總復(fù)習(xí)1大工傳熱學(xué)

1、1復(fù)復(fù) 習(xí)習(xí)2考試時間：考試時間：第十七周第十七周 考試周考試周 考試地點：考試地點：待定待定答疑時間：答疑時間：6 6月月1 14 4日，第十六周日，第十六周星期五，星期五，9:00-11:30,14:00-16:309:00-11:30,14:00-16:30答疑地點：答疑地點：綜合實驗綜合實驗2 2號樓號樓423423、419A419A。3平時成績平時成績：2020期末考試期末考試：80804題型題型1 1. .簡答題簡答題2 2. .證明證明3 3. .計算題計算題5簡答：簡答：P23 . 1,3,5,6P23 . 1,3,5,6P88. P88. 1,3,41,3,4P151. 1,

2、2,6P151. 1,2,6P185. 1,2,6P185. 1,2,6P224. 1,2,5P224. 1,2,5P286. 1,4,9P286. 1,4,9P338. 1,5,8P338. 1,5,8P387. 1,3,4,6,7,8P387. 1,3,4,6,7,8P445. 1,4,5,7,8,9P445. 1,4,5,7,8,96證明證明o 導(dǎo)熱問題數(shù)學(xué)描述導(dǎo)熱問題數(shù)學(xué)描述o 等截面直肋導(dǎo)熱等截面直肋導(dǎo)熱o 集總參數(shù)問題數(shù)學(xué)描述集總參數(shù)問題數(shù)學(xué)描述o 穩(wěn)態(tài)、非穩(wěn)態(tài)導(dǎo)熱節(jié)點差分方程式穩(wěn)態(tài)、非穩(wěn)態(tài)導(dǎo)熱節(jié)點差分方程式o 對流傳熱問題能量方程式對流傳熱問題能量方程式o 邊界層對流傳熱問題數(shù)學(xué)

3、描述邊界層對流傳熱問題數(shù)學(xué)描述o 相似原理準(zhǔn)則關(guān)聯(lián)式相似原理準(zhǔn)則關(guān)聯(lián)式7o 蘭貝特定律蘭貝特定律o 基爾霍夫定律基爾霍夫定律o 角系數(shù)角系數(shù)o 兩灰體間輻射換熱量兩灰體間輻射換熱量bbEI 2222, 11111212, 1111AXAAEEbb1 ,222, 11XAXA8第第1 1章章 緒論緒論o 熱量傳遞的三種基本方式熱量傳遞的三種基本方式o 傳熱過程和傳熱系數(shù)傳熱過程和傳熱系數(shù)9第第1 1章章 緒論緒論重點掌握重點掌握： 熱傳導(dǎo)、熱對流、熱輻射三種熱量傳遞基熱傳導(dǎo)、熱對流、熱輻射三種熱量傳遞基本方式及傳熱過程的特點。本方式及傳熱過程的特點。10第第2 2章章 穩(wěn)態(tài)熱傳導(dǎo)穩(wěn)態(tài)熱傳導(dǎo)o 導(dǎo)

4、熱基本定律導(dǎo)熱基本定律o 導(dǎo)熱問題的數(shù)學(xué)描寫導(dǎo)熱問題的數(shù)學(xué)描寫o 典型一維穩(wěn)態(tài)導(dǎo)熱問題的分析解典型一維穩(wěn)態(tài)導(dǎo)熱問題的分析解o 肋片肋片o 有內(nèi)熱源的一維導(dǎo)熱有內(nèi)熱源的一維導(dǎo)熱11第第2 2章章 穩(wěn)態(tài)熱傳導(dǎo)穩(wěn)態(tài)熱傳導(dǎo)o 重點掌握重點掌握： 溫度場、溫度梯度、熱流密度等基本溫度場、溫度梯度、熱流密度等基本概念；傅里葉定律；不同材料導(dǎo)熱系數(shù)的概念；傅里葉定律；不同材料導(dǎo)熱系數(shù)的量級；直角坐標(biāo)系下導(dǎo)熱微分方程式及其量級；直角坐標(biāo)系下導(dǎo)熱微分方程式及其推導(dǎo)方法；通過平壁、圓筒壁、肋壁穩(wěn)態(tài)推導(dǎo)方法；通過平壁、圓筒壁、肋壁穩(wěn)態(tài)導(dǎo)熱的計算方法；非穩(wěn)態(tài)導(dǎo)熱過程的特點、導(dǎo)熱的計算方法；非穩(wěn)態(tài)導(dǎo)熱過程的特點、非穩(wěn)態(tài)

5、導(dǎo)熱計算的集總參數(shù)法。非穩(wěn)態(tài)導(dǎo)熱計算的集總參數(shù)法。12o 重點掌握重點掌握：非穩(wěn)態(tài)導(dǎo)熱過程的特點、：非穩(wěn)態(tài)導(dǎo)熱過程的特點、o 零維問題集中參數(shù)法。零維問題集中參數(shù)法。第第3 3章章 非穩(wěn)態(tài)熱傳導(dǎo)非穩(wěn)態(tài)熱傳導(dǎo)13o 數(shù)值求解的基本思想數(shù)值求解的基本思想o 內(nèi)節(jié)點離散方程的建立內(nèi)節(jié)點離散方程的建立o 邊界節(jié)點離散方程的建立邊界節(jié)點離散方程的建立o 非穩(wěn)態(tài)導(dǎo)熱問題數(shù)值解非穩(wěn)態(tài)導(dǎo)熱問題數(shù)值解第第4 4章章 熱傳導(dǎo)問題的數(shù)值解熱傳導(dǎo)問題的數(shù)值解14o 重點掌握：重點掌握：o 列節(jié)點差分方程（物理法）列節(jié)點差分方程（物理法） 內(nèi)節(jié)點，邊界節(jié)點內(nèi)節(jié)點，邊界節(jié)點第第4 4章章 熱傳導(dǎo)問題的數(shù)值解熱傳導(dǎo)問題的數(shù)

