國電集團招聘考試2-8-熱能工程與動力類專業(yè)知識點--傳熱學(xué)知識點講義整理(共14頁)

1、傳熱學(xué)知識點1傳熱學(xué)：研究熱量傳遞(chund)規(guī)律的科學(xué)。2熱量傳遞(chund)的基本方式：熱傳導(dǎo)、熱對流(duli)、熱輻射。3熱傳導(dǎo)(導(dǎo)熱)：物體的各部分之間不發(fā)生相對位移、依靠微觀粒子的熱運動產(chǎn)生的熱量傳遞現(xiàn)象。（純粹的導(dǎo)熱只能發(fā)生在不透明的固體之中。）4熱流密度：通過單位面積的熱流量(Wm2)。5熱對流：由于流體各部分之間發(fā)生相對位移而產(chǎn)生的熱量傳遞現(xiàn)象。熱對流只發(fā)生在流體之中，并伴隨有導(dǎo)熱現(xiàn)象。6自然對流：由于流體密度差引起的相對運功c7強制對流：出于機械作用或其他壓差作用引起的相對運動。8對流換熱：流體流過固體壁面時，由于對流和導(dǎo)熱的聯(lián)合作用，使流體與固體壁面間產(chǎn)生熱量傳遞的過

2、程。9輻射：物體通過電磁波傳播能量的方式。10熱輻射：由于熱的原因，物體的內(nèi)能轉(zhuǎn)變成電磁波的能量而進行的輻射過程。11輻射換熱：不直接接觸的物體之間，出于各自輻射與吸收的綜合結(jié)果所產(chǎn)生的熱量傳遞現(xiàn)象。12傳熱過程；熱流體通過固體壁而將熱量傳給另一側(cè)冷流體的過程。13傳熱系數(shù)：表征傳熱過程強烈程度的標尺，數(shù)值上等于冷熱流體溫差1時所產(chǎn)生的熱流密度。14單位面積上的傳熱熱阻：單位面積上的導(dǎo)熱熱阻：。單位面積上的對流換熱熱阻：對比串聯(lián)熱阻大小就可以找到強化傳熱的主要環(huán)節(jié)。15導(dǎo)熱系數(shù)是表征材料導(dǎo)熱性能優(yōu)劣的系數(shù)，是一種物性參數(shù)，不同材料的導(dǎo)熱系數(shù)的數(shù)值不同，即使是同一種材料，其值還與溫度等參數(shù)有關(guān)。

3、對于各向異性的材料，還與方向有關(guān)。常溫下部分物質(zhì)導(dǎo)熱系數(shù)：銀：427；純銅：398；純鋁：236；普通鋼：30-50；水：0.599；空氣：0.0259；保溫材料：0.14；水垢：1-3；煙垢：0.1-0.3。16表面(biomin)換熱系數(shù)不是物性參數(shù)，它與流體物性參數(shù)、流動狀態(tài)(zhungti)、換熱表面的形狀、大小和布置等因素都有關(guān)。17穩(wěn)態(tài)傳熱(chun r)過程（定常過程）：物體中各點溫度不隨時間而變。例：各種熱力設(shè)備在持續(xù)不變的工況下運行時的熱傳遞過程屬穩(wěn)態(tài)傳熱過程；非穩(wěn)態(tài)傳熱過程（非定常過程）：物體中各點溫度隨時間的變化而變化。例：各種熱力設(shè)備在啟動、停機、工況改變時的傳熱過程則

4、屬非穩(wěn)態(tài)傳熱過程。1、熱量、熱流量與熱流密度有何聯(lián)系與區(qū)別？熱能：物質(zhì)所具有的內(nèi)動能(廣延量，物質(zhì)的微觀運動屬性)。單位：焦耳J。熱量Q：系統(tǒng)與外界依靠溫差傳遞的能量(過程量)。單位：焦耳J。熱流（量）：指單位時間所傳遞的熱量。單位：瓦特w 。熱流密度q：通過單位傳熱面上的熱流量。單位：Wm2。相互關(guān)系： 其中是時間2、試用簡練的話言說明導(dǎo)熱、對流換熱及輻射換熱三種傳遞方式之間的聯(lián)系與區(qū)別。答：導(dǎo)熱、對流換熱及輻射換熱是熱量傳遞的三種方式。導(dǎo)熱主要依靠微觀粒子運動而傳遞熱量；對流換熱是流體與固體壁面之間的換熱，依靠流體對流和導(dǎo)熱的聯(lián)合作用而產(chǎn)生熱量傳遞；輻射換熱是通過電磁波傳播能量，是物體之間

