(完整版)传热学教案1
第1章绪论
1.1 概述
1.1.1、传热学研究内容
传热学是研究热量传递规律的学科，研究热量传递的机理、规律、计算和测试方法。
热量传递过程的推动力：温差
1)物体内只要存在温差，就有热量从物体的高温部分传向低温部分；
2)物体之间存在温差时，热量就会自发的从高温物体传向低温物体。
1.1.2、传热学研究中的连续介质假设
将假定所研究的物体中的温度、密度、速度、压力等物理参数都是空间的连续函数。
1.1.3、传热学与工程热力学的关系
相同点：
传热学以热力学第一定律和第二定律为基础。
不同点
a）定义：
工程热力学：热能的性质、热能与机械能及其他形式能量之间相互转换的规律。
传热学：热量传递过程的规律。
b) 状态
工程热力学：研究平衡态；
传热学：研究过程和非平衡态
c）时间
工程热力学：不考虑热量传递过程的时间。
传热学：时间是重要参数。
1.1.4、传热学的应用
?自然界与生产过程到处存在温差—传热很普遍
?传热学在日常生活、生产技术领域中的应用十分广泛。
热量传递中的三类问题
?强化传热
?削弱传热
?温度控制
日常生活中的例子
a 人体为恒温体。若房间里气体的温度在夏天和冬天都保持22度，那么在冬天与夏天、人在房间里所穿的衣服能否一样？为什么？
b 夏天人在同样温度（如：25度）的空气和水中的感觉不一样。为什么？
c 北方寒冷地区，建筑房屋都是双层玻璃，以利于保温。如何解释其道理？越厚越好？
d 冬天，经过在白天太阳底下晒过的棉被，晚上盖起来为什么
感到很暖和？并且经过拍打以后，为什么效果更加明显？
e 为什么水壶的提把要包上橡胶？
f 不同材质（塑料、金属）的汤匙放入热水中，哪个黄油融解更快？生产技术领域大量存在传热问题
a 航空航天：卫星与空间站热控制；空间飞行器重返大气层冷却；超高音速飞行器冷却；
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
o很多行业中如何让热量有效地传递成为解决问题的关键o大规模集成电路芯片的散热问题
o航天飞机的有效冷却和隔热
o材料加工行业的散热问题
传热学的研究方法
?实验测定
?理论分析
?数值模拟
1.2热量传递的三种基本方式
热能传递基本方式：导热（热传导）、对流、热辐射
1.2.1 导热（热传导）
1 概念
定义：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量传递称导热。
如：固体与固体之间及固体内部的热量传递。
2、导热的特点 ? 必须有温差 ? 物体直接接触
? 依靠分子、原子及自由电子等微观粒子热运动而传递热量；不发生宏观的相对位移 ? 没有能量形式之间的转化 3、导热的基本规律 ? 1 ）傅立叶定律 ? 1822 年，法国物理学家
如图 1-1 所示的两个表面分别维持 均匀恒定温度的平板，是个一维导热问题。
考察x 方向上任意一个厚度为 dx 的微元层。
根据傅里叶定律，单位时间内通过该层的导热热量与当地的温度变化率及平板面积A 成正比，即
dx dt
A
λ-=Φ 1-1
式中λ是比例系数，称为热导率，又称导热系数，负号表示热量传递的方向与温度升高的方向相反。 ? 2 ）热流量
单位时间内通过某一给定面积的热量称为热流量，记为Φ，单位W 。 ? 3 ）热流密度（面积热流量）
单位时间内通过单位面积的热量称为热流密度，记为q ，单位 W/㎡。
当物体的温度仅在 x 方向发生变化时，按傅立叶定律，热流密度的表达式为:
dt
q A dx λΦ=
=- 1-2
? 4 ）导热系数λ
λ表征材料导热性能优劣的参数，是一种物性参数，单位： W/m ·k 。
不同材料的导热系数值不同，即使同一种材料导热系数值与温度等因素有关。金属材料最高，良导电体，也是良导热体，液体次之，气体最小。
例题1-1 有三块分别由纯铜（热导率λ1=398W/(m ·K)）、黄铜（热导率λ2=109W/(m ·K)）和碳钢（热导率λ3=40W/(m ·K)）制成的大平板，厚度都为10mm ，两侧表面的温差都维持为t w1 – t w2 = 50℃不变，试求通过每块平板的导热热流密度。
解：这是通过大平壁的一维稳态导热问题。
1.2.2 热对流
1 基本概念
1) 热对流：是指由于流体的宏观运动，从而使流体各部分之间发生相对位移，冷热流体相互掺混所引起的热量传递过程。
热对流仅发生在流体中，流体中有温差——对流的同时必伴随有导热现象。自然界不存在单一的热对流。
2) 对流换热：流体流过一个物体表面时的热量传递过程，称为对流换热。
2 、对流换热的分类
1）根据对流换热时是否发生相变分
?无相变的对流换热
?有相变的对流换热
沸腾换热：液体在热表面上沸腾的对流换热。
凝结换热：蒸汽在冷表面上凝结的对流换热。
2）根据引起流动的原因分：自然对流和强制对流。
? 自然对流：
由于流体冷热各部分的密度不同而引起流体的流动。如：暖气片表面附近受热空气的向上流动。 ? 强制对流：
流体的流动是由于水泵、风机或其他压差作用所造成的。 3) 根据流动状态分为：层流和湍流。 3、对流换热的特点
? 必须有流体的宏观运动，必须有温差；
? 对流换热既有对流，也有导热；对流换热不是基本的热量传递方式。
? 流体与壁面必须直接接触； ? 没有热量形式之间的转化。
4 、对流换热的基本规律 < 牛顿冷却公式 >
流体被加热时： 流体被冷却时： 如果把温差（亦称温压）记为Δt ，并约定永远取正值，则牛顿冷却公式可表示为
表面传热系数（对流换热系数） —— 当流体与壁面温度相差1度时、每单位壁面面积上、单位时间内所传递的热量
h 是表征对流换热过程强弱的物理量
)(f w t t h q -=)
(w f t t h q -=t
h q ?=t
Ah ?=Φ))(( ∞-=t t A Φh w []
C)
(m W 2ο?
影响h因素：流动原因、流动状态、流体物性、有无相变、壁面形状大小等。
一般地，就介质而言：水的对流换热比空气强烈；
就换热方式而言：有相变的强于无相变的；强制对流强于自然对流。对流换热研究的基本任务：用理论分析或实验的方法推出各种场合下表面换热导数的关系式。
1.2.3、热辐射
1、基本概念
1）辐射和热辐射
物体通过电磁波来传递能量的方式称为辐射。因热的原因而发出辐射能的现象称为热辐射。
2）辐射换热
辐射与吸收过程的综合作用造成了以辐射方式进行的物体间的热量传递称辐射换热。 2.辐射换热的特点
? 不需要物体直接接触。可以在真空中传递，而且在真空中辐射能的传递最有效。
? 在辐射换热过程中，不仅有能量的转换，而且伴随有能量形式的转化。
辐射时：辐射体内热能→辐射能； 吸收时，辐射能→受射体内热能。 ? 只要温度大于零就有能量辐射。
? 物体的辐射能力与其温度性质有关。这是热辐射区别于导热，对流的基本特点。
3 热辐射的基本规律（斯蒂芬-玻尔兹曼定律）
黑体：能全部吸收投射到其表面辐射能的物体。 或称绝对黑体。（Black body ）
黑体的辐射能力与吸收能力最强，黑体在单位时间内发出的辐射热量由斯忒潘—玻耳兹曼定律获得。
1-7
其中 T ——黑体的热力学温度 K ；
σ——斯忒潘—玻耳兹曼常数（黑体辐射常数），其值为； A ——辐射表面积 m 2 。
4
T A σ=Φ()-8245.6710W/m K ??
