总复习1大工传热学

1复习2考试时间：第十七周考试周考试地点：待定答疑时间：6月14日，第十六周星期五，9:00-11:30,14:00-16:30答疑地点：综合实验2号楼423、419A。3平时成绩：20％期末考试：80％4题型1.简答题2.证明3.计算题5简答：P23.1,3,5,6P88.1,3,4P151.1,2,6P185.1,2,6P224.1,2,5P286.1,4,9P338.1,5,8P387.1,3,4,6,7,8P445.1,4,5,7,8,96证明1.导热问题数学描述2.等截面直肋导热3.集总参数问题数学描述4.稳态、非稳态导热节点差分方程式5.对流传热问题能量方程式6.边界层对流传热问题数学描述7.相似原理－准则关联式71.兰贝特定律2.基尔霍夫定律3.角系数4.两灰体间辐射换热量bbEI2222,11111212,1111AXAAEEbb1,222,11XAXA8第1章绪论1.热量传递的三种基本方式2.传热过程和传热系数9第1章绪论重点掌握：热传导、热对流、热辐射三种热量传递基本方式及传热过程的特点。10第2章稳态热传导1.导热基本定律2.导热问题的数学描写3.典型一维稳态导热问题的分析解4.肋片5.有内热源的一维导热11第2章稳态热传导重点掌握：温度场、温度梯度、热流密度等基本概念；傅里叶定律；不同材料导热系数的量级；直角坐标系下导热微分方程式及其推导方法；通过平壁、圆筒壁、肋壁稳态导热的计算方法；非稳态导热过程的特点、非稳态导热计算的集总参数法。12重点掌握：非稳态导热过程的特点、零维问题－集中参数法。第3章非稳态热传导131.数值求解的基本思想2.内节点离散方程的建立3.边界节点离散方程的建立4.非稳态导热问题数值解第4章热传导问题的数值解14重点掌握：列节点差分方程（物理法）－内节点，边界节点第4章热传导问题的数值解151.对流传热概述2.对流换热问题的数学描述3.边界层问题的数学描写4.外掠等温平板层流换热分析解第5章对流换热的理论基础16重点掌握：（1）对流换热的牛顿冷却公式；（2）边界层的概念与特点及其对求解对流换热问题的意义第5章对流换热的理论基础171.相似原理及其应用2.单相强制对流换热实验关联式－内部、外部3.自然对流换热－大空间第6章单相对流换热的实验关联式18重点掌握：（1）相似原理的主要内容及相似原理指导下的实验研究方法；（2）对流换热特征数(Nu、Re、Pr、Gr)的表达式及其物理意义；（3）管内和外掠圆管束的强制对流换热及大空间自然对流换热的特点、影响因素，会利用特征数关联式计算上述对流换热问题。第6章单相对流换热的实验关联式19重点掌握：1.凝结传热的模式，影响因素及传热强化2.沸腾传热的模式，影响因素及传热强化第7章相变对流换热20第8章热辐射基本定律和辐射特性1.热辐射的基本概念2.黑体辐射的基本定律3.实际物体的辐射特性4.基尔霍夫定律21重点掌握：（1）黑体、灰体、吸收比、发射比、透射比、发射率、辐射力、辐射强度、有效辐射等热辐射的基本概念；（2）黑体辐射的基本定律；（3）实际物体的辐射特性，基尔霍夫定律22第9章辐射换热的计算1.角系数2.两表面封闭系统的辐射传热3.多表面系统的辐射传热4.气体辐射的特点，计算不要求5.辐射传热的控制，遮热板23重点掌握：（1）角系数的定义及性质、角系数计算的代数法；（2）辐射热阻的概念，黑体和灰体表面组成的简单封闭空腔内辐射换热的计算方法。24第10章传热过程分析与换热器1.传热过程2换热器3平均温差的计算4.间壁式换热器的热计算25重点掌握：（1）传热过程和传热系数的概念，掌握肋壁传热的计算方法，了解传热的强化与削弱方法。（2）了解换热器的类型与构造，掌握换热器热计算的对数平均温差法。26三种基本的传热方式：导热、对流和热辐射导热的基本定律：傅里叶定律dWdtΦAx2dWdmΦtqAx第1章绪论27Q1wt2wtA图1-2导热热阻的图示1wt2wtt0xdxdtQrtttqww21RtAttΦww21rAR导热热阻单位导热热阻要求会用热阻方法求换热量28()WwfΦhAtt2()WmwfqΦAhtt对流换热：基本计算公式——牛顿冷却公式h—表面传热系数—热流量[W]，单位时间传递的热量q2Wm—热流密度2W(mK)A2m—与流体接触的壁面面积wtC—固体壁表面温度ft—流体温度C29——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(())wfhΦAtt2W(mK)影响h因素：流速、流体物性、壁面形状大小等1()1hhttΦhARttqhr表面传热系数301()[]hRhACW21[]hrhmCW对流换热热阻：313热辐射黑体辐射的控制方程：斯忒藩－玻耳兹曼定律4AT4AT真实物体则为：321-2传热过程和传热系数1传热过程:两流体间通过固体壁面进行的换热2传热过程包含的传热方式：导热、对流、热辐射图1－4墙壁的散热333一维稳态传热过程中的热量传递图1－5一维稳态传热过程忽略热辐射换热，则左侧对流换热热阻111AhRh固体的导热热阻右侧对流换热热阻221hRAhAR34上面传热过程中传递的热量为：2121212111)()(AhAAhttRRRttΦffhhfftAkttAkΦff)(21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。