傳熱學(xué)知識(shí)點(diǎn)分解

1、傳熱學(xué)主要知識(shí)點(diǎn)1.1. 熱量傳遞的三種基本方式。熱量傳遞的三種基本方式：導(dǎo)熱（熱傳導(dǎo)）、對(duì)流（熱對(duì)流）和熱輻射。2.2. 導(dǎo)熱的特點(diǎn)。a a必須有溫差；b b物體直接接觸；c c依靠分子、原子及自由電子等微觀粒子熱運(yùn) 動(dòng)而傳遞熱量；d d在引力場(chǎng)下單純的導(dǎo)熱一般只發(fā)生在密實(shí)的固體中。3.3. 對(duì)流（熱對(duì)流）（ConvectionConvection）的概念。流體中（氣體或液體）溫度不同的各部分之間，由于發(fā)生相對(duì)的宏觀運(yùn)動(dòng)而把熱量由一處傳遞到另一處的現(xiàn)象。4 4對(duì)流換熱的特點(diǎn)。當(dāng)流體流過(guò)一個(gè)物體表面時(shí)的熱量傳遞過(guò)程，它與單純的對(duì)流不同，具有如下特點(diǎn)：a a導(dǎo)熱與熱對(duì)流同時(shí)存在的復(fù)雜熱傳遞過(guò)程b

2、 b必須有直接接觸（流體與壁面）和宏觀運(yùn)動(dòng)；也必須有溫差c c壁面處會(huì)形成速度梯度很大的邊界層 5.5.牛頓冷卻公式的基本表達(dá)式及其中二hA（tw -L） W 1各物理量的定義。q 二.A二h（tw -tf） W m2 16.6.熱輻射的特點(diǎn)。a a任何物體，只要溫度高于0 0K K，就會(huì)不停地向周圍空間發(fā)出熱輻射；b b可以在真空中傳播；冷凝器冷凝器囉結(jié)祓 I II I冷卻水出冷卻水進(jìn)帝帝凝給換熱 | |管子外國(guó)竺管子外國(guó)竺管子內(nèi)壁管子內(nèi)壁c c伴隨能量形式的轉(zhuǎn)變；d d具有強(qiáng)烈的方向性；e e輻射能與溫度和波長(zhǎng)均有關(guān)；f f發(fā)射輻射取決于溫度的4 4次方。7.7.導(dǎo)熱系數(shù)，表面?zhèn)鳠嵯禂?shù)和傳

3、熱系數(shù)之間的區(qū) 別。導(dǎo)熱系數(shù)：表征材料導(dǎo)熱能力的大小，是一種物性參數(shù)，與材料種類和溫度關(guān)。表面?zhèn)鳠嵯禂?shù)：當(dāng)流體與壁面溫度相差 1 1度時(shí)、每單位壁面面積上、單位時(shí)間內(nèi)所傳遞的熱量。影響h h因素：流速、流體物性、壁面形狀大小等。傳熱系數(shù)：是表征 傳熱過(guò)程強(qiáng)烈程度的標(biāo)尺，不是物性參數(shù)，與過(guò)程有關(guān)。常溫下部分物質(zhì)導(dǎo)熱系數(shù)：銀：427427；純銅：398398;純鋁：236236;普通鋼：30-5030-50 ;水:0.5990.599 ;空氣：0.02590.0259 ;保溫材料：0.140.14 ;水垢：1-31-3;煙垢：0.1-0.30.1-0.3。8.8.實(shí)際熱量傳遞過(guò)程：常常表現(xiàn)為三種基

4、本方式的相互串聯(lián)/ /并聯(lián)作用。第一章導(dǎo)熱理論基礎(chǔ)1 1傅立葉定律的基本表達(dá)式及其中各物理量的意義。傅立葉定律（導(dǎo)熱基本定律）：垂直導(dǎo)過(guò)等溫面的熱流密度，正比于該處的溫度梯度, 方向與溫度梯度相反。（1 1）空隙中充有空氣，空氣導(dǎo)熱系數(shù)小，因此保溫性好；（2 2）空隙太大, ,會(huì)形成自然對(duì)流換熱，輻射的影響也會(huì)增強(qiáng)，因此并非空隙越大越好。（3 3） 由于水分的滲入，替代了相當(dāng)一部分空氣，而且更主要的是水分將從高溫區(qū)向低 溫區(qū)遷移而傳遞熱量。因此，濕材料的導(dǎo)熱系數(shù)比干材料和水都要大。所以，建筑 物的圍護(hù)結(jié)構(gòu)，特別是冷、熱設(shè)備的保溫層，都應(yīng)采取防潮措施。導(dǎo)熱微分方程式 的理論基礎(chǔ)。傅里葉定律 +

