傳熱學(xué)知識點(diǎn)總結

　　在學(xué)習中，大家對知識點(diǎn)應該都不陌生吧？知識點(diǎn)是知識中的最小單位，最具體的內容，有時(shí)候也叫“考點(diǎn)”。掌握知識點(diǎn)有助于大家更好的學(xué)習。以下是小編為大家整理的傳熱學(xué)知識點(diǎn)總結，供大家參考借鑒，希望可以幫助到有需要的朋友。

　　第一章

　　§1-1 “三個(gè)W”

　　§1-2 熱量傳遞的三種基本方式

　　§1-3 傳熱過(guò)程和傳熱系數

　　要求：通過(guò)本章的學(xué)習，讀者應對熱量傳遞的三種基本方式、傳熱過(guò)程及熱阻的概念有所了解，并能進(jìn)行簡(jiǎn)單的計算，能對工程實(shí)際中簡(jiǎn)單的傳熱問(wèn)題進(jìn)行分析（有哪些熱量傳遞方式和環(huán)節）。作為緒論，本章對全書(shū)的主要內容作了初步概括但沒(méi)有深化，具體更深入的討論在隨后的章節中體現。

　　本章重點(diǎn)：

　　1.傳熱學(xué)研究的基本問(wèn)題

　　物體內部溫度分布的計算方法

　　熱量的傳遞速率

　　增強或削弱熱傳遞速率的方法

　　2.熱量傳遞的三種基本方式

　　(1).導熱：依靠微觀(guān)粒子的熱運動(dòng)而產(chǎn)生的熱量傳遞。傳熱學(xué)重點(diǎn)研究的是在宏觀(guān)溫差作用下所發(fā)生的熱量傳遞。

　　傅立葉導熱公式：

　　(2).對流換熱：當流體流過(guò)物體表面時(shí)所發(fā)生的熱量傳遞過(guò)程。

　　牛頓冷卻公式：

　　(3).輻射換熱：任何一個(gè)處于絕對零度以上的物體都具有發(fā)射熱輻射和吸收熱輻射的能力，輻射換熱就是這兩個(gè)過(guò)程共同作用的結果。由于電磁波只能直線(xiàn)傳播，所以只有兩個(gè)物體相互看得見(jiàn)的部分才能發(fā)生輻射換熱。

　　黑體熱輻射公式：

　　實(shí)際物體熱輻射：

　　3.傳熱過(guò)程及傳熱系數：熱量從固壁一側的流體通過(guò)固壁傳向另一側流體的過(guò)程。

　　最簡(jiǎn)單的傳熱過(guò)程由三個(gè)環(huán)節串聯(lián)組成。

　　4.傳熱學(xué)研究的基礎

　　傅立葉定律

　　能量守恒定律+ 牛頓冷卻公式 + 質(zhì)量動(dòng)量守恒定律

　　四次方定律

　　本章難點(diǎn)

　　1.對三種傳熱形式關(guān)系的理解

　　各種方式熱量傳遞的機理不同，但卻可以（串聯(lián)或并聯(lián)）同時(shí)存在于一個(gè)傳熱現象中。

　　2.熱阻概念的理解

　　嚴格講熱阻只適用于一維熱量傳遞過(guò)程，且在傳遞過(guò)程中熱量不能有任何形式的損耗。 思考題：

　　1.冬天經(jīng)太陽(yáng)曬過(guò)的棉被蓋起來(lái)很暖和，經(jīng)過(guò)拍打以后，效果更加明顯。為什么？

　　2.試分析室內暖氣片的散熱過(guò)程。

　　3.冬天住在新建的居民樓比住舊樓房感覺(jué)更冷。試用傳熱學(xué)觀(guān)點(diǎn)解釋原因。

　　4.從教材表1-1給出的幾種h數值，你可以得到什么結論？

　　5.夏天，有兩個(gè)完全相同的液氮貯存容器放在一起，一個(gè)表面已結霜，另一個(gè)則沒(méi)有。請問(wèn)哪個(gè)容器的隔熱性能更好，為什么

