傳熱學知識點總結

傳熱學知識點總結

　　在學習中，大家對知識點應該都不陌生吧？知識點是知識中的最小單位，最具體的內容，有時候也叫“考點”。掌握知識點有助于大家更好的學習。以下是小編為大家整理的傳熱學知識點總結，供大家參考借鑒，希望可以幫助到有需要的朋友。

　　第一章

　　§1-1 “三個W”

　　§1-2 熱量傳遞的三種基本方式

　　§1-3 傳熱過程和傳熱系數

　　要求：通過本章的學習，讀者應對熱量傳遞的三種基本方式、傳熱過程及熱阻的概念有所了解，并能進行簡單的計算，能對工程實際中簡單的傳熱問題進行分析（有哪些熱量傳遞方式和環節）。作為緒論，本章對全書的主要內容作了初步概括但沒有深化，具體更深入的討論在隨后的章節中體現。

　　本章重點：

　　1.傳熱學研究的基本問題

　　物體內部溫度分布的計算方法

　　熱量的傳遞速率

　　增強或削弱熱傳遞速率的方法

　　2.熱量傳遞的三種基本方式

　　(1).導熱：依靠微觀粒子的熱運動而產生的熱量傳遞。傳熱學重點研究的是在宏觀溫差作用下所發生的熱量傳遞。

　　傅立葉導熱公式：

　　(2).對流換熱：當流體流過物體表面時所發生的熱量傳遞過程。

　　牛頓冷卻公式：

　　(3).輻射換熱：任何一個處于絕對零度以上的物體都具有發射熱輻射和吸收熱輻射的能力，輻射換熱就是這兩個過程共同作用的結果。由于電磁波只能直線傳播，所以只有兩個物體相互看得見的部分才能發生輻射換熱。

　　黑體熱輻射公式：

　　實際物體熱輻射：

　　3.傳熱過程及傳熱系數：熱量從固壁一側的流體通過固壁傳向另一側流體的過程。

　　最簡單的傳熱過程由三個環節串聯組成。

　　4.傳熱學研究的基礎

　　傅立葉定律

　　能量守恒定律+ 牛頓冷卻公式 + 質量動量守恒定律

　　四次方定律

　　本章難點

　　1.對三種傳熱形式關系的理解

　　各種方式熱量傳遞的機理不同，但卻可以（串聯或并聯）同時存在于一個傳熱現象中。

　　2.熱阻概念的理解

　　嚴格講熱阻只適用于一維熱量傳遞過程，且在傳遞過程中熱量不能有任何形式的損耗。 思考題：

　　1.冬天經太陽曬過的棉被蓋起來很暖和，經過拍打以后，效果更加明顯。為什么？

　　2.試分析室內暖氣片的散熱過程。

　　3.冬天住在新建的居民樓比住舊樓房感覺更冷。試用傳熱學觀點解釋原因。

　　4.從教材表1-1給出的幾種h數值，你可以得到什么結論？

　　5.夏天，有兩個完全相同的液氮貯存容器放在一起，一個表面已結霜，另一個則沒有。請問哪個容器的隔熱性能更好，為什么

　　第二章 導熱基本定律及穩態導熱

　　§2-1 導熱的基本概念和定律

　　§2-2 導熱微分方程

　　§2-3 一維穩態導熱

　　§2-4伸展體的一維穩態導熱

　　要求：本章應著重掌握Fourier定律及其應用，影響導熱系數的因素及導熱問題的數學描寫——導熱微分方程及定解條件。在此基礎上，能對幾種典型幾何形狀物體的一維穩態導熱問題用分析方法確定物體內的溫度分布和通過物體的導熱量。

