传热学复习提纲

第一章 绪论热量传递过程由导热、对流、辐射3三种基本方式组成。

一 导 热导热又称热传导，是指温度不同的物体各部分无相对位移或不同温度的各部分直接紧密接触时，依靠物质内部分子、原子及自由电子等微观粒子的热运动而进行热量传递的现象。

1、 傅里叶公式A t t w w δλ21-=Φ （W ）λ——导热系数，)(C m W ο•。

（物理意义：单位厚度的物体具有单位温度差时，在单位时间内其单位面积上的导热量。

） 2、热流密度λλδR t t t A q w w ∆=-=Φ=21 （W/m 2） 二 热对流热对流，依靠流体的运动，把热量从一处传递到另一处的现象。

1、 对流换热对流换热：流体与温度不同的固体壁面接触时所发生的传热过程。

区别2、 牛顿冷却公式)(f w t t h q -=h ——对流换热系数，W/(m 2·)。

（物理意义：流体与壁面的温差为1时，单位时间通过单位面积传递的热量。

）三 热辐射物体表面通过电磁波（或光子）来传递热量的过程。

1、 特点○1辐射能可以通过真空自由地传播而无需任何中间介质。

○2一切物体只要具有温度（高于0K ）就能持续地发射和吸收辐射能。

○3不仅具有能量传递，还有能量的转换：热能——电磁波——热能。

2、 辐射换热：依靠辐射进行的热量传递过程。

3、 辐射力物体表面每单位面积在单位时间内对外辐射的全部能量。

4100⎪⎭⎫ ⎝⎛=T C E b(W/m 2)C b ——辐射系数，C b =5.67W/(m 2·K 4)。

4、 辐射量计算⎥⎥⎦⎤⎢⎢⎣⎡⎪⎭⎫ ⎝⎛-⎪⎭⎫⎝⎛=424121100100T T C q ， 四 传热过程1、 总阻2111h h R ++=∑λδ)()(辐射换热量对流换热量c r q q q +=第二章 导热问题的数学描述一 基本概念及傅里叶定律1、 基本概念○1等温面：由温度场中同一瞬间温度相同点所组成的面。

○2等温线：等温面上的线，一般指等温面与某一平面的交线。

○3热流线：处处与等温面（线）垂直的线。

2、 傅里叶定律（试验定律）gradt q λ-=3、 各向热流密度dxdtq λ-= 二 导热系数1、 定义式gradtq-=λ2、实现机理○1气体：依靠分子热运动和相互碰撞来传递热量。

○2非导电固体：通过晶体结构的振动来传递热量。

○3液体：依靠不规则的弹性振动传递热量。

比较同种物质：气液固λλλ>> 不同物质：非金属金属λλ> 4、 温度线性函数)1(bt +=ολλ三 导热微分方程及定解条件1、 导热微分方程⎪⎪⎪⎪⎩⎪⎪⎪⎪⎨⎧⎪⎩⎪⎨⎧=∇∇=∂∂⎪⎪⎩⎪⎪⎨⎧=Φ+∇Φ+∇=∂∂••002222t t a t t c t a t 稳态：非稳态：无内热源稳态：非稳态：有内热源τλρτ 拉普拉算子2222222zty t x t t ∂∂+∂∂+∂∂=∇。

c a ρλ=——热扩散率，s m 2。

分子代表导热能力，分母代表容热能力。

（表征物体被加热或冷却时，物体内部温度趋向均匀一致的能力。

） 2、 定解条件1) 时间条件常数===οt t 0τ2) 边界条件○1第一类边界条件：已知边界上任何时刻的温度分布，即 w s t t =○2第二类边界条件：已知边界上任何时刻的热流密度或温度变化，即λw s w s q n tq q =∂∂-=或 ○3第三类边界条件：已知任何时刻的边界与周围流体间的表面传热系数h 及周围流体温度t f 。

)(f s st t h n t-=∂∂-λ第三章稳态导热一通过平壁的导热1、第一类边界条件1)单层平壁（定λ）⎪⎪⎩⎪⎪⎨⎧-=--=δλδ21211wwwww tt qxttt t热流密度：温度分布：2)多层平壁（稳态时，通过各层的q相等）nnnww t t q λδλδ+⋯+-=+1111，2、 第三类边界条件1) 单层平壁（定λ）212111h h t t q f f ++-=λδ2) 多层平壁2112111h h t t q ni i i f f ++-=∑=λδ二 通过圆筒壁的导热1、 第一类边界条件1) 单层筒壁⎪⎪⎪⎪⎩⎪⎪⎪⎪⎨⎧-=--=（单位管长热流量）热流量：温度分布：1221121211ln 21ln ln )(d d tt q r r r r t t t t w w l w w w πλ 2) 多层筒壁4 / 12ii n i i n w w l d d t t q 1111ln 121+=+∑-=λπ，2、 第三类边界条件1) 单层筒壁2212112121ln 2121r h d d r h t t q f f l ππλπ++-=2)多层筒壁121111211ln1211++=++-=∑nii nii ffld hdddh ttqπλππ三通过肋壁的导热1、 概念过于温度：某点温度与某一定值温度（基准温度）之差。

2、 肋片效率计算mHmH th m f )(==ΦΦ=οθθη理实第四章 非稳态导热一 基本概念1、变化过程特点1) 温度分布随时间变化⎪⎩⎪⎨⎧新的稳态阶段：新平衡度分布正规状况阶段：改变温渐消失初始阶段：初始温度逐 2) 热流方向上热流处处不等2、毕渥数λδλδh h Bi ===1外阻内阻1) 。

