传热学复习要点

传热学复习要点

1-3节为导热部分

1.导热理论基础(分稳态导热和非稳态导热) (1)导热现象的物理本质及在不同介质中的传递特征.

依靠分子,原子和自由电子等微观粒子热运动进行的热量传递.

气体中为分子,金属中为电子,非导电固体和液体中为晶格

(2)温度场的空间时间概念.

表达式:t=f(x,y,z, τ)空间用x,y,z表示.时间用τ.

稳态: 非稳态:

(3)温度梯度的概念和表达式.

定义: 两等温面温差与其法线方向距离的比值极限..

表达式:

(4)傅立叶定律的概念及其表达式.----导热基本定律

定义:

表达式:

适用范围:只适用于各向同性的固体材料.

(5)导热系数的定义,物理意义和影响因素.

表达式:

物理意义:表征物体导热能力的大小.影响因素:

(6)物性参数为常数时的导热微分方程式在各种不同条件下的数学表达.

导热微分方程---由傅立叶定律和热一律导出.

导热微分方程表达式:

无内热源:

稳态温度场:

无内热源且为稳态温度场:

(7)导温系数的表达及其物理意义,与导热系数的区别.

导温系数a定义: a=λ/cρ;

物理意义:表示物体加热或冷却时,物体内部各部分温度趋于一致的能力.

(8)导热过程单值性条件和数学表达.

单值性条件包括4个:几何条件;物理条件;时间条件;边界条件;

其中边界条件分3类:

①第一类边界条件:已知边界面温度.

②第二类边界条件:已知边界面热流密度..

③第二类边界条件:已知边界面与周围流体间的表面传热系数及周围流体温度tf.

牛顿冷却公式:

2.稳态导热--t=f(x,y,z)

(1)通过单层平壁,多层平壁和复合平壁的导热计算式及温度分布,

热阻概念及其表达式和运用.

A: 第一类边界条件: 在无内热源,常物性条件下

1)单层平壁,高度h>>厚度δ，即为无限大平壁.

因是一维导热,所以温度分布为线性分布.t=tw1-(tw1-tw2)x/δ;

热流密度q=tw1-tw2/(δ/λ)=Δt/Rt.

热阻Rt: Rt=Δt/q.

2)多层平壁:

温度分布为折线..

B: 第三类边界条件: 厚度δ,无内热源,常物性

单层平壁:q=(tf1-tf2)/(1/h1+δ/λ+1/h2)

Rt=1/h1+δ/λ+1/h2

多层平壁:q=(tf1-tf2)/(1/h1+δ/λ+1/h2)

C: 复杂的平壁导热:(串连加并联)

RA与RB串连: R=RA+RB;

RA与RB并连: R=1/(1/RA+1/RB).

D: 导热系数为t的函数:λ=λ0(1+bt)

t= q=

此时,温度分布为二次曲线.

(2)通过单层圆筒壁和多层圆筒壁的导热及温度分布,热阻表达式和运用.

工程上长度l>>厚度δ的称为圆筒壁导热.

1)第一类边界条件:内径为r1,外径为r2

单层: 边界条件:

t=

q=

温度分布为曲线分布.

多层:q=

1)第三类边界条件:

单层:

多层:

(3)临界热绝缘直径的物理概念和如何确定合理的绝热层厚度. 当绝热层外径=dx时,总热组最小,散热量最大.这一直径称为临界~~

Dx=dc=2λins/h2.

说明:外径d2

外径d2>dc时,加绝热层才有效.

(4)肋片的作用及温度分布曲线,肋片效率概念及影响因素,肋片散热量的计算式.---- 只讨论等截面直肋

1)等截面直肋:

肋高为l,肋厚为δ,肋片周边长度为U,导热系数为λ,l>>δ,可认为肋片温度只沿着高度方向变化.

边界条件:

2)过余温度:以周围介质tf为基准的温度.θ=t-tf.

其中m=

温度分布为一条余弦双曲函数,即沿x反向逐渐降低.

肋端国余温度:

3)肋片表面散热量:

4)肋片效率:

定义:在肋片表面平均温度tm下,肋片的实际散热量Φ与假定整个肋片表面都处在肋基温度to时的理想散热量Φo的比值.即:

结论:①当m一定时,随着肋高增加, Φ先迅速增大然后逐渐趋于平缓.也即η先降低,肋高增加到一定程度时, Φ急剧降低.

②ml大,肋端过于温度小,肋片表面tm小,效率低.所以应降低m提高效率.

③λ与h都给定时,m随U/A降低而减小.变截面肋片效率高.

(5)接触热阻的形成和表达式.

两固体直接接触,因接触面不绝对平整,会产生接触热阻.

定义式:

减小接触热阻的措施:

改善接触面粗糙镀;提高接触面挤压压力;减小表面硬度;接触面上涂油.

3.非稳态导热(分瞬态导热和周期性导热)

两个重要准则:Fo准则和Bi准则.Bi=(δ/λ):(1/h)

Fo=aτ/δ2

(1)瞬态导热过程及周期性不稳态导热过程的特点.

前者物理量瞬间变化.后者物理量周期性变化.

(2)Fo准则的表达式及物理意义,当Fo>0.2时,无限大平壁内的温度变化规律.

傅立叶准则:Fo=aτ/δ2

物理意义:表征不稳态导热过程的无因次时间. Fo>0.2为临界值.

无限大平壁:在进行到F o>0.2的时间起,物体中任何给定地点的过余温度的对数值将随时间按线性规律变化.

(3)Bi准则的表达式及物理意义, Bi准则对无限大平壁内温度分

布的影响.

毕渥准则Bi=(δ/λ):(1/h)

物理意义:表征物体内部导热热阻与表面对流换热热阻之比.它的值越小,内部温度越趋于均匀一致.

Bi<0.1可近似认为,物体温度是均匀一致的.

(4)运用集总参数法的条件及温度计算式.

集总参数法的条件:对于平板,圆柱,球体,

温度计算式:

V为体积,A为表面积,初始温度θ=to-tf.

地下建筑的预热: