传热学知识点

常用的相似准则数：①努谢尔特：Nu=aL/λ分子是实际壁面处的温度变化率,分母是原为l的流体层导热机理引起的温度变化率反应实际传热量与导热分子扩散热量传递的比较;Nu大小表明对流换热强度;②雷诺准则Re=WL/V Re大小反映了流体惯性力和粘性力相对大小;Re是判断流态的;③格拉小夫准则Gr=gβ△tL3/V2 Gr的大小表明浮升力和粘性力的的相对大小,Gr表明自然流动状态兑换热的影响;④普朗特准则： Pr=V/a Pr表明动量扩散率与热量扩散率的相对大小;
辐射换热时的角系数：①相对性②完整性③可加性
热交换器通常分为三类：间壁式、混合式和回热式,按传热表面的结构形式分为管式和板式间壁式热交换器按两种流体相互间的流动方向热交换器分为分为顺流,逆流,交叉流;
导温系数α也称为热扩散系数或热扩散率,它象征着物体在被加热或冷却是其内部各点温度趋于均匀一致的能力;Α大的物体被加热时,各处温度能较快的趋
于一致;传热学考研总结
1傅里叶定律：单位时间内通过单位截面积所传递的热量,正比例于当地垂直于截面方向上的温度变化率
2集总参数法：忽略物体内部导热热阻的简化分析方法
3临界热通量：又称为临界热流密度,是大容器饱和沸腾中的热流密度的峰值4效能：表示换热器的实际换热效果与最大可能的换热效果之比
5对流换热是怎样的过程,热量如何传递的
对流换热：指流体各部分之间发生宏观运动产生的热量传递与流体内部分子导热引起的热量传递联合作用的结果;对流仅能发生在流体中,而且必然伴随有导
热现象;
对流两大类：自然对流不依靠泵或风机等外力作用,由于流体内部密度差引起的流动与强制对流依靠泵或风机等外力作用引起的流体宏观流动;
影响换热系数因素：流体的物性,换热表面的形状与布置,流速,流动起因自然、强制,流动状态层流、湍流,有无相变;
6何谓凝结换热和沸腾换热,影响凝结换热和沸腾换热的因素
蒸汽与低于饱和温度的壁面接触时,将汽化潜热传递给壁面的过程称为凝结过程;
如果凝结液体能很好的润湿壁面,它就在壁面上铺展成膜,这种凝结形式称为膜状凝结;
如果凝结液体不能很好地润湿壁面,在壁面上形成一个个小液珠,这种凝结方式称为珠状凝结;
液体在固液界面上形成气泡引起热量由固体传递给液体的过程称为沸腾换热;
按沸腾液体是否做整体流动可分为大容器沸腾池沸腾和管内沸腾；按液体主体温度是否达到饱和温度可分为饱和沸腾和过冷沸腾;
不凝结气体对凝结换热过程的影响：在靠近液膜表面的蒸气侧,随着蒸气的凝结,蒸气分压力减小而不凝结气体的分压力增大；蒸气在抵达液膜表面进行凝结前,必须以扩散方式穿过聚集在界面附近的不凝结气体层,因此,不凝结气体层的存在增加了传递过程的阻力;
影响凝结换热的因素：不凝结气体、蒸汽流速、管内冷凝、蒸汽过热度、液膜过冷度及温度分布非线性;
影响沸腾换热的因素：不凝结气体使沸腾换热强化、过冷度、重力加速度、液位高度、管内沸腾;
7强化凝结换热和沸腾换热的原则
强化凝结换热的原则：减薄或消除液膜,及时排除冷凝液体;
强化沸腾换热的原则：增加汽化核心,提高壁面过热度;
8试以导热系数为定值,原来处于室温的无限大平壁因其一表面温度突然升高为某一定值而发生非稳态导热过程为例,说明过程中平壁内部温度变化的情况,着重指出几个典型阶段;
首先是平壁中紧挨高温表面部分的温度很快上升,而其余部分则仍保持原来的温度,随着时间的推移,温度上升所波及的范围不断扩大,经历了一段时间后,平壁的其他部分的温度也缓慢上升;
主要分为两个阶段：非正规状况阶段和正规状况阶段
9灰体有什么主要特征灰体的吸收率与哪些因素有关
灰体的主要特征是光谱吸收比与波长无关;灰体的吸收率恒等于同温度下的发射率,影响因素有：物体种类、表面温度和表面状况;也是物体表面发射率的影响因素
拓展：实际物体的吸收比除与自身表面的性质和温度有关以外,还与发出投入辐射的物体的性质和温度有关;因为实际物体的吸收具有选择性,因此吸收比与投入辐射按波长的能量分布有关
10气体与一般固体比较其辐射特性有什么主要差别
气体辐射的主要特点是：1气体辐射对波长有选择性2气体辐射和吸收是在整个容积中进行的
11说明平均传热温差的意义,在纯逆流或顺流时计算方法上有什么差别
