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华科复习课(传热学)

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华中科技大学教学课件—工程传热学2王晓墨

华中科技大学教学课件—工程传热学2王晓墨

V/A具有长度的因次，称为集总参数系统的 特征尺寸。
BVi 0.1M
为判定系统是否为集总参数系 统 ，M为形状修正系数。
厚度为2的大平板 V A＝ M1
直径为2r的长圆柱体 V A＝r 2 M0.5
直径为2r的球体 复杂形体
V A＝r 3
M 1 3
BVi 0.0333M 1 3
例：一温度计水银泡是圆柱形，长20mm，内 径 4mm ， 测 量 气 体 温 度 ， 表 面 传 热 系 数 h=12.5W/(m2·K),若要温度计的温度与气体的 温度之差小于初始过余温度的10%，求测温所 需 要 的 时 间 。 水 银 =10.36 W/(m·K), =
对
1 aT
T
D积分
得到 TC1eaD
式中C1是积分常数，常 数值D的正负可以从物 理概念上加以确定。
当时间τ趋于无穷大时，过程达到稳态， 物体达到周围环境温度，所以D必须为负 值，否则物体温度将无穷增大。
令 D2
则有 以及 1 dT 2
aT d
1 d2X 2
Xபைடு நூலகம்dx2
以上两式的通解为：
T C1ea2
x, - xh
(3)
x
由边界条件（2）得B=0
（a）式成为 (x,)ea2[Acosx)(] (b)
边界条件（3）代入(b) 得
tg() h
(c)
将 tg() h 右端整理成：
y h h 1 Bi
注意，这里Bi数的尺 度为平板厚度的一半。
显然，β是两曲线交 点对应的所有值。式 (c)称为特征方程。 β 称为特征值。分别为 β1、 β2…… βn。
(b) (c) t
境的换热热阻 1 h 相当于 t∞

华中科技大学工程传热学课后习题答案

华中科技大学工程传热学课后习题答案
A t

45 2.5 2
100 80 150 KW 0.03
150 10 3 q 30 KW / m 2 A 2.5 2
1-6 一单层玻璃窗， 高 1.2m， 宽 1.5 m， 玻璃厚 0.3 mm， 玻璃导热系数为 = 1.05 W/(mK)，室内外的空气温度分别为 20 ℃和 5 ℃，室内外空气与玻璃窗之间对 流换热的表面传热系数分别为 h1 = 5.5 W/(m2K) 和 h2 = 20 W/(m2K)，试求玻 璃窗的散热损失及玻璃的导热热阻、两侧的对流换热热阻。
0 1 2 0.00378 0.00267 0.02646 0.03745 21.92% 0.02915 0.02915 0
2-4 一烘箱的炉门由两种保温材料 A 和 B 做成，且δA=2δB(见附图)。已知λ A=0.1 w/m•K，λB=0.06 w/m•K。烘箱内空气温度 tf1=400℃，内壁面的总表面 传热系数 h1=50 w/m2•K。为安全起见，希望烘箱炉门的外表面温度不得高于 50℃。设可把炉门导热作为一维导热问题处理，试决定所需保温材料的厚度。 环境温度 tf2=25℃，外表面总表面传热系数 h2=9.5 w/m2•K。
2-13 一直径为 30mm、 壁温为 100℃的管子向温度为 20℃的环境散热， 热损失率 为 100W/m。为把热损失减小到 50W/m，有两种材料可以同时被利用。材料 A 的导热系数为 0.5 w/m•K，可利用度为 3.14×10-3m3/m；材料 B 的导热系数为 0.1 w/m•K，可利用度为 4.0×10-3m3/m。试分析如何敷设这两种材料才能达到 上要求。假设敷设这两种材料后，外表面与环境间的表面传热系数与原来一样。

