哈工大 传热学 考研试题

3、各向热流密度
q dt dx
二导热系数
1、定义式

2、实现机理
q gradt
2t 2t 2t 。 x 2 y 2 z 2
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。 ○
q h(t w t f )
h——对流换热系数，W/(m2·℃)。 （物理意义：流体与壁面的温差为 2、总热流密度
q qr (对流换热量 ) qc (辐射换热量 )
第二章
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。 ○
导热问题的数学描述
3、比较 同种物质： 固 液 气 不同物质： 金属 非金属 4、温度线性函数
2) 多层筒壁
q
t f1 t f 2 1 1 h1 h2
ql
t w1 t w，n 1 1 n 1 d i 1 ln d 2 i 1 i i
2) 多层平壁
2、第三类边界条件
1) 单层筒壁
t f1 t f 2 ql d 1 1 1 ln 2 h1 2r1 2 d1 h2 2r2
对流换热概述
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。
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（ t m (t f t w ) 2 ） 。 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
第一章
热量传递过程由导热、对流、辐射 3 三种基本方式组成。
绪论
1℃时，单位时间通过单位面积传递的热量。 ）
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
三热辐射
q t w n s
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 tf。
t s tw
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

t h(t s t f ) n s
第三章
一通过平壁的导热
1、第一类边界条件 1) 单层平壁（定λ ）
2多层平壁稳态时通过各层的q相等nnn?wwttq?????????11112第三类边界条件1单层平壁定212111hhttqff??????2多层平壁2112111hhttqniiiff????????二通过圆筒壁的导热1第一类边界条件1单层筒壁??多层筒壁??????????????单位管长热流量2热流量

t w1 t w 2


A （W）
λ ——导热系数，W (m C ) 。 （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
q
t w1 t w2 t （W/m2） A R
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。 热对流是传热基本方式之一，而对流换热不是。 区别 对流换热是导热和热对流 2 种基本方式的综合作用。 对流换热必然具有流体与固体壁面间的相对运动。 2、牛顿冷却公式
t t 温度分布：t t w1 w1 w 2 x 热流密度：q t w1 t w 2
稳态导热
q t f1 t f 2
n 1 1 i h1 i 1 i h2
二通过圆筒壁的导热
1、第一类边界条件 1) 单层筒壁
2) 多层平壁 （稳态时，通过各层的 q 相等）
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) 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。
a c ——热扩散率， m 2 s 。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
t 0 t 常数
2) 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 ○
q s q w 或
q
1 n 1 n
t w1 t w，n 1
2、第三类边界条件 1) 单层平壁（定λ ）
r ln r1 温度分布：t t w1 (t w1 t w 2 ) r ln 2 r1 t t 热流量：ql w1 w 2 （单位管长热流量） d 1 ln 2 2 d1
T E Cb (W/m2) 100
Cb——辐射系数，Cb=5.67W/(m2·K4)。 4、辐射量计算
T1 4 T2 4 q C1， 2 100 100
4
四传热过程
1、总阻
R 1 1 h1 h2
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）
q gradt
(1 bt)
三导热微分方程及定解条件
1、导热微分方程 t 2 非稳态： a t 有内热源 c 2 稳态： t 0 t 2 非稳态： a t 无内热源 稳态： 2 t 0 拉普拉算子 2 t
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
2) 多层筒壁
t f1 t f 2 ql 1 1 n 1 d i 1 1 ln h1d1 2 i 1 i di h2d n1
f
实 理

m th(m H) mH
对流换热的基本方程
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。 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ρ cP 表示单位体积的流体容纳热量的能力。ρ cP 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。
对湍流： Prt
vt at
1) 当 Pr 1 时， St
f 8 f 0.0396 Re 1 4 8
当 Pr 1 时， St Pr 2 3 2) 雷诺数 管内流动： Re m
2、外掠平壁湍流换热 1) 当 Pr 1 和 Prt 1 时，层流和湍流服从同一类比方程。 雷诺类比方程
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
第六章
一
1、对流换热和热对流的区别 热对流是传热基本方式之一，而对流换热不是。 对流换热是导热和热对流 2 种基本方式的综合作用。 对流换热必然具有流体与固体壁面间的相对运动。 2、影响对流换热的主要因素 1) 流态 分为层流和湍流。Re 越大，涡旋扰动越强烈，h 就越大 2) 流动起因
ul
柯尔朋类比率 St Pr 2 3 临界距离 Re
1 Cf 2
u xc


0.8
（ Re c 5 105 ）
2、衰减度
Leabharlann Baidu

3、延迟时间
x
Aw exp(x ) Ax aT

2 T aT 1 T x 2 a

第五章
导热问题数值解法
1 (t m ,n 1 t m ,n 1 t m 1,n t m 1,n ) 4 3、边界节点离散方程 1 1 y t m ,n (t m ,n 1 t m ,n 1 ) (t m 1,n qw ) 4 2 t m,n
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。
q
um d

c P
dt du

(u m 为平均速度)
1 简单雷诺类比率 St C f 2 2) 当 Pr 1 时，
管流临界雷诺数： Re c 2300 4、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。 2) 彼此相似的现象，它们的各物理量场分别相似。 3) 彼此相似的现象，必然 hl 数群保持相等。 5、相似准则 1) 雷诺准则： Re
Bi 0，即
Vc
2、
d hA d
二无限大平壁的瞬态导热
exp(BiV FOV )
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 te 来衡量，这个 te 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。


u y
（ Pa s ）
（ m2 s ）
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。
第七章
一
1、流动边界层 1) 成因
对流换热的求解方法
以
边界层分析
t tw 0.99 为外缘线，该外缘线到壁面间的流体薄层。 t f tw
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 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。 ○ 论推移到另一对象。 1、普朗特数 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 ○ c 对层流： P r P 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
第四章
一基本概念
1、变化过程特点 1) 温度分布随时间变化
渐消失 初始阶段：初始温度逐 度分布 正规状况阶段：改变温 新的稳态阶段：新平衡
非稳态导热
傅里叶准则
FO a 2
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
2) 热流方向上热流处处不等 2、毕渥数
Bi
1) 2) 3)
内阻 h 外阻 1 h
( ) 12a 3.46 a
四集总参数法（Bi<0.1）
1、微分方程
1 ，内阻忽略，温度瞬变 。 h 1 0 Bi ， 与 相当，第三类边界条件 。 h 1 Bi ，即 ，外阻忽略，第一类边 界条件。 h