《傳熱學(xué)考試復(fù)習(xí)》課件

《傳熱學(xué)考試復(fù)習(xí)》傳熱學(xué)是研究熱量傳遞規(guī)律的學(xué)科，是工程熱物理的重要組成部分，與許多工程領(lǐng)域密切相關(guān)。復(fù)習(xí)大綱基礎(chǔ)概念傳熱定義，傳熱方式，熱量單位換算，傳熱系數(shù)等。導(dǎo)熱傅里葉定律，導(dǎo)熱微分方程，穩(wěn)態(tài)導(dǎo)熱，非穩(wěn)態(tài)導(dǎo)熱，常見導(dǎo)熱問題求解。對(duì)流換熱邊界層理論，無量綱數(shù)，自然對(duì)流，強(qiáng)制對(duì)流，相變對(duì)流，換熱系數(shù)計(jì)算。輻射換熱黑體輻射，灰體輻射，輻射換熱系數(shù)，輻射熱交換計(jì)算。第一章緒論傳熱學(xué)是研究熱量傳遞規(guī)律的學(xué)科。它在工程技術(shù)領(lǐng)域中有著廣泛的應(yīng)用，例如：熱交換器設(shè)計(jì)、能源利用、建筑節(jié)能等。傳熱學(xué)的基本概念熱量傳遞熱量傳遞是指熱能從高溫物體向低溫物體轉(zhuǎn)移的過程。熱傳遞方向熱量傳遞方向總是從高溫物體流向低溫物體，直到達(dá)到熱平衡。熱量傳遞方式熱量傳遞主要通過三種方式：導(dǎo)熱、對(duì)流和輻射。傳熱的三種方式1熱傳導(dǎo)熱量通過靜止介質(zhì)中分子熱運(yùn)動(dòng)而傳遞。2熱對(duì)流熱量通過流體運(yùn)動(dòng)而傳遞。3熱輻射熱量通過電磁波的形式傳遞。熱量的單位和換算熱量單位熱量是指物體在熱傳遞過程中所吸收或放出的能量，常用的熱量單位有卡路里(cal)和焦耳(J)。1卡路里(cal)等于將1克水溫度升高1攝氏度所需的熱量。單位換算1焦耳(J)等于0.24卡路里(cal)。熱量的換算在傳熱學(xué)計(jì)算中非常重要，可以方便地將不同單位的熱量進(jìn)行比較和轉(zhuǎn)換。第二章導(dǎo)熱導(dǎo)熱是熱量通過物質(zhì)內(nèi)部的分子熱運(yùn)動(dòng)傳遞的方式。熱量從溫度高的部分傳向溫度低的部分。導(dǎo)熱基本定律傅里葉定律熱量流動(dòng)的方向與溫度梯度方向相反，熱量流動(dòng)速率與溫度梯度成正比。熱流量熱量流過單位面積的速率，單位為瓦特每平方米(W/m2)。導(dǎo)熱系數(shù)材料的熱傳導(dǎo)能力，單位為瓦特每米每開爾文(W/m·K)。導(dǎo)熱微分方程及其解法傅里葉定律導(dǎo)熱微分方程基于傅里葉定律，描述熱量在介質(zhì)中的流動(dòng)方向和速率。該方程是描述非穩(wěn)態(tài)導(dǎo)熱過程的數(shù)學(xué)模型，體現(xiàn)了溫度變化與時(shí)間和空間的關(guān)系。解法解法包括解析法和數(shù)值法。解析法適用于一些簡(jiǎn)單幾何形狀和邊界條件的情況。數(shù)值法則可以解決更復(fù)雜的問題，包括有限差分法、有限元法等。一維穩(wěn)態(tài)導(dǎo)熱基本概念一維穩(wěn)態(tài)導(dǎo)熱是指熱量沿著一個(gè)方向流動(dòng)，且熱量流動(dòng)速率不隨時(shí)間變化的熱傳遞過程。傅里葉定律傅里葉定律描述了熱量傳遞速率與溫度梯度之間的關(guān)系。邊界條件邊界條件定義了熱量傳遞過程中熱量流入或流出區(qū)域的條件。常見解法常見的解法包括解析解、數(shù)值解和實(shí)驗(yàn)解。多維穩(wěn)態(tài)導(dǎo)熱1二維導(dǎo)熱平面壁、圓柱壁、球形壁2三維導(dǎo)熱復(fù)雜形狀3數(shù)值解法有限差分法、有限元法多維穩(wěn)態(tài)導(dǎo)熱是指熱量在物體內(nèi)部沿多個(gè)方向傳遞，且溫度場(chǎng)不隨時(shí)間變化。