一切实际物体的辐射能力都小于同温度下的黑体，实际物体辐射热流量也可以根据斯忒潘——玻耳兹曼定律求得： 其中 Φ ——物体自身向外辐射的热流量，而不是辐射换热量； ε ——物体的发射率（黑度），其值总小于1，它与物体的种类及表面状态有关。
要计算辐射换热量，必须考虑投到物体上的辐射热量的吸收过程，即收支平衡量，详见第9章。
eg ：表面积为A 1、表面温度为T 1、发射率为ε1的一物体包容在一个很大的表面温度为T 2的空腔内，物体与空腔表面间的辐射换热量
综合分析
1.3 传热过程和传热系数 1.3.1、传热方程式 1 、概念
热量由壁面一侧的流体通过壁面传到 另一侧流体中去的过程称传热过程。 2 、传热过程的组成 一般包括串联的三个环节： ① 热流体 → 壁面高温侧；
4
T
A σε=Φ)
(424111T T A -=Φσε
② 壁面高温侧 → 壁面低温侧； ③ 壁面低温侧 → 冷流体。
稳态过程通过串联环节的热流量相同。 3 、传热过程的计算
针对稳态的传热过程，即 Φ=const
传热环节有三种情况，则其热流量的表达式如下：
也可以表示成::
式中，k 称为传热系数，单位 4、传热系数 概念
是指用来表征传热过程强烈程度的指标。数值上等于冷热流体间温差Δt=1 ℃，传热面积A=1m 2时热流量的值。 K 值越大，则传热过程越强，反之，则弱。 K 的影响因素
①与传热过程的两种流体的种类； ②流速大小、传热过程是否有相变。 传热系数的表达式为: ()()
()
22221111f w w w w f t t Ah t t A t t Ah -=Φ-=
Φ-=Φδ
λ
2
22211
11/Ah t t A t t Ah t t f w w w w f Φ
=
-Φ
=
-Φ=
-δ
λ2
12111)(h h t t A f f ++-=
Φλ
δt
Ak t t Ak f f ?=-=Φ)(21()2W/m K ?111k =
δ
5 、热阻分析
1）类比方法
?对各种转移过程的规律进行分析与比较，充分揭示出相互之间的类同之处，并相互应用各自分析的结论，是研究转移过程的一种行之有效方法。
?热电类比（热阻分析）是传热学常用的研究方法：即将电学中的欧姆定律及电学中电阻的串并联理论应用于传热学热量传递现象的研究。
热路与电路的相似性
2）热阻
a、热阻定义：热转移过程的阻力称为热阻。
b、热阻分类：不同的热量转移有不同的热阻，其分类较多，如：导热阻、辐射热阻、对流热阻等。
对平板导热而言又分：
面积热阻R A：单位面积的导热热阻。
热阻R：整个平板导热热阻。
c、热阻的特点
串联热阻叠加原则：在一个串联的热量传递过程中，若通过各串联环节的热流量相同，则串联过程的总热阻等于各串联环节的分热阻之和。 3）导热热阻
单位面积平壁的导热热阻 面积为Ａ的平壁，导热热阻 4）对流换热热阻
单位面积的传热热阻：
k 越大，传热越好；热阻越小，传热越好
例题1-3、一房屋的混凝土外墙的厚度为δ=200mm ，混凝土的热导率为λ=1.5W/(m ·K) ，冬季室外空气温度为t f2=-10℃, 有风天和墙壁之间的表面传热系数为h 2=20W/(m 2·K)，室内空气温度为t f1= 25℃,和墙壁之间的表面传热系数为h 1=5 W/(m 2·K)。假设墙壁及两侧的空气温度及表面传热系数都不随时间而变化，求单位面积墙壁的散热损失及内外墙壁面的温度。
解：由给定条件可知，这是一个稳态传热过程。通过墙壁的热流密度，即单位面积墙壁的散热损失为
t t
q t R λ
λδδλ??=?==
R λδλ
=2m K W
?()
A δλ?K W
1h
t t q h R ??==
f1f2
1112
t - t 111k t t
q R K h h δλ??===
++12
11k R h h δλ=
++
1.4传热学发展简史
18世纪30年代工业化革命促进了传热学的发展
?导热（Heat conduction）
–钻炮筒大量发热的实验（B. T. Rumford, 1798年）
–两块冰摩擦生热化为水的实验（H. Davy, 1799年）
–导热热量和温差及壁厚的关系（J. B. Biot, 1804年）
–Fourier 导热定律 (J. B. J. Fourier , 1822 年）
–G. F. B. Riemann/ H. S. Carslaw/ J. C.
Jaeger/ M. Jakob
?对流换热（Convection heat transfer）
–不可压缩流动方程（M.Navier,1823年)
–流体流动Navier-Stokes基本方程 (G.G.Stokes,1845年）
–雷诺数(O.Reynolds,1880年）
–自然对流的理论解（L.Lorentz, 1881年）
–管内换热的理论解（L.Graetz, 1885年；W.Nusselt,1916年）
–凝结换热理论解（W.Nusselt, 1916年）
–强制对流与自然对流无量纲数的原则关系（W.Nusselt,1909年/1915年）
–流体边界层概念（L.Prandtl, 1904年）
–热边界层概念（E.Pohlhausen, 1921年）
–湍流计算模型（L.Prandtl,1925年； Th.Von Karman, 1939年；R.C. Martinelli, 1947年）
本章小结：
(1) 导热
Fourier 定律：
(2) 对流换热
Newton 冷却公式：
(3) 热辐射
Stenfan-Boltzmann 定律：
(4) 传热过程
传热学_简答题
传热过程： 热量从壁一侧的高温流体通过壁传给另一侧的低温流体的过程。 导热系数： 物体中单位温度降单位时间通过单位面积的导热量。 热对流： 只依靠流体的宏观运动传递热量的现象称为热对流。 表面传热系数： 单位面积上，流体与壁面之间在单位温差下及单位时间内所能传递的能量。 保温材料： 国家标准规定，凡平均温度不高于350度导热系数不大于0.12w/（m.k ）的材料。 温度场： 指某一时刻空间所有各点温度的总称。 热扩散率： a=c ρλ 表示物体被加热或冷却时，物体内各部分温度趋向均匀一致的能力。 临界热绝缘直径c d ：对应于总热阻l R 为极小值的保温层外径称为临界热绝缘直径。 集中参数法： 当1.0B i 时，可以近似的认为物体的温度是均匀的，这种忽略物体内部导热热阻，认 为物体温度均匀的分析方法。 辐射力： 单位时间内，物体的每单位面积向半球空间所发射全波长的总能量。 单色辐射力： 单位时间内，物体的每单位面积，在波长λ附近的单位波长间隔内，向半球空间发射的 能量。 定向辐射力： 单位时间内，物体的每单位面积，向半球空间的某给定辐射方向上，在单位立体角内所 发射全波长的能量。 单色定向辐射力： 单位时间内，物体的每单位面积，向半球空间的某给定辐射方向上，在单位立体角 内所发射在波长λ附近的单位波长间隔内的能量。 辐射强度： 单位时间内，在某给定辐射方向上，物体在与发射方向垂直的方向上的每单位投影面积，在 单位立体角内所发射全波长的能量称为该方向的辐射强度。 有效辐射：单位时间离开单位面积表面的总辐射能。 辐射隔热：为减少表面间辐射换热而采用高反射比的表面涂层，或在表面加设遮热板，这类措施称为辐 射隔热。 黑体： 能全部吸收外来射线，即1=α的物体。 白体： 能全部反射外来射线，即1=ρ的物体，不论是镜面反射或漫反射。 透明体： 能被外来射线全部透射，即1=τ的物体。 热流密度： 单位时间单位面积上所传递的热量。 肋片效率： 衡量肋片散热有效程度的指标，定义为在肋片表面平均温度m t 下，肋片的实际散热量φ与 假定整个肋片表面处在肋基温度o t 时的理想散热量o φ的比值。