5、輻射和吸收的綜合結(jié)果。一個傳熱現(xiàn)象往往是幾種傳熱方式同時作用。3、“熱對流”與“對流換熱”是否為同一現(xiàn)象?對流換熱是否屬于基本的傳熱方式? 答：熱對流與對流換熱是兩個不同的概念屬于不同現(xiàn)象，其區(qū)別為：熱對流是傳熱的三種基本方式之一，而對流換熱不是傳熱的基本方式，對流換熱是導(dǎo)熱和熱對流這兩種基本傳熱方式的綜合作用。由于流體質(zhì)點間的緊密接觸，熱對流也同時伴隨有導(dǎo)熱現(xiàn)象；對流換熱必然具有流體與固體壁面間的相對運動（流體與壁面直接接觸和宏觀運動）。工程中流體與溫度不同的固體壁面因相對運動而發(fā)生的傳熱過程稱為對流換熱。4、導(dǎo)熱系數(shù)、表面換熱系數(shù)及傳熱系數(shù)的單位分別是什么？哪些是物性參數(shù)，哪些與過程有關(guān)？

6、5、保溫瓶散熱過程(guchng)分析。熱量(rling)從保溫瓶內(nèi)的熱水散失到周圍環(huán)境中去的過程(guchng)包括以下各個環(huán)節(jié)：(1)熱量由熱水通過自然對流換熱傳遞到內(nèi)層瓶膽的內(nèi)壁；(2)通過內(nèi)層瓶膽的導(dǎo)熱，熱量由內(nèi)層瓶膽內(nèi)壁傳到其外壁；(3)由內(nèi)層瓶膽的外壁通過輻射換熱把熱量傳遞到外層瓶膽的內(nèi)壁；(4)熱量由外層瓶膽的內(nèi)壁通過導(dǎo)熱傳到其外壁；(5)外層瓶膽的外壁通過輻射換熱把一部分熱量傳給外殼內(nèi)側(cè)；(6)外層瓶膽外壁通過自然對流換熱把熱量傳給空氣，空氣又與外殼內(nèi)側(cè)發(fā)生自然對流換熱把熱量傳遞給外殼內(nèi)側(cè)；(7)通過導(dǎo)熱，熱量由外殼內(nèi)壁傳遞到其外壁；(8)外殼外側(cè)通過自然對流把一部分熱量傳遞給

7、室內(nèi)空氣；(9)外殼外側(cè)與周圍物體間進行輻射換熱，換熱量為。這里要特別(tbi)指出，保溫瓶之所以可以保溫的原因主要(zhyo)在于，制造保溫瓶時在上述第3個環(huán)節(jié)上采取(ciq)了以下削弱傳熱的措施：1）瓶膽夾層中抽成真空，從而排除了夾層中空氣的導(dǎo)熱與對流；2）在夾層的兩壁上涂有一層輻射黑度很小的硝酸銀層(即銀白色涂層)，從而大大減少了夾層兩壁面間的輻射換熱。使用保溫瓶時，如果不小心破壞了瓶膽下部抽氣封口的密封，空氣進入夾層后將使保溫性能大大下降。6、用水壺將盛裝的開水放在地面上慢慢冷卻，開水以哪些方式散發(fā)熱量?打開水壺蓋和蓋上水壺蓋，開水的冷卻速度有何區(qū)別? 答：水壺與地面間以導(dǎo)熱方式傳遞熱

8、量；水壺與周圍空氣間以自然對流換熱方式傳遞熱量，與周圍環(huán)境以輻射換熱方式傳遞熱量；壺嘴以蒸發(fā)方式散發(fā)熱量。打開壺蓋后，開水的蒸發(fā)速度加快，開水由此冷卻得更快。7、冬天，經(jīng)過在白天太陽底下曬過的棉被，晚上蓋起來為什么感到很暖和？并且經(jīng)過拍打以后，為什么效果更加明顯？答：棉被經(jīng)過晾曬以后，可使棉花的空隙里進入更多的空氣。而空氣在狹小的棉絮空間里的熱量傳遞方式主要是導(dǎo)熱，由于空氣的導(dǎo)熱系數(shù)較小，具有良好的保溫性能。而經(jīng)過拍打的棉被可以讓更多的空氣進入，因而效果更明顯。8、冬天，在相同的室外溫度條件下，為什么有風(fēng)比無風(fēng)時感到更冷些？答：假定人體表面溫度相同時，人體的散熱在有風(fēng)時相當(dāng)于強制對流換熱，而在

9、無風(fēng)時屬自然對流換熱（不考慮熱輻射或假定輻射換熱量相同時）。而空氣的強制對流換熱強度要比自然對流強烈。因而在有風(fēng)時從人體帶走的熱量更多，所以感到更冷一些。9、夏季在維持20室內(nèi)工作，穿單衣感到舒適，而冬季保持在22的室內(nèi)工作時，為什么必須穿絨衣才覺得舒服？答：首先，冬季和夏季的最大區(qū)別是室外溫度不同。夏季室外溫度比室內(nèi)溫度高，因此通過墻壁的熱量傳遞方向是由室外傳向室內(nèi)。而冬季室外氣溫比室內(nèi)氣溫低，通過墻壁的熱量傳遞方向是由室內(nèi)傳向室外。因此冬季和夏季墻壁內(nèi)表面溫度不同，夏季高而冬季低。因此，盡管冬季室內(nèi)溫度22比夏季略高20，但人體在冬季通過輻射與墻壁的散熱比夏季高很多。根據(jù)上題人體對冷暖的感

10、受主要是散熱量的原理，在冬季散熱量大，因此要穿厚一些的絨衣。10夏季(xij)在維持20的空調(diào)教室內(nèi)聽課，穿單衣感覺很舒適，而冬季在同樣(tngyng)溫度的同一教室內(nèi)聽課卻必須穿絨衣。假設(shè)濕度不是影響的因素，試從傳熱的觀點分析這種反常的“舒適(shsh)溫度”現(xiàn)象。 答：夏季人體的散熱量為：11、利用同一冰箱儲存相同的物質(zhì)時，試問結(jié)霜的冰箱耗電量大還是未結(jié)霜的冰箱耗電量大？回答：當(dāng)其它條件相同時，冰箱的結(jié)霜相當(dāng)于在冰箱蒸發(fā)器和冰箱冷凍室（或冷藏室）之間增加了一個附加熱阻，因此，要達到相同的制冷室溫度，必然要求蒸發(fā)器處于更低的溫度。所以，結(jié)霜的冰箱耗電量更大。12、有人將一碗熱稀飯置于一盆涼水

11、中進行冷卻。為使稀飯涼得更快一些，你認為他應(yīng)該攪拌碗中的稀飯還是盆中的涼水？為什么？答：從稀飯到?jīng)鏊且粋€傳熱過程。顯然，稀飯和水的換熱在不攪動時屬自然對流。而稀飯的換熱比水要差。因此要強化傳熱增加散熱量，應(yīng)該用攪拌的方式強化稀飯側(cè)的傳熱。13、用鋁制的水壺?zé)_水時，盡管爐火很旺，但水壺仍安然無恙。但一旦壺內(nèi)的水燒干后，水壺很快就被燒壞。試從傳熱學(xué)的觀點分析這一現(xiàn)象。 答：壺內(nèi)有水時，水對壺壁起冷卻作用，不致燒壞壺壁，水干后，壺壁得不到充分冷卻，使壁溫接近火焰溫度，水壺就會被燒壞。或：水側(cè)（沸騰）的表面?zhèn)鳠嵯禂?shù)遠大于火焰?zhèn)鹊谋砻鎮(zhèn)鳠嵯禂?shù)，沒燒干時，壺底更接近水的溫度，所以一般不會達到鋁的熔點。

