传热学知识点概念总结

1、一、参考书目 : :传热学 A A 传热学杨世铭、陶文铨，高等教育出版社， 20062006 年二、基本要求1.1. 掌握热量传递的三种方式 （导热、对流和辐射 ）的基本概念和 基本定律；2.2. 能够对常见的导热、对流、辐射换热及传热过程进行定量的 计算，并了解其物理机理和特点，进行定性分析；3.3. 对典型的传热现象能进行分析，建立合适的数学模型并求 解；4.4. 能够用差分法建立导热问题的数值离散方程， 并了解其计算 机求解过程。三、主要知识点第一章 绪论：热量传递的三种基本方式； 导热、 对流和热辐射 的基本概念和初步计算公式；热阻；传热过程和传热系数。第二章 导热基本定律和稳态导热：

2、 温度场、温度梯度； 傅里叶 定律和导热系数；导热微分方程、初始条件与边界条件；单层及多层平壁的导热； 单层及多层圆筒壁的导热； 通过肋端绝热的等截面直肋 的导热；肋效率；一维变截面导热；有内热源的一维稳态导热。第三章 非稳态导热： 非稳态导热的基本概念； 集总参数法； 描 述非稳态导热问题的数学模型（方程和定解条件）；第四章 导热问题的数值解法：导热问题数值解法的基本思想； 用差分法建立稳态导热问题的数值离散方程。第五章 对流换热： 对流换热的主要影响因素和基本分类、 牛顿 冷却公式和对流换热系数的主要影响因素； 速度边界层和热边界层的 概念；横掠平板层流换热边界层的微分方程组； 横掠平板层

3、流换热边 界层积分方程组；动量传递和热量传递比拟的概念； 相似的概念及相 似准则；管槽内强制对流换热特征及用实验关联式计算；绕流单管、 管束对流换热特征及用实验关联式计算； 大空间自然对流换热特征及 对流换热特征及用实验关联式计算。第六章 凝结与沸腾换热： 凝结与沸腾换热的基本概念； 珠状凝 结与膜状凝结特点；膜状凝结换热计算；影响膜状凝结的因素；大容 器饱和沸腾曲线；影响沸腾换热的因素。第七章 热辐射基本定律及物体的辐射特性：热辐射的基本概 念；黑体、白体、透明体；辐射力与光谱辐射力；定向辐射强度；黑 体辐射基本定律：普朗克定律，维恩定律，斯忒藩 - -玻尔兹曼定律，兰贝特定律；实际固体和液

4、体的辐射特性、黑度；灰体、基尔霍夫定 律。第八章 辐射换热的计算：角系数的概念、性质、计算；两固体 表面组成的封闭系统的辐射换热计算；表面热阻；空间热阻；多表面 系统辐射换热的网络法计算；辐射换热的强化与削弱、遮热板；辐射 换热系数和复合换热表面传热系数；气体辐射特点。第九章传热过程分析与换热器计算：传热过程及传热系数的计 算；临界绝热直径；换热器型式及对数平均温差；用平均温差法进行 换热器的热计算；换热器效能 的概念和定义；强化传热。传热学主要知识点1.1. 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。2.2. 导热的特点。a a 必须有温差；b

5、b 物体直接接触；c 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 d 在引力场下单纯的导热一般只发 生在密实的固体中。3.3.对流（热对流）（CoCo nvectionvectio n n）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 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 a 导热与热对流同时存在的复杂热传递过程b 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 c 壁面处会形成速度梯度很大的边界层 5 5 牛顿冷却公式的基本 表达式及其中

6、各物理量的定义。汕A t)wh(twtf) W m26.6.热辐射的特点。a a 任何物体，只要温度高于 0 0 K,K,就会不停地向周围空间发出热辐射；b b 可以在真空中传播；c c 伴随能量形式的转变；d d 具有强烈的方向性；e e 辐射能与温度和波长均有关；f f 发射辐射取决于温度的 4 4 次方。7 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 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 h 因素：流速、流体物性、壁面形状 大小等传热系数：是表征

7、传热过程强烈程度的标尺，不是物性参数， 与过程有关。第一章 导热理论基础 1 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) ：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)(1)空隙中充有空气 , ,空气导 热系数小, ,因此保温性好 ; ;(2)(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)(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

8、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 热扩散率的概念。 热扩散率(用 a 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，即入值大或 p c c 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

9、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 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 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。第二章稳态

