傳熱學復習總結

1、傳熱學復習總結傳熱學復習總結一、一、 基本內容基本內容 1 1、 導導 熱熱2 2、 對對 流流3 3、 輻輻 射射4 4、 傳熱過程傳熱過程 強化與削弱強化與削弱板式換熱器結構板式換熱器結構1 1固定壓緊板固定壓緊板2 2連接口連接口3 3墊片墊片4 4板片板片5 5活動壓緊板活動壓緊板6 6下導桿下導桿7 7上導桿上導桿8 8夾緊螺栓夾緊螺栓9 9支柱支柱二、導二、導 熱熱 1、基本概念 導熱系數、導溫系數(熱擴散系數)； 溫度場、等溫線、絕熱線； 穩(wěn)態(tài)與非穩(wěn)態(tài)導熱； 初始條件、三類邊界條件及其數學表達式； 熱阻、接觸熱阻。 熱阻分析法及其條件。1、理論傅里葉定律：導熱微分方程：水，M22

2、0oC鐵塊,M1300oC2. 穩(wěn)態(tài)導熱計算 （1）、平壁： (2)、園筒壁： (3)、園球壁：(4)、傳熱過程的熱阻分析法： t1t2t3t4t1t2t3t4三層平壁的穩(wěn)態(tài)導熱三層平壁的穩(wěn)態(tài)導熱ooioiifofi1ln211)(dhdddhttlQ若圓筒壁為多若圓筒壁為多層材料組成呢？層材料組成呢？ (5)、肋效率： 實際散熱量/假設整個肋表面處于肋基溫度下的散熱量 (6)、等截面直肋（肋端絕熱） 溫度分布： =0ch(m(x-H)/ch(mH), 肋端： 熱量： 肋效率： （7）、有內熱源的導熱 溫度分布： （第三類邊界條件） （第一類邊界條件） 熱流密度： （8）、變截面一維穩(wěn)態(tài)導熱：

3、 其中： （9）、導熱問題的數值解法和差分方程建立： 1）、差分替代微分 2）、泰勒級數法和控制容積法（熱平衡法） 3）、穩(wěn)態(tài)一維導熱問題的數值解法建立控制方程及定解條件確定節(jié)點（區(qū)域離散化）建立節(jié)點物理量的代數方程設立溫度場的迭代初值求解代數方程是否收斂是否收斂解的分析解的分析改進初場是否1、基本概念 畢渥準則數（Bi、Biv ）、傅立葉數（Fo 、Fov ）、 時間常數、集總參數法及其使用條件、分離變量法和諾謨圖。2、理 論（1）、一維、二維、三維非穩(wěn)態(tài)導熱問題的完整數學描述：控制方程邊界條件初始條件（2）、Bi 0 時，非穩(wěn)態(tài)導熱問題的完整數學描述（集總參數法）三、非穩(wěn)態(tài)導熱三、非穩(wěn)態(tài)導

4、熱3、 計 算（1）、集總參數法（ Biv 0.1M, M=1（平板）,1/2（圓柱）,1/3（圓球） W J J 時間常數 ： 熱電偶的工作原理 4、分析解法：各種情況下非穩(wěn)態(tài)溫度分布的定性描述。eannnnnnnxx210)cos()sin()cos()sin(2),(2 . 0F0eFxx021)cos(cossinsin2),(11111000001)(),(ttcVdVxttcQQVeFvdvv11021sin)(11110cossinsin211、基本概念 邊界層（層流、紊流、層流底層、溫度邊界層） Pr、Re、Gr的物理概念、數量級， 定性溫度，定性尺度， 管內層流入口效應和定型