《传热学》课教案
《传热学》课教案 本课程共27学时，讲课23学时，实验4学时。属院级必修课。 每一节课都应做到承前启后。 （第一次课） 一、主要内容 第1章绪论 1、引言 2、热量传递的三种基本形式 3、传热过程 第2章导热理论和一维稳态导热 1、立叶定律及导热系数 二、讲课重点 1、傅立叶定律 2、导热系数 三、讲课难点 1、引言中的热量传递三种基本形式及传热量计算 2、导热系数 四、举例 1、传热的增强和削弱技术 举例为暖气供热，说明哪部分是需要增强的传热，哪部分是需要削弱传热，说明其增强和削弱传热的技术措施。 2、确定温度场和控制所需的温度 举例为：研究热应力时需先确定温度场，以连铸机拉矫辊温度场的确定为例加以说明。 （第二次课） 一、主要内容 第2章导热理论和一维稳态导热 1、导热方程及单值性条件 2、单层平壁的稳态导热 3、多层平壁的稳态导热 二、讲课重点 1、导热微分方程 2、单值性条件：包括第三类边界条件（对流边界条件）、第一类边界条件（温度边界条件）和初始条件。 3、平壁导热的热阻表达式 三、讲课难点
1、导热微分方程的推导 2、第三类边界条件中等式两端正负号一致问题 四、举例 1、书中例2-1 2、导热系数随温度变化时平壁内的温度分布 3、解释温度曲线凸向的原因 （第三次课） 一、主要内容 第2章导热理论和一维稳态导热 1、无限长圆筒壁的稳态导热 2、球壁的稳态导热 3、通过等截面棒的稳态的导热 4、各种肋片散热量的计算 二、讲课重点 1、无限长圆筒壁热阻的表达式 2、球壁热阻的表达式 3、等截面棒模型温度分布的分析及应用的场合 三、讲课难点 1、等截面棒温度场的推导及换热量的计算 四、举例 结合例题，讲述圆球法测定粒状材料的导热系数的实验，说明实验原理、方法、步骤及实验数据的处理方法。 （第四次课） 一、主要内容 第3章非稳态导热 1、非稳态导热过程的特点 2、无限大平板的加热和冷却 二、讲课重点 1、非稳态导热过程的特点 2、无限大平板的加热或冷却问题数学模型的建立 三、讲课难点 1、无限大平板非稳态导热问题数学模型的求解，即分离变量法 2、详细推导此数学模型的求解过程 四、举例 1、介绍本书中应用图表法求解无限大平板的加热或冷却问题，介绍图表法的求解思路，即：
高等传热学知识重点(含答案)2019
高等传热学知识重点 1.什么是粒子的平均自由程，Knusen数的表达式和物理意义。 Knusen数的表达式和物理意义：（Λ即为λ，L为特征长度） 2.固体中的微观热载流子的种类，以及对金属/绝缘体材料中热流的贡献。 3.分子、声子和电子分别满足怎样的统计分布律，分别写出其分布函数的表达式 分子的统计分布：Maxwell-Boltzmann（麦克斯韦-玻尔兹曼）分布： 电子的统计分布：Fermi-Dirac（费米-狄拉克）分布： 声子的统计分布：Bose-Eisentein（波色-爱因斯坦）分布； 高温下，FD,BE均化为MB；
4.什么是光学声子和声学声子，其波矢或频谱分布各有特性？ 答：声子：晶格振动能量的量子化描述，是准粒子，有能量，无质量； 光学声子：与光子相互振动，发生散射，故称光学声子； 声学声子：类似机械波传动，故称声学声子； 5.影响声子和电子导热的散射效应有哪些？ 答：影响声子（和电子）导热的散射效应有（热阻形成的主要原因）： ①界面散射：由于不同材料的声子色散关系不一样，即使是完全结合的界面也是有热阻的； ②缺陷散射：除了晶格缺陷，最典型的是不纯物掺杂颗粒的散热，散射位相函数一般为Rayleigh散 射、Mie散射，这与光子非常相似； ③声子自身散射：声子本质上是晶格振动波，因此在传播过程中会与原子相互作用，会产生散射、 吸收和变频作用。
6.简述声子态密度（Density of State）及其物理意义,德拜模型和爱因斯坦模型的区别。答：声子态密度（DOS）[phonon.s/m3.rad]：声子在单位频率间隔内的状态数（振动模式数）Debye（德拜）模型： Einstein（爱因斯坦）模型： 7.分子动力学理论中，L-J势能函数的表达式及其意义。 答：Lennard-Jones 势能函数（兰纳-琼斯势能函数）,只适用于惰性气体、简单分子晶体，是一种合理的近似公式；式中第一项可认为是对应于两体在近距离时以互相排斥为主的作用，第二项对应两体在远距离以互相吸引（例如通过范德瓦耳斯力）为主的作用，而此六次方项也的确可以使用以电子-原子核的电偶极矩摄动展开得到。
传热学简答题
1.热量传递的三种基本方式？机理？自然界是否存在单一的热量传递方式？举例 答：三种方式为热传导，热辐射，热对流。热传导是物体各部分之间不发生相对位移，依靠分子及自由电子等微观粒子的热运动而产生的热能传递。热对流是由于流体的宏观运动而引起的流体各部分之间发生相对位移，冷、热流体相互掺混所导致的热量传递过程。热辐射是物体通过由于热的原因而产生的电磁波来传递能量的方式。存在，太阳与地球间的热辐射，固体的热量由热的一端流向冷的一端。 2.导热系数及不同相态的材料导热系数差异？ 答：n x t q ??=λ，一般来说，导热系数：对于不同物质，金属固体＞非金属固体＞液体＞气体；对于同种物质，固态＞液态＞气态。它与物质的种类及热力学状态（温度、压力）等有关。 3．导热、对流、辐射换热之间的区别？ 答：导热与辐射中物体各部分是不发生相对位移的，而对流中流体各部分发生相对位移。导热与对流均需要介质才能传递热量且无能量形式的转换，而辐射则不需要介质且有伴随着能量形式的转换。 4.什么是温度场？什么是温度梯度？ 答：各个时刻物体的各点温度所组成的集合称为温度场。温度梯度是温度变化的速度与方向，它是温度变化最剧烈的方向。 5.等温线的概念与性质？ 答：温度场在同一瞬间相同温度的各点连成的线叫等温线。物体中的任一条等温线要么形成一个封闭的曲线，要么终止在物体表面上，它不会与另一条等温线相交。当等温线图上每两条相邻等温线的温度间隔相等时，等温线的疏密可直观的反映出不同区域导热热流密度的相对大小，等温线越密，热流密度越大。 6.导热微分方程及其理论依据？ 答：Φ+????+????+????=??)()()(z t z y t y x t x t pc λλλτ，依据为能量守恒定律，即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。 7.定解条件及常见边界条件？ 答：定解条件：使微分方程获得某一特定问题的解的附加条件。1）初始条件：给出初始时刻的温度分布2）边界条件：给出导热物体边界上的温度或换热情况。第一类边界条件：规定了边界上的温度值。