61传热学复习总结

传热学复习总结ThesummaryofHeatTransferoldendingsnewbeginningsrisefallsuccessfailgleeremorse1问题目录第一章绪论1.热能传递的三种方式是？42.热传导、热对流和热辐射的定义分别是？43.热流量、热流密度的定义？44.三种传热方式传递的热量如何计算？45.热辐射与另外两种传热方式的区别？56.什么叫做“传热过程”？57.热阻的概念与热阻串并联适用条件？5第二章稳态热传导1.什么是稳态温度场、非稳态温度场？52.温度场中等温线有什么特点？53.导热基本定律？54.一个导热问题的完整描述包括？55.导热微分方程是如何导出的？56.柱坐标系和球坐标系下的导热微分方程？77.定解条件有哪些？78.热扩散率的物理意义？79.傅立叶定律及导热微分方程的适用范围？710.典型一维稳态导热问题的分析解(平壁、圆筒壁、球壳)？811.变截面或变导热系数的一维问题如何解决？812.如何求解等截面直肋的温度分布、肋端温度和散热量？913.肋效率和肋面总效率？1114.如何判断是否应在基础表面上增加肋片？1215.什么是接触热阻，如何有效减小？12第三章非稳态导热1.非稳态导热可以分为哪两类？122.物体的温度随时间的推移趋于恒定的值的非稳态导热的两个阶段？123.第三类边界条件下Bi数对平板中温度分布的影响(Bi数是平板导热热阻与对流传热热阻的比值)？124.什么是集中参数法？集中参数法温度场的分析解是什么？135.导热量计算式、时间常数和傅立叶数的物理意义？136.集中参数法的适用范围？147.典型一维非稳态导热正规状况阶段的工程计算方法？148.简单几何形状物体多维非稳态导热的分析解？15第四章导热问题的数值解法21.对物理问题进行数值求解的基本思想是什么？162.导热问题数值求解的基本步骤？163.节点离散方程的建立方法？164.什么是网格独立解（grid-independentsolution）？18第五章对流传热的理论基础1.对流传热的影响因素有哪些？182.对流传热现象的分类？183.研究对流传热的主要任务是什么？有哪些研究方法？184.如何从解得的温度场来计算表面传热系数？195.对流传热问题的数学描写？196.什么是流动边界层？它的厚度如何定义？207.流动边界层内的流态(掠过平板时边界层的形成和发展)？208.流动边界层内的动量方程？209.什么是热边界层？它的厚度如何定义？2010.热边界层内的能量方程？2111.二维、稳态边界层型对流传热问题的数学描述？2112.流体外掠等温平板传热的层流分析解？2113.什么是定性温度？普朗特数的物理意义？21第六章单相对流传热的实验关联式1.物理现象相似的定义及其充要条件？222.相似原理的基本内容有哪些？223.如何导出相似特征数？224.均匀热流和均匀壁温这两种典型的热边界条件对表面传热系数有什么影响？225.流体的平均温度以及流体与壁面的平均温差如何确定？236.如何应用实验关联式计算表面传热系数？237.相关的对流传热关联式24第七章相变对流传热第八章热辐射基本定律和辐射特性1.为什么研究辐射传热的思路与方法和导热及对流传热有很大的不同?272.热辐射的定义及其区别于导热对流的特点？273.什么是吸收比、反射比和穿透比？它们之间有什么关系？274.固体、液体和气体的吸收比、反射比和穿透比有什么不同？285.固体表面的反射可分为哪几类？286.什么是黑体、镜体和透明体？287.黑体辐射的基本定律有哪些？288.什么是发射率？2939.什么是灰体（graybody）？为什么要引入这个概念？3010.基尔霍夫定律揭示了什么？30第九章辐射传热的计算1.