华电传热复习

第一章 1、热传导

（1）可发生在固体、液体、气体中。

（2）傅里叶定律：单位时间内通过单位截面积所传导的热量，正比于当地垂直于截面方向上的温度变化率。Φ=?λAdx （3）导热系数：λ是表征材料导热性能优劣的参数，是一种物性参数。是导热过程静态特征量，稳态过程。 2、热对流

（1）仅能发生在流体中，且热对流必然伴随有热传导现象。

（2）牛顿冷却定律：对流换热时，单位时间内物体单位表面积与流体交换的热量，同物体表面温度与流体温度之差成正比。 Φ=hA?t 流体被加热：q=h tw?tf 流体被冷却：q=h(tf?tw) tw、tf分别为壁面温度和流体温度。

（3）表面传热系数：取决于流体的物性，以及换热表面的形状、大小与布置，而且还与流速有密切的关系。 3、热辐射

（1）物体通过电磁波来传递能量的方式为辐射，因为热的原因发出辐射能的现象为热辐射。

（2）可在真空中传递。

（3）黑体：能吸收投入到其表面上的所有热辐射能量的物体。

（4）斯忒藩-玻尔兹曼定律：Φ=A?T4 斯忒藩-玻尔兹曼常量?=5.67×10?8W (m2?K) 修正式：Φ=εA?T4 ε——物体的发射率（黑度） 4、实际传热

（1）暖气片 热水 管子内壁 管子外壁 室内环境 （2）省煤器 烟气 管子外壁 管子内壁 水 （3）冷凝器 蒸气 管子内壁 管子外壁 室内环境

5、以上三定律对稳态和非稳态都适用。

6、传热学研究：强化传热、削弱传热、温度控制 7、热阻

（1）通过大平壁传热过程三个环节：从热流体到壁面高温侧的热量传递；从壁面高温侧到壁面低温侧的固体壁的导热；从壁面低温侧到冷流体的热量传递。

（2）Φ=尺。

（3）传热热阻（Ak）：Ak=h+Aλ+h

1

2

dt

对流传热和辐射传热导热对流传热及辐射传热

辐射传热及对流传热导热对流传热

凝结传热导热对流传热及辐射传热

A(tf1?tf2)

1δ1++h1λh2

Φ=Ak(tf1?tf2) k——传热系数，表征传热过程强烈程度的标

111δ1

（4）强化传热时，解决热阻大的。 第二章 1、温度场

（1）稳态温度场（定常温度场）：稳态工作条件下的温度场，物体中各点的温度不随时间而变。

（2）非稳态温度场（非定常温度场、瞬态温度场）：工作条件变动时的温度场，温度分布随时间而变。 2、傅里叶导热

（1）矢量式：q =?λgradt=?λ

?t?x

n

gradt——空间某点的温度梯度 n ——通过该店的等温线上的法向单位矢量，指向温度升高的方向。

（2）导热系数的定义式：λ=

||q

?t ||n?x

（计算式）

3、导热微分方程

（1）能量守恒式子：导入微元体的总热流量+微元体内热源的生成热=导出微元体的总热流量+微元体热力学能的增量

?t??t??t??t

（2）ρc?τ=?x λ?x +?y λ?y +?z λ?z +Φ

（3）导热系数为常数：

?t

?τ

=

λρc

（

?2t?x

2+

?2t?yλ

2+

?2t?z

2）+

ρc?2t

?2t

Φ

（4）导热系数为常数、无内热源：?τ=ρc（?x2+?y2+?z2）（常物性、无内热源的三维非稳态导热微分方程）

（5）常物性、稳态：源的温度场控制方程）

（6）常物性、无内热源、稳态：?x2+?y2+?z2=0 （7）常物性、无内热源的一维稳态导热：dx2=0

（8）傅里叶导热定律及导热威风方程不适用：①当导热物体的温度接近0K时（温度效

应）；②过程的作用时间极短，与材料本身固有的时间尺度相接近（时间效应）；③过程发生的空间尺度极小，与微观粒子的平均自由行程相接近时（尺度效应）。 4、边界条件

（1）边界温度（第一类边界条件）：tw=常量 τ＞0时，tw=f1(τ) （2）热流密度（第二类边界条件）：qw=常量 τ＞0时，?λ（

?t

?t?n

d2t

?2t

?2t

?2t

?2t?x

2+

?t

?2t

?2t?y

2+

?2t?z

2+

Φλ

=0（泊松方程，常物性、稳态、三维有内热

）w=f2(τ)