常見情況包括二維導(dǎo)熱，例如平面壁、圓柱壁、球形壁等的熱量傳遞；三維導(dǎo)熱，例如復(fù)雜形狀的物體內(nèi)部的熱量傳遞。由于多維穩(wěn)態(tài)導(dǎo)熱方程的解析解很難求解，因此需要借助數(shù)值解法，如有限差分法、有限元法等，才能獲得較為準(zhǔn)確的溫度場(chǎng)分布信息。非穩(wěn)態(tài)導(dǎo)熱1瞬態(tài)過程溫度隨時(shí)間變化2傅里葉數(shù)描述溫度變化速率3比奧數(shù)衡量導(dǎo)熱與對(duì)流的相對(duì)重要性4解析解適用于簡(jiǎn)單幾何形狀非穩(wěn)態(tài)導(dǎo)熱是指物體溫度隨時(shí)間變化的傳熱過程。它通常發(fā)生在物體受到溫度變化的外部環(huán)境影響時(shí)，例如加熱或冷卻過程。非穩(wěn)態(tài)導(dǎo)熱過程的研究需要考慮溫度隨時(shí)間和空間的變化，并涉及一系列重要的無量綱數(shù)，如傅里葉數(shù)和比奧數(shù)。這些無量綱數(shù)可以幫助我們理解和分析非穩(wěn)態(tài)導(dǎo)熱過程。第三章對(duì)流換熱對(duì)流換熱是指流體與固體表面之間由于流體運(yùn)動(dòng)而產(chǎn)生的熱量傳遞過程。流體流動(dòng)會(huì)帶走固體表面的熱量，從而實(shí)現(xiàn)熱量傳遞。邊界層理論11.粘性流體流動(dòng)流體在固體表面附近流動(dòng)，由于粘性作用，速度發(fā)生變化，形成邊界層。22.邊界層厚度指流體速度達(dá)到主流速度99%的距離，反映了邊界層對(duì)傳熱的影響程度。33.熱邊界層流體與固體表面之間存在溫度梯度，形成熱邊界層，影響對(duì)流傳熱效率。44.邊界層控制通過改變流體流動(dòng)狀態(tài)或表面特性，可以控制邊界層厚度和傳熱效果。無量綱數(shù)及其應(yīng)用雷諾數(shù)雷諾數(shù)表征慣性力和粘性力之比，用于判斷流體流動(dòng)狀態(tài)是層流還是湍流。努塞爾數(shù)努塞爾數(shù)表示對(duì)流換熱系數(shù)與導(dǎo)熱系數(shù)之比，反映對(duì)流換熱的強(qiáng)弱。普朗特?cái)?shù)普朗特?cái)?shù)反映動(dòng)量擴(kuò)散率與熱量擴(kuò)散率之比，描述熱量傳遞和動(dòng)量傳遞之間的相對(duì)關(guān)系。自然對(duì)流傳熱流體密度變化流體受熱膨脹，密度降低，產(chǎn)生浮力，驅(qū)動(dòng)流體流動(dòng)。對(duì)流傳熱系數(shù)自然對(duì)流傳熱系數(shù)受流體性質(zhì)、溫度差和幾何形狀影響。應(yīng)用場(chǎng)景建筑物熱量損失電子設(shè)備散熱太陽能集熱器強(qiáng)制對(duì)流傳熱流體流動(dòng)強(qiáng)制對(duì)流傳熱是指流體在外力作用下流動(dòng)時(shí)，流體與固體壁面之間的熱量傳遞過程。換熱系數(shù)強(qiáng)制對(duì)流傳熱換熱系數(shù)與流體的速度、黏度、密度以及熱導(dǎo)率等因素有關(guān)。應(yīng)用領(lǐng)域強(qiáng)制對(duì)流傳熱在工業(yè)生產(chǎn)中應(yīng)用廣泛，例如熱交換器、鍋爐、冷卻塔等。相變對(duì)流換熱沸騰換熱沸騰是指液體在低于其飽和溫度下沸騰的現(xiàn)象。沸騰換熱是指液體在沸騰時(shí)與固體表面之間的熱量傳遞。凝結(jié)換熱凝結(jié)是指氣體在低于其飽和溫度下凝結(jié)成液體的現(xiàn)象。凝結(jié)換熱是指氣體在凝結(jié)時(shí)與固體表面之間的熱量傳遞。