第二类边界条件：规定了边界上的热流密度值。第三类边界条件：规定了边界上物体与周围流体间的表面传热系数h 及流体温度tf 。对稳态问题只需边界条件。 8.肋片导热的特点及加肋的原因？ 答：特点：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方向上热流量是不断变化的。原因：采用肋片可有效的增加换热面积，增加对流传热量。 9.非稳态导热的基本概念及其区别于稳态导热的基本特点？ 答：物体的温度随时间而变化的导热过程称为非稳态导热。区别：非稳态导热过程中在热量传递方向上不同位置处的导热量是不同的。 10.什么叫集中参数法？实质？使用时应注意什么问题？ 答：忽略物体内部导热热阻的简化分析方法称为集中参数法。实质是固体内部的导热热阻远小于其表面的换热热阻时，任何时刻固体内部的温度都趋于一致，以致于可以认为整个固体在同一瞬间均处于同一温度下。应注意只适用于当Bi=hl ／λ≤0.1(平板)、0.05（圆柱）、0.033（球）时。 11.试说明无限大平板的概念并举例子，可以按无限大平板来处理的非稳态导热问题？ 答：从X=0的界面开始可以向正向以及上、下方向无限延伸，而在每一个与X 坐标垂直的截面上物体的温度都相等的物体。例子：一块几何上为有限厚度的平板，起初具有均匀的温度，然后其一侧表面突然受到热扰动。当扰动的影响还局限在表面附近而尚未深入到平板内部去时，就可把该平板视为—“半无限大物体”。 12.对流换热定义？对流换热系数是怎样定义出来的？影响h 的因素？研究h 的常用方法？ 答：流体流过固体表面时流体与固体间的热量交换称为对流传热。m t A h ??Φ=。影响因素：（1）流体流动 的动因（2）有无相变（3）流动状态（4）换热表面的几何因素（5）流体的物理性质。研究方法：（1）
工程热力学课程教案完整版
工程热力学课程教案 Document serial number【NL89WT-NY98YT-NC8CB-NNUUT-NUT108】
《工程热力学》课程教案 *** 本课程教材及主要参考书目 教材： 沈维道、蒋智敏、童钧耕编，工程热力学（第三版），高等教育出版社，2001.6手册： 严家騄、余晓福着，水和水蒸气热力性质图表，高等教育出版社，1995.5 实验指导书： 华北电力大学动力系编，热力实验指导书，2001 参考书： 曾丹苓、敖越、张新铭、刘朝编，工程热力学（第三版），高等教育出版社，2002.12 王加璇等编着，工程热力学，华北电力大学，1992年。 朱明善、刘颖、林兆庄、彭晓峰合编，工程热力学，清华大学出版，1995年。 曾丹苓等编着，工程热力学（第一版），高教出版社，2002年 全美经典学习指导系列，[美]M.C. 波特尔、C.W. 萨默顿着郭航、孙嗣莹等 译，工程热力学，科学出版社，2002年。 何雅玲编，工程热力学精要分析及典型题精解，西安交通大学出版社，2000.4 概论（2学时） 1. 教学目标及基本要求 从人类用能的历史和能量转换装置的实例中认识理解：热能利用的广泛性和特殊性；工程热力学的研究内容和研究方法；本课程在专业学习中的地位；本课程与后续专业课程乃至专业培养目标的关系。 2. 各节教学内容及学时分配 0-1 热能及其利用（0.5学时） 0-2 热力学及其发展简史（0.5学时） 0-3 能量转换装置的工作过程（0.2学时） 0-4 工程热力学研究的对象及主要内容（0.8学时） 3. 重点难点 工程热力学的主要研究内容；研究内容与本课程四大部分（特别是前三大部分）之联系；工程热力学的研究方法 4. 教学内容的深化和拓宽 热力学基本定律的建立；热力学各分支；本课程与传热学、流体力学等课程各自的任务及联系；有关工程热力学及其应用的网上资源。 5. 教学方式 讲授，讨论，视频片段 6. 教学过程中应注意的问题
浙大高等传热学复习题部分答案
高等传热学复习题 1．简述求解导热问题的各种方法和傅立叶定律的适用条件。 不论如何，求解导热微分方程主要依靠三大方法： 理论法、试验法、综合理论和试验法 理论法：借助数学、逻辑等手段，根据物理规律，找出答案。它又分： 分析法；以数学分析为基础，通过符号和数值运算，得到结果。方法有：分离变量法，积分变换法(Laplace变换，Fourier变换)，热源函数法，Green函数法，变分法，积分方程法等等，数理方程中有介绍。 近似分析法：积分方程法，相似分析法，变分法等。 分析法的优点是理论严谨，结论可靠，省钱省力，结论通用性好，便于分析和应用。缺点是可求解的对象不多，大部分要求几何形状规则，边界条件简单，线性问题。有的解结构复杂，应用有难度，对人员专业水平要求高。 数值法：是当前发展的主流，发展了大量的商业软件。方法有：有限差分法，有限元法，边界元法，直接模拟法，离散化法，蒙特卡罗法，格子气法等，大大扩展了导热微分方程的实用范围，不受形状等限制，省钱省力，在依靠计算机条件下，计算速度和计算质量、范围不断提高，有无穷的发展潜力，能求解部分非线性问题。缺点是结果可靠性差，对使用人员要求高，有的结果不直观，所求结果通用性差。 比拟法：有热电模拟，光模拟等 试验法：在许多情况下，理论并不能解决问题，或不能完全解决问题，或不能完美解决问题，必须通过试验。试验的可靠性高，结果直观，问题的针对性强，可以发掘理论没有涉及的新规律。可以起到检验理论分析和数值计算结果的作用。理论越是高度发展，试验法的作用就越强。理论永远代替不了试验。但试验耗时费力，绝大多数要求较高的财力和投入，在理论可以解决问题的地方，应尽量用理论方法。试验法也有各种类型：如探索性试验，验证性试验，比拟性试验等等。 综合法：用理论指导试验，以试验促进理论，是科学研究常用的方法。如浙大提出计算机辅助试验法(CA T)就是其中之一。 傅里叶定律向量形式说明，热流密度方向与温度梯度方向相反。它可适用于稳态、非稳态，变导热系数，各向同性，多维空间，连续光滑介质，气、液、固三相的导热问题。 2．定性地分析固体导热系数和温度变化的关系 3．什么是直肋的最佳形状与已知形状后的最佳尺寸？ Schmidt假定：如要得到在给定传热量下要求具有最小体积或最小质量的肋的形状和尺寸，肋片任一导热截面的热流密度都应相等。 1928年，Schmidt等提出了一维肋片换热优化理论：设导热系数为常数，沿肋高的温度分布应为一条直线。Duffin应用变分法证明了Schmidt假定。Wikins[3]指出只有在导热系数和换热系数为常数时，肋片的温度分布才是线性的。Liu和Wikins[4]等人还得到了有内热源及辐射换热时优化解。长期以来肋片的优化问题受到理论和应用两方面的重视。 对称直肋最优型线和尺寸的无量纲表达式分析： 假定一维肋片，导热系数和换热系数为常数，我们有对称直肋微分方程（忽略曲 线弧度）： yd2θ/dx2+(dy/dx)dθ/dx-θh/λ=0 由Schmidt假定，对任意截面x： dθ/dx＝－q/λ＝const
《传热学与传质学》教学大纲