6、值解15o 對流傳熱概述對流傳熱概述o 對流換熱問題的數(shù)學(xué)描述對流換熱問題的數(shù)學(xué)描述o 邊界層問題的數(shù)學(xué)描寫邊界層問題的數(shù)學(xué)描寫o 外掠等溫平板層流換熱分析解外掠等溫平板層流換熱分析解第第5 5章章 對流換熱的理論基礎(chǔ)對流換熱的理論基礎(chǔ)16 重點掌握：重點掌握： （1 1）對流換熱的牛頓冷卻公式；）對流換熱的牛頓冷卻公式； （2 2）邊界層的概念與特點及其對求解對）邊界層的概念與特點及其對求解對流換熱問題的意義流換熱問題的意義第第5 5章章 對流換熱的理論基礎(chǔ)對流換熱的理論基礎(chǔ)17o 相似原理及其應(yīng)用相似原理及其應(yīng)用o 單相強(qiáng)制對流換熱實驗關(guān)聯(lián)式內(nèi)部、外部單相強(qiáng)制對流換熱實驗關(guān)聯(lián)式內(nèi)部、外部o

7、 自然對流換熱大空間自然對流換熱大空間第第6 6章章 單相對流換熱的實驗關(guān)聯(lián)式單相對流換熱的實驗關(guān)聯(lián)式18 重點掌握：重點掌握：（1 1）相似原理的主要內(nèi)容及相似原理指導(dǎo)下的實）相似原理的主要內(nèi)容及相似原理指導(dǎo)下的實驗研究方法；驗研究方法； （2 2）對流換熱特征數(shù)）對流換熱特征數(shù)( (Nu、Re、Pr、Gr) )的表達(dá)的表達(dá)式及其物理意義；式及其物理意義； （3 3）管內(nèi)和外掠圓管束的強(qiáng)制對流換熱及大空間）管內(nèi)和外掠圓管束的強(qiáng)制對流換熱及大空間自然對流換熱的特點、影響因素，會利用特征自然對流換熱的特點、影響因素，會利用特征數(shù)關(guān)聯(lián)式計算上述對流換熱問題。數(shù)關(guān)聯(lián)式計算上述對流換熱問題。第第6 6

8、章章 單相對流換熱的實驗關(guān)聯(lián)式單相對流換熱的實驗關(guān)聯(lián)式19重點掌握：重點掌握：o凝結(jié)傳熱的模式，影響因素及傳熱強(qiáng)化凝結(jié)傳熱的模式，影響因素及傳熱強(qiáng)化o沸騰傳熱的模式，影響因素及傳熱強(qiáng)化沸騰傳熱的模式，影響因素及傳熱強(qiáng)化第第7 7章章 相變對流換熱相變對流換熱20第8章熱輻射基本定律和輻射特性o 熱輻射的基本概念熱輻射的基本概念o 黑體輻射的基本定律黑體輻射的基本定律o 實際物體的輻射特性實際物體的輻射特性o 基爾霍夫定律基爾霍夫定律21重點掌握：重點掌握：（1 1）黑體、灰體、吸收比、發(fā)射比、透射）黑體、灰體、吸收比、發(fā)射比、透射比、發(fā)射率、輻射力、輻射強(qiáng)度、有效輻比、發(fā)射率、輻射力、輻射強(qiáng)度

9、、有效輻射等熱輻射的基本概念；射等熱輻射的基本概念；（2 2）黑體輻射的基本定律；）黑體輻射的基本定律；（3 3）實際物體的輻射特性，基爾霍夫定律）實際物體的輻射特性，基爾霍夫定律22第第9 9章輻射換熱的計算章輻射換熱的計算o 角系數(shù)角系數(shù)o 兩表面封閉系統(tǒng)的輻射傳熱兩表面封閉系統(tǒng)的輻射傳熱o 多表面系統(tǒng)的輻射傳熱多表面系統(tǒng)的輻射傳熱o 氣體輻射的特點，計算不要求氣體輻射的特點，計算不要求o 輻射傳熱的控制，遮熱板輻射傳熱的控制，遮熱板23重點掌握：重點掌握：（1 1）角系數(shù)的定義及性質(zhì)、角系數(shù)計算的）角系數(shù)的定義及性質(zhì)、角系數(shù)計算的代數(shù)法代數(shù)法；（2 2）輻射熱阻的概念）輻射熱阻的概念，黑

10、體和灰體表面組成黑體和灰體表面組成的簡單封閉空腔內(nèi)輻射換熱的計算方法。的簡單封閉空腔內(nèi)輻射換熱的計算方法。24 第第1010章傳熱過程分析與換熱器章傳熱過程分析與換熱器1.1.傳熱過程傳熱過程2 2 換熱器換熱器3 3 平均溫差的計算平均溫差的計算4.4.間壁式換熱器的熱計算間壁式換熱器的熱計算25重點掌握重點掌握：（1 1）傳熱過程和傳熱系數(shù)的概念，掌握肋）傳熱過程和傳熱系數(shù)的概念，掌握肋壁傳熱的計算方法，了解傳熱的強(qiáng)化與削壁傳熱的計算方法，了解傳熱的強(qiáng)化與削弱方法。弱方法。（2 2）了解換熱器的類型與構(gòu)造，掌握換熱）了解換熱器的類型與構(gòu)造，掌握換熱器熱計算的對數(shù)平均溫差法。器熱計算的對數(shù)平

11、均溫差法。26三種基本的傳熱方式：導(dǎo)熱、對流和熱輻射導(dǎo)熱的基本定律：導(dǎo)熱的基本定律：傅里葉定律傅里葉定律 d WdtAx 2dW dmtqAx 第第1 1章章 緒論緒論27Q1wt2wtA圖圖1-2 1-2 導(dǎo)熱熱阻的圖示導(dǎo)熱熱阻的圖示 1wt2wtt0 x dxdtQrtttqww21RtAttww21rAR 導(dǎo)熱熱阻導(dǎo)熱熱阻單位導(dǎo)熱熱阻單位導(dǎo)熱熱阻要求會用熱阻方法求換熱量要求會用熱阻方法求換熱量28() WwfhA tt2 () W mwfqAh tt對流換熱：基本計算公式對流換熱：基本計算公式牛頓冷卻公式牛頓冷卻公式h 表面?zhèn)鳠嵯禂?shù) 熱流量W，單位時間傳遞的熱量q2W m 熱流密度2W

