傳熱學(xué)復(fù)習(xí)總結(jié)

1、傳熱學(xué)復(fù)習(xí)總結(jié)傳熱學(xué)復(fù)習(xí)總結(jié)一、一、 基本內(nèi)容基本內(nèi)容 1 1、 導(dǎo)導(dǎo) 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(qiáng)化與削弱強(qiáng)化與削弱板式換熱器結(jié)構(gòu)板式換熱器結(jié)構(gòu)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(dǎo)桿下導(dǎo)桿7 7上導(dǎo)桿上導(dǎo)桿8 8夾緊螺栓夾緊螺栓9 9支柱支柱二、導(dǎo)二、導(dǎo) 熱熱 1、基本概念 導(dǎo)熱系數(shù)、導(dǎo)溫系數(shù)(熱擴(kuò)散系數(shù))； 溫度場、等溫線、絕熱線； 穩(wěn)態(tài)與非穩(wěn)態(tài)導(dǎo)熱； 初始條件、三類邊界條件及其數(shù)學(xué)表達(dá)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(dǎo)熱微分方程：水，M22

2、0oC鐵塊,M1300oC2. 穩(wěn)態(tài)導(dǎo)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(dǎo)熱三層平壁的穩(wěn)態(tài)導(dǎo)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(shè)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(nèi)熱源的導(dǎo)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(dǎo)熱：

3、 其中： （9）、導(dǎo)熱問題的數(shù)值解法和差分方程建立： 1）、差分替代微分 2）、泰勒級數(shù)法和控制容積法（熱平衡法） 3）、穩(wěn)態(tài)一維導(dǎo)熱問題的數(shù)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(shù)方程設(shè)立溫度場的迭代初值求解代數(shù)方程是否收斂是否收斂解的分析解的分析改進(jìn)初場是否1、基本概念 畢渥準(zhǔn)則數(shù)（Bi、Biv ）、傅立葉數(shù)（Fo 、Fov ）、 時間常數(shù)、集總參數(shù)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(dǎo)熱問題的完整數(shù)學(xué)描述：控制方程邊界條件初始條件（2）、Bi 0 時，非穩(wěn)態(tài)導(dǎo)熱問題的完整數(shù)學(xué)描述（集總參數(shù)法）三、非穩(wěn)態(tài)導(dǎo)熱三、非穩(wěn)態(tài)導(dǎo)

4、熱3、 計 算（1）、集總參數(shù)法（ Biv 0.1M, M=1（平板）,1/2（圓柱）,1/3（圓球） W J J 時間常數(shù) ： 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(shù)量級， 定性溫度，定性尺度， 管內(nèi)層流入口效應(yīng)和定型

5、段（充分發(fā)展）， 管長修正，溫度修正，彎管修正，當(dāng)量直徑， 膜狀凝結(jié)，珠狀凝結(jié)，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(shù)學(xué)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(shù)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(guān)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(shù)的因素及其物理機(jī)理，（2）根據(jù)邊界層畫出各類對流換熱局部對流換熱系數(shù)曲線，（3）管內(nèi)強(qiáng)制對流進(jìn)行管長、彎管及其溫度修正的物理原因，（4）影響膜狀凝結(jié)換熱的因素，（5）珠狀凝結(jié)換熱為何強(qiáng)于膜態(tài)凝結(jié)，（6）大容器飽和沸騰曲線，（7）對流換熱系數(shù)的大概數(shù)量級，例題例題10-1 10-1 ：有一架空蒸汽管道，管道內(nèi)徑

7、：有一架空蒸汽管道，管道內(nèi)徑=300mm=300mm，管壁厚度，管壁厚度5mm5mm，其，其導(dǎo)熱系數(shù)為導(dǎo)熱系數(shù)為b b=36 W/(m=36 W/(mK K) )。外包有。外包有b b=0.04 W/ (m=0.04 W/ (mK K) )的保溫材料，厚的保溫材料，厚度度為為40mm40mm，管道內(nèi)流有，管道內(nèi)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(nèi)對流表面?zhèn)鳠嵯禂?shù)。、管內(nèi)對流表面?zhèn)鳠嵯禂?shù)。2 2、管外對流表面?zhèn)鳠嵯禂?shù)。、管外對流表面?zhèn)鳠嵯禂?shù)。3 3、每、每