　　本章重點：

　　1.基本概念

　　溫度場 t=f(x,y,z,τ)，穩態與非穩態，一維與二維

　　導熱系數λ

　　２.導熱基本定律：

　　可以認為是由傅立葉導熱公式引深而得到，并具有更廣泛的適應性。

　　(1) 可以應用于三維溫度場中任何一個指定的方向

　　(2) 不要求物體的導熱系數必須是常數

　　(3) 不要求沿x方向的導熱量處處相等

　　(4) 不要求沿x方向的溫度梯度處處相等

　　(5) 不要求是穩態導熱

　　3.導熱微分方程式及定解條件

　　1)導熱微分方程式控制了物體內部的溫度分布規律，故亦稱為溫度控制方程只適用于物體的內部，不適用于物體的表面或邊界。受到坐標系形式的限制。其推導依據是能量守恒定律和傅立葉定律。

　　2)定解條件

　　定解條件包括初始條件和邊界條件。

　　第一類邊界條件給定邊界上的溫度值

　　第二類邊界條件給定邊界上的熱流密度值

　　第三類邊界條件給定邊界對流換熱條件

　　3)求解思路

　　求解導熱問題的思路主要遵循“物理問題數學描寫求解方程溫度分布熱量計算”

　　4.一維穩態導熱問題的解析解

　　1)如何判斷問題是否一維

　　2)兩種求解方法

　　對具體一維穩態無內熱源常物性導熱問題，一般有兩種求解方法：一是直接對導熱微分方程從數學上求解，二是利用fourier定律直接積分。前者只能得出溫度分布再應用fourier定律獲得熱流量。

　　3)溫度分布曲線的繪制

　　對一維穩態無內熱源導熱問題，當沿熱流方向有面積或導熱系數的變化時， 依此很容易判斷溫度分布。

　　本章難點：

　　本章難點是對傅立葉導熱定律的深入理解并結合能量守恒定律靈活應用，這是研究及解決所有熱傳導問題的基礎。

　　思考題：

　　1.如圖所示為一維穩態導熱的兩層平壁內溫度分布，導熱系數λ均為常數。試確定：

　　(1)q1，q2及q3的相對大��；(2) λ1和λ2的相對大小。

　　2.一球形貯罐內有-196 的液氦，外直徑為2m，外包保溫層厚30cm， 其λ= 0.6w/m.k。環境溫度高達40，罐外空氣與保溫層間的h=5w/m2.k試計算通過保溫層的熱損失并判斷保溫層外是否結霜。

　　3.試推導變截面伸展體的導熱微分方程，并寫出其邊界條件。假設伸展體內導熱是一維的。

　　第三章 非穩態導熱

　　§3-1非穩態導熱的基本概念

　　§3-1集總參數法

　　§3-3非穩態導熱過程的微分方程分析

　　要求：通過本章的學習，讀者應熟練掌握非穩態導熱的基本特點，集總參數法的基本原理及其應用，一維非穩態導熱問題的分析解及海斯勒圖的使用方法。讀者應能分析簡化實際物理問題并建立其數學描寫，然后求解得出其瞬時溫度分布并計算在一段時間間隔內物體所傳遞的導熱量。

　　本章重點；

　　一.非穩態導熱過程

　　1.實質：由于某種原因使物體內某點不斷有凈熱量吸收或放出，形成了非穩態溫度場。

　　2.一維非穩態導熱的三種情形：見教材圖3-3。

　　3.Bi,Fo數的物理意義

　　二.集總參數法

　　1.實質：是當導熱體內部熱阻 忽略不計即Bi0時研究非穩態導熱的一種方法。判別依據：Bi<0.1M。

　　2.時間常數

　　3.幾點說明：導熱體外的換熱條件不局限于對流換熱。建立導熱微分方程的根本依據是能量守恒定律；由Bi數的定義，若h或特征長度d未知時，事先無法知道Bi數的大小，此時先假設集總參數法條件成立，待求出h或d之后，進行校核。

　　三.一維非穩態導熱分析解

　　1.前提：一維、無內熱源、常物性，Bi 或有限大。

　　2.非穩態導熱的正規狀況階段：當Fo>0.2以后，非穩態導熱進入正規狀況階段。此時從數學上表現為解的無窮級數只需取第一項，從物理上表現為初始條件影響消失，只剩下邊界條件和幾何因素的影響。

