工程热力学与传热学-第十五章-对流换热原理学习资料
工程热力学与传热学：10-2 对流换热的数学描述
c
p
(
t
u
t x
v
t y
)
(
2t x 2
2t y 2 )
非稳态项 对流项
或： Dt a( 2t 2t )
D
x2 y 2
若流体静止： u 0 v 0 ,
t
2t a( x2
2t y 2
)
导热项 导热微分方程
对流换热微分方程组：
u v 0 x y
( u
u
u x
v
u ) y
Fx
δ
u
q
u∞
u 层流底层
0 层流边界层xc 过渡区 湍流边界层 l x
湍流边界层的三层结构模型：
➢ 层流底层 (Laminar sublayer) ➢ 缓冲层 (buffer layer) ➢ 湍流核心区 (Turbulent region)
转戾点
外掠平板： Re c 5105
2. 热边界层 (Thermal boundary layer)
1904年，德国科学家普朗特提出著名的 边界层概念。
例子：流体平行外掠平板的强迫对流换热。
y u∞ tf
主流区 u∞
u∞ u
边界层特点 δ<< l
δ
u
层流底层 q
0 层流边界层xc 过渡区 湍流边界层 l x
流场分区： 边界层区：
y u∞ tf
主流区 u∞
u∞ u
δ
u
层流底层 q
0 层流边界层 xc 过渡区 湍流边界层 l x
ｕ
t
0 层流边界层
tw
x
流体的动量扩散能力与热量扩散能力之比。
• 对层流边界层，若热边界层和流动边界层 从平板前缘点同时发展：
工程热力学与传热学15) 对流换热
W
tw t f tw t f Q 1 R A Q ——对流换热的热流量 对流换热的热 A——换热面积 流量与温差成 tw——固体壁面温度 正比，与换热 热阻成反比。 tf——冷却流体温度
a——流体和壁面之间的对流换热系数 Ra——对流换热热阻
对流换热系数
Q Atw t f W
v
Re wl Pr
v a
Gr gl3 t 浮升力与粘性力之比 自由运动状态对换热的影响 v2
1．对流换热时的热量传递是依靠流体与壁 面接触层之间的 作用，以及流体 内部的 作用。 2．速度边界层按其流动特征可分为 边界层和 边界层。而紊流边界 层中紧贴固体壁面的那一薄层，流体依然保 持 的状态，这一薄层称为紊流 边界层中的 。 3．按照流体流动产生的原因，流动可分为 和 两类。 4．流体相变换热有 和 两种。 5．流体垂直掠过管道比平行流过管道换热
自然界普遍存在对流换热，它比导热更复杂。
某些方面研究比较详细，但由于数学上的困难； 使得在工程上可应用的公式大多数还是经验公式 （实验结果）
一、 对流换热的概念
1、热对流：流体中温度不同的各部分间发生宏观 的相对位移时所引起的热量传递现象。是三种基 本传热方式之一。 2、对流换热：是指流体流经固体时流体与固体表 面之间的热量传递现象。 ● 对流换热与热对流不同，对流换热是热对流导 热综合作用的结果；不是基本传热方式 ● 船舶对流换热实例： 1）各种换热设备管内（或管外）流体与管内壁 间的换热; 2) 制冷、空调装置的换热。
强制对流＞自然对流
强迫 自然
3. 流体运动的状态
层流 过渡状态 紊流
无流体微团的横向脉动，法线方向为导热
传热学复习资料(5套)
一、选择题1、下列哪几种传热过程不需要有物体的宏观运动〔A〕A导热2、在稳态传热过程中，传热温差一定，如果希望系统传热量增大，则不能采用下列哪种手段〔A〕A增大系统热阻B 增大传热面积C增大传热系数D增大对流传热系数3、温度梯度表示温度场内的某一点等温圈上什么方向的温度变化率〔B〕法线方向4、下述哪一点不是热力设备与冷冻设备加保温材料的目的。