　　第二章 導熱基本定律及穩態(tài)導熱

　　§2-1 導熱的基本概念和定律

　　§2-2 導熱微分方程

　　§2-3 一維穩態(tài)導熱

　　§2-4伸展體的一維穩態(tài)導熱

　　要求：本章應著(zhù)重掌握Fourier定律及其應用，影響導熱系數的因素及導熱問(wèn)題的數學(xué)描寫(xiě)——導熱微分方程及定解條件。在此基礎上，能對幾種典型幾何形狀物體的一維穩態(tài)導熱問(wèn)題用分析方法確定物體內的溫度分布和通過(guò)物體的導熱量。

　　本章重點(diǎn)：

　　1.基本概念

　　溫度場(chǎng) t=f(x,y,z,τ)，穩態(tài)與非穩態(tài)，一維與二維

　　導熱系數λ

　�。�.導熱基本定律：

　　可以認為是由傅立葉導熱公式引深而得到，并具有更廣泛的適應性。

　　(1) 可以應用于三維溫度場(chǎng)中任何一個(gè)指定的方向

　　(2) 不要求物體的導熱系數必須是常數

　　(3) 不要求沿x方向的導熱量處處相等

　　(4) 不要求沿x方向的溫度梯度處處相等

　　(5) 不要求是穩態(tài)導熱

　　3.導熱微分方程式及定解條件

　　1)導熱微分方程式控制了物體內部的溫度分布規律，故亦稱(chēng)為溫度控制方程只適用于物體的內部，不適用于物體的表面或邊界。受到坐標系形式的限制。其推導依據是能量守恒定律和傅立葉定律。

　　2)定解條件

　　定解條件包括初始條件和邊界條件。

　　第一類(lèi)邊界條件給定邊界上的溫度值

　　第二類(lèi)邊界條件給定邊界上的熱流密度值

　　第三類(lèi)邊界條件給定邊界對流換熱條件

　　3)求解思路

　　求解導熱問(wèn)題的思路主要遵循“物理問(wèn)題數學(xué)描寫(xiě)求解方程溫度分布熱量計算”

　　4.一維穩態(tài)導熱問(wèn)題的解析解

　　1)如何判斷問(wèn)題是否一維

　　2)兩種求解方法

　　對具體一維穩態(tài)無(wú)內熱源常物性導熱問(wèn)題，一般有兩種求解方法：一是直接對導熱微分方程從數學(xué)上求解，二是利用fourier定律直接積分。前者只能得出溫度分布再應用fourier定律獲得熱流量。

　　3)溫度分布曲線(xiàn)的繪制

　　對一維穩態(tài)無(wú)內熱源導熱問(wèn)題，當沿熱流方向有面積或導熱系數的變化時(shí)， 依此很容易判斷溫度分布。

　　本章難點(diǎn)：

　　本章難點(diǎn)是對傅立葉導熱定律的深入理解并結合能量守恒定律靈活應用，這是研究及解決所有熱傳導問(wèn)題的基礎。

　　思考題：

　　1.如圖所示為一維穩態(tài)導熱的兩層平壁內溫度分布，導熱系數λ均為常數。試確定：

　　(1)q1，q2及q3的相對大��；(2) λ1和λ2的相對大小。

　　2.一球形貯罐內有-196 的液氦，外直徑為2m，外包保溫層厚30cm， 其λ= 0.6w/m.k。環(huán)境溫度高達40，罐外空氣與保溫層間的h=5w/m2.k試計算通過(guò)保溫層的熱損失并判斷保溫層外是否結霜。

