傳熱學(xué)知識點(diǎn)總結(jié)

時(shí)間：2025-01-04 15:59:56 麗華總結(jié) 我要投稿

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　　在學(xué)習(xí)中，大家對知識點(diǎn)應(yīng)該都不陌生吧？知識點(diǎn)是知識中的最小單位，最具體的內(nèi)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(xí)。以下是小編為大家整理的傳熱學(xué)知識點(diǎn)總結(jié)，供大家參考借鑒，希望可以幫助到有需要的朋友。

傳熱學(xué)知識點(diǎn)總結(jié)

　　第一章

　　§1-1 “三個(gè)W”

　　§1-2 熱量傳遞的三種基本方式

　　§1-3 傳熱過程和傳熱系數(shù)

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

　　本章重點(diǎn)：

　　1.傳熱學(xué)研究的基本問題

　　物體內(nèi)部溫度分布的計(jì)算方法

　　熱量的傳遞速率

　　增強(qiáng)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(dǎo)熱：依靠微觀粒子的熱運(yùn)動(dòng)而產(chǎn)生的熱量傳遞。傳熱學(xué)重點(diǎn)研究的是在宏觀溫差作用下所發(fā)生的熱量傳遞。

　　傅立葉導(dǎo)熱公式：

　　(2).對流換熱：當(dāng)流體流過物體表面時(shí)所發(fā)生的熱量傳遞過程。

　　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)過程共同作用的結(jié)果。由于電磁波只能直線傳播，所以只有兩個(gè)物體相互看得見的部分才能發(fā)生輻射換熱。

　　黑體熱輻射公式：

　　實(shí)際物體熱輻射：

　　3.傳熱過程及傳熱系數(shù)：熱量從固壁一側(cè)的流體通過固壁傳向另一側(cè)流體的過程。

　　最簡單的傳熱過程由三個(gè)環(huán)節(jié)串聯(lián)組成。

　　4.傳熱學(xué)研究的基礎(chǔ)

　　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(jī)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(xiàn)象中。

　　2.熱阻概念的理解

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

　　1.冬天經(jīng)太陽曬過的棉被蓋起來很暖和，經(jīng)過拍打以后，效果更加明顯。為什么？

　　2.試分析室內(nèi)暖氣片的散熱過程。

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

　　4.從教材表1-1給出的幾種h數(shù)值，你可以得到什么結(jié)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(jié)霜，另一個(gè)則沒有。請問哪個(gè)容器的隔熱性能更好，為什么

　　第二章導(dǎo)熱基本定律及穩(wěn)態(tài)導(dǎo)熱

　　§2-1 導(dǎo)熱的基本概念和定律

　　§2-2 導(dǎo)熱微分方程

　　§2-3 一維穩(wěn)態(tài)導(dǎo)熱

　　§2-4伸展體的一維穩(wěn)態(tài)導(dǎo)熱

　　要求：本章應(yīng)著重掌握Fourier定律及其應(yīng)用，影響導(dǎo)熱系數(shù)的因素及導(dǎo)熱問題的數(shù)學(xué)描寫——導(dǎo)熱微分方程及定解條件。在此基礎(chǔ)上，能對幾種典型幾何形狀物體的一維穩(wěn)態(tài)導(dǎo)熱問題用分析方法確定物體內(nèi)的溫度分布和通過物體的導(dǎo)熱量。

　　本章重點(diǎn)：

　　1.基本概念

　　溫度場 t=f(x,y,z,τ)，穩(wěn)態(tài)與非穩(wěn)態(tài)，一維與二維

　　導(dǎo)熱系數(shù)λ

　　２.導(dǎo)熱基本定律：

　　可以認(rèn)為是由傅立葉導(dǎo)熱公式引深而得到，并具有更廣泛的適應(yīng)性。

　　(1) 可以應(yīng)用于三維溫度場中任何一個(gè)指定的方向

　　(2) 不要求物體的導(dǎo)熱系數(shù)必須是常數(shù)

　　(3) 不要求沿x方向的導(dǎo)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(wěn)態(tài)導(dǎo)熱

　　3.導(dǎo)熱微分方程式及定解條件

　　1)導(dǎo)熱微分方程式控制了物體內(nèi)部的溫度分布規(guī)律，故亦稱為溫度控制方程只適用于物體的內(nèi)部，不適用于物體的表面或邊界。受到坐標(biāo)系形式的限制。其推導(dǎo)依據(jù)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。

　　第一類邊界條件給定邊界上的溫度值

　　第二類邊界條件給定邊界上的熱流密度值

　　第三類邊界條件給定邊界對流換熱條件

　　3)求解思路

　　求解導(dǎo)熱問題的思路主要遵循“物理問題數(shù)學(xué)描寫求解方程溫度分布熱量計(jì)算”

　　4.一維穩(wěn)態(tài)導(dǎo)熱問題的解析解

　　1)如何判斷問題是否一維

　　2)兩種求解方法

　　對具體一維穩(wěn)態(tài)無內(nèi)熱源常物性導(dǎo)熱問題，一般有兩種求解方法：一是直接對導(dǎo)熱微分方程從數(shù)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(yīng)用fourier定律獲得熱流量。