平均传热温差就是在利用传热方程式来计算整个传热面上的热流量时,需要用到的整个传热面积上的平均温差;
纯顺流和纯逆流时都可按对数平均温差计算式计算,只是取值有所不同;
拓展：引入对数平均温差的原因：因为在换热器中,冷、热流体的问题沿换热面是不断变化的,因此冷热流体间的局部换热温差也是沿程变化的;
12边界层,边界层理论
1流场可划分为主流区和边界层区;只有在边界层区考虑粘性对流动的影响,在主流区可视作理想流体流动;
2边界层厚度远小于壁面尺寸
3边界层内流动状态分为层流与紊流,紊流边界层内紧靠壁面处仍有层流底层4边界层内温度梯度和速度梯度很大;
拓展：速度边界层：固体壁面附近温度发生剧烈变化的薄层
温度边界层：固体壁面附近速度发生剧烈变化的薄层
引入边界层的好处：
1缩小计算区域,由于边界层内温度梯度和速度梯度很大,边界层内动量微分方程中的惯性力和粘性力以及能量微分方程中的导热和对流项不可忽略,而主流区却可视为理想流体,因此可把精力集中在边界层中;
2边界层内的流动与换热也可利用边界层的特点加以简化;
13液体发生大容器饱和沸腾时,随着壁面过热度的增高,会出现哪几个换热规律不同的区域这几个区域的换热分别有什么特点为什么把热流密度的峰值称为烧毁点
分为四个区域：1、自然对流区,这个区域传热属于自然对流工况;2、核态沸腾区,换热特点：温压小、传热强;3、过度沸腾区：传热特点：热流密度随着温压的升高而降低,传热很不稳定;4、膜态沸腾区：传热特点：传热系数很小;
对于控制热流密度的情况如电加热器由于超过热流密度的峰值可能会导致设备烧毁,所以热流密度的峰值也称为烧毁点;
14阐述兰贝特定律的内容;说明什么是漫射表面角系数具有哪三个性质在什么情况下是一个纯几何因子,和两个表面的温度和黑度没有关系
兰贝特定律给出了黑体辐射能按空间方向的分布规律,它表明黑体单位面积辐射出去的能量在空间的不同方向分布是不均匀的,按空间纬度角的余弦规律变化：在垂直于该表面的方向最大,而与表面平行的方向为零;
定向辐射强度与方向无关满足兰贝特定律的表面称为漫射表面;
角系数的三个性质：相对性、完整性、可加性;
当满足两个条件：1所研究的表面是漫射的2在所研究表面的不同地点上向外发射的辐射热流密度是均匀的;此时角系数是一个纯几何因子,和两个表面的温度和黑度没有关系;
15试述气体辐射的基本特点;气体能当灰体来处理吗请说明原因
气体辐射的基本特点：1气体辐射对波长具有选择性2气体辐射和吸收是在整个容积中进行的;气体不能当做灰体来处理,因为气体辐射对波长具有选择性,而只有辐射与波长无关的物体才可以称为灰体;太阳辐射也不可当做灰体,原因相同;
16试说明管槽内强制对流换热的入口效应;流体在管内流动过程中,随着流体在管内流动局部表面传热系数如何变化的外掠单管的流动与管内的流动有什么不
同
管槽内强制对流换热的入口效应：入口段由于热边界层较薄而具有比较充分的发展段高的表面传热系数;
入口段的热边界层较薄,局部表面传热系数较高,且沿着主流方向逐渐降低;充分发展段的局部表面传热系数较低;
外掠单管流动的特点：边界层分离、发生绕流脱体而产生回流、漩涡和涡束;
18为什么在给圆管加保温材料的时候需要考虑临界热绝缘直径的问题而平壁不需要考虑
圆管外敷设保温层同时具有减小表面对流传热热阻及增加导热热阻两种相反的作用,在这两种作用下会存在一个散热量的最大值,,在此时的圆管外径就是临界绝缘直径;而平壁不存在这样的问题;
19为什么二氧化碳被称作“温室效应”气体
气体的辐射与吸收对波长具有选择性,二氧化碳等气体聚集在地球的外侧就好像给地球罩上了一层玻璃窗：以可见光为主的太阳能可以达到地球的表面,而地球上一般温度下的物体所辐射的红外范围内的热辐射则大量被这些气体吸收,无法散发到宇宙空间,使得地球表面的温度逐渐升高;
20试分析大空间饱和沸腾和凝结两种情况下,如果存在少量不凝性气体会对传热效果分别产生什么影响原因
对于凝结,蒸气中的不可凝结气体会降低表面传热系数,因为在靠近液膜表面的蒸气侧,随着蒸气的凝结,蒸气分压力减小而不凝结气体的分压力增大;蒸气在抵达液膜表面进行凝结前,必须以扩散方式穿过聚集在界面附近的不凝结气体层;因此,不凝结气体层的存在增加了传递过程的阻力;
