《传热学基础》复习提纲

第一及第二章 绪论及导热

复习提要：

1、需要掌握的概念包括：热传导、对流、辐射、温度场、温度梯度、傅里叶定律、导热系数、对流换热系数、热流、热流密度、线热流密度、热阻、面积热阻、稳态导热过程、泊松方程、接触热阻、复合平壁、内热源、热源强度、形状因子等。

温度场：某一时刻物体中所有各点温度分布的总称称为温度场。

温度梯度：温度差Δt与沿法线方向两等温面之间的距离Δn的比值的极限，叫温度梯度，0lim()nttgradtnnn即 。

导热系数：||||qtn由傅立叶定律中得到的比例系数称为热导率，它是当物体内温度降度为1K/m时，在单位时间内，通过单位面积所传导的热量。

对流换热系数：又称为表面传热系数，它是由牛顿冷却公式q=h△t得到的比例系数，单位为W/（m2·K）。

热流：单位时间内，通过面积A所传递的热量，以Φ表示，单位为W。

热流密度：单位时间内经过单位面积所传递的热量，以q表示，单位为W/m2。

线热流密度：单位长度上的热流量，用ql表示，单位为W/m。

傅里叶定律：在导热过程中，单位时间内通过给定截面的导热量，正比于垂直该截面方向上的温度变化率和截面面积。

热阻：热量传递过程的阻力，用R表示，单位为K/W，公式为tR。

稳态导热过程：物体中各点温度不随时间而改变的热传递过程称为稳态热传递过程，用公式表达就是0t。

泊松方程：泊松方程是常物性、稳态、三维且有内热源问题的温度场控制方程式。用公式表达就是2222220tttxyz或者20t

接触热阻：两物体表面在接触面上只有部分点接触，层与层之间有一薄层空气隙存在而形成的附加热阻，这种热阻称为接触热阻，用公式表达就是ctR。减少接触热阻的方法包括：①在圆管上缠绕金属环；②在界面处敷设导热系数比空气大得多的导热油；③施以一定压力，加大接触面积，赶走气体；④在接触面上衬以铜箔、银箔之类导热性能优良的材料。

复合平壁：无论沿宽度或厚度方向都是由非匀质材料所组成的平壁，称为复合平壁。

热源强度：单位时间单位体积所释放的热量，用表示，单位为W/m3。

形状因子：两个等温面间导热热流量可以表示成统一的形式：

12()Stt ，其中S与导热物体的形状及大小有关，称为形状因子。 2、填空、选择等需要注意的单位包括导热系数、对流换热系数、热流、热流密度、热阻、面积热阻、热源强度（内热源）。

3、计算需要掌握的公式包括单层平壁的热流导热公式、单层平壁的热阻公式计算、多层平壁的热流导热公式、多层平壁热阻公式、单层圆筒壁热流导热公式、单层圆筒壁的热阻公式、多层圆筒壁热流导热公式、多层圆筒壁的热阻公式（以上公式都包括导热系数是变量和常物性情况，多层计算主要是重视双层问题）、复合平壁的化简及热阻和热流计算、牛顿冷却公式等，对于含内热源的计算只需了解，对于多维导热公式更是作一般性了解。

单层平壁导热公式：12()Att，单层平壁的形状因子为A。

多层平壁的导热公式：111111()nninniiiiiAttttA。

单层圆筒壁导热公式：1212221122ln)ln)lttlttrdrd（）（）（（，

多层圆筒壁导热公式：11111ln2nniiiittdld。

4、填空、简答题及计算还有判断部分要注意包括：

(1) 传热学是研究什么样问题的学科。

(2) 傅里叶公式里如何确定热流方向与温度梯度方向之间的关系，如何利用傅里叶公式求热流密度及热流。

(3) 导热系数跟什么因素有关，会判断一般什么物质导热系数大，什么物质导热系数小，导热系数跟热阻是什么关系。

(4) 当导热系数与温度成线性关系时，沿平壁导热有什么规律。

(5) 如何理解接触热阻，接触热阻跟哪些因素有关，如何减小接触热阻，另外还要弄清接触热阻是不是在任何情况下都是不利的，何种情况下要它是有利的，并且要想方设法增大接触热阻？

