傳熱學(xué)課程總結(jié)

1、傳熱學(xué)傳熱學(xué) Heat TransferHeat Transfer 主主 要要 內(nèi)內(nèi) 容容 傳熱學(xué)基本內(nèi)容復(fù)習(xí)傳熱學(xué)基本內(nèi)容復(fù)習(xí) 傳熱學(xué)在科學(xué)技術(shù)中的應(yīng)用傳熱學(xué)在科學(xué)技術(shù)中的應(yīng)用傳熱學(xué)傳熱學(xué) Heat TransferHeat Transfer導(dǎo)導(dǎo) 熱熱一一 導(dǎo)熱的定義及特點(diǎn)導(dǎo)熱的定義及特點(diǎn)物體各部分之間不發(fā)生相對(duì)位移物體各部分之間不發(fā)生相對(duì)位移時(shí)，依靠分時(shí)，依靠分子、原子及自由電子等子、原子及自由電子等微觀粒子熱運(yùn)動(dòng)微觀粒子熱運(yùn)動(dòng)而進(jìn)而進(jìn)行的熱量傳遞現(xiàn)象。行的熱量傳遞現(xiàn)象。1. 定義定義2. 特點(diǎn)特點(diǎn)傳熱學(xué)傳熱學(xué) Heat TransferHeat Transfer二二 傅立葉（傅立葉（Fo

2、urier）導(dǎo)熱定律）導(dǎo)熱定律tqgradtnAn ()()()tttqijkxyz 1. 一般表達(dá)式一般表達(dá)式2. 物理含義物理含義關(guān)鍵關(guān)鍵關(guān)鍵關(guān)鍵傳熱學(xué)傳熱學(xué) Heat TransferHeat Transfer三三 導(dǎo)熱系數(shù)（導(dǎo)熱系數(shù)（conductivity）1. 含義含義2. 四種典型物質(zhì)的導(dǎo)熱系數(shù)值四種典型物質(zhì)的導(dǎo)熱系數(shù)值銅銅(copper)鋼鋼(steel)水水(water)空氣空氣(air) 400 40 0.6 0.026KmW傳熱學(xué)傳熱學(xué) Heat TransferHeat Transfer四四 導(dǎo)熱微分方程導(dǎo)熱微分方程ztzytyxtxtc)()()(三個(gè)坐標(biāo)方向三個(gè)坐標(biāo)

3、方向凈導(dǎo)入的熱量凈導(dǎo)入的熱量 非穩(wěn)態(tài)項(xiàng)非穩(wěn)態(tài)項(xiàng)內(nèi)能增量內(nèi)能增量內(nèi)熱源內(nèi)熱源傳熱學(xué)傳熱學(xué) Heat TransferHeat Transfer五五 定解條件定解條件0, ,tf x y z()wfwth ttn t -wwfqn wtf1. 初始條件初始條件2. 邊界條件邊界條件傳熱學(xué)傳熱學(xué) Heat TransferHeat Transfer六六 簡單簡單一維穩(wěn)態(tài)導(dǎo)熱的分析解一維穩(wěn)態(tài)導(dǎo)熱的分析解1. 如何判斷是一維問題如何判斷是一維問題2. 求解方法求解方法3. 定性分析定性分析 直接求解導(dǎo)熱微分方程直接求解導(dǎo)熱微分方程 對(duì)傅立葉導(dǎo)熱定律直接積分對(duì)傅立葉導(dǎo)熱定律直接積分傳熱學(xué)傳熱學(xué) Heat

4、TransferHeat Transfer七七 通過肋片的穩(wěn)態(tài)導(dǎo)熱通過肋片的穩(wěn)態(tài)導(dǎo)熱1. 如何簡化成一維問題？如何簡化成一維問題？2. 微分方程及定解條件微分方程及定解條件3. 通過肋片的散熱量通過肋片的散熱量 等效熱源法等效熱源法 熱平衡法熱平衡法4. 肋片效率分析、套管溫度計(jì)測溫誤差分析肋片效率分析、套管溫度計(jì)測溫誤差分析傳熱學(xué)傳熱學(xué) Heat TransferHeat Transfer八八 非穩(wěn)態(tài)導(dǎo)熱非穩(wěn)態(tài)導(dǎo)熱1. 基本概念基本概念2. 集總參數(shù)法集總參數(shù)法3. 一維非穩(wěn)態(tài)導(dǎo)熱一維非穩(wěn)態(tài)導(dǎo)熱 熱擴(kuò)散率熱擴(kuò)散率 吸熱系數(shù)吸熱系數(shù) Bi數(shù)數(shù) 兩個(gè)階段兩個(gè)階段 時(shí)間常數(shù)時(shí)間常數(shù)2 . 0Fo傳

