1、傳 熱 學(xué) 總 結(jié),第一章小結(jié),1.掌握熱傳遞的三種基本方式:導(dǎo)熱、熱對流、熱輻射,2.掌握熱傳導(dǎo)（導(dǎo)熱）的定義以及主要特征。,定義：物體各部分之間不發(fā)生相對位移時，依靠分子、原子及自由電子等微觀粒子的熱運(yùn)動而產(chǎn)生的熱量傳遞稱導(dǎo)熱。,特征：同一物體或物體直接接觸，不發(fā)生宏觀的相對位移；依靠分子、原子及自由電子等微觀粒子熱運(yùn)動而傳遞熱量（本質(zhì)）；無能量形式的轉(zhuǎn)化。,3.掌握熱對流以及對流換熱的概念及主要特征。,1) 熱對流：是指由于流體的宏觀運(yùn)動，從而使流體各部分之間發(fā)生相對位移，冷熱流體相互摻混所引起的熱量傳遞過程。,2) 表面對流換熱：流動流體流過一個溫度不同的物體表面時產(chǎn)生的熱量傳遞過程，

2、稱為對流傳熱。,3）對流換熱的特征：流體與固體壁面相互接觸；有相對宏觀位移；無能量形式的轉(zhuǎn)換,第一章小結(jié),4.掌握熱輻射的概念以及輻射換熱的主要特征。,1）熱輻射：因熱的原因而發(fā)出輻射能的現(xiàn)象稱為熱輻射。,2 ）輻射換熱 ：物體間相互輻射和相互吸收能量的過程稱輻射換熱,3）輻射換熱的特征：不需要冷熱物體的直接接觸；在輻射換熱過程中伴隨著能量形式的轉(zhuǎn)換；無論溫度高低，物體都在不停地相互發(fā)射電磁波能、相互輻射能量，高溫物體輻射給低溫物體的能量大于低溫物體輻射給高溫物體的能量，總的結(jié)果是熱由高溫傳到低溫；與絕對溫度呈四次方關(guān)系，溫度越高，輻射能力越強(qiáng)。,第二、三章小結(jié)（導(dǎo)熱小結(jié)）,一.基本概念,1.

3、 溫度場:指在某一瞬間物體內(nèi)各點(diǎn)溫度分布的總稱。,2.等溫面:同一時刻、溫度場中所有溫度相同的點(diǎn)連接起來所構(gòu)成的面。,注意：溫度不同的等溫面或等溫線彼此不能相交,3.傅里葉定律（導(dǎo)熱的基本定律）,數(shù)學(xué)表達(dá)形式為:,4. 熱導(dǎo)率（導(dǎo)熱系數(shù)）,w/m,導(dǎo)熱系數(shù)在數(shù)值上等于單位溫度梯度作用下單位時間內(nèi)單位面積的熱量。 導(dǎo)熱系數(shù)是物性參數(shù)，它與物質(zhì)結(jié)構(gòu)和狀態(tài)密切相關(guān)，例如物質(zhì)的種類、材料成分、溫度、 濕度、壓力、密度等，與物質(zhì)幾何形狀無關(guān)。 它反映了物質(zhì)(體)導(dǎo)熱能力的大小，是材料固有的熱物理性質(zhì)。,一般有,會排列不同材料導(dǎo)熱系數(shù)的大小。,5、導(dǎo)溫系數(shù)（熱擴(kuò)散率）,m2/s。,物理意義：熱擴(kuò)散率表征物

4、體被加熱或冷卻時，物體內(nèi)各部分溫度趨向于均勻一致的能力（注意：導(dǎo)溫系數(shù)和導(dǎo)熱系數(shù)的區(qū)別）,6.直角坐標(biāo)下的導(dǎo)熱微分方程式,掌握推導(dǎo)的假設(shè)條件、思路等。,7.三類邊界條件的表達(dá)式以及轉(zhuǎn)化；組合方式有幾種？,8. 非穩(wěn)態(tài)導(dǎo)熱過程的定義：導(dǎo)熱系統(tǒng)內(nèi)溫度場隨時間變化的導(dǎo)熱過程為非穩(wěn)態(tài)導(dǎo)熱。,非穩(wěn)態(tài)導(dǎo)熱可分周期性非穩(wěn)態(tài)導(dǎo)熱和非周期性非穩(wěn)態(tài)導(dǎo)熱（瞬態(tài)導(dǎo)熱）,非周期性非穩(wěn)態(tài)導(dǎo)熱的二個階段及其各自的特點(diǎn)。,9.了解集總參數(shù)法的特點(diǎn)，掌握其使用方法。,定義：由于物體內(nèi)溫度相差不大，而近似認(rèn)為這種非穩(wěn)態(tài)導(dǎo)熱過程中物體內(nèi)的溫度分布與坐標(biāo)無關(guān)，僅隨時間變化，因此物體溫度可用任一點(diǎn)的溫度表示，而將物體的質(zhì)量和熱容量等視