5、段（充分發(fā)展）， 管長修正，溫度修正，彎管修正，當量直徑， 膜狀凝結，珠狀凝結，過冷沸騰，飽和沸騰，核態(tài)沸騰，沸騰換熱臨界熱流密度，燒毀點，大容器沸騰換熱曲線。四、 對流與相變換熱對流與相變換熱 2、 理論（1）對流換熱的數學描寫A. 動量方程（2個）B. 能量方程C. 連續(xù)性方程D. 換熱方程E. 邊界條件（2）邊界層微分方程組及其求解（數量級分析法）（3）邊界層（附面層）積分方程組及其求解（4） 雷諾比擬（5） 相似原理及其相關概念xu0yv)()()22222222yvxvypFyvvxvuvyuxuxpFyuvxuuuyx（2222ytxtytvxtutcp3 、 計算（1）管槽 :

6、（注意考慮各種修正）（2）橫掠單管和管束: （3）自然對流: （4）外掠平板:3154Pr871Re037. 0mNu113241530.332Re Pr0.0296Re PrcxcxxxNuxxNu時， 層流，時， 湍流，3121PrRe664. 0Nu4、 分 析（1）影響對流換熱系數的因素及其物理機理，（2）根據邊界層畫出各類對流換熱局部對流換熱系數曲線，（3）管內強制對流進行管長、彎管及其溫度修正的物理原因，（4）影響膜狀凝結換熱的因素，（5）珠狀凝結換熱為何強于膜態(tài)凝結，（6）大容器飽和沸騰曲線，（7）對流換熱系數的大概數量級，例題例題10-1 10-1 ：有一架空蒸汽管道，管道內徑

7、：有一架空蒸汽管道，管道內徑=300mm=300mm，管壁厚度，管壁厚度5mm5mm，其，其導熱系數為導熱系數為b b=36 W/(mK)=36 W/(mK)。外包有。外包有b b=0.04 W/ (mK)=0.04 W/ (mK)的保溫材料，的保溫材料，厚厚度為度為40mm40mm，管道內流有，管道內流有130130的干飽和蒸汽，流速為的干飽和蒸汽，流速為41m/s41m/s；外有空氣以；外有空氣以2m/s2m/s橫掠管道，溫度為橫掠管道，溫度為1010。求：求：1 1、管內對流表面?zhèn)鳠嵯禂?。、管內對流表面?zhèn)鳠嵯禂怠? 2、管外對流表面?zhèn)鳠嵯禂?。、管外對流表面?zhèn)鳠嵯禂怠? 3、每、每mm蒸汽

8、管道的總熱阻及表面?zhèn)鳠嵯禂?。蒸汽管道的總熱阻及表面?zhèn)鳠嵯禂怠? 4、每小時每米蒸汽管道的散熱量。、每小時每米蒸汽管道的散熱量。備注：管內流動的對流換熱實驗關聯式備注：管內流動的對流換熱實驗關聯式 管外橫掠的對流換熱實驗關聯式管外橫掠的對流換熱實驗關聯式 管外自然對流換熱實驗關聯式管外自然對流換熱實驗關聯式 以上三式定性溫度均取流體已知溫度以上三式定性溫度均取流體已知溫度。解：解：1) 1) 定性條件已知，由題意知定性條件已知，由題意知2 2）定性條件已知，由題意知）定性條件已知，由題意知3) 1m3) 1m長管道的熱阻長管道的熱阻 總的傳熱阻共有四部分組成總的傳熱阻共有四部分組成: :管道內流

9、體與管道內壁的對流換熱熱阻管道內流體與管道內壁的對流換熱熱阻, ,管道內壁到外壁間的導熱熱阻管道內壁到外壁間的導熱熱阻, ,管道外壁與保溫層外層的導熱熱阻管道外壁與保溫層外層的導熱熱阻和和空氣對流換熱的熱阻和和空氣對流換熱的熱阻. . 每每mm長管道的總的表面?zhèn)鳠嵯禂甸L管道的總的表面?zhèn)鳠嵯禂?) 4) 散熱量散熱量5 5）管內流體流過）管內流體流過100100米溫度降為多少米溫度降為多少？如何求呢？如何求呢？ 管內流體流過100米溫度降為多少？ outltLLktLR outinlpLtMc 根據熱力學第一定律：管內流體內能根據熱力學第一定律：管內流體內能( (焓）的變化量等于焓）的變化量等于