12、(mK)A2m 與流體接觸的壁面面積與流體接觸的壁面面積wtC 固體壁表面溫度固體壁表面溫度ft 流體溫度流體溫度C29 當(dāng)流體與壁面溫度相差1度時、每單位壁面面積上、單位時間內(nèi)所傳遞的熱量 ( ()wfhA tt2W (mK)影響影響h h因素：流速、流體物性、壁面形狀大小等因素：流速、流體物性、壁面形狀大小等 1 () 1hhtth ARttqhr表面?zhèn)鳠嵯禂?shù)表面?zhèn)鳠嵯禂?shù)301 () hRhAC W21 hrhmC W對流換熱熱阻：對流換熱熱阻： 31熱輻射熱輻射黑體輻射的控制方程：黑體輻射的控制方程： 斯忒藩玻耳茲曼定律斯忒藩玻耳茲曼定律 4A T 4A T 真實物體則為：真實物體則為：

13、 321-2 1-2 傳熱過程和傳熱系數(shù)傳熱過程和傳熱系數(shù)1 1 傳熱過程傳熱過程: :兩流體間通過固體壁面進(jìn)行的換熱兩流體間通過固體壁面進(jìn)行的換熱2 2 傳熱過程包含的傳熱方式：傳熱過程包含的傳熱方式：導(dǎo)熱、對流、熱輻射導(dǎo)熱、對流、熱輻射圖圖1 14 4 墻壁的散熱墻壁的散熱333 3 一維穩(wěn)態(tài)傳熱過程中的熱量傳遞一維穩(wěn)態(tài)傳熱過程中的熱量傳遞圖圖1 15 5 一維穩(wěn)態(tài)傳熱過程一維穩(wěn)態(tài)傳熱過程忽略熱輻射換熱，則忽略熱輻射換熱，則左側(cè)對流換熱熱阻左側(cè)對流換熱熱阻111AhRh固體的導(dǎo)熱熱阻固體的導(dǎo)熱熱阻右側(cè)對流換熱熱阻右側(cè)對流換熱熱阻221hRAhAR 34上面?zhèn)鳠徇^程中傳遞的熱量為：上面?zhèn)鳠徇^

14、程中傳遞的熱量為：2121212111)()(AhAAhttRRRttffhhfftAkttAkff)(21傳熱系數(shù)傳熱系數(shù) ，是表征傳熱過程強(qiáng)烈程度的標(biāo)尺，是表征傳熱過程強(qiáng)烈程度的標(biāo)尺，不是物性參數(shù)，與過程有關(guān)。不是物性參數(shù)，與過程有關(guān)。2W m K 傳熱系數(shù)傳熱系數(shù)21211111hhrrrhhk單位熱阻或面積熱阻單位熱阻或面積熱阻35ok 越大，傳熱越好。若要增大 k，可增大12, , hh或減小h h1 1、h h2 2的計算方法及增加的計算方法及增加k k值的措施值的措施注意：注意：非穩(wěn)態(tài)傳熱過程以及有內(nèi)熱源時，不能用熱阻分析非穩(wěn)態(tài)傳熱過程以及有內(nèi)熱源時，不能用熱阻分析法法36第二章

15、 穩(wěn)態(tài)導(dǎo)熱 o 重點掌握重點掌握： 溫度場、溫度梯度、熱流密度等基本概念；溫度場、溫度梯度、熱流密度等基本概念；導(dǎo)熱傅里葉定律；不同材料導(dǎo)熱系數(shù)的量級；導(dǎo)熱傅里葉定律；不同材料導(dǎo)熱系數(shù)的量級；直角坐標(biāo)系下導(dǎo)熱微分方程式及其推導(dǎo)方法；直角坐標(biāo)系下導(dǎo)熱微分方程式及其推導(dǎo)方法；通過平壁、圓筒壁、肋壁穩(wěn)態(tài)導(dǎo)熱的計算方法。通過平壁、圓筒壁、肋壁穩(wěn)態(tài)導(dǎo)熱的計算方法。37(1).(1).若物性參數(shù)若物性參數(shù) 、c c 和和 均為常數(shù)：均為常數(shù)： 2222222(); or vvqqtttttaatxyzcc 2 m sac 熱擴(kuò)散率2 拉 普 拉 斯 算 子直角坐標(biāo)系下導(dǎo)熱微分方程式直角坐標(biāo)系下導(dǎo)熱微分方程

16、式38(2).(2).若物性參數(shù)為常數(shù)且無內(nèi)熱源：若物性參數(shù)為常數(shù)且無內(nèi)熱源：(3).(3).若物性參數(shù)為常數(shù)、穩(wěn)態(tài)導(dǎo)熱：若物性參數(shù)為常數(shù)、穩(wěn)態(tài)導(dǎo)熱：2222222(); or tttttaatxyz22222220ttttxyz(4).(4).若物性參數(shù)為常數(shù)、無內(nèi)熱源穩(wěn)態(tài)導(dǎo)熱：若物性參數(shù)為常數(shù)、無內(nèi)熱源穩(wěn)態(tài)導(dǎo)熱：2222220vqtttxyz39導(dǎo)熱過程的定解條件導(dǎo)熱過程的定解條件 使微分方程獲得適合某一特定問題的解的附加條件使微分方程獲得適合某一特定問題的解的附加條件穩(wěn)態(tài)導(dǎo)熱問題常見的三類邊界條件穩(wěn)態(tài)導(dǎo)熱問題常見的三類邊界條件使微分方程獲得適合某一特定問題的解的附加條件使微分方程獲得適合