　　3)溫度分布曲線的繪制

　　對一維穩(wěn)態(tài)無內(nèi)熱源導(dǎo)熱問題，當(dāng)沿?zé)崃鞣较蛴忻娣e或?qū)嵯禂?shù)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(dǎo)熱定律的深入理解并結(jié)合能量守恒定律靈活應(yīng)用，這是研究及解決所有熱傳導(dǎo)問題的基礎(chǔ)。

　　思考題：

　　1.如圖所示為一維穩(wěn)態(tài)導(dǎo)熱的兩層平壁內(nèi)溫度分布，導(dǎo)熱系數(shù)λ均為常數(shù)。試確定：

　　(1)q1，q2及q3的相對大小；(2) λ1和λ2的相對大小。

　　2.一球形貯罐內(nèi)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(dá)40，罐外空氣與保溫層間的h=5w/m2.k試計(jì)算通過保溫層的熱損失并判斷保溫層外是否結(jié)霜。

　　3.試推導(dǎo)變截面伸展體的導(dǎo)熱微分方程，并寫出其邊界條件。假設(shè)伸展體內(nèi)導(dǎo)熱是一維的。

　　第三章非穩(wěn)態(tài)導(dǎo)熱

　　§3-1非穩(wěn)態(tài)導(dǎo)熱的基本概念

　　§3-1集總參數(shù)法

　　§3-3非穩(wěn)態(tài)導(dǎo)熱過程的微分方程分析

　　要求：通過本章的學(xué)習(xí)，讀者應(yīng)熟練掌握非穩(wěn)態(tài)導(dǎo)熱的基本特點(diǎn)，集總參數(shù)法的基本原理及其應(yīng)用，一維非穩(wěn)態(tài)導(dǎo)熱問題的分析解及海斯勒圖的使用方法。讀者應(yīng)能分析簡化實(shí)際物理問題并建立其數(shù)學(xué)描寫，然后求解得出其瞬時(shí)溫度分布并計(jì)算在一段時(shí)間間隔內(nèi)物體所傳遞的導(dǎo)熱量。

　　本章重點(diǎn)；

　　一.非穩(wěn)態(tài)導(dǎo)熱過程

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

　　2.一維非穩(wěn)態(tài)導(dǎo)熱的三種情形：見教材圖3-3。

　　3.Bi,Fo數(shù)的物理意義

　　二.集總參數(shù)法

　　1.實(shí)質(zhì)：是當(dāng)導(dǎo)熱體內(nèi)部熱阻忽略不計(jì)即Bi0時(shí)研究非穩(wěn)態(tài)導(dǎo)熱的一種方法。判別依據(jù)：Bi<0.1M。

　　2.時(shí)間常數(shù)

　　3.幾點(diǎn)說明：導(dǎo)熱體外的換熱條件不局限于對流換熱。建立導(dǎo)熱微分方程的根本依據(jù)是能量守恒定律；由Bi數(shù)的定義，若h或特征長度d未知時(shí)，事先無法知道Bi數(shù)的大小，此時(shí)先假設(shè)集總參數(shù)法條件成立，待求出h或d之后，進(jìn)行校核。

　　三.一維非穩(wěn)態(tài)導(dǎo)熱分析解

　　1.前提：一維、無內(nèi)熱源、常物性，Bi 或有限大。

　　2.非穩(wěn)態(tài)導(dǎo)熱的正規(guī)狀況階段：當(dāng)Fo>0.2以后，非穩(wěn)態(tài)導(dǎo)熱進(jìn)入正規(guī)狀況階段。此時(shí)從數(shù)學(xué)上表現(xiàn)為解的無窮級數(shù)只需取第一項(xiàng)，從物理上表現(xiàn)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(shù)Fo和畢渥數(shù)Bi物理含義的理解。

　　2.集總參數(shù)法和一維非穩(wěn)態(tài)導(dǎo)熱問題分析解的定量計(jì)算。

　　思考題：

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

　　2.兩塊厚度為30mm的無限大平板，初始溫度20℃,分別用銅和鋼制成，平板兩側(cè)表面溫度突然上升到60℃，試計(jì)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(shù)法求解一維長圓柱的非穩(wěn)態(tài)導(dǎo)熱問題，他算出了Fo和Bi數(shù)，結(jié)果發(fā)現(xiàn)Bi不滿足集總參數(shù)法的條件，于是他改用Fo和Bi數(shù)查海斯勒圖，你認(rèn)為他的結(jié)果對嗎，為什么？

　　4.在教材圖3-6中，當(dāng) 越小時(shí)，越小，此時(shí)其他參數(shù)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(cuò)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(jì)算插入10s后，熱電偶的過余溫度為初始過余溫度的百分之幾？要使溫度計(jì)過余溫度不大于初始過余溫度的1%，至少需要多長時(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

　　§5-2 對流換熱的數(shù)學(xué)描寫

　　§5-3 對流換熱邊界層微分方程組

　　§5-4 相似理論基礎(chǔ)

　　§5-5 管內(nèi)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(yàn)關(guān)聯(lián)式

