第六版传热学知识点数理一天背完

绪论

1.热能传递的基本方式：热传导热对流热辐射

2.热传导当物体内有温度差或两个不同物体接触时，在各部分之间不发生相对位移的情况下，依靠物质微粒分子原子或自由电子的热运动产生的热传递现象，导热是物质的属性，可以在固体液体及气体中发生。在引力场下单纯的导热一般只发生在密实的固体中，液体和气体中可能出现对流。

3.热对流由于流体宏观运动引起的流体各部分之间发生相对位移，冷热流体相互掺杂引起的热量传递。工程上研究流体通过一个物体表面时流体对物体表面间热量传递的过程，称对流传热。流动起因分类为自然对流与强制对流，另有沸腾传热与凝结传热。

4.热辐射依靠物体表面发射可见和不可见射线电磁波又称光子传递热量。辐射与吸收的过程造成了以辐射方式进行的物体间的热量传递。

5.热流量单位时间内通过某一定面积的热量成为热流量

6.热流密度单位时间通过单位面积的热量

7.傅里叶定律牛顿冷却公式斯蒂芬玻尔兹曼定律

导热理论基础

1.温度场某一时刻物体的温度在空间上的分布，温度是三维坐标与时间的函数。温度不随时间变化的温度场为稳态温度场。

2.等温面与等温线温度场中所有温度相同的点连接构成等温面，不同的等温面与同一平面相交称为等温线。同一时刻同一地点不能具有一个以上的温度值，等温面线不会彼此相交。疏密反映区域导热热流密度的大小。

3.温度梯度沿不同方向单位距离的温度变化称为温度的变化率。以等温面上一点的法线方向为方向，数值等于这个最大温度变化率的矢量称为温度梯度。

4.热流矢量等温面上某点以通过该点的最大热流密度方向为方向，数值上等于沿该方向热流密度的矢量称为热流密度矢量。

5.傅里叶定律把热流矢量与温度梯度联系起来，热流矢量和温度梯度位于等温面的同一法线上，但指向温度降低的方向。

6.热导率热导率的数值就是物体中单位温度降低单位时间通过单位面积的到热量。热导率表征物质导热能力的大小。一般而言金属比非金属具有较高的热导率，物质的固相比它们的液相热导率高，液相比气相高，晶体又比无定形态具有较好的导热性能，晶体中的化学杂志会降低其热导率，纯金属比对应的合金具有高得多的热导率。许多工程材料在一定温度范围内可以认为是温度的线性函数。

7.气体气体热导率在0.006~0.6W/(mK）范围内。当气体压力升高时气体的密度增大，自由行程减小，乘积为常数。因而除非压力很低或者压力很高，可以认为气体的热导率不随压力发生变化。气体的热导率随温度的升高而增大，因为气体的分子运动平均速度和比定容热容均随温度升高而增大。气体中氢和氦的热导率远高于其他气体，4~9倍，因为分子质量很小，具有较高的平均速度。空气的热导率约为0.024W/(mK），双层玻璃窗中的玻璃夹层。混合气体的热导率不能像比热容那样用简单的部分求和确定，需要用实验方法测定。

8.液体液体的热导率在0.07~0.7W/(mK）范围内。液体的导热主要依靠晶体振动实现。温度升高时，非缔合液体或弱缔合液体，分子量是不变的，密度减小热导率下降。对于强缔合液体，水和甘油等，它们的分子量是变化的而且随温度变化，目前没有可解释的理论233。主要靠实验。水和甘油在一定范围内热导率随温度上升。

9.金属金属的热导率在12~428W/(mK）范围内。大多数纯金属的热导率随着温度的增大而减小。金属的导热主要依靠自由电子的迁移，其次晶格的振动。温度升高晶格振动的加强干扰了自由电子的运动使热导率下降。金属导热率和导热率互成比例。掺入杂质会破坏晶格的

完整性而干扰电子的运动使热导率减小。金属的加工会造成晶格的缺陷，因而化学成分相同的金属热导率也会因加工情况而有所不同。

10.非金属材料（介电体）建筑材料和保温保冷材料的热导率大约在0.025~3.0W/(mK）范围内。热导率都随温度的升高而增大。保温材料泡沫塑料制品298K时热导率不大于0.080，密度不大于300；保冷材料298K热导率不大于0.44，密度不大于60，吸水率不大于4%；泡沫橡胶制品273K0.0369510%。多孔材料填充孔隙的气体如空气具有低的热导率，良好的保温材料都是孔隙多。但是容重过轻，小的孔隙连成通道或者孔隙较大时会引起孔隙内空气对流作用加强以及孔隙壁辐射作用的加强，反而使热导率升高。气凝胶的热导率甚至低于空气，气凝胶固体是由非常小的彼此相连的三维网络结构构成，热量传递需要经过非常复杂的曲折回路，另外内部孔隙小于气体分子的平均自由程从而影响气相传热。气凝胶广泛应用与航空航天汽车及建筑领域。采用非金属材料窗框是建筑节能的有效措施之一。多孔材料的热导率受湿度影响很大，水分的渗入替代了相当一部分空气，水分的迁移也也传递了热量。对建筑物的围护结构应防潮、

11.纳米流体在低导热性能的液体中添加具有高导热性能的固体，形成一类新型高导热性能的固体粒子悬浮液。毫米或者微米级的粒子容易引起管道磨损阻塞，容易团聚沉淀，因而需要减小粒子的粒径不易沉淀且具有更大的表面积。纳米流体具有广阔的应用前景。

12.导热微分方程式在傅里叶定律的基础上，借助能量守恒与转化定律，建立起温度场通用微分方程，亦即导热微分方程式。

13.导热过程的单值性条件几何条件说明参与传热过程物体的几何形状和大小；物理条件说明参与导热过程的物体的物理特征如热导率密度比热容内热源等；边界条件说明物体边界上过程进行的特点。

14.第一类边界条件已知任何时刻物体边界面上的温度值

15.第二类边界条件已知任何时刻物体边界面上的热流密度值

16.第三类边界条件已知边界面周围流体温度和边界面与流体之间的表面传热系数非单纯的第三类边界条件时可能有对流与辐射并存的复合边界条件

17.第四类边界条件已知两物体表面紧密接触时的情形，接触面处两物体的温度相等，通过接触面的热流密度也相等

18.热扩散率表征物体加热或冷却时，物体内部各部分我温度趋向均匀一致的能力

19.傅里叶定律及导热微分方程的适用范围对于以下三种情况不适用温度效应：物体的温度接近0K时；时间效应：当过程作用时间极短，与材料本身固有的时间尺度相接近时；尺度效应：当过程发生的空间尺寸极小，与微观粒子平均自由行程相接近时

