《传热学》.doc

传热学复习指南目录：一、 导热问题二、 对流问题三、 辐射问题四、 传热过程与换热器五、 需要理解、掌握的公式一、导热问题A)基本知识点l 等温线、等温面、热流线的定义和特点l 导热系数l 导热基本定律（傅立叶定律）公式、符号、意义l 三类边界条件的含义、表达式l 直角坐标下导热微分方程表示式： 各项的物理意义是什么？ 如何进行简化？如：一维、稳态、常物性、无内热源的导热l 肋片（翅片）的导热的特点、肋效率的定义l 热阻的概念与应用l 导温系数（热扩散率）的定义式及物理含义l 集中参数法原理、判断准则l Bi、Fo准则数定义式和含义（Bi与Nu准则数的区别）l Bi或者Bi0各代表什么？它们对导热的影响。l 节点方程的建立（内部节点、边界节点）l 中心、向前、向后差分格式B) 计算问题1) 单层或多层平板的导热计算问题。2) 圆柱体稳态导热问题3) 非稳态导热集中参数问题计算4) 根据能量平衡建立节点的离散方程C) 深入问题l 一维、二维非稳态问题建模（方程+定解条件）l 显式格式的稳定性问题l 数值解稳定性、收敛性、精确性的含义l 肋片计算： 二阶线性齐次常微分方程，P参与换热的截面积；Ac肋片横截面面积。温度与肋根热流量为： 肋效率： D) 典型例题与习题（1）典型例题与习题例题2-2 、例题2-5、例题2-12、例题3-1、例题3-2、例题2-5习题2-4、10、17、18、34、71、习题3-9、10（2）集中参数法计算前提条件：Bi0；方程如何建立需要掌握！公式：，时间常数的概念及其在热电偶测温中的应用：exp(-1)=36.8%。（a）先判断是否适用（l =V/A）：BiV 0.1M，M=1（平板）、1/2（圆柱）、1/3（球）（b）注意面积、体积的定义：A参与换热的表面积（3）离散方程的建立与应用举例：T4T1T3T2A绝热对流（1）已知导热微分方程为，q和l 均为常数，右图中角点节点A相邻两节点的温度分别为T1和T2、T3和T4，T4侧为绝热，若环境温度为Tf，对流换热系数为 h，Dx=Dy，问：这是个什么样的导热问题？列出角节点A的差分方程。答：是个二维、稳态、常物性参数、有内热源的导热问题（这里q为内热源强度）。（2）一根直径为2mm的铜导线，每米的电阻值为0.002欧姆，导线的外包有厚1mm，导热系数为0.15W/(m.K)的绝缘层，限定绝缘层的的最高温度为50，环境温度为20，环境的对流换热系数为5W/(m2K)，试确定在这种条件下导线所允许通过的最大电流。（12分）解： W/m(8分)Q/L=I2R（2分）； I =30 A（2分）（3）直径为2厘米的钢球，比热为0.48kJ/(kg)，密度为7753kg/m3，导热系数为33W/(m)，置于对流换热系数为20W/(m2)，温度为20的空气中，计算该钢球从400下降到260的时间（以秒为单位）。（4）在一根外径为100mm、管壁温度为400C的热力管道外包覆一层厚度为75mm、导热系数为0.06W/(m.K)绝热材料，然后再包覆一层厚度相同、导热系数为0.12W/(m.K)的保温材料，保温材料外表面的温度为50C，试计算热力管道单位长度上的热损失。如果两种保温材料位置互换，对热损失有否影响？为什么？每步概念清楚、计算正确得满分。能正确列出公式，但计算出差错，适当扣分。二、对流换热问题A)基本知识点（1）牛顿冷却公式公式、符号、含义（2）对流换热定义和特点a) 定义：流体流过壁面,而且与壁面存在温度差时,流体与壁面间的热量传递过程。b) 特点：温差存在，而且与固体表面直接接触；对流换热是导热和对流联合作用的结果。