考研华科动力机械复试内燃机02第一章绪论

考研华科动力机械复试内燃机02第一章绪论
绪论
一、传热学的研究对象
定义：研究热量传递规律的科学。
二、实际传热问题分为两类
1. 满足或确定设备所应有的热传递速率；(设计计算) 2. 确保设备所要求的温度分布t=f(x,y,z,τ)，
以满足该设备的技术要求.(校核计算)
三、传热学的研究目的
1．增强传热、 2．削弱传热。
1-1 热量传递的三种基本方式
t1=?
1 hA
A
解：
t1 t f2 1
A hA
t1
t
f
2
A
1 h
t
f2
1
d
2
1 h
4
20
1
400 3.14 0.242
2 103 200
1 200
64.32C
4
t1 t2
t2 t f 2 1
A
hA
t2
t1
A
tf
2
A
1 h
例2
氟利昂制冷装置的冷凝器传热面积为6.2m2，制冷量
A dx
温度变化率 垂直于导热方向的物体横截面积,m 导热系数，w/m·k
导热量，w
w m2 1 2
二、热对流
在对流换热方面做出突出贡献的 科学家主要有:
雷诺（O. Reynolds)、 努谢尔（W. Nusselt）、 普朗特（L. Prandtl）、 冯卡门（ VonKarman）、 施密特（ E. Schmidt）、 埃克特（E.R.G. Eckert） 等. “流动和换热密不可分”，流 体流动的理论是对流换热理论的基础。 1880-1883年间，雷诺进行了大量的实验研究，发现了后 来以他的名字命名的准则数对流动形态的影响，对指导实验研 究做出了巨大的贡献。

华科传热学20-08汇编

华科传热学20-08汇编

在传热表面加上保温层能够起到减少传热的作 用。但是在圆筒壁面上增加保温层却有可能导 致传热量的增大。
R Rc
t f1 - t f2 Q d2 1 1 1 ＋ n ＋ d1l 1 2l d1 d 2 l 2
0
dc
d
传热过程的总热阻会存在 一个极小值,这就对应着一 个传热量的最大值。那么， 在对应总热阻极小值的外 直径d2被称为临界热绝缘 直径,记为dc。
Q kFt
Q为冷热流体之间的传热热流量，W；F为 t 为热流体与冷流体间的 传热面积，m2； 某个平均温差oC；k为传热系数，W/( oC)。
2018/11/22 3
华中科技大学热科学与工程实验室
HUST Lab of Thermal Science & Engineering
tf1 h1
对流换热与辐射换热同时存在的换热过程称 为复合换热 。
为了计算方便，通常将辐射换热量折合成对 流换热量，引入辐射表面传热系数hr
Qr hr F tw t f
Qr为辐射换热量。
复合表面传热系数等于对流表面传热系数hc 与辐射表面传热系数hr之和
2018/11/22 6
华中科技大学热科学与工程实验室
tw2 t f 2 t f1 - t w1 t w1 t w 2 Q 1 1 d2 1 n d1lh1 2l d1 d 2lh2
2018/11/22
tf1 h1 Q d1 d2 h2 tf2
8
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11
2018/11/22
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华中科技大学传热学32-2概要

华中科技大学传热学32-2概要
等温面：同一时刻物体中温度相同的点连成的 面（对三维问题而言）。 等温线：在二维情况下等温面为一等温曲线。 ②特点 a) 温度不同的等温线（面）彼此不能相交； b)对连续介质，等温线（面）只可能在物体边 界中断或完全封闭；
2018/11/27 5
华中科技大学热科学与工程实验室
HUST Lab of Thermal Science & Engineering
分析传热问题基本上是遵循经典力学的研究 方法，即针对物理现象建立物理模型，而后 从基本定律导出其数学描述(常以微分方程的 形式表达，故称数学模型)，接下来考虑求解 的理论分析方法。
导热问题是传热学中最易于采用此方法处理 的传热方式。
2018/11/27
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HUST Lab of Thermal Science & Engineering
2018/11/27 12
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温度的变化率沿不同的方向一般是不同的。温 度沿某一方向 x的变化率在数学上可以用该方 向上温度对坐标的偏导数来表示，即
t t lim x x 0 x
温度梯度是用以反映温 度场在空间的变化特征 的物理量。
2018/11/27 7
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热流密度在x, y, z 方向 的投影的大小分别为：
t2
δ
x
t t t q x ; q y ; q z x y z
2018/11/27

