《传热学》杨世铭-陶文铨-第五章对流传热理论基础解析
839传热学复习大纲
839传热学复习大纲
839《传热学》复习大纲
一、考试的基本要求∶
1.了解传热学的工程应用背景，熟练掌握传热学的基本概念。
2.熟练掌握导热基本定律及导热问题的基本分析方法，对简单几何形状的常物性、无内热源稳态
与非稳态导热问题能进行熟练的分析及计算；掌握周期性变化边界条件下非稳态导热问题温度场及热流密度随时间的变化规律；初步掌握导热问题数值解法的基本方法。
3.较深刻地了解对流传热的各种影响因素，熟悉对流传热所遵循的基本原理及相应准则的物理含
义；对受迫对流传热和自然对流传热能定性做出正确判断，并能熟练运用准则关联式进行对流传热问题的计算。
4.掌握热辐射的基本概念与基本定律；熟悉角系数及利用辐射传热网络进行黑体与灰体表面间的
辐射传热计算；初步了解气体辐射传热的特性。
5.掌握传热过程及复合传热所遵循的基本规律，了解强化传热及削弱传热的基本途径；掌握换热
器的两种基本计算方法：平均温压法和传热单元数法。
二、考试方式和考试时间
闭卷考试，总分150，考试时间为180 分钟。
三、参考书目（仅供参考）
1.章熙民、任泽霈等编著：《传热学》（第六版），中国建筑工业出版社，2014.8
2.杨世铭、陶文铨编著：《传热学》（第四版），高等教育出版社，2006.8
四、试题类型：
主要包括名词解释、填空题、选择题、是非题、简答题、计算填空题、计算题等类型，并根据每年的考试要求做相应调整，分值分布：
基本概念题与基本理论分析题50%，应用计算题50%。五、考试内容及要求
绪论
1.传热学的研究对象及研究内容
2.热量传递的三种基本方式
传热学第四版课后习题答案(杨世铭-陶文铨)
第一章
思考题 1． 试用简练的语言说明导热、对流换热及辐射换热三种热传递方式之间的联系和区别。
答：导热和对流的区别在于：物体内部依靠微观粒子的热运动而产生的热量传递现象，称为导热；对流 则是流体各部分之间发生宏观相对位移及冷热流体的相互掺混。联系是：在发生对流换热的同时必然伴 生有导热。 导热、对流这两种热量传递方式，只有在物质存在的条件下才能实现，而辐射可以在真空中传播，辐射 换热时不仅有能 量的转移还伴有能量形式的转换。 2． 以热流密度表示的傅立叶定律、牛顿冷却公式及斯忒藩－玻耳兹曼定律是应当熟记的传热学公式。试写 出这三个公式并说明其中每一个符号及其意义。
习题 ................................................................................................................................................................................... 34 小论文题目 ....................................................................................................................................................................... 63 第四章 ................................................................................................................................................................................... 64 综合分析与分析、论述题 ............................................................................................................................................... 76 第五章 ................................................................................................................................................................................... 