(D) A 防止热量或冷量的消失B提高热负荷C防止烫伤D保持流体温度5、流体纯自然对流传热的准则方程可写为〔B〕B Nu=f(Gr,Pr)6、流体掠过平板对流传热时，在下列边界层各区中，温度降主要发生在哪个区〔C〕C 层流底层7、由炉膛火焰向木冷壁传热的主要方式〔A〕A 热辐射8、将保温瓶的双层玻璃中间抽成真空，其目的是〔D〕D减少导热与对流传热9、下述几种方法中，强化传热的方法是哪一种〔C〕C加肋片10、若冷热流体的温度给定，传热器热流体侧结垢后传热壁面的温度将如何改变〔B〕B减少11、热量传递的三种基本方式〔A〕A导热、热对流、辐射12、无量纲组合用于对于换热时称为〔C〕准则 C Nu13、对流换热与以〔B〕作为基本计算式 B 牛顿冷却公式14、下述几种方法中，强化传热的方法是〔C〕C增大流速15、当采用加肋片的方法增强传热时，将肋片加在〔B〕时最有效B换热系数较小一侧16、下列各参数中，属于物性参数的是〔D〕导温系数17、某热力管道采用两种导热系数不同的保温材料进行保温，为了达到较好的保温效果，应将〔B〕材料放在内层B导热系数较小的18、物体能够发射热辐射的基本条件是〔A〕A温度大于0K19、下述哪种气体可以看作热辐射透明体〔B〕反射比=1 B 空气20、灰体的吸收比与投射辐射的波长分布〔A〕A无关21、在稳态导热中，决定物体内温度分布的是〔B〕B导热系数22、下列哪个准则数反应了流体物性对对流换热的影响〔C〕C普朗特数23、在稳态导热中，决定物体内温度分布的是〔B〕B导热系数24、单位面积的导热热阻单位为(B) B K/W25、绝大多数情况下强制对流时的对流换热系数〔C〕自然对流 C 大于26、对流换热系数为100W/(㎡·K)，温度为20℃的空气流经50℃的壁面，其对流换热的热流密度为〔D〕D 3000W/㎡q=h(t2-t1)27、流体分别在较长的粗管和细管内作强制紊流对流换热。
工程热力学与传热学_对流换热
自然对流 h 5 25W /(m2 K ) 强迫对流
h 10 100W /(m2 K )
2. 流动的状态 —— 层流流动与湍流流动
层流（Laminar flow） 流速缓慢 沿轴线或平行于壁面作规则分层运动 热量传递：主要靠导热（垂直于流动方向）
u∞ tf u∞ u 0 导热 q x
u∞
主流区 u∞ tf u∞ u 过渡区 q
对流
u 层流底层 x
δ 0 层流边界层
导热
湍流边界层
Example
Air-- the flow of low-viscosity fluid at high velocities is typically turbulent.
3. 流体有无相变
有相变的换热 —— 沸腾换热与凝结换热
A A
平均表面传热系数：
Q 1 h hx dA (t w t f ) A A A
u∞ tf
tw-tf=Const
qx tw 0 x
twx hx
A
对流换热的核心问题
x
1-2 对流换热的影响因素
1. 流动的起因 —— 强迫对流与自然对流
强迫对流换热（Forced Flow ） 流体在风机，水泵或其他外部动力作用下产生的流动。 自然对流换热（Natural Flow） 流体在不均匀的体积力作用下产生的流动。 对空气h：
• 外部绕流（外掠平板，圆管）： tf 为流体的主流温度。
• 内部流动（各种形状槽道内的流动）： tf 为流体的平均温度。 tf
d
外部绕流
管内流动
4. 局部表面传热系数与平均表面传热系数
局部对流换热时，局部热流密度：
qx hx (tw t f ) x
工程热力学与传热学(第二十七)复习题部分答案
《工程热力学与传热学》复习题答案渤海石油职业学院石油工程系——晏炳利第一篇工程热力学第一章绪论一、填空题1．水力能、风能、太阳能、地热能、燃料化学能、原子能等2．①以机械能的形式直接利用（如水力能、风能）；②以热能的形式利用（如太阳能、地热能、燃料化学能、原子能等）。
3．①直接利用热能加热物体（如采暖、烘烤、冶炼、蒸煮等）；②间接利用。
4．吸气、压缩、爆发、排气5．①热力学第一、第二定律；②研究工质的热物理性质；③研究各种热力设备中的能量转换过程二、概念题1．热力学：是一门研究与热现象有关的能量、物质和它们之间相互作用规律的科学。
2．工程热力学：是从工程应用的角度研究热能与机械能之间相互转换的规律，达到提高能量有效利用率目的的学科。
三、简答题1．工程热力学的基本任务．：通过对各种用能设备及系统中的能量转换过程及影响因素的研究，探索有效、合理利用能量的技术途径和基本方法。
第二章基本概念一、概念题1．工质：工程热力学中，把实现热能与机械能相互转换的媒介物或工作介质称为工质。
2．环境（外界）：指系统以外与系统相联系的部分称为环境。
