传热学知识点总结

第一章§1-1“三个W”§1-2热量传递的三种基本方式§1-3传热过程和传热系数要求：通过本章的学习，读者应对热量传递的三种基本方式、传热过程及热阻的概念有所了解，并能进行简单的计算，能对工程实际中简单的传热问题进行分析（有哪些热量传递方式和环节）。作为绪论，本章对全书的主要内容作了初步概括但没有深化，具体更深入的讨论在随后的章节中体现。本章重点：1.传热学研究的基本问题物体内部温度分布的计算方法热量的传递速率增强或削弱热传递速率的方法2.热量传递的三种基本方式(1).导热：依靠微观粒子的热运动而产生的热量传递。传热学重点研究的是在宏观温差作用下所发生的热量传递。傅立叶导热公式：(2).对流换热：当流体流过物体表面时所发生的热量传递过程。牛顿冷却公式：(3).辐射换热：任何一个处于绝对零度以上的物体都具有发射热辐射和吸收热辐射的能力，辐射换热就是这两个过程共同作用的结果。由于电磁波只能直线传播，所以只有两个物体相互看得见的部分才能发生辐射换热。黑体热辐射公式：实际物体热辐射：3.传热过程及传热系数：热量从固壁一侧的流体通过固壁传向另一侧流体的过程。最简单的传热过程由三个环节串联组成。4.传热学研究的基础傅立叶定律能量守恒定律+牛顿冷却公式+质量动量守恒定律四次方定律本章难点1.对三种传热形式关系的理解各种方式热量传递的机理不同，但却可以（串联或并联）同时存在于一个传热现象中。2.热阻概念的理解严格讲热阻只适用于一维热量传递过程，且在传递过程中热量不能有任何形式的损耗。思考题：1.冬天经太阳晒过的棉被盖起来很暖和，经过拍打以后，效果更加明显。为什么？2.试分析室内暖气片的散热过程。3.冬天住在新建的居民楼比住旧楼房感觉更冷。试用传热学观点解释原因。4.从教材表1-1给出的几种h数值，你可以得到什么结论？5.夏天，有两个完全相同的液氮贮存容器放在一起，一个表面已结霜，另一个则没有。请问哪个容器的隔热性能更好，为什么?第二章导热基本定律及稳态导热§2-1导热的基本概念和定律§2-2导热微分方程§2-3一维稳态导热§2-4伸展体的一维稳态导热要求：本章应着重掌握Fourier定律及其应用，影响导热系数的因素及导热问题的数学描写——导热微分方程及定解条件。在此基础上，能对几种典型几何形状物体的一维稳态导热问题用分析方法确定物体内的温度分布和通过物体的导热量。本章重点：1.基本概念温度场t=f(x,y,z,τ)，稳态与非稳态，一维与二维导热系数λ２.导热基本定律：可以认为是由傅立叶导热公式引深而得到，并具有更广泛的适应性。(1)可以应用于三维温度场中任何一个指定的方向(2)不要求物体的导热系数必须是常数(3)不要求沿x方向的导热量处处相等(4)不要求沿x方向的温度梯度处处相等(5)不要求是稳态导热3.导热微分方程式及定解条件1)导热微分方程式控制了物体内部的温度分布规律，故亦称为温度控制方程只适用于物体的内部，不适用于物体的表面或边界。受到坐标系形式的限制。其推导依据是能量守恒定律和傅立叶定律。2)定解条件定解条件包括初始条件和边界条件。第一类边界条件给定边界上的温度值第二类边界条件给定边界上的热流密度值第三类边界条件给定边界对流换热条件3)求解思路求解导热问题的思路主要遵循“物理问题数学描写求解方程温度分布热量计算”4.一维稳态导热问题的解析解1)如何判断问题是否一维2)两种求解方法对具体一维稳态无内热源常物性导热问题，一般有两种求解方法：一是直接对导热微分方程从数学上求解，二是利用fourier定律直接积分。前者只能得出温度分布再应用fourier定律获得热流量。3)温度分布曲线的绘制对一维稳态无内热源导热问题，当沿热流方向有面积或导热系数的变化时，依此很容易判断温度分布。本章难点：本章难点是对傅立叶导热定律的深入理解并结合能量守恒定律灵活应用，这是研究及解决所有热传导问题的基础。思考题：1.如图所示为一维稳态导热的两层平壁内温度分布，导热系数λ均为常数。