10、管壁內外流體之間的換熱量。管壁內外流體之間的換熱量。 （1 1）管內流體的內能的變化量）管內流體的內能的變化量（2 2）管壁內外流體之間的換熱量）管壁內外流體之間的換熱量 21(/4)inptMcMud (3)(3)管內流體的內能的變化量等于管壁內外流體的傳熱量。管內流體的內能的變化量等于管壁內外流體的傳熱量。 ltktR五、五、 輻射換熱輻射換熱1、概 念 黑體、灰體、黑度（發(fā)射率）、單色黑度（光譜發(fā)射率）、定向黑度（定向發(fā)射率）； 輻射力（本身輻射）、單色（光譜）輻射力； 吸收率（比）、單色（光譜）吸收率（比）、反射率、透射率、鏡反射、漫反射； 黑體輻射函數、立體角、可見輻射面積； 定向輻

11、射強度、有效輻射、投入輻射、角系數及其性質； 表面熱阻、空間熱阻； 求解輻射換熱網絡法； 重輻射表面、復合換熱、氣體輻射特性。2 、理 論 普朗克定律: W/m3 維恩位移定律: 斯蒂芬玻爾茲曼定律（四次方定律）: 蘭貝特定律: 基爾霍夫定律: 3 、計 算（1）角系數 代數法: (a) 一個方向無限長封閉三凸面 (b) 一個方向無限長任意兩凸面 (c) 由角系數定義直接計算(d) 查表（資料）法(e) 積分法（2）角系數性質 相對性： 完整性： 分解性： 圖圖9-3 角系數的完整性角系數的完整性圖圖9-4 角系數的可加性角系數的可加性（3）兩表面封閉體系的輻射換熱量 一般式：（a） X1-2

12、=1時： （b）A1=A2時： (c) A1/A20時： （4）三表面封閉體系的輻射換熱量及網絡法的應用網絡法的應用節(jié)點節(jié)點 的熱流方程如下的熱流方程如下( (基爾霍夫定律）基爾霍夫定律）：321,JandJJ求解上面的方程組，再計算凈換熱量。求解上面的方程組，再計算凈換熱量。iiiibiiAJE14 、分析（1）輻射特點（與對流和導熱相比）（2）一般意義的輻射與陽光輻射的區(qū)別（3）基爾霍夫定律的條件（4）黑度對輻射換熱系數的影響（5）減少輻射換熱的方法六、 傳熱的強化和隔熱保溫技術一、一、 強化傳熱的原則和強化對流換熱的手段強化傳熱的原則和強化對流換熱的手段強化換熱強化換熱mtkqq q 就

13、是強化換熱就是強化換熱 t tmm k k q q l 增加溫差，常常使不可逆損失增大增加溫差，常常使不可逆損失增大l 增加增加k k ，主流，主流l 增加增加換熱面積換熱面積A A例題例題10-2 10-2 ：壓縮空氣在中間冷卻器的管外橫掠流過，：壓縮空氣在中間冷卻器的管外橫掠流過，h ho o=90W /(m=90W /(m2 2.K).K)。冷卻水在管內流過，。冷卻水在管內流過，h hi i=6000W/(m=6000W/(m2 2.K).K)。冷卻管是外徑為冷卻管是外徑為16mm16mm厚厚1.5mm1.5mm的黃銅管。求：的黃銅管。求：(a)(a)此時的傳熱此時的傳熱系數；系數；(b

14、)(b)如管外的對流換熱系數增加一倍，傳熱系數有何變如管外的對流換熱系數增加一倍，傳熱系數有何變化？化？(c) (c) 如管內的對流傳熱系數增加一倍，傳熱系數又作如何如管內的對流傳熱系數增加一倍，傳熱系數又作如何變化？假設黃銅的導熱系數為變化？假設黃銅的導熱系數為111W/(m.K)111W/(m.K)解：解： (a)(a)略去管壁熱阻，傳熱系數為略去管壁熱阻，傳熱系數為oiiioo1111/ln2dkRh ddh d)KW/(m3 .880111.00000149.0000205.019011316ln1112016.013166000112k可以略去管壁熱阻可以略去管壁熱阻(b) (b)