5、熱學(xué)傳熱學(xué) Heat TransferHeat Transfer九九 導(dǎo)熱問題的數(shù)值解法導(dǎo)熱問題的數(shù)值解法1. 穩(wěn)態(tài)問題穩(wěn)態(tài)問題2. 非穩(wěn)態(tài)問題非穩(wěn)態(tài)問題xy熱平衡法建立節(jié)點(diǎn)熱平衡法建立節(jié)點(diǎn)離散方程的方法離散方程的方法顯式格式和隱式顯式格式和隱式格式的優(yōu)缺點(diǎn)格式的優(yōu)缺點(diǎn)傳熱學(xué)傳熱學(xué) Heat TransferHeat Transfer對(duì)對(duì) 流流 換換 熱熱一一 什么是對(duì)流換熱？什么是對(duì)流換熱？1. 對(duì)流對(duì)流2. 對(duì)流換熱對(duì)流換熱流體流過溫度不同的固體壁面時(shí)的熱量流體流過溫度不同的固體壁面時(shí)的熱量傳遞過程傳遞過程3. 特點(diǎn)特點(diǎn)傳熱學(xué)傳熱學(xué) Heat TransferHeat Transfer4.

6、 牛頓冷卻公式牛頓冷卻公式tAhthq關(guān)鍵關(guān)鍵6. 分類分類5. 影響對(duì)流換熱的因素影響對(duì)流換熱的因素7. 典型條件下表面?zhèn)鳠嵯禂?shù)的數(shù)量級(jí)（表典型條件下表面?zhèn)鳠嵯禂?shù)的數(shù)量級(jí)（表1-1）KmW2傳熱學(xué)傳熱學(xué) Heat TransferHeat Transfer二二 單相對(duì)流換熱單相對(duì)流換熱1. 基本概念基本概念 對(duì)流換熱的控制方程對(duì)流換熱的控制方程 流動(dòng)邊界層及熱邊界層流動(dòng)邊界層及熱邊界層 邊界層方程邊界層方程 相似原理及其應(yīng)用相似原理及其應(yīng)用 常用的無量綱準(zhǔn)則數(shù)（特征數(shù)）及其物理含義常用的無量綱準(zhǔn)則數(shù)（特征數(shù)）及其物理含義ReGrNuPrSt傳熱學(xué)傳熱學(xué) Heat TransferHeat T

7、ransfer 各種流動(dòng)型式的物理特點(diǎn)各種流動(dòng)型式的物理特點(diǎn)2. 實(shí)驗(yàn)關(guān)聯(lián)式實(shí)驗(yàn)關(guān)聯(lián)式 外部流動(dòng)外部流動(dòng) 內(nèi)部流動(dòng)內(nèi)部流動(dòng) 自然對(duì)流自然對(duì)流 混合對(duì)流（混合對(duì)流（概念性理解概念性理解） 三大基本量的選取三大基本量的選取 適用范圍適用范圍 修正（為什么？）修正（為什么？）傳熱學(xué)傳熱學(xué) Heat TransferHeat Transfer三三 凝結(jié)換熱凝結(jié)換熱1. 膜狀凝結(jié)與珠狀凝結(jié)膜狀凝結(jié)與珠狀凝結(jié) 簡化假設(shè)簡化假設(shè) 思路思路2. Nusselt膜狀凝結(jié)分析解膜狀凝結(jié)分析解3. 關(guān)聯(lián)式關(guān)聯(lián)式橫管和豎直壁面橫管和豎直壁面4. 影響凝結(jié)換熱的影響凝結(jié)換熱的主要因素及主要因素及強(qiáng)化強(qiáng)化傳熱學(xué)傳熱學(xué) H

8、eat TransferHeat Transfer四四 沸騰換熱沸騰換熱1. 大容器飽和沸騰曲線大容器飽和沸騰曲線2. 臨界熱流密度及其工程指導(dǎo)意義臨界熱流密度及其工程指導(dǎo)意義3. 影響沸騰換熱的影響沸騰換熱的主要因素及主要因素及強(qiáng)化強(qiáng)化傳熱學(xué)傳熱學(xué) Heat TransferHeat Transfer輻輻 射射 換換 熱熱一一 熱輻射的基本概念熱輻射的基本概念1. 電磁波譜電磁波譜 可見光、紅外線可見光、紅外線 太陽輻射太陽輻射 一般工業(yè)溫度范圍一般工業(yè)溫度范圍 波長與溫度的關(guān)系波長與溫度的關(guān)系2. 吸收、反射、透吸收、反射、透射射 固 體 、 液固 體 、 液體體 氣體氣體傳熱學(xué)傳熱學(xué) H

9、eat TransferHeat Transfer3. 黑體的概念和作用黑體的概念和作用4. 黑體輻射的基本定律黑體輻射的基本定律 Stefan-Boltzmann定律定律 Planck定律定律 Wien位移定律位移定律 Lambert定律定律傳熱學(xué)傳熱學(xué) Heat TransferHeat Transfer 漫射表面漫射表面 灰體的概念灰體的概念 基爾霍夫定律基爾霍夫定律 實(shí)際物體表面簡化的可行性實(shí)際物體表面簡化的可行性5. 實(shí)際物體的輻射吸收特性實(shí)際物體的輻射吸收特性二二 輻射換熱的計(jì)算輻射換熱的計(jì)算 定義定義 性質(zhì)性質(zhì) 計(jì)算計(jì)算1. 角系數(shù)角系數(shù)傳熱學(xué)傳熱學(xué) Heat TransferH

10、eat Transfer2. 投入輻射、有效輻射投入輻射、有效輻射qEJb11211 , 22212, 111 , 2222, 1112, 1JJXAJJXAXJAXJA3. 任意兩表面之間輻射換熱任意兩表面之間輻射換熱傳熱學(xué)傳熱學(xué) Heat TransferHeat Transfer4. 多表面系統(tǒng)輻射換熱多表面系統(tǒng)輻射換熱 表面輻射熱阻和空間輻射熱阻表面輻射熱阻和空間輻射熱阻 畫網(wǎng)絡(luò)圖的方法畫網(wǎng)絡(luò)圖的方法 表面凈輻射換熱量和任意兩表表面凈輻射換熱量和任意兩表面之間的輻射換熱量面之間的輻射換熱量 兩種特殊情形兩種特殊情形 黑體、重輻射面黑體、重輻射面?zhèn)鳠釋W(xué)傳熱學(xué) Heat TransferH

11、eat Transfer5. 遮熱板遮熱板 遮熱板的工作原理遮熱板的工作原理 遮熱板的應(yīng)用遮熱板的應(yīng)用 如何進(jìn)一步提高遮熱板的遮熱效果如何進(jìn)一步提高遮熱板的遮熱效果 提高測溫精度提高測溫精度6. 氣體輻射氣體輻射 特點(diǎn)特點(diǎn) 溫室效應(yīng)溫室效應(yīng)傳熱學(xué)傳熱學(xué) Heat TransferHeat Transfer換換 熱熱 器器傳熱學(xué)傳熱學(xué) Heat TransferHeat Transfer一一 傳熱過程的分析和計(jì)算傳熱過程的分析和計(jì)算 傳熱過程傳熱過程什么是傳熱過程？什么是傳熱過程？傳熱方程式傳熱方程式tAk關(guān)鍵關(guān)鍵關(guān)鍵關(guān)鍵 總傳熱系數(shù)總傳熱系數(shù)傳熱過程的辨析傳熱過程的辨析傳熱學(xué)傳熱學(xué) Heat

12、TransferHeat Transfer總傳熱系數(shù)的計(jì)算總傳熱系數(shù)的計(jì)算通過平壁的傳熱通過平壁的傳熱通過圓筒壁的傳熱通過圓筒壁的傳熱通過肋壁的傳熱通過肋壁的傳熱21111hhkooioiifofidhdddhttl1)ln(211)(ooihhk111傳熱學(xué)傳熱學(xué) Heat TransferHeat Transfer 換熱表面的溫度工況換熱表面的溫度工況Const.iiRt強(qiáng)化傳熱應(yīng)從強(qiáng)化傳熱應(yīng)從熱阻最大熱阻最大的環(huán)節(jié)入手的環(huán)節(jié)入手 強(qiáng)化傳熱的突破口強(qiáng)化傳熱的突破口 臨界絕緣直徑臨界絕緣直徑電氣工程動(dòng)力保溫管道傳熱學(xué)傳熱學(xué) Heat TransferHeat Transfer 換熱器的定義、

