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1、传热学知识总传热学主要知识点 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导热的特点。 a 必须有温差；b 物体直接接触；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 在引力场下单纯的导热一般只发生在密实的固体中。 3.对流(Convection)的概念。 流体中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 导热与热对流同时存在的复杂热传递过程 b 必须有直接接触和宏观运动；也必须有温差 c
2、壁面处会形成速度梯度很大的边界层 5.牛顿冷却公式的基本表达式及其中各物理量的定义。 =hA(tw-t) Wq= A =h(tw-tf) Wm26. 热辐射的特点。 a 任何物体，只要温度高于0 K，就会不停地向周围空间发出热辐射； b 可以在真空中传播； c 伴随能量形式的转变； d 具有强烈的方向性； e 辐射能与温度和波长均有关； f 发射辐射取决于温度的4次方。 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度时、每单位壁面面积上、单位时间内所传递的热量。影响h因素：流速、流
3、体物性、壁面形状大小等。传热系数：是表征传热过程强烈程度的标尺，不是物性参数，与过程有关。 8. 实际热量传递过程： 常常表现为三种基本方式的相互串联/并联作用。 1 9. 复杂传热过程 2 Upside L a2AL AAx Downside 第一章 导热理论基础 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：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)空隙中充有空气,空气导热系数小,因此保温性好; (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)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
4、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，即值大或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
5、件导热微分方程式描写物体的温度随时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、边界条件。 3 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第一类边界条件：规定了边界上的温度第二类边界条件：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； 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 稳态导热 1值.由第三
6、类边界条件下通过平壁的一维稳态导热量关系式，分析 =tf1-tf21d1+h1AlAh2A W第三类边界条件下通过平壁的一维稳态导热量关系式：为了增加传热量，可以采取哪些措施? 增加温差，但受工艺条件限制 减小热阻： a) 金属壁一般很薄(d 很小)、热导率很大，故导热热阻一般可忽略 b) 增大h1、h2，但提高h1、h2并非任意的 c) 增大换热面积 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在管道外覆盖保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
7、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 给导热带来额外的热阻，即接触热阻。 5. 热阻： 单位面积上的传热热阻：Rk=单位面积上的导热热阻：Rl=1 kd。 l1 h对比串联热阻大小就可以找到强化传热的主要环节 单位面积上的对流换热热阻：Rl= 4 第三章 非稳态导热 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 2Bi 准则数, Fo准则数的定义及物理意义。 Bi 准则数：Bi=hdl1/hatFo准则数：Fo=2,是非稳态导热过程的无量纲时间。 d=d/l=物体内部导热热阻； 物体表面对流换热热阻3集总参数法的物理意义及应
8、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：Bi0.1 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rcV/(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非稳态导热的正规状况阶段的物理意义。 当Fo0.2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规状况阶段。 6半无限大物体的概念。半无限大物体的概
9、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-z平面为界面，在正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数值解法的基本求解过程数值解法，即把原来在时间和空间连续的物理量的场，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
10、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. 5 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)流动起因; (2)流动状态; (3)流体有无相变; (4)换热表面的几何因素; (5)流体的热物理性质。 2对流换热是如何分类的? (1) 流动起因：自然对流和强制对流； (2) 流动状态: 层流和紊流； (3)流体有无相变: 单相换热和相变换热(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
11、微分方程式。 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主流区：速度梯度为0，t=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流动边界层的几个重要特性。 (1) 边界层厚度 d 与壁的定型尺寸L相比极小，d 0，而Tsky0，因此地球表面温度有可 能低于0，即地面可能结冰。 17、什么是“半无限大”物体？半无限大物体的非稳态导热存在正规状况阶段吗？ 答：所谓“半无限大”物体，是指平面一侧空间无限延伸的物体。因为物体向纵深无限延伸，初始温度的影响就远不会消除，所以，半无限大物体的非稳
12、态导热不存在正规状况阶段。 18、Bi0和Bi各代表什么样的换热条件？有人认为Bi0代表了绝热工况，是否正确，为什么？ 答：Bi0时，物体表面的换热热阻远大于物体内部导热热阻。说明换热热阻主要在边界，物体内部导热热阻几乎可以忽略，因而任一时刻物体内部的温度分布趋于均匀，并随时间的推移整体地下降。可以用集总参数法进行分析求解。 Bi时，物体表面的换热热阻远小于物体内部导热热阻。在这种情况下，非稳态导热过程刚开始进行的一瞬间，物体的表面温度就等于周围介质的温度。但是，因为物体内部导热热阻较大，所以物体内部各处的温度相差较大，随着时间的推移，物体内部各点的温度逐渐下降。在这种情况下，物体的冷却或加热
13、过程的强度只决定于物体的性质和几何尺寸。 认为Bi0代表绝热工况是不正确的，Bi0的工况是指边界热阻相对于内部热阻较大，而绝热工况下边界热阻无限大。 19 试说明集总参数法的物理概念。 答：当固体内部的导热热阻远小于其表面的换热热阻时，即当内外热阻之比趋于零时，影响换热的主要环节是在边界上的换热能力，而内部由于热阻很小而温度趋于均匀，以至于不需要关心温度在空间的分布，温度只是时间的函数。 tt20、什么叫时间常数c？试分析测量恒定的流体温度时c对测量准确度的影16 响。 答：tc=rcVhA,具有时间的量纲，称为时间常数，tc数值上等于过余温度t为初始过余温度的36.8%时所经历的时间。c越小，表示物体热惯性越小，到达流体温度的时间越短。测温元件的时间常数大小对恒温流体的测量准确度没t有影响，对变温流体的测量准确度有影响，c越小，准确度越高。 17
