同济考研815传热学复习大纲(知识点总结)

传热学复习总结一、基本内容1、导热2、对流3、辐射4、传热过程强化与削弱板式换热器结构1．固定压紧板2．连接口3．垫片4．板片5．活动压紧板6．下导杆7．上导杆8．夹紧螺栓9．支柱二、导热1、基本概念•导热系数、导温系数(热扩散系数)；•温度场、等温线、绝热线；•稳态与非稳态导热；•初始条件、三类边界条件及其数学表达式；•热阻、接触热阻。•热阻分析法及其条件。1、理论傅里叶定律：导热微分方程：水，M220oC铁块,M1300oC2.稳态导热计算（1）、平壁：(2)、园筒壁：(3)、园球壁：(4)、传热过程的热阻分析法：t1t2t3t4t1t2t3t4三层平壁的稳态导热ooioiifofi1ln211)(πdhdddhttlQ若圆筒壁为多层材料组成呢？(5)、肋效率：＝实际散热量/假设整个肋表面处于肋基温度下的散热量(6)、等截面直肋（肋端绝热）•温度分布：θ=θ0ch(m(x-H))/ch(mH),•肋端：•热量：•肋效率：（7）、有内热源的导热•温度分布：（第三类边界条件）（第一类边界条件）•热流密度：（8）、变截面一维稳态导热：其中：（9）、导热问题的数值解法和差分方程建立：1）、差分替代微分2）、泰勒级数法和控制容积法（热平衡法）3）、稳态一维导热问题的数值解法建立控制方程及定解条件确定节点（区域离散化）建立节点物理量的代数方程设立温度场的迭代初值求解代数方程是否收敛解的分析改进初场是否1、基本概念•毕渥准则数（Bi、Biv）、傅立叶数（Fo、Fov）、•时间常数、集总参数法及其使用条件、分离变量法和诺谟图。2、理论（1）、一维、二维、三维非稳态导热问题的完整数学描述：控制方程＋边界条件＋初始条件（2）、Bi→0时，非稳态导热问题的完整数学描述（集总参数法）三、非稳态导热3、计算（1）、集总参数法（Biv＜0.1M,M=1（平板）,1/2（圆柱）,1/3（圆球）[W][J][J]•时间常数：•热电偶的工作原理4、分析解法：各种情况下非稳态温度分布的定性描述。eannnnnnnxx210)cos()sin()cos()sin(2),(2.0F0eFxx021)cos(cossinsin2),(11111000001)()],([ttcVdVxttcQQVeFvdvv11021sin)(11110cossinsin211、基本概念•边界层（层流、紊流、层流底层、温度边界层）•Pr、Re、Gr的物理概念、数量级，•定性温度，定性尺度，•管内层流入口效应和定型段（充分发展），•管长修正，温度修正，弯管修正，当量直径，•膜状凝结，珠状凝结，过冷沸腾，饱和沸腾，核态沸腾，沸腾换热临界热流密度，烧毁点，大容器沸腾换热曲线。四、对流与相变换热2、理论（1）对流换热的数学描写A.动量方程（2个）B.能量方程C.连续性方程D.换热方程E.边界条件（2）边界层微分方程组及其求解（数量级分析法）（3）边界层（附面层）积分方程组及其求解（4）雷诺比拟（5）相似原理及其相关概念xu0yv)())()22222222yvxvypFyvvxvuvyuxuxpFyuvxuuuyx（（2222ytxtytvxtutcp3、计算（1）管槽:（注意考虑各种修正）（2）横掠单管和管束:（3）自然对流:（4）外掠平板:3154Pr871Re037.0mNu113241530.332RePr0.0296RePrcxcxxxNuxxNu时，层流，时，湍流，3121PrRe664.0Nu4、分析（1）影响对流换热系数的因素及其物理机理，（2）根据边界层画出各类对流换热局部对流换热系数曲线，（3）管内强制对流进行管长、弯管及其温度修正的物理原因，（4）影响膜状凝结换热的因素，（5）珠状凝结换热为何强于膜态凝结，（6）大容器饱和沸腾曲线，（7）对流换热系数的大概数量级，例题10-1：有一架空蒸汽管道，管道内径φ=300mm，管壁厚度5mm，其导热系数为λb=36W/(m·K)。外包有λb=0.04W/(m·K)的保温材料，厚度为40mm，管道内流有130℃的干饱和蒸汽，流速为41m/s；外有空气以2m/s横掠管道，温度为10℃。求：1、管内对流表面传热系数。2、管外对流表面传热系数。3、每m蒸汽管道的总热阻及表面传热系数。4、每小时每米蒸汽管道的散热量。备注：管内流动的对流换热实验关联式管外横掠的对流换热实验关联式管外自然对流换热实验关联式以上三式定性温度均取流体已知温度。解：1)定性条件已知，由题意知2）定性条件已知，由题意知3)1m长管道的热阻总的传热阻共有四部分组成:管道内流体与管道内壁的对流换热热阻,管道内壁到外壁间的导热热阻,管道外壁与保温层外层的导热热阻和和空气对流换热的热阻.每m长管道的总的表面传热系数4)散热量5）管内流体流过100米温度降为多少？如何求呢？•管内流体流过100米温度降为多少？