（3）边界层理论的主要内容（4）对流换热微分方程组推导微分方程的物理依据: 连续方程；动量方程；能量方程如何由温度分布求得出h换热微分方程： （5）边界层积分方程组主要求解结果局部表面传热系数： 平均努塞尔数：（6）Re, Pr, Nu, Gr准则数的定义及物理意义（表6-1）（7）比拟理论（雷诺比拟定义）（8）定性温度、定性尺寸、定性速度含义、选择准则（9）两种典型的热边界条件及其特点（10）管（槽）内流动入口段的定义及表面传热系数变化的规律（11）不均匀物性场对速度分布和换热的影响（12）管（槽）内湍流强制对流的关联式中并没有特别指出热边界条件，为什么？（13）管（槽）内层流强制对流的传热有何特点？（14）当量直径的定义、计算（15）横掠圆管时的流动特征和局部换热系数的变化规律（16）横掠管束（顺排、叉排的特点）（17）自然对流的定义、准则方程的特点（18）竖壁自然对流的温度与速度分布、局部传热系数变化（19）大空间自然对流的定义、定性尺寸如何选择（20）凝结的两种方式：膜状凝结和珠状凝结定义、特点和不同（21）横、竖管凝结传热计算不同：特征尺寸不同l/d=50时，横是竖的2倍，所以冷凝器常采用横管布置。（22）沸腾现象（分类、定义等大容器沸腾）（23）大容器饱和沸腾曲线及其区域、特征点（24）不凝结气体对凝结换热和沸腾换热的影响如何？（25）凝结换热的阻力在哪里？强化凝结换热的思路？（26）强化对流换热的方法有哪些？B) 计算问题（1）能准确地选用合适的关系式（一般会给出）计算对流换热问题。（注意适用范围、定性温度等）（2）根据（将对流换热表面传热系数与流体的温度场联系起来），由温度场的分布、边界层的解等信息，求解局部传热系数。（3）根据相似原理，进行模化试验时的参数确定。注意事项： 注意定性温度、定性尺寸的选择：公式中下标m、f的含义？ 定义式： 对代表性的公式、数据有所概念。如层流过渡到湍流的临界雷诺数值（外掠平板时Re 5105、管内流动Re 2300等）。例题5-5； 5-7；5-8；C) 深入的问题数量级分析方法、边界层换热微分方程组、量纲分析D) 典型例题和习题例题5-12（P.217）、例题6-3（P.254）、例题6-6（P.274）、例题6-9（P.282）、习题6-8（P.287）、习题6-8（P.287）、习题6-33（P.290）计算举例（1）在边界层流动中，若边界层中的温度分布为（T-Tw）/（Tf - Tw）=3（y/d）-2（y/d）2，Tf为流体外流的温度，Tw为壁的温度，若流体的导热系数为0.03W/(m)，d/x=5.0/Rex1/2，当x = 0.2m时的雷诺数为102400，求当地（x =0.2m处）的对Nu数及流换热系数。（10分）解：q=h(Tw-Tf)= - l(dT/dy)y=0 （3分）求解可得：h = 3l / d (3分)Nux=h x / l=(hd/l)(x/d)=0.6 Rex1/2 (2分)X =0.2m时，Re=102400, 则d = 0.003125m (1分)Nux = 192 （1分）h =3*0.03/0.003125=28.8 W/(m2 .K) （2分）（2）20C的空气在常压下以3m/s的速度流过长为200mm的平板，若平板温度为60C，试求空气离开平板时，平板单位宽度的总放热量。已知流体受迫流过平板时的对流换热公式是：物性 温度20 C40 C60 C0.02570.02710.0284(10-6)15.1116.9718.90Pr0.7130.7110.709三、热辐射问题A) 基本概念和要求（1）热辐射的基本特点及其与导热、对流的区别（2）黑体辐射的基本定律（Planck定律、SB定律、Lambert定律）及其定量计算（3）维恩位移定律及其应用（4）定向辐射强度的定义（5）实际物体的辐射特性，发射率、吸收比的定义（6）基尔霍夫定律内涵、公式、条件 （7）角系数的特点、性质及其简单计算（8）黑体和灰体的定义、性质（9）表面热阻、空间热阻的概念、公式（10）有效辐射J的概念及其计算（11）两个及多个漫灰表面辐射换热的计算方法（12）辐射换热的强化与削弱（13）气体辐射的特点（14）利用辐射换热的知识解释说明日常生活和实际中的现象，如：夏天穿白衣、钢锭在加热炉中颜色随炉温的变化、对太阳能集热器涂层材料的要求、温室效应原理等等。（15）用辐射网络法求解辐射换热问题B) 计算问题（1）对简单的问题，用几何法计算角系数（2）两漫灰表面间的辐射换热计算几种特例：黑体的情况；一个X1,2=1的情况；A1=A2的情况（3）多表面介质辐射换热的计算问题（a）等效网络图（划分表面依据：热边界条件，而非几何条件）（b）列出节点方程式（依据类似电学中的基尔霍夫定律）（c）求解代数方程J1，J2，JN （当表面个数较多时，可借助计算机求解）（d）求某表面的净辐射热流i： （e）表面i、j之间的辐射换热量i,j （f）两种特例：一个辐射面为黑体的情况以及一个辐射面为重辐射面（绝热）的情况。网络图有什么不同？, （4）遮热板原理及其计算 （a）不加遮热板之前的热阻网络图 （b）加遮热板后的热阻网络示意图。每增加一块遮热板即增加了二个表面热阻和一个空间热阻！因而大大削弱了换热。辐射计算常见错误（a）计算黑体辐射力Eb=T4时温度应该用热力学温度（K），而不是摄氏度（）。（b）涉及灰体表面的换热计算时，热流量的计算公式中， （同温度下黑体的辐射力），而不是，因为黑度的影响已考虑在表面热阻中。C) 典型例题习题例题9-1（P.404）、例题9-4（P.410）、例题9-5（P.415）、例题9-6（P.417）、9.6.2节（P.436P.437）、习题9-6（P.446）、习题9-7（P.446）、习题9-23（P.449）、习题9-35（P.450）、习题9-36（P.450）计算题（1）某圆柱形内封闭空腔如右图，1为底面，2为顶面，3为侧面。圆柱体底、顶面直径等于其高度。已知角系数X1,2=0.2，求：X3,3= ? （2）两块平行放置的平板的表面发射率均为0.8，温度分别为t1=527C及t2=27C，板间距远小于板的宽度和高度。试计算：（1）板1、2之间单位面积的辐射换热量；（2）板1的自身辐射E1；（3）板1的投入辐射G1；（4）板1的有效辐射J1；（5）板1的反射辐射G1。s=5.6710-8 (W/m2K4)（3）如右图所示的几何体，半球表面是绝热的，底面被一直径分为1，2两部分。直径长度为0.2米，表面1，2均为灰体，且1表面的黑度为0.5，2表面的黑度为0.7；T1=350K；T2=500K；s=5.6710-8 (W/m2k4), 求：（1）画出辐射网络图；（2）表面1和2之间的换热量。四、传热过程与换热器A) 知识点和基本要求（1）传热过程定义及热阻分析法（2）几种典型情况下（多层平壁、圆管壁）传热量及传热系数k的计算（3）了解换热器的型式及其应用（4）对数平均温差定义、特点及其计算（5）利用对数平均温差法进行换热计算（6）顺流与逆流换热器的概念、特点（7）传热过程的强化与隔热保温措施（8）保温技术：临界绝缘直径的概念（9）污垢热阻的定义式（10）保温效率的定义式B) 计算问题（1）传热过程计算、分析平板、圆管（P.459-460）（2）用对数平均温差进行换热器计算（P.474-477）tm与换热器型式、冷热流体流动方式及进出口温度有关（3）顺流、逆流布置时对数平均温差哪个大？算术平均温差哪个大？如何根据结果判断顺流还是逆流？C) 典型例题习题例题10-2（P.465）、例题10-3（P.482）、例题10-4（P.482）、习题10-3、9、13计算题有一平板式换热器，若热流体进口温度为80C，出口温度为30C，冷流体进口温度为10C，出口温度为35C，问（1）判断该换热器是顺流布置的还是逆流布置的？（2）其对数平均温差为多少？已知换热面积为0.5m2，当传热量为1500W时，计算换热系数为多大？五、需要理解记忆的公式 傅里叶公式： （1-1）（学会融会贯通：2-3、2-5） 牛顿冷却公式： （1-6） 四次方公式： （1-7） 融会贯通地掌握单层和多层平板和圆筒的传热公式：（2-25）、（2-