热工学和传热学

“传热学部分”复习提纲

一、名词解释

1.传热学：研究在温差作用下热量传递规律的一门学科。 2.传热的基本方式：导热、对流与热辐射

3.导热：温度不同的物体直接接触或同一物体不同温度的各部分之间，依靠物质的分子、原

子及自由电子等微观粒子热运动而引起的一种能量传递现象。

4.热对流：（对流）在有温差的条件下，伴随物体宏观移动发生的，因冷热流体相互掺混所

应起的热量传递现象。

5.对流换热：工程上大量遇到的是流体流过一固体壁面时所发生的热交换过程。 6.热辐射：由于热的原因而发生的辐射。

7.辐射换热：物体辐射和吸收的综合结果产生了物体间的热量传递。 8.传热过程：由高温流体经固体壁传给低温流体的过程。

9.热阻叠加原理：传热过程的总热阻等于组成该过程的各串联环节中各部分分热阻之和。 10.传热量：单位时间内，通过某一给定传热面积A传递的热量。符号φ单位W 11.热流通量：（热流密度）单位时间内，通过单位面积传递的热量。符号q 单位W/m2 12.傅里叶定律：热流密度与该时刻同一处的温度梯度成正比，而方向与温度梯度方向相反。 13.导温系数：（热扩散系数）a=λ/cρ单位m2/s导温系数越大，则在线沟通的外部条件下，

物体内部热量传播的速率就越高，物

传热学

摘要：

传热学是研究由温度差异引起的热量传递过程的科学。生成生活中，传热学应用广泛存在。对传热学的研究虽然由来已久，但其任然有着活力，虽然目前在一些行业取得了一定的成功，但是任然任重而道远，特别是当今基础工业，装备行业快速发展的时代犹是如此。

关键词：传热学 温度差 装备

一 传热学的发展

传热现象在我们的日常生活中十分普遍，不管是冬天取暖，还是夏天吹凉，不管是家里烧水，亦或是工厂炼油换热等，所有的这些现象无不包涵着传热学的相关知识。

早在1822年, 傅里叶根据大量的实验观察总结出了著名的导热公式即傅里叶导热定理，并在他的划时代名著—《热的解析理论》中通过严密的数学演绎奠定了现有热传导理论基础。从傅里叶导热定理出发,可以导出多维稳态和瞬态热传导方程[1]。由于对流换热的复杂性,人们更多的是采用实验的方法,其主要思路是利用N一S方程和能量方程,导出一些无量纲参数,利用大量的实验数据,拟合出无量纲数之间的准则关系式,并且根据相似理论,对相似理论进行推广使用来求解。 Prandil观察到对流过程中在贴近壁面处有一蠕动的薄层,大胆提出了边界层理论,使得流体力学基本问题得到解决,对流换热的研究从而进人了理论化阶段。

热传递的三种基本方式

一、（10分）如图所示的墙壁，其导热系数为50W/(m·K),厚度为50mm，在稳态情况下的墙壁内的一维温度分布为：t?200?2000x2，式中t的单位为℃，x单位为m．试求：

(1)墙壁两侧表面的热流密度；

(2)墙壁内单位体积的内热源生成的热量。

解：(1)由傅立叶定律：

q?Φdt??????(?4000x)?4000?xW/m2 AdxO x t ??50mm t?200?2000x2(2分)

所以墙壁两侧的热流密度：

(2)由导热微分方程

qx?0?4000??0?0W/m2 qx???4000?50?0.05?10000W/m2

d2tqv??0 dx2?(2分) (2分) (2分)

得：

d2tqv???2???(?4000)?4000?50?200000 W/m3

dx(2分)

二、（10分）用热电偶来测量气流的温度，热电偶结点可近似看作圆球，若气流和热电偶结点间的对流表面传热系数h?400W/(m2·K)，比定压热容CP?400 J/(kg·K)，密度??8000kg/m3。