17、某一特定問題的解的附加條件(1). (1). 第一類邊界條件第一類邊界條件已知任一瞬間導(dǎo)熱體邊界上溫度值已知任一瞬間導(dǎo)熱體邊界上溫度值穩(wěn)態(tài)導(dǎo)熱：穩(wěn)態(tài)導(dǎo)熱： t tw w = = constconst 非穩(wěn)態(tài)導(dǎo)熱：非穩(wěn)態(tài)導(dǎo)熱： t tw w = f = f ( ( ) ) 40（2 2）第二類邊界條件）第二類邊界條件根據(jù)傅里葉定律：根據(jù)傅里葉定律：已知物體邊界上已知物體邊界上熱流密度熱流密度的分布及變化規(guī)律：的分布及變化規(guī)律：第二類邊界條件相當(dāng)于已知任何時刻物體邊界第二類邊界條件相當(dāng)于已知任何時刻物體邊界 面法向的溫度梯度值面法向的溫度梯度值穩(wěn)態(tài)導(dǎo)熱：穩(wěn)態(tài)導(dǎo)熱：q qw w 非穩(wěn)態(tài)導(dǎo)熱：非穩(wěn)態(tài)導(dǎo)

18、熱：( ,)wsqqfrwqconst()wqf()wntqn ()wnqtn41（3 3）第三類邊界條件）第三類邊界條件當(dāng)物體壁面與流體相接觸進(jìn)行對流換熱時，已知當(dāng)物體壁面與流體相接觸進(jìn)行對流換熱時，已知 任一時刻邊界面周圍流體的溫度和表面?zhèn)鳠嵯禂?shù)任一時刻邊界面周圍流體的溫度和表面?zhèn)鳠嵯禂?shù) t tf, f, h h q qw w ()wfwtnh tt422-3 通過平壁、圓筒壁、球殼和其它變截面物體的導(dǎo)熱本節(jié)將針對一維、穩(wěn)態(tài)、常物性、無內(nèi)熱源情況，考察平本節(jié)將針對一維、穩(wěn)態(tài)、常物性、無內(nèi)熱源情況，考察平板和圓柱內(nèi)的導(dǎo)熱。板和圓柱內(nèi)的導(dǎo)熱。 直角坐標(biāo)系：直角坐標(biāo)系：ztzytyxtxtc)(

19、)()(1. 單層平壁的導(dǎo)熱單層平壁的導(dǎo)熱o x a 幾何條件：單層平板；幾何條件：單層平板； b 物理條件：物理條件： 、c、 已知；無內(nèi)熱源已知；無內(nèi)熱源 c 時間條件：時間條件： 0 :t穩(wěn)態(tài)導(dǎo)熱 d 邊界條件：第一類邊界條件：第一類43由熱阻分析法：由熱阻分析法：niiinniinttrttq111111問：現(xiàn)在已經(jīng)知道了問：現(xiàn)在已經(jīng)知道了q q，如何計算其中第，如何計算其中第 i i 層的右側(cè)壁溫？層的右側(cè)壁溫？第一層：第一層： 11122111)(qttttq第二層：第二層：22233222)(qttttq第第 i 層：層： iiiiiiiiqttttq111)(44下面來看一下圓

20、筒壁內(nèi)部的熱流密度和熱流分布情況下面來看一下圓筒壁內(nèi)部的熱流密度和熱流分布情況21221mW)ln(ddrrttrrtqwwW 2)ln( 2211221Rttlrrttrlqwwww)ln()ln()(121211rrrrttttwwwrrrttdrdtww1)ln(1221 長度為長度為 l 的圓筒的圓筒壁的導(dǎo)熱熱阻壁的導(dǎo)熱熱阻雖然是穩(wěn)態(tài)情況，但雖然是穩(wěn)態(tài)情況，但熱流密度熱流密度 q 與半徑與半徑 r 成反比！成反比！45日常生活中的例子o 人體為恒溫體。若房間里氣體的溫度在夏天和冬天都保持20度，那么在冬天與夏天、人在房間里所穿的衣服能否一樣？o 夏天人在同樣溫度（如：25度）的空氣和水

21、中的感覺不一樣。為什么？46第三章非穩(wěn)態(tài)導(dǎo)熱非穩(wěn)態(tài)導(dǎo)熱過程非穩(wěn)態(tài)導(dǎo)熱過程( (集總參數(shù)法集總參數(shù)法) )。重點掌握重點掌握：471 1）畢渥數(shù)的定義：）畢渥數(shù)的定義：1hBih 畢渥數(shù)屬特征數(shù)（準(zhǔn)則數(shù)）。畢渥數(shù)屬特征數(shù)（準(zhǔn)則數(shù)）。 2 2）Bi Bi 物理意義：物理意義： Bi Bi 的大小反映了物體在的大小反映了物體在非穩(wěn)態(tài)條件下內(nèi)部溫度場的分布規(guī)律。非穩(wěn)態(tài)條件下內(nèi)部溫度場的分布規(guī)律。 48Bi 準(zhǔn)則對溫度分布的影響t iBiB00Bi 1223121201010000tt 0tt 0tt Bi 準(zhǔn)則對無限大平壁溫度分布的影響493-2 集總參數(shù)法的簡化分析1 定義：定義：忽略物體內(nèi)部導(dǎo)熱熱

22、阻、認(rèn)為物體溫度均勻一致的忽略物體內(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，分析方法。此時， ，溫度分布只與時間有，溫度分布只與時間有 關(guān)，即關(guān)，即 ，與空間位置無關(guān)，因此，也稱為，與空間位置無關(guān)，因此，也稱為 零維問題。零維問題。Bi)(ft 2 溫度分布如圖所示，任意形狀的物體，參數(shù)均為已知。00tt 時，t將其突然置于溫度恒為將其突然置于溫度恒為 的流的流體中體中。50當(dāng)物體被冷卻時（tt）,由能量守恒可知ddtVctthA-)(dVchAd方程式改寫為：方程式改寫為：過余溫度令： tt，則有，則有00)0(-ttddVchA5100dVchAdVchA ln0dVchAd積

23、分積分VchAetttt00其中的指數(shù)：其中的指數(shù)：vvFoBiAVaAVhcVAAhVcVhA222)()(52%8 .36 10e即與即與 的量綱相同，當(dāng)?shù)牧烤V相同，當(dāng) 時，則時，則1hAVc1VchA此時，此時，上式表明：當(dāng)傳熱時間等于上式表明：當(dāng)傳熱時間等于 時，物體的過時，物體的過余溫度已經(jīng)達(dá)到了初始過余溫度的余溫度已經(jīng)達(dá)到了初始過余溫度的36.8。稱稱 為時間常數(shù)，用為時間常數(shù)，用 表示。表示。hAVchAVcc53如果導(dǎo)熱體的熱容量（ Vc ）小、換熱條件好（h大），那么單位時間所傳遞的熱量大、導(dǎo)熱體的溫度變化快，時間常數(shù) ( Vc / hA) 小。對于測溫的熱電偶節(jié)點，時間常數(shù)