80 第六章 ................................................................................................................................................................................... 86 第七章 ................................................................................................................................................................................. 129 习题 ................................................................................................................................................................................. 130 第八章 ................................................................................................................................................................................. 154 第九章 ................................................................................................................................................................................. 162 第十章 ................................................................................................................................................................................. 203 小论文题目 ..................................................................................................................................................................... 250
传热学第四版课后习题答案(杨世铭-陶文铨)]
![传热学第四版课后习题答案(杨世铭-陶文铨)]](https://img.taocdn.com/s3/m/36125078c850ad02de8041e0.png)
第一章
思考题
1． 试用简练的语言说明导热、对流换热及辐射换热三种热传递方式之间的联系和区别。
答：导热和对流的区别在于：物体内部依靠微观粒子的热运动而产生的热量传递现象，称为导热；对流则是流体各部分之间发生宏观相对位移及冷热流体的相互掺混。联系是：在发生对流换热的同时必然伴生有导热。
导热、对流这两种热量传递方式，只有在物质存在的条件下才能实现，而辐射可以在真空中传播，辐射换热时不仅有能
量的转移还伴有能量形式的转换。
2． 以热流密度表示的傅立叶定律、牛顿冷却公式及斯忒藩－玻耳兹曼定律是应当熟记的传热学公式。试写
出这三个公式并说明其中每一个符号及其意义。
答：① 傅立叶定律：
dx dt q λ
-=，其中，q －热流密度；λ－导热系数；dx dt
－沿x 方向的温度变化率，
“－”表示热量传递的方向是沿着温度降低的方向。
② 牛顿冷却公式：)(f w t t h q -=，其中，q －热流密度；h －表面传热系数；w t －固体表面温度；
f t －流体的温度。
③ 斯忒藩－玻耳兹曼定律：4
T q σ=，其中，q －热流密度；σ－斯忒藩－玻耳兹曼常数；T －辐
射物体的热力学温度。