5、為集中這一點(diǎn)，這種方法-集總參數(shù)法。,10. 時間常數(shù),時間常數(shù)反映了系統(tǒng)處于一定的環(huán)境中所表現(xiàn)出來的傳熱動態(tài)特征，與其幾何形狀、密度及比熱有關(guān)，還與環(huán)境的換熱情況相關(guān)?？梢?，同一物質(zhì)不同的形狀其時間常數(shù)不同，同一物體在不同的環(huán)境下時間常數(shù)也是不相同。,11.掌握畢渥準(zhǔn)則的公式以及物理意義。,Bi 物理意義： Bi 特征數(shù)反映了內(nèi)部導(dǎo)熱熱阻與外部(表面)對流傳熱熱阻的相對大小。導(dǎo)熱系數(shù)為固體的導(dǎo)熱系數(shù)。,12.會繪制二種特殊情況下非穩(wěn)態(tài)導(dǎo)熱物體加熱（冷卻）的溫度分布。(畢渥數(shù)趨向于零和無窮大）,13.伸展體的導(dǎo)熱,要求了解推導(dǎo)的過程以及各種邊界條件、用絕熱邊界的公式來計(jì)算實(shí)際條件時采取的補(bǔ)救措

6、施、在實(shí)際工作中的應(yīng)用、伸展體強(qiáng)化傳熱的條件等。,14.半無限大物體的導(dǎo)熱的概念（何時可以看作是半無限大物體、吸熱指數(shù)等）,（16）掌握利用熱平衡法推導(dǎo)穩(wěn)態(tài)傳熱一維及二維邊界節(jié)點(diǎn)的微分方程式。,（17）非穩(wěn)態(tài)導(dǎo)熱數(shù)值解的二種方法以及各自的優(yōu)缺點(diǎn)。,（15）掌握在穩(wěn)態(tài)無內(nèi)熱源條件下利用傅里葉定律判斷導(dǎo)熱系數(shù)的大小。,1.平壁導(dǎo)熱的計(jì)算公式,適用條件：一維、穩(wěn)態(tài)、無內(nèi)熱源、恒壁溫、為常數(shù),導(dǎo)熱系數(shù)與溫度成線性關(guān)系時的處理方法,二.基本定律及公式,1）單層平壁的導(dǎo)熱,2）多層平壁的導(dǎo)熱,熱阻圖,2.無限長圓筒壁的計(jì)算公式,適用條件：一維、穩(wěn)態(tài)、無內(nèi)熱源、恒壁溫、=常數(shù),3.球體的計(jì)算公式,注意：如果

7、物體內(nèi)有內(nèi)熱源或者邊界條件不是第一類時，必須采用導(dǎo)熱微分方程式以及相應(yīng)的邊界條件求解溫度溫度以及導(dǎo)熱量。,4.非穩(wěn)態(tài)導(dǎo)熱問題的計(jì)算-集總參數(shù)法,判別依據(jù)：Bi0.1M,計(jì)算公式：,對流換熱總結(jié),1.對流換熱的定義,2.對流換熱的計(jì)算公式-牛頓冷卻公式,一、基本概念,3、影響對流換熱系數(shù)的因素,流體流動的起因 流體有無相變 流體的流動狀態(tài) 換熱表面的幾何因素 流體的物理性質(zhì),注意：一定要適當(dāng)展開,4.對流換熱分類,5.研究對流換熱的方法,（1）分析法（2）實(shí)驗(yàn)法（3）比擬法（4）數(shù)值法,6.對流換熱過程微分方程式,9、相似原理應(yīng)滿足哪些條件。,7、速度邊界層形成的原因以及一些基本概念。,8、求解