3．热力状态：系统在某一瞬间的宏观物理状况称为系统的热力状态简称状态。
4．平衡态：指在不受外界影响的条件下，系统的宏观性质不随时间改变的状态。
5．绝对压力（P）：一般情况下，容器内系统的实际压力称为绝对压力（P）。
测压计测出的不是绝对压力，而是气体的绝对压力与当地大气压力的差值，是一个相对压力。
6.表压力（Pg）：当容器内气体的实际压力大于大气压力时，测压计（压力表）的读数为正，读数称为表压力。
7.真空度（Pv）：当容器内气体的实际压力小于大气压力时，测压计（真空表）的读数为负，读数的绝对值称为真空度。
状态方程：表示基本状态参数之间函数关系的方程称为状态方程。
热力过程（过程）：系统从一个状态变化到另一个状态所经历的状态称为热力过程。
准静态（准平衡）过程：系统由平衡态（I）变化到平衡态（II）的过程中，所经历的每一个中间状态都可看作平衡态，这样的过程均称为准静态（准平衡）过程。
工程热力学与传热学：10-4 对流换热的实验研究方法
普朗特准数： ✓ 定义： Pr
a
✓ 物理意义：流体动量扩散能力和热量扩散 能力的相对大小。
贝克利准数：
✓ 定义： Pe ul
a
又有： Pe ul Pr Re a
能量微分方程
✓ 两热量传递现象相似： Pe Pe
格拉晓夫准数：
✓
定义： Gr
gt
2
l3
动量微分方程
✓ 物理意义：浮升力和粘性力的相对大小；
例题
2. 一换热设备的工作条件是：壁温tw=120℃， 加热80 ℃的空气，空气流速0.5m/s。采用 一个全盘缩小成原设备1/5的模型来研究它 的换热情况。在模型中亦对空气加热，空气 温度tw ‘=10℃，壁面温度30℃。试问模型中 流速u’应多大才能保证与原设备中的换热现 象相似。
10-4 对流换热的实验研究方法
10-4-1 相似概念
1. 几何相似
充要条件
几何体的各对应边成比例。
a’ a’’
b’ c’ b’’
a a
b b
c c
Cl
2. 时间相似
c’’
过程进行的对应时间间隔成比例。
1 2 3 τ
1 1
2 2
3 3
C
1 2 3 τ
３. 物理量相似 物理量场一般指速度场，温度场，导热系数场，
即：Nux Nux Nu Nu
相似变换法
小结准数
努塞尔特准数： ✓ 定义： Nu hl
✓ 物理意义：对流换热的强弱。
Nu, Bi
λ,l, h的 不同含义。
✓ 换热现象相似： Nu Nu
雷诺数：
✓ 定义： Re ul
动量微分方程
✓ 物理意义：流体流动的惯性力和粘性力的
工程热力学与传热学（第二十二讲）15-1、2
工程热力学与传热学（第二十二讲）15-1、2第十五章对流换热对流换热是热对流和热传导两种热传递基本方式同时起作用的一种复杂的热传递过程。
本章主要阐述对流换热的概念、公式以及影响对流换热的因素。
第一节对流换热概念及公式一、对流换热的基本概念对流换热：流动着的流体与固体壁面之间的热传递过程。
包括：① 壁面与流体直接接触的导热；② 不同部分的流体之间因密度差异而在流体内部引起的热对流。
如：海水制淡装置、锅炉、制冷、空调装置等都有流体与管壁间的对流换热。
对流换热的分两类：（按照引起流体流动的原因不同分）① 自然对流换热：由于流体冷热各部分的密度不同而引起的对流换热。
如：空气加热器（暖器）表面附近的空气受热向上流动。
② 强制对流换热：如果流体的运动在水泵、风机或其他外力的作用下而被迫产生的，这种对流换热称为强制对流换热。
如：制冷设备中管内冷却水的流动。
另外，工程上常常遇到液体在热表面的沸腾或蒸汽在冷表面的凝结等也属于对流换热。
分别称为沸腾换热和凝结换热。
二、对流换热公式对流换热热流量公式：式中，Q ——对流换热的热流量，W)A(Q f w t t -=αW ααR t t t t f w A f w --==1Q W 1)-(15A ——换热面积，m 2；t w ——固体壁面温度，0C ；t f ——冷却流体温度，0C ；α——流体和壁面之间的对流换热系数，w/( m 2?0C)；对流换热热阻，0C /w ；结论：对流换热的热流量Q 与温度差（t w -t f ）成正比。
α越大，热阻越小，对流换热越强烈；反之α越小，对流换热越弱。
