传热学知识点

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。h是对流换热系数单位w/(m2k)q是热流密度（导热速率），单位(W/m2)是导热量W6.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。(w))(tthqw2/)(mwttAhAqw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）：dxdTkqx)(zTyTxTkTkqkjiT(x,y,z)为标量温度场nTkqn圆筒壁表面的导热速率drdTrLkdrdTkAqr)2(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+热力学第一定律导热与导出净热量（使用傅里叶定律）+微元产生的热量=微元的内能变化量。导热微分方程（热方程）tTcqzTkzyTkyxTkxp)()()(（k是导热率----导热系数）tTkqzTyTxT1222222热扩散系数)/(pck（可以用来计算tT，温度随时间的变化率）0)(dxdTkdxd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，物体内部如果导热率是常量如果是一维导热且无内热源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。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：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。（)],0([|0tTThxTkx）第二章稳态导热(一维导热结果总汇P.80)热阻：（径向系统的热阻P.74）导热（conduction）热阻kALqTTRxsscondt2,1,,对流（convection）热阻hAqTTRsconvt1,辐射（radiation）热阻AhqTTRrradsursradt1,接触（thermalcontact）热阻定义式xBActqTTR,总传热系数U：TUAqx总热阻：UAqTRRttot1圆筒壁中的径向导热热阻LkrrRcondt2)/ln(12,圆筒壁表面的对流换热热阻)2(1,rLhRconvt1.由第三类边界条件下通过平壁的一维稳态导热量关系式，分析为了增加传热量，可以采取哪些措施?第三类边界条件下通过平壁的一维稳态导热量关系式：AhkALAhTT212,1,11为了增加传热量，可以采取哪些措施?（1）增加平壁两边的温差（T∞,1-T∞,2），但受工艺条件限制（2）减小热阻：a)金属壁一般很薄(L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。5．什么是形状因子?为了便于工程设计计算，对于有些二维、三维的稳态导热问题，针对已知两个恒定温度边界之间的导热热流量，可以采用一种简便的计算公式。在这种公式中，将有关涉及物体几何形状和尺寸的因素归纳在一起，称为形状因子。第三章非稳态导热（瞬态导热--确定瞬态过程中固体内的温度分布随时间变化的确定方法。）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（瞬态导热问题第一件事，计算Bi准则数）：/1/hBih物体内部导热热阻物体表面对流换热热阻；如果1.01khLhkLBic采用集总热容法误差较小。定性长度scAVL/Fo准则数：2,aFo是非稳态导热过程的无量纲时间。在稳态导热过程中，Fo愈大，热扰动愈能深入地传播到物体内部，使物体内部各点温度趋于均匀一致。并接近于周围介质温度。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．热时间常数的定义及物理意义。thAVisclnTTTTii用来确定固体达到某个温度T所需的时间。反向计算可以计算在某一个时间t到达的温度。其中tschAV是所谓的热时间常数-------它是指环境温度改变时，热敏电阻器改变了环境温度改变值的63%所用的时间。（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．非稳态导热的正常情况阶段的物理意义。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x阶段，称为瞬态温度变化的正常情况阶段。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.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边界层区：由粘性流体运动微分方程描述主流区：由理想流体运动微分方程—欧拉方程描述。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。/*对流导论三个边界层（速度、热边、浓度），三个公式（表面切应力公式、热流密度的傅里叶定律、摩尔流密度的斐克定律---摩尔传递速率NA(kmol/s)=)(,,AsAsmCCAhC为摩尔浓度），三个参数（摩擦系数fC、对流传热系数h、对流传质系数mh），两个平均参数（对于任意形状表面sAsAhAhsd1，sAmsmxhAhd1）雷诺数VLxuxRe惯性力与粘性力之比，临街雷诺数为5*105----涉及平板的计算使用这个值（涉及层流和紊流的计算需要想到雷诺数的公式）边界层相似引入重要的无量纲相似参数，雷诺数ReL、普朗特数Pr、施密特数Sc。*/相似参数的重要性------在一组对流条件下的表面得到的结果应用与所处条件完全不同但是几何