8、mm蒸汽管道的總熱阻及表面?zhèn)鳠嵯禂?shù)。蒸汽管道的總熱阻及表面?zhèn)鳠嵯禂?shù)。4 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(nèi)流動的對流換熱實驗關(guān)聯(lián)式備注：管內(nèi)流動的對流換熱實驗關(guān)聯(lián)式 管外橫掠的對流換熱實驗關(guān)聯(lián)式管外橫掠的對流換熱實驗關(guān)聯(lián)式 管外自然對流換熱實驗關(guān)聯(lián)式管外自然對流換熱實驗關(guān)聯(lián)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: :

9、管道內(nèi)流體與管道內(nèi)壁的對流換熱熱阻管道內(nèi)流體與管道內(nèi)壁的對流換熱熱阻, ,管道內(nèi)壁到外壁間的導(dǎo)熱熱阻管道內(nèi)壁到外壁間的導(dǎo)熱熱阻, ,管道外壁與保溫層外層的導(dǎo)熱熱阻管道外壁與保溫層外層的導(dǎo)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?shù)長管道的總的表面?zhèn)鳠嵯禂?shù)4) 4) 散熱量散熱量5 5）管內(nèi)流體流過）管內(nèi)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(nèi)流體流過100米溫度降為多少？ outltLLktLR outinlpLtMc 根據(jù)熱力學(xué)第一定律：管內(nèi)流體內(nèi)能根據(jù)熱力學(xué)第一定律：管內(nèi)流體內(nèi)能( (焓）的變化量等于焓）的變

10、化量等于管壁內(nèi)外流體之間的換熱量。管壁內(nèi)外流體之間的換熱量。 （1 1）管內(nèi)流體的內(nèi)能的變化量）管內(nèi)流體的內(nèi)能的變化量（2 2）管壁內(nèi)外流體之間的換熱量）管壁內(nèi)外流體之間的換熱量 21(/4)inptMcMud (3)(3)管內(nèi)流體的內(nèi)能的變化量等于管壁內(nèi)外流體的傳熱量。管內(nèi)流體的內(nèi)能的變化量等于管壁內(nèi)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(shù)、立體角、可見輻射面積；

11、 定向輻射強(qiáng)度、有效輻射、投入輻射、角系數(shù)及其性質(zhì)； 表面熱阻、空間熱阻； 求解輻射換熱網(wǎng)絡(luò)法； 重輻射表面、復(fù)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(shù) 代數(shù)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(shù)定義直接計算(d) 查表（資料）法(e) 積分法（2）角系數(shù)性質(zhì) 相對性： 完整性： 分解性： 圖圖9-3 角系數(shù)的完整性角系數(shù)的完整性圖圖9-4 角系數(shù)的可加性角系數(shù)的可加性（3）兩表面封閉體系的輻射換熱量 一般式：（a）

12、X1-2=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(wǎng)絡(luò)法的應(yīng)用網(wǎng)絡(luò)法的應(yīng)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(dǎo)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(shù)的影響（5）減少輻射換熱的方法六、 傳熱的強(qiáng)化和隔熱保溫技術(shù)一、一、 強(qiáng)化傳熱的原則和強(qiáng)化對流換熱的手段強(qiáng)化傳熱的原則和強(qiáng)化對流換熱的手段強(qiáng)化換熱強(qiáng)化換熱mtkqq

13、 q 就是強(qiáng)化換熱就是強(qiáng)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(nèi)流過，。冷卻水在管內(nèi)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(shù)；系