3． 导热系数、表面传热系数及传热系数的单位各是什么？哪些是物性参数，哪些与过程有关？
答：① 导热系数的单位是：W/(m.K)；② 表面传热系数的单位是：W/(m 2.K)；③ 传热系数的单位是：W/(m 2.K)。这三个参数中，只有导热系数是物性参数，其它均与过程有关。
4． 当热量从壁面一侧的流体穿过壁面传给另一侧的流体时，冷、热流体之间的换热量可以通过其中任何一
传热学第四版课后习题答案(杨世铭-陶文铨)]
第一章
思考题
1． 试用简练的语言说明导热、对流换热及辐射换热三种热传递方式之间的联系和区别。
答：导热和对流的区别在于：物体内部依靠微观粒子的热运动而产生的热量传递现象，称为导热；对流则是流体各部分之间发生宏观相对位移及冷热流体的相互掺混。联系是：在发生对流换热的同时必然伴生有导热。
导热、对流这两种热量传递方式，只有在物质存在的条件下才能实现，而辐射可以在真空中传播，辐射换热时不仅有能
量的转移还伴有能量形式的转换。
2． 以热流密度表示的傅立叶定律、牛顿冷却公式及斯忒藩－玻耳兹曼定律是应当熟记的传热学公式。试写
出这三个公式并说明其中每一个符号及其意义。
答：① 傅立叶定律：
dx dt q λ
-=，其中，q －热流密度；λ－导热系数；dx dt
－沿x 方向的温度变化率，
“－”表示热量传递的方向是沿着温度降低的方向。
② 牛顿冷却公式：)(f w t t h q -=，其中，q －热流密度；h －表面传热系数；w t －固体表面温度；
f t －流体的温度。
③ 斯忒藩－玻耳兹曼定律：4
T q σ=，其中，q －热流密度；σ－斯忒藩－玻耳兹曼常数；T －辐
射物体的热力学温度。
3． 导热系数、表面传热系数及传热系数的单位各是什么？哪些是物性参数，哪些与过程有关？
答：① 导热系数的单位是：W/(m.K)；② 表面传热系数的单位是：W/(m 2.K)；③ 传热系数的单位是：W/(m 2.K)。这三个参数中，只有导热系数是物性参数，其它均与过程有关。
4． 当热量从壁面一侧的流体穿过壁面传给另一侧的流体时，冷、热流体之间的换热量可以通过其中任何一
传热学-杨世铭-陶文铨-第六章单相对流传热
4
A P
c
Ac —— 过流断面面积，m2 P —— 湿周，m
第五章 对流换热
17
c 特征速度：Re数中的流体速度
流体外掠平板或绕流圆柱：取来流速度 u
管内流动：取截面上的平均速度 u m
流体绕流管束：取最小流通截面的最大速度 umax
第五章 对流换热
18
2 常见无量纲(准则数)数的物理意义及表达式
1c1d1 0
a1 0
3a13c1d1 0 1c1 0
b1 1 c1 1
a1b1c1d1 0
d1 0
第五章 对流换热
12
1 ha 1 u d b 1 c 1 d 1 h0 d u 1 10h d Nu
第五章 对流换热
31
热物性
对于液体：主要是粘性随温度而变化
t
对于气体：除了粘性，还有密度 和热导率等
确定物性的温度即定性温度
(a) 流体温度： t f
流体沿平板流动换热时：
t
f
t
流体在管内流动换热时： tf (t'f t"f ) 2
(b) 热边界层的平均温度： tm(twtf ) 2
(c) 壁面温度： t w
在对流换热特征数关联式中，常用特征数的下标示出定性温度，
如： N f、 u Rf、 e Pf或 rN m 、 u R m 、 e P m r
传热学第四版课后习题及答案解析(杨世铭-陶文铨版)
片最大允许功率时多少？芯片顶面高出底板的高度为 1mm。
解： max hAt 175W / m2 .K 0.01 0.01 4 0.01 0.001 (85℃-20℃)
＝1.5925W
1-15 用均匀的绕在圆管外表面上的电阻带作加热元件，以进行管内流体对流换热的实验，如附图所示。用功
dt
dt
dx ，其中， q －热流密度； －导热系数； dx
－沿 x 方向的温度变化率，
“－”表示热量传递的方向是沿着温度降低的方向。
② 牛顿冷却公式： q h(tw t f ) ，其中， q －热流密度； h －表面传热系数； tw －固体表面温度；
t f －流体的温度。
③ 斯忒藩－玻耳兹曼定律： q T 4 ，其中， q －热流密度； －斯忒藩－玻耳兹曼常数；T －辐
坏。试从传热学的观点分析这一现象。
答：当壶内有水时，可以对壶底进行很好的冷却（水对壶底的对流换热系数大），壶底的热量被很快传走
而不至于温度升得很高；当没有水时，和壶底发生对流换热的是气体，因为气体发生对流换热的表面换
热系数小，壶底的热量不能很快被传走，故此壶底升温很快，容易被烧坏。