单位面积上的热流量，即热流密度为式中，r α=1/α，单位面积对流换热热阻， ( m 2?0C) /w第二节影响对流换热的因素一、对流换热系数（α）由（15-2）可得对流换热系数的计算公式式中，Δt 为壁面与流体之间温度差的绝对值，q 约定恒取正值。
换热系数（α）的意义：壁面与流体之间温度差为10C 时，单位时间内每单位面积上的对流换热量。
《工程热力学与传热学》网考参考答案资料试题库奥鹏中国石油大学北京
中国石油大学（北京）现代远程教育学院《工程热力学与传热学》网考期末复习题题库资料参考答案一. 选择题（40题）1. 以下系统中，和外界即没有质量交换，又没有能量交换的系统是（ D ）。
A、开口系统B、闭口系统C、绝热系统D、孤立系统2. 以下系统中，和外界仅仅没有质量交换的系统是（ A ）。
A、闭口系统B、开口系统C、绝热系统D、孤立系统3. 等量空气从相同的初态出发，分别经历可逆绝热过程A和不可逆绝热过程B到达相同的终态，则两过程中热力学能的变化（ B ）。
A、可逆过程>不可逆过程B、二者相等C、可逆过程<不可逆过程D、无法确定4. 下列哪种情况下，工质所作的膨胀功与技术功，二者的数值会相等?（ A ）A、进出口流动功之差等于零B、轴功等于零C、宏观动能变化为零D、宏观位能变化为零5. 工质从同一初态出发，分别经历可逆过程和不可逆过程到达相同的终态，则两过程中工质与外界交换的热量为（ D ）。
A、可逆过程>不可逆过程B、二者相等C、可逆过程<不可逆过程D、无法确定6. 关于理想气体的说法，正确的是（ B ）。
A、理想气体只能是单一气体，不能是混合气体B、理想气体的分子体积与气体的总体积相比可以忽略不计C、理想气体离液态较近，容易液化D、理想气体是实际气体在压力趋近于无穷大，比体积趋近于零时的极限7. 下列各气体中，可以作为理想气体的是（ C ）A、水加热转变为的水蒸气B、制冷系统中的氨蒸汽C、来自大气的湿空气D、锅炉中水被加热产生的水蒸气8. 以下各物理量中，只与工质（设为理想气体）的种类有关的是（ C ）。
A、比定压热容B、比定容热容《工程热力学与传热学》期末复习题第1页共19页。
传热学对流传热的理论基础课件
特征数方程中的 几位人物
传热学对流传热的理论基础课件
（4） 与 t 之间的关系及 Pr
对于外掠平板的层流流动: uco,n st
动量方u程 u x： v u y y 2u 2
d d
p 0 x
此时动量方程与能量方程的形式完全一致:
u
t x
v
t y
a
2t y2
表明：此情况下动量传递与热量传递规律相似
上述理论解与实验值吻合。
普朗特边界层理论在流体力学发展史上具有划时代的意义！
传热学对流传热的理论基础课件
5.3 流体外掠等温平板传热的理论分析
当壁面与流体间有温差时，会产生温度梯度很大的温度 边界层（热边界层， thermal boundary layer ）
厚度t 范围 — 热边界层或温度边界层
预期解的形式
传热学对流传热的理论基础课件
4. 如何指导实验
• 同名的已定特征数相等 • 单值性条件相似：初始条件、边界条件、几何条件、
物理条件
实验中只需测量各特征数所包含的物理量,避免了测量的盲 目性——解决了实验中测量哪些物理量的问题 按特征数之间的函数关系整理实验数据，得到实用关联式 ——解决了实验中实验数据如何整理的问题 可以在相似原理的指导下采用模化试验 —— 解决了实物 试验很困难或太昂贵的情况下，如何进行试验的问题
Nu — 待定特征数 （含有待求的 h）
Re，Pr，Gr — 已定特征数
特征关联式的具体函数形式、定性温度、特征长度等的确 定需要通过理论分析，同时又具有一定的经验性。
传热学对流传热的理论基础课件
关联式中的待定参数需由实验数据确定，通常由图解法 和最小二乘法确定。如通过相似原理或理论分析，预期
工程热力学和传热学课后题答案
第2章课后题答案解析
简答题
简述热力学第一定律的实质和应用。
计算题
计算一定质量的水在常压下从100°C冷却 到0°C所需吸收的热量。
答案
热力学第一定律的实质是能量守恒定律在 封闭系统中的表现。应用包括计算系统内 能的变化、热量和功的相互转换等。
答案