10、导热 1 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：tf1f1tf2f21 1h1AA h2A为了增加传热量，可以采取哪些措施（1 1）增加温差（tfitfi - - tf2tf2），但受工艺条件限制（2 2）减小热阻:a a） 金属壁一般很薄（d d 很小）、热导率很大，故导热热阻一般可忽略b b） 增大 h1h1、h2h2,但提高 h1h1、h2h2 并非任意的c c） 增大换热面积 A 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。2.2. 在管道外覆盖保

11、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 一一给导热带来额外的热阻，即接触热阻。5 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 1 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

12、 2. BiBi 准则数，FoFo 准则数的定义 及物理意义3.3. 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：Bi 0.14 4 .时间常数的定义及物理意义。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cV /(hA)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 5非稳态导热的正常情况阶段的物理意义。当Fo 0.2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

13、 值随时间按线性规律变化的这个阶段， 称为瞬态温度变化的正常情况 阶段。6 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-zy-z 平面为界面，在正 x 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 1数值解法的基本求解过程 数 值解法，即把原来在时间FoFo 准则数：Fo 2 ,是非稳态导热过程的无量纲时间。BiBi 准则数:hBi/物体内部导热热阻_ _ .1/ h 物体表面对流换热热阻和空间

14、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 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)(1)流动起因 ; ; (2)(2)流动状态 ; ; (3)(3)流体有 无相变 ; ; (4)(4)

15、换热表面的几何因素 ; ;(5)(5)流体的热物理性质。 对流换热是如何分类的 ? ?流动起因：自然对流和强制对流； (2)(2)流动状态 : : 层流和紊流；(3)(3)流体有无相变 : : 单相换热和相变换热 (4)(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 3对流换热问题的数学描写中 包括那些方程 ? ?连续性方程 、动量微分方程、能量 微分方程 、对流换热过程微分方程 式。4.4.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-SN-S 方程)主流区：速度梯度为

16、 0 0, t=0t=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 5流动边界层的几个重要特性。 (1)(1) 边界层厚度 d d 与壁的定型尺寸L L 相比极小，d d X2,1X1,1X1,2X1,3Xi,n113.13. 有效辐射与物体辐射力、有效辐射与外界总辐射热流密度的关系 式1=日+G G1EbJ(1/ 1)14.14. 导热、对流换热、表面辐射热阻和空间辐射热阻的表达式X1,1X1,2X1,3Xi,n1In 亿/口)1Ah15.15.换热器的效能和传热单元数|tt|Imaxt1t2NTUKA9mC)min16.16.常用材料物性参数的单位及其之间的关系导热系数 ：W

17、/W/ (m m K K)密度 ：kg/mkg/m3定压比热 C Cp： kJ/(kgkJ/(kg K)K)热扩散率 a:a:： m m2/s/s动力粘度 ：kg/kg/ (m m s s)或 ：(PaPa - - s s)运动粘度 ：m m2/s/s普朗特数 PrPr：无量纲第三部分：应掌握的传热学基本概念和基本理论1 1 温度场、温度梯度、等温线。2 2 导热微分方程式中各项的意义， 对一个具体的导热问题， 如何 描述？对常见的三类边界条件如何描述？3 3 非稳态导热中的非正规状况阶段和正规状况阶段。4 4 采用集总参数法分析非稳态导热的基本思想和方法。5 5 半无限大物体的概念。6 6

18、导热问题数值求解的基本思想和基本步骤。7 7 热平衡法建立节点离散方程。8 8 代数方程组迭代求解的基本过程。9 9 非稳态导热数值求解中显示差分格式和隐式差分格式及其优 缺点。1010 对流换热的机理、影响对流换热的因素和研究对流换热的方 法。1111 对流换热的数学描述需要哪些微分方程式？为什么需要这些 方程？1212 流动和热边界层的概念， 边界层概念的引入对理论求解对流换 热问题带来了哪些方便之处。1313 边界层积分方程求解的基本思想。1414 比拟理论求解对流换热的思想。1515 相似原理在指导对流换热实验方面的应用。1616 在对流换热实验关联式中常见的一些修正系数意义。1717 大空间和有限空间自然对流换热的概念。1818 自然对流换热实验中自模化的概念。1919 凝结换热的分类，影响膜状凝结换热主要因素。2020 努塞尔对纯净蒸气层流膜状凝结分析的主要简化。2121 沸腾换热的分类，大容器饱和沸腾曲线及各阶段的换热特性， 临界热流密度。2222 汽化核心的概念。2323 热辐射线的波长范围，辐射换热的特点。2424 黑体、灰体、漫射体的概念。2525 辐射力、光谱辐射力、定向辐射强度。2626 黑体辐射的基本定律。2727 实际固体和液体表面的辐射和吸收情况。2828 气体辐射的特点。2929 临界热绝缘直径的概念和应用。3030 换热器中污垢热