必须掌握-传热学1

绪论

一、名词解释

热流量:单位时间内通过某一给定面积的热量称为热流量。

热流密度：通过单位面积的热流量称为热流密度

对流换热：流体流过一个物体表面时流体与物体表面间的热量传递过程称之为对流换热。传热过程：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。

二、解答题和分析题

1、热量、热流量与热流密度有何联系与区别?

热量Q：系统与外界依靠温差传递的能量(过程量），单位J；热流量指单位时间内通过某一给定面积的流量，单位W，热流密度指通过单位面积的热流量。

2、描述导热、对流换热及辐射换热三种传递方式之间的联系与区别。

或（热量的传递有哪三种基本方式？试用简练的语言说明这三种热传递方式之间的联系和区别。）

导热和对流两种热量传递方式，只能在物质条件下才能实现。而热辐射不需要中间介质，可以在真空中传递，而且在真空中辐射热与吸收热相等。

物体温度T>0K时,就有辐射能发射;在辐射传热过程中,不仅有能量的转移,并且伴随有能量形式的转换.即在发射时,从热能转换为辐射能;在吸收时,由辐射能转换为热能.

辐射传热是一种双向传热过程,即不仅高温物体向低温物体辐射热能,而且低温物体也向高温物体辐射热能.

物体的辐射能力与温度有关,同一温度下不同物体的辐射与吸收本领不大一样.

“热对流”与“对流换热”是否为同一现象?对流换热是否属于基本的传热方式?

不是同一现象.热对流是指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,热立体相互掺混所导致的热量传递过程。热对流仅能发生在流体中，工程上特别感兴趣的是流体流过一个物体表面时流体与物体表面间的热量传递过程，并称之为对流传热，以区分于一般意义上的热对流。

导热系数、表面换热系数及传热系数的单位分别是什么？哪些是物性参数，哪些与过程有关？

①导热系数的单位是：W/(m.K)；②表面传热系数的单位是：W/(m2.K)；③传热系数的单位是：

W/(m2.K)。这三个参数中，只有导热系数是物性参数，其它均与过程有关。

5、保温瓶散热过程分析。

热量从保温瓶内的热水散失到周围环境中去的过程包括哪些环节？

这里要特别指出，保温瓶之所以可以保温的原因主要在于，制造保温瓶时在上述第3个环节上采取了以下削弱传热的措施：

1）瓶胆夹层中抽成真空，从而排除了夹层中空气的导热与对流；

2）在夹层的两壁上涂有一层辐射黑度ε很小的硝酸银层(即银白色涂层)，从而大大减少了夹层两壁面间的辐射换热。

使用保温瓶时，如果不小心破坏了瓶胆下部抽气封口的密封，空气进入夹层后将使保温性能大大下降。

保温瓶：热水（对流传热）>>>内层瓶胆壁（辐射传热）>>>外层瓶胆壁（对流传热及辐射传热）>>>外壳（对流传热及辐射传热）>>>空气

6、分析置于室外大气中的架空输送高温油（或蒸汽）的管道有哪些传热环节？

如果管道外面加保温层，则又包括哪些传热环节？

高温油(对流传热)>>>管子内壁(导热)>>>管子外壁(对流传热及辐射传热)>>>室外大气

高温油(对流传热)>>>管子内壁(导热)>>>管子外壁(接触传热及辐射传热)>>>保温层内侧(导热)>>>保温层外侧(对流传热及辐射传热)>>>室外环境

7 室内暖气片、锅炉的省煤器有哪些传热环节。

暖气片:热水(对流传热)>>>管子内壁(导热)>>>管子外壁(对流传热及辐射传热)>>>室内环境

省煤器:烟气(辐射传热及对流传热)>>>管子外壁(导热)>>>管子内壁(对流传热)>>>水

8、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？

棉被在经过晾晒以后,可使棉花的间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,而空气的导热系数较小,所以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.

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？

假定人体表面温度相同时,人体的散热量在有风时相当于强制对流换热,而在无风时属于自然对流换热(不考虑热辐射或假定热辐射换热量相同时).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,所以感觉更冷一些.

夏季在维持20℃室内工作，穿单衣感到舒适，而冬季保持在22℃的室内工作时，为什么必须穿绒衣才觉得舒服？

首先,冬季和夏季最大的区别是室外的温度的不同.夏季室外的温度比室内气温高,因此通过墙壁的热量传递方向是由室外传向室内.而冬季室外温度比室内低,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是不样的,夏季高而冬季低.因此尽管冬季室内温度比夏季略高,但人体在冬季通过辐射与墙壁的散热比夏季高很多.而人体对冷感的感受主要是散热的原理,在冬季散热量大,因此要穿厚一些的绒衣.

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？

结霜的冰箱耗电量大

当其他条件相同时，冰箱的结霜相当于在冰箱蒸发器和冰箱冷冻箱之间增加了一个附加热阻，因此，需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，结霜的冰箱耗电量大

用铝制的水壶烧开水时，尽管炉火很旺，但水壶仍安然无恙。但一旦壶内的水烧干后，水壶很快就被烧坏。试从传热学的观点分析这一现象。

当壶内有水时，可以对壶底进行很好的冷却（水对壶底的对流换热系数大），壶底的热量被很快传走

而不至于温度升得很高；当没有水时，和壶底发生对流换热的是气体，因为气体发生对流换热的表面换

热系数小，壶底的热量不能很快被传走，故此壶底升温很快，容易被烧坏。

传热学-第一章习题答案

传热学习题答案第一章蓝色字体为注释部分 1-4、对于附图中所示的两种水平夹层，试分析冷、热表面间的热量交换方式有什么不同？如果要通过实验来测定夹层中流体的导热系数，应采用哪种布置？答：图（a）的热量交换方式为导热（热传导），图（b）的热量交换方式为导热（热传导）及自然对流。应采用图(a)的方式来测定流体的导热系数。解释：因为图(a)热面在上，由于密度不同，热流体朝上，冷流体朝下，冷热流体通过直接接触来交换热量，即导热；而图（b）热面在下，热流体密度小，朝上运动，与冷流体进行自然对流，当然也有导热。因为图（a）中只有导热，测定的传热系数即为导热系数；而图（b）有导热和自然对流方式，测定的传热系数为复合传热系数。 1-6、一宇宙飞船的外形如附图所示，其中外遮光罩是凸出于飞船船体之外的一个光学窗口，其表面的温度状态直接影响飞船的光学遥感器。船体表面各部分的表面温度与遮光罩的表面温度不同。试分析：飞船在太空中飞行时与外遮光罩表面发生热交换的对象可能有哪些？换热方式是什么？答：可能与外遮光罩表面发生热交换的对象有两个：一个是外遮光罩表面与外太空进行辐射换热，另一个是外遮光罩表面与船体表面进行辐射换热。解释：在太空中，只有可能发生热辐射，只要温度大于0K，两个物体就会发生辐射换热。 1-9、一砖墙的表面积为12m2,厚260mm，平均导热系数为1.5W/(m.K)，设面向室内的表面温度为25℃，外表面温度为-5℃，试确定此砖墙向外界散失的热

= 8.5 =0.7?5.67?10-8?(2504-0) 量。 Φ=A λ(t-t)δw1w2 解：=12?1.5 ? (25-(-5)) 0.26 =2076.92W 此砖墙向外界散失的热量为2076.92W。 1-12、在一次测定空气横向流过单根圆管的对流换热实验中，得到下列数据：管壁平均温度t w=69℃，空气温度t f=20℃，管子外径d=14mm，加热段长80mm，输入加热段的功率为8.5W。如果全部热量通过对流传热传给空气，试问此时的对流传热表面传热系数多大？解：此题为对流传热问题，换热面积为圆管外侧表面积，公式为： Φ=hA(t-t)=h?πdl?(t-t) w f w f h=Φ πdl?(t-t) w f ∴ 3.14?0.014?0.08?(69-20) =49.3325W (m2?K) 此时的对流传热表面传热系数49.3325W/(m2.K) 1-18、宇宙空间可近似地看成为0K的真空空间。一航天器在太空中飞行，其外表面平均温度为250K，表面发射率为0.7，试计算航天器单位表面上的换热量。解：此题为辐射换热问题，公式为： q=εσ(T4-T4) 12 =155.04W m2 航天器单位表面上的换热量为155.04W/m2。