　　本章難點：

　　1.對傅立葉數Fo和畢渥數Bi物理含義的理解。

　　2.集總參數法和一維非穩態導熱問題分析解的定量計算。

　　思考題：

　　1.兩個側面積和厚度都相同的大平板， 也一樣，但導溫系數a不同。如將它們置于同一爐膛中加熱，哪一個先達到爐膛溫度？

　　2.兩塊厚度為30mm的無限大平板，初始溫度20℃,分別用銅和鋼制成，平板兩側表面溫度突然上升到60℃，試計算使兩板中心溫度均上升到56℃時,兩板所需時間比。已知a銅=103，a鋼=12.9(10-6m2/s)。

　　3.某同學擬用集總參數法求解一維長圓柱的非穩態導熱問題，他算出了Fo和Bi數，結果發現Bi不滿足集總參數法的條件，于是他改用Fo和Bi數查海斯勒圖，你認為他的結果對嗎，為什么？

　　4.在教材圖3-6中，當 越小時， 越小，此時其他參數不變時 越小。即表明 越小，平板中心溫度越接近流體溫度。這說明 越小時物體被加熱反而溫升越快，與事實不符，請指出上述分析錯誤在什么地方。

　　5.用熱電偶測量氣罐中氣體的溫度，熱電偶初始溫度20℃，與氣體表面h=10w/m2.k，熱電偶近似為球形，直徑0.2mm。試計算插入10s后，熱電偶的過余溫度為初始過余溫度的百分之幾？要使溫度計過余溫度不大于初始過余溫度的1%，至少需要多長時間？已知熱電偶焊錫絲的 =67w/m.k， ρ=7310kg/m3，c=228J/kg.k。

　　第四章 對流換熱

　　§5-1 對流換熱概說

　　§5-2 對流換熱的數學描寫

　　§5-3 對流換熱邊界層微分方程組

　　§5-4 相似理論基礎

　　§5-5 管內受迫流動

　　§5-6 橫向外掠圓管的對流換熱

　　§5-7 自然對流換熱及實驗關聯式

　　要求；通過本章的學習，讀者應從定性上熟練掌握對流換熱的機理及其影響因素，邊界層概念及其應用，以及在相似理論指導下的實驗研究方法，進一步提出針對具體換熱過程的強化傳熱措施。本章主要從定量上計算無相變流體的對流換熱，讀者應能正確選擇實驗關聯式計算幾種典型的無相變換熱（管槽內強制對流，外掠平板、單管及管束強制對流，大空間自然對流）的表面傳熱系數及換熱量。

　　本章重點：

　　一.對流換熱及其影響因素

　　對流換熱是流體掠過與之有溫差的壁面時發生的熱量傳遞。導熱和對流同時起作用。表面傳熱系數h是過程量。

　　研究對流換熱的目的從定性上講是揭示對流換熱機理并針對具體問題提出強化換熱措施，從定量上講是能計算不同形式的對流換熱問題的h及Q。

　　對流換熱的影響因素總的來說包括流體的流動起因、流動狀態、換熱面幾何因素、相變及流體熱物性等。亦說明h是一復雜的過程量，Newton冷卻公式僅僅是其定義式。

　　二.牛頓冷卻公式

　　三.分析法求解對流換熱問題的實質

　　分析法求解對流換熱問題的關鍵是獲得正確的流體內溫度分布，然后利用式5-3求出h，進而得到平均表面傳熱系數。

　　四.邊界層概念及其應用

　　速度和溫度邊界層的特點及二者的區別。溫度邊界層內流體溫度變化劇烈，是對流換熱的主要熱阻所在。

　　數量級對比是推導邊界層微分方程組常用的方法�；�于：

　　五.相似原理

　　對流換熱的主要研究方法是在相似理論指導下的實驗方法。學習相似理論，應充分理解并掌握三個要點：如何安排實驗（應測的量）；實驗數據和整理方法；所得實驗關聯式推廣應用的條件。