24、越小、說明熱電偶對流體溫度變化的響應(yīng)越快。這是測溫技術(shù)所需要的%83. 1 40時，當(dāng)hAVc工程上認(rèn)為=4 Vc / hA時導(dǎo)熱體已達(dá)到熱平衡狀態(tài)544 物理意義物理意義vvFoBihlhl1Bi物體表面對流換熱熱阻物體內(nèi)部導(dǎo)熱熱阻Fo越大，熱擾動就能越深入地傳播到物體越大，熱擾動就能越深入地傳播到物體內(nèi)部，因而，物體各點地溫度就越接近周內(nèi)部，因而，物體各點地溫度就越接近周圍介質(zhì)的溫度。圍介質(zhì)的溫度。22Flol a換熱時間邊界熱擾動擴(kuò)散到 面積上所需的時間55采用此判據(jù)時，物體中各點過余溫度的差別小于5%M1 . 0)AV(hBiv對厚為2的無限大平板對半徑為R的無限長圓柱對半徑為R的 球

25、31M21M1M3BB3RR4R34AV2BB2RR2RAVBBAAAViiv23iiv2iiv5 集總參數(shù)法的應(yīng)用條件集總參數(shù)法的應(yīng)用條件56第四章導(dǎo)熱問題的數(shù)值解法 能夠列出節(jié)點差分方程能夠列出節(jié)點差分方程57xyxynm(m,n)MN基本概念：控制容積、網(wǎng)格線、節(jié)點、界面線、步長基本概念：控制容積、網(wǎng)格線、節(jié)點、界面線、步長二維矩形二維矩形域內(nèi)穩(wěn)態(tài)域內(nèi)穩(wěn)態(tài)無內(nèi)熱源，無內(nèi)熱源，常物性的常物性的導(dǎo)熱問題導(dǎo)熱問題581.1.邊界節(jié)點離散方程的建立：邊界節(jié)點離散方程的建立：qwxyqw(1) 平直邊界上的節(jié)點平直邊界上的節(jié)點2,1,1, 1,224xttqxttnmnmnmwnmnm0222,1

26、,1, 1yxyttxyttxyqxttynmnmnmnmnmwnmnmyx如圖所示如圖所示 邊界節(jié)點邊界節(jié)點 (m,n) (m,n) 只能只能代表半個元體，若邊界上有向該代表半個元體，若邊界上有向該元體傳遞的熱流密度為元體傳遞的熱流密度為q qw w ，據(jù)能，據(jù)能量守恒定律對該元體有：量守恒定律對該元體有： 59(2) 外部角點外部角點2222,1, 1,xqxtttnmwnmnmnm0222222,1, 1yxyttxqxqyxttynmnmnmwwnmnmyxxyqw如圖所示，二維墻角計算區(qū)域中，如圖所示，二維墻角計算區(qū)域中，該節(jié)點外角點僅代表該節(jié)點外角點僅代表 1/4 個以個以 為邊長

27、的元體。為邊長的元體。xy、60(3) 內(nèi)部角點內(nèi)部角點)22322(6122, 11,1, 1,wnmnmnmnmnmqxxttttt0432222,1,1, 1, 1yxqxyttxyttxqyxttyxttynmwnmnmnmnmwnmnmnmnmyxxqw如圖所示內(nèi)部角點代表了如圖所示內(nèi)部角點代表了 3/4 3/4 個元體，在個元體，在同樣的假設(shè)條件下有同樣的假設(shè)條件下有61第五章 對流換熱重點掌握：重點掌握： （1 1）對流換熱的牛頓冷卻公式；）對流換熱的牛頓冷卻公式； （2 2）邊界層的概念與特點及其對求解）邊界層的概念與特點及其對求解對流換熱問題的意義；對流換熱問題的意義；625

28、-1 對流換熱概述1 1 對流換熱的定義和性質(zhì)對流換熱的定義和性質(zhì)對流換熱是指流體流經(jīng)固體時流體與固體表面之間的對流換熱是指流體流經(jīng)固體時流體與固體表面之間的 熱量傳遞現(xiàn)象熱量傳遞現(xiàn)象 對流換熱與熱對流不同，既有熱對流，也有導(dǎo)熱；不 是基本傳熱方式3 對流換熱的基本計算式W )(tthAw2mW )( fwtthAq牛頓冷卻式:634 4 表面?zhèn)鳠嵯禂?shù)（對流換熱系數(shù)）表面?zhèn)鳠嵯禂?shù)（對流換熱系數(shù)） )( ttAhwC)(mW2如何確定如何確定h h及增強(qiáng)換熱的措施是對流換熱及增強(qiáng)換熱的措施是對流換熱的核心問題的核心問題645 對流換熱的影響因素對流換熱的影響因素對流換熱是流體的導(dǎo)熱和對流兩種基本

29、傳熱方式共同作用的對流換熱是流體的導(dǎo)熱和對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方面：結(jié)果。其影響因素主要有以下五個方面：(1)流動起因流動起因; (2)流動狀態(tài)流動狀態(tài); (3)流體有無相變流體有無相變; (4)換熱表面的幾何因素?fù)Q熱表面的幾何因素; (5)流體的熱物理性質(zhì)流體的熱物理性質(zhì)65對流換熱分類小結(jié) 66層流底層層流底層緩沖層緩沖層u湍流湍流過渡流過渡流層流層流cxyx 5-3 邊界層概念及邊界層換熱微分方程組邊界層概念及邊界層換熱微分方程組671. 1. 物理現(xiàn)象物理現(xiàn)象 當(dāng)粘性流體在壁面上流動時，當(dāng)粘性流體在壁面上流動時，由于粘性的作用，在貼附于壁面的流體速