传热学第一章答案第四版-杨世铭-陶文铨汇总

传热学习题集第一章思考题 1．试用简练的语言说明导热、对流换热及辐射换热三种热传递方式之间的联系和区别。答：导热和对流的区别在于：物体内部依靠微观粒子的热运动而产生的热量传递现象，称为导热；对流则是流体各部分之间发生宏观相对位移及冷热流体的相互掺混。联系是：在发生对流换热的同时必然伴生有导热。导热、对流这两种热量传递方式，只有在物质存在的条件下才能实现，而辐射可以在真空中传播，辐射换热时不仅有能量的转移还伴有能量形式的转换。 2．以热流密度表示的傅立叶定律、牛顿冷却公式及斯忒藩－玻耳兹曼定律是应当熟记的传热学公式。试写出这三个公式并说明其中每一个符号及其意义。答：① 傅立叶定律： dx dt q λ-=，其中，q －热流密度；λ－导热系数；dx dt －沿x 方向的温度变化率，“－”表示热量传递的方向是沿着温度降低的方向。 ② 牛顿冷却公式：)(f w t t h q -=，其中，q －热流密度；h －表面传热系数；w t －固体表面温度；f t －流体的温度。 ③ 斯忒藩－玻耳兹曼定律：4T q σ=，其中，q －热流密度；σ－斯忒藩－玻耳兹曼常数；T －辐射物体的热力学温度。 3．导热系数、表面传热系数及传热系数的单位各是什么？哪些是物性参数，哪些与过程有关？答：① 导热系数的单位是：W/(m.K)；② 表面传热系数的单位是：W/(m 2.K)；③ 传热系数的单位是：W/(m 2.K)。这三个参数中，只有导热系数是物性参数，其它均与过程有关。 4．当热量从壁面一侧的流体穿过壁面传给另一侧的流体时，冷、热流体之间的换热量可以通过其中任何一个环节来计算（过程是稳态的），但本章中又引入了传热方程式，并说它是“换热器热工计算的基本公式”。试分析引入传热方程式的工程实用意义。答：因为在许多工业换热设备中，进行热量交换的冷、热流体也常处于固体壁面的两侧，是工程技术中经常遇到的一种典型热量传递过程。 5．用铝制的水壶烧开水时，尽管炉火很旺，但水壶仍然安然无恙。而一旦壶内的水烧干后，水壶很快就烧坏。试从传热学的观点分析这一现象。答：当壶内有水时，可以对壶底进行很好的冷却（水对壶底的对流换热系数大），壶底的热量被很快传走而不至于温度升得很高；当没有水时，和壶底发生对流换热的是气体，因为气体发生对流换热的表面换热系数小，壶底的热量不能很快被传走，故此壶底升温很快，容易被烧坏。 6．用一只手握住盛有热水的杯子，另一只手用筷子快速搅拌热水，握杯子的手会显著地感到热。试分析其原因。答：当没有搅拌时，杯内的水的流速几乎为零，杯内的水和杯壁之间为自然对流换热，自热对流换热的表面传热系数小，当快速搅拌时，杯内的水和杯壁之间为强制对流换热，表面传热系数大，热水有更多的热量被传递到杯壁的外侧，因此会显著地感觉到热。 7．什么是串联热阻叠加原则，它在什么前提下成立？以固体中的导热为例，试讨论有哪些情况可能使热量传递方向上不同截面的热流量不相等。答：在一个串联的热量传递过程中，如果通过每个环节的热流量都相同，则各串联环节的总热阻等于各串联环节热阻的和。例如：三块无限大平板叠加构成的平壁。例如通过圆筒壁，对于各个传热环节的传热面积不相等，可能造成热量传递方向上不同截面的热流量不相等。 8.有两个外形相同的保温杯A 与B ，注入同样温度、同样体积的热水后不久，A 杯的外表面就可以感觉到热，而B 杯的外表面则感觉不到温度的变化，试问哪个保温杯的质量较好？

传热学1第一章

第一章导热理论基础第一节基本概念及傅里叶定律一、基本概念 1. 温度场温度场是指某一时刻，物体的温度在空间上的分布。一般地说，它是时间和空间的函数，对直角坐标系即 () =,,,τ(1-1) t f x y z 式中t-温度； x y z ,,-直角坐标系的空间坐标； τ-时间。 2. 等温面与等温线同一时刻，温度场中所有温度相同的点连接所构成的面叫做等温面。不同的等温面与同一平面相交，则在此平面上构成一簇曲线，称为等温线。图-1-1房屋墙角内的温度场图1-2 温度梯度

3. 温度梯度 grad t t n n ?= ? （1-3）在直角坐标系中，温度梯度可表示为 grad k z t j y t i x t t ??+??+??= （1-4）在圆柱坐标系中，参看图1-3，温度梯度可表示为 grad r z 1t t t t e e e r r z φφ???= ++??? （1-5）在圆球坐标系中，参看图1-3，温度梯度可表示为 grad t = r θ11sin t t t e e e r r r θ?θ φ???++??? （1-6）图1-3 圆柱和圆球坐标系图1-3 圆柱和圆球坐标系 4. 热流矢量热流矢量q 在直角坐标系三个坐标轴上的分量为x q 、y q 、z q 。而且 x q q =i +y q j +z q k (1-7) 热流矢量q 在圆柱坐标系三个坐标轴上的分量为r q 、q φ、z q ， r r z z q q e q e q e φφ=++ (1-8) 热流矢量q 在圆球坐标系三个坐标轴上的分量为r q 、q φ、q θ， r r θq q e q e q e φφθ=++ (1-9)

传热学知识点总结

Φ-=B A c t t R 1211k R h h δλ=++传热学与工程热力学的关系： a 工程热力学研究平衡态下热能的性质、热能与机械能及其他形式能量之间相互转换的规律，传热学研究过程和非平衡态热量传递规律。 b 热力不考虑热量传递过程的时间，而传热学时间是重要参数。 c 传热学以热力学第一定律和第二定律为基础。传热学研究内容传热学是研究温差引起的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。热传导 a 必须有温差 b 直接接触 c 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 d 没有能量形式的转化热对流 a 必须有流体的宏观运动，必须有温差； b 对流换热既有对流，也有导热； c 流体与壁面必须直接接触； d 没有热量形式之间的转化。热辐射： a 不需要物体直接接触，且在真空中辐射能的传递最有效。 b 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。 c ．只要温度大于零就有．．．．．．．．．能量．．辐射。．．． d ．物体的．．．辐射能力与其温度性质．．．．．．．．．．有关。．．．传热热阻与欧姆定律在一个串联的热量传递的过程中，如果通过各个环节的热流量相同，则各串联环节的的总热阻等于各串联环节热阻之和（I 总=I1+I2，则R 总=R1+R2）第二章温度场：描述了各个时刻．．．．物体内所有各点．．．．的温度分布。稳态温度场：：稳态工作条件下的温度场，此时物体中个点的温度不随时间而变非稳态温度场：工作条件变动的温度场，温度分布随时间而变。等温面：温度场中同一瞬间相同各点连成的面等温线：在任何一个二维的截面上等温面表现为肋效率：肋片的实际散热量ф与假设整个肋表面．．．处于肋基温度．．．．时的理想散热量ф0 之比接触热阻 Rc :壁与壁之间真正完全接触，增加了附加的传递阻力三类边界条件第一类：规定了边界上的温度值第二类：规定了边界上的热流密度值第三类：规定了边界上物体与周围流体间的表面．．传热系数．．．．h 及周围．．流体的温度．．．．．。导热微分方程所依据的基本定理傅里叶定律和能量守恒定律傅里叶定律及导热微分方程的适用范围适用于：热流密度不是很高，过程作用时间足够长，过程发生的空间尺度范围足够大不适用的：a 当导热物体温度接近0k 时b 当过程作用时间极短时c 当过成发生的空间尺度极小，与微观粒子的平均自由程相接近时

数值传热学第一章

主讲西安交通大学能源与动力工程学院热流中心CFD-NHT-EHT CENTER 2010年9月13日,西安数值传热学第一章绪论

课程简介 1. 教材－《数值传热学》第二版，2001 2. 学时－45学时理论教学；10学时程序教学 3. 考核－平时作业/计算机大作业：考试－40/60；考查－60/40 4. 方法－开放，参与，应用 5. 助手－喻志强，张虎，谷伟，凌空，封永亮

有关的主要国外期刊 1.Numerical Heat Transfer, Part A-Applications; Part B- Fundamentals 2.International Journal of Numerical Methods in Fluids. https://www.360docs.net/doc/fd1465356.html,puter & Fluids 4.Journal of Computational Physics 5.International Journal of Numerical Methods in Engineering 6.International Journal of Numerical Methods in Heat and Fluid Flow https://www.360docs.net/doc/fd1465356.html,puter Methods of Applied Mechanics and Engineering 8.Engineering Computations 9.Progress in Computational Fluid Dynamics 10. Computer Modeling in Engineering & Sciences (CMES) 11.ASME Journal of Heat Transfer 12.International Journal of Heat and Mass Transfer 13.ASME Journal of Fluids Engineering 14.International Journal of Heat and Fluid Flow 15.AIAA Journal

数值传热学chapter_1

主讲陶文铨西安交通大学能源与动力工程学院热流中心CFD-NHT-EHT CENTER 2009年9月7日,西安数值传热学第一章绪论

课程简介 1. 教材－《数值传热学》第二版，2001 2. 学时－45学时理论教学；10学时程序教学 3. 考核－平时作业/计算机大作业：考试－40/60；考查－60/40 4. 方法－开放，参与，应用 5. 助手－郭东之，周文静，李兆辉

传热学第一章习题详解

第一章思考题 1．试用简练的语言说明导热、对流换热及辐射换热三种热传递方式之间的联系和区别。答：导热和对流的区别在于：物体内部依靠微观粒子的热运动而产生的热量传递现象，称为导热；对流则是流体各部分之间发生宏观相对位移及冷热流体的相互掺混。联系是：在发生对流换热的同时必然伴生有导热。导热、对流这两种热量传递方式，只有在物质存在的条件下才能实现，而辐射可以在真空中传播，辐射换热时不仅有能量的转移还伴有能量形式的转换。 2．以热流密度表示的傅立叶定律、牛顿冷却公式及斯忒藩－玻耳兹曼定律是应当熟记的传热学公式。试写出这三个公式并说明其中每一个符号及其意义。答：① 傅立叶定律： dx dt q λ-=，其中，q －热流密度；λ－导热系数；dx dt －沿x 方向的温度变化率，“－”表示热量传递的方向是沿着温度降低的方向。 ② 牛顿冷却公式： )(f w t t h q -=，其中，q －热流密度；h －表面传热系数；w t －固体表面温度；f t －流体的温度。 ③ 斯忒藩－玻耳兹曼定律：4T q σ=，其中，q －热流密度；σ－斯忒藩－玻耳兹曼常数；T －辐射物体的热力学温度。 3．导热系数、表面传热系数及传热系数的单位各是什么？哪些是物性参数，哪些与过程有关？答：① 导热系数的单位是：W/(m.K)；② 表面传热系数的单位是：W/(m 2.K)；③ 传热系数的单位是：W/(m 2.K)。这三个参数中，只有导热系数是物性参数，其它均与过程有关。 4．当热量从壁面一侧的流体穿过壁面传给另一侧的流体时，冷、热流体之间的换热量可以通过其中任何一个环节来计算（过程是稳态的），但本章中又引入了传热方程式，并说它是“换热器热工计算的基本公式”。试分析引入传热方程式的工程实用意义。答：因为在许多工业换热设备中，进行热量交换的冷、热流体也常处于固体壁面的两侧，是工程技术中经常遇到的一种典型热量传递过程。 5．用铝制的水壶烧开水时，尽管炉火很旺，但水壶仍然安然无恙。而一旦壶内的水烧干后，水壶很快就烧坏。试从传热学的观点分析这一现象。答：当壶内有水时，可以对壶底进行很好的冷却（水对壶底的对流换热系数大），壶底的热量被很快传走而不至于温度升得很高；当没有水时，和壶底发生对流换热的是气体，因为气体发生对流换热的表面换热系数小，壶底的热量不能很快被传走，故此壶底升温很快，容易被烧坏。 6．用一只手握住盛有热水的杯子，另一只手用筷子快速搅拌热水，握杯子的手会显著地感到热。试分析其原因。答：当没有搅拌时，杯内的水的流速几乎为零，杯内的水和杯壁之间为自然对流换热，自热对流换热的表面传热系数小，当快速搅拌时，杯内的水和杯壁之间为强制对流换热，表面传热系数大，热水有更多的热量被传递到杯壁的外侧，因此会显著地感觉到热。 7．什么是串联热阻叠加原则，它在什么前提下成立？以固体中的导热为例，试讨论有哪些情况可能使热量传递方向上不同截面的热流量不相等。答：在一个串联的热量传递过程中，如果通过每个环节的热流量都相同，则各串联环节的总热阻等于各串联环节热阻的和。例如：三块无限大平板叠加构成的平壁。例如通过圆筒壁，对于各个传热环节的传热面积不相等，可能造成热量传递方向上不同截面的热流量不相等。 8.有两个外形相同的保温杯A 与B ，注入同样温度、同样体积的热水后不久，A 杯的外表面就可以感觉到热，而B 杯的外表面则感觉不到温度的变化，试问哪个保温杯的质量较好？

传热学第一章答案

第一章 3.一建筑物玻璃窗的尺寸为1m*1.2m ，已知其内表面温度为20℃，外表面温度为5℃，玻璃的热导系数为0.65W/(m*k)，试求通过玻璃的散热量损失。若改用双low-e 膜双中空玻璃，其散热量损失为多少？ 6.一厚度为50mm 的无限大平壁，其稳态温度分布为t=a+bxx （℃）式中a=200℃，b=-2000℃。若平壁材料导热系数为45W/(m*k)，试求：屏蔽两侧表面处的热流密度。平壁中是否有内热源？为什么？若有的话，它的强度是多大？已知：50mm σ=、2t a bx =+、200a =℃、2000b =-℃/m 2、45()W m K λ=? 求：（1）0x q =、6x q = （2）v q 解：（1）000 20x x x dt q bx dx λλ====-=-= 3322452(2000)5010910x x x dt W q bx m dx σσσ λλ-====-=-=-??-??=? （2）由220v q d t dx λ += 2332245(2000)218010v d t W q b m dx λλ=-=-=-?-?=? 9.一半经为R 的实心球，初始温度均匀并等于To ，突然将其放入一定温度恒定并等于Tf 的液体槽内冷却。已知球的热物性参数λ，ρ，C.球壁表面的传热系数为h ，试写出描写球体冷却过程的完整数学描述。取如图所示球坐标，其为无内热源一维非稳态导热故有： 22t a t r r r r τ?????= ?????? 00,t t τ== 0, 0t r r ?==? ,()f t r R h t t r λ?=-=-? 10.从宇宙飞船中伸出一根细长的散热棒，已辐射散热将热量散布到外部空间去，已知，棒的黑度为ε，导热系数为λ，棒的长度为l ，横截面面积为f ，截面周长为U ，棒根部温度为To ，外部空间是绝对零度的黑体，是写出描写帮温度分布的导热微分方程式和相应的边界条件。解：建立如图坐标，在x=x 位置取dx 长度微元体，根据能量守恒有：

数值传热学(课件)-1

热流问题的数值计算
Numerical Simulations of Thermal & Fluid Problems
第一章绪论
主讲陶文铨
西安交通大学能源与动力工程学院热流中心 CFD-NHT-EHT CENTER 2007年10月16日, 西安
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物理问题数值解的基本思想把原来在空间与时间坐标中连续的物理量的场 (如速度场,温度场,浓度场等),用一系列有限个离散点(称为节点,node)上的值的集合来代替; 通过一定的原则建立起这些离散点上变量值之间关系的代数方程 (称为离散方程,discretization
equation);求解所建立起来的代数方程以获得所求
解变量的近似解.
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大规模科学计算的重要性传热与流动问题数值计算是应用计算机求解热量传递过程中的速度场,温度场等的分支学科,是大规模科学计算的重要组成部分,其重要性不言而喻. 2005年美国总统顾问委员会向美国总统提出要大力发展计算科学以确保美国在世界上的竞争能力. 波音公司实现了对航空发动机的网格数达10亿量级的直接数值模拟,以研究所设计发动机的性能.
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现代科学研究的三大基本方法及其关系
理论分析
Analytical
实验研究
Experimental
数值模拟
Numerical
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课程简介
1. 学时- 30学时理论教学;6学时计算机作业 2. 考核- 平时作业/计算机大作业/考试: 20/30/50 3. 方法- 理解,参与,应用努力将与数学处理相对应的物理背景联系起来理解. 4. 助手- 于乐 5. 参考教材-《计算流体力学与传热学》,中国建筑工业出版社,1991
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数值传热学作业-第一章

1、二维非稳态导热微分方程：S Y T X T t T p +??+??=)2222c （λδδρ。对于时间步进（x 方向，y 方向）及空间而言，该方程为何种类型的方程？解：将二维非稳态导热微分方程化为：0c 2222=+-??+??S t T Y T X T p δδρλλ （1）x 方向：0,0,a ===c b λ。则：04b 2=-=?ac ，所以该二维非稳态导热方程为抛物型方程。（2）y 方向：0,0,a ===c b λ。则：04b 2=-=?ac ，所以该二维非稳态导热方程也为抛物型方程。（3）对于空间而言，二维非稳态导热方程可知：,0,a b c λλ===则：2240b ac λ?=-=-<，所以该二维非稳态导热方程为椭圆型方程。 2、（补充不可压、常物性的条件。写出守恒型和非守恒型控制方程，并推导二者关系。）解：由题可知，该流体为不可压缩、常物性流体，而且是有内热源的二维问题。守恒型控制方程：质量守恒方程：0=??+??y v x u ；由于流体自身条件，使得0==v u S S ，得动量守恒方程：()()??? ? ????+??+??-=??+??22221y u x u v x p y vu x uu ρ ()()??? ? ????+??+??-=??+??22221y v x v v y p y vv x uv ρ ；能量守恒方程：()()T S y T x T a y vT x uT +??? ? ????+??=??+??2222 . 非守恒型控制方程：质量守恒方程：无非守恒型动量守恒方程：??? ? ????+??+??-=??+??22221y u x u v x p y u v x u u ρ ??? ? ????+??+??-=??+??22221y v x v v y p y v v x v u ρ ；