试确定：(1)q1，q2及q3的相对大小；(2)λ1和λ2的相对大小。2.一球形贮罐内有-196的液氦，外直径为2m，外包保温层厚30cm，其λ=0.6w/m.k。环境温度高达40，罐外空气与保温层间的h=5w/m2.k试计算通过保温层的热损失并判断保温层外是否结霜。3.试推导变截面伸展体的导热微分方程，并写出其边界条件。假设伸展体内导热是一维的。第三章非稳态导热§3-1非稳态导热的基本概念§3-1集总参数法§3-3非稳态导热过程的微分方程分析要求：通过本章的学习，读者应熟练掌握非稳态导热的基本特点，集总参数法的基本原理及其应用，一维非稳态导热问题的分析解及海斯勒图的使用方法。读者应能分析简化实际物理问题并建立其数学描写，然后求解得出其瞬时温度分布并计算在一段时间间隔内物体所传递的导热量。本章重点；一.非稳态导热过程1.实质：由于某种原因使物体内某点不断有净热量吸收或放出，形成了非稳态温度场。2.一维非稳态导热的三种情形：见教材图3-3。3.Bi,Fo数的物理意义二.集总参数法1.实质：是当导热体内部热阻忽略不计即Bi0时研究非稳态导热的一种方法。判别依据：Bi0.1M。2.时间常数3.几点说明：导热体外的换热条件不局限于对流换热。建立导热微分方程的根本依据是能量守恒定律；由Bi数的定义，若h或特征长度d未知时，事先无法知道Bi数的大小，此时先假设集总参数法条件成立，待求出h或d之后，进行校核。三.一维非稳态导热分析解1.前提：一维、无内热源、常物性，Bi或有限大。2.非稳态导热的正规状况阶段：当Fo0.2以后，非稳态导热进入正规状况阶段。此时从数学上表现为解的无穷级数只需取第一项，从物理上表现为初始条件影响消失，只剩下边界条件和几何因素的影响。本章难点：1.对傅立叶数Fo和毕渥数Bi物理含义的理解。2.集总参数法和一维非稳态导热问题分析解的定量计算。思考题：1.两个侧面积和厚度都相同的大平板，也一样，但导温系数a不同。如将它们置于同一炉膛中加热，哪一个先达到炉膛温度？2.两块厚度为30mm的无限大平板，初始温度20℃,分别用铜和钢制成，平板两侧表面温度突然上升到60℃，试计算使两板中心温度均上升到56℃时,两板所需时间比。已知a铜=103，a钢=12.9(10-6m2/s)。3.某同学拟用集总参数法求解一维长圆柱的非稳态导热问题，他算出了Fo和Bi数，结果发现Bi不满足集总参数法的条件，于是他改用Fo和Bi数查海斯勒图，你认为他的结果对吗，为什么？4.在教材图3-6中，当越小时，越小，此时其他参数不变时越小。即表明越小，平板中心温度越接近流体温度。这说明越小时物体被加热反而温升越快，与事实不符，请指出上述分析错误在什么地方。5.用热电偶测量气罐中气体的温度，热电偶初始温度20℃，与气体表面h=10w/m2.k，热电偶近似为球形，直径0.2mm。试计算插入10s后，热电偶的过余温度为初始过余温度的百分之几？要使温度计过余温度不大于初始过余温度的1%，至少需要多长时间？已知热电偶焊锡丝的=67w/m.k，ρ=7310kg/m3，c=228J/kg.k。第五章对流换热§5-1对流换热概说§5-2对流换热的数学描写§5-3对流换热边界层微分方程组§5-4相似理论基础§5-5管内受迫流动§5-6横向外掠圆管的对流换热§5-7自然对流换热及实验关联式要求；通过本章的学习，读者应从定性上熟练掌握对流换热的机理及其影响因素，边界层概念及其应用，以及在相似理论指导下的实验研究方法，进一步提出针对具体换热过程的强化传热措施。本章主要从定量上计算无相变流体的对流换热，读者应能正确选择实验关联式计算几种典型的无相变换热（管槽内强制对流，外掠平板、单管及管束强制对流，大空间自然对流）的表面传热系数及换热量。本章重点：一.对流换热及其影响因素对流换热是流体掠过与之有温差的壁面时发生的热量传递。导热和对流同时起作用。表面传热系数h是过程量。研究对流换热的目的从定性上讲是揭示对流换热机理并针对具体问题提出强化换热措施，从定量上讲是能计算不同形式的对流换热问题的h及Q。对流换热的影响因素总的来说包括流体的流动起因、流动状态、换热面几何因素、相变及流体热物性等。亦说明h是一复杂的过程量，Newton冷却公式仅仅是其定义式。二.牛顿冷却公式三.分析法求解对流换热问题的实质分析法求解对流换热问题的关键是获得正确的流体内温度分布，然后利用式5-3求出h，进而得到平均表面传热系数。四.边界层概念及其应用速度和温度边界层的特点及二者的区别。温度边界层内流体温度变化剧烈，是对流换热的主要热阻所在。数量级对比是推导边界层微分方程组常用的方法。基于：五.相似原理对流换热的主要研究方法是在相似理论指导下的实验方法。学习相似理论，应充分理解并掌握三个要点：如何安排实验（应测的量）；实验数据和整理方法；所得实验关联式推广应用的条件。准则数一般表现为相同量纲物理量或物理量组合的比值，在具体问题中表示的并不是其比值的真正大小，而是该比值的变化趋势。传热与流动中常见的准则数Re、Pr、Nu、Gr、Bi、Fo，其定义和物理意义是应该熟练掌握的。六.无相变对流换热的定量计算注意：判断问题的性质选择正确的实验关联式三大特征量的选取：、、牛顿冷却公式对不同的换热，温差和换热面积有区别实际问题中常常需要使用迭代方法求解，计算结束时应校核前提条件是否满足。（或则，需先假定流态，最后再校核）对流换热常常与辐射换热同时起作用，尤其在有气体参与的场合。本章难点：对流换热机理和过程的理解相似原理和相似准则数意义的理解定量计算思考题；1.管内强制对流换热，为何采用短管或弯管可以强化流体换热？2.其它条件相同时，同一根管子横向冲刷与纵向冲刷比，哪个的h大，为什么？3.在地球表面某实验室内设计的自然对流换热实验，到太空中是否仍有效？为什么？4.由式中没有出现流速，h与流体速度场无关，这样说对吗？5.一般情况下粘度大的流体其Pr也大。由可知，Pr越大，Nu也越大，从而h也越大，即粘度大的流体其h也越高，这与经验结论相悖，为什么？6.设圆管内强制对流处于均匀壁温tw的条件，流动和换热达充分发展阶段。流体进口tf`，质量流量为qm，定压比热容为cp，流体与壁面间表面传热系数为h。试证明下列关系式成立：式中P为管横截面周长，tfx指流体在截面x处平均温度。7.初温为35℃流量为1.1kg/s的水，进入直径为50mm的加热管加热。管内壁温为65℃，如果要求水的出口温度为45℃，管长为多长？如果改用四根等长、直径为25mm的管子并联代替前一根管子，问每根管子应为多长？第六章凝结与沸腾换热凝结换热现象膜状凝结分析解及实验关联式影响凝结换热的因素沸腾换热现象沸腾换热计算式影响沸腾换热的因素要求：通过本章的学习，读者应从定性方面掌握凝结和沸腾两种对流换热方式的特点、影响因素和强化措施，尤其是膜状凝结的影响因素和大容器饱和沸腾曲线。从定量上应掌握竖壁、水平单管和管束的膜状凝结工程计算，以及大容器核态沸腾及临界热流密度的计算。本章重点：一.凝结换热1.现象与特点产生条件是壁面温度蒸气饱和温度。珠状凝结和膜状凝结的特点、热量传递规律，h珠状h膜状，但不能持久。2.竖壁膜状凝结分析解Nusselt分析解基于9条假设，视液膜内只有纯导热。因此要获得局部表面传热系数，只需获得该处液膜厚度。3.膜状凝结的工程计算流态判别(Re迭代法)；关联式；注意特征长度和定性温度4.影响因素掌握膜状凝结诸影响因素，尤其是不凝性气体和蒸气流速的影响机理。5.凝结换热的强化当凝结热阻是传热过程主要分热阻时，强化效果较好。强化的原则主要是破坏或减薄液膜层，或加速液膜的排泄。二.沸腾换热1.特点饱和沸腾和过冷沸腾；大容器沸腾和强制对流沸腾；沸腾与蒸发。汽化核心数是衡量强化沸腾的重要参数。2.大容器饱和沸腾曲线曲线形式，随着t，四个不同区域的换热规律和特点。核态沸腾是工业中理想的工作区域，其温差小，换热强。3.沸腾换热的两种加热方式控制壁温(改变壁温tw与液体饱和温度ts