傳熱學(xué)知識點總結(jié)

1、章1-1“三個W”1-2熱量傳遞的三種基本方式1-3傳熱過程和傳熱系數(shù)要求：通過本章的學(xué)習(xí)，讀者應(yīng)對熱量傳遞的三種基本方式、傳熱過程及熱阻的概念有所了解，并能進(jìn)行簡單的計算，能對工程實際中簡單的傳熱問題進(jìn)行分析(有哪些熱量傳遞方式和環(huán)節(jié))。作為緒論，本章對全書的主要內(nèi)容作了初步概括但沒有深化，具體更深入的討論在隨后的章節(jié)中體現(xiàn)。本點：1.傳熱學(xué)研究的基本問題物體內(nèi)部溫度分布的計算方法的傳遞速率增強或削弱熱傳遞速率的方法2.熱量傳遞的三種基本方式(1)導(dǎo)熱:依靠微觀粒子的熱運動而產(chǎn)生的熱量傳遞。傳熱學(xué)重點研究的是在宏觀溫差作用下所發(fā)生的熱量傳遞。傅立葉導(dǎo)熱公式：(2)對流換熱：當(dāng)流體流過物體表面

2、時所發(fā)生的熱量傳遞過程。牛頓冷卻公式：(3)輻射換熱：任何一個處于絕對零度以上的物體都具有發(fā)射熱輻射和吸收熱輻射的能力，輻射換熱就是這兩個過程共同作用的結(jié)果。由于電磁波只育縝線傳播，所以只有兩個物體相互看得見的部分才能發(fā)生輻射換熱。黑體熱輻射公式：實際物體熱輻射：3.傳熱過程及傳熱系數(shù)：熱量從固壁一側(cè)的流體通過固壁傳向另一側(cè)流體的過程。最簡單的傳熱過程由三個環(huán)節(jié)串聯(lián)組成。4.傳熱學(xué)研究的基礎(chǔ)傅立葉定律能量守恒定律+牛頓冷卻公式+質(zhì)量動量守恒定律四定律難點1.對三種傳熱形式關(guān)系的理解各種方式熱量傳遞的機理不同，但去阿以(串聯(lián)或并聯(lián))同時存在于一個傳熱現(xiàn)象中。2.熱阻概念的理解嚴(yán)格講熱阻只適用于一

3、維熱量傳遞過程，且在傳遞過程中熱量不能有任何形式的損耗?？碱}：1.冬天經(jīng)太陽曬過的棉被蓋起來很暖和，經(jīng)過拍打以后，效果更加明顯。為什么？2.試分析室內(nèi)暖氣片的散熱過程。3.冬天住在新建的居民樓比住舊樓房感覺更冷。試用傳熱學(xué)觀點解釋原因。4.從教材表1-1給出的TU中h數(shù)值，你可以得到什么結(jié)論？5.夏天，有兩個完全相同的液氮貯存容器放在起，一個表面已結(jié)霜，另一個則沒有。請問哪個容器的隔熱性能更好，為什么？第二章導(dǎo)熱基本定律及穩(wěn)態(tài)導(dǎo)熱1 2-1導(dǎo)熱的基本概念和定律4 2-2導(dǎo)熱微分方程5 2-3一維穩(wěn)態(tài)導(dǎo)熱6 2-4伸展體的一維穩(wěn)態(tài)導(dǎo)熱要求：本章應(yīng)著重掌握Fourier定律及其應(yīng)用，影響導(dǎo)熱系數(shù)的