(6) 如何理解一维稳态和二维稳态导热，它们的异同在什么地方，特别是要吃透“稳态”到底是怎么回事，如何理解有内热源的稳态导热的特点。

第三章 对流传热

复习提要：

1、需要掌握的概念包括：牛顿冷却公式、强制对流、自然对流、层流、湍流、相似原理、雷诺数、努塞尔数、均匀热流、均匀壁温、定性温度、当量直径、横掠单管、流动脱体、叉排、顺排。 强制对流：由于外部动力源造成的流体流动。

自然对流：由于流体各部分温度不均匀而使内部出现密度差造成气体的浮升而引起的对流换热现象称为对流换热。

层流：流体微团沿着主流方向作有规则的分层流动。

湍流：流体各部分发生剧烈的混合。

相似原理：两个同类的物理现象如果在相应的地点上与现象有关的物理量一一对应成比例，则称两现象彼此相似，这就是相似原理。

雷诺数：它是惯性力与粘性力之比的一种度量。Reul，u为流体流速，l为特征长度，为流体的动力粘度。

努塞尔数：壁面上流体的无量纲温度梯度。hlNu，h为对流换热系数，为流体的导热系数，l为特征长度。

定性温度：在工程计算中经验地按某一特征温度来确定物性参数，并把物性参数作为常量处理。这一特征温度称为定性温度。选择有三种方案：流体的平均温度ft，壁面的平均温度wt，流体及壁面的平均温度1()2fwtt。

横掠单管：流体沿着垂直于管子轴线的方向流过管子表面。

流动脱体：流体横掠管道时，流体从边界层内缘脱离壁面而形成的脱体称为流动脱体。

2、简答题及填空还有判断部分要注意包括：

(1) 影响对流换热的因素、流体的流动状态分类(根据雷诺数大小)、影响对流换热系数的物性参数。

(2) 近壁面处换热微分方程表达式及其意义、相似原理的充要条件、雷诺数Re、努塞尔数Nu、普朗特数Pr的公式表达及其意义。

(3) 管槽内强制对流局部传热系数的特点（层流和湍流，会用曲线表达）、均匀热流和均匀壁温条件下流体截面平均温度及管壁温度的变化情况。

(4) 流体在等温、加热及冷却情况下管壁附近流速分布规律（气体和液体）、高雷诺数及低雷诺数条件下流体产生脱体的角度位置及局部换热系数变化特点。

(5) 流体横掠单管及在管内流动情况下的异同点，横掠单管产生脱体的条件。

(6) 叉排和顺排的优缺点及影响管排平均换热性能的因素。

一些知识要点：

影响对流换热因素：流体流动的起因；流体有无相变、流体的流动状态、换热表面的几何因素、流体的物理性质等。

流体的流动状态依据雷诺数不同进行分类，当Re＜2300，层流；Re＞104，湍流；界于之间为过渡区。

影响表面传热系数的物性参数包括wfulttp、、、、、C、、以及各参数的代表意义，u为流体速度，l为换热表面的特征长度，ρ为流体密度，η为动力粘度，λ为导热系数Cp为定压热容，tw、tf分别为壁面温度和流体温度，则h=f(wfulttp、、、、、C、、)。 近壁面处换热微分方程表达式及其意义为00||yytththyty即，其意义在于把对流换热系数与导热系数及流体的温度场联系起来。

