传热学综合复习--第二版20141226..

1传热学总复习（第二版）一、概念1．热流量：单位时间内所传递的热量，单位？2．热流密度：单位传热面上的热流量，单位？3．时间常数：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。4．毕渥数：/1/hBih物体内部导热热阻物体表面对流换热热阻5．傅里叶数oF：：2,aFo是非稳态导热过程的无量纲时间6．Nu,Re,Pr,Gr准数：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。7．对流传热系数：单位时间内单位传热面当流体温度与壁面温度差为1K是的对流传热量，单位为W／(m2·K)。对流传热系数表示对流传热能力的大小。8．温度梯度：在等温面法线方向上最大温度变化率。9．热导率（导热系数）：物性参数，热流密度矢量与温度降度的比值，数值上等于1K／m的温度梯度作用下产生的热流密度。热导率是材料固有的热物理性质，表示物质导热能力的大小。导热系数的变化规律？10．导温系数（热扩散系数）：材料传播温度变化能力大小的指标。11．稳态导热：物体中各点温度不随时间而改变的导热过程。12．非稳态导热：物体中各点温度随时间而改变的导热过程。13．傅里叶定律：在各向同性均质的导热物体中，通过某导热面积的热流密度正比于该导热面法向温度变化率。14．保温(隔热)材料：λ≤0.12W/(m·K)(平均温度不高于350℃时)的材料。15．肋效率：肋片实际散热量与肋片最大可能散热量之比。16．定解条件(单值性条件)：使微分方程获得适合某一特定问题解的附加条件，包括初始条件和边界条件。17.速度边界层：在流场中壁面附近流速发生急剧变化的薄层。如何量化？218.温度边界层：在流体温度场中壁面附近温度发生急剧变化的薄层。如何量化？19．吸收比：投射到物体表面的热辐射中被物体所吸收的比例。20．反射比：投射到物体表面的热辐射中被物体表面所反射的比例。21．黑体：吸收比α=1的物体。22．白体：反射比ρ=l的物体(漫射表面)23．灰体：光谱吸收比与波长无关的理想物体。24．黑度：实际物体的辐射力与同温度下黑体辐射力的比值，即物体发射能力接近黑体的程度。25．辐射力：单位时间内物体的单位辐射面积向外界(半球空间)发射的全部波长的辐射能。26．角系数：从表面1发出的辐射能直接落到表面2上的百分数。角系数的特点？27.斯蒂芬-波尔茨曼定律？28.普朗克定律？29.兰贝特定律？30.基尔霍夫定律（基希霍夫定律）？31.沸腾传热需要的条件？32.大容器的饱和沸腾曲线区域？33.对流传热的研究方法？34.内部强制对流实验关联式？35.外部强制对流实验关联式？36.大空间自然对流实验关联式？37.膜状冷凝的影响因素？38.电磁波波谱对辐射传热的影响？39.两个漫灰表面组成的封闭系统辐射传热计算？40.应用隔热板隔热原理二、填空，见一三、选择，见一四、简答1.导热系数λ与热扩散系数a（又称为导温系数）之间有什么区别和联系。答：导温系数与导热系数成正比关系(a=λ/ρc)，但导温系数不但与材料的导热系数有关，还与材料的热容量(或储热能力)也有关；从物理意义看，导热系数表征材料导热能力的强弱，导温系数表征材料传播温度变化的能力的大小，两者都是物性参数。2.一维平板非稳态无内热源常导热系数导热问题的导热微分方程表达式。答：导热微分方程的基本形式为：无内热源、导热系数为常数时，非稳态导热微分方程为：Φztzytyxtxtc)()()(3一维平板非稳态导热微分方程为：平板两侧都为第一类边界条件为：平板两侧一侧为第一类边界条件，另一侧为第二类边界条件为：3.试说明集总参数法的物理概念？