4、因素及導(dǎo)熱問題的數(shù)學(xué)描寫一一導(dǎo)熱微分方程及定解條件。在此M礎(chǔ)上，育然t幾種典型幾何形狀物體的一維穩(wěn)態(tài)導(dǎo)熱問題用分析方法確定物體內(nèi)的溫度分布和通過物體的導(dǎo)熱量。本點：1.基制念溫度場t=f(X,y,z,),穩(wěn)態(tài)與三保急態(tài)，一維與二維導(dǎo)熱系數(shù)入2.導(dǎo)熱基本定律：可以認(rèn)為是由傅立葉導(dǎo)熱公式引深而得到，并具有更廣泛的適應(yīng)性。(1)可以應(yīng)用于三維溫度場中任何一個指定的方向(2)不要求物體的導(dǎo)熱系數(shù)必須是常數(shù)(3)不要求7取方向的導(dǎo)熱量處處相等(4)不要求7取方向的溫度梯度處處相等(5)不要求是穩(wěn)態(tài)導(dǎo)熱3.導(dǎo)熱微分方程式及定解條件1)導(dǎo)熱微分方程式控制了物體內(nèi)部的溫度分布規(guī)律， 故亦稱為溫度控制方程只適用

5、于物體的內(nèi)部，不適用于物體的表面或邊界。受到坐標(biāo)系形式的限制。其推導(dǎo)依據(jù)是育加守恒定律和傅立葉定律。2淀解條件定解條件包括初始條件和邊界條件。第一類邊界條件給定邊界上的溫度值第二類邊界條件給定邊界上的熱流密度值第三類邊界條件給定邊界對流換熱條件3）求解思路求解導(dǎo)熱問題的思路主要遵循“物理問題數(shù)學(xué)描寫求解方程溫度分布熱量計算”4.一維穩(wěn)態(tài)導(dǎo)熱問題的解析解1）如何判斷問題是維2）兩種求解方法對具體一維穩(wěn)態(tài)無內(nèi)熱源常物性導(dǎo)熱問題，T 殳有兩種求解方法：一是直接對導(dǎo)熱微分方程從數(shù)學(xué)上求解，二是利用fourier定律直接積分。前者只能得出溫度分布再應(yīng)用fourier定律獲得熱流境。3）溫度分布曲線的繪制

6、對一維穩(wěn)態(tài)無內(nèi)熱源導(dǎo)熱問題，當(dāng)沿?zé)崃鞣较蛴忻娣e或?qū)嵯禂?shù)的變化時，依此很容易判斷溫度分布。本章難點：本章難點是對傅立葉導(dǎo)熱定律的深A(yù)3解并結(jié)合能量守恒定律靈活應(yīng)用，這是研究及解決所有熱傳導(dǎo)問題的基礎(chǔ)。思：1.如圖所示為一維穩(wěn)態(tài)導(dǎo)熱的兩層平壁內(nèi)溫度分布，導(dǎo)熱系數(shù)人均為常數(shù)。試確定：（1）q,q2及q3的相對大小；（2）入i和入2的相對大小。2.一球形貯罐內(nèi)有-196的液氨，外直徑為2m,外包保溫層厚30cm,其入=0.6w/m.k。環(huán)境溫度高達(dá)40,罐外空氣與保溫層間的h=5w/m2.k試計算通過保溫層的熱損失并判斷保溫層夕促否結(jié)霜。3.試推導(dǎo)變截面伸展體的導(dǎo)熱微分方程，并寫出其邊界條件。假設(shè)伸

7、展體內(nèi)導(dǎo)熱是一維的。第三章三悌急態(tài)導(dǎo)熱3-1胴急態(tài)導(dǎo)熱的基本概念3-1集總、參數(shù)法3-3三悌急態(tài)導(dǎo)熱過程的微分方程分析要求：通過本章的學(xué)習(xí)，讀者應(yīng)熟練掌握三悌急態(tài)導(dǎo)熱的基本特點，集總參數(shù)法的基本原理及其應(yīng)用，一維非穩(wěn)態(tài)導(dǎo)熱問題的分析解及海斯勒圖的使用方法。讀者應(yīng)能分析簡化實際物理問題并建立其數(shù)學(xué)描寫，然后求解得出其瞬時溫度分布并計算在一段時間間隔內(nèi)物體所傳遞的導(dǎo)熱量。本點；一三悌急態(tài)導(dǎo)熱過程1.實質(zhì)：由于某種原因使物體內(nèi)某點不斷有凈熱量吸收或放出，形成了胴急態(tài)溫度場。2.一維 m 悌急態(tài)導(dǎo)熱的三種情形：見教材圖3-3。3 .Bi,Fo數(shù)的物理意義二集總參數(shù)法1.實質(zhì):是當(dāng)導(dǎo)熱體內(nèi)部熱阻忽略不計