《传热学与传质学》教学大纲 一、课程基本信息 1、课程英文名称：Engineering Thermodynamics and Heat Transfer 2、课程类别：专业基础课程 3、课程学时：总学时48，实验学时4 4、学分：3 5、先修课程：高等数学；普通物理；普通化学；工程流体力学 6、适用专业：石油工程 7、大纲执笔：油气储运教研室李永杰 8、大纲审批：石油工程学院学术委员会 9、制定(修订)时间：2006.11 二、课程的目的与任务： 本课程是研究热能传递与能量转换规律的学科，是一门必修的技术基础课程。通过本课程的学习，应使学生掌握热能与机械能的转化规律，热能的合理利用。热能的传递原理与规律、换热设备的热工计算等基本知识，培养学生独立思考、分析推导问题简化问题的能力，为专业课程的学习提供必要的理论基础。 三、课程的基本要求： 1.了解工程热力学与传热学的宏观研究方法及特点，掌握工程热力学 与传热学的基本概念： 2.掌握工程热力学的两个基本定律，能正确分析能量转换与守恒关 系，对热能的可用性有基本的认识，了解合理用能的原则 3.能依据热能过程的特征，分析计算过程的功量与热量。掌握理想气 体的基本热力性质与计算方法。 4.掌握热量传递的三种基本方式的原理与工程常见条件下的简化、计 算。 5.理解传热过程及传热系数，能计算传热量，并能指出增大或减小传 热量的基本方法。 6.了解常用换热器类型，并能进行换热器的一般热力计算。 四、教学内容、要求及学时分配： 2.(一)理论教学：
1．基本概念及定义（2学时） 掌握基本概念：热力学系统；热力学的状态及基本状态参数；平衡状态：状态方程；热力过程的准静态过程；准静态过程的功；热量；热量和功的类比；热力循环。 重点：建立工程热力学的基本概念及定义 难点：准静态过程的功；热量：热量和功的类比。 2．热力学的第一定律（6学时） 掌握热力学第一定律；闭口系统能量方程式；稳定状态稳定流动能量方程；焓；轴功；稳定流动能量方程式应用举例。 重点：能量守恒方程式与应用 难点：焓参数的应用。 3．理想气体内能、焓、熵和比热（2学时） 掌握理想气体内能和从理想气体的比热；理想气体的熵：了解理想气体混合物。 重点：理想气体状态参数变化量的计算。 难点：理想气体的熵变计算。 4．理想气体的热力过程（4学时） 掌握热力过程分析概述：定容过程；定压过程：定温过程；定熵过程；多变过程。 重点：各热力过程中功量与热量、状态参数的计算。 难点：多变过程的计算分析，图示。 5．热力学第二定律（4学时） 掌握热机循环与制冷循环：热力学第二定律，可逆过程与不可逆过程，卡诺循环。卡诺定理；了解热能的可用性。 重点：理解热力学第二定律是判断过程方向性的定律 难点：热能的可用性分析 6．熵（4学时） 掌握状态参数熵的计算，了解不可逆过程熵的产生；理解孤立系统熵增原理；系统的作功能力与不可逆损失。 重点：掌握熵增原理，判断过程方向 难点：熵变计算与系统作功能力损失计算
工程热力学与传热学(第三讲)2-3、4、5
第三节状态方程与状态参数坐标图 系统的状态是由状态参数来描述的，各个状态参数分别从不同的角度描述系统状态的某种特性。当系统与环境发生相互作用、状态发生改变时，状态参数会发生相应的变化， 如：对气缸中的气体进行压缩时，不仅工质的容积要缩小，且工质的温度、压力也随之改变。 即，各个状态参数是以一定的函数关系相互制约的。 状态方程：表示基本状态参数之间函数关系的方程称为状态方程。 如：P=f(v、T)或v=f(p、T)或T=f(p、v) 表示简单热力系统的平衡状态可由任意两个参数确定。 再如：理想气体的状态方程PV=nRT 状态方程通常是由实验确定的，也可有理论推导求出。 理论上和工程中经常采用两个参数组成的状态参数坐标图来描述和分析其状态和状态变化。 热力学中经常采用的状态参数坐标图有： 压力—比容图（P-v）、温度—熵图（T-S）、焓—熵图（H-S）等。如图2-3所示的P-v图。 图中，系统的某个平衡态在坐标图中会有一个点与之对应；反之图上任意点，代表了系统的一个平衡态。非平衡态的状态参数没有确定的值，无法在图中表示。 状态参数坐标图的优点（与状态方程相比）：直观、简便、便于分析。 缺点：不能给出过程中各参数之间精确的数量关系。 第四节热力过程及其描述 一、热力过程 一个处于平衡态的热力学系统，如果没有外界影响，它将永远保持平衡状态。一旦系统与外界发生了相互作用（如有功的作用、压力改变等），系统就会发生
状态改变。 热力过程（过程）：系统从一个状态变化到另一个状态所经历的状态称为热力过程。 实质：一系列状态点组成的轨迹。 二、准静态（准平衡）过程 在实际热力过程中，由于各种因素的影响，系统内部的状态往往不是通一、同时改变的，而是由外到里或由里到外逐渐改变的。如对容器内的气体加热过程中，一般是靠近器壁的气体先升高温度，中心位置的气体温度后升高，制导系统与外界形成热量交换的动态平衡时，系统内部各点的参数才逐渐变为一致，即形成了新的平衡态。在这个变化过程中，存在一系列无法确定的中间状态，它们不是平衡态，为了便于分析研究，引入准静态过程的概念。 准静态（准平衡）过程：系统由平衡态（I ）变化到平衡态（II ）的过程中，所经历的每一个中间状态都可看作平衡态，这样的过程均称为准静态（准平衡）过程。 例如，要将汽缸内气体的压力由P 1增大到P 2。采取的方法是：在汽缸活塞上，一粒一粒地加上细沙，活塞降一点一点地向下移动，直到所加的压力达到P 2.由于每次所加的力很小，这个过程非常缓慢。我们可以认为每加一粒细沙时，系统都能迅速地恢复平衡，达到新的平衡态。这个过程就可认为是准平衡态过程。见图2-4（a ）、（b ）所示。 准静态（准平衡）过程的条件：破坏平衡的速度（U 破）远远小于恢复平衡的速度（U 恢）。 注意：① 不同的准静态过程在图上表示出来的曲线不同； ② 对于非准静态过程，由于系统内部处于非平衡态，在参数坐标图1)(a )( b P 1P 2P 12图上的表示 准静态过程及在图V P --42
浙江大学传热学复习题参考答案
高等传热学复习题答案 热动硕士2015 吕凯文 10、燃用气、液、固体燃料时火焰辐射特性。 答：燃料的燃烧反应属于比较剧烈的化学反应。由于燃烧温度较高，而且燃料的化学成分一般都比较复杂，所以燃烧反应的过程是非常复杂的过程，一般的燃料燃烧时火焰的主要成分还有CO 2、H 2O 、N 2、O 2等，有的火焰中还有大量的固体粒子。火焰中还存在大量的中间参悟。在不同的工况下，可能有不同的中间产物和燃烧产物。火焰的辐射光谱是火焰中的各种因素作用的结果。 燃烧中间产物或燃烧产物受火焰加热，要对外进行热辐射。在火焰的高温环境下，固体粒子的辐射光谱多为热辐射的连续光谱，而气体分子的发射光谱多为分段的发射或选择性吸收。此外，还有各物质的特征光谱对火焰的辐射的影响。在工业火焰的温度水平下，氧、氢等结构对称的双原子分子没有发射和吸收辐射的能力，它们对于火焰光谱的影响比较小。而CO 2和H 2O 等结构不对称的分子以及固体粒子对火焰光谱的影响起主导作用。在火焰中大量的中间产物虽然存在时间很短，但对火焰辐射光谱也有一定的影响。（该答案仅供参考） 11、试述强化气体辐射的各种方法。 答：气体辐射的特点有：①不同种类的气体的辐射和吸收能力各不相同；②气体辐射对波长具有强烈的选择性；③气体的辐射和吸收是在整个容积中进行的，辐射到气体层界面上的辐射能在辐射行程中被吸收减弱，减弱的程度取决于辐射强度及途中所遇到的分子数目。 气体的辐射和吸收是气层厚度L 、气体的温度T 和分压p （密度）的函数，(,)f T pL λα=。由贝尔定律,,0k L L I I e λλλ-=?可知，单色辐射在吸收性介质中传播时其强度按指数递减。 由上述可知，强化气体辐射的方法有：提高气体的温度；减小气体层的厚度，；选择三原子、多原子及结构不对称的双原子气体；减小气体的分压。（该答案仅供参考） 12、固体表面反射率有哪几种？ 答：被表面反射的能量与投射到表面的能量之比定义为表面反射率。固体表面反射率有： ①双向单色反射率；②单色定向-半球反射率；③单色半球-定向发射率。
