傳熱學知識點

傳熱學主要知識點熱量傳遞的三種基本方式。熱量傳遞的三種基本方式：導熱(熱傳導)、對流(熱對流)和熱輻射。2．導熱的特點。a必須有溫差；b物體直接接觸；c依靠分子、原子及自由電子等微觀粒子熱運動而傳遞熱量；d在引力場下單純的導熱一般只發(fā)生在密實的固體中。3.對流（熱對流）(Convection)的概念。流體中（氣體或液體）溫度不同的各部分之間，由于發(fā)生相對的宏觀運動而把熱量由一處傳遞到另一處的現(xiàn)象。4對流換熱的特點。當流體流過一個物體表面時的熱量傳遞過程，它與單純的對流不同，具有如下特點：a導熱與熱對流同時存在的復雜熱傳遞過程b必須有直接接觸（流體與壁面）和宏觀運動；也必須有溫差c壁面處會形成速度梯度很大的邊界層5.牛頓冷卻公式的基本表達式及其中各物理量的定義。6.熱輻射的特點。a任何物體，只要溫度高于0K，就會不停地向周圍空間發(fā)出熱輻射；b可以在真空中傳播；c伴隨能量形式的轉變；d具有強烈的方向性；e輻射能與溫度和波長均有關；f發(fā)射輻射取決于溫度的4次方。7.導熱系數(shù),表面?zhèn)鳠嵯禂?shù)和傳熱系數(shù)之間的區(qū)別。導熱系數(shù)：表征材料導熱能力的大小，是一種物性參數(shù)，與材料種類和溫度關。表面?zhèn)鳠嵯禂?shù)：當流體與壁面溫度相差1度時、每單位壁面面積上、單位時間內所傳遞的熱量。影響h因素：流速、流體物性、壁面形狀大小等傳熱系數(shù)：是表征傳熱過程強烈程度的標尺，不是物性參數(shù)，與過程有關。第一章導熱理論基礎1傅立葉定律的基本表達式及其中各物理量的意義。傅立葉定律（導熱基本定律）：垂直導過等溫面的熱流密度，正比于該處的溫度梯度，方向與溫度梯度相反。(1)空隙中充有空氣,空氣導熱系數(shù)小,因此保溫性好;(2)空隙太大,會形成自然對流換熱,輻射的影響也會增強,因此并非空隙越大越好。(3)由于水分的滲入，替代了相當一部分空氣，而且更主要的是水分將從高溫區(qū)向低溫區(qū)遷移而傳遞熱量。因此，濕材料的導熱系數(shù)比干材料和水都要大。所以，建筑物的圍護結構，特別是冷、熱設備的保溫層，都應采取防潮措施。.導熱微分方程式的理論基礎。傅里葉定律+熱力學第一定律熱擴散率的概念。熱擴散率（用a表示）反映了導熱過程中材料的導熱能力與沿途物質儲熱能力之間的關系值大，即λ值大或ρc值小，說明物體的某一部分一旦獲得熱量，該熱量能在整個物體中很快擴散。熱擴散率表征物體被加熱或冷卻時，物體內各部分溫度趨向于均勻一致的能力在同樣加熱條件下，物體的熱擴散率越大，物體內部各處的溫度差別越小。熱擴散率反應導熱過程動態(tài)特性，是研究不穩(wěn)態(tài)導熱的重要物理量。完整數(shù)學描述：導熱微分方程+單值性條件導熱微分方程式描寫物體的溫度隨時間和空間變化的關系；它沒有涉及具體、特定的導熱過程。是通用表達式。對特定的導熱過程，需要補充單值性條件，才能得到特定問題的唯一解。單值性條件包括四項：幾何條件、物理條件、時間條件（初始條件）、邊界條件。邊界條件。邊界條件說明導熱體邊界上過程進行的特點反映過程與周圍環(huán)境相互作用的條件（１）第一類邊界條件：已知任一瞬間導熱體邊界上溫度值；（2）第二類邊界條件：已知物體邊界上熱流密度的分布及變化規(guī)律，第二類邊界條件相當于已知任何時刻物體邊界面法向的溫度梯度值；（3）第三類邊界條件：當物體壁面與流體相接觸進行對流換熱時，已知任一時刻邊界面周圍流體的溫度和表面?zhèn)鳠嵯禂?shù)。