6． 用一只手握住盛有热水的杯子，另一只手用筷子快速搅拌热水，握杯子的手会显著地感到热。试分析其
解：
q
t
，
q t
15 0.04 40 30
传热学第四版 杨世铭 陶文铨 第五章2
R
青岛科技大学热能与动力工程
流动边界层的几个重要特性 (1) 边界层厚度 与壁的定型尺寸L相比极小， << L (2) 边界层内存在较大的速度梯度 (3) 边界层流态分层流与湍流；湍流边界层紧靠壁面处 仍有层流特征，粘性底层（层流底层） (4) 流场可以划分为边界层区与主流区 边界层区：由粘性流体运动微分方程组描述 主流区：由理想流体运动微分方程—欧拉方程描述
记 Re为雷诺数
hxx/ 必为无量纲数，记为Nux, 努塞尔(Nusselt)数。即： 这种以准则数表示的计算式称为准则方程或关联式。
2014-7-10 18
R
青岛科技大学热能与动力工程
§5-3 比拟理论
获得湍流对流换热近似解的一种方法
流体湍流时，除了主流方向的运动外，微团还有不规则的脉动， 这一脉动将产生两个作用： （1）不同流层之间附加的动量交换，即有附加的切应力； （2）不同温度层之间附加的热量交换。 它们分别称为湍流切应力和湍流热流密度。
0(1)、0()表示数量级为1和 ，
0 y ：
2014-7-10
1>> 。“~” — 相当于
10
R
青岛科技大学热能与动力工程
对流换热微分方程组的简化
二维、稳态、无内热源、层流、忽略体积力
u v x y 0 u u p 2u 2u u （ u v ) Fx ( 2 2 ) x y x x y 2 2 v v v p v v （ u v ) Fy ( 2 2 ) x y y x y 2 2 t t t t t c ( u v ) ( 2) p 2 x y x y
传热学第四版杨世铭陶文铨第五章2
2v y 2
)
c
p
(u
t x
v
t ) y
(
2t x2
2t y 2
)
u ~ 0(1)
tl
~ ~
0(1) 0(1)
~ 0( )
t ~ 0( )
2020/3/19
12
R 青岛科技大学热能与动力工程
2020/3/19
13
R 青岛科技大学热能与动力工程
边界层的 另一特性
表明：边界层内的压力梯度仅沿 x 方向变化，而边界层内法向 的压力梯度极小。
t x
v
t y
2t y 2
2020/3/19
3
R 青岛科技大学热能与动力工程
边界层的概念（Boundary layer）
当粘性流体流过物体表面时，会形成速度梯度很大的流动边 界层；当壁面与流体间有温差时，也会产生温度梯度很大的 温度边界层（或称热边界层）
1904年，德国科学家普朗特 L.Prandtl
临界距离：由层流边界层开始向 湍流边界层过渡的距离，xc 临界雷诺数：Rec
平板：
湍流边界层： 紊流核心；缓冲区；粘性底层
粘性底层（层流底层）：紧靠壁面处，粘滞力会占绝对优势， 使粘附于壁的一极薄层仍然会保持层流特征，具有最大的速度 梯度
2020/3/19
7
R 青岛科技大学热能与动力工程
传热学思考题参考答案陶文铨第四版
传热学思考题参考答案
第一章：
1、用铝制水壶烧开水时，尽管炉火很旺，但水壶仍安然无恙。而一旦壶内的水烧干后水壶很快就被烧坏。试从传热学的观点分析这一现象。
答：当壶内有水时，可以对壶底进展很好的冷却〔水对壶底的对流换热系数大〕，壶底的热量被很快传走而不至于温度升得很高；当没有水时，和壶底发生对流换热的是气体，因为气体发生对流换热的外表换热系数小，壶底的热量不能很快被传走，故此壶底升温很快，容易被烧坏。
2、什么是串联热阻叠加原那么，它在什么前提下成立？以固体中的导热为例，试讨论有哪些情况可能使热量传递方向上不同截面的热流量不相等。
答：在一个串联的热量传递过程中，如果通过每个环节的热流量都一样，那么各串联环节的总热阻等于各
串联环节热阻的和。例如：三块无限大平板叠加构成的平壁。例如通过圆筒壁，对于各个传热环节的传
热面积不相等，可能造成热量传递方向上不同截面的热流量不相等。
第二章：
1、扩展外表中的导热问题可以按一维问题处理的条件是什么有人认为,只要扩展外表细长,就可按一维问题处理,你同意这种观点吗
答：条件：〔1〕材料的导热系数，外表传热系数以及沿肋高方向的横截面积均各自为常数〔2〕肋片温度在垂直纸面方向〔即长度方向〕不发生变化，因此可取一个截面〔即单位长度〕来分析〔3〕外表上的换热热阻远远大于肋片中的导热热阻，因而在任一截面上肋片温度可认为是均匀的〔4〕肋片顶端可视为绝热。并不是扩展外表细长就可以按一维问题处理，必须满足上述四个假设才可视为一维问题。