80210127传热学C
《传热学C》课程教学大纲 课程编号：80210127 课程名称：传热学C 英文名称：Heat Transfer C 总学时：24 学分：1.5 适用对象：机械工程及其自动化专业，测控技术及仪器专业 先修课程：高等数学，流体力学 一、课程性质、目的和任务 传热学C是机械工程及其自动化专业和测控技术及仪器专业的一门专业选修课程。其目的在于使学生掌握有关热量传递的基本理论知识，具备一定的传热学分析计算能力。它不仅为以后专业课的学习提供必要的理论基础，也是培养提高学生综合分析能力和解决工程实际问题能力的重要环节之一。 二、教学内容、方法及基本要求 教学内容 1．绪论 了解传热学与工程热力学在研究内容和方法上的异同。认清传热学的研究对象及其在工程和科学技术中的应用。掌握热量传递的基本方式：导热、对流和热辐射的概念和所传递热量的计算公式。了解复合换热过程的计算方法，了解辐射换热表面传热系数的概念。认识到工程实际问题的热量传递过程往往不是单一的方式而是多种形式的组合，以加深传热过程的概念及传热方程的理解。初步理解热阻在分析传热问题中的重要地位。 2．导热基本定律及稳态导热 掌握傅里叶定律的意义和应用方法，了解常见材料导热系数的大致范围。理解推导导热微分方程的理论依据和思路，以及导热微分方程中各项的物理意义，能够正确书写导热问题的初始条件和三类边界条件。能应用傅里叶定律或导热微分方程对常物性、无内热源的一维稳态导热问题（平壁、圆筒壁）进行分析求解，得出温度场及导热量的计算公式。了解肋片在工程中的应用场合。加深理解热阻概念及其在分析导热问题时的重要性。 3．非稳态导热 了解非稳态导热过程的特点。掌握集总参数法的分析求解方法，了解其限制条件。 4．对流换热 牛顿冷却公式是对流换热计算的基础，要求重点掌握。理解影响对流换热的因素。掌握流动边界层和温度边界层的概念。理解相似原理在指导对流换热实验中的作用，准则方程的导出。掌握实验数据的整理方法。掌握管内换热入口段与充分发展段的概念。掌握定型尺寸和定性温度的概念。能正确和熟练地运用准则方程（实验关联式）计算简单的对流换热问题。了解有限空间自然对流换热的概念。掌握强化单相流体对流换热的途径。 5．凝结与沸腾换热
传热学简答分析题
简答分析题 1．牛顿冷却公式中的△t改用热力学温度△T是否可以？ 2．何谓定性温度，一般如何取法。 3．天花板上“结霜”，说明天花板的保温性能是好还是差。 4．同一物体内不同温度的等温线能够相交，对吗？为什么？ 5．何谓传热方程式，并写出公式中各符号的意义及单位。 6．在寒冷的北方地区，建房用砖采用实心砖还是多孔的空心砖好？为什么？ 7．毕渥数和努谢尔数有相同的表达式，二者有何区别？ 8．在圆筒壁敷设保温层后，有时反而会增加其散热损失，这是为什么？ 9．冬天，在同样的温度下，为什么有风时比无风时感到更冷？ 10．试用传热学理论解释热水瓶的保温原理。 11．比较铁、铜、空气、水及冰的导热系数的大小。 12．在空调的房间里，室内温度始终保持在20℃，但在夏季室内仅需穿件单衣，而在冬季却需要穿毛衣，这是什么原因？ 13．冬天，经过在白天太阳底下晒过的棉被，晚上盖起来感到很暖和，并且经过拍打以后，效果更加明显。试解释原因。 14．有人将一碗热稀饭置于一盆凉水中进行冷却。为使稀饭凉得更快些，你认为他应搅拌碗中的稀饭还是盆中的凉水？为什么？ 15．窗玻璃对红外线几乎不透明，但为什么隔着玻璃晒太阳使人感到暖和？ 16.一铁块放入高温炉中加热，从辐射的角度分析铁块的颜色变化过程 17.我们看到的物体呈现某一颜色，解释这一现象。 18.北方深秋季节的清晨，树叶叶面上常常结霜。试问树叶上、下二面哪一面易结箱?为什么? 19.夏天人在同样温度（如：25度）的空气和水中的感觉不一样。为什么？ 20.为什么水壶的提把要包上橡胶？ 22.某管道外经为2r，外壁温度为tw1，如外包两层厚度均为r（即δ2＝δ3＝r）、导热系数分别为λ2和λ3（λ2 / λ3=2）的保温材料，外层外表面温度
传热学教案6详解
第六章 凝结与沸腾换热 1 、重点内容： ① 凝结与沸腾换热机理及其特点； ② 膜状凝结换热分析解及实验关联式； ③ 大容器饱和核态沸腾及临界热流密度。 2 、掌握内容：掌握影响凝结与沸腾换热的因素。 3 、了解内容：了解强化凝结与沸腾换热的措施及发展现状、动态。 蒸汽遇冷凝结，液体受热沸腾属对流换热。其特点是：伴随有相变的对流换热。工程中广泛应用的是：冷凝器及蒸发器、再沸器、水冷壁等。 6-1 凝结换热现象 一、基本概念 1.凝结换热现象 蒸汽与低于饱和温度的壁面接触时，将汽化潜热释放给固体壁面，并在壁面上形成凝结液的过程，称凝结换热现象。 2.凝结换热的分类 根据凝结液与壁面浸润能力不同分两种： （1）膜状凝结： ①定义：凝结液体能很好地湿润壁面，并能在壁面上均匀铺展成膜的凝结形式，称膜状凝结。 ②特点：壁面上有一层液膜，凝结放出的相变热（潜热）须穿过液膜才能传到冷却壁面上，此时液膜成为主要的换热热阻。 （2）珠状凝结 ①定义：凝结液体不能很好地湿润壁面，凝结液体在壁面上形成一个个小液珠的凝结形式，称珠状凝结。 产生珠状凝结时，所形成的液珠不断发展长大，在非水平的壁面上，因受重力作用，液珠长大到一定尺寸后就沿壁面滚下。在滚下的过程中，一方面会合相遇的液珠，合并成更大的液滴，另一方面也扫治了沿途的液珠，使壁面重复液珠的形成和成长过程。图6－3是珠状凝结的照片，从中可清楚地看出珠状凝结时壁面上不同大小液滴的存在情况。 θ小则液体湿润能力强，就会铺展开来。一般情况下，工业冷凝器，形成膜状凝结，但珠状凝结的形成比较困难且不持久。 特点：凝结放出的潜热不须穿过液膜的阻力即可传到冷却壁面上。 所以，在其它条件相同时，珠状凝结的表面传热系数定大于膜状凝结的传热系数。 3.产生的条件：固体壁面温度w t 必须低于蒸气的饱和温度s t ，即w s t t 。 实验查明，几乎所有的常用蒸气，包括水蒸气在内，在纯净的条件下均能在常用工程材料的洁净表面上得到膜状凝结。在大多数工业冷凝器中，例如动力与制冷装置的冷凝器上，实际上都得到膜状凝结。 6-2 膜状凝结分析解及关联式 一、纯净蒸汽层流膜状凝结分析解 1.努塞尔微分方程组根据：液体膜层的导热热阻是凝结过程的主要热阻。 1916年，努塞尔在理论分析中作了若干合理假设，从而揭示了有关物理参数对凝结换热的影响。
高等传热学部分答案.