第二章穩(wěn)態(tài)導熱1.由第三類邊界條件下通過平壁的一維穩(wěn)態(tài)導熱量關系式，分析為了增加傳熱量，可以采取哪些措施?第三類邊界條件下通過平壁的一維穩(wěn)態(tài)導熱量關系式：為了增加傳熱量，可以采取哪些措施?（1）增加溫差（tf1-tf2），但受工藝條件限制（2）減小熱阻：a)金屬壁一般很薄(d很小)、熱導率很大，故導熱熱阻一般可忽略b)增大h1、h2，但提高h1、h2并非任意的c)增大換熱面積A也能增加傳熱量在一些換熱設備中，在換熱面上加裝肋片是增大換熱量的重要手段。2．在管道外覆蓋保溫層是不是在任何情況下都能減少熱損失？為什么？不是,只有當管道外徑大于臨界熱絕緣直徑時,覆蓋保溫層才能減小熱損失.接觸熱阻的概念。實際固體表面不是理想平整的，所以兩固體表面直接接觸的界面容易出現(xiàn)點接觸，或者只是部分的而不是完全的和平整的面接觸——給導熱帶來額外的熱阻，即接觸熱阻。5．什么是形狀因子?為了便于工程設計計算，對于有些二維、三維的穩(wěn)態(tài)導熱問題，針對已知兩個恒定溫度邊界之間的導熱熱流量，可以采用一種簡便的計算公式。在這種公式中，將有關涉及物體幾何形狀和尺寸的因素歸納在一起，稱為形狀因子。第三章非穩(wěn)態(tài)導熱1．非穩(wěn)態(tài)導熱的分類。周期性非穩(wěn)態(tài)導熱和瞬態(tài)非穩(wěn)態(tài)導熱2．Bi準則數(shù),Fo準則數(shù)的定義及物理意義。Bi準則數(shù)：；Fo準則數(shù)：。3．集總參數(shù)法的物理意義及應用條件。忽略物體內部導熱熱阻、認為物體溫度均勻一致的分析方法。此時，溫度分布只與時間有關，與空間位置無關。應用條件：4．時間常數(shù)的定義及物理意義。采用集總參數(shù)法分析時，物體中過余溫度隨時間變化的關系式中的具有時間的量綱，稱為時間常數(shù)。時間常數(shù)的數(shù)值越小表示測溫元件越能迅速地反映流體的溫度變化。5．非穩(wěn)態(tài)導熱的正常情況階段的物理意義。當時，物體在給定的條件下冷卻或加熱，物體中任何給定地點過余溫度的對數(shù)值將隨時間按線性規(guī)律變化。物體中過余溫度的對數(shù)值隨時間按線性規(guī)律變化的這個階段，稱為瞬態(tài)溫度變化的正常情況階段。6．半無限大物體的概念。半無限大物體的概念如何應用在實際工程問題中？半無限大物體，是指以無限大的y-z平面為界面，在正x方向伸延至無窮遠的物體。在實際工程中，對于一個有限厚度的物體，在所考慮的時間范圍內，若滲透厚度小于本身的厚度，這時可以認為該物體是個半無限大物體。第四章導熱問題數(shù)值解法基礎1．數(shù)值解法的基本求解過程數(shù)值解法，即把原來在時間和空間連續(xù)的物理量的場，用有限個離散點上的值的集合來代替，通過求解按一定方法建立起來的關于這些值的代數(shù)方程，從而獲得離散點上被求物理量的值；并稱之為數(shù)值解。2．熱平衡法的基本思想。對每個有限大小的控制容積應用能量守恒，從而獲得溫度場的代數(shù)方程組，它從基本物理現(xiàn)象和基本定律出發(fā)，不必事先建立控制方程，依據(jù)能量守恒和傅立葉導熱定律即可。