稳态导热

1.典型的一维稳态导热问题分析无限大平壁圆筒壁球壳

2.变截面或变导热系数的一维问题对于一维导热的第一类热边界条件问题，目的在于获得热流量的计算式，可以采用直接对傅里叶导热定律表达式积分的方法。

3.临界热绝缘直径为了减少管道的散热损失加保温层，热阻中保温层热阻和保温层外侧对流换热热阻之间的大小关系决定是否能减少热损失。临界直径为保温层热导率的2倍除以保温层外侧对流换热热阻。

4.神他妈的肋片在一些换热设备中，传热表面常常做成带肋的形式，加大了散热的表面积，可降低对流传热的热阻起到增强传热的作用。对于一个固体两侧与流体之间表面传热系数悬殊的传热过程，在表面传热系数较小的那一侧加肋壁以降低对流传热的热阻更有效。

5.等截面直肋的导热四个咸鱼假设条件材料的导热系数、表面传热系数以及肋高方向的横截面积均各自为常数；肋片温度在垂直于纸面方向即长度方向不发生变化，因此可以取一个截面（即单位长度）来分析；表面上的传热热阻远远大于肋片中的导热热阻，因而在任一截

面上肋片温度可以认为是均匀的；肋片顶端可以视为绝热，dt/dx=0

6.等截面直肋导热分析导热微分方程稳态一维有内热源然后积分得到结果得到过余温度沿肋高的分布

7.肋片散热稳态条件下，由肋片表面散至周围介质的热量应等于通过肋基导入肋片的热量，于是对过余温度分布求导，取肋基处乘以热导率和截面积乘-1完事。不考虑肋端散热，上式对于一般的工程计算特别是薄而高的肋片可以得到足够准确的结果，考虑肋端散热时，工程计算中将肋高加上肋片厚度的一半，再认为肋端是绝热的。

8.肋片效率肋片表面的温度是沿肋高逐渐降低的，肋片表面的平均温度必然低于肋基的温度。肋片效率就是衡量肋片散热有效程度的指标，它定义为在肋片表面平均温度下，肋片的实际散热量与假定整个肋片表面都处在肋基温度时理想散热量的比值，即th（ml）除以ml。

9.1/ch（ml）与th（ml）图的变化规律th（ml）的数值随ml的增加而趋于一定值，反映了肋片高度增加到一定程度时，再增加肋片高度散热量增加很少反而会导致肋片效率的降低。1/ch（ml）随着ml的增大而减小，ml大的肋片其肋端过余温度较低，肋片平均温度较低，肋片的效率也比较低，ml较小时有较高的肋片效率。材料尽量用热导率较大的材料以减少m，另外m随着环绕面积与界面积的商，某些场合下必须采用变截面肋片，提高肋片效率也减轻肋片重量。一般80%以上的肋片效率较好。

10.其它肋片其它的肋片都有各自相应的肋片效率，但计算公式复杂。于是做成曲线及肋片效率与各个参数之间的关系。

11.肋片总效率考虑肋片根部表面积的情况

12.如何判断是否应在基础表面上增加肋片增加肋片加大了对流面积，有利于减小总面积热阻，但是肋片增加了固体导热阻力。因此增加肋片是否有利取决于肋片的导热阻力与表面对流传热阻力之比及毕渥数，当Bi小于等于0.25时加肋总是有利的

13.接触热阻两个名义上相互接触的固体表面，实际接触仅发生在一些离散的面积元上，在未接触的界面之间的间隙中常常充满了流体介质，热量将以导热的方式穿过这层间隙，与两固体表面真正完全接触相比，增加了附加的传递热阻称为接触热阻。

14.减小接触热阻的方式在接触表面之间衬以热导率较大而硬度较低的银箔铜箔，对降低接触热阻有明显的效果；采用胀管或浸镀锡液；在接触面上涂一层特殊的热涂油，填充空隙代替空气。

15.二维稳态导热归结为导热量为形状因子S乘以热导率乘以温差。一坨形状因子见教材。非稳态导热

1.两类非稳态导热根据物体温度随时间的推移而变化的特性，非稳态导热可分为两类，物体的温度随时间推移逐渐趋于恒定的值以及物体的温度随时间而做周期性的变化。及瞬态的和周期性的两类。非稳态导热一般不能用热阻的方法来作问题的定量分析。

2.瞬态的非稳态导热的三个阶段第一阶段又称非正规状况阶段，特点是温度变化从边界面逐渐深入到物体内部，此时物体内各处温度随时间的变化率是不同的，温度分布受初始温度分布的影响很大。随着时间的推移，初始温度分布的影响逐渐消失，进入到第二阶段，此时物体内各处温度随时间变化的变化率具有一定的规律，称为正规阶段。物体加热和冷却的第三阶段就是建立新的稳态阶段，理论上需要无限长的时间才能达到，实际经过一段长时间后，物体各处的温度可以近似认为已达到新的稳态。

3.周期性非稳态导热的特点一方面物体内部各处的温度按一定的振幅随时间周期地波动，另一方面同一时刻物体内的温度分布也是振荡变化的。

4.Bi数Bi数表征平板导热热阻与对流传热热阻的相对大小

5.Fo数Fo数是非稳态导热过程的无量纲时间，表征非稳态导热进行的程度。在非稳态导热过程中，这一无量纲时间越打，扰动就越深入地传播到物体内部，因而物体内部各点的温度

越接近周围介质的温度。

6.Fo数大于等于0.2时，用级数的第一项描述已足够准确。在其大于等于0.2时，物体在任何给定点过余温度的对数将随时间按线性变化。在进入正常情况以后即Fo大于等于0.2，冷却率m不取决于时间，也不取决于空间位置，它仅取决于物体的热物性参数、形状和尺寸以及物体表面的边界条件。

7.Bi数变化对第三类边界条件下平板温度分布的影响Bi数趋于无穷说明表面传热系数趋于无限大，即对流传热热阻趋于0，平壁的表面温度几乎从冷却开始就立即降低到流体温度，此条件下相当于给定第一类边界条件；Bi趋于0时意味着物体的导热热阻趋于0，此时物体内的温度分布趋于均匀一致；Bi数在中间时温度分布也趋于中间。无穷大时定向点在壁面上，0时在无穷远处，中间时在壁面外。

8.抠脚的集总参数法Bi<0.1时，平壁中心与表面温度的差别小于等于5%，温度接近于一致。这种忽略物体内部热阻，认为物体温度趋于均匀一致的分析方法称为集总参数法。由物体冷却过程的热平衡关系给出：-pcVdθ/dτ=hAθ，然后一路推，θ=θ。exp（-BiFo），定型尺寸为V/A

9.集总参数法对三种形态的使用条件平板0.1圆柱体0.05球体0.033

10.时间常数pcV/（hA）具有时间的量纲，称为时间常数。这一参数对于测温元件如热电偶是重要的。时间常数的值越小表示测温元件能迅速地反应流体的温度变化。

11.半无限大物体的瞬态导热所谓半无限大物体，是指以无限大的y-z平面外为界面，在正x方向延伸至无穷远的物体，大地就可以看作半无限大物体，在实际工程中，对于一个有限厚度的物体，在所考虑的时间范围内，若渗透厚度小于本身的厚度，此时可以认为物体是个半无限大物体。然后就是第一类边界条件下θ=θwerfc（u），erf是高斯误差函数，erfc是高速误差补函数。第二类边界条件下即常热流密度作用下，θ（x，τ）=2qw/lanmuda根号a τ（x/根号aτ），ierfc是高斯补误差函数的一次积分，半无限大物体中的温度变化在某一厚度范围内比较明显，比如到一个x处过余温度已趋于0，delta（τ）称为半无限大物体的渗透厚度。

12.第二类边界条件瞬态导热的应用根据τ=0，t=t0，经过τ时间，测定试材表面温度和和离开试材表面距离为delta的试材温度t，然后带入定热流边界条件相除得到热扩散率。13.根据数学解析表达式测定一些参数就可以计算想得到的参数应用一维稳态导热问题的解，可以测非金属材料导热系数有平板法元球法等；应用一维稳态可以用12中的方法求得热扩散率；应用稳态过渡到非稳态导热问题的解，可以同时从测定导热系数和热导率导热问题的反问题即由温度场求未知参数

14.其它形状物体的瞬态导热是Bi，Fo以及无量纲距离的函数，诺模图无量纲中心温度无量纲温度无量纲热流（与它从初始温度变化到等于周围流体温度时吸收或放出的热量）然后就是那啥Fo大于等于0.2时进入正常阶段，Bi<0.1时用集总参数法分析，对于无限长圆柱体和球体采用半径，对于其他不规则物体则采用L=V/A

15.无限长直角柱体有限长圆柱体和六面体可以看作几个形式的温度场叠加，对应位置对应时间的过余温度与初始过余温度的比值等于几个温度场的对应位置对应时间与初始过于温度比值的乘积。

16.这章真踏马多周期性非稳态导热工程上吧室外空气与太阳辐射两者对维护结构的共同作用用一个假想温度te来衡量，称为综合温度。在室外综合温度的周期波动下，围护结构各点都会产生周期波动，如把平均值求出则波动最大值与平均值之差称为波动振幅用A表示。可以看出从内到外表面温度波振幅逐层减小，这种现象称为温度波的衰减，还可以看出壁中不同层面上的温度最大值出现时间随着深入都会延后，这种最大值出现时间逐层推迟的现象称为温度波的延迟。

17.半无限大物体周期性变化的温度波边界条件可以认为是一个简谐波，函数是自然指数函数与余弦函数的乘积。对于某城市地面不同深度x处年温度波动曲线可以看到深度越深振幅衰减越明显，由此深度足够大时温度波动的振幅会衰减到可以忽略不计的程度。在10m深处温度波的振幅已经很小为0.3摄氏度，15米处更小仅为0.04摄氏度，可以被当作等温层，以此划分为深埋地下建筑与浅埋地下建筑。在某一深度下不会冻结。

17.周期变化的热流波可以看出物体表面的热流密度也是按简谐波规律变化，而表面热流密度波比其温度波提前pi/4个相位，相当于1/8个周期

18.材料的蓄热系数s表示当物体表面温度振幅为1摄氏度时，导入物体的最大热流密度。赤脚走在混凝土和松木上时松木要暖和些，因为松木蓄热系数小，从皮肤吸取的热量少，冬天与蓄热系数更小的硬质泡沫塑料接触时甚至有热乎乎的感觉。

导热数值解法基础

1.基本思想把原来在时间、空间坐标系中连续的物理量的场，用有限个离散点上的值的集合来代替，通过求解按一定方法建立起来的关于这些值的代数方程，来获得离散点上被求物理量的值。这些离散点上被求物理量的值称为该物理量的数值解。

2.基本步骤建立控制方程及定界条件建立节点物理量代数方程设立迭代初场求解代数方程组看是否收敛不收敛重新设立迭代初场求解分析

3.节点离散方程的建立方法泰勒级数展开法热平衡法（控制容积法）

4.非稳态导热的数值计算对于二维非稳态导热均匀网格显式离散格式，稳定性条件为Fo小于等于0.25隐式离散格式比显式离散格式deltax与deltat选取更不受限制

5.边界节点离散方程的建立要求该点t+1时刻的温度函数中t时刻温度的系数大于等于0

对流传热分析

1.确定表面传热系数的四种方法分析法实验法类比法数值法

2.对流传热的影响因素流体流动的起因，自然对流和受迫对流；流体流动状态，层流与紊流；流体的热物理性质密度，定压比热容，动力粘度及运动粘度，体积膨胀系数，热导率；流体的相变冷凝沸腾升华凝华融化凝固等，以冷凝与沸腾最为常见；传热面的几何因素壁面尺寸粗糙度形状以及流体的相对位置，它影响流体在壁面上的流态、速度分布、温度分布。关于流体与壁面的相对位置分为外部流动与内部流动，关于形状可以采用定型尺寸

3.典型对流传热类型无相变受迫对流传热内部流动圆管内受迫流动非圆管内受迫对流

外部流动外掠平板外掠单管外掠管束（光管翅片管）

自然对流传热无限空间竖壁竖管横管水平壁（上表面与下表面）

有限空间夹层空间

混合对流传热受迫对流与自然对流并存

有相变凝结传热垂直壁凝结传热水平单管及管束外凝结传热管内凝结传热

沸腾传热大空间沸腾传热管内沸腾传热（横管竖管）

4.由温度场求表面传热系数温度场对于壁面发现方向的倒数乘以热导率的负数除以流体与壁面的温差

5.控制方程连续性方程，动量微分方程，能量微分方程。动量微分方程和连续性方程求得速度场，在由速度场和能量方程求得温度场，最后求解表面传热系数。如果流体的物性随温度变化，温度场与速度场相互耦合，求解就会变得比较复杂，本书讨论非耦合条件。

6.连续性方程两个方向速度对于两个方向的导数和为0

7.动量微分方程式作用在微元体上各外力的总和等于它的惯性力，作用力等于质量乘以加

速度。作用力包括体积力（重力离心力电磁力等）表面力（由粘性引起的切向应力及法向应力压力等）由此得到动量微分方程又称纳维斯托克斯方程简称NS方程。最终包含四项即惯性力项体积力项压强梯度黏滞力。当只有重力场时体积力项为密度乘以重力加速度，对于自然对流则是浮升力。一般对于受迫流动可以忽略重力场的作用。

8.能量微分方程对流传热情况下能量守恒计算的项目一般有：导热量热对流传递的热量表面切向应力对微元体做功产生的热（耗散热）内热源等四项。因一般工程问题流速低，可不考虑耗散热和流体的动能，同时认为无化学反应等内热源产生的热

9.边界层理论由德国科学家普朗特提出。当黏性流体流过物体表面时，紧挨壁面处将形成极薄的流动边界层，在这流动边界层里具有很大的速度梯度；当壁面和流体间有温差时，在紧挨壁面处亦会出现极薄的温度边界层（或称热边界层），具有很大的温度梯度。

10.流动边界层随着离壁距离的增加，u将迅速增大，经过一极薄的流体层u就接近达到主流速度u无穷，分析时认为速度达到主流速度0.99处离壁距离定义为边界层厚度，或称有限边界层厚度。边界层厚度相对于壁面尺寸只是一个很小的数，在边界层内速度梯度大表明黏滞力也大，对于工业中常见的流体如空气燃气水等虽然黏滞力较低但是速度梯度极大，边界层内仍将显现较大的黏滞应力。

11.流场划分边界层区和主流区，边界层区域是流体黏性起作用的区域，流体的运动规律可用黏性流体运动微分方程描述；对于主流区，因速度梯度是0，τ为0，可以视为无黏性的理想流体。

12.流体外掠平板流体以u无穷流进平板边缘此时边界层的厚度为0，流进平板后壁面的黏滞应力影响逐渐向流体内部传递，边界层也逐渐加厚，在一定距离内流体的流动状态将一直保持层流，在层流状态下流体质点运动轨迹相互平行呈一层一层有秩序的滑动称层流边界层。进而壁面黏滞力对边界层影响减弱而惯性力作用增强，层流开始向紊流过渡，紊流流态将同时向外和壁面拓展使边界层明显增厚。此外即使是紊流边界层，在它紧靠壁面处黏滞力仍会占绝对优势，仍有一极薄层仍然保持层流的特性，称为紊流边界层的层流底层。

13.流动边界层的特性边界层极薄，同壁的定型尺寸l相比极小；在边界层内存在较大的速度梯度；边界层分层流紊流，紊流边界层紧靠壁处是层流底层；流场划分为主流区和边界层区，只有在边界层内才显示出流体黏性的影响。

14.其余形状物体外掠圆管在圆管的前半部流体在管表面流动具有前述的边界层特性，而后半部将发生边界层脱离壁的现象出现涡流区，边界层流动被破坏，根据流速计算Re数可以确定发生绕流脱体的部位及此时边界层内流态是否已经转变为紊流。沿壁自然对流，从壁端开始流动状态先是层流，而后边界层内的流动状态逐渐转变为紊流，由层流转变为紊流所需的高度取决于壁温与流体温度之差、流体物性。管内受迫对流流体进入管口后，在管内壁开始形成环形边界层，并随流向逐渐加厚，在稳态下沿管长各断面流量不变，故管芯流速将随边界层增厚而增加。经过一段距离l，管壁上的环形边界层将在管中心汇合，厚度等于管半径，长度l称为管内流体入口段，入口段以后则为管内流体充分发展段，此时的流态由平均流速um计算的Rem来判断，小于2300为层流速度分布呈抛物线形，大于10000为旺盛紊流，表面边界层在管的入口段已发展为紊流，二者之间为过渡流。2300称为管流临界雷诺数。

15.边界层型的流动和传热问题只有具备上述四个特征的流动和传热才能称为边界层型流动和传热问题，外掠平板外掠圆管流体沿壁自然对流流体管内受迫对流

16.热边界层达到过余温度的0.99的厚度称为热边界层厚度，热边界层以外可视为温度梯度为0的等温流动区，热边界层厚度与流动边界层厚度不一定相等，取决于流体物性。层流温度呈多项式曲线形分布，紊流则呈幂函数型分布（液态金属除外），紊流区边界层贴壁处的层流底层内温度梯度明显大于层流区。局部表面传热系数随着层流边界层增厚，hx将较快

的降低，当层流转化为紊流后因垂直于流动方向上动量能量传递作用增大hx将明显高于层流边界层区域，随后由于紊流边界层加厚hx再缓慢下降。将局部表面传热系数沿全板长积分将得到全板平均表面传热系数h。

17.蛇皮的数量级分析与边界层微分方程根据边界层的特点运用数量级分析法简化对流传热微分方程组。数量级分析就是将方程中各基本量和各项数量级的相对大小进行比较，把数量级较大的基本量保留下来，舍去那些数量级小的基本量和项。于是1量级的有u，x，rou，px，t，cp；delta甚至平方量级的有v，y，动力粘度，py，热导率。然后扔去小量得到新的三个方程，其中当u无穷为const时，速度场与温度场的形式完全相同，流动边界层与热边界层的厚度相等。

18.外掠平板层流传热边界层微分方程式分析解简述边界层厚度与x比值与局部雷诺数的关系，局部摩擦系数与局部雷诺数的关系，局部努谢尔特数，局部表面传热系数等。

19.普朗特准则，努谢尔特准则与定性温度Pr=运动粘度除以热扩散率，反映流体物性对传热影响的一个准则，反映了流体中动量扩散与热扩散能力的对比，运动粘度越大，黏性传递的越远，流动边界层越厚，对于热边界层也有类似结论；Nu=hl/热导率，反映了对流传热过程的强度；用以确定特征数中流体物性的温度称为定性温度。

20.紊流传热紊流时动量和热量传递都比层流大大增强，流动和传热机理也更为复杂。类比原理是利用流动阻力的实验数据解决对流问题的一种方法的基本原理。紊流总黏滞应力为层流黏滞应力与紊流黏滞应力之和，紊流总热量为层流导热量ql与紊流传热量qt之和。

21.斯坦顿数St Stx=Nu/（RePr）

22.外掠平板紊流平均表面传热系数与局部表面传热系数的关系平均表面传热系数中雷诺数的系数和指数的乘积等于紊流局部表面传热系数雷诺数的系数，两者Pr与Re的指数一致。此外虽然紊流的局部表面传热系数比较高，但全板的平均表面传热系数需要在很高的Re数下才能达到比较高的数值，因为板前端层流部分对平均值的影响很大。

23.相似理论两物理现象相似时，各物理量场分别相似，据此可以导出相似现象的一个重要性质：彼此相似的现象，它们的同名准则必定相等，单值性条件相似，包括初始条件边界条件几何条件和物理条件。pi定理：一个表示n个物理量间关系的量纲一致的方程式，一定可以转换成包含n-r个独立的无量纲物理量群间的关系式，r是n个物理量中所涉及到的基本量纲的数目。

24.常见的相似两对流传热现象相似，Nu数相等；两现象流体运动相似，Re数相等；两传热现象过程相似，贝克利准则Pe必定相等，Pe=PrRe，pr亦相等；因温差产生的浮升力时，可以从动量方程中导出反应浮升力影响的准则，称格拉晓夫准则。综上主要有三种准则数即雷诺，格拉晓夫，普朗特，雷诺数的大小反应了流动时惯性力与黏滞力的相对大小，雷诺数增大说明惯性力作用的扩大，因此雷诺数可以反应流态；格拉晓夫数表面浮升力和黏滞力的相对大小，Gr的大小表明浮升力作用的大小，在准则关联式中显示自然对流流态对传热的影响；Pr数反应了流体动量传递能力与热量传递能力的相对大小，Pr值越大该流体传递动量的能力越大，流体可分为高低普通Pr流体，各种油液态金属空气，因此Pr准则高度概括了所有流体的属性和分类。

25.准则应用无相变受迫稳态对流当自然对流不可忽略Re Pr Gr；自然对流忽略Re Pr；空气Pr是常数Re；自然对流传热Gr Pr

26.判别相似的条件几何条件传热壁面几何形状尺寸；壁面与流体的相对几何关系；壁面粗糙度。物理条件流体类别及物理性质。边界条件进出口流体温度，壁面温度或壁面热流密度，进出口流体速度。时间条件现象各物理量是否随时间变化以及怎样变化，稳态本身就是时间条件。

27.数值模拟计算与实验传热过程数值模拟计算结果的准确性依赖于流动、传热模型、边界

条件以及数值计算过程的准确性，且只有这些模型和计算结果得到部分典型实验的验证后，才能认为模拟计算结果真实反映了传热过程。

单相流体对流传热

1.均匀热流与均匀壁温当流体在管内被加热或冷却时，加热或冷却壁面的热状况称为热边界条件。实际的工程传热情况多种多样，为便于研究与应用从各种复杂情况中抽象出两类典型的条件：轴向与轴向热流密度均匀称均匀热流以及轴向与周向壁温均匀，简称均匀壁温。湍流时由于各微团之间的剧烈混合，除液态金属外两种热边界条件对表面传热系数的影响可以不计，但是对于层流及及低Pr数介质的情况下，两种热边界条件下的差别不可忽视。

2.近似均匀热流与均匀壁温采用蒸汽凝结来加热或者液体沸腾来冷却时，壁面温度可以认为是均匀的；采用均匀缠绕的电热丝来加热壁面时，接近于均匀热流密度的条件。

3.对数平均温差与算数平均温差若温度差的大小之比小于2，则可用算数平均式代替对数平均式，误差小于4%

4.物性场不均匀对速度场的影响液体被冷却时管壁附近黏度大，速度将低于等温流，反之加热将高于。气体的黏度随温度的增大而增大，其影响与液体恰好相反。上述分析同样适用于管外流动传热。

5.管子的几何特征管长管径弯曲管非圆形管粗糙管等都是管内传热的重要影响因素

6.进口段与充分发展段流体从进入管口开始，需经历一段距离，管断面流速分布和流动状态才能达到定型，这一段距离称进口段。之后流态定型，流动达到充分发展，称为流动的充分发展段，流态由Red/运动粘度确定，2300内为层流，2300至10000为过渡流，10000以上为旺盛紊流

7.各个大佬确定的关系式迪图斯-贝尔特公式，适用于紊流，温度差空气50液体20左右；西得和塔特推荐的公式，当与管壁温差较大导致黏度有明显变化时，加入黏度之比的0.14次方作为修正项，壁温未知时需要校核；苏联科学家米海耶夫建议液体或气体都用Pr之比的0.25次方作为修正项；格尼林斯基整理各种关系式之后其关联式与实验数据的偏差在正负20%以下，工程计算居然可以接受。

8.非圆管的定型尺寸采用当量直径，四倍的流道断面面积除以流体润湿周的流道周长。

9.螺旋形管螺旋管式或螺旋板式换热设备流道呈螺旋形，在弯曲的通道中流动产生的离心力将在流场中形成二次环流，二次环流与主流垂直增强了对边界层的扰动有利于传热，且管的弯曲半径越小越有利，于是上述关联式还应乘以大于1的管道弯曲修正系数。

10.各因素对紊流表面传热系数影响的大小u0.8次方；热导率0.6次方；cp0.4次方；rou0.8次方；动力粘度-0.4次方；d-0.2次方。由此流速和密度的影响最大，比如水的表面传热系数远大于空气，管径这个东西可以采用小直径的管子，比如把圆管改成椭圆管在周长不变时减小了当量直径改善传热，也改善管外部流动。

11.没有出口温度的计算情况设定一个出口温度，由此得到deltat，物性，Re，Nu，h1，完了之后再由Mcp乘以出口减进口流体温度即传热量，再除以面积和平均温差就是h2，再校核h1和h2就行了。次例为为了启动计算预设一个数完了再校核的试算过程。

12.管内受迫对流的层流传热西得和塔特提出了常壁温层流传热关联式，其中有Nu与Re 乘积的1/3次幂，于是有贝克利准则Pe=RePr。其中如果管子较长，以致于Pe乘d/l整体1/3次幂乘以流体温度壁面温度下动力粘度商的0.14次幂小于等于2，Nuf可以作为常数处理。常热流密度下为4.36，常壁温下为3.66

13.过渡流传热在格尼林斯基给出的关联式中已经包括#滑稽

14.粗糙管壁的传热粗糙度增大，摩擦系数变大，表面传热系数也随之增大。旺盛紊流时，层流底层的厚度比粗糙点平均高度小，流体越过凸出点将在凹处引起涡流，使凹处流动得到改善，加上粗糙点扩大了传热表面积，故传热得到加强。而对于层流，层流层厚度大于粗糙

点平均高度，凹处流动状态情况不好，对流作用减弱，虽然粗糙点也扩大了换热面，但两种影响是相反的，综合效果显现层流对流传热与粗糙度无关，摩擦系数仅是雷诺数的函数。粗糙点能强化传热缩小设备面积节约投资并带来其他收益但阻力的增加使泵功率消耗加大，运行费用增加。因此只有在强化传热是主要目的的场合下才宜采用提高粗糙度来强华传热。15.外掠圆管对流传热液体绕圆管壁时，由于流动截面的变化，流体的压强大约在管的前半部递降，而后又趋回升。在压强增长的区域内，流体只能靠消耗本身的动能来克服压强的增长向前流动，因此当它向前流动时，它的动能将逐渐变小，在某一位置壁面上的速度梯度趋于0，该点称为绕流脱体的起点或称分离点，自此边界层中出现逆流涡流涡束从而使正常的边界层流动被破坏。脱体点的位置取决于Re，由于紊流边界层中流体的动能大于层流故紊流的脱体点位置后于层流，对于圆管以150000为界限，层流脱体点在80~85度处，紊流在140度左右。当然如果Re过小比如小于10会在壁表面形成一层蠕动的膜，就不会脱体。

16.外掠圆管局部表面传热系数变化对于层流先随着边界层加厚降低，而后因脱体区涡旋混乱运动开始回升。对于紊流出现了两次低谷，第一次相当于层流到紊流的转变去，另一次发生在紊流边界层与壁脱离的地方，此处局部表面传热系数最低，传热最差，容易因过热而烧毁。

17.外掠管束叉排时流体在管间交替收缩和扩张的弯曲通道中流动，而顺排时流道相对比较平直，当流速高或者管间距较小时易在管的尾部形成滞流区。因此叉排时流体的扰动较好，效果相对较好。外掠管束的另一个重要特点是除第一排管子保持了外掠单管的特征外，从第二排起流动将被前几排管子引起的涡流所干扰，流动状况比较复杂，低Re（1000以下）下前排管子尾部出现的涡旋不强，受黏滞力作用很快就会消失，对下一排管子的边界层影响很小，故管表面边界层层流占优势。500-20万大约管的前半周处于紊流漩涡影响下的层流边界层，后半周则是涡旋流，流动状况可视为混合工况。只有大于20万后，管子表面紊流边界层才占优势。

18.外掠管束Nu数包含Re，Pr，Prf/Prw的0.25次方，S1/d，S2/d，排数修正系数。速度按照两管间最窄流通截面积计算，S1是正对流动方向的间距。

19.自然对流传热自然对流可以分为无限空间自然对流传热和有限空间自然对流传热。

20.无限空间自然对流传热当流体受浮力作用沿壁上升时，边界层开始为层流，如果壁有足够高度，达到某一位置后流态将转变为紊流，自然对流到紊流的转变点由GrPr来判断，10^9以上为紊流；10^7~10^10从层流到紊流。在壁面处和流动边界层外u均为0，大约在1/3边界层厚度处。热边界层厚度与流动边界层厚度是否相等取决于Pr

21.格拉晓夫准则与瑞利准则Ra=GrPr，Nu为Ra的n次幂乘以一个系数。在常热流密度下用Gr*=NuGr代替Gr再用于准则关系式。此外当定壁温的n为1/3或者定热流的n为1/4时关联式展开后两边的定型尺寸可以消去，标明自然对流紊流的表面传热系数与定型尺寸无关，该现象称为自模化现象。利用这一特征紊流传热实验就可以采用较小尺寸的物体进行，只要求GrPr值处于紊流范围。

22.竖直圆筒外表面的自然对流传热计算在d/H大于等于35除以格拉晓夫数的1/4次方时可以简化为竖平壁。竖直圆筒传热在表面形成的是环形边界层，曲率将影响边界层的形成与发展，对传热有强化作用，不满足上述条件的需要乘以一个校正系数。关于对流传热的计算，丘吉尔和朱在整理大量文献数据的基础上推荐了竖壁和水平圆筒自然对流传热准则关系式，竖壁的关联式还可以适用于偏离垂线60度以内的情况，但是Ra小于10^9时g需要乘以角的余弦，于是Nu就会比垂直壁面小。

23.有限空间中的自然对流如果一个封闭空间的两侧壁存在温度差，封闭空间传热是依靠热壁和冷壁间的自然对流过程循环进行的。在封闭空间中自然对流除与流体性质，两壁温差相关外，还与空间位置，形状尺寸比例等有关，情况较为复杂。按照几何位置可以分为竖壁水

平和倾斜三种。

24.夹层厚度与高度之比大于0.3时，冷热壁自然对流边界层不相互干扰，可以独立计算。在夹层内冷热两股流动边界层能相互结合，出现行程较短的环流。在封闭夹层内的流动特性取决于以厚度为定型尺寸的格拉晓夫数，按照其大小具有层流或者紊流特性，温差与夹层厚度有影响。竖直壁夹层Grdelta小于等于2000时可以认为夹层中没有流动发生，两壁间的热量以导热的形式传递。

25.水平封闭夹层热面在上时，冷热面间无相对流动，无外界扰动时按照导热问题分析；热面在下时，上面那个啥格拉晓夫数小于等于1700按照纯导热计算，1700到5000形成有秩序的蜂窝状分布的环流，大于5000蜂窝状环流消失，出现紊乱流动。

26.当量表面传热系数热流通过有限空间是冷热两壁自然对流传热综合作用的结果，因此通常把两侧的传热用一个当量表面传热系数来表达，q=he（tw1-tw2），夹层传热努谢尔特数定型尺寸为夹层厚度，其为夹层格拉晓夫数与普朗特数乘积的m次幂与厚度除以高度的n次幂再乘以一个系数(*/ω＼*)倾斜夹层仍需要乘以costhelta作为判定标准并构成关联式。27.神他妈的当量导热系数把封闭夹层的传热强弱用当量导热系数表达，则夹层的传热按平壁导热公式计算

28.封闭空气夹层厚度较低时仅有导热，厚度增大对流传热增大导热降低影响相反，当量表面传热系数在一定范围内变化不大

29.自然对流与受迫对流并存的混合对流传热格拉晓夫数除以雷诺数的平方大于等于0.1时就不能忽略自然对流的影响，大于等于10可以作为纯自然对流看待。卧槽这一章终于完了凝结传热与沸腾传热

1.概述蒸气同低于其饱和温度的冷壁接触有两种凝结形式，当凝结液能很好地润湿壁面时，凝结液将形成连续的膜向下流动，称为膜状凝结，这是最常见的凝结方式；若凝结液不能很好地润湿壁面，则凝结液将聚成一个个液珠，称为珠状凝结。膜状凝结时凝结只能在液膜的表面进行，潜热则以导热和对流的方式通过液膜传到壁，故膜的厚薄及其运动状态对传热的影响很大，而这些又取决于壁的高度以及蒸气与壁的温差，一半来说层流膜状凝结表面传热系数随壁的高度及温度差的增加而降低，而紊流膜状凝结则与此相反。珠状凝结时，壁面除液珠占住的部分外其余都裸露在蒸气中，可以认为传热是在蒸气与液珠表面和蒸气与裸露的壁面之间进行的，由于液珠的表面积比它占的壁面面积大很多，而且裸露的壁面上无液膜形成的热阻，故珠状凝结具有很高的表面传热系数，比膜状凝结高了一个数量级。

2.层流膜状凝结理论解由努谢尔特先导得，根据一坨假定简化得到的，假定为：纯蒸气在壁上凝结成层流液膜，且物性为常量；液膜表面温度为饱和温度，即蒸气-液膜表面无温度梯度，交界面上不发生对流传热仅发生凝结传热；蒸气是静止的且蒸气对液膜表面无黏滞应力作用；液膜很薄而且速度缓慢可以忽略液膜的惯性力和对流作用；凝结传热以导热的方式通过液膜，液膜内的温度视为线性分布；忽略液膜的过冷度，即凝结液的焓为饱和液体的焓，实际凝结液的温度将会低于饱和温度故蒸气不但释放潜热还有显热，但潜热远大于显热可以忽略显热

3.垂直壁层流膜状凝结与水平圆管平均凝结表面传热系数只要不是很短的管子，横放时的凝结表面传热系数都将高于竖放

4.凝结准则Co与伽利略准则Co=NuGa^（-1/3），Ga=gl^3/运动粘度的平方，Co也称为修正Nu准则

5.对于垂直壁Rec处于30至1800间时由于液膜的表面张力以及蒸气与液膜间的黏滞力作用层流膜表面发生了波动促进了膜内热量的对流传递因此在计算中应该将关系式中的系数提高20%；对于水平管理论解与实验结果非常接近可以直接应用式子。对于垂直壁1800转为紊流，对于水平管3600转为紊流，但是水平管径较小不会出现紊流。

6.紊流膜状凝结Rec大于1800时竖壁膜层流态转为紊流，除导热外紊流对流将成为重要因素，此时凝结传热将随Re的增大而增大。于是就有了推荐平均表面传热系数，应用层流与紊流局部表面传热系数加权求得。竖壁膜状凝结表面传热系数可用于竖管壁的计算。

7.水平管内凝结传热蒸气在水平管内凝结时，凝结液在管内聚集并随蒸气一起流动，因此蒸气流速对传热影响很大。蒸气流速很小时，凝结液将顺管壁两侧向下流动，其方向与蒸气流动方向垂直，于是又有一个公式，考虑到靠壁的凝结液是过冷液，采用潜热修正值，比潜热高3/8cp乘以ts-tw

8.水平管束管外平均表面传热系数卧式冷凝器由许多排管子组成，上一层管子的凝结液流到下一层管子上使下一层管上的h比上一层低。一种近似的方法是以nd作为定型尺寸代入式子求出全管束的平均表面传热系数，用于管间距较小时凝结液平静地由上一根流到下一根管面上，且保持与高度l=nd的垂直壁相当的层流状态。当管间距较大时，上一根管溅射的凝结液会加强层流的传热，计算值可能偏低。

9.影响膜状凝结的因素液膜流态凝结壁面的位置壁面形状外还有：蒸气中含有不凝性气体，蒸气冷凝时把不凝性气体分子带到液膜附近，因不能凝结而逐渐聚集在膜表面，使这里的不凝气体浓度高于离壁较远的浓度，从而增加了蒸气分子向液膜表面扩散的阻力，同时由于总压强保持不变，膜层表面的蒸气分压低于远处蒸气分压，使膜表面蒸气饱和温度降低，从而降低了有效冷凝温度差，使凝结传热壁面表面传热系数和传热量降低，可以排出不凝性气体也可以增加蒸气流速，多组分凝结时凝结温度低的组分也具有不凝气体类似的作用。蒸气速度，蒸气向下吹加速液膜流动使之变薄强化传热，反之向上吹使传热恶化，吹起速度过大液膜脱离壁面，强化传热。表面粗糙度，较低时使液膜增厚降低表面传热系数，较高时又可以强化传热，140为界限。蒸气含油，在壁上形成油垢增加热阻。过热蒸气，焓差改为过热蒸气与饱和液体之间的焓差。

10.强化传热的措施改变表面几何特征，主要指在壁面上开沟槽、挂丝等，如在壁面上顺凝结液流向轧制出细小的沟槽或螺旋槽、矮肋，可使表面传热系数成倍增加，一方面是槽或肋可以起到肋片的作用，一方面是槽脊是曲面，在弯曲面上即使极薄的液膜也会由于表面张力的作用发生破裂被迅速拉回到沟槽中，顺槽排泄凝结热阻大大降低。有效排除不凝气体，应使设备正压运行，对于负压运行的冷凝器需加抽气装置。加速凝结液的排除，导流离心力低频振动静电吸引。采用能形成珠状凝结的表面，涂镀凝结液附着力很小的材料，在蒸气中加促进剂以促进珠状凝结的形成。