$Q = mC(T_2 - T_1) = 1000gtimes 4.18J/(gcdot {^circ}C)times (0^circ C 100^circ C) = -418000J$
工程热力学和传热学课后题答 案
目
CONTENCT
录
• 热力学基本概念 • 气体性质和热力学关系 • 热力学应用 • 传热学基础 • 传热学应用 • 习题答案解析
01
热力学基本概念
热力学第一定律
总结词
能量守恒定律
详细描述
热力学第一定律是能量守恒定律在热力学中的表述，它指出系统能量的增加等于进入系统的能量减去离开系统的 能量。在封闭系统中，能量的总量保持不变。
热力学第二定律
总结词：熵增原理
详细描述：熵增原理指出，在一个孤 立系统中，自发反应总是向着熵增加 的方向进行，而不是减少。这意味着 孤立系统中的反应总是向着更加无序、 混乱的方向进行。
热力过程
总结词：等温过程 总结词：绝热过程 总结词：等压过程
详细描述：等温过程是指系统温度保持不变的过程。在 等温过程中，系统吸收或释放的热量全部用于改变系统 的状态，而不会引起系统温度的变化。
热力过程分析
总结词
热力过程分析是研究系统在热力学过程 中的能量转换和传递的过程，包括等温 过程、绝热过程、多变过程等。
VS
详细描述
等温过程是指在过程中温度保持恒定的过 程，如等温膨胀或等温压缩。绝热过程是 指在过程中系统与外界没有热量交换的过 程，如火箭推进或制冷机工作。多变过程 是指实际气体在非等温、非等压过程中的 变化过程，通常用多变指数来表示压力随 温度的变化关系。
传热学对流换热ppt课件
优化对流换热过程，提高传热效率是传热学的重要研究方向。
详细描述
对流换热是传热过程中的重要环节，优化对流换热过程、提高传热效率对于节能减排、提高能源利用 效率具有重要意义。未来研究将进一步探索对流换热的优化方法和技术，为实现高效传热提供理论支 持。
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02 通过求解这些方程，可以得到流体温度场和物体 温度场的分布，进而分析对流换热的规律和特性 。
02 对流换热的数学模型是研究对流换热问题的重要 工具，可以用于预测和分析各种实际工程中的传 热问题。
03
对流换热的影响因素
流体物性参数
01 密度
密度越大，流体质量越大，流动时受到的阻力也 越大，对流传热速率相对较快。
，提高能源利用效率。
工业炉的热能回收主要涉及对流 换热器的设计和优化，需要考虑 传热效率、热损失、设备成本等
因素。
通过对流换热技术回收工业炉的 热量，可以降低能源消耗和减少
环境污染。
建筑物的自然通风设计
建筑物的自然通风设计利用对流 换热原理，通过合理设计建筑布 局、窗户位置和大小等，实现自
然通风，降低室内温度。
传热学对流换热ppt 课件
目录
• 对流换热的基本概念 • 对流换热原理 • 对流换热的影响因素 • 对流换热的实际应用 • 对流换热的实验研究方法 • 对流换热研究的未来展望
01
对流换热的基本概念
对流换热定义
总结词
对流换热是指流体与固体表面之间的热量传递过程。
详细描述
对流换热是指流体与固体表面之间的热量传递过程，是传热学中的一种基本现象。当流体与固 体表面接触时，由于温度差异，会发生热量从固体表面传递到流体的过程。
在对流换热过程中，热传导与对流同时存在，共 02 同作用，两者相互关联，共同决定热量传递的速
工程热力学和传热学15对流换热原理解析
运动着的流体与固体壁面之间的热传递过程称 为对流换热。对流换热是热对流和热传导两种热传 递基本方式同时起作用的一种复杂的热传递过程。 因此,影响对流换热的因素远比导热要多。
第一节 对流换热概述
第二节 对流换热过程的数学描述
第三节 对流换热过程的实验求解
第一节： 对流换热概述
1 对流换热的定义和性质 对流换热是指流体流经固体时流体与固体表面之间的 热量传递现象。
(流体内部和流体与壁面 间导热热阻小 ) 、c (单位体积流体能携带更多能量)
(有碍流体流动、不利于热对流)
自然对流换热增强
综上所述，对流换热系数是众多因素的函数：
f (v, tw, t f , , cp , , , , l, ......)