第五章對流換熱分析影響對流換熱的主要物理因素.對流換熱是流體的導熱和對流兩種基本傳熱方式共同作用的結果。其影響因素主要有以下五個方面：(1)流動起因;(2)流動狀態(tài);(3)流體有無相變;(4)換熱表面的幾何因素;(5)流體的熱物理性質。對流換熱是如何分類的?流動起因：自然對流和強制對流；流動狀態(tài):層流和紊流；(3)流體有無相變:單相換熱和相變換熱(4)換熱表面的幾何因素：內部流動對流換熱和外部流動對流換熱。3．對流換熱問題的數(shù)學描寫中包括那些方程?連續(xù)性方程、動量微分方程、能量微分方程、對流換熱過程微分方程式。4.邊界層概念的基本思想。流場可以劃分為兩個區(qū)：邊界層區(qū)與主流區(qū)邊界層區(qū)：流體的粘性作用起主導作用，流體的運動可用粘性流體運動微分方程描述（N-S方程）主流區(qū)：速度梯度為0，t=0；可視為無粘性理想流體；流體的運動可用歐拉方程描述。5．流動邊界層的幾個重要特性。(1)邊界層厚度d與壁的定型尺寸L相比極小，d<<L(2)邊界層內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，存在層流底層；(4)流場可以劃分為邊界層區(qū)與主流區(qū)邊界層區(qū)：由粘性流體運動微分方程描述主流區(qū)：由理想流體運動微分方程—歐拉方程描述?？梢詣澐譃閮蓚€區(qū)：熱邊界層區(qū)與等溫流動區(qū)7．數(shù)量級分析的方法。比較方程中各量或各項的量級的相對大??；保留量級較大的量或項；舍去那些量級小的項，方程大大簡化。8．相似理論回答了關于試驗的哪三大問題？（1）實驗中應測哪些量（是否所有的物理量都測）？應測量各相似準則中包含的全部物理量，其中物性由實驗系統(tǒng)中的定性溫度確定。（2）實驗數(shù)據(jù)如何整理（整理成什么樣函數(shù)關系）？實驗結果整理成準則關聯(lián)式。（3）實物試驗很困難或太昂貴的情況，如何進行試驗？實驗結果可推廣應用于哪些地方？實驗結果可推廣應用到相似的現(xiàn)象，在安排模型實驗時，為保證實驗設備中的現(xiàn)象（模型）與實際設備中的現(xiàn)象（原型）相似，必須保證模型與原型現(xiàn)象單值性條件相似，而且同名的已定準則數(shù)值上相等。9.Nu,Re,Pr,Gr準則數(shù)的物理意義。，表征壁面法向無量綱過余溫度梯度的大小，由此梯度反映對流換熱的強弱；，表征流體流動時慣性力與粘滯力的相對大小，Re的大小能反映流態(tài)；，物性準則，反映了流體的動量傳遞能力與熱量傳遞能力的相對大小；，表征浮升力與粘滯力的相對大小，Gr表示自然對流流態(tài)對換熱的影響。第六章單相流體對流換熱及準則關聯(lián)式對管內受迫對流換熱，為何采用短管和彎管可以強化流體的換熱？.短管:入口效應。入口處邊界層較薄，對流換熱強度較大；彎管：由于離心力作用，產生二次回流，對邊界層形成一定擾動。對管內受迫對流換熱，各因素對紊流表面?zhèn)鳠嵯禂?shù)影響的大小?？諝鈾M掠管束時，沿流動方向管排數(shù)越多，換熱越強，為什么？橫掠管束時，前排管子后形成的渦旋對后排管子上的邊界層造成一定的擾動作用，有利于換熱。