《注册暖通工程师公式大全.docx》由会员分享，可在线阅读，更多相关《注册暖通工程师公式大全.docx（56页珍藏版）》请在三一办公上搜索。
1、传热学第1章传热基本概念1、温度梯度：Rradr-r!m9指向温度升高的方向；2、傅立叶定律：热流密度g=一&e加/m3、导热系数：/,H4、热扩散系数（导温系数）：0-|79表征物体被加热或冷却时，物体温度趋于均匀一致的能力。第2章稳态导热2.0导热方程及边界条件1）导热常微分方程：2）边界条件：第一类：已知任意时刻物体边界上的温度值：，；第二类：已知任意时刻物体边界上的热流密度：dr；第三类：已知边界周围物体的温度,和表面传热系数，即,*l*,；2.1平壁稳态导热D第一类边界条件：1、温度分布：,一J一用d：2、热流密度：一用-告；3、热流量：0-M-Azm；U；4、多层平壁热流密度：2）
2、第三类边界条件：1、热流密度：j;2、多层平壁热流密度：2.2圆筒壁稳态导热D第一类边界条件:1、温度分布：;1、温度分布=e=%i,2、肋端温度（过余温度）：2、3、热流密度:/热流量：=;4、多层圆筒热流密度:8=f二I.-j吊莉3、肋片表面散热量:=次面畴Idj1 、热流密度：增大g表面换热系近ItI肋厚，ttt肋高，It肋的导热系数tttfzJJ= =lTJ ，僦等截面直肋散热影响因素th2）第三类边界条件:tftf3*=+n=-+入研21M毋蝎2、多层圆筒热流密度:2.3临界热绝缘直径单位管长总热阻：A，时，有散热作用;k“时，有保温作用;2.4肋片传热4、肋片效率：5、界面接触热阻
3、：三第3章非稳态导热1、非稳态导热中的两个准则傅里叶准则：“啰。当，皿时，过余温度随时间线性变化，瞬态温度变化进行正常情况阶段。毕渥准则：专，数值大小直接影响物体内温度分布情况。当.,意味着对流换热热阻趋于0,壁表面温度几乎从开始立即达到流体3;当，意味着物体导热热阻趋于0,温度分布应超于均匀一致。Bi准则越小，内部温度越趋于一致。当Bi0.1时，可近似认为物体温度是均匀一致的。2、集总参数法.m时，可使用集总参数法时间常数(弛豫时间)-胃当r=r.时，%p=3MA当一r时，-i-l!s%隐式差分格式二阶中心差分一阶向后差分无第二、三类边界条件，采用显式差分，稳定条件为心备：采用隐式差分则无稳
4、定条件。第5章对流换热5.0对流换热基本理论对流换热既有对流，又有导热，不是基本传热方式，确定及增强换热的措施是对流换热的核心问题。基本公式为牛顿冷却公式：牛顿冷却公式：.心）影响对流换热系数的因素：流动的起因流动速度流体有无相变换热面的几何形状、大小和位置流体的热物理性质确定对流换热系数h函数关系式的方法：理论解法：理论解法（分析法）是在所建立的边界层对流换热微分方程组的基础上，通过数学分析解法、积分近似解法、数值解法和比拟法求得对流换热系数h的表达式。实验解法：相似原理或量纲分析法，将众多的影响因素综合成为数不多的无量纲准则，通过实验求得各准则间的函数关系，再将函数关系推广到及实验现象相似
5、的实际现象中去。比拟法：比拟法是指通过研究动量传递及热量传递的共性或类似特性，以建立起表面传热系数及阻力系数间相互关系的方法。数值法：数值法是指通过数值计算的方法求解表面传热系数。5.1边界层对流传热理论流动边界层：壁面上流体速度为零，到接近流体主流速度的一流体层，厚度为$,即流体速度为主流速度.的0.99处，即。热边界层：过余温度6M1W=。9乜TJ,壁温,.，热边界层厚度为可认为只有在热边界层有温度变化，热边界层以外可视为等温流动区。热边界层厚度不一定等于流动边界层厚度。1）外掠平板层流换热：普朗特数PT边界层厚度：-SOReZ适用范围:0-6Pr60 % 5x(PRer o寸为板长，。对