问题的关键：α如何确定？
对流换热问题的分类
对流换热与热对流不同，既有热对流， 也有导热。
2 对流换热的特点 (1) 导热与热对流同时存在的复杂热传递过程 (2) 必须有直接接触（流体与壁面）和宏观运动； 也必须有温差 (3) 由于流体的粘性和受壁面摩擦阻力的影响，紧 贴壁面处会形成速度梯度很大的边界层
3 对流换热的基本计算式 牛顿冷却式:
（1）分析法 （2）实验法 （3）比拟法 （4）数值法
5 对流换热的影响因素
对流换热是流体的导热和热对流两种基本 传热方式共同作用的结果。其影响因素主要有 以下五个方面：(1)流动起因; (2)流动状态; (3)流体有无相变; (4)换热表面的几何因素; (5)流体的热物理性质。
6 对流换热的分类：
确定对流换热系数的方法
数学分析法、实验法和类比法
1.数学分析法 质量守恒、能量守恒和动量守恒描述一般的对流换热
传热学-对流换热PPT课件
对流换热：工程上流体流过一物体表面时的热量传递过程。 自然界中的种种对流现象 电子器件冷却 强制对流与自然对流
沸腾换热原理 空调蒸发器、冷凝器 动物的身体散热
➢ 热对流（Convection）
流体中（气体或液体）温度不同的各部分之间，由于 发生相对的宏观运动而把热量由一处传递到另一处的现象。
ρ↑、c ↑(单位体积流体能携带更多能量）→h↑ 4、动力粘度 µ [N.s/m2]、运动粘度 ν=µ/ ρ [m2/s]
µ ↑（有碍流体流动，不利于热对流）→h↓ 5、体膨胀系数 α [1/k]
α ↑（自然对流换热增强）→h↑
四、换热壁面的几何尺寸、形状及位置
影响到流体沿壁面的流动状态、速度分布和温度， 从而影响对流换热系数。
内部流动对流换热： 管内或槽内
外部流动对流换热： 外掠平板、圆管、 管束
五、 流体有无相变（流体相变）：
单相换热 Single phase heat transfer： 相变换热 Phase change：
凝结、沸腾、升华、凝固、融化等
流体相变时吸收或放出汽化潜热比比热容大得多， 且破坏了层流底层强化了传热。
5、层流底层（贴壁流体层）
流体在做湍流运动时，在管壁附近形成一层 流速很低的极薄的层流，称为层流底层。
层流底层的厚度随着流速的增加（即Re增加） 而减薄。
湍流核心
层流底层
二、边界层
（一）速度(流动)边界层
1、速度边界层的形成原因 粘性流体流过固体壁面时，
由于流体与壁面之间摩擦阻力 的影响，壁面附近的流体速度 会减小，即从来流速度减小到 壁面的零速度。 2、速度边界层图，见右图。
W/(m2 C)
——当流体与壁面温度相差 1°C时、单位壁面面积 上、单位时间内所传递的热量。
工程热力学与传热学(第二十六)复习题综述
《工程热力学与传热学》复习题渤海石油职业学院石油工程系——晏炳利第一篇工程热力学第一章绪论一、填空题1．自然界中已被人们利用的能源有：、、、、、等。
能源的开发和利用的程度是人类社会发展的一个重要标志。
2．能源的利用方式：、、3．热能的利用方式：、4．柴油机的工作过程：、、、。
5．工程热力学的主要内容：二、概念题热力学、工程热力学三、简答题工程热力学的基本任务第二章基本概念一、概念题或简答题1．工质、环境（外界）、热力状态、平衡态、绝对压力、表压力、真空度、状态方程、热力过程（过程）、准静态（准平衡）过程、可逆过程、功、容积功(体积功)、热量功与热量的区别、二、填空题1．对工质的要求：、2．根据系统与环境的关系，系统可分为四种：、、、。
3．平衡态的条件：、。
4.热力学平衡态的特点：、。
5.热力学中常见的状态参数：、、、、、等。
6.状态参数的特点：、。
7.强度参数与质量，不具有，如、等。
尺度参数与质量，具有，如、、等。
