传热学复习资料汇总

传热学复习资料汇总
一、名词汇总
1．热流量：单位时间内所传递的热量
2．热流密度：单位传热面上的热流量
3．导热：当物体内有温度差或两个不同温度的物体接触时，在物体各局部之间不发生相对位移的情况下，物质微粒(分子、原子或自由电子)的热运动传递了热量，这种现象被称为热传导，简称导热。

4．对流传热：流体流过固体壁时的热传递过程，就是热对流和导热联合用的热量传递过程，称为外表对流传热，简称对流传热。

5．辐射传热：物体不断向周围空间发出热辐射能，并被周围物体吸收。

同时，物体也不断接收周围物体辐射给它的热能。

这样，物体发出和接收过程的综合结果产生了物体间通过热辐射而进行的热量传递，称为外表辐射传热，简称辐射传热。

6．总传热过程：热量从温度较高的流体经过固体壁传递给另一侧温度较低流体的过程，称为总传热过程，简称传热过程。

7．对流传热系数：单位时间内单位传热面当流体温度与壁面温度差为1K是的对流传热量，单位为W／(m2·K)。

对流传热系数表示对流传热能力的大小。

8．辐射传热系数：单位时间内单位传热面当流体温度与壁面温度差为1K是的辐射传热量，单位为W／(m2·K)。

辐射传热系数表示辐射传热能力的大小。

9．复合传热系数：单位时间内单位传热面当流体温度与壁面温度差为1K是的复合传热量，单位为W／(m2·K)。

复合传热系数表示复合传热能力的大小。

10．总传热系数：总传热过程中热量传递能力的大小。

数值上表示传热温差为1K时，单位传热面积在单位时间内的传热量。

11．温度场：某一瞬间物体内各点温度分布的总称。

一般来说，它是空间坐标和时间坐标的函数。

12．等温面(线)：由物体内温度相同的点所连成的面〔或线〕。

13．温度梯度：在等温面法线方向上最大温度变化率。

14．热导率：物性参数，热流密度矢量与温度降度的比值，数值上等于 1 K／m 的温度梯度作用下产生的热流密度。

热导率是材料固有的热物理性质，表示物质导热能力的大小。

15．导温系数：材料传播温度变化能力大小的指标。

16．稳态导热：物体中各点温度不随时间而改变的导热过程。

17．非稳态导热：物体中各点温度随时间而改变的导热过程。

18．傅里叶定律：在各向同性均质的导热物体中，通过某导热面积的热流密度正比于该导热面法向温度变化率。

19．保温(隔热)材料：λ≤0.12 W/(m·K)(平均温度不高于350℃时)的材料。

20．肋效率：肋片实际散热量与肋片最大可能散热量之比。

21．接触热阻：材料外表由于存在一定的粗糙度使相接触的外表之间存在间隙，给导热过程带来额外热阻。

22．定解条件(单值性条件)：使微分方程获得适合某一特定问题解的附加条件，包括初始条件和边界条件。

位传热面积在单位时间内的传热量。

速度边界层：在流场中壁面附近流速发生急剧变化的薄层。

23．温度边界层：在流体温度场中壁面附近温度发生急剧变化的薄层。

24. 定性温度：确定换热过程中流体物性的温度。

25. 特征尺度：对于对流传热起决定作用的几何尺寸。

26. 相似准那么(如Nu,Re,Pr,Gr,Ra)：由几个变量组成的无量纲的组合量。

27 . 强迫对流传热：由于机械(泵或风机等)的作用或其它压差而引起的相对运动。

28 . 自然对流传热：流体各局部之间由于密度差而引起的相对运动。

29 大空间自然对流传热：传热面上边界层的形成和开展不受周围物体的干扰时的自然对流传热。

30．热辐射·热运动状态改变，而将局部内能转换成电磁波的能量发射出去的过程。

31．吸收比：投射到物体外表的热辐射中被物体所吸收的比例。

32．反射比：投射到物体外表的热辐射中被物体外表所反射的比例。

33．穿透比：投射到物体外表的热辐射中穿透物体的比例。

34．黑体：吸收比α= 1的物体。