大空间饱和沸腾过程中,溶解于液体中的不凝结气体会使沸腾传热得到某种强化,这是因为,随着工作液体温度的升高,不凝结气体会从液体中逸出,使壁面附近的微小凹坑得以活化,成为汽泡的胚芽,从而使q~Δt沸腾曲线向着Δt减小的方向移动,即在相同的Δt下产生更高的热流密度,强化了传热;
21太阳能集热器的吸收板表面有时覆以一层选择性涂层,使表面吸收阳光的能力比本身辐射能力高出很多倍;请问这一现象与吉尔霍夫定律是否矛盾原因基尔霍夫定律表明物体的吸收比等于发射率,但是这一结论是在“物体与黑体投入辐射处于热平衡”这样严格的条件下才成立的,而太阳能集热器的吸收板表面涂上选择性涂层,投入辐射既非黑体辐射,更不是处于热平衡,所以,表面吸收阳光的能力比本身辐射能力高出很多倍,这一现象与基尔霍夫定律不相矛盾;
22请说明Nu、Bi的物理意义,Bi趋于0和趋于无穷时各代表什么样的换热条件
Nu数表明壁面上流体的无量纲温度梯度
Bi表明固体内部导热热阻与界面上换热热阻之比
Bi趋于0时平板内部导热热阻几乎可以忽略,因而任一时刻平板中各点的温度接近均匀,并随着时间的推移整体的下降,逐渐趋近于外界温度;
Bi趋于无穷时,表面的对流换热热阻几乎可以忽略,因而过程一开始平板的表面温度就被冷却到外界温度,随着时间的推移,平板内部各点的温度逐渐下降而趋近于外界温度;
23举例说明什么是温室效应,以及产生温室效应的原因
位于太阳照耀下被玻璃封闭起来的空间,例如小轿车、培养植物的暖房等,其内的温度明显地高于外界温度,这种现象称为温室效应;这是因为玻璃对太阳辐射
具有强烈的选择性吸收性,从而大部分太阳辐射能穿过玻璃进入有吸热面的腔内,而吸热面发出的常温下的长波辐射却被玻璃阻隔在腔内,从而产生了所谓的温室效应;
24数值分析法的基本思想
对物理问题进行数值求解的基本思想可以概括为：把原来的时间、空间坐标系中连续的物理量的场,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,来获得离散点上被求物理量的值;
25强化沸腾的方法
强化沸腾的方法：1、强化大容器沸腾的表面结构,2、强化管内沸腾的表面结构;
传热学是研究热量传递过程规律的科学;
热量传递过程是由导热、热对流、热辐射三种基本热传递方式组成;
导热又称热传导,是指物体各部分无相对位移或不同物体之久而接触是依靠分子、原子及自由电子等微观粒子热运动而进行的热量传递现象;导热系数是指单位厚度的物体具有单位温度差时,在它的单位面积上每单位时间得到热量;它表示材料导热能力的大小;
只依靠流体的宏观运动传递热量的现象称为热对流;
流体与固体壁直接接触时所发生的热量传递过程,称为对流换热;表面传热系数是指单位面积上,流体与壁之间在单位温差下及单位时间内所传递的热量;
h的大小表达了对流换热过程的强弱程度.物体表面每单位时间、单位面积对外辐射的热量称为辐射力;其大小与物体表面性质及温度有关;
物体靠辐射进行的热量传递称为辐射换热;
辐射换热特点：热辐射过程中伴随着能量形式转换物体内能—电磁波能—物体内能；不需要冷热物体直接接触；不论温度高低,物体都在不停的相互发射电磁波能,相互辐射能量;
K称为传热系数,它表明单位时间、单位壁面积上,冷热流体间温差为1C时所传递的热量,反映传热过程的强弱.导热理论基础
温度场是指某一时刻空间所有各点温度的总称;温度场不随时间变化而变化,称为稳态温度场;具有稳态温度场的导程叫稳态导热;温度场随时间变化的导热过程叫做非稳态导热;同一时刻,温度场中所有温度相同的点连接所构成的面叫做等温面;不同的等温面与同一平面相交,则在此平面上构成的一簇曲线,称为等温线;
自等温面上某点到另一个更等温面,以该点法线方向的温度变化率为最大;以该点法线方向为方向,数值也正好等于这个最大的温度变化率的矢量称为温度梯度;
单位时间单位面积上所传递的热量称为热流密度;
凡平均温度不高于350C、导热系数不大于的材料称为保温材料;常见的保温材料有石棉,岩棉,矿渣棉,微孔硅酸钙,苯板,泡沫塑料,珍珠岩;用单位体积单位时间内所发出的热量表示内热源强度;第一类边界条件是已知任何时刻物体边界面上的温度值;第二类边界条件是已知任何时刻物体边界面上的热流密度;
第三类边界条件是已知边界面周围流体温度Tf和边界面与流体之间的表面传热系数h.