8．绝对压力（P）、表压力（Pg）和大气压力（Pb）之间的关系为：。
绝对压力（P）、真空度（Pv）和大气压力（Pb）之间的关系为：。
9．华氏温标、摄氏温标与绝对温标之间的换算：、、。
10．实现可逆过程必须满足的条件：、。
第三章热力学第一定律一、填空题1．自然界中存在的能量形式有：、、、。
2．工质的内能包括：、。
3．工质的内能是和的函数。
4．热力学第一定律用于闭口系统的数学表达式（闭口系统能量方程）为：。
对于单位质量工质有：对于微元过程有：。
5．一元稳定流动开口系统的热力学第一定律数学表达式。
6．常见的换热器有：、、、、、。
7．喷管是一种使流动工质的管道。
扩压管是使工质沿流动方向的管道。
8．气轮机分为：轮机和轮机。
它们都是由和组成的。
9．节流过程中，工质的相等。
二、概念题及简答题热力学第一定律的实质、稳定流动、一元稳定流动满足的条件、节流、第四章热力学第二定律一、填空题1．热力学第一定律揭示了与的相互转换及中的能量守恒规律。
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对流换热现象 = 流体流动的阻力规律
对流换热规律
第二节 对流换热过程的数学描写
简化假设： (1)流动是二维的； (2)流体为不可压缩的牛顿型流体； (3)流体物性为常数、无内热源； (4)粘性耗散产生的耗散热可以忽略不计。
1。基于质量守恒定律的连续性微分方程
wx wy 0 x y
2。基于动量定律的动量微分方程
层保持层流状态，称为层流底层。
局部换热系数α在整个换热面上的积分平均值为该换热面的平 均换热系数。
四、影响换热系数的因素
1.流体流动的动力因素
强迫对流
外力迫使流体产生运动，有整齐的宏观运动，流速是 决定因素。
自然对流
流体冷、热部分的密度差产生的浮升力引起，无整齐的 宏观运动，浮升力的大小是决定因素。
2. 流体流动的状态
层流
无流体微团的横向脉动，法线方向为导热
现象所服从的基本规律
某一具体的换热现象
对流换热现象 = 对流换热微分方程组 + 单值条件
相似理论 准则方程
3.热量传递和动量传递的类比法
将对流换热过程中的热量传递和动量传递相类比，用数学关系式将两个 传递现象联系起来，由流体流动的阻力规律来求解对流换热规律。
基本规律和基本假设
理论分析或实验测试
热量传递和动量传递的类比规律
二、局部换热系数和平均换热系数
1.局部换热系数
x
qx Dtx
换热壁面上x处的局部热流密度； x处的局部温差
该处的局部对流换热系数
2.平均换热系数
q Dt
q
Dt
三、换热微分方程 y
x
导热微分方程：
qx
t y
x,y0
牛顿冷却公式：
x
qx α x tw t f x
αxx
tw tf
yt x,y0
现象所服从的基本规律
某一具体的换热现象
对流换热现象 = 对流换热微分方程组 + 单值条件
求近似解
边界层方法的分析解 离散化方法的数值解
数学分析
2.实验法
经验法
利用实验测得的数据，计算出换热系数值，再利用在该实验范 围内获得的一系列值，整理成经验公式。
半经验法
根据换热现象的物理模型，用相似理论找到判别一组相似的对 流换热现象所具有的充要条件，应用大量实验数据整理出适用 于某一实验范围内的则方程。
关键是简化微分方程组
3。边界层理论（四个基本要点）：
(1) 边界层厚度δ远远小于壁面尺寸L；
(2) 边界层内壁面法线方向的速度变化非常剧烈；
当粘性流体沿固体表面流动时，流场可划分为主流区和边界层区。边界层
区域内，流速在垂直于壁面的方向上发生剧烈的变化，而在主流区流体速
度梯度几乎等于零。
(4) 在边界层内流动状态分层流与湍流，而湍流边界层内紧靠壁面处仍有极薄