（1）若时间常数为一秒，求热电偶结点的直径？

（2）若将初温为25℃、时间常数为1秒的热电偶放入200℃

热工学实验报告

学号：310801010228 姓名： 周建伟 班级： 安全08-02班 实验时间： 实验题目：一维稳态导热的数值模拟 一、实验目的

1、初步了解并掌握Fluent求解问题的一般过程，主要包括前处理、计算、后处理三个部分。

2、理解计算机求解问题的原理，即通过对系统进行离散化，从而求解代数方程组，求得整个系统区域的场分布。

3、模拟系统总的传热量并与傅立叶导热定律的求解结果相比较，验证数值模拟的可靠性。

二、实验仪器、设备

1、软件：Fluent软件

Fluent程序软件包由以下几个部分组成：

(1)GAMBIT——用于建立几何结构和网格的生成。 (2)Fluent——用于进行流动模拟计算的求解器。 (3)prePDF——用于模拟PDF燃烧过程。

(4)TGrid——用于从现有的边界网格生成体网格。

(5)Filters(Translators)—转换其他程序生成的网格，用于FLUENT计算。 可以接口的程序包括：ANSYS，I-DEAS，NASTRAN，PATRAN等。 2、硬件：计算机

三、实验原理及方法

y th x tc

图1-1 导热计算区域示意图

如图1-1

热工学实验报告

学号：310801010228 姓名： 周建伟 班级： 安全08-02班 实验时间： 实验题目：一维稳态导热的数值模拟 一、实验目的

1、初步了解并掌握Fluent求解问题的一般过程，主要包括前处理、计算、后处理三个部分。

2、理解计算机求解问题的原理，即通过对系统进行离散化，从而求解代数方程组，求得整个系统区域的场分布。

3、模拟系统总的传热量并与傅立叶导热定律的求解结果相比较，验证数值模拟的可靠性。

二、实验仪器、设备

1、软件：Fluent软件

Fluent程序软件包由以下几个部分组成：

(1)GAMBIT——用于建立几何结构和网格的生成。 (2)Fluent——用于进行流动模拟计算的求解器。 (3)prePDF——用于模拟PDF燃烧过程。

(4)TGrid——用于从现有的边界网格生成体网格。

(5)Filters(Translators)—转换其他程序生成的网格，用于FLUENT计算。 可以接口的程序包括：ANSYS，I-DEAS，NASTRAN，PATRAN等。 2、硬件：计算机

三、实验原理及方法

y th x tc

图1-1 导热计算区域示意图

如图1-1

ht0.doc 绪论 １

绪 论

传热学是研究热量传递过程规律的科学。

自然界和生产过程中，到处存在温度差，热量将自发地由高温物体传递到低温物体，热传递就成为一种极为普遍的物理现象。因此，传热学有着十分广泛的应用领域。就各类工业领域而言，诸如，锅炉和换热设备的设计以及为强化换热和节能而改进锅炉及其他换热设备的结构；化学工业生产中，为维持工艺流程的温度，要求研究特定的加热、冷却以及余热的回收技术；电子工业中解决集成电路或电子仪器的散热方法；机械制造工业测算和控制冷加工或热加工中机件的温度场；交通运输业在冻土地带修建铁路、公路；核能、航天等尖端技术中也都存在大量传热问题需要解决；太阳能、地热能、工业余热利用及其他可再生能源工程中高效能换热器的开发和设计等；应用传热学知识指导强化传热或削弱传热达到节能目的；其他如农业、生物、医学、地质、气象、环境保护等部门，无一不需要传热学。因此，传热学已是现代技术科学的主要技术基础学科之一。近几十年来，传热学的成果对各

平顶山工学院2006—2007学年第二学期期末考试

《传热学》试题（A卷）答案

一、填空题(每空1分，共20分)