6、大小，流体自由流动状态局部摩擦系数：牛/平均摩擦系数：Cy=lf=IJ28Re局部换热系数：0.33WpJr/准则关联式：Ny0,333*H平均换热系数：I.*%/准则关联式：Nm?0,664pr/定性温度：，*,力2,定型尺寸为板长、I。2)外掠平板紊流换热：局部摩擦系数：W593U,X准则关联式：0X)29准则关联式：N*037Rdu*-87r.定性温度：%=+,定型尺5.2对流换热无量纲准则及意义斯坦顿准则：Sr“RcPrN，反映紊流表面吃P传热系数和摩擦系数间关系，称雷诺类比律。努谢尔特准则：日苧，数值大小反映了对流换热的强弱。雷诺准则：2力反映流体流动时惯性力及黏滞力的相对大小，反映
7、流态对换换的影响。格拉晓夫准则：3一呼,反映浮升力及黏滞力的相对换热影响。普朗特准则：*,又称物性准则，反映了流体的动量传递和热量传递能力的相对大小。Pr值的大小：液态金属水油.5.3相似原理相似条件：同类现象，单值性条件相似，同名的已定准则相等。单值条件包括：几何条件，物理条件，边界条件，时间条件。5.4常用相识准则：1）无相变受迫稳态对流换热，若自然对流可忽略不计：2）对于空气，,为常数，无相变受迫稳态对流换热，则为：3）自然对流换热：第6章单相流体对流换热6.1管内受迫对流换热进口段长度：-,流动进口段长度大于热进口段长度；*流动进口段长度小于热进口段长度:1）紊流换热：关联式：Nu=R
8、uPr）=CRcPr迪图斯-贝尔特关联式：非圆管当量直径：乩=4MU螺旋管修正系数：气体：e,-.l+1.77rf液体：rllI+1UX）2）层流换热：管子较长，不考虑自然对流的影响：3）粗糙管壁的换热：管内紊流换热阻力损失：M-T手/：沿程阻力系数6.2外掠圆管流动换热1）外掠单管-.o,不发生脱体；IORe0.3,无环流，可按无限空间计算；两壁温差和高度都很小,使GrC2000,则无流动，可按纯导热计算。(2)水平夹层：此时自然对流只发生在热面在下的情况。对气体，GrG700时可按纯导热计算；Gr1700后出现蜂窝状分布的环流；Gr=50000后呈现无序的紊流。(3)倾斜夹层SIu可作为判
9、断自由流动影响程度的准则，体现了浮升力及惯性力的相对大小。一般，当20.1时，则不能忽略自然对流的影响；当210时，则可按纯自然对流处理。第7章凝结及沸腾换热凝结分为膜状凝结和珠状凝结。层流膜状凝结换热（30Re.1800后转变为紊流，整个壁面的平均表面传热系数应按加权平均计算。多根管的水平管束，上排的凝液会流到下排管上，使下排管凝液膜加厚，传热效果降低。影响膜状凝结换热因素：蒸气中含微量不凝气体，对换热影响很大；含润滑油；Re数低时，表面粗糙使膜增厚，传热性能降低。增强凝结换热措施措施：减薄凝液膜厚度，加速排液。1）垂直壁层流膜状凝结理论平均传热系数：Hx修正平均传热系数：-h凝结准则：T筝
10、广垂直管：C-1.76Rc./；水平管：GL5lRc./；凝结准则。为无量纲数群，也称为修正准则，其大小反映凝结换热的强弱。2）垂直壁层紊流膜状凝结3）水平管外壁水平管由于管径较小，不会出现紊流膜状凝结，只有层流膜状凝结。表面传热系数下一层管比上一层管小。平均传热系数-Lr水平管簇冷凝器大多数由管束组成。一般用Nd代替上式的d。峭,当（A时，枣2,故横管传热系数比竖管要大，故冷凝器都设计成卧式。7.2沸腾换热饱和沸腾过程：过热度小，无沸腾，为自然对流换热；过热度升高，换热强烈，称核态沸腾；生成气泡过多，开始覆盖加热面形成气膜，传热恶化，气膜不容易开裂，称过渡沸腾（或膜态沸腾），持续到热流密度为