8、表面?zhèn)鳠嵯禂?shù)的數(shù)學(xué)描述以及邊界條件。,會推導(dǎo)此方程式,10. 定性溫度的定義以及取法,定性溫度：計(jì)算流體物性時所采用的溫度。,常用的選取方式有： 流體平均溫度： 流過平板：tc為來流速度或自由區(qū)流體速度 管內(nèi)流動： 壁面溫度：tc=tw 分別以下標(biāo)f、m、w注明有關(guān)物性參數(shù)，如Ref，Tw，m,換熱現(xiàn)象相似以及運(yùn)動相似的條件；何謂同類現(xiàn)象；為什么普朗特?cái)?shù)不同對結(jié)果影響不大。,11.掌握Re、Nu、Pr、Gr的表達(dá)式，表達(dá)式中的符號的意義以及準(zhǔn)則的物理意義,反映流體慣性力與粘性力的相對大小,反映流體動量傳遞能力與能量傳遞能力的相對大小,反映對流換熱的強(qiáng)弱，表示壁面處流體無量綱過余溫度變化率的大小

9、,反映流體浮升力與粘性力的相對大小,12.Bi和Nu的區(qū)別,物理意義不同 Bi數(shù)反映導(dǎo)熱體單位面積內(nèi)部導(dǎo)熱熱阻與外部表面對流熱阻的相對大小 Nu反映對流換熱的強(qiáng)弱，表示壁面處流體無量綱過余溫度變化率的大小 不同：Bi數(shù)中是固體，Nu中是流體 Bi-已定特征數(shù)，Nu-待定特征數(shù),13.入口效應(yīng)以及入口發(fā)展段和充分發(fā)展段,14 .當(dāng)量直徑的計(jì)算公式,15 .掌握橫向沖刷單管時努賽爾數(shù)與角度之間（雷諾數(shù)一定時）的變化規(guī)律,16 .橫向沖刷管束二種不同布置表面?zhèn)鳠嵯禂?shù)的大小,17. 自然對流換熱,溫度差密度差浮升力(沉降力)流體沿壁面向上(下)流動。,大空間自然對流和有限空間自然對流。,注意：特征長度

10、的取法；紊流區(qū)域表面?zhèn)鳠嵯禂?shù)與特征長度無關(guān)。,二、經(jīng)驗(yàn)公式,（一）管內(nèi)強(qiáng)制對流換熱,定性溫度采用流體平均溫度tf；特征長度為管內(nèi)徑d；特征流速f。 流體被加熱時，n=0.4；流體被冷卻時，n=0.3,適用條件：,溫差范圍：油10，水20，氣體50,管內(nèi)層流強(qiáng)迫對流傳熱,適用條件：,計(jì)算步驟,確定特征溫度，查物性參數(shù)； 計(jì)算Re，判別流動形態(tài)； 根據(jù)流態(tài)選關(guān)聯(lián)式求Nu和h； 利用能量守恒定律，求管子長度及驗(yàn)證。,求管長: 能量守恒公式,二、自然對流,恒壁溫,式中：定性溫度采用膜平均溫度,特征長度的選擇：豎壁和豎圓柱取高度，橫圓柱取外徑。 常數(shù)C和n的值見下表。,膜狀凝結(jié)和珠狀凝結(jié)表面換熱系數(shù)的大

11、小以及膜狀凝結(jié)的主要熱阻。,推導(dǎo)膜狀凝結(jié)的假設(shè)條件以及最主要的幾個條件。,影響膜狀凝結(jié)的因素。掌握不凝結(jié)氣體的影響。,沸騰換熱的分類。,飽和沸騰曲線的四個區(qū)域以及各自的特點(diǎn)，一般應(yīng)該在哪個區(qū)域。（注意核態(tài)沸騰區(qū)和穩(wěn)定膜態(tài)沸騰區(qū)過熱度的大小。）,有相變的對流換熱,強(qiáng)化膜狀凝結(jié)換熱和沸騰換熱的原則及措施。,汽化核心（最易產(chǎn)生汽泡的場所以及原因）以及影響沸騰換熱的因素。,穩(wěn)定膜態(tài)沸騰和膜狀凝結(jié)表面?zhèn)鳠嵯禂?shù)的大小。,輻射換熱小結(jié),1.熱輻射：因熱的原因而發(fā)出輻射能的現(xiàn)象稱為熱輻射。,一、基本概念,2.輻射換熱的特點(diǎn)（和導(dǎo)熱和對流換熱的區(qū)別）,不需要物體直接接觸?？稍谡婵罩袀鬟f； 有能量的轉(zhuǎn)化； 高溫物