答：当固体内部的导热热阻远小于其表面的换热热阻时，即当内外热阻之比趋于零时，影响换热的主要环节是在边界上的换热能力，内部由于热阻很小因而温度趋于均匀，以至于不需要关心温度在空间的分布，温度只是时间的函数。4.什么叫时间常数c？试分析测量恒定的流体温度时c对测量准确度的影响。答：hAcVc,具有时间的量纲，称为时间常数，c数值上等于过余温度为初始过余温度的36.8%时所经历的时间。c越小，表示物体热惯性越小，到达流体温度的时间越短。测温元件的时间常数大小对恒温流体的测量准确度没有影响，对变温流体的测量准确度有影响，c越小，准确度越高。5.温度计套管测量流体温度时如何提高测温精度。答：温度计套管可以看作是一根吸热的管状肋(等截面直肋)，利用等截面直肋计算肋端温度th的结果，可得采用温度计套管后造成的测量误差Δt为Δt=tf-th=)(0mHchttf，其中HhHAhPmH，欲使测量误差Δt下降，可以采用以下几种措施：(1)降低壁面与流体的温差(tf-t0)，也就是想办法使肋基温度t0接近tf，可以通过对流体通道的外表面采取保温措施来实现；(2)增大(mH)值，使分母ch(mH)增大。具体可以用以下手段实现：a）增加H，延长温度计套管的21,,0wwttxttxwqxxt-,ca)(222222ztytxtat22xtat1,0wttx4长度；b）减小λ，采用导热系数小的材料做温度计套管，如采用不锈钢管，不要用铜管。因为不锈钢的导热系数比铜和碳钢小；c）降低δ，减小温度计套管的壁厚，采用薄壁管；d）提高h增强温度计套管与流体之间的热交换。)参考教材page6.用热电偶测定气流的非稳态温度场时，怎样才能改善热电偶的温度响应特性？答：要改善热电偶的温度响应特性可采取以下措施：1）尽量降低热电偶的时间常数；2）在形状上要降低热电偶的体积与面积之比；3）选择热容小的材料；4）强化热电偶表面的对流换热。7.强化管内强迫对流传热的方法答：1）增加平均温度差，如采取逆流换热2）增加换热面积3）增加流体流速，增加流体扰动4）减小污垢热阻5）采用导热系数大的材料8.不凝性气体影响膜状凝结传热的原因？答：(1)含有不凝性气体的蒸汽凝结时在液膜表面会逐渐积聚起不凝性气体层，将蒸汽隔开，蒸汽凝结必须穿过气层，使换热热阻大大增加；(2)随着蒸汽的凝结，液膜表面气体分压增大，使凝结蒸汽的分压降低，液膜表面蒸汽的饱和温度降低，减少了有效冷凝温差，削弱了凝结换热。9.试用传热原理说明冬天可以用玻璃温室种植热带植物的原理？答：可以从可见光、红外线的特性和玻璃的透射比来加以阐述。玻璃在日光(短波辐射)下是一种透明体，透过率在90％以上，使绝大部分阳光可以透过玻璃将温室内物体和空气升温。室内物体所发出的辐射是一种长波辐射——红外线，对于长波辐射玻璃的透过率接近于零，几乎是不透明(透热)的，因此，室内物体升温后所发出的热辐射被玻璃挡在室内不能穿过。玻璃的这种辐射特性，使室内温度不断升高。11.玻璃可以透过可见光，为什么在工业热辐射范围内可以作为灰体处理?答：可以从灰体的特性和工业热辐射的特点论述。5所谓灰体是针对热辐射而言的，灰体是指吸收率与波长无关的物体。在红外区段，将大多数实际物体作为灰体处理所引起的误差并不大，一般工业热辐射的温度范围大多处于2000K以下，因此其主要热辐射的波长位于红外区域。许多材料的单色吸收率在可见光范围内和红外范围内有较大的差别，如玻璃在可见光范围内几乎是透明的，但在工业热辐射范围内则几乎是不透明的，并且其光谱吸收比与波长的关系不大，可以作为灰体处理。12.为什么说大气中的C02含量增加会导致温室效应?答：CO2气体具有相当强的辐射和吸收能力，属于温室气体。根据气体辐射具有选择性的特点，CO2气体的吸收光带有三段：2.65-2.8、4.15-4.45、13.0-17.0μm，主要分布于红外区域。