5、+ 熱力學(xué)第一定律熱擴(kuò)散率的概念。熱擴(kuò)散率（用 a a 表示）反映了導(dǎo)熱過(guò)程中材料的導(dǎo)熱能力與沿途物質(zhì)儲(chǔ)熱能力之間 的關(guān)系值大，即入值大或pc c值小，說(shuō)明物體的某一部分一旦獲得熱量，該熱量能在 整個(gè)物體中很快擴(kuò)散。熱擴(kuò)散率表征物體被加熱或冷卻時(shí)，物體內(nèi)各部分溫度趨向 于均勻一致的能力在同樣加熱條件下，物體的熱擴(kuò)散率越大，物體內(nèi)部各處的溫度 差別越小。熱擴(kuò)散率反應(yīng)導(dǎo)熱過(guò)程動(dòng)態(tài)特性，是研究不穩(wěn)態(tài)導(dǎo)熱的重要物理量。完 整數(shù)學(xué)描述：導(dǎo)熱微分方程 + + 單值性條件導(dǎo)熱微分方程式描寫物體的溫度隨時(shí)間和 空間變化的關(guān)系；它沒(méi)有涉及具體、特定的導(dǎo)熱過(guò)程。是通用表達(dá)式。對(duì)特定的導(dǎo) 熱過(guò)程，需要補(bǔ)充單值性條件

6、，才能得到特定問(wèn)題的唯一解。單值性條件包括四項(xiàng)： 幾何條件、物理?xiàng)l件、時(shí)間條件（初始條件） 、邊界條件。邊界條件。邊界條件說(shuō)明導(dǎo)熱體邊界上過(guò)程進(jìn)行的特點(diǎn)反映過(guò)程與周圍環(huán)境相互作用的條件（1）第一類邊界條件：已知任一瞬間導(dǎo)熱體 邊界上溫度值；（2 2）第二類邊界條件：已知物體邊界上熱流密度的分布及變化規(guī)律， 第二類邊界條件相當(dāng)于已知任何時(shí)刻物體邊界面法向的溫度梯度值； （ 3 3）第三類邊 界條件：當(dāng)物體壁面與流體相接觸進(jìn)行對(duì)流換熱時(shí)，已知任一時(shí)刻邊界面周圍流體 的溫度和表面?zhèn)鳠嵯禂?shù)。第二章 穩(wěn)態(tài)導(dǎo)熱 1.1. 由第三類邊界條件下通過(guò)平壁的一維穩(wěn)態(tài)導(dǎo)熱量關(guān)系式，分析為了增加傳熱量，可以采取哪些措

7、施 ? ?第三類邊界條件下通過(guò)平壁的一維穩(wěn)態(tài)導(dǎo)熱量關(guān)系式：為了增加傳熱量，可以采取tf ftf2f21 1gA A h2A哪些措施? ?（1 1）增加溫差（tfitfi - - t t f2f2 ），但受工藝條件限制（2 2）減小熱阻:a a）金屬壁一般很薄（d d很?。?、熱導(dǎo)率很大，故導(dǎo)熱熱阻一般可忽略b b）增大hihi、h2h2,但提高h(yuǎn)ihi、h2h2并非任意的 c c）增大換熱面積A A也能增加傳熱量在一些換熱設(shè)備中，在換熱面上加裝肋片是增大換熱量的重要手段。2 2 .在管道外覆蓋保溫層是不是在任何情況下都能減少熱損失？為什么？不是, ,只有當(dāng)管道外徑大于臨界熱絕緣直徑時(shí)，覆蓋保溫層