8、即Bi0時研究非穩(wěn)態(tài)導(dǎo)熱的一種方法。判別依據(jù):Bi0.2以后，胴急態(tài)導(dǎo)熱進(jìn)入正規(guī)狀況階段。此時從數(shù)學(xué)上表現(xiàn)為解的無窮級數(shù)只需取第一項，從物理上表現(xiàn)為初始條件影響消失，只剩下邊界條件和幾何因素的影響。本章難點：1.對傅立葉數(shù)Fo和畢渥數(shù)Bi物理含義的理解。2.集總參數(shù)法和一維三悌急態(tài)導(dǎo)熱問題分析解的定吊計算。1.兩個側(cè)面積和厚度都相同的大平板，也一樣，但導(dǎo)溫系數(shù)a不同。如將它們置于同一爐膛中力咖，哪一個先達(dá)到爐膛溫度？2.兩塊厚度為30mm的無限大平板，初始溫度20C,分別用銅和鋼制成，平板兩側(cè)表面溫度突然上升至好0C,試計算使兩板中心溫度均上升到56c時兩板所需時間比。已知a銅=103,a12

9、.9(10-6m2/s)o3.某同學(xué)擬用集總參數(shù)法求解一維長圓柱的胴急態(tài)導(dǎo)熱問題，他算出了Fo和Bi數(shù)，結(jié)果發(fā)現(xiàn)Bi不滿足集總參數(shù)法的條件， 于是他改用Fo和Bi數(shù)查海斯勒圖， 你認(rèn)為他的結(jié)果對嗎， 為什么？4.在教材圖3-6中，當(dāng)越小時，越小,此時其他參數(shù)不變時越小。即表明越小，平板中心、溫度越接近流體溫度。這說明越小時物體被力蹴反而溫升越快，與事實不符，請指出上述分析錯誤在什么地方。5.用熱電偶測量氣罐中氣體的溫度，熱電偶初始溫度20C,與氣體表面h=10w/m2.k,熱電偶近似為球形， 直彳50.2mm。 試計算插入10s后， 熱電偶的過余溫度為初始過余溫度的百分之幾？要使溫度計過余溫度

10、不大于初始過余溫度的1%,至少需要多長時間？已知熱電偶焊錫絲的=67w/m.k,p=7310kg/m3,c=228J/kg.k。章對流換熱5-1對流換熱概說5-2對流換熱的數(shù)學(xué)描寫5-3對流換熱邊界層微分方程組5-4相似理論基礎(chǔ)5-5管內(nèi)受迫流動5-6橫向外掠圓管的對海奐熱5-7自然對流換熱及實驗關(guān)聯(lián)式要求；通過本章的學(xué)習(xí)，讀者應(yīng)從定性上熟練掌握對流換熱的機理及其影響因素，邊界層概念及其應(yīng)用，以及在相似理論指導(dǎo)下的實驗研究方法，進(jìn)一步提出針對具體換熱過程的強化傳熱措施。本章主要從定量上計算無相變流體的對流換熱，讀者應(yīng)育維確選擇實驗關(guān)聯(lián)式計算幾種典型的無相變換熱（管梢內(nèi)強制對流，外掠平板、單管及

11、管束強制對流，大空間自然對流）的表面?zhèn)鳠嵯禂?shù)及換熱量。本點：一 .對流換熱及其影響因素對流換熱是流體掠過與之有遢差的壁面時發(fā)生的熱量傳遞。導(dǎo)熱和對流同時起作用。表面?zhèn)鳠嵯禂?shù)h是過程量。研究對流換熱的目的從定性上講是揭示對流換熱機理并針對具體問題提出強化換熱措施，從定量上講是育就算不同形式的對流換熱問題白及、。對流換熱的影響因素總的來說包括流體的流動起因、流動狀態(tài)、換熱面幾何因素、相變及流體熱物性等。亦說明h是一復(fù)雜的過程量，Newton冷卻公式僅僅是其定義式。二 .牛頓公式三 .分析法求解對流換熱問題的實質(zhì)分析法求解對流換熱問題的關(guān)鍵是獲得正確的流體內(nèi)溫度分布， 然后利用式5-3求出h,進(jìn)而得