　　要求；通過本章的學(xué)習(xí)，讀者應(yīng)從定性上熟練掌握對流換熱的機(jī)理及其影響因素，邊界層概念及其應(yīng)用，以及在相似理論指導(dǎo)下的實(shí)驗(yàn)研究方法，進(jìn)一步提出針對具體換熱過程的強(qiáng)化傳熱措施。本章主要從定量上計(jì)算無相變流體的對流換熱，讀者應(yīng)能正確選擇實(shí)驗(yàn)關(guān)聯(lián)式計(jì)算幾種典型的無相變換熱（管槽內(nèi)強(qiáng)制對流，外掠平板、單管及管束強(qiáng)制對流，大空間自然對流）的表面?zhèn)鳠嵯禂?shù)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與之有溫差的壁面時(shí)發(fā)生的熱量傳遞。導(dǎo)熱和對流同時(shí)起作用。表面?zhèn)鳠嵯禂?shù)h是過程量。

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

　　對流換熱的影響因素總的來說包括流體的流動(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。亦說明h是一復(fù)雜的過程量，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題的實(shí)質(zhì)

　　分析法求解對流換熱問題的關(guān)鍵是獲得正確的流體內(nèi)溫度分布，然后利用式5-3求出h，進(jìn)而得到平均表面?zhèn)鳠嵯禂?shù)。

　　四.邊界層概念及其應(yīng)用

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

　　數(shù)量級對比是推導(dǎo)邊界層微分方程組常用的方法。基于：

　　五.相似原理

　　對流換熱的主要研究方法是在相似理論指導(dǎo)下的實(shí)驗(yàn)方法。學(xué)習(xí)相似理論，應(yīng)充分理解并掌握三個(gè)要點(diǎn)：如何安排實(shí)驗(yàn)（應(yīng)測的量）；實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)和整理方法；所得實(shí)驗(yàn)關(guān)聯(lián)式推廣應(yīng)用的條件。

　　準(zhǔn)則數(shù)一般表現(xiàn)為相同量綱物理量或物理量組合的比值，在具體問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)中常見的準(zhǔn)則數(shù)Re、Pr、Nu、Gr、Bi、Fo，其定義和物理意義是應(yīng)該熟練掌握的。

　　六.無相變對流換熱的定量計(jì)算

　　注意：

　　判斷問題的性質(zhì)

　　選擇正確的實(shí)驗(yàn)關(guān)聯(lián)式

　　三大特征量的選取：

　　牛頓冷卻公式對不同的換熱，溫差和換熱面積有區(qū)別

　　實(shí)際問題中常常需要使用迭代方法求解，計(jì)算結(jié)束時(shí)應(yīng)校核前提條件是否滿足。（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合。

　　本章難點(diǎn)：

　　對流換熱機(jī)理和過程的理解

　　相似原理和相似準(zhǔn)則數(shù)意義的理解

　　定量計(jì)算

　　思考題；

　　1.管內(nèi)強(qiáng)制對流換熱，為何采用短管或彎管可以強(qiáng)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(yàn)室內(nèi)設(shè)計(jì)的自然對流換熱實(shí)驗(yàn)，到太空中是否仍有效？為什么？

　　4.由式中沒有出現(xiàn)流速，h與流體速度場無關(guān)，這樣說對嗎？

　　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(yàn)結(jié)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(yàn)、半理論的研究方法，其目的是將湍流的脈動(dòng)相關(guān)項(xiàng)與時(shí)均量聯(lián)系起來，使時(shí)均守恒方程封閉。

　　自1925年P(guān)randtl提出混合長度理論，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(shù)目進(jìn)行分類，成為目前適用的湍流模型分類方法。一般將湍流模型分為：

　　z 零方程模型（代數(shù)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(dāng)M<5時(shí)，流體的可壓縮性對湍流結(jié)構(gòu)不起主導(dǎo)影響，因此我們僅參考不可壓縮情況。

　　根據(jù)大量的實(shí)驗(yàn)研究結(jié)果，湍流邊界層對流換熱的強(qiáng)弱主要取決在內(nèi)層區(qū)：由相似原理分析得出，Prt近似是一個(gè)常數(shù)（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(shù)方程模型）零方程模型中不包含微分方程，而用代數(shù)關(guān)系式將νt與時(shí)均量關(guān)聯(lián)起來。Prandtl混合長度理論是最早的代數(shù)方程模型。它適用于：充分發(fā)展的湍流剪切流邊界層內(nèi)層，y≤0.2δ。對外層區(qū)，一些學(xué)者研究后仍沿用Prandtl混合長度的模型關(guān)系式：但，L=λ δ （3.7.1）實(shí)驗(yàn)常數(shù)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(shù)方程模型。

　　(1) Von Kármán模型

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

　　（a）

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

　　u(y0)y令 Y=； U(Y)= u0L

　　則有無量綱形式：

　　（b）若上式是相似的通用速度分布，則式中各系數(shù)之比應(yīng)與位置無關(guān)，而是一個(gè)常數(shù)。則令：

　　得出：

　　其中：K

　　（3.7.2） =0.4～0.41。

　　(2) Deissler模型與Van Driest模型