渗透厚度：它是伴随时间而变化的,它反映在所考虑的时间范围内,界面上热作用的影响所波及的厚度;若渗透厚度小于本身厚度,这时可以认为无题诗无限大物体
第二章稳态导热
管道外侧覆盖保温层时,必须注意,如果管道外径d2小于临界热绝缘直径dc,保温层外径dx在d2和d3范围内,管道的传热量ql反而比没有保温层时更大,直到保温层直径大于d3时,才开始起到保温层减少热损失的作用;由此可见,只有当管道外径大于d2大于临界热绝缘直径dc时覆盖保温层才肯定能有效的起到减少热损失的作用;
肋片效率等于实际与理想散热量之比;第三章非稳态导热
非稳态导热温度的三个变化阶段：不规则变化阶段,正常规则变化阶段,新的稳态阶段;
毕渥准则：Bi=h&/入,它表示物体内部导热热阻&/入与物体表面对流换热热阻1/h的比值;当Bi<时,平壁中心温度与表面温度的差别小于等于5%,温度接近均匀一致;当Bi<时,可近似的认为物体的温度是均匀的,这种忽略内部导热热阻,认为物体温度均匀一致的分析方法称为集总参数法;
时间常数越小表示测温元件越能迅速的反映流体温度变化;
第五章对流换热分析
流体与固体壁直接接触时所发生的热量传递过程,称为对流换热流体在壁面流动原因：一种是因为各部分温度不同而引起的密度差异所产生的流动,称为自然对流;另一种是外力,如泵、风机、液面高差等作用产生的流动,称为受迫对流在一定条件下,流体在换热过程中会发生相变,这时换热称为相变换热;
若两对流换热现象相似,它们的温度场、速度场、黏度场、导热系数场、壁面几何形状都应分别相似,即在对应瞬间对应点各物理量分别成比例;所谓同类现象是指那些用相同形式和内容的微分方程式所描述的现象;必须同类现象才能谈相
似
由于描述现象的微分方程式的制约,物理场的相似倍数间有特定的制约关系,体现这种制约关系,是相似原理的核心注意物理量的时间性和空间性;
彼此相似的现象,他们的同名相似准则必定相等;Nu,Re,Pr
雷诺准则：平板Re=ul/v,u为流体流,l为板长,v为运动黏度Re=ud/vd为管的直径Re的大小能反映流态;普朗特准则：Pr=v/av为运动黏度,a为热扩散率Pr反映了流体的动量传递能力与热量传递能力的相对大小;努谢尔特准则：Nu=hl/入Nu反映对流换热的强弱;格拉晓夫准则：显示自然对流流态对换热的影响;
判别相似条件：凡同类现象,单值条件相似,同名的已定准则相等,现象必定相似;
影响对流换热的一般因素：1,流动的起因和流动的状,2,流体的热物理性质3,流体的相变4,换热表面的集合因素;
流动边界层的特性：1,边界层极薄2,在边界层内存在较大的速度梯度3,边界层流态与紊流边界层机考壁处仍将是层流,成为层流底层 4.流场可划分为主流区和边界阶层区5,压强梯度仅沿x方向变化;第六章通过接触面的传热影响接触面热阻的因素：1,粗超度↑热阻↑2,压力↑热阻↑3,材料硬度匹配程度4,空隙中介质的导热导热介质↑热阻↑;第八章热辐射的基本定律由于自身温度或热运动的原因而激发产生的电磁波传播,就称为热辐射;热辐射特点：1不依赖物体接触而进行热量传递2辐射换热过程伴随着能量形式的两次转化热力学能-电磁波能-热力学能3一切物体只要其温度T>0K,都会不断地发射热射线4可在真空中进行5具有强烈的方向性6辐射能有温度和波长有关7发射
辐射取决于温度的4次方;
如果物体能全部吸收外来射线,即a=1,由于可见光亦被吸收而不被反射,入眼所见到的颜色上呈现为黑色,故这种物体被定义为黑体
如物体能全部反射外界投射过来的射线,即P=1,由于可见光全部被反射,颜色上呈现为白色,故这种物体成为白体;