12、到平均表面?zhèn)鳠嵯禂?shù)。四 .邊界層概念及其應(yīng)用速度和溫度邊界層的特點及二者的區(qū)別。溫度邊界層內(nèi)流體溫度變化劇烈，是對流換熱的主要熱阻所在。數(shù)量級對比是推導(dǎo)邊界層微分方程組常用的方法。基于：五 .相似3對流換熱的主要研究方法是在相似理論指導(dǎo)下的實驗方法。學(xué)習(xí)相似理論，應(yīng)充分理解并掌握三個要點：如何安排實驗（應(yīng)測的量）；實驗數(shù)據(jù)和整理方法；所得實驗關(guān)聯(lián)式推廣應(yīng)用的條件。準(zhǔn)則數(shù)一般表現(xiàn)為相同量綱物理量或物理量組合的比值，在具體問題中表示的并不是其比值的真正大小，而是該比值的變化趨勢。傳熱與流動中常見的準(zhǔn)則數(shù)Re、Pr、Nu、Gr、Bi、Fo,其定義和物理意義是應(yīng)該熟練掌握的。六 .無相變對流換熱的定吊

13、計算注息：判斷問題的性質(zhì)選擇正確的實驗關(guān)聯(lián)式三大特征量的選?。骸⑴ｎD冷卻公式對不同的換熱，溫差和換熱面積有區(qū)別實際問題中常常需要使用迭代方法求解，計算結(jié)束時應(yīng)校核前提條件是否滿足。（或則，需先假定流態(tài)，最后再校核）對流換熱常常與輻射換熱同時起作用，尤其在有氣體參與的場合。本章難點：對流換熱機理和過程的理解相似原理和相似準(zhǔn)則數(shù)意義的理解定吊計算1.管內(nèi)強制對流換熱，為何采用短管或彎管可以強化流體換熱？2.其它條件相同時，同一根管子橫向沖刷與縱向沖刷比，哪個的h大，為什么？3.在地球表面某實驗室內(nèi)設(shè)計的自然對流換熱實驗，到太空中是否仍有效？為什么？4.由式中沒有出現(xiàn)流速，h與流體速度場無關(guān)，這樣說

14、對嗎？5.一般懵況下粘度大的流體其Pr也大。由可知，Pr越大，Nu也越大，從而h也越大，即粘度大的流體其h也越高，這與經(jīng)驗結(jié)論相悖，為什么？6.設(shè)圓管內(nèi)強制對流處于均勻壁溫tw的條件，流動和換熱達(dá)充分發(fā)展階段。流體進(jìn)口tf、，質(zhì)量流量為qm,定壓比熱容為Cp,流體與壁面間表面?zhèn)鳠嵯禂?shù)為h。試證明下列關(guān)系式成立：式中P為管橫截面周長，tfx指流體在截面x處平均溫度。7.初溫為35C流量為1.1kg/s的水，進(jìn)入直徑為50mm的加熱管加熱。管內(nèi)壁溫為65 C,如果要求水的出口溫度為5C,管長為多長？如果改用四根等長、直徑為25mm的管子并聯(lián)代替前一根管子，問每根管子應(yīng)為多長？第六章凝結(jié)與沸騰換熱凝

