华电传热复习

第一章
1、热传导
（1）可发生在固体、液体、气体中。

（2）傅里叶定律：单位时间内通过单位截面积所传导的热量，正比于当地垂直于截面方向上的温度变化率。

（3）导热系数：是表征材料导热性能优劣的参数，是一种物性参数。

是导热过程静态特征量，稳态过程。

2、热对流
（1）仅能发生在流体中，且热对流必然伴随有热传导现象。

（2）牛顿冷却定律：对流换热时，单位时间内物体单位表面积与流体交换的热量，同物体表面温度与流体温度之差成正比。

流体被加热：流体被冷却：分别为壁面温度和流体温度。

（3）表面传热系数：取决于流体的物性，以及换热表面的形状、大小与布置，而且还与流速有密切的关系。

3、热辐射
（1）物体通过电磁波来传递能量的方式为辐射，因为热的原因发出辐射能的现象为热辐射。

（2）可在真空中传递。

（3）黑体：能吸收投入到其表面上的所有热辐射能量的物体。

（4）斯忒藩-玻尔兹曼定律：斯忒藩-玻尔兹曼常量修正式：——物体的发射率（黑度）
4、实际传热
（1）暖气片
（2）省煤器
（3）冷凝器
5、以上三定律对稳态和非稳态都适用。

6、传热学研究：强化传热、削弱传热、温度控制
7、热阻
（1）通过大平壁传热过程三个环节：从热流体到壁面高温侧的热量传递；从壁面高温侧到壁面低温侧的固体壁的导热；从壁面低温侧到冷流体的热量传递。

（2）k——传热系数，表征传热过程强烈程度的标尺。

（3）传热热阻（）：
（4）强化传热时，解决热阻大的。

第二章
1、温度场
（1）稳态温度场（定常温度场）：稳态工作条件下的温度场，物体中各点的温度不随时间而变。

（2）非稳态温度场（非定常温度场、瞬态温度场）：工作条件变动时的温度场，温度分布随时间而变。

2、傅里叶导热
（1）矢量式：
gradt——空间某点的温度梯度——通过该店的等温线上的法向单位矢量，指向温度升高的方向。

（2）导热系数的定义式：（计算式）
3、导热微分方程
（1）能量守恒式子：导入微元体的总热流量+微元体内热源的生成热=导出微元体的总热流量+微元体热力学能的增量
（2）
（3）导热系数为常数：
（4）导热系数为常数、无内热源：（常物性、无内热源的三维非稳态导热微分方程）（5）常物性、稳态：（泊松方程，常物性、稳态、三维有内热源的温度场控制方程）（6）常物性、无内热源、稳态：
（7）常物性、无内热源的一维稳态导热：
（8）傅里叶导热定律及导热威风方程不适用：①当导热物体的温度接近0K时（温度效应）；②过程的作用时间极短，与材料本身固有的时间尺度相接近（时间效应）；③过程发生的空间尺度极小，与微观粒子的平均自由行程相接近时（尺度效应）。

4、边界条件
（1）边界温度（第一类边界条件）：
（2）热流密度（第二类边界条件）：
（3）传热系数和流体温度（第三类边界条件）：
（4）辐射边界条件：
（5）界面连续条件：
5、热扩散系数、热扩散率：是导热过程静态特征量，非稳态过程。

物理意义：表示物体内部温度扯平能力。

从温度角度来看，是材料传播温度变化能力大小的指标。

6、一维稳态导热
（1）单层平壁：表面积为A、两侧表面各自维持均匀温度的平板：
稳态法测定导热系数主要依据：
（2）多层平壁：
（3）单层圆筒壁：边界条件
热阻
（4）多层圆筒壁：
（5）球壳：温度分布：
热流量：
热阻：
7、肋片：强化传热：①增加温差②增加表面传热系数③增加换热面积
（1）特点：在肋片伸展的方向上有表面的对流传热及辐射传热，因而肋片中沿导热热流传递的方向上热流量是不断变化的。

（2）肋效率：
（3）等截面直肋：
（4）环肋：
（5）肋面总效率：
（6）接触热阻：两个名义上互相接触的固体表面，实际上接触仅发生在一些离散的面积元上，在未接触的界面之间的间隙中充满空气，热量将以导热的方式穿过这种气隙层，与两固体表面真正完全接触想必，增加了附加的传递阻力。