第四章輻射傳熱輻射傳熱是熱量通過電磁波傳遞的方式。物體溫度越高，輻射出的能量就越多。在傳熱學(xué)中，輻射傳熱研究的重點(diǎn)是如何計(jì)算物體間的輻射換熱量。黑體輻射黑體輻射光譜黑體是指能完全吸收所有入射輻射能量的物體，它也是最理想的輻射體。黑體輻射是指黑體發(fā)出的熱輻射，其光譜分布只與溫度有關(guān)。熱輻射物體由于溫度而產(chǎn)生的能量輻射，稱為熱輻射，其輻射強(qiáng)度與物體本身的溫度、表面性質(zhì)以及物體周圍的環(huán)境溫度有關(guān)。普朗克黑體輻射定律該定律描述了黑體在不同溫度下輻射能量的分布規(guī)律，是輻射傳熱研究的基礎(chǔ)。應(yīng)用場(chǎng)景黑體輻射理論在很多領(lǐng)域都有應(yīng)用，例如紅外熱像儀、太陽能電池等?；殷w輻射發(fā)射率灰體發(fā)射率小于1，代表其輻射能力弱于黑體。吸收率灰體吸收率也小于1，表示其吸收輻射能力弱于黑體。反射率灰體反射率大于0，表示其會(huì)反射部分入射輻射。透射率灰體透射率一般較小，表示其允許部分輻射透過。輻射換熱1熱輻射物體因溫度而產(chǎn)生的能量發(fā)射2輻射換熱物體間通過電磁波交換能量3黑體輻射理想物體，完全吸收所有入射輻射4灰體輻射實(shí)際物體，部分吸收入射輻射第五章傳熱設(shè)備傳熱設(shè)備是進(jìn)行熱量傳遞的裝置，在工程應(yīng)用中十分廣泛。常見傳熱設(shè)備包括熱交換器、鍋爐、冷卻器等，應(yīng)用于化工、能源、電力等行業(yè)。熱交換器定義熱交換器是一種專門用于兩種或多種流體之間進(jìn)行熱量傳遞的設(shè)備。它廣泛應(yīng)用于各個(gè)行業(yè)，例如發(fā)電廠、化工廠和空調(diào)系統(tǒng)。類型熱交換器根據(jù)其結(jié)構(gòu)和工作原理可分為多種類型，包括管式、板式、螺旋式和列管式等。工作原理熱交換器利用傳熱原理，通過兩種流體之間的接觸，將熱量從高溫流體傳遞到低溫流體。應(yīng)用熱交換器在工業(yè)和日常生活中發(fā)揮著至關(guān)重要的作用，例如在發(fā)電廠中產(chǎn)生蒸汽，在空調(diào)系統(tǒng)中調(diào)節(jié)溫度，以及在化學(xué)工業(yè)中進(jìn)行反應(yīng)。鍋爐種類鍋爐種類繁多，常用類型包括燃煤鍋爐、燃油鍋爐、燃?xì)忮仩t等。不同燃料的鍋爐在設(shè)計(jì)和運(yùn)行參數(shù)方面存在差異。原理鍋爐通過燃燒燃料，產(chǎn)生熱量，并將熱量傳遞給水，使水加熱汽化成蒸汽。蒸汽可以用于發(fā)電、供暖、生產(chǎn)等領(lǐng)域。冷卻設(shè)備冷卻塔冷卻塔是利用空氣與水接觸進(jìn)行熱交換，降低水溫的設(shè)備，廣泛應(yīng)用于空調(diào)、發(fā)電廠等。冷凝器冷凝器通過傳熱將冷媒蒸汽凝結(jié)成液體，廣泛應(yīng)用于制冷系統(tǒng)、空調(diào)系統(tǒng)等。換熱器換熱器利用熱量交換原理，將熱量從一種流體轉(zhuǎn)移到另一種流體，例如，汽車的散熱器。冷藏庫冷藏庫通過制冷系統(tǒng)，將內(nèi)部溫度降低到一定范圍，用于儲(chǔ)存冷藏食品、藥品等。復(fù)習(xí)建議11.重點(diǎn)章節(jié)仔細(xì)復(fù)習(xí)考試大綱中列出的重點(diǎn)章節(jié)，掌握核心概念和公式。22.練習(xí)題多做練習(xí)題，加深對(duì)知識(shí)點(diǎn)的理解，并熟悉考試題型。33.錯(cuò)題整理整理做錯(cuò)的題目，分析錯(cuò)誤原因，避免再次犯錯(cuò)。44.查漏補(bǔ)缺復(fù)習(xí)過程中，