12、14、用一只手握住盛有熱水的杯子，另一只手用筷子快速攪拌熱水，捏杯子的手會顯著地感到熱。試分析其原因。 答：杯中(bi zhn)水由于(yuy)被攪動而強化了與杯壁的傳熱(chun r)，使杯壁溫度接近水溫，所以手會感到杯子變熱。15、北方深秋季節(jié)的清晨，樹葉葉面上常常結(jié)霜，試問樹葉上、下表面的哪一面結(jié)霜？為什么？答：霜會結(jié)在樹葉上的表面。因為清晨，上表面朝向太空，下表面朝向地面。而太空表面的溫度低于攝氏零度，而地球表面溫度一般在零度以上。由于相對樹葉下表面來說，其上表面需要向太空輻射更多的能量，所以樹葉下表面溫度較高，而上表面溫度較低且可能低于零度，因而容易結(jié)霜。16、在冬季的晴天，白天和晚

13、上空氣溫度相同，但白天感覺暖和，晚上卻感覺冷。試解釋這種現(xiàn)象。答：白天和晚上人體向空氣傳遞的熱量相同，且均要向溫度很低的太空輻射熱量。但白天和晚上的差別在于：白天可以吸收來自太陽的輻射能量，而晚上卻不能。因而晚上感覺會更冷一些。17、冬季晴朗的夜晚，測得室外空氣溫度高于0，有人卻發(fā)現(xiàn)地面上結(jié)有一層簿冰，試解釋原因(若不考慮水表面的蒸發(fā))。 答：如圖所示。假定地面溫度為。太空溫度為，設(shè)過程已達穩(wěn)態(tài)，空氣與地面的表面?zhèn)鳠嵯禂?shù)為h，地球表面近似看成溫度為的黑體，太空可看成溫度為的黑體則由熱平衡：由于而，因此地球表面溫度有可能低于0，即地面可能結(jié)冰。1溫度場：各時刻物體中各點溫度的集合。穩(wěn)態(tài)溫度場（定

14、常溫度場）：物體內(nèi)各點溫度不隨時間變化的溫度場。非穩(wěn)態(tài)溫度場（非定常溫度場）：物體內(nèi)各點溫度隨時間變化的溫度場。均勻溫度場：物體內(nèi)各點溫度相同的溫度場。一維/二維/三維溫度場：物體中各點溫度只在一個/二個/三個坐標方向變化的溫度場。2穩(wěn)態(tài)導(dǎo)熱過程：物體溫度不隨時間而改變的導(dǎo)熱過程（熱流量為常數(shù)）對于內(nèi)燃機氣缸(q n)壁受燃氣沖刷的情況周期為幾分之一秒，溫度波動只在很淺的表層，一般(ybn)作為穩(wěn)態(tài)處理(chl)。 準穩(wěn)態(tài)導(dǎo)熱過程：物體溫度隨時間的導(dǎo)數(shù)為一個常數(shù)，即物體內(nèi)各點的溫度變化率不隨時間而改變的導(dǎo)熱過程。非穩(wěn)態(tài)導(dǎo)熱過程：物體溫度隨時間而改變的導(dǎo)熱過程（熱流量也隨時間而改變）3等溫面：溫

15、度場中同一瞬間溫度相同點組成的面。4等溫線：等溫面上的線。5熱流線：是一組與等溫線處處垂直的曲線，通過平面上任一點的熱流線與該點的熱流密度矢量相切。6導(dǎo)溫系數(shù)（熱擴散率）：物體中溫度波動的擴散速率。7定解條件：是使微分方程獲得適合某一特定問題的解的附加條件。包括：初始條件：是指導(dǎo)熱體在初始時刻的溫度分布邊界條件：是指物體邊界上的溫度或換熱情況。單值性條件一般包括幾何、物理、時間和邊界四個方面。8過余溫度：某點溫度與基準溫度之差(基準溫度一般選取不受換熱條件影響的物體溫度)。1試寫出傅里葉定律的一般形式的數(shù)學(xué)表達式，并說明其中各個符號的意義。2、試寫出傅里葉定律的文字表達式。在導(dǎo)熱現(xiàn)象中，單位時