华中科技大学传热学课程PPT课件

华中科技大学传热学课程PPT课件

2021/6/15
随着流动从层流变为紊流，热边界层亦有层流 和紊流热边界层之分。
5
第5页/共68页
流动进口段 层流：L 0.06 Re; 紊流 : L 50
d
d
热进口段长度：层流：LTtw 0.055Re Pr;
Lqw t
0.07 Re Pr
d
d
紊流 : L 50 d
2021/6/15
6
Nu
1.86 Re
Pr
d l
1 3
f w
0.14
适用范围 ：Re<2200，Pr>0.6，RePr d/L>10, 用于平直管。特征尺寸、特征流速和定性温度 与管内紊流换热准则关系式相同。
2021/6/15
19
第19页/共68页
对于流体在管内（仅限圆管）作层流流动， 其在热充分发展段对流换热的平均Nu数可由 理论计算得
充分发展区：边界层汇合于管子中心线以后的 区域，即进入定型流动的区域。
2021/6/15
2
第2页/共68页
入口段热边界层较薄，局部表面传热系数比 充分发展段高，且沿主流方向逐渐降低。
如果边界层在管中心 处汇合时流体流动仍 然保持层流，那么进 入充分发展区后也就 继续保持层流流动状 态，从而构成流体管 内层流流动过程。
[解] 查出20℃时空气的运动粘度为=15.0610-6
m2/s 假设进入过渡区的距离为L1，
由雷诺数Re1=uL1/ =2105, 计算出L1=0.30m；
假设进入紊流区的距离为L2,
由雷诺数Re2= uL2/ =5105, 计算出L2=0.75m。
2021/6/15
30
第30页/共68页

华科版工程传热学课后习题答案

17.5第一章:1・3—大平板，高2・5m,宽2 m,厚0.03m 导热系数为45 W/(m ・K),两侧表 面温度分别为tl = 100-C, t2 = 80 "C,试求该板的热阻、热流量、热流密 度。

0)= Z4—= 45x 2.5x 2x 100~ 80 = 150/CW 3 0.03 1- 6 一单层玻璃窗，高1.2ni,宽1.5 in,玻璃厚0・3 mm,玻璃导热系数为九二1.05W/(m K),室内外的空气温度分别为20 9和5 9,室内外空气与玻璃窗之间对流换热的表面传热系数分别为hl = 5.5 W/(m2 K)和h2 = 20 W/(m2.K),试求玻璃窗的散热损失及玻璃的导热热阻、两侧的对流换热热Q= Axq = 113.5W60.003…R-=- 3・3xl(T'K/W1.2x 1.5x 0.54- = ---------- ------ = 0」01K / W Ah 】 1.2x1.5x5.5A/T =1.2X 1.5X 20 =278X10 KW1・16附图所示的空腔由两个平行黑体表面组成，孔腔内抽成真空，且空腔的厚 度远小于其高度与宽度。

其余已知条件如图。

表面2是厚5=0.1 ni 的平板的一 侧面,其另一侧表面3被高温流体加热，平板的平均导热系数入=17.5 VV/(m.K), 试问在稳态工况下表面3的tw3温度为多少?解：若处于稳定工况，则一 / €8a(T ：x -T ：2)w3 — l wl A =127・l.OxO.lx5.67x IO -8 x(3004 -4004)=132.67 °C150x103 2.5x 2=30KW/m 2阻。