太阳辐射是短波辐射，波长范围在0.38-0.76μm，因此，对于太阳辐射CO2气体是透明的，能量可以射入大气层。而地面向空间的辐射是长波辐射，主要分布于红外区域，这部分辐射在CO2气体的吸收光带区段，CO2气体会吸收能量，是不透明的。在正常情况下，地球表面对能量的吸收和释放处于平衡状态，但如果大气中的CO2含量增加，会使大气对地面辐射的吸收能力增强，导致大气温度上升，导致所谓的温室效应。参考教材page13.北方深秋季节的清晨，树叶叶面上常常结霜，为什么?答：霜会结在树叶的上表面。因为清晨，上表面朝向太空，下表面朝向地面。而太空的温度低于摄氏零度，而地球表面温度一般在零度以上。由于相对树叶下表面来说，其上表面需要向太空辐射更多的能量，所以树叶下表面温度较高，而上表面温度较低且可能低于零度，因而容易结霜。14.什么叫黑体、灰体和白体?它们分别与黑色物体、灰色物体、白色物体有什么区别?在辐射传热中，引入黑体与灰体有什么意义?答：黑体：是指能吸收投入到其面上的所有热辐射能的物体，是一种科学假想的物体，现实生活中是不存在的。但却可以人工制造出近似的人工黑体。灰体：单色发射率与波长无关的物体称为灰体。其发射和吸收辐射与黑体在形式上完全一样，只是减小了一个相同的比例。根据黑体、白体、灰体的定义可以看出，这些概念都是以热辐射为前提的。灰色、黑色、白色是针对可见光而言的。黑体、白体、灰体并不是指可见光下物体的颜色，黑体概念的提出使热辐射的吸收和发射具有了理想的参照物。灰体概念的提出使吸收率的确定及辐射换热计算大为简化，具有重要的作用，615.说明用热电偶测量高温气体温度时，产生测量误差的原因有哪些?可以采取什么措施来减小测量误差?答：用热电偶测量高温气体时，同时存在气流对热电偶换热和热电偶向四壁的辐射散热两种传热情况，热电偶的读数即测量值小于气流的实际温度产生误差。所以，引起误差的因素：①烟气与热电偶间的复合换热量小；②热电偶与炉膛内壁间的辐射换热量大。减小误差的措施：①减小烟气与热电偶间的换热热阻，如抽气等；②增加热电偶与炉膛间的辐射热阻，如加遮热板；③设计出计算误差的程序或装置，进行误差补偿。参考教材page16.导热问题数值求解的基本步骤。Page16317.内节点和边界节点：外部角点、内部角点、平直边界上热平衡离散方程的建立Page165-169五、模型1.平板无内热源，λ为常数，稳态导热两侧均为第一类边界条件数学描述:对微分方程直接积分两次，得微分方程的通解利用两个边界条件1,0ttx，12tc0dd22xt21,,0ttxttx211ddcxctcxtt2t10δxt72,ttx，121ttc将两个积分常数代入原通解，可得平壁内的温度分布如下如右图所示，为线性分布。2.无内热源，λ为常数，稳态导热，一侧为第一类边界条件，另一侧为第二类或第三类边界条件。此时导热微分方程式不变，平壁内部的温度分布仍是线性的，只是t2未知。壁面上的温度t2可由边界条件确定另一侧为第二类边界条件另一侧为第三类边界条件3.无内热源，变导热系数，稳态导热，两侧均为第一类边界条件。数学描述:利用边界条件最后得温度分布为抛物线形式：xtttt211xtttt211/21wttq/)(21f2tttth0)dd(ddxtx21,,0ttxttx）（bt10dxtAΦd8当b0，λ=λ0(1+bt)，随着t增大，λ增大，即高温区的导热系数大于低温区。所以高温区的温度梯度dt/dx较小，而形成上凸的温度分布。当b0，情况相反。如图所示。4.有均匀内热源稳态导热，λ为常数，两侧均为第一类边界条件。数学描述:0/dd22Φxt21,,0ttxttx对微分方程直接积分两次，得微分方程的通解2122CxCxΦt