30、度由于粘性的作用，在貼附于壁面的流體速度實際上等于零，在流體力學(xué)中稱為貼壁處的實際上等于零，在流體力學(xué)中稱為貼壁處的無滑移邊界條件。無滑移邊界條件。 實驗測定實驗測定 若用儀器測出壁面法向（若用儀器測出壁面法向（ 向）的速度分布，如上圖所示。在向）的速度分布，如上圖所示。在 處，處， ；此后隨；此后隨 ， 。 經(jīng)經(jīng)過一個薄層后過一個薄層后 接近主流速度。接近主流速度。0yy 0uyuu68 定義定義 這一薄層稱為流動邊界層（速度邊界這一薄層稱為流動邊界層（速度邊界層），通常規(guī)定：層），通常規(guī)定： （主流速度）處的（主流速度）處的距離距離 為流動邊界層厚度，記為為流動邊界層厚度，記為 。 0.9

31、9uuy 4. 4. 數(shù)量級數(shù)量級 流動邊界層很薄，如空氣，以流動邊界層很薄，如空氣，以 掠過平板，在離前緣掠過平板，在離前緣 處的邊界處的邊界層厚度約為層厚度約為 。16 /um s1m5mm69 定義定義 這一薄層稱為流動邊界層（速度邊這一薄層稱為流動邊界層（速度邊界層），通常規(guī)定：界層），通常規(guī)定： （主流速度）（主流速度）處的距離處的距離 為流動邊界層厚度，記為為流動邊界層厚度，記為 。0.99uuy 4. 4. 數(shù)量級數(shù)量級 流動邊界層很薄，如空氣，以流動邊界層很薄，如空氣，以 掠過平板，在離前緣掠過平板，在離前緣 處的邊處的邊界層厚度約為界層厚度約為 。16 /um s1m5mm7

32、0熱邊界層熱邊界層 yx等溫流動區(qū)等溫流動區(qū)溫度邊界層溫度邊界層 t ,0wtt ,ut71 由于速度在壁面法線方向的變化出現(xiàn)了由于速度在壁面法線方向的變化出現(xiàn)了流動邊界層，同樣，當(dāng)流體與壁面之間存在流動邊界層，同樣，當(dāng)流體與壁面之間存在溫度差時，將會產(chǎn)生溫度差時，將會產(chǎn)生熱邊界層熱邊界層，如上圖所示如上圖所示。在在 處，流體溫度等于壁溫處，流體溫度等于壁溫 ，0ywtt 0wtt 72流動邊界層的幾個重要特性(1) 邊界層厚度 與壁的定型尺寸L相比極小， L(2) 邊界層內(nèi)存在較大的速度梯度(3) 邊界層流態(tài)分層流與湍流；湍流邊界層緊靠壁面處 仍有層流特征，粘性底層（層流底層）(4) 流場可

33、以劃分為邊界層區(qū)與主流區(qū)邊界層區(qū)：由粘性流體運(yùn)動微分方程組描述主流區(qū)：由理想流體運(yùn)動微分方程歐拉方程描述73第六章第六章 相似原理及量綱分析相似原理及量綱分析 重點掌握：重點掌握：（1 1）相似原理的主要內(nèi)容及相似原理指導(dǎo)下的）相似原理的主要內(nèi)容及相似原理指導(dǎo)下的實驗研究方法；實驗研究方法； （2 2）對流換熱特征數(shù)）對流換熱特征數(shù)( (NuNu、ReRe、PrPr、GrGr) )的表的表達(dá)式及其物理意義；達(dá)式及其物理意義； （3 3）管內(nèi)和外掠圓管束的強(qiáng)制對流換熱及大）管內(nèi)和外掠圓管束的強(qiáng)制對流換熱及大空間自然對流換熱的特點、影響因素，會利用空間自然對流換熱的特點、影響因素，會利用特征數(shù)關(guān)聯(lián)

34、式計算上述對流換熱問題。特征數(shù)關(guān)聯(lián)式計算上述對流換熱問題。741.相似原理的研究內(nèi)容：相似原理的研究內(nèi)容：研究相似物理現(xiàn)象之間的關(guān)系，研究相似物理現(xiàn)象之間的關(guān)系， 物理現(xiàn)象相似：物理現(xiàn)象相似：對于同類的物理現(xiàn)象，在相應(yīng)的時刻與相對于同類的物理現(xiàn)象，在相應(yīng)的時刻與相應(yīng)的地點上與現(xiàn)象有關(guān)的物理量一一對應(yīng)成比例。應(yīng)的地點上與現(xiàn)象有關(guān)的物理量一一對應(yīng)成比例。 同類物理現(xiàn)象：同類物理現(xiàn)象：用相同形式并具有相同內(nèi)容的微分方程式用相同形式并具有相同內(nèi)容的微分方程式所描寫的現(xiàn)象。所描寫的現(xiàn)象。 2. 物理現(xiàn)象相似的特性物理現(xiàn)象相似的特性 同名特征數(shù)對應(yīng)相等；同名特征數(shù)對應(yīng)相等； (1)各特征數(shù)之間存在著函數(shù)關(guān)

35、系，如常物性流體外略平板對各特征數(shù)之間存在著函數(shù)關(guān)系，如常物性流體外略平板對流換熱特征數(shù)：流換熱特征數(shù)：Pr)(Re,fNu 特征數(shù)方程：無量特征數(shù)方程：無量綱量之間的函數(shù)關(guān)綱量之間的函數(shù)關(guān)系系75同名的已定特征數(shù)相等同名的已定特征數(shù)相等 單值性條件相似：初始條件、單值性條件相似：初始條件、 邊界條件、幾何條件、物理條件邊界條件、幾何條件、物理條件3. 物理現(xiàn)象相似的條件物理現(xiàn)象相似的條件76Nuhddhudhudcba011011111Re2ududPr3acpPr)(Re,fNu 單相、強(qiáng)制對流77使用特征方程時應(yīng)注意的問題：使用特征方程時應(yīng)注意的問題：（1 1）特征長度應(yīng)該按準(zhǔn)則式規(guī)定的