14、數(shù)；(b)(b)如管外的對流換熱系數(shù)增加一倍，傳熱系數(shù)有何變?nèi)绻芡獾膶α鲹Q熱系數(shù)增加一倍，傳熱系數(shù)有何變化？化？(c) (c) 如管內(nèi)的對流傳熱系數(shù)增加一倍，傳熱系數(shù)又作如何如管內(nèi)的對流傳熱系數(shù)增加一倍，傳熱系數(shù)又作如何變化？假設(shè)黃銅的導(dǎo)熱系數(shù)為變化？假設(shè)黃銅的導(dǎo)熱系數(shù)為111W/(m.K)111W/(m.K)解：解： (a)(a)略去管壁熱阻，傳熱系數(shù)為略去管壁熱阻，傳熱系數(shù)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)

15、(b) 略去管壁熱阻，傳熱系數(shù)為略去管壁熱阻，傳熱系數(shù)為21810174W/(mK)1161600013k (c) (c) 略去管壁熱阻，傳熱系數(shù)為略去管壁熱阻，傳熱系數(shù)為2189.2W/(mK)1161139120000k 管外的對流換熱系數(shù)增加一倍，傳熱系數(shù)增加管外的對流換熱系數(shù)增加一倍，傳熱系數(shù)增加96%96%管內(nèi)的對流傳熱系數(shù)增加一倍，傳熱系數(shù)增加不足管內(nèi)的對流傳熱系數(shù)增加一倍，傳熱系數(shù)增加不足1%1% 強(qiáng)化換熱的原則：強(qiáng)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(qiáng)化對流熱阻一般說來管壁熱阻較小，常常要強(qiáng)化對流熱阻強(qiáng)化對流換熱強(qiáng)化對流

16、換熱的原則：的原則： (1). (1). 無相變的對流換熱：減薄邊界層，加強(qiáng)流體混合；無相變的對流換熱：減薄邊界層，加強(qiáng)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(jié)：減薄液膜及加速凝結(jié)液膜的排泄膜狀凝結(jié)：減薄液膜及加速凝結(jié)液膜的排泄 (4). (4). 減小污垢熱阻：工質(zhì)的預(yù)處理，定期清洗減小污垢熱阻：工質(zhì)的預(yù)處理，定期清洗 強(qiáng)化換熱的手段：強(qiáng)化換熱的手段：1. 1. 無源技術(shù)：除輸送傳熱介質(zhì)所需的功率外，不需附加動力無源技術(shù)：除輸送傳熱介質(zhì)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(kuò)展表面擴(kuò)展表面l 擾

17、流元件擾流元件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(shù)有源技術(shù) 除輸送傳熱介質(zhì)所需的功率外，需外加動力除輸送傳熱介質(zhì)所需的功率外，需外加動力 對介質(zhì)進(jìn)行機(jī)械攪拌對介質(zhì)進(jìn)行機(jī)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(zhì)種加入異物或介質(zhì)介質(zhì)種加入異物或介質(zhì)3. 3. 強(qiáng)化換熱的方式的綜合評價強(qiáng)化換熱的方式的綜合評價 應(yīng)當(dāng)綜合考慮傳熱效果、應(yīng)當(dāng)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(xué)常見的問題七、傳熱學(xué)常見的問題1 1、穩(wěn)態(tài)導(dǎo)熱問題、穩(wěn)態(tài)導(dǎo)熱問題（1 1）截面直肋肋片的傳熱量和肋端溫

18、度的求解）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(dǎo)熱問題的計算）單層及多層平壁在第三類邊界條件下導(dǎo)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(dǎo)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(dǎo)熱每米供熱管道的散熱損失2 2、非穩(wěn)態(tài)導(dǎo)熱問題、非穩(wěn)態(tài)導(dǎo)熱問題（1 1）集總參數(shù)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(shù)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）公式法或諾謨圖法求解任意形狀物體（如熱電偶或平板）的瞬態(tài)冷卻或）公式法或諾謨圖法求解任意形狀物體（如熱電偶或平板）的瞬態(tài)冷卻或加熱問題。加熱問題。3 3、對流換熱問題、對流換熱問題（1 1）外掠平板或管內(nèi)強(qiáng)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(nèi)強(qiáng)制對流換熱問題在不同流態(tài)下的換熱分析及計算。（2