1、某物体温度分布的表达式为t=f(x ,y,τ),此温度场为二维（几维）、非稳态（稳态或非稳态）温度场。

2、当等温线图上每两条相邻等温线的温度间隔相同时，等温线的疏密可以直观地反映出不同区域导热热流密度的相对大小。

3、导热微分方程式是根据能量守恒定律和傅里叶定律建立起来的导热物体中的温度场应当满足的数学表达式。

4、工程上常采用肋片来强化传热。

5、换热器传热计算的两种方法是平均温差法和效能-传热单元数法。

6、由于流动起因的不同，对流换热可以区别为强制对流换热与自然对流换热。

7、固体表面附近流体温度发生剧烈变化的薄层称为温度边界层或热边界层，其厚度定义为以过余温度为来流过余温度的99%处。

8、判断两个现象相似的条件是：同名的已定特征数相等；单值性条件相似。

9、凝结有珠状凝结和膜状凝结两种形式，其中珠状凝结有较大的换热强度，工程上常用的是膜状凝结。

10、遵循兰贝特定律的辐射，数值上其辐射力等于定向辐射强度的π倍。

11、单位时间内投射到表面的单位面积上总辐射能为投入辐射，单位时间内离开表面单位面积的总辐射能为该表面的

1．热流量：单位时间内通过某一给定面积的热量。

2．热流密度：通过单位面积的热流量。

3．热传导：物体各部分之间不发生相对位移时，依靠分子、原子及自由电子等微观粒子的热运动而产生的热能传递。

4．热对流：由于物体的宏观运动而引起的流体各部分之间发生相对位移，冷热流体互相掺混所导致的热量传递过程。

5．对流传热：流体流过固体壁时的热传递过程，就是热对流和导热联合作用的热量传递过程。

6．传热系数：单位传热面积上冷热流体间温差为1℃时的热流量的值。

7．辐射传热：物体发出和接收过程的综合结果产生了物体间通过热辐射而进行的热量传递。 8．传热过程：热量从温度较高的流体经过固体壁传递给另一侧温度较低流体的过程。

1．温度场：某一瞬间物体内各点温度分布的总称。它是空间坐标和时间坐标的函数。 2．等温面(线)：温度场中同一瞬间温度相同的点所连成的面（或线）。 3．温度梯度：在等温面法线方向上最大温度变化率。

4．稳态导热：物体中各点温度不随时间而改变的导热过程。

5．非稳态导热：物体中各点温度随时间而改变的导热过程。

6．傅里叶导热定律：在导热过程中，单位时间内通过给定截面的导热量，正比于垂直于该截面方向上的温度变化率和截面面积，而热量传递的方向与

ht0.doc 绪论 １

绪 论

传热学是研究热量传递过程规律的科学。

自然界和生产过程中，到处存在温度差，热量将自发地由高温物体传递到低温物体，热传递就成为一种极为普遍的物理现象。因此，传热学有着十分广泛的应用领域。就各类工业领域而言，诸如，锅炉和换热设备的设计以及为强化换热和节能而改进锅炉及其他换热设备的结构；化学工业生产中，为维持工艺流程的温度，要求研究特定的加热、冷却以及余热的回收技术；电子工业中解决集成电路或电子仪器的散热方法；机械制造工业测算和控制冷加工或热加工中机件的温度场；交通运输业在冻土地带修建铁路、公路；核能、航天等尖端技术中也都存在大量传热问题需要解决；太阳能、地热能、工业余热利用及其他可再生能源工程中高效能换热器的开发和设计等；应用传热学知识指导强化传热或削弱传热达到节能目的；其他如农业、生物、医学、地质、气象、环境保护等部门，无一不需要传热学。因此，传热学已是现代技术科学的主要技术基础学科之一。近几十年来，传热学的成果对各

平顶山工学院2006—2007学年第二学期期末考试

《传热学》试题（A卷）答案

一、填空题(每空1分，共20分)

1、某物体温度分布的表达式为t=f(x ,y,τ),此温度场为二维（几维）、非稳态（稳态或非稳态）温度场。

2、当等温线图上每两条相邻等温线的温度间隔相同时，等温线的疏密可以直观地反映出不同区域导热热流密度的相对大小。

3、导热微分方程式是根据能量守恒定律和傅里叶定律建立起来的导热物体中的温度场应当满足的数学表达式。

4、工程上常采用肋片来强化传热。

5、换热器传热计算的两种方法是平均温差法和效能-传热单元数法。

6、由于流动起因的不同，对流换热可以区别为强制对流换热与自然对流换热。

7、固体表面附近流体温度发生剧烈变化的薄层称为温度边界层或热边界层，其厚度定义为以过余温度为来流过余温度的99%处。

8、判断两个现象相似的条件是：同名的已定特征数相等；单值性条件相似。

9、凝结有珠状凝结和膜状凝结两种形式，其中珠状凝结有较大的换热强度，工程上常用的是膜状凝结。

10、遵循兰贝特定律的辐射，数值上其辐射力等于定向辐射强度的π倍。

11、单位时间内投射到表面的单位面积上总辐射能为投入辐射，单位时间内离开表面单位面积的总辐射能为该表面的