即可傳到冷卻壁面上。所以，在其它條件相同時，珠狀凝結的表面?zhèn)鳠嵯禂?shù)定大于膜狀凝結的傳熱系數(shù)。珠狀凝結好，但是難于實現(xiàn)，因此工業(yè)上多采用膜狀凝結珠狀凝結好，但是難于實現(xiàn)，因此工業(yè)上多采用膜狀凝結。fd105hh膜狀凝結分析解：412)(4lw

15、sllrgxtt13244()llxlswrghttx 13241.13()llVlswrghl tt 豎壁的平均表面?zhèn)鳠嵯禂?shù)：傾斜壁4123)(sin943. 0wslllttlrgh水平管4123)(729.0wslllHttdrgh球表面4123)(826.0wslllSttdrghsw4hl( tt)Rer豎壁液膜流態(tài)d對水平管，用 代替上式中的 即可。l影響膜狀凝結的因素：1. 不凝結氣體（減弱）；2. 蒸氣流速；3. 過熱蒸氣；4. 液膜過冷度及溫度分布的非線性；5. 管子排數(shù)；6. 管內冷凝；7. 凝結表面的幾何形狀沸騰:指液體吸熱后在其內部產生汽泡的汽化過程。沸騰傳熱:物質由液

16、態(tài)變?yōu)闅鈶B(tài)時發(fā)生的換熱過程。按流動動力分：大容器沸騰(池沸騰)和 強制對流沸騰(管內沸騰)。從主體溫度分： a)過冷沸騰：指液體主體溫度低于相應壓力下飽和溫度，壁面溫度大于該飽和溫度所發(fā)生的沸騰，稱過冷沸騰。 b)飽和沸騰：液體主體溫度達到飽和溫度 ，壁面溫度高于飽和溫度所發(fā)生的沸騰稱為飽和沸騰。大容器飽和沸騰的全部過程，共包括4個換熱規(guī)律不同的階段：自然對流、核態(tài)沸騰、過渡沸騰和穩(wěn)定膜態(tài)沸騰。其特點：溫差小，換熱強度大，工業(yè)設計中應用核態(tài)沸騰核態(tài)沸騰。影響沸騰傳熱的因素：1 不凝結氣體（增強）；2 過冷度； 3 液位高度；4 重力加速度；5 沸騰表面的結構。第八章 熱輻射基本定律及輻射特性可

17、見光，0.380.76 m 。0.76-1000 m為紅外線區(qū)域。工業(yè)上有實際意義的熱輻射區(qū)域一般為0.1100m。物體對熱輻射的吸收、反射和穿透對于大多數(shù)的固體和液體：對于不含顆粒的氣體：對于黑體： 鏡體或白體：透明體：黑體、白體和透明體的定義是針對全波長而言的，由于可見光只占整個波長的一小部分，故物體對輻射能量的吸收能力的大小不能憑物體的顏色來判斷。反射又分鏡反射和漫反射兩種。11111,01,0輻射力：單位時間內，物體的單位表面積向半球空間發(fā)射的所有波長的能量總和。 (W/m2)；光譜輻射力：單位時間內，單位波長范圍內(包含某一給定波長)，物體的單位表面積向半球空間發(fā)射的能量。 (W/m

18、3)；立體角：球面面積除以球半徑的平方稱為立體角，單位：sr(球面度)。定向輻射強度：單位時間內，物體在垂直發(fā)射方向的單位面積上，在單位立體角內發(fā)射的一切波長的能量。 1)普朗克定律(第一個定律)：描述了黑體輻射能按波長的分布規(guī)律。m與T 的關系由維恩位移定律：2)斯忒藩波爾茲曼定律：3）蘭貝特 定律：1)(512TcbecEKmTm3108976. 240bbEE dT d ( )cosd dIA黑體的輻射力由斯忒藩-玻耳茲曼定律確定，輻射力正比于熱力學溫度的四次方；是溫度函數(shù)黑體的輻射能量按波長的分布服從普朗克定律；黑體的輻射能量按空間方向的分布服從蘭貝特定律；黑體的光譜輻射力峰值所對應的

19、波長由維恩位移定律確定。發(fā)射率 (也稱為黑度) ：相同溫度下，實際物體的半球總輻射力與黑體半球總輻射力之比。方向發(fā)射率實際物體的定向輻射強度與黑體的定向輻射強度之比。光譜發(fā)射率實際物體的光譜輻射力與黑體的光譜輻射力之比。漫射體：表面的方向發(fā)射率 與方向無關，即定向輻射強度與方向無關的物體?；殷w：光譜吸收比與波長無關的物體稱為灰體。 實際物體的輻射特性并不完全與這些理想物體相同，實際物體的輻射力并不完全與熱力學溫度的四次方成正比；實際物體的定向輻射強度也不嚴格遵守蘭貝特定律，等等。選擇性吸收：投入輻射本身具有光譜特性，因此，實際物體對投入輻射的吸收能力也根據(jù)其波長的不同而變化，這叫選擇性吸收。吸

20、收比：物體對投入輻射所吸收的百分數(shù)，通常用表示，即)(投入輻射投入的能量吸收的能量),(),(TT),(),(TT)()(TTKirchhoff Kirchhoff 定律的不同表達式定律的不同表達式第九章 輻射傳熱的計算角系數(shù)：把表面1發(fā)出的輻射能中落到表面2上的百分數(shù)稱為表面1對表面2的角系數(shù)，記為X1,2。角系數(shù)的性質： 1.角系數(shù)的相對性2.角系數(shù)的完整性3.角系數(shù)的可加性角系數(shù)的計算方法：直接積分法、幾何分析法代數(shù)分析法：三個表面組成的封閉系統(tǒng)任意兩個非凹表面間的角系數(shù)（交叉線法交叉線法）1 , 222 , 11XAXA 1, 13, 12, 11 , 1 nXXXXbaXXX2 , 12 , 12 , 1 221 ,2221 ,21 , 2AAXAAXXbbaa 2312 ,322AAAXA1231,212AAAXA1321,312AAAXA1,212XA交叉線之和 不交叉線之和表面 的斷面長度兩漫灰表面組成的封閉系統(tǒng)的輻射換熱計算1）投入輻射：單位時間內投射到單位面積上的總輻射能。2）有效輻射：單位時間內離開單位面積的總輻射能為該表面的有效輻射。2222,11111212,1111AXAAEEbb1bE1J2J2bE1111A11,21A X2221A(a)(a)由三個表面組成的封閉由三個表面組成的封閉系統(tǒng)系統(tǒng)(b)(b)