12、體低溫物體雙向輻射熱能； 物體的輻射能力與絕對溫度的四次方成正比。,3.吸收率（）、反射率（）、透過率（）,對于大多數(shù)的固體和液體： 對于不含顆粒的氣體： 為研究輻射特性可提出以下理想輻射模型： 黑 體：=1 =0 =0； 白 體：=0 =1 =0； 透明體：=0 =0 =1,注意：固體和液體的吸收和反射均在表面完成。,4.投射輻射和有效輻射,投射輻射的定義：單位時間內(nèi)投射到單位面積上的總輻射能，記為G，W/m2 。,有效輻射的定義：單位時間內(nèi)離開單位面積上的總輻射能，記為J，W/m2 。,二者的關(guān)系,5.黑體的定義：是指能全部吸收投入到其面上的所有熱輻射能的物體,黑體性質(zhì),黑體吸收能力最強(qiáng)，

13、=1 黑體的輻射能力也最強(qiáng)，=1 黑體表面是漫發(fā)射表面,6.黑體的幾個定律,普朗克Planck定律,式中， 波長，m ； T 黑體溫度，K ； c1 第一輻射常數(shù)，3.74210-16 Wm2； c2 第二輻射常數(shù)，1.438810-2 WK；,圖中的幾條總結(jié)。尤其是顏色隨溫度的變化。,維恩位移定律,Stefan-Boltzmann（四次方）定律（必須記住）,式中，= 5.6710-8 W/(m2K4)，是斯蒂芬-波爾茲曼常數(shù)。,具體應(yīng)用,7.黑度、輻射率及灰體,發(fā)射率(也稱為黑度)：相同溫度下，實(shí)際物體的輻射力與黑體輻射力之比:,實(shí)際物體的輻射率,灰體：光譜吸收比與波長無關(guān)的物體稱為灰體。（

14、注意：工業(yè)溫度內(nèi)所有實(shí)際物體均可以看成灰體）,影響發(fā)射率的因素,8、掌握金屬和非金屬材料黑度隨角度變化的規(guī)律。,9.基爾霍夫定律,適用條件、幾個推論等,10、選擇性吸收射線的應(yīng)用 溫室效應(yīng)以及大棚種植植物的原理,11、呈現(xiàn)物體表面各種顏色的原理 （ 黑體、灰體等）,12.角系數(shù),角系數(shù)定義：把表面1發(fā)出的輻射能中直接落到表面2上的百分?jǐn)?shù)稱為表面1對表面2的角系數(shù)，記為X1,2。,角系數(shù)的性質(zhì)：,角系數(shù)的相對性,角系數(shù)的完整性,注：若表面1為非凹表面時，X1,1=0,何種條件下角系數(shù)可以看做是純幾何因子以及影響角系數(shù)的因素,角系數(shù)的有界性,三個非凹表面組成的封閉系統(tǒng),三個非凹表面組成的封閉系統(tǒng),

15、角系數(shù)的分解性,13.遮熱屏（板）,14.二個輻射熱阻（空間輻射熱阻和表面輻射熱阻）,遮熱板的作用；遮熱板一般采用金屬材料；遮熱板的具體應(yīng)用（超級保溫材料）,15、氣體輻射的二個特點(diǎn),（一）兩灰體表面組成的封閉系統(tǒng)的輻射換熱,二、計(jì)算公式,幾種特殊情形,(1) 表面1為凸面或平面(同心圓錐體)，此時，X1,21，于是,(2) 表面積A1與表面積A2相當(dāng)且X1,21(平行大平壁)，即A1/A2 1 于是,(3) 表面積A1比表面積A2小得多(非凹小物體)，且X1,21，即A1/A2 0 于是,（二）遮熱板,（三）三個物體組成封閉系統(tǒng)的輻射換熱,尤其是一個表面為絕熱面（重輻射面）,傳熱過程及換熱器小結(jié),一、傳熱過程的分析和計(jì)算,傳熱過程：熱量由壁面一側(cè)的流體通過壁面?zhèn)鞯搅硪粋?cè)流體中去的過程稱傳熱過程。,傳熱過程分析求解的基本關(guān)系為傳熱方程式,式中 K為總表面?zhèn)鳠嵯禂?shù)）,（一）通過單層平壁的傳熱,(二)通過單層圓筒壁的傳熱,平壁和圓筒壁的傳熱系數(shù),(三）臨界熱絕緣半徑,當(dāng)roroc，; 當(dāng)r2roroc，,二、換熱器的分類及平均傳熱溫差,(一)換熱器的分類,換熱器：用來使熱量從熱流體傳遞到冷流體，以滿足規(guī)定的工藝要求的裝置。,按照工作原理分類 分為間壁式、混合式及蓄熱式（或稱回?zé)崾剑?/p>