8、才能減小熱損失. .接觸熱 阻的概念。實(shí)際固體表面不是理想平整的，所以兩固體表面直接接觸的界面容易出 現(xiàn)點(diǎn)接觸，或者只是部分的而不是完全的和平整的面接觸 給導(dǎo)熱帶來(lái)額外的熱阻，即接觸熱阻。5.5.熱阻：?jiǎn)挝幻娣e上的傳熱熱阻：Rk二丄k單位面積上的導(dǎo)熱熱阻：R,R,二。單位面積上的對(duì)流換熱熱阻：R =-人h對(duì)比串聯(lián)熱阻大小就可以找到強(qiáng)化傳熱的主要環(huán)節(jié)第三章非穩(wěn)態(tài)導(dǎo)熱1 1 .非穩(wěn)態(tài)導(dǎo)熱的分類 周期性非穩(wěn)態(tài)導(dǎo)熱和瞬態(tài)非穩(wěn)態(tài)導(dǎo)熱2.2. BiBi準(zhǔn)則數(shù), ,FoFo準(zhǔn)則數(shù)的定義及物理意義。BiBi準(zhǔn)則數(shù):hd右/k物體內(nèi)部導(dǎo)熱熱阻Bi九1/ h物體表面對(duì)流換熱熱阻FoFo準(zhǔn)則數(shù)：a習(xí)Fo2,是非穩(wěn)態(tài)

9、導(dǎo)熱過(guò)程的無(wú)量綱時(shí)間。d23.3. 集總參數(shù)法的物理意義及應(yīng)用條件。忽略物體內(nèi)部導(dǎo)熱熱阻、認(rèn)為物體溫度均勻一致的分析方法。此時(shí)，溫度分布只與 時(shí)間有關(guān)，與空間位置無(wú)關(guān)。應(yīng)用條件：Bi ：0.14 4.時(shí)間常數(shù)的定義及物理意義。采用集總參數(shù)法分析時(shí)，物體中過(guò)余溫度隨時(shí)間變化的關(guān)系式中的 ，cV/(hA)具有時(shí)間 的量綱，稱為時(shí)間常數(shù)。時(shí)間常數(shù)的數(shù)值越小表示測(cè)溫元件越能迅速地反映流體的溫度變化。5.5. 非穩(wěn)態(tài)導(dǎo)熱的正規(guī)狀況階段的物理意義。當(dāng)Fo0.2時(shí)，物體在給定的條件下冷卻或加熱，物體中任何給定地點(diǎn)過(guò)余溫度的對(duì) 數(shù)值將隨時(shí)間按線性規(guī)律變化。物體中過(guò)余溫度的對(duì)數(shù)值隨時(shí)間按線性規(guī)律變化的 這個(gè)階段

10、，稱為瞬態(tài)溫度變化的正規(guī)狀況階段。6.6. 半無(wú)限大物體的概念。半無(wú)限大物體的概念如何應(yīng)用在實(shí)際工程問(wèn)題中？半無(wú)限大物體，是指以無(wú)限大的 y-zy-z平面為界面，在正x x方向伸延至無(wú)窮遠(yuǎn)的物體。在實(shí)際工程中，對(duì)于一個(gè)有限厚度的物體，在所考慮的時(shí)間范圍內(nèi)，若滲透厚度小 于本身的厚度，這時(shí)可以認(rèn)為該物體是個(gè)半無(wú)限大物體。第四章 導(dǎo)熱問(wèn)題數(shù)值解法基礎(chǔ)1.1. 數(shù)值解法的基本求解過(guò)程數(shù)值解法，即把原來(lái)在時(shí)間和空間連續(xù)的物理量的場(chǎng)， 用有限個(gè)離散點(diǎn)上的值的集合來(lái)代替，通過(guò)求解按一定方法建立起來(lái)的關(guān)于這些值 的代數(shù)方程，從而獲得離散點(diǎn)上被求物理量的值；并稱之為數(shù)值解。2.2. 熱平衡法的基本思想。對(duì)每個(gè)

