传热学知识总结1

1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在引力场下单纯的导热一般只发生在密实的固体中。3.对流（热对流）(Convection)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。6.热辐射的特点。a任何物体，只要温度高于0K，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。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h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。8.实际热量传递过程：常常表现为三种基本方式的相互串联/并联作用。W)(tthAΦw2mW)(fwtthAΦq29.复杂传热过程3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λ值大或ρc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。Upsidesurface:adiabaticDownsidesurface:adiabaticxairLL2LA/4A/4A/24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：规定了边界上的温度（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值.由第三类边界条件下通过平壁的一维稳态导热量关系式，分析第三类边界条件下通过平壁的一维稳态导热量关系式：为了增加传热量，可以采取哪些措施?（1）增加温差（tf1-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h1、h2，但提高h1、h2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.热阻：单位面积上的传热热阻：kRk1单位面积上的导热热阻：R。单位面积上的对流换热热阻：hR1对比串联热阻大小就可以找到强化传热的主要环节W112121AhAAhttΦff5第三章非稳态导热1．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：/1/hBih物体内部导热热阻物体表面对流换热热阻；Fo准则数：2,aFo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：0.1Bi4．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/()cVhA具有时间的量纲，称为时间常数。时间常数的数值越小表示测温元件越能迅速地反映流体的温度变化。5．非稳态导热的正规状况阶段的物理意义。当0.2Fo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规状况阶段。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.6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)流体的热物理性质。2．对流换热是如何分类的?(1)流动起因：自然对流和强制对流；(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(4)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、、动动量量微微分分方方程程、、能能量量微微分分方方程程、、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，t=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d与壁的定型尺寸L相比极小，dL(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6．温度场可以划分为两个区：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。8．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。9.Nu,Re,Pr,Gr准则数的物理意义。hlNu，表征壁面法向无量纲过余温度梯度的大小，由此梯度反映7对流换热的强弱；Reul，表征流体流动时惯性力与粘滞力的相对大小，Re的大小能反映流态；Pra，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对大小；32gtlGr，表征浮升力与粘滞力的相对大小，Gr表示自然对流流态对换热的影响。第六章单相流体对流换热及准则关联式1．对管内受迫对流换热，为何采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，对流换热强度较大；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。0.80.60.40.80.40.2(,,,,,)phfucd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。第七章凝结与沸腾换热1.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，液膜厚度直接影响热量传递。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，采用什么方案最好？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。83．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。5.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8.什么是临界热流密度?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1.可见光（λ＝0.38～0.76μm）红外线（λ＝0.76～1000μm）微波（λ＝1mm～1m）太阳辐射（5800K）的热射线:λ＝0.1～100μm工业领域温度范围（2000K）的热射线:λ＝0.76～20μm92．热辐射定义和特点。(1)定义：由热运动产生的，以