传热学第四版第一章

第一章 1-1夏天的早晨，一个大学生离开宿舍时的温度为20℃。他希望晚上回到房间时的温度能够低一些，于是早上离开时紧闭门窗，并打开了一个功率为15W 的电风扇，该房间的长、宽、高分别为5m 、3m 、2.5m 。如果该大学生10h 以后回来，试估算房间的平均温度是多少？解：因关闭门窗户后，相当于隔绝了房间内外的热交换，但是电风扇要在房间内做工产生热量：为J 5400003600 1015＝??全部被房间的空气吸收而升温，空气在20℃时的比热为：1.005KJ/Kg.K,密度为1.205Kg/m 3,所以89.11005.1205.15.235105400003 =?????=?-t 当他回来时房间的温度近似为32℃。 1-2理发吹风器的结构示意图如附图所示，风道的流通面积2 260cm A =，进入吹风器的空气压力kPa p 100=，温度251=t ℃。要求吹风器出口的空气温度472=t ℃，试确定流过吹风器的空气的质量流量以及吹风器出口的空气平均速度。电加热器的功率为1500W 。解： 1-3淋浴器的喷头正常工作时的供水量一般为每分钟31000cm 。冷水通过电热器从15℃被加热到43℃。试问电热器的加热功率是多少？为了节省能源，有人提出可以将用过后的热水（温度为38℃）送入一个换热器去加热进入淋浴器的冷水。如果该换热器能将冷水加热到27℃，试计算采用余热回收换热器后洗澡15min 可以节省多少能源？解： 1-4对于附图所示的两种水平夹层，试分析冷、热表面间热量交换的方式有何不同？如果要通过实验来测定夹层中流体的导热系数，应采用哪一种布置？解：（a ）中热量交换的方式主要为热传导。（b ）热量交换的方式主要有热传导和自然对流。所以如果要通过实验来测定夹层中流体的导热系数，应采用（a ）布置。 1-5 一个内部发热的圆球悬挂于室内，对于附图所示的三种情况，试分析：（1）圆球表面散热的方式；（2）圆球表面与空气之间的换热方式。解：（2）圆球为表面传热方式散热。（1）换热方式：（a ）自然对流换热；（b ）自然对流与强制对流换热相当的过渡流传热；（c ）强制对流换热； 1-6 一宇宙飞船的外形示于附图中，其中外遮光罩是凸出于飞船体之外的一个光学窗口，其表面的温度状态直接影响到飞船的光学遥感器。船体表面各部分的表面温度与遮光罩的表面温度不同。试分析，飞船在太空中飞行时与遮光罩表面发生热交换的对象可能有哪些？换热的方式是什么？解：一遮光罩与外界发生辐射换热及遮光罩外表与船体外表进行辐射。传热方式为（辐射） 1-7 热电偶常用来测量气流温度。如附图所示，用热电偶来测量管道中高温气流的温度T f ,壁管温度f w T T <。试分析热电偶结点的换热方式。解：具有管道内流体对节点的对流换热，沿偶丝到节点的导热和管道内壁到节点的热辐射。 1-8 热水瓶胆剖面的示意图如附图所示。瓶胆的两层玻璃之间抽成真空，内胆外壁及外胆内壁涂了反射率很低的银。试分析热水瓶具有保温作用的原因。如果不小心破坏了瓶胆上抽气

传热学知识点总结材料

第一章 §1-1 “三个W” §1-2 热量传递的三种基本方式 §1-3 传热过程和传热系数要求：通过本章的学习，读者应对热量传递的三种基本方式、传热过程及热阻的概念有所了解，并能进行简单的计算，能对工程实际中简单的传热问题进行分析（有哪些热量传递方式和环节）。作为绪论，本章对全书的主要容作了初步概括但没有深化，具体更深入的讨论在随后的章节中体现。本章重点： 1.传热学研究的基本问题物体部温度分布的计算方法热量的传递速率增强或削弱热传递速率的方法 2.热量传递的三种基本方式 (1).导热：依靠微观粒子的热运动而产生的热量传递。传热学重点研究的是在宏观温差作用下所发生的热量传递。傅立叶导热公式： (2).对流换热：当流体流过物体表面时所发生的热量传递过程。牛顿冷却公式： (3).辐射换热：任何一个处于绝对零度以上的物体都具有发射热辐射和吸收热辐射的能力，辐射换热就是这两个过程共同作用的结果。由于电磁波只能直线传播，所以只有两个物体相互看得见的部分才能发生辐射换热。黑体热辐射公式：实际物体热辐射： 3.传热过程及传热系数：热量从固壁一侧的流体通过固壁传向另一侧流体的过程。最简单的传热过程由三个环节串联组成。 4.传热学研究的基础傅立叶定律能量守恒定律+ 牛顿冷却公式+ 质量动量守恒定律四次方定律本章难点 1.对三种传热形式关系的理解各种方式热量传递的机理不同，但却可以（串联或并联）同时存在于一个传热现象中。2.热阻概念的理解严格讲热阻只适用于一维热量传递过程，且在传递过程中热量不能有任何形式的损耗。思考题： 1.冬天经太阳晒过的棉被盖起来很暖和，经过拍打以后，效果更加明显。为什么？ 2.试分析室暖气片的散热过程。

传热学第一章

第一章热力发电是最主要的发电方式。(燃煤发电，蒸汽-燃气联合循环发电，核能发电，地热发电，太阳能集热发电) 朗肯循环(最简单理想循环):燃料在锅炉1中燃烧,放出热量,水在锅炉中定压吸热,气化为饱和蒸汽,饱和蒸汽在锅炉过热器2中吸热成为过热蒸汽,蒸汽通过汽轮机3膨胀做功,并有一定的热损失,在汽轮机排气口,蒸汽呈低压湿蒸汽状态,在汽轮机中膨胀做功后的乏汽进入凝汽器5并凝结成水,放出潜热,给水泵将凝结水提高压力并重新泵入锅炉,完成一个循环。回热循环:效率低得主要原因在于工质平均吸热温度不高,可以提高蒸汽初参数,同时,采用给水回热是有效途径.把汽轮机中做过功的部分蒸汽,逐级抽出来加热给水,减少冷源损失,提高锅炉给水温度,从而提高蒸汽平均吸热温度,循环效率得到改善.中间在热循环:蒸汽初压提高,会引起乏汽的湿度增加,对汽轮机有害.先让新蒸汽进入汽轮机高压缸部分膨胀做功,将做功后的蒸汽引到锅炉的再热器中再热,然后在送到汽轮机的中低压缸部分继续膨胀做功,经过再热,乏汽的干度明显增大,避免了提高初压带来的困难。分类:做功原理(冲动式和反动式)，热力过程特征（凝汽式，背压式，调整抽汽式，中间再热式）蒸汽压力（低压1.2-2，中压2.1-4高压8.1-12.5超高压12.6-15亚临界15.1-22.5超临界22.1-27超超临界）型号：第一部分表示汽轮机的形式，第二部分表示汽轮机容量，新蒸汽参数，再热蒸汽参数，供热蒸汽参数，第三部分为厂家设计序号。N：凝汽式，B：背压式，C：一次调整抽气式，CC：二次调整抽气式，CB：抽气背压式，H：船用，Y：移动式。CC25-8.38/0.98/0.118表示二次调整抽气式汽轮机，功率为25MW，新蒸汽的压力为8.83MPa,第一次调整抽气压力，第二次调整抽气压力。第四章：蒸汽循环做功的主要4个过程:蒸汽在锅炉中的定压吸热过程,蒸汽在汽轮机中膨胀做功过程,汽轮机排气在凝汽器中定压放热过程,凝结水在给水泵中的升压过程。主要设备：凝汽器、凝结水泵、抽气器、循环水泵等。主要任务：冷端放热、回收工质；冷端放热、回收工质；热力除氧、改善凝水品质。分类：空冷和水冷两类系统，水冷分为直流供水和循环供水方式，空冷分为直接空冷和间接空冷。混合式凝汽器：这种凝汽器结构简单，冷却效果好，制造成本低。缺点是凝结水质问题。表面式凝汽器：由于水的传热系数比空气大，能保证凝汽器内维持高度真空和获得洁净的凝结水。影响凝汽器内蒸汽凝结过程的因素：水管的布置排列方式，蒸汽的流动速度，空气含量。影响凝汽器的传热特性的主要因素：流速、冷却管的直径、冷却管材料特性和传热面的清洁程度。凝汽器内压力的确定：过冷度：进口处压力下的饱和温度与热井中凝水温度的差。影响凝汽器压力的因素（冷切水进口的温度：与环境条件紧密相关，其次受冷却设备特性影响。进口温度越高，凝汽器的真空则越低。夏季环境温度高，冷却水温度高，真空则低。不良的冷却塔，冷却水得不到充分冷却，必然使凝汽器真空下降。冷却水温升：循环水的温升决定于循环倍率，循环倍率越大，温升则越小，凝汽器的真空就越高。即在循环水量一定时，机组负荷越大，循环水温升就越高，凝汽器真空则越低。反之，机组负荷一定时，循环水量越多，温升越小，凝汽器真空就越高。凝汽器传热端差：传热端差与传热系数有关，而传热系数是管外凝结放热、管壁及污垢导热和冷却水对流传热有关。循环倍率m：冷却循环水的流量与蒸汽量的比。循环倍率越大，则温升越小，凝汽器的真空及热力循环效率就越高。但循环倍率增大是以增多循环水泵功耗为代价，有个最佳值。多压多压凝汽器在何种情况有利：当冷却水进口温度较高时，m较小，在缺少冷却水和气温较高地区采用多压凝汽器有利。抽气设备: 抽气器的作用是将漏入凝汽器内空气不断地抽出，以维持凝汽器内的高度真空。抽气器的型式有机械式和喷射式两种。喷射式抽气器结构简单、工作可靠、制造成本低、维护方便、建立真空快。常用的喷射式抽气器有射汽抽气器和射水抽气器两种。启动抽气器的作用是在汽轮机启动前给凝汽器建立真空,以缩短机组启动时间。工质是新蒸汽。工作原理：新蒸汽进入工作喷嘴A，在喷嘴A膨胀速造成一个远高于音速的高速汽流射入混合室。高速汽流有很强的空吸作用，从而将从抽气口来的汽气混合汽流带走，并进入扩压管C .混合汽流在扩压管C中不断扩压，直到压力稍大于大气压力后排入大气。主抽气器的作用：是在汽轮机正常工作时使用，以维持凝汽器的高度真空，凝汽器内的汽气混合物由第一级抽气器抽出，并压缩到某一中间压力（低于大气压力），然后进入中间冷却器2。在中间冷却器2中，混合物中的部分蒸汽被凝结成水，而未凝结的汽气混合物又被第二级抽走。在第二级抽气器中，汽气混合物被压缩到略高于大气压力，再经第二级冷却器4进一步凝结并回收工质和热量。最后的空气和少量未凝结的蒸汽一起排入大气。射汽式抽气器工作特性:设计时，抽气器设计值选大，为正常工况的3-4倍，避免落入过负荷段。