2[WmK]传热系数21211111hhrrrhhk单位热阻或面积热阻35a.k越大，传热越好。若要增大k，可增大12,,hh或减小c.h1、h2的计算方法及增加k值的措施注意：b.非稳态传热过程以及有内热源时，不能用热阻分析法36第二章稳态导热重点掌握：温度场、温度梯度、热流密度等基本概念；导热傅里叶定律；不同材料导热系数的量级；直角坐标系下导热微分方程式及其推导方法；通过平壁、圆筒壁、肋壁稳态导热的计算方法。37(1).若物性参数、c和均为常数：2222222();orvvqqtttttaatxyzcc2[ms]ac—热扩散率　　2—拉普拉斯算子直角坐标系下导热微分方程式38(2).若物性参数为常数且无内热源：(3).若物性参数为常数、稳态导热：2222222();ortttttaatxyz22222220ttttxyz(4).若物性参数为常数、无内热源稳态导热：2222220vqtttxyzλ39导热过程的定解条件使微分方程获得适合某一特定问题的解的附加条件稳态导热问题常见的三类边界条件使微分方程获得适合某一特定问题的解的附加条件(1).第一类边界条件已知任一瞬间导热体边界上温度值稳态导热：tw=const非稳态导热：tw=f()40（2）第二类边界条件根据傅里叶定律：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稳态导热：qw非稳态导热：(,)wsqqfrwqconst()wqf()wntqn()wnqtn41（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tf,hqw()wfwtnhtt422-3通过平壁、圆筒壁、球壳和其它变截面物体的导热本节将针对一维、稳态、常物性、无内热源情况，考察平板和圆柱内的导热。直角坐标系：Φztzytyxtxtc)()()(1.单层平壁的导热oxa几何条件：单层平板；b物理条件：、c、已知；无内热源c时间条件：0:t稳态导热d边界条件：第一类43由热阻分析法：niiinniinttrttq111111问：现在已经知道了q，如何计算其中第i层的右侧壁温？第一层：11122111)(qttttq第二层：22233222)(qttttq第i层：iiiiiiiiqttttq111)(44下面来看一下圆筒壁内部的热流密度和热流分布情况21221mW)ln(ddrrttrrtqwwW2)ln(2211221RttlrrttrlqΦ)ln()ln()(121211rrrrttttrrrttdrdtww1)ln(1221长度为l的圆筒壁的导热热阻虽然是稳态情况，但热流密度q与半径r成反比！45日常生活中的例子人体为恒温体。若房间里气体的温度在夏天和冬天都保持20度，那么在冬天与夏天、人在房间里所穿的衣服能否一样？夏天人在同样温度（如：25度）的空气和水中的感觉不一样。为什么？46第三章非稳态导热非稳态导热过程(集总参数法)。重点掌握：471）毕渥数的定义：1hBih毕渥数属特征数（准则数）。2）Bi物理意义：Bi的大小反映了物体在非稳态条件下内部温度场的分布规律。48Bi准则对温度分布的影响tiBiB00Bi1223121201010000tt0tt0ttBi准则对无限大平壁温度分布的影响493-2集总参数法的简化分析1定义：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，即，与空间位置无关，因此，也称为零维问题。Bi)(ft2温度分布如图所示，任意形状的物体，参数均为已知。00tt时，t将其突然置于温度恒为的流体中。50当物体被冷却时（tt）,由能量守恒可知ddtVctthA-)(dVchAd方程式改写为：过余温度—令：tt，则有00)0(-ttddVchA初始条件控制方程5100dVchAdVchAln0dVchAd积分VchAetttt00过余温度比其中的指数：vvFoBiAVaAVhcVAAhVcVhA222)()(52%8.3610e即与的量纲相同，当时，则1hAVc1VchA此时，上式表明：当传热时间等于时，物体的过余温度已经达到了初始过余温度的36.8％。称为时间常数，用表示。hAVchAVcc53如果导热体的热容量（Vc）小、换热条件好（h大），那么单位时间所传递的热量大、导热体的温度变化快，时间常数(Vc/hA)小。对于测温的热电偶节点，时间常数越小、说明热电偶对流体温度变化的响应越快。这是测温技术所需要的%83.140时，当hAVc工程上认为=4Vc/hA时导热体已达到热平衡状态544物理意义vvFoBihlhl1Bi物体表面对流换热热阻物体内部导热热阻＝无量纲热阻无量纲时间Fo越大，热扰动就能越深入地传播到物体内部，因而，物体各点地温度就越接近周围介质的温度。22Flola换热时间边界热扰动扩散到面积上所需的时间55采用此判据时，物体中各点过余温度的差别小于5%M1.0)AV(hBiv对厚为2δ的无限大平板对半径为R的无限长圆柱对半径为R的球31M21M1M3BB3RR4R34AV2BB2RR2RAVBBAAAViiv23iiv2iiv5集总参数法的应用条件56第四章导热问题的数值解法能够列出节点差分方程57xyxynm(m,n)MN基本概念：控制容积、网格线、节点、界