2、肋片高度增加引起两种效果:肋效率下降及散热外表积增加。因而有人认为随着肋片高度的增加会出现一个临界高度，超过这个高度后，肋片导热热流量会下降，试分析该观点的正确性。
传热学第四版课后思考题目解析(杨世铭-陶文铨)]
![传热学第四版课后思考题目解析(杨世铭-陶文铨)]](https://img.taocdn.com/s3/m/3c8a74d931b765ce0408143e.png)
第一章
思考题
1． 试用简练的语言说明导热、对流换热及辐射换热三种热传递方式之间的联系和区别。
答：导热和对流的区别在于：物体内部依靠微观粒子的热运动而产生的热量传递现象，称为导热；对流则是流体各部分之间发生宏观相对位移及冷热流体的相互掺混。联系是：在发生对流换热的同时必然伴生有导热。
导热、对流这两种热量传递方式，只有在物质存在的条件下才能实现，而辐射可以在真空中传播，辐射换热时不仅有能
量的转移还伴有能量形式的转换。
2． 以热流密度表示的傅立叶定律、牛顿冷却公式及斯忒藩－玻耳兹曼定律是应当熟记的传热学公式。试
写出这三个公式并说明其中每一个符号及其意义。
答：① 傅立叶定律：dx dt
q λ-=，其中，q －热流密度；λ－导热系数；dx dt －沿x 方向的温度变
化率，“－”表示热量传递的方向是沿着温度降低的方向。
② 牛顿冷却公式：
)(f w t t h q -=，其中，q －热流密度；h －表面传热系数；w t －固体表面温度；f t －流体的温度。
③ 斯忒藩－玻耳兹曼定律：4T q σ=，其中，q －热流密度；σ－斯忒藩－玻耳兹曼常数；T
－辐射物体的热力学温度。
3． 导热系数、表面传热系数及传热系数的单位各是什么？哪些是物性参数，哪些与过程有关？
答：① 导热系数的单位是：W/(m.K)；② 表面传热系数的单位是：W/(m 2.K)；③ 传热系数的单位是：W/(m 2.K)。这三个参数中，只有导热系数是物性参数，其它均与过程有关。
4． 当热量从壁面一侧的流体穿过壁面传给另一侧的流体时，冷、热流体之间的换热量可以通过其中任何
《传热学》杨世铭-陶文铨-第五章对流传热理论基础
(1)— 惯性项（ma）；(2) — 体积力；(3) — 压强梯度；(4) — 粘滞力 稳态： u 0； v 0
强制对流时：
Fx Fy 0
自然对流： Fx
第五章 对流换热
g x ; Fy g y
24
Q导热 + Q对流 = U热力学能
第五章 对流换热
25
Q导热 + Q对流 = U热力学能
二维连续性方程
三维连续性方程
对于二维、稳态流动、密度为常数时：
u v 0 x y
第五章 对流换热 21
2 动量守恒方程 动量微分方程式描述流体速度场 牛顿第二运动定律: 作用在微元体上各外力的总和等于控 制体中流体动量的变化率 作用力 = 质量 加速度（F=ma） 作用力：体积力、表面力 体积力: 重力、离心力、电磁力 法向应力 中包括了压力 p 和法 向粘性应力 ii 压力 p 和法向粘性应力 ii的区别： a) 无论流体流动与否， p 都存在；而 ii只存在于流动时 b) 同一点处各方向的 p 都相同；而 ii与表面方向有关
第五章 对流换热 4
5 对流换热的影响因素
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)换热表面的几何条件; (5)流体的热物理性质 以流体外掠平板为例：
我们所要得到的是：
传热学第四版课后作业答案(杨世铭-陶文铨)]
![传热学第四版课后作业答案(杨世铭-陶文铨)]](https://img.taocdn.com/s3/m/5b92aceb9b89680203d8251d.png)
1-9 一砖墙的表面积为122
m ，厚为260mm ，平均导热系数为1.5W/（m.K ）。设面向室内的表面温度为25℃，而外表面温度为-5℃，试确定次砖墙向外界散失的热量。 解：根据傅立叶定律有：
W
t
A
9.207626.05
)(25125.1=--⨯
⨯=∆=Φδ
λ
1-12 在一次测定空气横向流过单根圆管的对流换热实验中，得到下列数据：管壁平均温度t w =69℃，空气温度t f =20℃，管子外径 d=14mm ，加热段长 80mm ，输入加热段的功率8.5w ，如果全部热量通过对流换热传给空气，试问此时的对流换热表面传热系数多大？ 解：根据牛顿冷却公式
()f w t t rlh q -=π2
所以
()f w t t d q
h -=