　　3.試推導變截面伸展體的導熱微分方程，并寫(xiě)出其邊界條件。假設伸展體內導熱是一維的。

　　第三章 非穩態(tài)導熱

　　§3-1非穩態(tài)導熱的基本概念

　　§3-1集總參數法

　　§3-3非穩態(tài)導熱過(guò)程的微分方程分析

　　要求：通過(guò)本章的學(xué)習，讀者應熟練掌握非穩態(tài)導熱的基本特點(diǎn)，集總參數法的基本原理及其應用，一維非穩態(tài)導熱問(wèn)題的分析解及海斯勒圖的使用方法。讀者應能分析簡(jiǎn)化實(shí)際物理問(wèn)題并建立其數學(xué)描寫(xiě)，然后求解得出其瞬時(shí)溫度分布并計算在一段時(shí)間間隔內物體所傳遞的導熱量。

　　本章重點(diǎn)；

　　一.非穩態(tài)導熱過(guò)程

　　1.實(shí)質(zhì)：由于某種原因使物體內某點(diǎn)不斷有凈熱量吸收或放出，形成了非穩態(tài)溫度場(chǎng)。

　　2.一維非穩態(tài)導熱的三種情形：見(jiàn)教材圖3-3。

　　3.Bi,Fo數的物理意義

　　二.集總參數法

　　1.實(shí)質(zhì)：是當導熱體內部熱阻 忽略不計即Bi0時(shí)研究非穩態(tài)導熱的一種方法。判別依據：Bi<0.1M。

　　2.時(shí)間常數

　　3.幾點(diǎn)說(shuō)明：導熱體外的換熱條件不局限于對流換熱。建立導熱微分方程的根本依據是能量守恒定律；由Bi數的定義，若h或特征長(cháng)度d未知時(shí)，事先無(wú)法知道Bi數的大小，此時(shí)先假設集總參數法條件成立，待求出h或d之后，進(jìn)行校核。

　　三.一維非穩態(tài)導熱分析解

　　1.前提：一維、無(wú)內熱源、常物性，Bi 或有限大。

　　2.非穩態(tài)導熱的正規狀況階段：當Fo>0.2以后，非穩態(tài)導熱進(jìn)入正規狀況階段。此時(shí)從數學(xué)上表現為解的無(wú)窮級數只需取第一項，從物理上表現為初始條件影響消失，只剩下邊界條件和幾何因素的影響。

　　本章難點(diǎn)：

　　1.對傅立葉數Fo和畢渥數Bi物理含義的理解。

　　2.集總參數法和一維非穩態(tài)導熱問(wèn)題分析解的定量計算。

　　思考題：

　　1.兩個(gè)側面積和厚度都相同的大平板， 也一樣，但導溫系數a不同。如將它們置于同一爐膛中加熱，哪一個(gè)先達到爐膛溫度？

　　2.兩塊厚度為30mm的無(wú)限大平板，初始溫度20℃,分別用銅和鋼制成，平板兩側表面溫度突然上升到60℃，試計算使兩板中心溫度均上升到56℃時(shí),兩板所需時(shí)間比。已知a銅=103，a鋼=12.9(10-6m2/s)。

　　3.某同學(xué)擬用集總參數法求解一維長(cháng)圓柱的非穩態(tài)導熱問(wèn)題，他算出了Fo和Bi數，結果發(fā)現Bi不滿(mǎn)足集總參數法的條件，于是他改用Fo和Bi數查海斯勒圖，你認為他的結果對嗎，為什么？

　　4.在教材圖3-6中，當 越小時(shí)， 越小，此時(shí)其他參數不變時(shí) 越小。即表明 越小，平板中心溫度越接近流體溫度。這說(shuō)明 越小時(shí)物體被加熱反而溫升越快，與事實(shí)不符，請指出上述分析錯誤在什么地方。

　　5.用熱電偶測量氣罐中氣體的溫度，熱電偶初始溫度20℃，與氣體表面h=10w/m2.k，熱電偶近似為球形，直徑0.2mm。試計算插入10s后，熱電偶的過(guò)余溫度為初始過(guò)余溫度的百分之幾？要使溫度計過(guò)余溫度不大于初始過(guò)余溫度的1%，至少需要多長(cháng)時(shí)間？已知熱電偶焊錫絲的 =67w/m.k， ρ=7310kg/m3，c=228J/kg.k。