7-4，常物性流体在两无限大平行平板之间作稳态层流流动，下板静止不动，上板在外力作用下以恒定速度U 运动，试推导连续性方程和动量方程。 解：按照题意 0, 0=??=??=x v y v v 故连续性方程 0=??+??y v x u 可简化为 0=??x u 因流体是常物性，不可压缩的，N-S 方程为 x 方向： )(12222y u x u v y p F y u v x u u x ??+??+??-=??+??ρρ 可简化为 022=??+??-y v x p F x η y 方向 )(12222y v x v v y p F y v v x v u y ??+??+??-=??+??ρρ 可简化为 0=??= y p F y 8-3，试证明，流体外掠平壁层流边界层换热的局部努赛尔特数为 12121 Re Pr x Nu r = 证明：适用于外掠平板的层流边界层的能量方程
22t t t u v a x y y ???+=??? 常壁温边界条件为 0w y t t y ∞ ==→∞时，时，t=t 引入量纲一的温度w w t t t t ∞-Θ= - 则上述能量方程变为22u v a x y y ?Θ?Θ?Θ+=??? 引入相似变量1Re ()y y x x ηδ= == 有 11()(()22x x x ηη ηηη?Θ?Θ?''==Θ-=-Θ??? ()y y ηηη?Θ?Θ?'==???；22()U y x ηυ∞ ?Θ''= Θ? 将上三式和流函数表示的速度代入边界层能量方程，得到 1 Pr 02 f '''Θ+Θ= 当Pr 1时，速度边界层厚度远小于温度边界层厚度，可近似认为温度边界层内 速度为主流速度，即1,f f η'==，则由上式可得 Pr ()2d f d η''Θ'=-'Θ，求解可得 12 12 ()()Pr 2 Pr (0)()erf η ηπ Θ='Θ= 则1212 0.564Re Pr x x Nu = 8-4，求证，常物性不可压缩流体，对于层流边界层的二维滞止流动，其局部努
传热学课程简介 - 燕山大学教务在线
传热学教学大纲 （04级后新教学计划） 课程名称：传热学课程编码： 英文名称：heat transfer 学时：24 学时学分：1.5学分 开课学期：第五学期 适用专业：机械类 课程类别：必修 课程性质：技术基础课 先修课程：高等数学、大学物理 教材：《传热学》张兴中编燕山大学校内印刷 一、课程的性质及任务： 本课程是机械类专业的主要专业技术基础课。 课程教学所要达到的目的是：1、了解热量传递的基本方式。2、掌握温度场、传热量的基本分析方法和计算方法。3、在实验技能方面比较熟练地掌握常用热工测试仪器的使用方法与基本热工参数的测试技术。 二、课程的基本内容： 1、绪论 传热学的任务；热量传递的三种基本形式：热传导、热对流、热辐射；传热过程。 2、导热理论和一维稳态导热 傅里叶定律及导热系数：介绍导热理论的基本概念、傅里叶定律及导热系数；导热微分方程及单值性条件：推导导热微分方程、介绍单值性条件。 几个典型的稳态导热问题：单层平壁的稳态导热、多层平壁的稳态导热、无限长圆筒壁的稳态导热、球壁的稳态导热、通过等截面棒的稳态导热的温度场及热流量计算方法以及各种肋片散热量的计算。 3、非稳态导热 非稳态导热过程的特点：介绍非稳态导热过程的特点及非稳态导热过程的三个阶段。 无限大平板的加热或冷却：应用分离变量法对无限大平板非稳态导热的温度场及热流量的计算。 半无限大物体的非稳态导热：介绍求解思想。 有限大物体的非稳态导热：介绍求解思想。 集总参数法：介绍基本思想及温度场、热流量的求解方法。 4、导热问题的数值解法 有限差分法的基本原理：一阶、二阶导数的向前、向后、中心差分公式。 稳态导热问题的差分表达式：二维问题内部节点的差分方程式、边界上节点的差分方程式。 非稳态导热问题的有限差分法：一维问题内部节点的差分方程式、边界上节点的差分方程式。 线性代数方程组的求解：直接法、迭代法。 计算机求解导热问题简介：二维稳态问题、一维非稳态问题。
传热学简答题归纳
传热学简答题归纳 问题 1 冬天，经过在白天太阳底下晒过的棉被，晚上盖起来为什么感到很暖和？并且经过拍打以后，为什么效果更加明显？ 回答：棉被经过晾晒以后，可使棉花的空隙里进入更多的空气。而空气在狭小的棉絮空间里的 热量传递方式主要是导热，由于空气的导热系数较小，具有良好的保温性能。而经过拍打的棉被可以让更多的空气进入，因而效果更明显。 问题 2 冬天，在相同的室外温度条件下，为什么有风比无风时感到更冷些？ 回答：假定人体表面温度相同时，人体的散热在有风时相当于强制对流换热，而在无风时属自 然对流换热（不考虑热辐射或假定辐射换热量相同时）。而空气的强制对流换热强度要比自然对流强 烈。因而在有风时从人体带走的热量更多，所以感到更冷一些。 讨论：读者应注意的是人对冷暖感觉的衡量指标是散热量的大小而不是温度的高低，即当人体散热量低时感到热，散热量高时感到冷，经验告诉我们，当人的皮肤散热热流为58W/ rf时感到热， 为232W加时感到舒服，为696W加时感到凉快，而大于为928W加时感到冷。 问题3夏季在维持20r室内工作，穿单衣感到舒适，而冬季保持在22C的室内工作时, 为什么必须穿绒衣才觉得舒服？ 回答：首先，冬季和夏季的最大区别是室外温度不同。夏季室外温度比室内温度高，因此通过墙 壁的热量传递方向是由室外传向室内。而冬季室外气温比室内气温低，通过墙壁的热量传递方向是由室内传向室外。因此冬季和夏季墙壁内表面温度不同，夏季高而冬季低。 因此，尽管冬季室内温度22r比夏季略高20r，但人体在冬季通过辐射与墙壁的散热比夏季高很多。 根据上题人体对冷暖的感受主要是散热量的原理，在冬季散热量大，因此要穿厚 些的绒衣。 问题 4 利用同一冰箱储存相同的物质时，试问结霜的冰箱耗电量大还是未结霜的冰箱耗电量大？ 回答：当其它条件相同时，冰箱的结霜相当于在冰箱蒸发器和冰箱冷冻室（或冷藏室） 之间增加了一个附加热阻，因此，要达到相同的制冷室温度，必然要求蒸发器处于更低的温度。所以，结霜的冰箱耗电量更大。 问题 5 有人将一碗热稀饭置于一盆凉水中进行冷却。为使稀饭凉得更快一些，你认为他应该搅拌碗中的稀饭还是盆中的凉水？为什么？ 回答：从稀饭到凉水是一个传热过程。显然，稀饭和水的换热在不搅动时属自然对流。 而稀饭的换热比水要差。因此要强化传热增加散热量，应该用搅拌的方式强化稀饭侧的传热。问题6 在寒冷的北方地区，建房用砖采用实心砖还是多孔的空心砖好？为什么？ 回答：在其他条件相同时，实心砖材料如红砖的导热系数约为0.5W/ （m?K （35C）, 而多孔空心砖中充满着不动的空气，空气在纯导热（即忽略自然对流）时其导热系数很低，是很好的绝热材料。因而用多孔空心砖好。 问题7 电影《泰坦尼克号》里，男主人公杰克在海水里被冻死而女主人公罗丝却因躺在筏上而幸
传热学简答题