π＝49.33W/(m 2.k)
1-20 半径为0.5 m 的球状航天器在太空中飞行，其表面发射率为0.8。航天器内电子元件的散热总共为175W 。假设航天器没有从宇宙空间接受任何辐射能量，试估算其表面的平均温度。
解：电子原件的发热量＝航天器的辐射散热量即：4
T Q εσ=
4A Q
T εσ=∴ =187K 热阻分析 ;;
2-4 一烘箱的炉门由两种保温材料A 及B 组成，且B A δδ2=(见附图)。已知
)./(1.0K m W A =λ,)./(06.0K m W B =λ,烘箱内空气温度4001=f t ℃，内壁面的总表面传
热系数)./(501K m W h =。为安全起见，希望烘箱炉门的 外表面温度不得高于50℃。设可把炉门导热作为一维问题处理，试决定所需保温材料的厚度。环境温度
传热学第四版课后思考题答案(杨世铭-陶文铨)]之欧阳地创编
![传热学第四版课后思考题答案(杨世铭-陶文铨)]之欧阳地创编](https://img.taocdn.com/s3/m/a2de67350975f46526d3e121.png)
第一章
思考题
1． 试用简练的语言说明导热、对流换热及辐射换热三种热传递方式之间的联系和区别。
答：导热和对流的区别在于：物体内部依靠微观粒子的热运动而产生的热量传递现象，称为导热；对流则是流体各部分之间发生宏观相对位移及冷热流体的相互掺混。联系是：在发生对流换热的同时必然伴生有导热。 导热、对流这两种热量传递方式，只有在物质存在的条件下才能实现，而辐射可以在真空中传播，辐射换热时不仅有能
量的转移还伴有能量形式的转换。
2． 以热流密度表示的傅立叶定律、牛顿冷却公式及斯忒藩－玻耳兹曼定律是应当熟记的传热学公式。试写出这三个公式并说明其中每一个符号及其意义。
答：①傅立叶定律：
dx dt q λ-=，其中，q －热流密度；λ－导热系数；dx dt
－沿x 方向的温度变化率，“－”表示热量传递的方向是沿着温度降低的方向。
②牛顿冷却公式：)(f w t t h q -=，其中，q －热流密度；h －表面传热系数；w t －固体表面温度；f t －流体的温度。
③斯忒藩－玻耳兹曼定律：4T q σ=，其中，q －热流
密度；σ－斯忒藩－玻耳兹曼常数；T －辐射物体的热力学温度。
3． 导热系数、表面传热系数及传热系数的单位各是什么？哪些是物性参数，哪些与过程有关？
答：①导热系数的单位是：W/(m.K)；②表面传热系数的单位是：W/(m2.K)；③传热系数的单位是：W/(m2.K)。
这三个参数中，只有导热系数是物性参数，其它均与过程有关。
4．当热量从壁面一侧的流体穿过壁面传给另一侧的流体时，冷、热流体之间的换热量可以通过其中任何一个环节来计算（过程是稳态的），但本章中又引入了传热方程式，并说它是“换热器热工计算的基本公式”。试分析引入传热方程式的工程实用意义。
传热学第四版课后思考题答案(杨世铭陶文铨)]
![传热学第四版课后思考题答案(杨世铭陶文铨)]](https://img.taocdn.com/s3/m/240e8690700abb68a982fb7c.png)
第一章
思考题
1． 试用简练的语言说明导热、对流换热及辐射换热三种热传递方式之间的联系和区别。
答：导热和对流的区别在于：物体内部依靠微观粒子的热运动而产生的热量传递现象，称为导热；对流则是流体各部分之间发生宏观相对位移及冷热流体的相互掺混。联系是：在发生对流换热的同时必然伴生有导热。
导热、对流这两种热量传递方式，只有在物质存在的条件下才能实现，而辐射可以在真空中传播，辐射换热时不仅有能
量的转移还伴有能量形式的转换。
2． 以热流密度表示的傅立叶定律、牛顿冷却公式及斯忒藩－玻耳兹曼定律是应当熟记的传热学公式。试
写出这三个公式并说明其中每一个符号及其意义。
答：① 傅立叶定律：
dx dt q λ-=，其中，q －热流密度；λ－导热系数；dx dt －沿x 方向的温度变化率，“－”表示热量传递的方向是沿着温度降低的方向。
② 牛顿冷却公式：
)(f w t t h q -=，其中，q －热流密度；h －表面传热系数；w t －固体表
面温度；f t －流体的温度。 ③ 斯忒藩－玻耳兹曼定律：4T q σ=，其中，q －热流密度；σ－斯忒藩－玻耳兹曼常数；T
－辐射物体的热力学温度。
3． 导热系数、表面传热系数及传热系数的单位各是什么？哪些是物性参数，哪些与过程有关？