（3）传热系数和流体温度（第三类边界条件）：?λ（?n）w=h(tw?tf)

44（4）辐射边界条件：?λ()w=ε?(Tw?Te)

?n?T

（5）界面连续条件：tⅠ=tⅡ （ λ?n）Ⅰ=（λ?n）Ⅱ

5、热扩散系数、热扩散率：α=ρc 是导热过程静态特征量，非稳态过程。

物理意义：表示物体内部温度扯平能力。从温度角度来看，是材料传播温度变化能力大小的指标。

6、一维稳态导热

λ

?t?t

（1）单层平壁：表面积为A、两侧表面各自维持均匀温度的平板：Φ=Aδ?t

稳态法测定导热系数主要依据：λ= 过程中的转移量

qδ?t

λ

=

过程的动力过程的阻力

Φ=

?t

δAλ

=

?tR

（2）多层平壁：q=

t1?tn+1

δi ni=1

λi

t2=t1?q1 λ1

dt

δ

（3）单层圆筒壁：边界条件 Φ

rdr =0 r=r1 t=t1 r=r2 t=t2 dr

d

=2πrlq=

=

2πλl(t1?t2)ln?(r2 r1)

热阻R=

2πl(t1?t4)

?tΦ

=

ln?(d2 d1)2πλl

（4）多层圆筒壁：Φ

ln(d2 d1) λ1+ln(d3 d2) λ2+ln(d4 d3) λ3

（5）球壳：温度分布：t

=t2+(t1?t2)

4πλ（t1?t2）1 r1?1 r2

111

r2

1 r?1 r21 r1?1 r2

热流量：Φ=

热阻：R

=

4πλr1

(?)

7、肋片：强化传热：①增加温差②增加表面传热系数③增加换热面积

（1）特点：在肋片伸展的方向上有表面的对流传热及辐射传热，因而肋片中沿导热热流传递的方向上热流量是不断变化的。

（2）肋效率：ηf

=

实际散热量

假设整个肋表面处于肋基温度下散热量

hP

θth(mH)m0

=

hPλAc

（3）等截面直肋：ηf

=

hPHθ0

=

th(mH)mH

mH

H=

2hλδ

H

（4）环肋：mH=

2hλδH

H3 2=

2hλAL

H3 2

（5）肋面总效率：η0

=

Ar+ηfAfAr+Af

（6）接触热阻：两个名义上互相接触的固体表面，实际上接触仅发生在一些离散的面积元上，在未接触的界面之间的间隙中充满空气，热量将以导热的方式穿过这种气隙层，与两固体表面真正完全接触想必，增加了附加的传递阻力。影响因素：两种材料的性质、表面粗糙程度、界面上所受的正压力等。

（7）强化传热和削弱传热例题 第三章

1、非稳态：

（1）正规状况阶段：温度分布主要受初始温度分布的控制。 （2）非正规状况阶段：当过程进行到一定深度时，物体初始温度分布的影响逐渐消失，

此后不同时刻的温度分布主要受热边界条件的影响。 2、Bi数：Bi=

δhλ

（书图3-2 3-3 3-4）

hlcλ

3、集中参数法：忽略物体内部导热热阻的简化分析方法。

（1）适用范围Bi=（2）

θ

≤0.1

hAρcV

θ0

=

t?t∞t0?t∞

=exp?(?τ)

θθ0

= exp?(?Bi?Fo)

θ

t?t∞

0?t∞

（3）时间常数：如果时间τ=ρcV hA (时间常数)，则有θ=t

0

=exp ?1 =36.8%

（4）傅里叶数：Fo=

ατl2c

lc=A

V

（5）Bi和Fo区别：①Bi是固体内部单位导热面积上的导热热阻与单位表面积上的换热

热阻之比。越小，意味着内热阻越小伙外热阻越大，采用集中参数发就越接近实际情况。②Fo物理意义可以理解为两个时间相除所得的无量纲时间。分子为从边界上开始发生热扰动的时刻起到所计算时刻为止的时间间隔，分母为使边界上发生的有限大小的热扰动穿过一定厚度的固体层扩散到l2c面积上所需的时间。越大，热扰动越深入地传播到物体内部，物体内各点温度月接近周围介质的温度。

（6）例3—1 一直径为5cm的钢球，初始温度为450℃，突然被置于温度为30℃的空气中。设钢球表面与周围环境间的表面传热系数为24W (m2?K)，试计算钢球冷却到300℃所需的时间。已知钢球的c=0.48kJ (kg·K)，ρ=7753kg m3，λ=33W (m·K)。

解：假设（1）钢球冷却过程中与空气及四周冷表面发生对流与辐射传热，随着表面温度的降低辐射换热量减少。这里取一个平均值，表面传热系数按常数处理（2）常物性。

检验是否可用几种参数法，计算Bi数： 43R0.025m22

h V A h×3πR 4πR h324W (m?K)×3Bi=====0.00606＜0.0333 λλλ33W (m·K)可以采用几种参数法。 hA24W (m2?K)×4π×(0.0025)2

==7.74×10?4s?1 33ρcV7753kg m×480J (kg·K)×(0.0025)t?t∞300℃?30℃

==exp?(?7.74×10?4τ)

t0?t∞450℃?30℃由此解得：τ=570s=0.158h

（7）半无限大非稳态导热：第一类边界条件：

2q0 λx2 ατπt x，τ ?tw

t0?twx2

=erf?(q0xλλ2x2 ατ) ) +

第二类边界条件：t x，τ ?t0第三类边界条件：

h ατλ

t x，τ ?t0t∞?t0

=exp ?

?4ατ

hx

erfc(x2 ατ= erfc (? ?exp?ατλ

h2ατ

) erfc(x2 ατ)

第五章

1、影响对流传热的因素：h=f(u，l，ρ，η，λ，cp)

（1）流体流动的起因（强制对流和自然对流） （2）流体有无相变（沸腾传热和凝结传热） （3）流体的流动状态（湍流＞层流）

（4）换热表面的几何因素（形状、大小、换热面与流体运动方向的相对位置及换热表面的状态）

（5）流体的物理性质（密度、动力粘度、导热系数、比定压热容） 2、控制方程式：

（1）质量守恒方程（连续性方程）：

?u?x

+

?υ?y

=0

（2）动量守恒方程（纳维叶－斯托克斯方程）：

?u?u?u?p?2u?2uρ +u+υ =Fx?+η(2+2) ?τ?x?y?x?x?y?υ?υ?υ?p?2υ?2υρ +u+υ =Fx?+η(2+2) ?τ?x?y?y?x?y（3）能量守恒方程：?τ+u?x+υ?y=ρC(?x2+?y2)

p

?t?t?tλ

?2t?2t

3、边界层：

（1）数量级分析法：通过比较方程式中各项数量级的相对大小，把数量级较大的项保留下来，而舍去数量级较小的项，实现方程式的合理简化。

（2）流动边界层（速度边界层）：在固体表面附近流体速度发生剧烈变化的薄层。 厚度：达到主流速度的99%处的距离y为流动边界层的厚度，记为δ。 层流：流体做有秩序的分层流动，各层互不干扰。

湍流：流体质点在沿x方向流动的同时，又作着紊乱的不规则脉动。

粘性流体的稳态动量方程：u?x+υ?y=?ρdx+ν?y2

（3）热边界层：固体表面附近流体温度反生剧烈变化的这一薄层。 厚度（外掠平板）：过余温度为来流温度的99%处。 二维、稳态、无内热源边界层能量方程：

?t?x

?u

?u

1dp

?2u

+υ

?t?y

=α

?2t?y2

4、二维、稳态、无内热源流场与温度场控制方程：

（1）质量守恒方程：

?u?x

+

?υ?y

=0

?u?y

（2）动量守恒方程：u（3）能量守恒方程：

?u?x

+υ

?t

=?

1dpρdx

+ν

?2u?y2

?t

?x

+υ

?y

=α

?2t?y2

（4）定解条件：y=0时，u=0，υ=0，t=tw

y→∞时，u→u∞，t→t∞ x，y =η(?u)2 （5）内热源强度：Φ

?y5、外掠平板：

（1）范宁局部摩擦系数：Cf

=12λ

τwρu2∞

=

0.664 Rex

（2）局部换热系数：hx=0.332x(Rex)1 2(Pr)1 3

本文来源：https://www.bwwdw.com/article/om2f.html