相似原理的充要条件：（1）同名的已定特征数相等；（2）单值性条件相似：①初始条件；②边界条件；③几何条件；④物理条件。

管槽内强制对流局部传热系数的特点：

层流：入口处局部对流换热系数最大，而后沿主流方向逐渐降低，至充分发展段时达到稳定值。（图见课本。）

湍流：入口处局部对流换热系数最大，沿主流方向逐渐降低，而后由于湍流的扰动与混合使局部表面传热系数有所提高，再逐渐趋向一个稳定值。（图见课本。）

均匀热流条件下流体截面平均温度及管壁温度的变化：截面平均温度及管壁温度均逐渐增大，它们的差值在入口段逐渐增大，至充分发展段差值趋向稳定值。

均匀壁温条件下流体截面平均温度及管壁温度的变化：壁面温度恒定不变，流体温度从入口处逐渐增大，与壁面温度差值逐渐变小，直至达到稳定值。

对于常规流体的Dittus-Boelter公式修正分别要从变物性影响的修正、入口段的影响修正及非圆形截面的槽道修正。

高雷诺数及低雷诺数条件下流体产生脱体的角度位置：高雷诺数：大约140º；低雷诺数：80-85º，其它知识查书本，在此略。

叉排和顺排的优缺点：叉排：热量交换强度大，但所受的阻力大，且不易清洗；顺排：热交换强度弱，但易于清洗。影响叉排及顺排的因素：雷诺数Re、普朗特数Pr、叉排或顺排性质、管间距、管排数、管直径等。

3、计算需要掌握的公式包括雷诺数Re、努塞尔数Nu及其变换后的公式表达、常规流体的修正关联式表达、顺排及叉排修正关联式表达及运用。流体叉排及顺排局部换热系数修正表达式：'hh，与管排数有关，当管排数n＜16时需要进行修正。

第四章 辐射传热

复习提要：

1、需要掌握的概念包括：热辐射、黑体、白体、透体、辐射力、光谱辐射力、角系数、角系数的完整性、黑度、灰体、光谱吸收比、表面吸收率、有效辐射等。

知识要点：

热辐射：物体由于受热而产生电磁波，这种辐射称为热辐射。

黑体、白体、透体分别是物体的吸收比、反射比、透射比分别满足1;1;1的物体

辐射力：单位时间内物体的单位面积向半球空间所有方向发射出去的全部波长的辐射能的总量，称为辐射力，常用单位为W/m2。

光谱辐射力：又称为单色辐射力，是指物体在单位时间、单位面积向半球空间所有方向发射波长从λ到λ+dλ区间的辐射能量，其单位为W/m3。

立体角：它是以立体角的角端为中心，作一半径为r的半球，将半球表面上被立体角所切割的面积Ac除以半径r2的度量，用Sr表示。

角系数：一物体表面发出的辐射能中落到另一物体表面的百分数称为一物体对另一物体的角系数。

角系数的特点：相对性、完整性、可加性。

角系数完整性：1,11,21,3XXX1,n...+X=1；

自身角系数特点：当物体为非凹面（平面或凸面）时，Xi,i=0，否则Xi,i≠0。

黑度：物体的辐射力E与同温度下黑体的辐射力Eb之比称为黑度。

灰体：指在热辐射分析中，把光谱吸收比与波长无关的物体称为灰体。也就是111111...nbbbbnEEEEEEEE

光谱吸收比：物体吸收某一特定波长辐射能的百分数称为光谱吸收比。

表面吸收率：投射到物体表面上的辐射能被其吸收的百分比，称为表面吸收率。

有效辐射：单位时间内离开表面单位面积的总辐射能，记为J。

斯蒂芬-波尔兹曼定律：4400100bbTETE或者（），实际物体的斯蒂芬-波尔兹曼公式为：4400100TETE或者（）。

波段内黑体辐射公式：122100bbbFFF（）（）（）求解步骤：先求出λT，查Fb(0-λ).然后得出结果。

基尔霍夫定律揭示了实际物体吸收比与发射率之间关系的规律：在热平衡条件下，任何物体的自身辐射和它来自黑体辐射的吸收比的比值，恒等于同温度下黑体的辐射力即1212EE。或者说热平衡条件下，任意物体对黑体投入辐射的吸收比等于同温度下该物体的发射率。即bEE。

两物体角系数相对性关系式：1,21XA2,12=XA，变化后的公式表达也要牢记。

两黑体表面封闭系统的辐射传热的净辐射热流公式：1,2111,2222,1bbAEXAEX

有效辐射公式表达：1(1)(1)bJEGEGEq

对于漫灰物体组成的二维封闭系统表面1，2的辐射传热量为