11、有限大小的控制容積應(yīng)用能量守恒，從而獲得溫度場(chǎng)的代數(shù)方程組，它從基 本物理現(xiàn)象和基本定律出發(fā)，不必事先建立控制方程，依據(jù)能量守恒和傅立葉導(dǎo)熱 定律即可。第五章 對(duì)流換熱分析影響對(duì)流換熱的主要物理因素 . . 對(duì)流換熱是流體的導(dǎo)熱和對(duì)流兩種基本傳熱方式共同作用的結(jié)果。其影響因素主要 有以下五個(gè)方面： (1)(1) 流動(dòng)起因; ; (2)(2) 流動(dòng)狀態(tài); ; (3)(3) 流體有無(wú)相變 ; ; (4)(4) 換熱表面的 幾何因素 ; ; (5)(5) 流體的熱物理性質(zhì)。對(duì)流換熱是如何分類的 ? ?流動(dòng)起因：自然對(duì)流和強(qiáng)制對(duì)流；(2)(2) 流動(dòng)狀態(tài) : : 層流和紊流；(3)(3) 流體有無(wú)相變

12、 : : 單相換熱和相變換熱 (4)(4) 換熱表面的幾何因素：內(nèi)部流動(dòng)對(duì)流換 熱和外部流動(dòng)對(duì)流換熱。 3 3對(duì)流換熱問(wèn)題的數(shù)學(xué)描寫中包括那些方程 ? ? 連續(xù)性方程 、動(dòng) 量微分方 程、能量 微分方程、對(duì)流換熱過(guò)程微分方程式。4.4. 邊界層概念的基本思想。 流場(chǎng)可以劃分為兩個(gè)區(qū)：邊界層區(qū)與主流區(qū) 邊界層區(qū)：流體的粘性作用起主導(dǎo)作用，流體的運(yùn)動(dòng)可用粘性流體運(yùn)動(dòng)微分方程描述(N-SN-S方程)主流區(qū)：速度梯度為0 0, t=0t=0;可視為無(wú)粘性理想流體；流 體的運(yùn)動(dòng)可用歐拉方程描述。5 5流動(dòng)邊界層的幾個(gè)重要特性。 (1)(1) 邊界層厚度 d d 與壁的定型尺寸 L L 相比極小， d d

13、 0和Bi-：各代表什么樣的換熱條件？有人認(rèn)為 Bi0代表了絕熱工況，是 太空地球否正確，為什么？答：Bi 0時(shí)，物體表面的換熱熱阻遠(yuǎn)大于物體內(nèi)部導(dǎo)熱熱阻。說(shuō)明換熱熱阻主要在 邊界，物體內(nèi)部導(dǎo)熱熱阻幾乎可以忽略，因而任一時(shí)刻物體內(nèi)部的溫度分布趨于均 勻，并隨時(shí)間的推移整體地下降?？梢杂眉倕?shù)法進(jìn)行分析求解。Bi：時(shí)，物體表面的換熱熱阻遠(yuǎn)小于物體內(nèi)部導(dǎo)熱熱阻。 在這種情況下，非穩(wěn) 態(tài)導(dǎo)熱過(guò)程剛開始進(jìn)行的一瞬間，物體的表面溫度就等于周圍介質(zhì)的溫度。但是， 因?yàn)槲矬w內(nèi)部導(dǎo)熱熱阻較大，所以物體內(nèi)部各處的溫度相差較大，隨著時(shí)間的推移， 物體內(nèi)部各點(diǎn)的溫度逐漸下降。在這種情況下，物體的冷卻或加熱過(guò)程的強(qiáng)度只決 定于物體的性質(zhì)和幾何尺寸。認(rèn)為Bi 0代表絕熱工況是不正確的，Bi 0的工況是指邊界熱阻相對(duì)于內(nèi)部熱 阻較大，而絕熱工況下邊界熱阻無(wú)限大。1919試說(shuō)明集總參數(shù)法的物理概念。答：當(dāng)固體內(nèi)部的導(dǎo)熱熱阻遠(yuǎn)小于其表面的換熱熱阻時(shí)，即當(dāng)內(nèi)外熱阻之比趨 于零時(shí)，影響換熱的主要環(huán)節(jié)是在邊界上的換熱能力，而內(nèi)部由于熱阻很小而溫