影响因素：两种材料的性质、表面粗糙程度、界面上所受的正压力等。

（7）强化传热和削弱传热例题
第三章
1、非稳态：
（1）正规状况阶段：温度分布主要受初始温度分布的控制。

（2）非正规状况阶段：当过程进行到一定深度时，物体初始温度分布的影响逐渐消失，此后不同时刻的温度分布主要受热边界条件的影响。

2、Bi数：（书图3-23-33-4）
3、集中参数法：忽略物体内部导热热阻的简化分析方法。

（1）适用范围
（2）
（3）时间常数：如果时间，则有
（4）傅里叶数：
（5）Bi和Fo区别：①Bi是固体内部单位导热面积上的导热热阻与单位表面积上的换热热阻之比。

越小，意味着内热阻越小伙外热阻越大，采用集中参数发就越接近实际情况。

②Fo物理意义可以理解为两个时间相除所得的无量纲时间。

分子为从边界上开始发生热扰动的时刻起到所计算时刻为止的时间间隔，分母为使边界上发生的有限大小的热扰动穿过一定厚度的固体层扩散到面积上所需的时间。

越大，热扰动越深入地传播到物体内部，物体内各点温度月接近周围介质的温度。

（6）例3—1一直径为5cm的钢球，初始温度为450℃，突然被置于温度为30℃的空气中。

设钢球表面与周围环境间的表面传热系数为，试计算钢球冷却到300℃所需的时间。

已知钢球的。

解：假设（1）钢球冷却过程中与空气及四周冷表面发生对流与辐射传热，随着表面温度的降低辐射换热量减少。

这里取一个平均值，表面传热系数按常数处理（2）常物性。

检验是否可用几种参数法，计算Bi数：
可以采用几种参数法。

由此解得：
（7）半无限大非稳态导热：第一类边界条件：
第二类边界条件：
第三类边界条件：
第五章
1、影响对流传热的因素：
（1）流体流动的起因（强制对流和自然对流）
（2）流体有无相变（沸腾传热和凝结传热）
（3）流体的流动状态（湍流＞层流）
（4）换热表面的几何因素（形状、大小、换热面与流体运动方向的相对位置及换热表面的状态）
（5）流体的物理性质（密度、动力粘度、导热系数、比定压热容）
2、控制方程式：
（1）质量守恒方程（连续性方程）：
（2）动量守恒方程（纳维叶－斯托克斯方程）：
（3）能量守恒方程：
3、边界层：
（1）数量级分析法：通过比较方程式中各项数量级的相对大小，把数量级较大的项保留下来，而舍去数量级较小的项，实现方程式的合理简化。

（2）流动边界层（速度边界层）：在固体表面附近流体速度发生剧烈变化的薄层。

厚度：达到主流速度的99%处的距离y为流动边界层的厚度，记为。

层流：流体做有秩序的分层流动，各层互不干扰。

湍流：流体质点在沿x方向流动的同时，又作着紊乱的不规则脉动。

粘性流体的稳态动量方程：
（3）热边界层：固体表面附近流体温度反生剧烈变化的这一薄层。

厚度（外掠平板）：过余温度为来流温度的99%处。

二维、稳态、无内热源边界层能量方程：
4、二维、稳态、无内热源流场与温度场控制方程：
（1）质量守恒方程：
（2）动量守恒方程：
（3）能量守恒方程：
（4）定解条件：
（5）内热源强度：
5、外掠平板：
（1）范宁局部摩擦系数：
（2）局部换热系数：
（3）普朗特数：表征了流动边界层与热边界层的相对大小，流体中动量扩散与热扩散能力的对比。

（4）努塞尔数数：条件：
（5）定性温度：确定特征数中流体物性的温度。

6、比拟理论：利用两个不同物理现象之间在控制方程方面的类似性，通过测定其中一种现象的规律而获得另一种现象基本关系的方法。

（1）努塞尔数：
（2）斯坦顿数：
第六章
1、相似原理：两个同类的物理现象，如果在相应的时刻及相应的地点上与现象有关的物理量一一对应城比例，则此两现象彼此相似。

（1）说明：①只有同类的现象才能谈论相似问题②与现象有关的物理量要一一对应成比例③对非稳态问题，要求在相应的时刻各物理量的空间分布相似。

（2）物理现象相似充要条件：①同名的已定特征数相等②单值性条件相似（初始条件、边界条件、几何条件、物理条件）
2、相似准则数：
特征数名称定义释义
Bi数（毕渥数）固体内部导热热阻与界面上换热热阻之比（为固体导
热系数）
Fo数（傅里叶数）非稳态过程的无量纲时间，表征过程进行的深度
Gr数（格拉晓夫数）浮升力与粘性力之比的一种量度
j因子无量纲表面传热系数
Nu数（努塞尔数）壁面上流体的无量纲温度梯度（为流体的导热系数）Pr数（普朗特数）动量扩散能力与热量扩散能力的一种量度
Re数（雷诺数）惯性力与粘性力之比的一种量度
St数（斯坦顿数）一种修正的Nu数，或视为流体实际的换热热流密度
与流体可传递的最大热流密度之比
3、管槽内强制对流特点：
（1）两种流态：层流和湍流（）
（2）入口段誉充分发展段：①入口段的热边界层较薄，局部表面传热系数比充分发展段的高，且沿着主流方向逐渐降低。