無限空間自然對流換熱的自?；F(xiàn)象及應用。自然對流紊流的表面?zhèn)鳠嵯禂?shù)與定型尺寸無關，該現(xiàn)象稱自?；F(xiàn)象。利用這一特征，紊流換熱實驗研究可以采用較小尺寸的物體進行，只要求實驗現(xiàn)象的Gr·Pr值處于紊流范圍。第七章凝結與沸騰換熱膜狀凝結和珠狀凝結的概念.膜狀凝結：沿整個壁面形成一層薄膜，并且在重力的作用下流動，凝結放出的汽化潛熱必須通過液膜，因此，液膜厚度直接影響了熱量傳遞。珠狀凝結：當凝結液體不能很好的浸潤壁面時，則在壁面上形成許多小液珠，此時壁面的部分表面與蒸汽直接接觸，因此，換熱速率遠大于膜狀凝結（可能大幾倍，甚至一個數(shù)量級）雖然珠狀凝結換熱遠大于膜狀凝結，但可惜的是，珠狀凝結很難保持，因此，大多數(shù)工程中遇到的凝結換熱大多屬于膜狀凝結，因此，教材中只簡單介紹了膜狀凝結2．為什么冷凝器中的管子多采用水平布置？要增大臥式冷凝器的換熱面積，采用什么方案最好？只要不是很短的管子，水平布置較豎直布置管外的凝結表面?zhèn)鳠嵯禂?shù)大。采用增長管長的辦法最好。3．蒸汽在水平管束外凝結時，沿液膜流動方向管束排數(shù)越多，換熱強度越低。為什么？蒸汽在水平管束外凝結時，上排管子形成的凝結液滴落到下排管子上，使液膜層增厚，阻礙了換熱。4．沸騰的概念。工質內部形成大量氣泡并由液態(tài)轉換到氣態(tài)的一種劇烈的汽化過程。過冷沸騰和飽和沸騰的概念。過冷沸騰：指液體主流尚未達到飽和溫度，即處于過冷狀態(tài)，而壁面上開始產生氣泡，稱之為過冷沸騰飽和沸騰：液體主體溫度達到飽和溫度，而壁面溫度高于飽和溫度所發(fā)生的沸騰，稱之為飽和沸騰。6．飽和沸騰曲線可以分成幾個區(qū)域?有那些特性點?各個區(qū)域在換熱原理上有何特點?大空間飽和沸騰曲線：表征了大容器飽和沸騰的全部過程，共包括4個換熱規(guī)律不同的階段：自然對流、泡態(tài)沸騰、過渡態(tài)沸騰和膜態(tài)沸騰。7.氣化核心的概念。實驗表明，通常情況下，沸騰時汽泡只發(fā)生在加熱面的某些點，而不是整個加熱面上，這些產生氣泡的點被稱為汽化核心，較普遍的看法認為，壁面上的凹穴和裂縫易殘留氣體，是最好的汽化核心8.什么是臨界熱流密度?什么是燒毀點?熱流密度的峰值qmax有重大意義，稱為臨界熱流密度，亦稱燒毀點。一般用核態(tài)沸騰轉折點作為監(jiān)視接近qmax的警戒。這一點對熱流密度可控和溫度可控的兩種情況都非常重要。第八章熱輻射基本定律1．熱輻射定義和特點。(1)定義：由熱運動產生的，以電磁波形式傳遞的能量；(2)特點：a任何物體，只要溫度高于0K，就會不停地向周圍空間發(fā)出熱輻射；b可以在真空中傳播；c伴隨能量形式的轉變；d具有強烈的方向性；e輻射能與溫度和波長均有關；f發(fā)射輻射取決于溫度的4次方。什么是黑體,灰體?實際物體在什么樣的條件下可以看成是灰體?黑體：是指能吸收投入到其面上的所有熱輻射能的物體，是一種科學假想的物體，現(xiàn)實生活中是不存在的。但卻可以人工制造出近似的人工黑體?；殷w：單色發(fā)射率與波長無關的物體稱為灰體。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比例。3．物體的發(fā)射率,吸收率,反射率,透射率是怎樣定義的?