如果外界投射过来的射线能够全部穿透,即t=1,则这种物体称为透明体;在某给定辐射方向上,单位时间、单位可见辐射面积、在单位立体角内所发射全部波长的能量称为定向辐射强度;
在某给定辐射方向上,在单位时间、物体单位辐射面积、在单位立体角内所发射全部波长的能量称为定向辐射力单位时间内、物体单位辐射面积向半球空间内所发射全部波长的总能量称为辐射力;
单位时间内、物体单位辐射面积、在波长入附近的单位波长间隔内,向半球空间所发射的能量称光谱辐射力
实际物体的辐射力与同温度黑体的辐射力之比称为该物体的发射率第九章辐射换热计算
角系数表示离开表面的辐射能中直接落到另一表面分数,仅取决于表面的大小和相对位置
角系数的性质：相对性,完整性,分解性;
减少表面间辐射换热的有效方法是采用高反射比的表面涂层,或在表面间加设遮热板,这类有效措施称为辐射隔热;
气体辐射特点：1,气体的辐射和吸收具有明显的选择性;2,气体的辐射和吸收在整个气体容积中进行辐射的强弱程度和穿过气体的录成绩气体的温度和分压有
关;第十章传热和换热器记住P268
对流与辐射并存的换热称为“复合换热”增强传热方法：1;扩展传热面积2.改变流动状况3.改变流体物性4.改变表面状况5.改变换热面形状和大小6.改变能量传递方式7.靠外力产生振荡,强化化热
削弱传热原则：1.覆盖热绝缘材料2.改变表面状况和材料结构削弱传热的目的：减少热设备及其管道的热损失节省能源,保持温度积满足生活和生产的需要；以及保护设备;
影响气体发射率的因素：1,气体温,2,涉嫌平均行程s和气体分压力p的乘积3,气体分压力和气体所处的总压力;
太阳辐射在大气层中的减弱于以下因素有关：1,大气层中的水二氧化碳对太阳辐射吸收作用具有明显的选择性2,太阳辐射在大气层中遇到空气分子和微小尘埃就会产生散射3,大气中的云层和较大的尘埃对太阳辐射器反射作用4,与太阳辐射通过大气层的行程有关;
1、傅里叶定律P35：在导热的过程中,单位时间内通过给定截面的导热量,正比于垂直该
截面方向上的变化率和截面面积,而热量传递的方向则与温度升高的方向相反;
2、热导率导热系数P6、P37：表征材料导热性能优劣的参数,即是一种热物性参数,
单位W/m·k;数值上,其定义为单位温度梯度在1m长度内温度降低1K在单位时间内经单位导热面所传递的热量;
3、绝对黑体P9：简称黑体,是指能吸收投入到其表面上的所有热辐射能量的
物体;
4、4、传热系数P13：数值上,它等于冷、热流体间温差△t=1°C、传热面积A=1m2时热流量
的值,是表征传热过程强烈程度的标尺;
5、热扩散率P45：定义式为a=λ/ρc,它表示物体在加热或冷却中,温度趋于均匀一
致的能力;这个综合物性参数对稳态导热没有影响,但是在非稳态导热过程中,
它是一个非常重要的参数;
6、接触热阻P67：在未接触的界面之间的间隙常常充满了空气,与两个固体便面完
全接触相比,增加了附加的传递阻力,称为接触热阻;7、肋效率P62：表征肋片散热的有效程度;肋片的实际散热量与其整个肋片都处于肋基温
度下得散热量之比;8、第一类边界条件P44：规定了边界上的温度值,称为第一类边界条件;
9、第二类边界条件P44：规定了边界上的热流密度值,称为第二类边界条件;
10、第三类边界条件P44：规定了边界上的物体与周围流体间的表面传热系数h及周围流体
的温度tf,称为第三类边界条件;11、集中参数法P117：当固体内部的导热热阻小于其表面的换热热阻时,固体内部的温度
趋于一致,近似认为固体内部的温度t仅是时间τ的一元函数而与空间坐标无关,这种。