13、型式、特點(diǎn)換熱器的定義、型式、特點(diǎn)二二 換熱器的型式及平均溫差換熱器的型式及平均溫差 簡單順流和逆流的平均溫差的計(jì)算簡單順流和逆流的平均溫差的計(jì)算minmaxminmaxlntttttm , maxmaxttt , minminttt傳熱學(xué)傳熱學(xué) Heat TransferHeat Transfer 簡單順流和逆流的定性溫度分布簡單順流和逆流的定性溫度分布溫差溫差大的地方大的地方溫度變化溫度變化劇烈劇烈 其它復(fù)雜流動(dòng)布置的平均溫差的計(jì)算其它復(fù)雜流動(dòng)布置的平均溫差的計(jì)算ctfmmtt)(一些特殊情況一些特殊情況傳熱學(xué)傳熱學(xué) Heat TransferHeat Transfer 設(shè)計(jì)計(jì)算和校核計(jì)算

14、設(shè)計(jì)計(jì)算和校核計(jì)算三三 換熱器的熱計(jì)算換熱器的熱計(jì)算 利用平均溫差法進(jìn)行換熱器的設(shè)計(jì)計(jì)算利用平均溫差法進(jìn)行換熱器的設(shè)計(jì)計(jì)算mtkA)()(22221111ttcqttcqmm 所依據(jù)的方程所依據(jù)的方程傳熱學(xué)傳熱學(xué) Heat TransferHeat Transfer步驟步驟 - NTU 法法有關(guān)概念有關(guān)概念與平均溫差法比較與平均溫差法比較 污垢熱阻污垢熱阻傳熱學(xué)傳熱學(xué) Heat TransferHeat Transfer 必要性必要性四四 Wilson 圖解法圖解法 思想思想概念性理解概念性理解五五 隔熱保溫技術(shù)隔熱保溫技術(shù)傳熱學(xué)傳熱學(xué) Heat TransferHeat Transfer同樣

15、是同樣是25 的的房間，為什么冬房間，為什么冬天覺得冷，而夏天覺得冷，而夏天還感到熱？天還感到熱？ CQuestion 1?傳熱學(xué)傳熱學(xué) Heat TransferHeat Transfer Question 2： 爐膛四周的水冷壁爐膛四周的水冷壁管在熊熊烈火（管在熊熊烈火（1700K）下怎么不）下怎么不會(huì)燒壞？會(huì)燒壞？?傳熱學(xué)傳熱學(xué) Heat TransferHeat Transfer在電影泰坦尼克號(hào)中在電影泰坦尼克號(hào)中Jack凍死了，但凍死了，但Rose沒有，為什么？沒有，為什么？Question 3?傳熱學(xué)傳熱學(xué) Heat TransferHeat Transfer冬天，隔著玻璃曬冬天，

16、隔著玻璃曬太陽感覺更暖和，太陽感覺更暖和，為什么？為什么？Question 4?傳熱學(xué)傳熱學(xué) Heat TransferHeat Transfer易積雪、易結(jié)冰，易積雪、易結(jié)冰，為什么？為什么？Question 5?傳熱學(xué)傳熱學(xué) Heat TransferHeat Transfer傳熱學(xué)在科學(xué)技術(shù)中的的應(yīng)用傳熱學(xué)在科學(xué)技術(shù)中的的應(yīng)用1. 各種熱交換設(shè)備的合理設(shè)計(jì)與正常運(yùn)行各種熱交換設(shè)備的合理設(shè)計(jì)與正常運(yùn)行2. 開發(fā)強(qiáng)化換熱手段，提高設(shè)備的緊湊性開發(fā)強(qiáng)化換熱手段，提高設(shè)備的緊湊性3. 研究有效冷卻方法，保證設(shè)備安全經(jīng)濟(jì)運(yùn)行研究有效冷卻方法，保證設(shè)備安全經(jīng)濟(jì)運(yùn)行4. 設(shè)計(jì)絕熱工程，開發(fā)絕熱技術(shù)設(shè)計(jì)

17、絕熱工程，開發(fā)絕熱技術(shù)5. 制造與運(yùn)行過程中溫度場與熱應(yīng)力的控制制造與運(yùn)行過程中溫度場與熱應(yīng)力的控制傳熱學(xué)傳熱學(xué) Heat TransferHeat Transfer6. 合理利用能源，開發(fā)新能源合理利用能源，開發(fā)新能源7. 農(nóng)、林、食品等工業(yè)中多孔介質(zhì)的傳熱農(nóng)、林、食品等工業(yè)中多孔介質(zhì)的傳熱8. 生物、醫(yī)學(xué)中的傳熱問題生物、醫(yī)學(xué)中的傳熱問題9. 在發(fā)展科學(xué)測試儀器中的應(yīng)用在發(fā)展科學(xué)測試儀器中的應(yīng)用10.高新技術(shù)不斷向傳熱學(xué)提出新的挑戰(zhàn)高新技術(shù)不斷向傳熱學(xué)提出新的挑戰(zhàn)傳熱學(xué)傳熱學(xué) Heat TransferHeat Transfer生生 物物 流流 體體 與與 傳傳 熱熱1. 生物芯片（生物芯