35．白体：反射比ρ=l的物体(漫射外表)
36．透明体：透射比τ= 1的物体
37．灰体：光谱吸收比与波长无关的理想物体。

38．黑度：实际物体的辐射力与同温度下黑体辐射力的比值，即物体发射能力接近黑体的程度。

39．辐射力：单位时间内物体的单位辐射面积向外界(半球空间)发射的全部波长的辐射能。

40．漫反射外表：如果不管外界辐射是以一束射线沿某一方向投入还是从整个半球空间均匀投入，物体外表在半球空间范围内各方向上都有均匀的
，那么该外表称为漫反射外表。

反射辐射度L
r
41．角系数：从外表1发出的辐射能直接落到外表2上的百分数。

42．有效辐射：单位时间内从单位面积离开的总辐射能，即发射辐射和反射辐射之和。

43．投入辐射：单位时间内投射到单位面积上的总辐射能。

44．定向辐射度：单位时间内，单位可见辐射面积在某一方向p的单位立体角内所发出的总辐射能(发射辐射和反射辐射)，称为在该方向的定向辐射度。

45．漫射外表：如该外表既是漫发射外表，又是漫反射外表，那么该外表称为漫射外表。

46．定向辐射力：单位辐射面积在单位时间内向某一方向单位立体角内发射的辐射能。

47．外表辐射热阻：由外表的辐射特性所引起的热阻。

48. 遮热板：在两个辐射传热外表之间插入一块或多块薄板以削弱辐射传热。

49. 重辐射面传热过程:热量从高温流体通过壁面传向低温流体的总过程.
50. 复合传热:对流传热与辐射传热同时存在的传热过程.
51. 污垢系数:单位面积的污垢热阻.
52. 肋化系数: 肋侧外外表积与光壁侧外表积之比.
53．顺流:两种流体平行流动且方向相同
54．逆流: 两种流体平行流动且方向相反
55．效能:换热器实际传热的热流量与最大可能传热的热流量之比.
56．传热单元数:传热温差为1K时的热流量与热容量小的流体温度变化1K所吸收或放出的热流量之比.它反映了换热器的初投资和运行费用,是一个换热器的综合经济技术指标. 57．临界热绝缘直径:对应于最小总热阻(或最大传热量)的保温层外径.
58.辐射传热系统中外表温度未定而净辐射传热量为零的外表。

简答题分析题
1 写出导热问题三类边界条件的定义及其数学描述。

〔直角坐标系下一维非稳态无内热源导热问题的导热微分方程式x t a t 22∂∂=∂∂τ
〕
〔1〕规定了边界上的温度值，称为第一类边界条件。

其数学描述为：
0τ>时，()1w t f τ=。

对于稳态导热问题，w t ＝ 常量。

〔2〕规定了边界上的热流密度值，成为第二类边界条件。

其数学描述为：0τ>时，
()2w t f n λτ∂⎛⎫-= ⎪∂⎝⎭，式中，n 为外表A 的外法线方向。

对于稳态导热问题，w q ＝ 常量。

〔3〕规定了边界上物体与周围流体间的外表传热系数h 及周围流体的温度f t ，成为第三类边界条件。

其数学描述为：()w f w t h t t n λ∂⎛⎫-=- ⎪∂⎝⎭。

在非稳态导热时，式中h 及f t 均可为
时间的函数
2 试比拟强迫对流横掠管束传热中管束叉排与顺排的优缺点。

〔提示：强迫对流横掠管束换热中，管束叉排与顺排的优缺点主要可以从换热强度和流 动阻力两方面加以阐述：(1)管束叉排使流体在弯曲的通道中流动，流体扰动剧烈，对流换热系数较大，同时流动阻力也较大；(2)顺排管束中流体在较为平直的通道中流动，扰动较弱，对流换热系数小于叉排管束，其流阻也较小；(3)顺排管束由于通道平直比叉排管束容易清洗。

3、简述辐射换热封闭空腔网络法。

答：求解辐射换热问题时与电学中的欧姆定律相比拟， 得出一个封闭空腔网络法。

由任意放置的两黑体外表间的辐射换热计算公式：，
式中(E b1-E b2)相当于电位差，相当于电阻，叫空间热阻；
又由灰外表间的某外表净辐射换热公式：，
式中(E b1-E b2)相当于电位差，
相当于电阻，叫外表热阻。