，内阻忽略，温度瞬变，即h Bi 10<<→λδ 2) 。

相当，第三类边界条件与，h Bi 10λδ∞<< 3) 界条件。

，外阻忽略，第一类边，即hBi 1>>∞→λδ 二 无限大平壁的瞬态导热傅里叶准则2τa F O =三 半无限大物体的瞬态导热1、 概念半无限大物体：几何上是指只有一个边界面，从x=0的界面向x 正方向及其他2个坐标（y ，z ）方向无限延伸的物体。

严格意义上的半无限大物体是不存在的，然而，工程上有些物体的导热现象可以看成半无限大物体，比如地面的受热或暴冷向地下的传递过程。

2、 渗透厚度τττδa a 46.312)(==5 / 12四 集总参数法（Bi<0.1）1、 微分方程θτθρhA d d c V -=2、)ex p(V O V F Bi -=οθθ五 周期性非稳态导热1、 概念工程上把室外空气与太阳辐射两者对围护结构的共同作用，用一个假想的温度t e 来衡量，这个t e 称为室外综合温度。

最大值出现时间逐层推移现象称为时间的延迟。

当深度足够大时，温度波动振幅就衰减到可以忽略不计的程度。

这种深度下的地温就可以认为终年不变，称为等温层。

2、 衰减度)exp(aTx A A x w πυ==3、 延迟时间πππξa T x TaT x212==第五章 导热问题数值解法1、 有限差分法原理：用有限个离散点（节点）上物理量的集合代替在时间、空间上连续的物理量场，按物理属性建立各节点的代数方程并求解，来获得离散点上被求物理量的集合。

2、 内部节点离散方程)(41,1,11,1,,n m n m n m n m n m t t t t t -+-++++=3、 边界节点离散方程)(21)(41,11,1,,w n m n m n m n m q y t t t t λ∆+++=--+第六章 对流换热的基本方程一 对流换热概述1、 对流换热和热对流的区别2、 影响对流换热的主要因素1) 流态分为层流和湍流。

R e 越大，涡旋扰动越强烈，h 就越大 2) 流动起因受迫对流换热：流体的运动是由水泵、风机、水压头的作用所引起，则产生的热量传递过程。

6 / 12自然对流换热：流体的运动是由流体内部的温差产生的密度差所引起的，则产生的热量传递过程。

3) 导热系数λ导热系数大，流体与固体壁面间的导热热阻就小，其以导热方式传递热量的能力就强，因此对流换热强。

4) 比热容量ρc P表示单位体积的流体容纳热量的能力。

ρc P 大的流体，单位体积内能够容纳更多的热量，从而以热对流的方式转移热量的能力就更大。

5) 动力粘度μ和运动粘度υ粘度大的物体，容易在壁面上形成更厚的流动边界层，阻碍了流体的流动，且形成了一层热阻，从而减小了传热，因此μ（υ）越大，h 越小。

yu ∂∂=τμ（s Pa •） ρμυ=（s m 2） 6) 几何因素几何因素涉及壁面尺寸、粗糙度、形状及与流体的相对位置，它影响流体在壁面上的流态、速度分布和温度分布，从而对换热产生影响。

7)h是综合因素影响的结果，它的大小反映了对流换热的强弱。

8)定性温度用以确定参数的这一特征性温度（2)(wf mtt t+=）。

9)定型尺寸对流动和换热有决定性影响的特征尺寸。

管内流动——内径外掠平板——板长外掠单圆管——外径外掠管束——间距第七章对流换热的求解方法一边界层分析1、流动边界层1) 成因当速度为∞u 的粘性流体掠过壁面时，会在壁面上产生摩擦，从而制动了流体的运动，使靠近壁面的流体速度降低，而直接贴附于壁面的流体实际上将停滞不动。

2) 主要特征○1流场可划分为边界层区和主流区。

只有在边界层内，流体的粘性才起作用；在主流区可以认为流体是无粘性的理想流体。

○2边界层极薄，其厚度δ与流动方向的平壁尺寸l 相比是极小的。

○3根据边界层内的流动状态，边界层可分为层流边界层和湍流边界层，而湍流边界层贴壁处仍存在一层极薄的层流底层。

2、 热边界层1) 定义以99.0=--wf wt t t t 为外缘线，该外缘线到壁面间的流体薄层。

2) 换热过程分析热边界层内流体运动的状态对于对流换热起着决定性的影响。

在层流流动的热边界层中，壁面法线方向上的热量传递方式主要是导热；在湍流流动的热边界层中，层流底层的热量传递依靠导热，而湍流核心层，速度脉动引起的对流混合是主要的热量传递方式。

二 类比类比：比较两个或两类不同的物理现象之间在某些方向的相似性，找出相似或相同点，然后以此为根据，把其中某一现象的有关知识或结论推移到另一对象。

1、 普朗特数 对层流：λμPc =Pr 对湍流：ttt a v =Pr 2、1) 当1Pr =和1Pr =t 时，层流和湍流服从同一类比方程。

雷诺类比方程dudt c qP-=τ简单雷诺类比率 f C St 21=2) 当1Pr ≠时，柯尔朋类比率 f C St 21Pr 32=• 临界距离 νcx u ∞=Re （5105Re ⨯=c ）雷诺数 νlu l ∞=Re平均换热准则关联式)10Re 105,60Pr6.0(Pr )870Re037.0(85318.0≤≤⨯≤≤-=llNuλhlNu =3、管内压力降22mu d l f p ρ=∆1) 当1Pr =时，8f St =当1Pr ≠时，4132Re 0396.08Pr -==fSt 2) 雷诺数管内流动：)(Re 为平均速度m m m u du υ=管流临界雷诺数：2300Re =c4、 相似性质1) 彼此相似的现象，它们的同名相似准则必定相等。