36、方式選?。┨卣鏖L度應(yīng)該按準(zhǔn)則式規(guī)定的方式選取o 特征長度：特征長度：包含在相似特征數(shù)中的幾何長度；包含在相似特征數(shù)中的幾何長度；o 如：管內(nèi)流動換熱：取直徑如：管內(nèi)流動換熱：取直徑 d do 流體在流通截面形狀不規(guī)則的槽道中流動：流體在流通截面形狀不規(guī)則的槽道中流動：取取當(dāng)量直徑當(dāng)量直徑作為特征尺度：作為特征尺度：6.2 6.2 相似原理的應(yīng)用相似原理的應(yīng)用 78（2 2）定性溫度應(yīng)按該準(zhǔn)則式規(guī)定的方式選?。┒ㄐ詼囟葢?yīng)按該準(zhǔn)則式規(guī)定的方式選取o 定性溫度：定性溫度：計算流體物性時所采用的溫度。計算流體物性時所采用的溫度。o 常用的選取方式有：常用的選取方式有： 通道內(nèi)部流動取進(jìn)出口截面的平均值

37、通道內(nèi)部流動取進(jìn)出口截面的平均值 外部流動取邊界層外的流體溫度或去這外部流動取邊界層外的流體溫度或去這一溫度與壁面溫度的平均值。一溫度與壁面溫度的平均值。79（3 3）準(zhǔn)則方程不能任意推廣到得到該方）準(zhǔn)則方程不能任意推廣到得到該方程的實驗參數(shù)的范圍以外程的實驗參數(shù)的范圍以外o 參數(shù)范圍主要有：參數(shù)范圍主要有： 數(shù)范圍；數(shù)范圍； 數(shù)范圍；數(shù)范圍； 幾何參數(shù)范圍。幾何參數(shù)范圍。RePr802 2 常見無量綱常見無量綱( (準(zhǔn)則數(shù)準(zhǔn)則數(shù)) )數(shù)的物理意義及表達(dá)式數(shù)的物理意義及表達(dá)式 81例題o 已知冷空氣溫度為0 ，以6m/s的流速平等的吹過一太陽能集熱器表面，該表面尺寸1m*1m，其中一個邊與來流

38、方向垂直。表面平均溫度為20 ，求由于對流散熱而散失的熱量.o 解：定性溫度tm=(0+20)/2=10,o 物性參數(shù)0.0251W/(m*K)o 14.16*10-6m2/so Pr0.705，ReuL/4.237*105o Nu=0.664Re0.5Pr0.333=384.7o h=Nu /l=9.66W/(m2k)o Q=Aht=193W82第七章第七章 凝結(jié)與沸騰換熱凝結(jié)與沸騰換熱o 掌握凝結(jié)與沸騰換熱的模式掌握凝結(jié)與沸騰換熱的模式o 影響凝結(jié)與沸騰換熱的因素。影響凝結(jié)與沸騰換熱的因素。影響凝結(jié)換熱的因素。影響凝結(jié)換熱的因素。o 不凝結(jié)氣體不凝結(jié)氣體2. 蒸氣流速蒸氣流速3. 過熱蒸氣

39、過熱蒸氣4. 4. 液膜過冷度及溫度分布的非線性液膜過冷度及溫度分布的非線性5. 5. 管子排數(shù)管子排數(shù) 6. 6. 管內(nèi)冷凝管內(nèi)冷凝7. 7. 凝結(jié)表面的幾何形狀凝結(jié)表面的幾何形狀83影響沸騰換熱的因素影響沸騰換熱的因素1 不凝結(jié)氣體對膜狀沸騰換熱的影響不凝結(jié)氣體對膜狀沸騰換熱的影響2 過冷度過冷度 3 液位高度液位高度4 重力加速度重力加速度5 沸騰表面的結(jié)構(gòu)沸騰表面的結(jié)構(gòu)84o 第八章第八章 熱輻射基本定律及 物體的輻射特性o 重點掌握：重點掌握：（1 1）黑體、灰體、吸收比、發(fā)射比、透射比、發(fā)射）黑體、灰體、吸收比、發(fā)射比、透射比、發(fā)射率、輻射力、輻射強(qiáng)度、有效輻射等熱輻射的基率、輻射

40、力、輻射強(qiáng)度、有效輻射等熱輻射的基本概念；本概念；（2 2）黑體輻射的基本定律；）黑體輻射的基本定律；（3 3）實際物體的輻射特性，基爾霍夫定律；）實際物體的輻射特性，基爾霍夫定律；85輻射力輻射力E E：單位時間內(nèi)，物體的單位表面積向半球空間發(fā)射的所有單位時間內(nèi)，物體的單位表面積向半球空間發(fā)射的所有波長的能量總和。波長的能量總和。 (W/m2)；光譜輻射力光譜輻射力E E：單位時間內(nèi)，單位波長范圍內(nèi)單位時間內(nèi)，單位波長范圍內(nèi)( (包含某一給定波長包含某一給定波長) )，物，物體的單位表面積向半球空間發(fā)射的能量。體的單位表面積向半球空間發(fā)射的能量。 (W/m3)；熱輻射能量的表示方法熱輻射能量

41、的表示方法E、E關(guān)系關(guān)系:顯然，顯然， E和和E之間具有如下關(guān)系：之間具有如下關(guān)系：dEE0黑體一般采用下標(biāo)黑體一般采用下標(biāo)b表示，如黑體的輻射力為表示，如黑體的輻射力為Eb，黑體的黑體的光譜輻射力光譜輻射力為為Eb864bEET1)(512TcbecE(1)Planck(1)Planck定律定律( (第一個定律第一個定律) )：33max2.8976 102.9 10m KT(2)Stefan-Boltzmann(2)Stefan-Boltzmann定律定律( (第二個定律第二個定律) )：40)(51012TdecdEETcbb87圖圖7-10 7-10 定向輻射強(qiáng)度的定義圖定向輻射強(qiáng)度的

42、定義圖3.Lambert 定律定律(黑體輻射的第三個基本定律黑體輻射的第三個基本定律)cosdd),(dLA它說明黑體的定向輻射力隨天頂角它說明黑體的定向輻射力隨天頂角 呈余弦規(guī)律變化，見圖呈余弦規(guī)律變化，見圖7-11，因此，因此， Lambert定律也稱為余弦定律。定律也稱為余弦定律。88層 次數(shù)學(xué)表達(dá)式成立條件光譜，定向光譜，半球全波段，半球無條件，為天頂角漫射表面與黑體處于熱平衡或?qū)β冶砻?,(),(TT),(),(TT)()(TT4. Kirchhoff 4. Kirchhoff 定律的定律的注：注： 漫射表面：指發(fā)射或反射的定向輻射強(qiáng)度與空間方向無漫射表面：指發(fā)射或反射的定向輻射強(qiáng)

43、度與空間方向無關(guān)，即符合關(guān)，即符合LambertLambert定律的物體表面；定律的物體表面；(1)(1)灰體：指光譜吸收比與波長無關(guān)的物體，其發(fā)射和吸收灰體：指光譜吸收比與波長無關(guān)的物體，其發(fā)射和吸收輻射與黑體在形式上完全一樣，只是減小了一個相同的輻射與黑體在形式上完全一樣，只是減小了一個相同的比例。比例。89第九章第九章 輻射換熱的計算輻射換熱的計算o 重點掌握：重點掌握：1 1、角系數(shù)的定義及性質(zhì)、角系數(shù)計算、角系數(shù)的定義及性質(zhì)、角系數(shù)計算的代數(shù)法；的代數(shù)法；2 2、輻射熱阻的概念，黑體和灰體表面、輻射熱阻的概念，黑體和灰體表面組成的簡單封閉空腔內(nèi)輻射換熱的計組成的簡單封閉空腔內(nèi)輻射換熱

44、的計算方法。算方法。90有兩個表面，編號為有兩個表面，編號為1和和2，其間充滿透明介質(zhì)，則表面，其間充滿透明介質(zhì)，則表面1對表面對表面2的角系數(shù)的角系數(shù)X1,2是：表面是：表面1直接投射到表面直接投射到表面2上的能上的能量，占表面量，占表面1輻射能量的百分比。即輻射能量的百分比。即圖8-1 有效輻射示意圖 的有效輻射表面的投入輻射對表面表面1212, 1X同理，也可以定義表面同理，也可以定義表面2對表面對表面1的角系數(shù)。從這個概的角系數(shù)。從這個概念我們可以得出角系數(shù)的應(yīng)用是有一定限制條件的，念我們可以得出角系數(shù)的應(yīng)用是有一定限制條件的，即即漫射面、等溫、物性均勻漫射面、等溫、物性均勻角系數(shù)定義

45、角系數(shù)定義91o 2. 角系數(shù)性質(zhì)角系數(shù)性質(zhì)o (1) 相對性相對性o (2)完整性完整性1 , 222, 11XAXAniinXXXXX1, 1, 13 , 12, 11 , 11若表面若表面1 1為非凹表面時，為非凹表面時，X X1,11,1 = 0 = 0。niiXX12,12,1(3) (3) 可加性可加性 923 角系數(shù)的計算方法角系數(shù)的計算方法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)13212, 12AAAAX的斷面長度表面不交叉線之和交叉線之和1,22)()(AabbdacadbcXcdab兩個非凹表面及假想面組成的封閉系統(tǒng)兩個非凹表面及假想面組成的封閉系統(tǒng)939-2

46、 9-2 被透明介質(zhì)隔開的兩固體表面間的輻射換熱被透明介質(zhì)隔開的兩固體表面間的輻射換熱的部分的部分到達(dá)表面到達(dá)表面的熱輻射的熱輻射發(fā)出表面發(fā)出表面1221)(212, 111 ,2222, 1112, 1bbbbEEXAXEAXEA圖圖8-7 黑體系統(tǒng)的黑體系統(tǒng)的輻射換熱輻射換熱 黑體表面黑體表面 如圖如圖8-78-7所示，黑表面所示，黑表面1 1和和2 2之間的輻射換熱量為之間的輻射換熱量為94于是有于是有2222,11111212,1111AXAAEEbb圖圖8-8 8-8 兩個物體組成的輻射換熱系統(tǒng)兩個物體組成的輻射換熱系統(tǒng)11111)(2212, 112112, 1AAXEEAbb2

47、漫灰表面漫灰表面95定義系統(tǒng)黑度定義系統(tǒng)黑度( (或稱為系統(tǒng)發(fā)射率或稱為系統(tǒng)發(fā)射率) )11111121 ,212,1XXs11111)(2212, 112112, 1AAXEEAbb)(212, 112, 1bbsEEXA)(212,112,1bbEEXA與黑體輻射換熱比較，上式多了一個與黑體輻射換熱比較，上式多了一個 ，它是考慮由，它是考慮由于灰體系統(tǒng)多次吸收與反射對換熱量影響的因子。于灰體系統(tǒng)多次吸收與反射對換熱量影響的因子。s96三種特殊情形三種特殊情形(1)(1) 表面表面1 1為凸面或平面，此時，為凸面或平面，此時，X X1,21,21 1，于是，于是1111112212, 112

48、, 1AAXXs11112211AAs(2)(2) 表面積表面積A A1 1比表面積比表面積A A2 2小得多，即小得多，即A A1 1/A/A2 2 0 0 于是于是1s(3)(3) 表面積表面積A A1 1與表面積與表面積A A2 2相當(dāng)，即相當(dāng)，即A A1 1/A/A2 2 1 1 于是于是111121s97 9-3 9-3 多表面系統(tǒng)輻射換熱的計算多表面系統(tǒng)輻射換熱的計算 要求能夠應(yīng)用網(wǎng)絡(luò)法進(jìn)行多表面要求能夠應(yīng)用網(wǎng)絡(luò)法進(jìn)行多表面系統(tǒng)輻射換熱的計算系統(tǒng)輻射換熱的計算98網(wǎng)絡(luò)法的應(yīng)用舉例網(wǎng)絡(luò)法的應(yīng)用舉例兩漫灰表面組成的封閉系統(tǒng)，參兩漫灰表面組成的封閉系統(tǒng)，參見見圖圖8-88-8，其等效網(wǎng)絡(luò)圖見，其等效網(wǎng)絡(luò)圖見8-118-11所示，根據(jù)電路中的所示，根據(jù)電路中的基爾霍夫定基