發(fā)射率：相同溫度下，實際物體的輻射力與同溫度下黑體輻射力之比當熱輻射投射到物體表面上時，一般會發(fā)生三種現(xiàn)象，即吸收、反射和透射。吸收率表示投射的總能量中被吸收的能量所占份額；反射率表示投射的總能量中被反射的能量所占份額；透射率表示投射的總能量中被透射的能量所占份額。4.漫表面的概念。物體發(fā)射的輻射強度與方向無關的性質叫漫輻射。反射的輻射強度與方向無關的性質叫漫反射。既是漫輻射又是漫反射的表面統(tǒng)稱漫表面。5．白顏色的物體就是白體，黑顏色的物體就是黑體，對嗎？為什么？黑體、白體是對全波長射線而言。在一般溫度條件下，由于可見光在全波長射線中只占有一小部分，所以物體對外來射線吸收能力的高低，不能憑物體的顏色來判斷。6.四個黑體輻射基本定律。普朗克定律，斯蒂芬—玻爾茲曼定律，蘭貝特余弦定律，基爾霍夫定律。第九章輻射換熱計算角系數(shù)的定義及性質。角系數(shù)：有兩個表面，編號為1和2，其間充滿透明介質，則表面1對表面2的角系數(shù)X1,2是：表面1發(fā)射出的輻射能中直接落到表面2上的百分數(shù)。同理，也可以定義表面2對表面1的角系數(shù)。角系數(shù)性質：相對性，完整性，分解性。2．重輻射面（絕熱表面）的特點。重輻射面（絕熱表面）的凈換熱量為零。重輻射面（絕熱表面）仍然吸收和發(fā)射輻射，只是發(fā)出的和吸收的輻射相等。它仍然影響其它表面的輻射換熱。這種表面溫度未定而凈輻射換熱量為零的表面被稱為重輻射面（絕熱表面）。3．有效輻射的概念?；殷w表面的有效輻射是其表面的本身輻射和反射輻射之和。4．.表面輻射熱阻和空間輻射熱阻的表達式。表面輻射熱阻：空間輻射熱阻：5．應用網(wǎng)絡法的基本步驟A畫等效電路圖；B列出各節(jié)點的熱流(電流)方程組；C求解方程組，以獲得各個節(jié)點的等效輻射；D利用公式，計算每個表面的凈輻射熱流量。6．強化輻射換熱和削弱輻射換熱的主要途徑強化輻射換熱的主要途徑有兩種：(1)增加發(fā)射率；(2)增加角系數(shù)。削弱輻射換熱的主要途徑有三種：(1)降低發(fā)射率；(2)降低角系數(shù)；(3)加入隔熱板。7．普通窗玻璃對紅外線幾乎是不透過的，但為什么隔著玻璃曬太陽卻使人感到暖和？(1)雖然紅外線幾乎不透過，但太陽中的可見光卻可大部分透過；(2)室內常溫物體發(fā)出的紅外線幾乎不能透過窗戶到室外。8．北方深秋季節(jié)的清晨，樹葉葉面上常常結霜。試問樹葉上下表面的哪一面結霜？為什么？樹葉上表面結霜。因為此時天空的溫度已降得很低，樹葉上表面和天空間輻射換熱可失去更多能量；而樹葉下表面和大地間有輻射換熱，大地表面溫度相對天空溫度要高得多。9．太陽能吸收器表面材料應滿足什么特性？并說明原因對太陽輻射波段內的射線單色吸收率盡可能大，發(fā)射紅外波段內范圍內射線的單色發(fā)射率盡可能的小。這樣可以從太陽輻射中盡可能多的吸收能量，而其本身的輻射損失很小。第十章傳熱和換熱器1．.換熱器有那些主要形式?換熱器是實現(xiàn)兩種或兩種以上溫度不同的流體相互換熱的設備，按工作原理可分為三類：間壁式換熱器、混合式換熱器、回熱式換熱器。2．間壁式換熱器的主要型式(1)套管式換熱器：最簡單的一種間壁式換熱器，流體有順流和逆流兩種，適用于傳熱量不大或流體流量不大的情形