11、最小时；形成稳定的汽膜层，传热回升，称稳定膜态沸腾。形成气泡核的基本动力：沸腾温差气泡最小半径：y箫第8章辐射传热8.1热辐射基本概念吸收、反射和透射：单色辐射：黑体：；白体；透明体：r=L把波长在0.1Io0的电磁波称为热射线。它在介质中的传播速度等于光速。在真空中可以传播。凡温度大于。A的物体都会发射热射线。黑体：全吸收；白体：全反射；透明体：全透射。辐射强度，是指对某给定方向，在垂直于该方向的单位投影面积上，在单位时间、单位立体角内所发射的全波长能量，符号为，单位%一,也称定向辐射强度。辐射力，是指物体在单位时间内单位表面积向半球空间所发射的全波长能量，以E表示，Wm1黑体的单色辐射力随
12、温度升高而增大，随温度升高最大单色辐射力向短波方向移动。黑体辐射力-寸，及绝对温度四次方成正比，/5.6九10*阿加*uO设表面为漫辐射表面，则定向辐射强度及方向无关。在及法线成角方向的定向辐射力按余弦规律变化，法向的定向辐射力最大。实际物体的单色辐射力随波长和温度的变化是不规则的。发射率=-.。实际物体在红外波段内可近似地作为灰体。在热平衡条件下，物体的定向单色发射率等于它的定向单色吸收比。如果表面不仅是漫辐射，而且是灰体，则辐射性质及方向、波长都无关，发射率等于吸收比。8.2普朗克定律黑体单色发射力维恩位移定律：4t=289%mK8.3斯蒂芬-波尔兹曼定律黑体辐射常数:/=5.67Xl(T
13、iIymIk黑体辐射系数：C=5.6,/K8.4兰贝特余弦定律兰贝特定律表述1：黑体表面具有漫反射性质，即：兰贝特定律表述2,即余弦定向吸收率。定律：漫辐射表面，辐射力是任意方向辐射强度的一倍。8.5基尔霍夫定律实际物体的辐射力及同等温度下黑体的辐射力之比称为该物体的发射率（或黑度）.即灰体是指物体单色辐射能力及同温度黑体单色辐射力随波长的变化曲线相似，或单色发射率不随波长变化的物体。在热平衡条件下，表面单色定向发射率等于它的单色第9章辐射换热计算9.1角系数：角系数：有两个表面，编号为1和2,其间充满透明介质，则表面1对表面2的角系数,是表面1直接投射到表面2上的能量，占表面1辐射能量的百分
14、比。角系数应用的限制条件，即漫射面、等温、物性均匀。角系数的性质：1）互换性：4,=*,x,.；2）完整性：七小凡EG=U3eAXu=AMgfXq三表面封闭系统：X,厂T产无限长表面角系数：9.2灰体面间的辐射传热投入辐射：单位时间内投射到单位面积上的总福射能，记为C。有效辐射：单位时间内离开单位面积的总辐射能为该表面的有效辐射包括了自身的发射辐射,和反射辐射。Co有效辐射：J=*+XJG=Elt+（I）G心甘称为表面A的辐射热阻，又称表面热阻，表面发射率越大，表面热阻越小，黑表面表面热阻为0,组成封闭腔两灰体表面辐射换热计算：平行无限大灰体表面辐射换热计算：空腔及内包壁面表面辐射换热计算：4
15、“且值较大，上式化简0严CA（EM-）9.3气体辐射D气体辐射的特点：（1）气体辐射和吸收具有明显的选择性；（2）气体辐射和吸收在整个容器中进行，强度逐渐减弱。2）气体吸收定律气体吸收定律也叫布格尔定律，即：气体吸收及气体性质、压力、温度及射线波长有关。负号表明辐射强度随气体层厚度增加而减弱。单色辐射强度穿过气体层时按指数规律减弱。太阳辐射能99%集中在0.2-3Jln范围内。通常希望在3m以下太阳辐射的单色吸收比尽量大,3m以上的则尽量小。普通玻璃可透过3um以下射线，3口In以上的长波基本不透过，温室效应。3）气体的发射率和吸收率气体的发射率是表面的辐射特性，吸收率是容积的辐射特性。（1）
16、气体单色吸收率和发射率：（2）气体的吸收率.气体辐射具有选择性，不能当灰体对待。影响气体发射率的因素：体温度；射线平均行程及气体分压的乘积；气体分压及气体所处的总压。第10章传热和换热器对数平均温差：能效,：换热器的实际传热量及最大可能的传热量之比，反映了换热器冷热流体进口温度差的利用率。冷流体：-言热流体：-好传热单元数：SO一注沸腾和凝结时，.,.=o，顺流、逆流及其他所有流动方式的都相同，为：常见相识准则数及其物理意义准则名称表达式物理意义傅立叶准则非稳态过程无量纲时间，表征非稳态过程进行深度。毕渥准则弓固体内部导热热阻及界面上换热热阻之比，为固体内部导热热阻。努谢尔特准则仙=弓表征壁面
17、法向无量纲过余温度梯度的大小，反映对流换热的强弱。为流体内部导热热阻。普朗特准则PrJ=巫上42又称物性准则，反映流体动量传递能力及热量传递能力的相对大小，表现对流物性对换热影响。雷诺准则R史=包表征流体受迫运动时惯性力及粘性力的相对比值，其大小反映了流态对换热影响。格拉晓夫准则GL表征流体自然对流流动时浮升力及粘性力的对比值，其大小反映了自然对流流态对换热的影响。凝结准则-M无量纲数群，也称为修正，、.准贝h其大小反映凝结换热的强弱斯坦登准则Sg隹=上Pr0*黑一种修正N“数,视为流体实际的换热热流密度及流体可传递的最大热流密度之比。J因子jS,Pr无量纲表面传热系数摩擦系数rr无量纲表面切
18、应力工程流体力学及泵及风机（含流体力学）3.1流体力学基础单位质量力：A密度值:户Jfc=WOO（I,牛顿内摩擦定律：剪切力:r-/-9内摩擦力：喏动力粘度：液体：TtU气体：Tt,t完全气体状态方程：*RT压缩系数：-湍一僚作7NL膨胀系数：瑞一崎附1、描述流体运动的方法：拉格朗日法（以单个质点为对象）：欧拉法是以流场为研究对象：时变加速度（当地加速度）:时间变化引起的加速度；位变加速度（迁移加速度）:空间变化引起的加速度；欧拉法（非恒定流）：欧拉法（恒定流）：2、恒定元流能量方程流线：公生三%连续性方程：A=A”4流体能量方程（伯努利方程）：Z：位置水头；f:压强水头；:流速水头；台,测压
19、管水头:=f+z+g:总水头；实际流体能量方程：3、恒定总流能量方程单位重量流体能量方程：动能修正系数：,片分布较均匀的流动。5l,通常取气体能量方程：两断面高度相差不大时：比托管测流速：Fm4、恒定总流动量方程：F=及（令即J-动量修正系数水垂直喷射平板受力：公冷3.2相似原理及因次分析1、相似原理几何相似长度比尺：4=扣=抄,=也In面积比尺一佃1体积比尺一位运动相似：速度比尺：人=公上%m5VE时间比尺：=4-4动力相似：动力相似是运动相似的保证惯性力（D：五3/；粘性力（T）:T重力CG）：Fpsl压力（P）：F,=AH=雷诺数：t弗诺得数：哈.欧拉数：:3.3流动阻力和能量损失1、流
20、动阻力及能量损失管路能量损失：%=E%+%；沿程水头损失：2%；局部水头损失：心备；2、层流及紊流对于圆管：(d：直径；R：水力半径)层流:Re-MKx)(2：WOl、Re,-2000(2J(X)I、Rc-50)(575)3、均匀流方程壁面切应力：2；甲水力坡度：,一打4、圆管层流管内流速分布：“-*-/);最大流速：J-詈小借/平均流速：,丸号小需/；沿程损失：筹嗯%沿程阻力系数：吟5、圆管紊流粘性切应力(牛顿内摩擦定律)：S粘性力：碟；惯性切应力(雷诺力)：丽圆管紊流断面流速分布是对数型的。6、沿程阻力的计算沿程阻力系数;的变化：紊流光滑区:-y,(Re)Rr4)0串联: 流量: 阻抗:
21、并联: 阻抗: 流量:层流区4=4(Re)ReT4JRe2000临界过渡区：4=/；(Rc)RetAt(3(XX)Re22）管嘴流：出口流速：i-e麻;流速系数：e=.*2；收缩系数：一?1系数：=e=082管嘴正常出流条件:H119m.L-34结论：%。，44、明渠恒定流缓流：障碍物的影响能向上游传播的明渠流动形态；急流：障碍物的影响不能向上游传播的明渠流动形态。D梯形断面水力要素：水面宽：=b+2rti；过水断面积：.4=+rnfr；湿周：N=b+2h+病；水力半径：RY2）圆断面水力要素：充满角：老；过水断面积：Aa；湿周：*号:水力半径：R-.如哨3）明渠均匀流的发生条件:恒定流，流量
22、沿程不变；长直渠道；顺坡，坡度沿程不变;=0S5时有%,粗糙系数n沿程不变；沿程无局部干扰。明渠均匀流水力特征：沿程过流断面的水深、流量、断面平均流速、过流断面平均流速均不变；渠底坡度及水利坡度5）渗流孔隙率：，为渗流流速：渗流重要特点：-,-Z啧；达西定律（渗流线性定律）:“一呼噜一渗流系数适用于Re=I-IO的渗流相等，即J=A6）潜水井（完全井）影响半径:R = 3()00Sj = 3000(/ -，4）谢才公式谢才公式：V=C丽=C疯曼宁公式：c-%,n（粗糙系数）流量:Q-AvFc尿.4/对于圆断面：=OS3时有0.流量：；7）集水廊单侧单位宽度上的渗流量：总流量：0=23.5特定流
23、动分析无旋流动：流场中各点旋转角速度等于零的运动，即流体微团不绕自身轴旋转。只有内部不存在摩擦力的理想流体场才可能存在无旋流动。无旋流动的前提：速度势函数：而E乂z）三utdxuvdy+“：史全微分展升：d=产必+-r-y+产di=ud+u,+u.th拉普拉斯方程：+v+=0对于不可压缩的流体的平面流动，存在流函数小,），及速度分量存在以下关系：不可压缩流体平面无旋流动的流函数，满足拉普拉斯方程，也是调和函数。满足拉普拉斯方程的函数称为调和函数。不可压缩流体势流的速度函数，是坐标X、y、Z的调和函数。而拉普拉斯方程本身，就是不可压缩流体无旋流动的连续性方程。无旋和有势互为充分必要条件。一切不可
24、压缩流体的平面流动，无论是有旋流动还是无旋流动都存在流函数,但只有无旋流动才存在势函数。平面势流的流函数和势函数互为共箱函数。流函数等值线（即流线）和势函数等值线（简称等势线）正交。3.6气体动力学基础声速：话用舸绝热指数：*.-（F分子自由度，空气i=1.4）气体常数：K-警叱（n-分子量，空气n=29）马赫数：M-:断面A及气流速度V的关系：dh=，W=Mc,故增速则压降，降速则压升喷管和扩压管流速变化及截面变化的关系：3.7泵及风机1、泵及风机的性能曲线：流量-扬程：H-矶流量-轴功率：伸7一流量-设备本身效率：儿*2、泵及风机流动损失：流动水力损失（降低实际压力）；容积损失（减少流量）
25、；机械损失。全效率=容积效率X水力效率X机械效率泵的扬程：H=.即电机功率：vYQHPKQH3、管路性能曲线及工作点Q-H曲线：平坦型：流量变化小，能头变化大:陡降型：流量变化大，能头变化小:驼峰型：有稳定工作点和不稳定工作点。两性能曲线在某交点的斜率誉誉，则为稳定工作点。流体动力特性：-，Hi+1,/+SQ.；闭合管路中运行时：W=5tf4、改变管路性能曲线的方法：压出管上阀门节流；吸入管上阀门节流（水泵不用该方法）。5、改变泵及风机性能曲线的调节方法：改变风机及泵的转速；流量：=;扬程：之目；功率：全改变风机进口导流阀的叶片角度；切削泵叶轮外径及改变风机叶片宽度及角度。6、叶形对性能的影响