63W/〃F 20-510.003"" =----- + ------------- F -----5.50.5 20<P=fMa (r ；1-r ；2)=1-18 解：q = = 257.1W / /H 2d 1 0.4 1—+ — ------ +—A h 1.6 101・19 一厚度为0・4m, 导热系数为16 W/m K的平面墙壁，其一侧维持100・C的温度，另一侧和温度为10・C的流体进行对流换热，表面传热系数为10W/(m2K),求通过墙壁的热流密度。

华中科技大学教学课件—工程传热学1王晓墨

HUST Lab of Thermal Science & Engineering
传热学以热力学第一定律和第二定律为基础， 即热量始终从高温热源向低温热源传递，如 果没有能量形式的转化，则热量始终是守恒 的。
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HUST Lab of Thermal Science & Engineering
HUST Lab of Thermal Science & Engineering
b) 微电子：电子芯片冷却 c)生物医学：肿瘤高温热疗；生物芯片；组
织与器官的冷冻保存 d)军事：飞机、坦克；激光武器；弹药贮存 e)制冷：跨临界二氧化碳汽车空调/热泵；高
温水源热泵 f)新能源：太阳能；燃料电池
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HUST Lab of Thermal Science & Engineering
a)航空航天：高温叶片气膜冷却；火箭推力 室的再生冷却；卫星与空间站热控制；空 间飞行器重返大气层冷却；超高音速飞行 器（Ma=10）冷却；核热火箭、电火箭； 微型火箭（电火箭、化学火箭）；太阳能 高空无人飞机
华中科技大学热科学与工程实验室
华中科技大学热科学与工程实验室
HUST Lab of Thermal Science & Engineering
Energy flows from hot objects to cold.
There is no energy flow between two objects at the same temperature.
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②特别是在下列技术领域大量存在传热问题：

华科传热学20-04

Байду номын сангаас
2020/1/2
4
华中科技大学热科学与工程实验室
HUST Lab of Thermal Science & Engineering
§4-3 对流换热过程的相似理论 无量纲准则的表达式和物理意义 对流换热准则关系式的实验获取方法 §4-4边界层（Boundary layer）理论 边界层定义 边界层厚度（相对大小决定于Pr） 边界层微分方程组 边界层积分方程组及其求解
2020/1/2
5
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HUST Lab of Thermal Science & Engineering
§4-5 紊流流动换热
1 紊流流动现象及表述 雷诺管内流动实验: 当流速较小时，注入的 红墨水的流动按照平行于管子轴线的直线 方向进行；随着流速的逐步增大，红墨水 的轨迹线开始变形扭曲；而当流速超过某 一临界值时，红墨水迅速扩散。

u

u
u x
v
u y



p x


x
u x

u'2

y

v y

u ' v'


v

u
v x
v
v y
2020/1/2
12
华中科技大学热科学与工程实验室
HUST Lab of Thermal Science & Engineering
推导紊流时均方程组的具体方法是，对描述 瞬态流动过程的连续性方程、动量方程以及 能量方程，在数学上分别进行时均化处理。 推导过程中，注意运用以下的数学关系式：

工程传热学_华中科技大学中国大学mooc课后章节答案期末考试题库2023年

工程传热学_华中科技大学中国大学mooc课后章节答案期末考试题库2023年1.对于空气在竖夹层中自然对流换热，当Gr<2000时（）答案:Nu=12.温度30℃水流经一根长的直管，管内径0.3m，水流平均速度为0.3m/s，试求表面传热系数为（）。

（已知λ=0.617W/m·K，Nu=372.2）答案:765.6W/m2·K3.热边界层指在对流换热情况下，固体附近存在一薄流层，该层中流体温度沿壁面垂直方向（）。