　　第四章 對流換熱

　　§5-1 對流換熱概說(shuō)

　　§5-2 對流換熱的數學(xué)描寫(xiě)

　　§5-3 對流換熱邊界層微分方程組

　　§5-4 相似理論基礎

　　§5-5 管內受迫流動(dòng)

　　§5-6 橫向外掠圓管的對流換熱

　　§5-7 自然對流換熱及實(shí)驗關(guān)聯(lián)式

　　要求；通過(guò)本章的學(xué)習，讀者應從定性上熟練掌握對流換熱的機理及其影響因素，邊界層概念及其應用，以及在相似理論指導下的實(shí)驗研究方法，進(jìn)一步提出針對具體換熱過(guò)程的強化傳熱措施。本章主要從定量上計算無(wú)相變流體的對流換熱，讀者應能正確選擇實(shí)驗關(guān)聯(lián)式計算幾種典型的無(wú)相變換熱（管槽內強制對流，外掠平板、單管及管束強制對流，大空間自然對流）的表面傳熱系數及換熱量。

　　本章重點(diǎn)：

　　一.對流換熱及其影響因素

　　對流換熱是流體掠過(guò)與之有溫差的壁面時(shí)發(fā)生的熱量傳遞。導熱和對流同時(shí)起作用。表面傳熱系數h是過(guò)程量。

　　研究對流換熱的目的從定性上講是揭示對流換熱機理并針對具體問(wèn)題提出強化換熱措施，從定量上講是能計算不同形式的對流換熱問(wèn)題的h及Q。

　　對流換熱的影響因素總的來(lái)說(shuō)包括流體的流動(dòng)起因、流動(dòng)狀態(tài)、換熱面幾何因素、相變及流體熱物性等。亦說(shuō)明h是一復雜的過(guò)程量，Newton冷卻公式僅僅是其定義式。

　　二.牛頓冷卻公式

　　三.分析法求解對流換熱問(wèn)題的實(shí)質(zhì)

　　分析法求解對流換熱問(wèn)題的關(guān)鍵是獲得正確的流體內溫度分布，然后利用式5-3求出h，進(jìn)而得到平均表面傳熱系數。

　　四.邊界層概念及其應用

　　速度和溫度邊界層的特點(diǎn)及二者的區別。溫度邊界層內流體溫度變化劇烈，是對流換熱的主要熱阻所在。

　　數量級對比是推導邊界層微分方程組常用的方法�；�于：

　　五.相似原理

　　對流換熱的主要研究方法是在相似理論指導下的實(shí)驗方法。學(xué)習相似理論，應充分理解并掌握三個(gè)要點(diǎn)：如何安排實(shí)驗（應測的量）；實(shí)驗數據和整理方法；所得實(shí)驗關(guān)聯(lián)式推廣應用的條件。

　　準則數一般表現為相同量綱物理量或物理量組合的比值，在具體問(wèn)題中表示的并不是其比值的真正大小，而是該比值的變化趨勢。

　　傳熱與流動(dòng)中常見(jiàn)的準則數Re、Pr、Nu、Gr、Bi、Fo，其定義和物理意義是應該熟練掌握的。

　　六.無(wú)相變對流換熱的定量計算

　　注意：

　　判斷問(wèn)題的性質(zhì)