16、間內(nèi)通過給定截面的熱流量（熱流在截面法線方向的分量），正比于該截面(不一定是等溫面)法線方向上的溫度變化率（方向?qū)?shù)）和截面面積。3、等溫面與等溫線的特點(tdin)：1) 溫度不同(b tn)的等溫面或等溫線彼此不能相交；2) 在連續(xù)的溫度場中，等溫面或等溫線不會中斷，它們或者是物體中完全(wnqun)封閉的曲面（曲線），或者就終止與物體的邊界上；3）物體的溫度場通常用等溫面或等溫線表示若每條等溫線間的溫度間隔相等時，等溫線的疏密可反映出不同區(qū)域?qū)釤崃髅芏鹊拇笮?。如圖所示是用等溫線圖表示溫度場的實例。4不同溫度的等溫面(線)不能相交，熱流線能相交嗎?熱流線為什么與等溫線垂直? 答：熱流線也

17、不能相交，這是因為與熱流線垂直方向沒有熱流分量。如熱流線不垂直于等溫線，則等溫線上必有一熱流分量。而等溫線上無溫差，q0，只有熱流線垂直于等溫線才能使等溫線上的分熱流為零。5得出導(dǎo)熱微分方程所依據(jù)的是什么基本定律? 答： 傅里葉定律和能量守恒定律。6試解釋材料的導(dǎo)熱系數(shù)和導(dǎo)溫系數(shù)之間的區(qū)別和聯(lián)系? （或熱擴散率的定義及物理意義。）提示：從兩者的概念、物理意義、表達式方面加以闡述、如從表達式看導(dǎo)溫系數(shù)與導(dǎo)熱系數(shù)成正比關(guān)（），但導(dǎo)溫系數(shù)不但與材料的導(dǎo)熱系數(shù)有關(guān)還與材料的熱容量(或儲熱能力)也有關(guān)；從物理意義看導(dǎo)熱系數(shù)表征材料導(dǎo)熱能力的強弱導(dǎo)溫系數(shù)表征材料傳播溫度變化的能力的大小兩者都是物性參數(shù)。答

18、：導(dǎo)熱系數(shù)和熱擴散率。是兩個不同的物理量。前者僅指材料導(dǎo)熱能力的大小，而后者綜合了材料的導(dǎo)熱能力和單位體積的熱容量大小。導(dǎo)熱系數(shù)小的材料熱擴散率不一定小。如氣體的導(dǎo)熱系數(shù)很小可是其熱擴散率卻和金屬相當(dāng)。7將一根鐵棒一端置于火爐中，另一端很快燙手，而在冬天將手置于溫度相同的鐵板或木板上時，鐵板感覺更冰涼一些，用傳熱學(xué)的知識解釋這些原因。答：一根鐵棒一端(ydun)置于火爐中，另一端很快燙手，這是由于鐵棒的熱擴散率較大的原因，而在冬天將手置于溫度相同的鐵板或木板上時，鐵板感覺更冰涼一些(yxi)，則是由于鐵板的吸熱(x r)系數(shù)較木板的大的緣故。8試分別說明導(dǎo)熱問題3種類型的邊界條件。 答： 第一

19、類邊界條件：已知任意時刻物體邊界上的溫度分布；第二類邊界條件：已知任意時刻物體邊界上的熱流密度或溫度梯度；第三類邊界條件：已知任意時刻物體邊界與周圍流體間的對流換熱情況，即已知表面?zhèn)鳠嵯禂?shù)h和周圍流體溫度。9對于第一類邊界條件的穩(wěn)態(tài)導(dǎo)熱問題，其溫度分布與導(dǎo)熱系數(shù)有沒有關(guān)系? 答：導(dǎo)熱問題的完整數(shù)學(xué)描述包括導(dǎo)熱微分方程和定解條件。在導(dǎo)熱系數(shù)為常數(shù)的穩(wěn)態(tài)導(dǎo)熱問題中只有第一類邊界條件下的無內(nèi)熱源穩(wěn)態(tài)導(dǎo)熱問題的分析解才與導(dǎo)熱系數(shù)沒有關(guān)系，即導(dǎo)熱系數(shù)只影響熱流量而不影響溫度場。10一維無限大平壁的導(dǎo)熱問題，兩則給定的均為第二類邊界條件，能否求出其溫度分布?為什么? 答：不能求出。因為第二類邊界條件所對應(yīng)