答：① 导热系数的单位是：W/(m.K)；② 表面传热系数的单位是：W/(m 2.K)；③ 传热系数的单位是：W/(m 2.K)。这三个参数中，只有导热系数是物性参数，其它均与过程有关。
4． 当热量从壁面一侧的流体穿过壁面传给另一侧的流体时，冷、热流体之间的换热量可以通过其中任何
传热学第四版课后思考题答案(杨世铭-陶文铨)]
![传热学第四版课后思考题答案(杨世铭-陶文铨)]](https://img.taocdn.com/s3/m/888a1ac30b4e767f5bcfce99.png)
第一章
令狐采学
思考题
1． 试用简练的语言说明导热、对流换热及辐射换热三种热传递方式之间的联系和区别。
答：导热和对流的区别在于：物体内部依靠微观粒子的热运动而产生的热量传递现象，称为导热；对流则是流体各部分之间发生宏观相对位移及冷热流体的相互掺混。联系是：在发生对流换热的同时必然伴生有导热。
导热、对流这两种热量传递方式，只有在物质存在的条件下才能实现，而辐射可以在真空中传播，辐射换热时不仅有能 量的转移还伴有能量形式的转换。
2． 以热流密度表示的傅立叶定律、牛顿冷却公式及斯忒藩－玻耳兹曼定律是应当熟记的传热学公式。试写出这三个公式并说明其中每一个符号及其意义。 答：①傅立叶定律：
dx dt q λ-=，其中，q －热流密度；λ－导热系数；dx dt
－沿x 方向的温度变化率，“－”表示热量传递的方向是沿着温度降低的方向。
②牛顿冷却公式：)(f w t t h q -=，其中，q －热流密度；h －表面传热系数；w t －固体表面温度；f t －流体的温度。
③斯忒藩－玻耳兹曼定律：4
T q σ=，其中，q －热流密度；σ－斯忒藩－玻耳兹曼常数；T －辐射物体的热力学温度。 3． 导热系数、表面传热系数及传热系数的单位各是什么？哪些是物性参数，哪些与过程有关？
答：①导热系数的单位是：W/(m.K)；②表面传热系数的单位是：W/(m2.K)；③传热系数的单位是：W/(m2.K)。这三个参数中，只有导热系数是物性参数，其它均与过程有关。 4． 当热量从壁面一侧的流体穿过壁面传给另一侧的流体时，冷、
《传热学》杨世铭-陶文铨-第五章对流传热理论基础解析PPT文档共92页
55、 为 中 华 之 崛起而 读书。 ——周 恩来
Hale Waihona Puke Baidu
《传热学》杨世铭-陶文铨-第五章对 流传热理论基础解析
谢谢！
51、 天 下 之 事 常成 于困约 ，而败 于奢靡 。——陆 游 52、 生 命 不 等 于是呼 吸，生 命是活 动。——卢 梭
- 1、下载文档前请自行甄别文档内容的完整性，平台不提供额外的编辑、内容补充、找答案等附加服务。
- 2、"仅部分预览"的文档,不可在线预览部分如存在完整性等问题,可反馈申请退款(可完整预览的文档不适用该条件!)。
- 3、如文档侵犯您的权益，请联系客服反馈,我们会尽快为您处理(人工客服工作时间：9:00-18:30)。
y
c) 所有物性参数（、cp、、）为常量
4个未知量:：速度 u、v；温度 t；压力 p 需要4个方程: 连续性方程(1)、动量方程(2)、能量方程(3)
第五章 对流换热
17
1 质量守恒方程(连续性方程)
流体的连续流动遵循质量守恒规律 从流场中 (x, y) 处取出边长为 dx、dy 的微元体 M 为质量流量 [kg/s]
自然对流：流体因各部分 温度不同而引起的密度差 异所产生的流动
强制对流：由外力（如：泵、风机、水压头）作用所产 生的流动
h强制 h自然
第五章 对流换热
8
(2) 流动状态
层流：整个流场呈一簇互相平行的流线 湍流：流体质点做复杂无规则的运动
h湍流 h层流
第五章 对流换热
9
(3) 流体有无相变
单相换热： h相变 h单相
速度场和温度场由对流换热微分方程组确定： 质量守恒方程、动量守恒方程、能量守恒方程
第五章 对流换热
16
§5-2 对流换热问题的数学描述
为便于分析，只限于分析二维对流换热
假设： a) 流体为连续性介质
b) 流体为不可压缩的牛顿型流体
即：服从牛顿粘性定律的流体； 而油漆、泥浆等不遵守该定
u
律，称非牛顿型流体
单位时间内、沿x轴方向、 经x表面流入微元体的质量
M x udy
单位时间内、沿x轴方向、经 x+dx表面流出微元体的质量
M
xdx
Mx
M x x
dx
单位时间内、沿x轴方向流入微元体的净质量：
Mx
M xdx
M x x
dx
( u )
x
dxdy
第五章 对流换热
18
My
M y y
dy
M x udy
ห้องสมุดไป่ตู้风扇
第五章 对流换热
2