15、略去管壁熱阻，傳熱系數為略去管壁熱阻，傳熱系數為21810174W/(mK)1161600013k (c) (c) 略去管壁熱阻，傳熱系數為略去管壁熱阻，傳熱系數為2189.2W/(mK)1161139120000k 管外的對流換熱系數增加一倍，傳熱系數增加管外的對流換熱系數增加一倍，傳熱系數增加96%96%管內的對流傳熱系數增加一倍，傳熱系數增加不足管內的對流傳熱系數增加一倍，傳熱系數增加不足1%1% 強化換熱的原則：強化換熱的原則： 在熱阻最大的環(huán)節(jié)上下功夫在熱阻最大的環(huán)節(jié)上下功夫!一般說來管壁熱阻較小，常常要強化對流熱阻一般說來管壁熱阻較小，常常要強化對流熱阻強化對流換熱強化對流換熱的原

16、則：的原則： (1). (1). 無相變的對流換熱：減薄邊界層，加強流體混合；無相變的對流換熱：減薄邊界層，加強流體混合； (2). (2). 核態(tài)沸騰：增加汽化核心核態(tài)沸騰：增加汽化核心 (3). (3). 膜狀凝結：減薄液膜及加速凝結液膜的排泄膜狀凝結：減薄液膜及加速凝結液膜的排泄 (4). (4). 減小污垢熱阻：工質的預處理，定期清洗減小污垢熱阻：工質的預處理，定期清洗 強化換熱的手段：強化換熱的手段：1. 1. 無源技術：除輸送傳熱介質所需的功率外，不需附加動力無源技術：除輸送傳熱介質所需的功率外，不需附加動力l 涂層表面涂層表面l 粗糙表面粗糙表面l 擴展表面擴展表面l 擾流元件擾

17、流元件l 渦流發(fā)生器渦流發(fā)生器l 螺旋管螺旋管l 添加物添加物l 沖擊射流沖擊射流2. 2. 有源技術有源技術 除輸送傳熱介質所需的功率外，需外加動力除輸送傳熱介質所需的功率外，需外加動力 對介質進行機械攪拌對介質進行機械攪拌 受熱面振動受熱面振動 流體振動流體振動 電磁場電磁場 介質種加入異物或介質介質種加入異物或介質3. 3. 強化換熱的方式的綜合評價強化換熱的方式的綜合評價 應當綜合考慮傳熱效果、應當綜合考慮傳熱效果、流動阻力、成本和運行費用；流動阻力、成本和運行費用；七、傳熱學常見的問題七、傳熱學常見的問題1 1、穩(wěn)態(tài)導熱問題、穩(wěn)態(tài)導熱問題（1 1）等截面直肋肋片的傳熱量和肋端溫度的求

18、解）等截面直肋肋片的傳熱量和肋端溫度的求解（2 2）單層及多層平壁在第三類邊界條件下導熱問題的計算）單層及多層平壁在第三類邊界條件下導熱問題的計算（3 3）單層及多層圓筒壁在第三類邊界條件下導熱每米供熱管道的散熱損失）單層及多層圓筒壁在第三類邊界條件下導熱每米供熱管道的散熱損失2 2、非穩(wěn)態(tài)導熱問題、非穩(wěn)態(tài)導熱問題（1 1）集總參數法求解任意形狀物體（如熱電偶）的瞬態(tài)冷卻或加熱問題。）集總參數法求解任意形狀物體（如熱電偶）的瞬態(tài)冷卻或加熱問題。（2 2）熱電偶工作原理和時間常數概念和應用。）熱電偶工作原理和時間常數概念和應用。3 3、對流換熱問題、對流換熱問題（1 1）外掠平板或管內強制對流換熱問題在不同流態(tài)下的換熱分析及計算。）外掠平板或管內強制對流換熱問題在不同流態(tài)下的換熱分析及計算。（2 2）橫掠單管或管束的自然或強制對流換熱問題的計算。）橫掠單管或管束的自然或強制對