　　準則數一般表現為相同量綱物理量或物理量組合的比值，在具體問題中表示的并不是其比值的真正大小，而是該比值的變化趨勢。

　　傳熱與流動中常見的準則數Re、Pr、Nu、Gr、Bi、Fo，其定義和物理意義是應該熟練掌握的。

　　六.無相變對流換熱的定量計算

　　注意：

　　判斷問題的性質

　　選擇正確的實驗關聯式

　　三大特征量的選取：

　　牛頓冷卻公式對不同的換熱，溫差和換熱面積有區別

　　實際問題中常常需要使用迭代方法求解，計算結束時應校核前提條件是否滿足。（或則，需先假定流態，最后再校核）

　　對流換熱常常與輻射換熱同時起作用，尤其在有氣體參與的場合。

　　本章難點：

　　對流換熱機理和過程的理解

　　相似原理和相似準則數意義的理解

　　定量計算

　　思考題；

　　1.管內強制對流換熱，為何采用短管或彎管可以強化流體換熱？

　　2.其它條件相同時，同一根管子橫向沖刷與縱向沖刷比，哪個的h大，為什么？

　　3.在地球表面某實驗室內設計的自然對流換熱實驗，到太空中是否仍有效？為什么？

　　4.由 式中沒有出現流速，h與流體速度場無關，這樣說對嗎？

　　5.一般情況下粘度大的流體其Pr也大。由 可知，Pr越大，Nu也越大，從而h也越大，即粘度大的流體其h也越高，這與經驗結論相悖，為什么？

　　高等傳熱學課件對流換熱

　　一、概述

　　湍流模型是半經驗、半理論的研究方法，其目的是將湍流的脈動相關項與時均量聯系起來，使時均守恒方程封閉。

　　自1925年Prandtl提出混合長度理論，各國學者對湍流模型進行了大量研究，提出了許多模型。W.C.Regnolds建議按模型中所包含的微分方程數目進行分類，成為目前適用的湍流模型分類方法。 一般將湍流模型分為：

　　z 零方程模型（代數方程模型）

　　z 一方程模型

　　z 二方程模型

　　z 多方程模型

　　研究（Morkovin 莫爾科文）表明：當M<5時，流體的可壓縮性對湍流結構不起主導影響，因此我們僅參考不可壓縮情況。

　　根據大量的實驗研究結果，湍流邊界層對流換熱的強弱主要取決在內層區：由相似原理分析得出，Prt近似是一個常數（Prt≈0.9）這樣，只要確定了νt，即可容易地得到αt，所以在介紹湍流模型時，只給出νt或t時均量的關系式。

　　二、零方程模型（代數方程模型） 零方程模型中不包含微分方程，而用代數關系式將νt與時均量關聯起來。Prandtl混合長度理論是最早的代數方程模型。它適用于：充分發展的湍流剪切流邊界層內層，y≤0.2δ。對外層區，一些學者研究后仍沿用Prandtl混合長度的模型關系式：但，L=λ δ （3.7.1） 實驗常數λ在0.08~0.09之間。

　　Von Kármán、Deissler、Van Driest、Taylor等人先后提出了更完善的代數方程模型。

　　(1) Von Kármán模型

　　Von Kármán假設湍流內各點的脈動相似（局部相似），即各點之間只有長度尺度與空間尺度的差別。對平行流流場，若對某點（y0處）附近的時均速度進行Taylor展開：

　　（a）

　　若流動相似，則必有尺度L與速度u0（u0＝u(y0)）使上式無量綱后成為通用分布。

　　u(y0)y令 Y=； U(Y)= u0L

　　則有無量綱形式：

　�。╞） 若上式是相似的通用速度分布，則式中各系數之比應與位置無關，而是一個常數。則令：

　　得出：

　　其中：K

　�。�3.7.2） =0.4～0.41。

　　(2) Deissler模型與Van Driest模型

　　Deissler與Van Driest均認為，在靠近壁面的粘性底層，脈動并不為零，而是逐漸衰減，只在壁面上才嚴格為零。建議采用指數函數阻尼因子的形式。

　　Deissler模型：式中，n＝0.124.

　�。�3.7.4）

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