答案:急剧变化4.下列参数中哪个参数是物性参数？答案:导热系数5.多孔保温材料，一旦受潮，它的导热系数将会（）。

答案:增大许多6.通常非金属材料的导热系数，随着温度的升高而（）。

答案:增大7.增加等截面直肋肋片厚度，则肋片效率将（）。

答案:单调增加8.形式为的导热微分方程适用范围（）。

答案:非稳态导热9.瑞利准则Ra=Gr*Pr是与（）过程有关的无量量纲。

答案:自然对流10.Bi准则数越小，说明物体内的非稳态温度场（）。

答案:空间分布差异越小11.黑体温度越高，则热辐射的（）。

答案:峰值波长越短12.向大气中大量排放的CO2气体会引起“温室效应”的主要原因是（）。

答案:CO2气体能吸收红外辐射13.削弱辐射换热的有效方法是假遮热板，而遮热板表面的黑度应该（）。

答案:小一点14.（）是相同温度条件下辐射能力最强的物体。

答案:黑体15.一台按照逆流方式设计的套管换热器在实际过程中被安装成顺流流动方式，那么将（）。

答案:换热量不足16.在其他条件相同的情况下，水平管外的凝结换热一定比竖直管强烈。

答案:错误17.在地球表面某实验室内设计的自然对流换热实验，在太空中仍然有效。

答案:错误18.由两根同心圆管组成的间壁式换热器称为套管式换热器。

答案:正确19.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。

答案:正确20.在一定的进出口温度条件下，顺流的平均温差最大。

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t 2t a 2 x
0:
x 0:
t ( x,0) t 0
t ( x, ) t w
x : t ( x, ) t 0
t tw 2 0 t0 t w

x
2 a 0
exp( 2 )d
x erf erf( ) 2 a
2008/1/9 19
常物性假定。 连续性方程 动量微分方程(2个) 能量微分方程 对流换热微分方程 求解途径
2008/1/9
各项含义、能量 微分方程与导热微 分方程联系
20
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对流换热经验公式不需要记，但给出诸
如Nu=f(Re,Pr)或Nu=(Gr,Pr)的经验公式 后，针对上面公式中的修正需要知道 对什么进行现象修正 怎么查
2008/1/9
25
2008/1/9
26
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§4-3
对流换热过程的相似理论 无量纲准则的表达式和物理意义

§4-4边界层（Boundary 边界层定义
layer）理论
Eu、Re、Pr、Pr、Nu（Bi）、Gr
边界层厚度（相对大小决定于Pr）：画图
t0 t0 t0
§3-2 集总参数法 集总参数系统定义、特征 集总参数系统定义 特征 能量守恒温度分布
e Vc e Bi Fo 0
v
hA
t 2 1/h<</
t 2 /<<1/h
t 2 1/h~/
v
时间常数定义、表达式、影响因素 傅里叶数、毕渥数的表达式和物理意义 傅里叶数 毕渥数的表达式和物理意义 集总参数系统的判定
gradient,方向和大 小)： 定义：等温面法线方向的温度变化率 傅立叶定律及导热系数
固体 液体 气体
合 金 纯 金 属
金属 非金属
0
定义 特征： 特征

2008/1/9 5 2008/1/9 6
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第三章 非稳态导热
§3-1非稳态导热过程 非稳态导热：周期性和非周期性 两个阶段：非正规状况阶段（初始状况阶 段）、正规状况阶段
肋效率：公式，影响因素
实际散热量 假设整个肋表面处于肋 整个肋表 肋基温度下的散热量 基 度 的散热
hP 0 tanh(mH ) tanh(mH ) f m hPH 0 mH
努谢尔特准则与毕欧数的区别 判断两个现象是否相似的条件：凡同类 现象、单值性条件相似、同名已定特征 数相等 那么现象必定相似 数相等，那么现象必定相似。 对流换热准则关系式的实验获取方法

（还包括速度和温度剖面） 边界层微分方程组 基本思路：对微分方程组中的各项进行 数量级比较 略去高阶小量 数量级比较，略去高阶小量。 简化条件：Re足够大、Pe足够大 结论：忽略…、方程变化、物理特征。
t2 t1 t q t ( A)
W
t1 b<0 t2 0 δ
λ=λ0(1+bt) b>0
x
2008/1/9
9
2008/1/9
10
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§2-2一维稳态导热