outltLLktLRoutinlpLtMc根据热力学第一定律：管内流体内能(焓）的变化量等于管壁内外流体之间的换热量。（1）管内流体的内能的变化量（2）管壁内外流体之间的换热量21(/4)inptMcMud(3)管内流体的内能的变化量等于管壁内外流体的传热量。ltktR五、辐射换热1、概念•黑体、灰体、黑度（发射率）、单色黑度（光谱发射率）、定向黑度（定向发射率）；•辐射力（本身辐射）、单色（光谱）辐射力；•吸收率（比）、单色（光谱）吸收率（比）、反射率、透射率、镜反射、漫反射；•黑体辐射函数、立体角、可见辐射面积；•定向辐射强度、有效辐射、投入辐射、角系数及其性质；•表面热阻、空间热阻；•求解辐射换热网络法；•重辐射表面、复合换热、气体辐射特性。2、理论•普朗克定律:W/m3•维恩位移定律:•斯蒂芬－玻尔兹曼定律（四次方定律）:•兰贝特定律:•基尔霍夫定律:3、计算（1）角系数•代数法:(a)一个方向无限长封闭三凸面(b)一个方向无限长任意两凸面(c)由角系数定义直接计算(d)查表（资料）法(e)积分法（2）角系数性质•相对性：•完整性：•分解性：图9-3角系数的完整性图9-4角系数的可加性（3）两表面封闭体系的辐射换热量•一般式：（a）X1-2=1时：（b）A1=A2时：(c)A1/A2≈0时：（4）三表面封闭体系的辐射换热量及网络法的应用节点的热流方程如下(基尔霍夫定律）：321,JandJJ求解上面的方程组，再计算净换热量。iiiibiiAJE14、分析（1）辐射特点（与对流和导热相比）（2）一般意义的辐射与阳光辐射的区别（3）基尔霍夫定律的条件（4）黑度对辐射换热系数的影响（5）减少辐射换热的方法六、传热的强化和隔热保温技术一、强化传热的原则和强化对流换热的手段强化换热mtkqq就是强化换热tmkq增加温差，常常使不可逆损失增大增加k，主流增加换热面积A例题10-2：压缩空气在中间冷却器的管外横掠流过，ho=90W/(m2.K)。冷却水在管内流过，hi=6000W/(m2.K)。冷却管是外径为16mm厚1.5mm的黄铜管。求：(a)此时的传热系数；(b)如管外的对流换热系数增加一倍，传热系数有何变化？(c)如管内的对流传热系数增加一倍，传热系数又作如何变化？假设黄铜的导热系数为111W/(m.K)解：(a)略去管壁热阻，传热系数为oiiioo1111/ln2dkRhddhd)KW/(m3.880111.00000149.0000205.019011316ln1112016.013166000112k可以略去管壁热阻(b)略去管壁热阻，传热系数为21810174W/(mK)1161600013k(c)略去管壁热阻，传热系数为2189.2W/(mK)1161139120000k管外的对流换热系数增加一倍，传热系数增加96%管内的对流传热系数增加一倍，传热系数增加不足1%强化换热的原则：在热阻最大的环节上下功夫!!!一般说来管壁热阻较小，常常要强化对流热阻强化对流换热的原则：(1).无相变的对流换热：减薄边界层，加强流体混合；(2).核态沸腾：增加汽化核心(3).膜状凝结：减薄液膜及加速凝结液膜的排泄(4).减小污垢热阻：工质的预处理，定期清洗强化换热的手段：1.无源技术：除输送传热介质所需的功率外，不需附加动力涂层表面粗糙表面扩展表面扰流元件涡流发生器螺旋管添加物冲击射流2.有源技术除输送传热介质所需的功率外，需外加动力•对介质进行机械搅拌•受热面振动•流体振动•电磁场•介质种加入异物或介质3.强化换热的方式的综合评价应当综合考虑传热效果、流动阻力、成本和运行费用；七、传热学常见的问题1、稳态导热问题（1）等截面直肋肋片的传热量和肋端温度的求解（2）单层及多层平壁在第三类边界条件下导热问题的计算（3）单层及多层圆筒壁在第三类边界条件下导热每米供热管道的散热损失2、非稳态导热问题（1）集总参数法求解任意形状物体（如热电偶）的瞬态冷却或加热问题。（2）热电偶工作原理和时间常数概念和应用。3、对流换热问题（1）外掠平板或管内强制对流换热问题在不同流态下的换热分析及计算。（2）横掠单管或管束的自然或强制对流换热问题的计算。（3）一根管道或管束内外流之间的传热换热的综合计算。4、辐射换热问题（1）两个和三个非凹面组成的封闭腔体，各个表面之间的辐射换热的计算（2）两个平行平板之间的辐射换热问题的计算。5、注意事项对流换热问题中，当流体为气流时，有时需要同时考虑对流和辐射换热；对于长直的园管换热问题，往往要计算单位管长的换热量；对于管内强迫对流换热问题，应注意层流和紊流时的实验关联式的选取，而且流体定性温度的在不同边界条件下（如常壁温和常热流边界条件）确定方法有两种：算数平均法和对数平均法。注意多个非凹面组成的封闭腔体，各个表面之间的辐射换热问题的计算中的某个表面的净辐射热量与任意两个表面之间的辐射换热量的区别与联系。Thankyou!