20、的是溫度曲線的斜率與絕對溫度沒有對應(yīng)關(guān)系。11、通過大平壁、圓筒壁導(dǎo)熱時，二者的溫度分布規(guī)律分別是什么？答：大平壁內(nèi)的溫度分布為直線；圓筒壁內(nèi)的溫度分布為對數(shù)曲線。12、常物性、直角坐標系下三維非穩(wěn)態(tài)導(dǎo)熱微分方程的表達式計算部分1、通過常物性、無內(nèi)熱源、一維單層平壁的穩(wěn)態(tài)導(dǎo)熱微分方程式和定解條件溫度(wnd)分布：熱流(rli)密度：2、通過(tnggu)一維、常物性、穩(wěn)態(tài)、無內(nèi)熱源的平板的導(dǎo)熱，已知第一類和第三類邊界條件： 備注：平板厚，環(huán)境溫度板與環(huán)境的表面換熱系數(shù)為，求：溫度分布及時的溫度值。解： 解得： 3、通過、常物性、無內(nèi)熱源、一維多層平壁（n層）的穩(wěn)態(tài)導(dǎo)熱量計算公式：4、通過常物

21、性、無內(nèi)熱源、一維單層圓筒壁的穩(wěn)態(tài)導(dǎo)熱微分方程式和定解條件: 溫度分布：熱流(rli)密度：熱流量：5、傳熱(chun r)過程計算方程式：1非穩(wěn)態(tài)導(dǎo)熱(dor)分類： 非正規(guī)狀況階段受初始溫度分布影響溫度隨時間逐漸趨于恒定值 正規(guī)狀況階段受熱邊界條件影響溫度隨時間做周期性變化（不研究）2時間常數(shù)3畢渥爾4傅里葉數(shù)1、什么叫非穩(wěn)態(tài)導(dǎo)熱的正規(guī)狀況階段？這一階段有什么特點？答：非穩(wěn)態(tài)導(dǎo)熱過程進行到一定程度，初始溫度分布的影響就會消失，雖然各點溫度仍隨時間變化，但各點過余溫度的比值已經(jīng)與時間無關(guān)亦即無量綱過余溫度分布不變，這一階段稱為正規(guī)狀況階段或充分發(fā)展階段。這一階段的數(shù)學(xué)處理十分便利，溫度分布計

22、算只需取無窮級數(shù)的首項進行計算。2、試說明“無限大”平板的物理概念。答：所謂“無限大”平板，是指其長寬尺度遠大于其厚度尺寸，從邊緣交換的熱量可以忽略不計，當(dāng)平板兩側(cè)溫度均勻時，熱量垂直于板面方向流動。如薄板兩側(cè)均勻加熱或冷卻。3、什么是“半無限大”物體？半無限大物體的非穩(wěn)態(tài)導(dǎo)熱存在正規(guī)狀況階段嗎？答：所謂“半無限大”物體，是指平面一側(cè)空間無限延伸的物體。因為物體向縱深無限延伸，初始溫度的影響就遠不會消除，所以，半無限大物體的非穩(wěn)態(tài)導(dǎo)熱不存在正規(guī)狀況階段。4、數(shù)、時間常數(shù)的公式及物理意義。答：，5、和各代表什么樣的換熱條件？有人(yu rn)認為代表(dibio)了絕熱工況，是否正確，為什么？答：時，物體表面(biomin)的換熱熱阻遠大于物體內(nèi)部導(dǎo)熱熱阻。說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，因而任一時刻物體內(nèi)部的溫度分布趨于均勻，并隨時間的推移整體地下降?？梢杂眉倕?shù)法進行分析求解。時，物體表面的換熱熱阻遠小于物體內(nèi)部導(dǎo)熱熱阻。在這種情況下，非穩(wěn)態(tài)導(dǎo)熱過程剛開始進行的一瞬間，物體的表面溫度就等于周圍介質(zhì)的溫度。但是，因為物體內(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，隨著時間的推移，物體內(nèi)部各點的溫度逐漸下降。在這種情況下，物體的冷卻或加熱過程的強度只決定于物體的性質(zhì)和幾何尺寸。認為代表絕熱工況是不正確的，的工況是指邊界熱阻相對于內(nèi)部熱阻較大，而絕熱工況