26、向前叶形的泵和风机总的扬程较大，但能量损失也大，效率较低、离心式泵和大型风机，为提高效率，均采用向后型叶形。就中小型风机而论，效率不是主要考虐因素，也可采用向前型叶形的，向前型叶形的设备可以将外形尺寸做的较小。7、气蚀的原因几何安装高度过高；泵安装地点海拔高，大气压低:酬送液体温度过高。吸入口压强水头（吸入口真空高度）：.：开始气蚀的临界吸入口真空度，厂家试验所得间：允许吸入口真空度，标准大气压、20C试验得；W：允许水泵安装高度；实际安装高度：;,5%：脆性材料;%：塑性材料；收缩率：w=*%oo4）极限应力及许用应力塑性材料极限应力：%；脆性材料极限应力：%2；许用应力：回=Dia,-安全
27、系数。5.2剪切1、剪切强度计算切应力：-?剪切强度条件：.今小r-OJ-O-7：察性材料r三0,8-l.0性材料2、挤压强度计算名义挤压应力：今%旧塑性材料%仙5何：脆任材料挤压强度条件：%戈喙*.5.3圆轴扭转1）圆轴扭转基本知识外力偶：m-9549Wjw扭矩正负号规定：以右手螺旋法则表示扭矩矢量方向，若该矢量方向及截面外向法线方向一致时为正，反之为负。切应力互等定律：-,同时指向或背离两截面交线剪切胡克定律：r=Cf,：剪切变形切变弹性模量：G=病圆截面扭转切应力：，,干最大切应力：J型寸圆和圆环的极惯性矩和抗扭转截面系数截面极惯性矩小抗扭转截面系数,圆.nd*l-圆环0雷5)%-等k*
28、)圆轴扭转强度条件：J.Tm2）圆轴的扭转变形及刚度条件圆轴的扭转变形单位长度扭转角：日=*卜山同圆轴的扭转变形扭转角：P=-rat/?-抗扭转刚度圆轴扭转刚度条件：-M5.4截面的几何性质1）静距及形心麒截面形心位置计算公式：2）惯性矩（二次矩）及惯性积惯性矩：惯性半径：|；极惯性矩：W、惯性积：，小S常用截面惯性矩及抗弯截弯矩之间的微分关系:载荷q剪力F弯矩M零平斜平斜抛5.6弯曲应力1）弯曲正应力中性层曲率及弯矩关系:面系数3）组合截面的二次矩及平行移轴公式5.5弯曲内力1）分布荷载集度、剪力、1M3=瓦S弯曲刚度弯曲正压力公式：靖弯曲切应力公式：.告弯曲强度条件：抗弯截面系数：，2）正
29、应力强度条件塑性材料抗拉压能力相同,弯曲正压力强度条件为：圆形梁:圆环梁:工字梁:脆性材料许用拉应力间小于许用压应力，则按拉伸及压缩分别进行强度计算。强度校核：一全*设计界面尺寸：忆台确定许用载荷：M-MM叫3）切应力强度条件等截面直梁，切应力强度条件：=7!IiSI切应力分布沿截面高度呈抛物线分布。r4ild-rJ抬M旧r-H-2J*4）粱的合理截面使越大越好，截面积分布离中性轴较远；5）降低弯曲强度的措施：降低一：合理安排支座、合理分布载荷；增大W：合理设计截面、合理放置截面。5.7应力状态及强度理论1）任意斜截面上的应力正应力：q=。；F+BJ；Cm2-r,wn2切应力：Q=J、in2g
30、+r,w22i.最大剪切力：工2）切应力3）四个常用的强度理论：材料在复杂应力状态下关于强度失效原因的理论（1）第一强度理论（最大拉应力理论）（匀质脆性材料）（2）第二强度理论（最大拉应变理论）（一般不用）（3）第三强度理论（最大切应力理论）（塑性材料屈服现象）（4）第四强度理论（形状改变能密度理论）（5）相当应力HM同（6）适用范围塑性材料用三、四理论,理论四比理论三经济，塑性材料三向拉应力时发生脆断采用第一理论；脆性材料受二向或三向拉应力时采用第一理论，铸铁受三向压缩，有流动现象，用第三、四理论。(7)强度理论用于二向应惯性半径：Y柔度：一邑力状态()5.8组合变形3)临界应力总图短粗杆:%q(/41 中长杆：r =a-b( -t+必尸=AcoMor+P点相位差：A=.-2x(rt-ri)iA干涉加强条件：fl=2*(A=0.1,2,-)干涉减弱条件：三(2+I)K(Jt三0.1/2)4、驻波两列振幅相同的相干波,在同一直线上沿相反方向传播,波动方程分别是：叠加后：.力-(2cos2jj)c27府6、多普勒效应
