传热学总结

第一章绪论

§1-1 “三个W”

§1-2 热量传递的三种基本方式

§1-3 传热过程和传热系数

要求：通过本章的学习，读者应对热量传递的三种基本方式、传热过程及热阻的概念有所了解，并能进行简单的计算，能对工程实际中简单的传热问题进行分析（有哪些热量传递方式和环节）。作为绪论，本章对全书的主要内容作了初步概括但没有深化，具体更深入的讨论在随后的章节中体现。

本章重点：

1.传热学研究的基本问题

物体内部温度分布的计算方法

热量的传递速率

增强或削弱热传递速率的方法

2.热量传递的三种基本方式

(1).导热：依靠微观粒子的热运动而产生的热量传递。传热学重点研究的是在宏观温差作用下所发生的热量传递。

傅立叶导热公式：

(2).对流换热：当流体流过物体表面时所发生的热量传递过程。

牛顿冷却公式：

(3).辐射换热：任何一个处于绝对零度以上的物体都具有发射热辐射和吸收热辐射的能力，辐射换热就是这两个过程共同作用的结果。由于电磁波只能直线传播，所以只有两个物体相互看得见的部分才能发生辐射换热。

黑体热辐射公式：

实际物体热辐射：

3.传热过程及传热系数：热量从固壁一侧的流体通过固壁传向另一侧流体的过程。

最简单的传热过程由三个环节串联组成。

4.传热学研究的基础

傅立叶定律

能量守恒定律+ 牛顿冷却公式 + 质量动量守恒定律

四次方定律

本章难点

1.对三种传热形式关系的理解

各种方式热量传递的机理不同，但却可以（串联或并联）同时存在于一个传热现象中。

2.热阻概念的理解

严格讲热阻只适用于一维热量传递过程，且在传递过程中热量不能有任何形式的损耗。

思考题：

1.冬天经太阳晒过的棉被盖起来很暖和，经过拍打以后，效果更加明显。为什么？

2.试分析室内暖气片的散热过程。

3.冬天住在新建的居民楼比住旧楼房感觉更冷。试用传热学观点解释原因。

4.从教材表1-1给出的几种h数值，你可以得到什么结论？

5.夏天，有两个完全相同的液氮贮存容器放在一起，一个表面已结霜，另一个则没有。请问哪个容器的隔热性能更好，为什么?

第二章导热基本定律及稳态导热

§2-1 导热的基本概念和定律

§2-2 导热微分方程

§2-3 一维稳态导热

§2-4伸展体的一维稳态导热

要求：本章应着重掌握Fourier定律及其应用，影响导热系数的因素及导热问题的数学描写——导热微分方程及定解条件。在此基础上，能对几种典型几何形状物体的一维稳态导热问题用分析方法确定物体内的温度分布和通过物体的导热量。

本章重点：

1.基本概念

温度场t=f(x,y,z,τ)，稳态与非稳态，一维与二维

导热系数λ

２.导热基本定律：

可以认为是由傅立叶导热公式引深而得到，并具有更广泛的适应性。

(1)可以应用于三维温度场中任何一个指定的方向

(2)不要求物体的导热系数必须是常数

(3)不要求沿x方向的导热量处处相等

(4)不要求沿x方向的温度梯度处处相等

(5)不要求是稳态导热

3.导热微分方程式及定解条件

1)导热微分方程式控制了物体内部的温度分布规律，故亦称为温度控制方程只适用于物体的内部，不适用于物体的表面或边界。受到坐标系形式的限制。其推导依据是能量守恒定律和傅立叶定律。

2)定解条件

定解条件包括初始条件和边界条件。

第一类边界条件给定边界上的温度值

第二类边界条件给定边界上的热流密度值

第三类边界条件给定边界对流换热条件

3)求解思路

求解导热问题的思路主要遵循“物理问题⌫数学描写⌫求解方程⌫温度分布⌫热量计算”

4.一维稳态导热问题的解析解

1)如何判断问题是否一维

2)两种求解方法

对具体一维稳态无内热源常物性导热问题，一般有两种求解方法：一是直接对导热微分方程从数学上求解，二是利用fourier定律直接积分。前者只能得出温度分布再应用fourier定律获得热流量。

3)温度分布曲线的绘制

对一维稳态无内热源导热问题，当沿热流方向有面积或导热系数的变化时，依此很容易判断温度分布。

本章难点：

本章难点是对傅立叶导热定律的深入理解并结合能量守恒定律灵活应用，这是研究及解决所有热传导问题的基础。

思考题：

1.如图所示为一维稳态导热的两层平壁内温度分布，导热系数λ均为常数。试确定：

(1)q1，q2及q3的相对大小；(2) λ1和λ2的相对大小。

2.一球形贮罐内有-196 的液氦，外直径为2m，外包保温层厚30cm，其λ= 0.6w/m.k。环境温度高达40 ，罐外空气与保温层间的h=5w/m2.k试计算通过保温层的热损失并判断保温层外是否结霜。

3.试推导变截面伸展体的导热微分方程，并写出其边界条件。假设伸展体内导热是一维的。

第三章非稳态导热

§3-1非稳态导热的基本概念

§3-1集总参数法

§3-3非稳态导热过程的微分方程分析

要求：通过本章的学习，读者应熟练掌握非稳态导热的基本特点，集总参数法的基本原理及其应用，一维非稳态导热问题的分析解及海斯勒图的使用方法。读者应能分析简化实际物理问题并建立其数学描写，然后求解得出其瞬时温度分布并计算在一段时间间隔内物体所传递的导热量。

本章重点；

一.非稳态导热过程

1.实质：由于某种原因使物体内某点不断有净热量吸收或放出，形成了非稳态温度场。

2.一维非稳态导热的三种情形：见教材图3-3。

3.Bi,Fo数的物理意义

二.集总参数法

1.实质：是当导热体内部热阻忽略不计即Bi⌫0时研究非稳态导热的一种方法。判别依据：Bi<0.1M。

2.时间常数

3.几点说明：导热体外的换热条件不局限于对流换热。建立导热微分方程的根本依据是能量守恒定律；由Bi数的定义，若h或特征长度d未知时，事先无法知道Bi数的大小，此时先假设集总参数法条件成立，待求出h或d之后，进行校核。

三.一维非稳态导热分析解

1.前提：一维、无内热源、常物性，Bi⌫或有限大。

2.非稳态导热的正规状况阶段：当Fo>0.2以后，非稳态导热进入正规状况阶段。此时从数学上表现为解的无穷级数只需取第一项，从物理上表现为初始条件影响消失，只剩下边界条件和几何因素的影响。