具体步骤为：首先所有外表必须形成封闭系统，再绘制热阻网络图，其具体方法为：
⑴每一个物体外表为1个节点〔该物体外表应具有相同的温度和外表辐射吸收特性〕，其热势为有效辐射J i ；⑵每两个外表间连接一个相应的空间热阻；
⑶每个外表与接地间连接一个外表热阻和“电池〞〔黑体辐射力E b 〕；
⑷假设某角系数为0，即空间热阻→∞，那么相应两个外表间可以断开，不连接空间热阻； ⑸ 假设某外表绝热，那么其为浮动热势，不与接地相连
4试用所学的传热学知识说明用温度计套管测量流体温度时如何提高测温精度。

〔提示：温度计套管可以看作是一根吸热的管状肋(等截面直肋)，利用等截面直肋计算肋
端温度t h 的结果，可得采用温度计套管后造成的测量误差Δt 为Δt=t f -t h =)(0
m H ch t t f -，其中H h H A hP mH λδλ==，欲使测量误差Δt 下降，可以采用以下几种措施：
(1)降低壁面与流体的温差(t f -t 0)，也就是想方法使肋基温度t 0接近t f ，可以通过对流体 通道的外外表采取保温措施来实现。

(2)增大(mH)值，使分母ch(mH)增大。

具体可以用以下手段实现：①增加H ，延长温度计套管的长度；②减小λ，采用导热系数小的材料做温度计套管，如采用不锈钢管，不要用铜管。

因为不锈钢的导热系数比铜和碳钢小。

②降低δ，减小温度计套管的壁厚，采用薄壁管。

④提高h 增强温度计套管与流体之间的热交换。

)
5．简述集总参数法的物理意义及应用条件。

忽略物体内部导热热阻的简化分析方法称为集总参数法。

如果物体的导热系数相当大，或者几何尺寸很小，或外表换热系数极低，那么其导热问题都可能属于这一类型的非稳态导热问题。

一般以式()
/0.1V h V A Bi M
λ=<作为容许采用集总参数法的判断条件，其中M 是与
物体几何形状有关的无量纲数。

6．什么是相似原理？判断物理现象相似的条件是什么？相似原理在工程中有什么作用？ 对于两个同类的物理现象，如果在相应的时刻与相应的地点上与现象有关的物理量一一对应成比例，那么称此两现象彼此相似。

判断两个同类物理现象相似的条件是：〔1〕同名的已定特征数相等；〔2〕单值性条件相似。

所谓单值性条件，是指使被研究的问题能被唯一地确定下来的条件，它包括：〔1〕初始条件；〔2〕边界条件；〔3〕几何条件；〔4〕物理条件。

相似原理可用来指导试验的安排及试验数据的整理，也可用来知道模化试验
7. Nu ，Re ，Pr ，Gr 准那么数的物理意义是什么？
hl
Nu λ=，是壁面上流体的无量纲温度梯度。

Re ul ν=，是惯性力与粘性力之比的一种度量。

Pr p c a ηνλ==，是动量扩散厚度与热量扩散厚度之比的一种度量。

32gl t Gr αν∆=
，是浮升力与粘性力之比的一种度量。

8.简述角系数的定义及性质。

把从外表1发出的辐射能中落到外表2上的百分数，成为外表1对外表2的角系数，记为X 1,2。

角系数的性质
〔1〕相对性11,222,1A X A X = 〔2〕完整性对N 个外表组成的封闭腔有，1,11N j j X ==∑ 〔3〕可加性设外表2有2a 和2b 两局部组成，那么有1,21,21,2a B X X X =+
9. ．强化传热的原那么是什么？
强化传热时，对热阻较大的一侧流体换热下功夫，往往能收到显著的效果。

即在传热温差不变时，改变传热过程中热阻大的那一环节的热阻，可以大大增加传热过程的传热量。

如果要采用加肋片的方式强化传热过程的话，只有在h i ,h o 相差较大，而A i ，A o 相差不大时，在h 较小的一侧加肋才能收到显著的强化效果。

当A i h i ≈A o h o 但数值都很小时，两侧都要强化措施，如双侧强化管。

10. 气体辐射有什么特点？
〔1〕不同气体，辐射和吸收的本领不同。

〔2〕气体辐射对波长具有选择性。

〔3〕气体的辐射和吸收是在整个容器中进行的，与气体在容器中的分子数目及容器的形状和容积有关
11. ．对流换热是如何分类的？影响对流换热的主要物理因素有哪些？
对流换热的分类如下所示：
影响对流换热的因素主要有以下五个方面：〔1〕流体流动的起因；〔2〕流体有无相变；〔3〕流体的流动状态；〔4〕换热外表的几何因素；〔5〕流体的物理性质
12. ．速度边界层和温度边界层的物理意义和数学定义是什么？
在固体外表附近流体速度发生剧烈变化的薄层称为流动边界层，又称速度边界层。

通常规定到达主流速度的99％处的距离为速度边界层的厚度，记为δ。

固体外表附近流体温度发生剧烈变化的薄层称为温度边界层或热边界层，其厚度记为t δ。

一般以过余温度为来流过余温度的99％处定义为t δ的外边界。

13.简述对流换热和传热过程的区别、外表传热系数(对流换热系数)和传热系数的区别。

对流换热是指流体流过一个物体外表时的热量传递过程。

传热过程是指热量由壁面一侧的流体通过壁面传到另一侧的流体中去的过程。

传热过程包含着三个环节：〔1〕从热流体到壁面高温侧的热量传递；〔2〕从壁面高温侧到壁面低温侧的热量传递，亦即穿过固体壁的导热；〔3〕从壁面低温侧到冷流体的热量传递。

外表传热系数是对流换热计算时的比例系数，
h A t Φ=
∆，它不仅取决于流体的物性以及换
热外表的形状、大小与布置，而且还与流速有密切的关系。

传热系数为传热过程计算时的比例系数，
12111k h h δλ=
++，其大小不仅取决于传热过程的两种流体的种类，还与过程本身有关。

以过余温度为来流过余温度的99％处定义为t δ的外边界。

14 什么是流动边界层，什么是热边界层？为什么它们的厚度之比与普朗特数Pr 有关？ 流动边界层是由于流体粘度造成的速度变化的区域，热边界层是由于流体的热扩散率造成温度变化的区域，它们的厚度之比应与形成流体边界层和边界层的流体黏度V 和热扩散率a 之比有关，即与普朗特数pr 有关，且已被理论证明。

16. 试比拟准那么数Nu 和Bi 的异同。

从形式上看，Nu 数()与Bi 数()完全相同，但二
者物理意义却不同。

〔1〕Nu 数中的为流体的λ导热系数，而一般h 未知，因而Nu 数一般是待定 准那么。

Nu 数的物理意义表示壁面附近流体的无量纲温度梯度，他表示流体对流
换热的强弱。

〔2〕Bi 数中的λ为导热物体的导热系数，且一般情况下h ，Bi 数一般是
已定准那么。

Bi 数的物理意义是导热物体内部导热热阻()与外部对流热阻()的
相对大小。

17.请分析遮热板的原理及其在削弱辐射换热中的作用。

〔1〕在辐射换热外表之间插入金属(或固体)薄板，称为遮热板。

(2)其原理是，遮热板的存在增大了系统中的辐射换热热阻，使辐射过程的总热
阻增大，系统黑度减少，使辐射换热量减少。

(3)遮热板对于削弱辐射换热具有显著作用，如在两个平行辐射外表之间插入一
块同黑度的遮热板，可使辐射换热量减少为原来的1/2，假设采用黑度较小的遮热板，那么效果更为显著。

λhl
N u =λhl
B i =λl
h
l
1．如下列图的二维、含有内热源、常物性的稳态导热问题，试导出内角顶节点O 〔m,n 〕的离散方程式。

且Δx=Δy 时，解出内角顶节点O 〔m,n 〕的温度
解： n
m t ,()()分）（时，
当分）2.......................................................................2232326......(0224322,21,,11,,1,,,,1,,,1,1,,,1f n m n m n m n m n m n m n m f n m n m n m n m n m n m n m n m n m t x h x t t t t t x h y x t t h y x y x y t t x x
t t y y
t t x x t t y λλλλλλλ∆+Φ∆++++=⎪⎭
⎫ ⎝⎛+∆∆=∆=-⎪⎭
⎫ ⎝⎛∆+∆+Φ∆∆+∆-∆+∆-∆+∆-∆+∆-∆-++--++-。