2 对流换热的特点 (1) 导热与热对流同时存在的复杂热传递过程 (2) 必须有直接接触（流体与壁面）和宏观运动； 也必须有温差 (3) 由于流体的粘性和受壁面摩擦阻力的影响，紧 贴壁面处会形成速度梯度很大的边界层
3 对流换热的基本计算式 牛顿冷却式:
Φ hA(tw t ) W
1
(tw
t
) Aw
Aw
Aw
hdAw
hAw (tw t )
第五章 对流换热
5
（2）平均对流换热系数
h 1 Aw
Aw hdAw
若势流只沿单方向进行， 则可写为：
h 1
L
hdx
L0
（3）对流换热过程的微分方程式
hx
tw
t
t y
w,x
W (m2 C)
第五章 对流换热
6
对流换热过程的微分方程式
第五章 对流换热
4
5 对流换热的影响因素
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)换热表面的几何条件; (5)流体的热物理性质
以流体外掠平板为例：
我们所要得到的是：
（1）当地热流密度和总的换热量
q h(tw t )
Aw qdAw (tw t ) Aw hdAw
由傅里叶定律与牛顿冷却公式：
hx
tw
t
t y
w, x
W (m2 C)
对流换热过程 微分方程式
第五章 对流换热
15
对流换热过程微分方程式
hx
tw
t
t y
w, x
hx 取决于流体热导系数、温度差和贴壁流体的温度梯度
温度梯度或温度场取决于流体热物性、流动状况（层流或
紊流）、流速的大小及其分布、表面粗糙度等 温度场 取决于流场
第五章 对流换热
Convection Heat Transfer
第五章 对流换热
1
§5-1 对流换热概述
1 对流换热的定义和性质 定义: 对流换热是指流体流经固体时流体与固体表面之间的 热量传递现象。
性质：
● 对流换热与热对流不同，既有热对流，也有导热；不 是基本传热方式
● 对流换热实例：1) 暖气管道; 2) 电子器件冷却；3)电
q Φ A
h(tw t f ) W m2
第五章 对流换热
3
4 表面传热系数（对流换热系数）
h Φ ( A(tw t )) W (m2 C)
—— 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
如何确定h及增强换热的措施是对流换热的核心问题
研究对流换热的方法：
（1）分析法 （2）实验法 （3）比拟法 （4）数值法
第五章 对流换热
11
综上所述，表面传热系数是众多因素的函数：
h f (v, tw, t f , , cp , ,,, l,Ω)
第五章 对流换热
12
对流换热分类小结
如习题(1-3)
第五章 对流换热
13
7 如何从解得的温度场来计算表面传热系数 --------对流换热过程微分方程式
当粘性流体在壁面上流动 时，由于粘性的作用，流 体的流速在靠近壁面处随 离壁面的距离的缩短而逐 渐降低；在贴壁处被滞止， 处于无滑移状态（即： y=0, u=0）
在这极薄的贴壁流体层中，热量只能以导热方式传递
根据傅里叶定律：
qw,x
t y
w,x
流体的热导率
W m2
W (mC)
t yw,x — 在坐标(x,0)处流体的温度梯度
第五章 对流换热
14
根据傅里叶定律：
qw,x
t y
w,x
根据牛顿冷却公式：
qw,x hx (tw-t ) W m2
hx — 壁面x处局部表面传热系数 W（m2 C)
hx
tw
t
t y
w, x
hx 取决于流体热导系数、温度差和贴壁流体的温度梯度
温度梯度或温度场取决于流体热物性、流动状况（层流或 紊流）、流速的大小及其分布、表面粗糙度等
速度场和温度场由对流换热微分方程组确定：
质量守恒方程、动量守恒方程、能量守恒方程
第五章 对流换热
7
6 对流换热的分类：
(1) 流动起因
相变换热：凝结、沸腾、升华、凝固、融化等 (4) 换热表面的几何因素：
内部流动对流换热：管内或槽内 外部流动对流换热：外掠平板、圆管、管束
第五章 对流换热
10
(5) 流体的热物理性质：
热导率 [W (m C)]
密度 [kg m3]
比热容 c [J (kg C)]
动力粘度 [N s m2 ]
运动粘度 [m2 s] 体胀系数 [1 K]
1 v 1 v T p T p
h (流体内部和流体与壁面 间导热热阻小 )
、c h (单位体积流体能携带更多能量)
h (有碍流体流动、不利于热对流)
自然对流换热增强
综上所述，表面传热系数是众多因素的函数：
h f (v, tw, t f , , cp , ,,, l,Ω)