18、片（biochip）2. 腫瘤熱療腫瘤熱療3. 血液動(dòng)力學(xué)（血液動(dòng)力學(xué)（Hemodynamics）傳熱學(xué)傳熱學(xué) Heat TransferHeat Transfer血液動(dòng)力學(xué)（血液動(dòng)力學(xué)（Hemodynamics）傳熱學(xué)傳熱學(xué) Heat TransferHeat Transfer 動(dòng)脈瘤頸夾閉術(shù)：用特制的動(dòng)脈瘤夾將瘤頸夾動(dòng)脈瘤頸夾閉術(shù)：用特制的動(dòng)脈瘤夾將瘤頸夾閉，阻斷動(dòng)脈瘤的血液供應(yīng)，將動(dòng)脈瘤排除在閉，阻斷動(dòng)脈瘤的血液供應(yīng)，將動(dòng)脈瘤排除在血循環(huán)之外，既避免發(fā)生再出血，又保持載瘤血循環(huán)之外，既避免發(fā)生再出血，又保持載瘤動(dòng)脈通暢，維持腦組織正常血供。動(dòng)脈通暢，維持腦組織正常血供。 缺點(diǎn)：手術(shù)創(chuàng)傷大

19、、出血多，病人臥床時(shí)間長，缺點(diǎn)：手術(shù)創(chuàng)傷大、出血多，病人臥床時(shí)間長，恢復(fù)慢，并且某些部位的顱內(nèi)動(dòng)脈瘤夾閉手術(shù)恢復(fù)慢，并且某些部位的顱內(nèi)動(dòng)脈瘤夾閉手術(shù)難以企及。難以企及。傳熱學(xué)傳熱學(xué) Heat TransferHeat Transfer 動(dòng)脈瘤血管內(nèi)微創(chuàng)介入治療動(dòng)脈瘤血管內(nèi)微創(chuàng)介入治療傳熱學(xué)傳熱學(xué) Heat TransferHeat Transfer傳熱學(xué)傳熱學(xué) Heat TransferHeat Transfer傳熱學(xué)傳熱學(xué) Heat TransferHeat Transfer高新技術(shù)不斷向傳熱學(xué)提出新的挑戰(zhàn)高新技術(shù)不斷向傳熱學(xué)提出新的挑戰(zhàn)一 微時(shí)間傳熱過程微時(shí)間傳熱過程 micro-time

20、-scale Heat Transfer0( )qqgrad t 1. 背景背景激光脈沖加工技術(shù)激光脈沖加工技術(shù)時(shí)間極短：納秒到皮秒（時(shí)間極短：納秒到皮秒（10-9 10-12 s)功率很大：可達(dá)功率很大：可達(dá)GW（109W）2. 特點(diǎn)特點(diǎn)3. 描述描述傳熱學(xué)傳熱學(xué) Heat TransferHeat Transfer激光應(yīng)用的時(shí)間與強(qiáng)度圖譜激光應(yīng)用的時(shí)間與強(qiáng)度圖譜傳熱學(xué)傳熱學(xué) Heat TransferHeat Transfer二 微尺度傳熱微尺度傳熱 micro-scale Heat Transfer流動(dòng)特征尺度小流動(dòng)特征尺度小MEMSNEMS無論實(shí)驗(yàn)還是理論分析，微米、納米傳無論實(shí)驗(yàn)還是理論分析，微米、納米傳熱學(xué)是目前國際傳熱界的研究熱點(diǎn)，大熱學(xué)是目前國際傳熱界的研究熱點(diǎn)，大有可為。有可為。1. 特點(diǎn)特點(diǎn)傳熱學(xué)傳熱學(xué) Heat TransferHeat Transfer 氣體流動(dòng)按氣體流動(dòng)按 數(shù)大小的分類數(shù)大小的分類(錢學(xué)森，錢學(xué)森，1946)： 連續(xù)介質(zhì)區(qū)連續(xù)介質(zhì)區(qū) 0.001Kn 0.0010.1Kn0.110Kn10Kn過渡區(qū)過渡區(qū)自由分子流自由分子流速度滑移、溫度跳躍區(qū)速度滑移、溫度跳躍區(qū)K n =L傳熱學(xué)傳熱學(xué) Heat