②当流动边界层汇合与管子中心线后称流动或换热已经充分发展，此后的换热强度将保持不变。

层流时入口段长度：。

团流时，，平均表面换热系数就不受入口段的影响。

（3）两种典型的热边界条件——均匀热流和均匀壁温：①轴向与周向热流密度均匀称均匀热流②轴向与周向壁温均匀称均匀壁温。

（4）流体平均温度以及流体与壁面的平均温差：
对数平均温差：
进出口温差比在0.5~2之间：算术平均温差：
4、外部强制对流传热
（1）外掠球
5、大空间自然对流：
（1）特点：温度速度分布图6-15
（2）自然对流判断：格拉晓夫数：
（3）例题
第七章
1、膜状凝结：如果凝结液体能很好地润湿壁面，它就在壁面上铺展成膜。

（1）影响因素：①不凝结气体（靠近液膜表面的蒸汽侧，随着蒸气的凝结，蒸气分压力减小而不凝结气体的分压力增大，蒸气在抵达液膜表面进行凝结前，必须以扩散方式穿过聚集在界面附近的不凝结气体层，不凝结气体层的存在增加了传递过程的阻力，蒸气分压力下降，饱和温度下降，减小了凝结的动力，使凝结过程削弱）②管子排数③管内冷凝④蒸汽流速⑤蒸汽过热度⑥液膜过冷度及温度分布的非线性
2、珠状凝结：当凝结液体不能很好地润湿壁面时，凝结液体在壁面上形成一个个的小液珠。

3、沸腾传热：
（1）饱和水在水平加热面上沸腾的q~曲线（P315）
自然对流区：壁面过热度较小，壁面上没有汽泡产生，传热属于自然对流工况
核态沸腾区：随温差升高，产生汽泡，形成孤立汽泡区，汽泡相互影响，合并成气块及气柱，传热系数和热流密度急剧增大，核态沸腾有温压小。

传热强的特点。

过渡沸腾区：热流密度随温差升高而降低，因为汽泡汇聚覆盖在加热面上，蒸汽排除过程恶化。

持续到到达最低热流密度为止。

膜态沸腾区：热流密度随温差增加而增大，热量穿过热阻较大的气膜，传热系数比凝结小。

（2）影响因素：①不凝气体②过冷度③液位高度④重力加速度⑤管内沸腾
（3）强化：①强化大容器沸腾的表面结构：传热表面形成多孔结构
②强化管内沸腾的表面结构：防止管内沸腾蒸干区域管壁温度飞升
第八章
1、热辐射：由于热的原因而产生的电磁波辐射称为热辐射。

（1）特点：①热辐射的能量传递不需要其它介质存在，而且在真空中传递的效率最高
②物体发射与吸收辐射能量的过程中发生了电磁能与热能两种能量形式的转换。

③只要温度高于“绝对零度”，物体就发生热辐射。

（2）产生：物体内部微观粒子的热运动状态改变时激发出来的电磁波。

（3）特性：①传播速率与波长、频率间关系：具有一般辐射现象的共性。

②电磁波的波波谱：波长包括从零到无穷大，即整个波谱。

③物体表面对电磁波的作用：吸收比、反射比与穿透比之间的一般关系：
即：总能量=物体吸收能量+物体反射能量+穿透物体能量
吸收比+反射比+穿透比=1即：
2、黑体模型：把吸收比的物体叫做绝度黑体，把反射比的物体叫做镜体，把透射比的物体叫做绝对透明体。

选用吸收比较大的材料制造一个空腔，并在空腔壁面上开一个小孔，使空腔壁面保持均匀的温度，这种带有小孔的温度均匀的空腔就是一个黑体模型。

3、辐射力：单位时间内单位表面积向其上的半球空间的所有方向辐射出去的在包含波长在内的单位波长内的能量称为光谱辐射能力，记为。

（1）普朗克定律：
分别为第一第二辐射常量。

（2）维恩位移定律：
（3）斯忒藩-玻尔兹曼定律：
（4）兰贝特定律：黑体的定向辐射强度是个常量，与空间方向无关。

4、黑体辐射规律总结：
黑体的辐射力由斯忒藩-玻尔兹曼定律确定，辐射力正比例与热力学温度的四次方；黑体辐射能量按波长的分布服从普朗克定律，而按空间方向分布服从兰贝特定律；黑体的光谱辐射力有个峰值，与此峰值相对应的波长由维恩位移定律确定，随着温度的升高向波长短的方向移动。