　　選擇正確的實(shí)驗關(guān)聯(lián)式

　　三大特征量的選�。�

　　牛頓冷卻公式對不同的換熱，溫差和換熱面積有區別

　　實(shí)際問(wèn)題中常常需要使用迭代方法求解，計算結束時(shí)應校核前提條件是否滿(mǎn)足。（或則，需先假定流態(tài)，最后再校核）

　　對流換熱常常與輻射換熱同時(shí)起作用，尤其在有氣體參與的場(chǎng)合。

　　本章難點(diǎn)：

　　對流換熱機理和過(guò)程的理解

　　相似原理和相似準則數意義的理解

　　定量計算

　　思考題；

　　1.管內強制對流換熱，為何采用短管或彎管可以強化流體換熱？

　　2.其它條件相同時(shí)，同一根管子橫向沖刷與縱向沖刷比，哪個(gè)的h大，為什么？

　　3.在地球表面某實(shí)驗室內設計的自然對流換熱實(shí)驗，到太空中是否仍有效？為什么？

　　4.由 式中沒(méi)有出現流速，h與流體速度場(chǎng)無(wú)關(guān)，這樣說(shuō)對嗎？

　　5.一般情況下粘度大的流體其Pr也大。由 可知，Pr越大，Nu也越大，從而h也越大，即粘度大的流體其h也越高，這與經(jīng)驗結論相悖，為什么？

　　高等傳熱學(xué)課件對流換熱

　　一、概述

　　湍流模型是半經(jīng)驗、半理論的研究方法，其目的是將湍流的脈動(dòng)相關(guān)項與時(shí)均量聯(lián)系起來(lái)，使時(shí)均守恒方程封閉。

　　自1925年P(guān)randtl提出混合長(cháng)度理論，各國學(xué)者對湍流模型進(jìn)行了大量研究，提出了許多模型。W.C.Regnolds建議按模型中所包含的微分方程數目進(jìn)行分類(lèi)，成為目前適用的湍流模型分類(lèi)方法。 一般將湍流模型分為：

　　z 零方程模型（代數方程模型）

　　z 一方程模型

　　z 二方程模型

　　z 多方程模型

　　研究（Morkovin 莫爾科文）表明：當M<5時(shí)，流體的可壓縮性對湍流結構不起主導影響，因此我們僅參考不可壓縮情況。

　　根據大量的實(shí)驗研究結果，湍流邊界層對流換熱的強弱主要取決在內層區：由相似原理分析得出，Prt近似是一個(gè)常數（Prt≈0.9）這樣，只要確定了νt，即可容易地得到αt，所以在介紹湍流模型時(shí)，只給出νt或t時(shí)均量的關(guān)系式。

　　二、零方程模型（代數方程模型） 零方程模型中不包含微分方程，而用代數關(guān)系式將νt與時(shí)均量關(guān)聯(lián)起來(lái)。Prandtl混合長(cháng)度理論是最早的代數方程模型。它適用于：充分發(fā)展的湍流剪切流邊界層內層，y≤0.2δ。對外層區，一些學(xué)者研究后仍沿用Prandtl混合長(cháng)度的模型關(guān)系式：但，L=λ δ （3.7.1） 實(shí)驗常數λ在0.08~0.09之間。

　　Von Kármán、Deissler、Van Driest、Taylor等人先后提出了更完善的代數方程模型。

　　(1) Von Kármán模型

　　Von Kármán假設湍流內各點(diǎn)的脈動(dòng)相似（局部相似），即各點(diǎn)之間只有長(cháng)度尺度與空間尺度的差別。對平行流流場(chǎng)，若對某點(diǎn)（y0處）附近的時(shí)均速度進(jìn)行Taylor展開(kāi)：

　�。╝）

　　若流動(dòng)相似，則必有尺度L與速度u0（u0＝u(y0)）使上式無(wú)量綱后成為通用分布。

　　u(y0)y令 Y=； U(Y)= u0L

　　則有無(wú)量綱形式：

　�。╞） 若上式是相似的通用速度分布，則式中各系數之比應與位置無(wú)關(guān)，而是一個(gè)常數。則令：

　　得出：

　　其中：K

　�。�3.7.2） =0.4～0.41。

　　(2) Deissler模型與Van Driest模型

　　Deissler與Van Driest均認為，在靠近壁面的粘性底層，脈動(dòng)并不為零，而是逐漸衰減，只在壁面上才嚴格為零。建議采用指數函數阻尼因子的形式。

　　Deissler模型：式中，n＝0.124.

　�。�3.7.4）

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