什么是角系数？有什么性质？302.如何计算角系数？313.如何计算两黑体表面封闭系统的辐射传热？314.如何计算灰体系统的辐射传热量？315.用网格法计算多表面封闭系统的步骤？326.三表面封闭腔的等效网络图怎么画？327.气体都有发射和吸收辐射的能力吗？338.气体辐射有什么特点？339.如何计算水蒸气、二氧化碳的发射率和吸收比？3310.如何计算气体与黑体包壳间的传热？34第十章传热过程分析与换热器的热计算1.传热过程的分析和计算的关键是什么？342.通过平壁的传热过程计算343.通过圆筒壁的传热过程计算344.通过肋壁的传热过程计算355.临界绝缘直径356.换热器有哪几种类型？357.坚壁式换热器有哪几种主要形式？368.换热器的平均温差计算369.不同布置形式的比较3910.间壁式换热器的热设计3911.换热器的污垢热阻及有污垢时的传热系数？404第一章绪论1.热能传递的三种方式是？热传导、热对流和热辐射2.热传导、热对流和热辐射的定义分别是？热传导:当物体内有温度差或两个不同的物体接触时，在物体各部分之间不发生相对位移的情况下，依靠物质微粒(分子、原子或自由电子)的热运动而产生的热能传递。热对流:由于流体的宏观运动而引起的流体各部分之间发生相对位移，冷、热流体相互掺混所导致的热量传递过程；工程上特别感兴趣的是流体流过一个物体表面时流体与物体表面间的热量传递过程，称之为对流传热。就引起流动的原因而论，对流传热可分为自然对流与强制对流两大类。另外，工程上还常遇到伴随有相变的对流传热：沸腾传热和凝结传热。热辐射:物体通过电磁波来传递能量的方式称为辐射。物体会因为各种原因发出辐射能，其中因热的原因而发出辐射能的现象称为热辐射。自然界中各个物体都不停的向空间发出热辐射，同时又不断地吸收其他物体发出的热辐射。辐射与吸收过程的综合结果就造成了以辐射方式进行的物体间的热量传递—辐射传热。3.热流量、热流密度的定义？单位时间内通过某一给定面积的热量称为热流量（heattransferrate），记为Ф，单位为W。单位时间内通过单位面积的热量称为热流密度（heatflux），记为q,单位为W/𝑚2。4.三种传热方式传递的热量如何计算？计算导热传热量时使用傅立叶定律矢量形式：𝐪=−λ𝐠𝐫𝐚𝐝(t)一维导热时：q=−λ𝜕𝑡𝜕𝑥计算对流传热时使用牛顿冷却公式：流体被加热时：q=ℎ(𝑡𝑤−𝑡𝑓)流体被冷却时：q=ℎ(𝑡𝑓−𝑡𝑤)约定∆𝑡永远取正值：q=ℎ∆𝑡由热流量与热流密度的关系可知：Ф=qA对于表面为几十摄氏度的一类表面的散热问题，自然对流散热量与辐射散热量具有相同的数量级，必须同时予以考虑。5辐射传热的计算见下文。5.热辐射与另外两种传热方式的区别？（1）导热、对流这两种热量传递方式只在有物质存在的条件下才能实现，而热辐射可以在真空中传递，而且实际上在真空中辐射能的传递最有效；（2）热辐射不仅产生能量的转移，而且还伴随着能量形式的转换，即发射时从热能转换成辐射能，而被吸收时又从辐射能转换为热能。6.什么叫做“传热过程”？热量由壁面一侧的流体通过壁面传到另一侧流体中去的过程称为传热过程7.热阻的概念与热阻串并联适用条件？导热热阻：𝛿𝜆𝐴对流传热热阻：1ℎ𝐴适用条件:无内热源一维稳态导热第二章稳态热传导1.什么是稳态温度场、非稳态温度场？物体中各点温度不随时间而变时称为稳态温度场；温度随时间变化的温度场称为非稳态温度场。2.温度场中等温线有什么特点？物体中的任意一条等温线要么形成一个封闭的曲线，要么终止在物体表面上，它不会与另一条等温线相交。当等温线图上每两条等温线间的温度间隔相等时，等温线的疏密可直观地反映出不同区域导热热流密度的相对大小。3.导热基本定律？