5、固体和液体的辐射特性：
（1）发射率（黑度）：世界物体的辐射能力与同温度下黑体的辐射能力的比值。

，为定义式，发射率仅取决于物体本身。

（2）影响发射率的因素：物质种类、表面温度和表面状况。

6、灰体：光谱吸收比与波长无关的物体。

7、温室效应：由于世界范围内工业发展所排放的大量对红外波段的辐射具有一定吸收率的气体，使得以可见光为主的太阳能可以到达地球表面，而地球上一般温度下的物体所辐射的红外范围内的热辐射被其吸收，无法散发到宇宙空间中，是地球表面温度逐渐升高。

（1）分段积分题例题8-6（P370）
第九章
1、角系数：表面1发出的辐射能中落到表面2的百分数称为表面1对表面2的角系数。

（1）假定：①所研究的表面是漫射的②在所研究表面的不同地点上向外发射的辐射热流密度是均匀的。

（2）性质：①相对性：辐射换热量：
②完整性：
③可加性：
2、两表面辐射：
（1）表面1为平面或凸面，
发射率为
（2）表面积和相差很小：
（3）表面积比大得多：
3、多表面系统辐射网络：
（1）两表面换热系统的辐射网络：（P412）
①表面辐射热阻
②空间辐射热阻
（2）三表面封闭系统特殊情形：
①有一个表面为黑体：表面热阻：（P413图）
②有一个表面绝热，即净辐射量为零。

（P413图）
（3）四表面（P418图）
4、气体辐射特点：
（1）气体辐射对波长有选择性：只在某些波长区段内具有辐射能力，也只在同样的波长区段内具有吸收能力，此波长区段称为光带。

（2）气体的辐射和吸收是在整个容积中进行的：固体和液体的辐射和吸收在表面进行。

5、辐射传热控制：
（1）控制表面热阻
（2）控制表面的空间热阻
6、遮热板：插入两个辐射传热表面之间用以削弱辐射传热的薄板。

（1）应用：①汽轮机中用于减少内外套管间辐射传热。

②遮热板应用于储存液态气体的低温容器。

③遮热板用于超级隔热油管。

④用于提高温度测量的准确度。

7、热电偶测温题：P436
（1）
（2）
（3）采用遮热罩：
tc——热电偶rs——遮热罩
第十章
1、临界绝缘直径：
2、换热器：间壁式、混合式、蓄热式
（1）套管式换热器：适用于传热量不大或流体流量不大。

（2）管壳式换热器：化工中的加热器、冷却器，电厂中的冷凝器、凝汽器以及压缩机的中间冷却器。

（3）交叉流换热器：管束式、管翅式、管带式、板翅式。

（4）板式换热器：适合与含有易污染物的流体的换热。

（5）螺旋板式换热器：换热效果好，密封比较困难。

3、提高换热器紧凑性：
（1）减小管径（2）采用板式结构（3）采用各种肋化表面（4）采用丝网状材料。

4、顺逆流（图P475P477）
（1）顺流效能：
冷热流体相等时：
（2）逆流效能：
冷热流体相等时：
（3）效能：无穷大时：
NTU——传热单元数，换热器设计中的一个无量纲数。

5、污垢热阻：分别为污垢热阻、有污垢的传热系数、洁净的传热系数
6、强化传热：
（1）从固体侧着手与从流体侧着手的角度分类：强化换热表面；流体中插入物及给流体施加电场、磁场等。

（2）从有否使用外部动力源的角度分类：
①无源：（1）表面涂层（2）粗糙表面（3）扩展表面（4）各种内外螺纹管（5）扰流元件（6）添加物（7）冲击传热
②有源：（1）对换热介质作机械搅拌（2）使换热面发生振动（3）使换热流体作振荡流动（4）将电磁场作用于流体（5）将异种或同种流体喷入换热介质或从换热表面抽走。

7、隔热保温技术：（1）最优保温材料的选择（2）最佳保温层厚度的确定（3）先进的保温结构及工艺（4）检测技术（5）保温的技术经济评价方法
保温效率：
——每单位长度裸管和包有厚度为x保温材料的散热量，。