1、热量传递的三种基本方式？机理？自然界就是否存在单一的热量传递方式？举例 答:三种方式为热传导,热辐射,热对流。热传导就是物体各部分之间不发生相对位移,依靠分子及自由电子等微观粒子的热运动而产生的热能传递。热对流就是由于流体的宏观运动而引起的流体各部分之间发生相对位移,冷、热流体相互掺混所导致的热量传递过程。热辐射就是物体通过由于热的原因而产生的电磁波来传递能量的方式。存在,太阳与地球间的热辐射,固体的热量由热的一端流向冷的一端。 2、导热系数及不同相态的材料导热系数差异？ 答: = λ一般来说,导热系数:对于不同物质,金属固体＞非金属固体＞液体＞气体;对于同种物质,固态＞液态＞气态。它与物质的种类及热力学状态(温度、压力)等有关。 3.导热、对流、辐射换热之间的区别？ 答:导热与辐射中物体各部分就是不发生相对位移的,而对流中流体各部分发生相对位移。导热与对流均需要介质才能传递热量且无能量形式的转换,而辐射则不需要介质且有伴随着能量形式的转换。 4、什么就是温度场？什么就是温度梯度？ 答:各个时刻物体的各点温度所组成的集合称为温度场。温度梯度就是温度变化的速度与方向,它就是温度变化最剧烈的方向。 5、等温线的概念与性质？ 答:温度场在同一瞬间相同温度的各点连成的线叫等温线。物体中的任一条等温线要么形成一个封闭的曲线,要么终止在物体表面上,它不会与另一条等温线相交。当等温线图上每两条相邻等温线的温度间隔相等时,等温线的疏密可直观的反映出不同区域导热热流密度的相对大小,等温线越密,热流密度越大。 6、导热微分方程及其理论依据？ 答: Φ+????+????+????=??)()()(z t z y t y x t x t pc λλλτ,依据为能量守恒定律,即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。 7、定解条件及常见边界条件？ 答:定解条件:使微分方程获得某一特定问题的解的附加条件。1)初始条件:给出初始时刻的温度分布2)边界条件:给出导热物体边界上的温度或换热情况。第一类边界条件:规定了边界上的温 度值。第二类边界条件:规定了边界上的热流密度值。第三类边界条件:规定了边界上物体与周围流体间的表面传热系数h 及流体温度tf 。对稳态问题只需边界条件。 8、肋片导热的特点及加肋的原因？ 答:特点: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方向上热流量就是不断变化的。原因:采用肋片可有效的增加换热面积,增加对流传热量。 9、非稳态导热的基本概念及其区别于稳态导热的基本特点？ 答:物体的温度随时间而变化的导热过程称为非稳态导热。区别:非稳态导热过程中在热量传递方向上不同位置处的导热量就是不同的。 10、什么叫集中参数法？实质？使用时应注意什么问题？ 答:忽略物体内部导热热阻的简化分析方法称为集中参数法。实质就是固体内部的导热热阻远小于其表面的换热热阻时,任何时刻固体内部的温度都趋于一致,以致于可以认为整个固体在同一瞬间均处于同一温度下。应注意只适用于当Bi=hl ／λ≤0、1(平板)、0、05(圆柱)、0、033(球)时。 11、试说明无限大平板的概念并举例子,可以按无限大平板来处理的非稳态导热问题？ 答:从X=0的界面开始可以向正向以及上、下方向无限延伸,而在每一个与X 坐标垂直的截面上物体的温度都相等的物体。例子:一块几何上为有限厚度的平板,起初具有均匀的温度,然后其一侧表面突然受到热扰动。当扰动的影响还局限在表面附近而尚未深入到平板内部去时,就可把该平板视为—“半无限大物体”。 12、对流换热定义？对流换热系数就是怎样定义出来的？影响h 的因素？研究h 的常用方法？ 答:流体流过固体表面时流体与固体间的热量交换称为对流传热。m t A h ??Φ = 。影响因素:(1)流体流动的动因(2)有无相变(3)流动状态(4)换热表面的几何因素(5)流体的物理性质。研究 方法:(1)分析法(2)实验法(3)比拟法(4)数值法。 13、傅里叶定律中的负号起什么作用？牛顿冷却公式就是如何解决的？)(w s t t h q -=与)(s w t t h q -=两式各自描述什么对流换热？ 答:负号说明热量传递方向与温度升高方向相反。牛顿冷却公式就是通过定义温差△t 的概念来解决的。△t 恒大于0、。)(w s t t h q -=就是凝结换热,而)(s w t t h q -=则就是计算流体 沸腾时的换热量。其中s t 为饱与流体温度,w t 为壁面温度。 14、流体流动边界层及其厚度与热边界层及其厚度的定义？边界层理论的要点？ 答:流动边界层:当流体流过固体壁面时,由于流体黏性的作用使得在固体壁面附近存在速度发生剧烈变化的薄层。达到主流速度的99%处距离y 为流动边界层厚度δ。热边界层:固体表面附近流体温度发生剧烈变化的薄层。一般以过余温度为来流过余温度的99%处定义为其厚度δt 。要点:1、边界层厚度远小于特征长度;2、边界层到过渡区,再到湍流,湍流分为湍流核心区,层流底层;3、把流场分为主流区与边界层区;4主流区列出惯性流体微分方程,边界层区列粘性流体微分方程。 15、相似原理的主要内容？怎么判断两物理现象相似？相似原理的用途？通过相似原理对于强制对流换热,自然对流换热,非稳态无限大平板问题可以表示成什么无因次量的函数关系？ 答:主要内容:同名相似特征数相等;同一类现象中相似特征数的数量及其间的关系;两个同类物理现象相似的充要条件。判断:同名的已定特征数相等;单值性条件相似(初始条件、边界条件、
2012高等传热学试卷
合肥工业大学机械与汽车工程学院研究生考试试卷 课程名称 高等传热学 考试日期 2012-12-19 姓名 年级 班级 学号 得分 所有答案写在答题纸上，写在试卷上无效！！ 一、简答题（每题10分，共50分） 1. 简述三种基本传热方式的传热机理并用公式表达传热定律；传热问题的边界条件有哪两类？ 2. 有限元法求解传热问题的基本思想是什么？基本求解步骤有哪些？同有限差分方法相比其优点是什么？ 3. 什么是形函数？形函数的两个最基本特征是什么？ 4. 加权余量法是建立有限元代数方程的基本方法，请描述四种常见形式并用公式表达。 5. 特征伽辽金法（CG ）在处理对流换热问题时遇到什么困难？特征分离法（CBS ）处理对流换热问题的基本思想是什么？ 二、计算题（第1, 2题各15分，第3题20分，共50分） 1. 线性三角元的顶点坐标（单位：cm ）为：i (2, 2)、j (6, 4)、k (4, 6)，温度分别为 200℃, 180℃和 160℃，热导率k =0.5W/m ℃。试计算： （1）点（3，4）的温度及x 和y 方向的热流分量； （2）绘制170℃等温线。 2. 计算图1所示的二次三角元在点（2, 5）处的y N x N ????66和。 3. 图2所示一维方肋处于热稳定状态，截面2mm ×2mm ，长3cm ，热导率为k =100W/m ℃。左端面维持恒定温度150℃，右端面绝热，其余表面和空气间的对流换热系数h =120W/m 2，空气温度T a =20℃。请采用3个一维线元计算距左侧端面分别为1cm 、2cm 的截面和右侧端面的温度。提示：稳态导 热有限元代数方程：[]{}{}f T K =。单元截面积A ，截面周长P ，单元刚度矩阵：[]??????+??????--=211261111hPl l Ak e K ，单元载荷项：{}??????=112Pl hT a e f 。 -------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------- 装 订 线 T=150℃ 绝热 3cm 2mm 图1 图2