第十五章 对流换热原理
第一节 对流换热系数
流体与固体壁面直接接触所发生的热量传递称为对流换热
对流换热是热对流与热传导联合作用的结果
牛顿冷却公式：
一、对流换热系数
QAtwtf
W
q
Q A
twtf
W/m2
Dqt W m2K
热流密度，约定恒取正值；
固体壁面温度ｔＷ与流体温度ｔｆ之间温差的绝对值； 对流换热系数,简称换热系数,单位为Ｗ／（ｍ２·Ｋ）。
过渡状态
紊流
有流体微团的横向脉动
3.流体的热物性 导热系数、比热容c、动力粘度、密度
4.换热壁面的热状态（壁温的大小） 有相变 壁温高于流体饱和温度，发生汽化沸腾现象
无相变
对流换热系数比有相变时小得多
5.换热壁面的几何因素
换热壁面的形状、大小以及相对于流动方向的位置都会引起换热系数的 变化。
总体分类：
w x1
p x
2xw2x
2yw2x
wx x x
wy
wx y
y1
p y
2wy x2
2yw2y
wx
wy x
wy
wy y
3。基于能量守恒定律的能量微分方程
c p
(w x
t x
wy
t y
)
2t x 2
2t y 2
{2[( w x ) 2 ( w y ) 2 ]
x
y
4。对流换热微分方程组
第十五章 对流换热原理
本章要点：1。着重掌握对流换热的基本概念 2。着重掌握边界层的基本理论 3。着重掌握对流换热微分方程组的求解结果及应用
本章难点：边界层理论、微分方程的分析求解 本章主要内容： 第一节 对流换热系数 第二节 对流换热过程的数学描述 第三节 对流换热过程的边界层分析求解 第四节 对流换热过程的实验求解
α的 具体函数关系？
求取换热系数 α 的方法
理论解法 分析法
比拟法
相似原理
实验解法
数值解法
量纲分析
指导实验
确定表达式
五、确定对流换热系数的方法
分析法、实验法、比拟法和数值法
1.数学分析法 质量守恒、能量守恒和动量守恒描述一般的对流换热现象，利用某一特 定现象的单值条件，建立一个对流换热的物理模型，进行数学分析，求得 换热系数。
(wx wy )2} y x
αxx
twtf
x yt x,y0
5。对流换热过程的单值性条件 （1）几何条件：换热物体的形状和尺寸； （2）物性条件：流体的种类以及热物性参数； （3）边界条件：流体边界面上的速度和温度等； （4）时间条件：过程起始时刻的速度和温度等，若为稳态则没有。
第三节 对流换热过程的边界层分析求解 一、边界层的基本概念
——x几c 何尺寸 m
层流：Re < 2*105 过渡流：2*105 < Re <3*106
紊流： Re > 3*106
引入边界层的原因：
对流换热系数的大小主要取决于靠近壁面附近流体的状况, 因为这里u、t变化最为剧烈。
速度边界层和温度边界层
流动边界层: 壁面附近流体速度急剧变化的薄层 温度边界层: 壁面附近流体温度急剧变化的薄层
在固体表面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)。 （研究流体掠过平板时边界层的发展过程，流体以U∞的流速沿平板流动）
1。定义 流动边界层 速度（温度）梯度不等于零的流体薄层称为边界层。
热边界层
2。基本概念
流动边界层的厚度比板长小得多
a.层流边界层：流体呈现成层的有秩序的滑动状流动，各层互不干扰，称为层
流边界层。
b.紊流边界层：流体质点在以平均主流流速沿方向流动的前提下，又附加着紊
乱的不规则脉动称为紊流边界层。
c.层流底层：在紊流区内，贴附于壁面的一极薄层内仍保持层流性质，这个极
薄层称为层流底层。
d.雷诺数Re：确定流体流态的一个无量纲参数。
v Rec
uxc v
——u流 体速度 m/s
——流体运动粘度 m2/s