2 通过圆筒壁的导热
Φ 2 rlq t w1 t w 2 t w1 t w 2 ln( r2 r1 ) R 2 l
1 通过平壁的导热

2008/1/9
23
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24
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§5-3
自然对流换热计算 无限空间自然对流换热：例如，热力管道 无限空间自然对流换热 例如 热力管道 表面散热 竖直平板在空气中自然冷却流动和换热 特征 竖板自然对流换热的微分方程组 有限空间自然对流换热 ： 例如，空气夹层 例如 空气夹层
c1e mx c 2 e mx
端部绝热
0
2008/1/9 11 2008/1/9
e mx e 2 mH e mx cosh[m( x H )] 0 2 mH 1 e cosh( h(mH H)
12
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第四章 对流换热原理
§4-1对流换热概述 牛顿冷却公式 h Φ ( A(tw t )) ,因此求解h 是对流换热计算的核心问题 对流换热微分方程式
h ＝－
§ 4-2 层流流动换热的微分方程组
不可压缩牛顿型流体二维对流换热问题，
t t y
y 0
对流换热影响因素:流速、流态、流动起因 、换热面的几何因素、流体物性
§5-1 管(槽)内流体受迫对流换热计算 基本概念：进口段与充分发展段 管内受迫对流换热的计算 紊流与层流的准则关联式（Re=2200~ 104 ） 注意：定性温度与定型尺寸的选择 注意 定性 度与定 尺寸的 择
§5-2
流体外掠物体的对流换热计算
外掠平板（5×105）
准则关联式，定性温度与定型尺寸 外掠单管 边界层分离 准则关联式，定性温度与定型尺寸 外掠管束 准则关联式，定性温度与定型尺寸 准则关联式 定性温度与定型尺寸

2008/1/9 3 2008/1/9
传热过程定义 传热系数定义 传热过程计算

kAt
4
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第一章 第 章 绪论
热传导

传热学复习课
(heat conduction) ( )： 定义: 温度不同的物体各部分之间或温度不同 的各物体之间直接接触时，依靠分子、 原子及自由电子等微观粒子的热运动而 进行热量传递的现象 付立叶定律 导热系数λ的定义、物理意义及单位？ 平壁的导热热阻，表示物体对导热的阻 力，单位为K/W (heat convection) R
第二章 稳态导热
§2-1基本概念 温度场(temperature field) ： t f ( x, y , z , ) 用文字描述 温度不随时间变化的温度场，其中的导 温度不随时间变化的温度场 其中的导 热称为稳态导热： t

等温面与等温线
温度梯度(temperature

A
2
2008/1/9
1
2008/1/9
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Hale Waihona Puke 华中科技大学热科学与工程实验室
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热对流
传热过程与传热系数
热对流与对流换热的定义及区别。 牛顿冷却公式： 表面传热系数h的定义、物理意义及单位？ 的定义 物理意义及单位？ 影响h的因素:流体的物性、流动的形态、 流动的成因、物体表面的形状、尺寸，换 热时有无相变 热辐射（heat radiation） 热辐射定义 斯蒂芬-玻尔兹曼定律
§4-5 紊流流动换热
21 2008/1/9 22
2008/1/9
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HUST Lab of Thermal Science & Engineering
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第五章 对流换热计算
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HUST Lab of Thermal Science & Engineering
导热微分方程 c

建立基础 表达式： 直角坐标系下导热微分方程 圆柱坐标系下 维导热微分方程 圆柱坐标系下一维导热微分方程 球坐标系下一维导热微分方程 各项含义 热扩散率定义、出处、物理意义，与导 热扩散率定义 出处 物理意义 与导 热系数区别