导热基本定律即是傅立叶导热定律,即𝐪=−λ𝐠𝐫𝐚𝐝(t)由此可知，导热系数λ在数值上等于单位温度梯度作用下的物体内热流密度矢量的模。4.一个导热问题的完整描述包括？导热微分方程和定解条件(包括初始条件和边界条件)5.导热微分方程是如何导出的？由能量守恒和傅立叶导热定律推导得出。推导过程如下:6图1微元体的导热平衡分析如上图，从导热物体中任意取一个微元平行六面体来做该微元体收支平衡的分析：设物体中有内热源，其值为Ф̇，它代表单位时间内单位体积中产生或消耗的热能（产生取正，消耗为负），假定导热物体的热物理性质是温度的函数。通过𝑥=𝑥，𝑦=𝑦，𝑧=𝑧三个微元表面而导入微元体的热流量可根据Fourier定律写出为：Ф𝑥=−𝜆(𝜕𝑡𝜕𝑥)𝑑𝑦𝑑𝑧Ф𝑦=−𝜆(𝜕𝑡𝜕𝑦)𝑑𝑥𝑑zФ𝑧=−𝜆(𝜕𝑡𝜕𝑧)𝑑𝑥𝑑𝑦}(1)通过𝑥=𝑥+d𝑥，𝑦=𝑦+d𝑦,𝑧=𝑧+d𝑧d的热流量亦可按Fourier定律写出为为：Ф𝑥+d𝑥=Ф𝑥+𝜕Ф𝑥𝜕𝑥𝑑𝑥=Ф𝑥+𝜕𝜕𝑥[−𝜆(𝜕𝑡𝜕𝑥)𝑑𝑦𝑑𝑧]𝑑𝑥Ф𝑦+d𝑦=Ф𝑦+𝜕Ф𝑦𝜕𝑦𝑑𝑦=Ф𝑦+𝜕𝜕𝑦[−𝜆(𝜕𝑡𝜕𝑦)𝑑𝑥𝑑𝑧]𝑑𝑦Ф𝑧+d𝑧=Ф𝑧+𝜕Ф𝑧𝜕𝑧𝑑𝑧=Ф𝑧+𝜕𝜕𝑧[−𝜆(𝜕𝑡𝜕𝑧)𝑑𝑥𝑑𝑦]𝑑𝑧}(2)对于微元体，按照能量守恒定律，在任一时间间隔内有以下平衡关系：导入微元体的总热流量+微元体内热源的生成热=导入微元体的总热流量+微元体热力学能(即内能)的增量(3)微元体热力学能的增量=𝜌𝑐𝜕𝑡𝜕𝜏𝑑𝑥𝑑𝑦𝑑𝑧(4)微元体热力学能的增量=Ф̇𝑑𝑥𝑑𝑦𝑑𝑧(5)将（1）、（2）、（4）、（5）式代入式（3），经整理得：7𝜌𝑐𝜕𝑡𝜕𝜏=𝜕𝜕𝑥(𝜆𝜕𝑡𝜕𝑥)+𝜕𝜕𝑦(𝜆𝜕𝑡𝜕𝑦)+𝜕𝜕𝑧(𝜆𝜕𝑡𝜕𝑧)+Ф̇导热系数为常数时，上式化为𝜕𝑡𝜕𝜏=𝑎(𝜕2𝑡𝜕𝑥2+𝜕2𝑡𝜕𝑦2+𝜕2𝑡𝜕𝑧2)+Ф̇𝜌𝑐其中𝑎称为热扩散率,且𝑎=𝜆𝜌𝑐6.柱坐标系和球坐标系下的导热微分方程？导热系数为常数时:圆柱坐标下：𝜕𝑡𝜕𝜏=𝑎(𝜕2𝑡𝜕𝑟2+1𝑟𝜕𝑡𝜕𝑟+1𝑟2𝜕2𝑡𝜕𝜑2+𝜕2𝑡𝜕𝑧2)+Ф̇𝜌𝑐球坐标下：𝜕𝑡𝜕𝜏=𝑎[1𝑟𝜕2(𝑟𝑡)𝜕𝑟2+1𝑟2𝑠𝑖𝑛𝜃𝜕𝜕𝜃(𝑠𝑖𝑛𝜃𝜕𝑡𝜕𝜃)+1𝑟2𝑠𝑖𝑛2𝜃𝜕2𝑡𝜕𝜑2]+Ф̇𝜌𝑐7.定解条件有哪些？导热问题的常见边界条件可分为三类:第一类边界条件（Dirichlet条件）:规定了边界上的温度值𝑡𝑤；第二类边界条件（Neumann条件）:规定了边界上的热流密度值𝑞𝑤；第三类边界条件（Robin条件）:规定了边界上物体与周围流体间的表面传热系数ℎ及周围流体的温度𝑡𝑓；另外，在处理实际工程问题时，还会遇到下列两种情形:辐射边界条件:导热物体表面与温度为Te的外界环境只发生辐射换热，如航天器在太空中飞行时，航天器上的发热元件向太空的散热；界面连续条件:对于发生在不均匀材料中的导热问题，不同材料的区域分别满足导热微分方程。由于导热系数阶越式地变化，无论分析求解或是数值计算常常采取分区进行的方式，假定两种材料接触良好，这时在两种材料的分界面上应满足温度与热流密度连续的条件:𝑡1=𝑡2𝑞1=𝑞28.热扩散率的物理意义？𝑎=λ𝜌𝑐（1）分子λ是物体的导热系数，λ越大，在相同的温度梯度下可以传导更多的热量；（2）分母𝜌𝑐是单位体积的物体温度升高1℃所需的热量，𝜌𝑐越小温度上升1℃所需的热量越少，可以剩下更多的热量继续向物体内部传递，能使物体内各点的温8度更快地随界面温度的升高而升高；热扩散率𝑎是λ与1/𝜌𝑐两个因子的结合。𝑎越大，表示物体内部温度扯平的能力越大。9.傅立叶定律及导热微分方程的适用范围？对于下列三种情况不适用:温度效应:当物体的温度接近0𝐾时；时间效应:当过程的作用时间极短，与材料本身固有的时间尺寸相接近时；尺度效应:当过程发生的空间尺寸极小，与微观粒子的平均自由行程相接近时