15、結(jié)現(xiàn)象膜狀凝結(jié)分析解及實驗關(guān)聯(lián)式影響凝結(jié)換熱的因素沸騰換熱現(xiàn)象沸騰換熱計算式影響沸騰換熱的因素要求：通過本章的學(xué)習(xí)，讀者應(yīng)從定性方面掌握凝結(jié)和沸騰兩種對流換熱方式的特點、影響因素和強化措施，尤其是膜狀凝結(jié)的影響因素和大容器飽和沸騰曲線。從定量上應(yīng)掌握豎壁、水平單管和管束的膜狀凝結(jié)工程計算，以及大容器核態(tài)沸騰及臨界熱流密度的計算。本點：一.凝結(jié)換熱1.現(xiàn)象與特點產(chǎn)生條件是壁面溫度h狀，但不能持久。2.豎壁膜狀凝結(jié)分析解Nusselt分析解基于9條假設(shè)，視液膜內(nèi)只有純導(dǎo)熱。因此要獲得局部表面?zhèn)鳠嵯禂?shù)，只需獲得該處液膜厚度。3.膜狀凝結(jié)的工程計算流態(tài)判別（R遜代法）；關(guān)聯(lián)式；注意特征長度和定性溫度4

16、.影響因素掌握膜狀凝結(jié)諸影響因素，尤其是不凝性氣體和蒸氣流速的影響機理5.凝結(jié)換熱的強化當(dāng)凝結(jié)熱阻是傳熱過程主要分熱阻時，強化效果較好。強化的原則主要是破壞或減薄液膜層，或速洵英的摘世。二沸騰換熱1.特點飽和沸騰和過冷沸騰；大容器沸騰和強制對流沸騰；沸騰與蒸發(fā)。汽化核心激是衡境強化沸騰的重要參數(shù)。2.大容器飽和沸騰曲線曲線形式，隨著t,四個不同區(qū)域的換熱規(guī)律和特點。核態(tài)沸騰是工業(yè)中理想的工作區(qū)域，其溫差小，換熱強。3.沸騰換熱的兩種加熱方式控制壁溫（改變壁溫tw與液體飽和溫度ts之差t=tw-ts,q的大小受沸騰側(cè)影響很大。）控制熱流（改變壁面處的熱流密度q,q取決于外部施加的條件，而與h無關(guān)

17、）。4.臨界熱流密度qmax的意義對熱流可控：使qqmax,保證設(shè)備安全運行不致燒毀對壁溫可控：使tdc,無須考慮臨界熱絕緣直徑。工業(yè)輸電線直徑很小，外加絕緣層還能起到增加散熱的作用。二.換熱器型式及對數(shù)平均溫差1.對數(shù)平均溫差因為冷熱流體溫度沿?fù)Q熱面不斷變化，才引入對數(shù)平均溫差。對數(shù)平均溫差的物理意義：即冷熱流體溫度分布曲線之間的面積大小。2.各種流動型式的比較冷熱流體進(jìn)出口溫度一樣時，逆流的對數(shù)平均溫差最大，順流最小。其余流動形式介于其間。逆流換熱器有較高的效率，但是冷熱流體各自最高溫度位于換熱器同側(cè)，對材料要求高。所以常在高溫區(qū)布置為順流，在低溫區(qū)布置成逆流，以避免冷熱流體的最高溫度在同

18、一（則。三.換熱器的熱計算設(shè)計計算和校核計算是換熱器熱計算的兩種基本類型。二者最大的區(qū)別是已知條件中是否有kA。從步驟上看設(shè)計計算通常無須迭代，校核計算常用迭代法。迭代收斂的判據(jù)是熱平衡偏差小于5%。方法在校核計算時也需假定溫度以獲得k，但流體溫度假定的偏差大小又業(yè)的影響不大,LMTD法中溫度的假定直接影響Q的大小。從這一角度說方法有一定優(yōu)越性，但LMTD法中可以清楚地知道值的大小， 以便評價換熱器流動形式的優(yōu)劣。實際應(yīng)用中采用何方法多是行業(yè)習(xí)慣所然1.在換熱器流體溫度變化圖中，冷熱流體溫度變化大小與其熱容量有何關(guān)系？2.對殼管式換熱器來說，兩種流體在下列青況下如何布置才合理?1）清潔與不清潔的；2）腐蝕性大與小的；3）溫度高與低的；4）壓力大與小的；5）流量大與小的；6）粘度大與小的。3.為強化一臺冷油器的傳熱，有人提高冷卻水的流速，效果卻不明顯，試分析原因。4.熱水在兩根相同的管內(nèi)同速