11.大空间沸腾传热在具有自由液体中热壁面上产生的沸腾称为大空间沸腾，此时产生的蒸气泡能自由浮升，穿过自由表面进入容器空间，研究大空间沸腾传热的目的是揭示液体沸腾的一般规律。一定压强下，液体主体为饱和温度，壁温高于饱和温度为饱和沸腾；主体温度低于饱和温度，壁温高于饱和温度，称为过冷沸腾。

12.饱和沸腾过程和沸腾曲线壁温与饱和温度之差为沸腾温差，它对沸腾状态的影响很大可通过沸腾时的热流密度q随沸腾温差的变化加以阐明，q对温差的关系曲线称为沸腾曲线。随着温差的变化形成三种沸腾状态：对流沸腾泡态沸腾膜态沸腾。对流沸腾时看不到沸腾景象，即使壁上产生微小的气泡也会在脱壁前破裂而不能上浮，热量依靠自然对流过程传递到主体；泡态沸腾开始产生大量气泡，气泡在壁上生成长大随后离开壁，由于主体有一定的过热度气泡还会继续被加热膨胀直至逸出液面；过了沸腾临界点热流密度呈降低趋势，生成的气泡太多以致在热面上形成气膜，阻碍了传热，开始气膜不稳定会突然变成大气泡离开壁面，之后全部被一层稳定的气膜所覆盖，再之后因壁温过高辐射热量随热力学温度的四次方急剧增加，称膜态沸腾。

13.烧毁点如果某沸腾传热设备是依靠控制热流密度仪改变沸腾工况，例如电加热器、核反应堆以及大型高压锅炉的炉内辐射加热等，若热流密度一旦达到或少许超过峰值，由于临界

点是一个不稳定的工况，沸腾状态将突然由峰值跳跃到稳定的膜态沸腾（超过1000摄氏度），此时容器因瞬态过热而烧毁，所以又称为烧毁点，设计热流密度必须低于q的峰值以免烧毁。

14.泡态沸腾的机理要使气泡能够长大，泡内压力必须克服表面张力对外做功。一个气泡长大所需的压强差与它的半径成反比，与表面张力成正比。R趋于0时是否需要超大的压强差呢，然而不是，动力学成核理论指出在纯液体的大量分子团中高于平均能量叫活化能，形成气泡核需要活化能，由壁面凹缝形成的气穴中泡核生成为气泡所需的活化能为最少，借助一些分子团足够的活化能与气穴有利于形成气泡。产生气泡的这些点称为活化点或核化中心。沸腾液必须过热，沸腾液的过热度是气泡存在和长大的动力。泡态沸腾能够生成的气泡核越多，沸腾就越剧烈，而生成气泡核的基本动力是沸腾温差，推导可以得出气泡核最小半径，为2表面张力乘以饱和温度除以饱和温度下气化潜热和饱和蒸汽的密度和温差。紧贴加热面的液体等于壁温，过热度最大，在这里形成气泡核所需的半径最小，故在壁上凹缝孔隙易于形成气泡；当温差增加时，最小半径也随之减小，意味着有更多的气泡符合长大的条件，因而温差增大气泡急剧增加沸腾也被相应强化。

15.沸腾过程热量传递的途径在沸腾过程中热量一方面经由气泡与壁直接接触的表面传给气泡，另一方面热量由壁传给液体，再由液体传到气泡表面，使液体在气泡壁上汽化使气泡继续长大，由于液体的热导率远大于蒸气，传递主要途径是后者。浮力大于气泡与壁的附着力时气泡脱离壁面进入液体。附着力与润湿能力有关，水煤油小于90度能很好地润湿壁，水银大于90度沸腾时气泡难于脱离壁面，传热量也低。米海耶夫提出了大空间沸腾传热系数的关联式，罗森瑙提出了热流密度计算式，其中Prf为饱和液普朗特数，其指数s对于水为1对于其他液体为1.7。

16.强化泡态沸腾传热的措施关键在于使沸腾表面有更多半径大于Rmin的气泡核，这方面的主要措施有在管表面用烧结法覆盖一层多孔铜或多孔铝，此外用挤压打磨等方法使表面变粗糙。多孔表面可以使表面传热系数提高数倍至10倍，使泡态沸腾能在很小的沸腾温差下实现，且具有良好的抗垢性能。特点是微孔提供了大量汽化核心点，凹穴能稳定固定住大量气泡核；金属壁与气泡之间的液膜厚度极小减少了向气泡传热的阻力；气泡的产生逸出使液体在其中循环从而抗垢。

17.管内沸腾水管锅炉及制冷系统管式蒸发器中的沸腾属于管内沸腾传热。空间限制使得沸腾产生的蒸汽和液体混合在一起构成气液两相混合物成为两相流。垂直管内，开始进入时假定低于饱和温度，此时为单相液体的对流传热，随后有气泡产生但管中心尚未饱和称为过冷沸腾，继而液体整个截面上达到饱和温度进入泡态沸腾，气泡聚集成大气泡使得流动状态变成块状流，仍属于泡态沸腾，继续加热在管中心形成气芯，把液体挤到壁上呈环状液膜，这种情况下热主要以对流方式通过液膜，汽化过程主要发生在汽液交界面上，称为液膜的对流沸腾，最后汽化液膜逐渐变薄直到完全汽化完毕，成为干蒸气。水平管在流速较高的情况下情形与垂直管基本类似，流速较低时由于重力影响，进入环状流后液体上半周可能局部出现间隙干燥表面，不能被液体润湿局部传热较差。由此管内沸腾传热还要取决于管的放置情况，管长管径，壁面状况，汽液比例，液体的初参数，流量等。

18.热管热管三个区加热区蒸气输送区（绝热区）散热区（凝结段）。加热蒸发段时，管内液态工质沸腾汽化，气态工质从管中心通道流向凝结段散热区，通过凝结放出其潜热；凝结后借助管芯的毛细力作用，液态工质重新返回蒸发段再沸腾汽化，由此形成一个闭合的循环。热管的工作原理是沸腾与凝结两种相变过程巧妙结合。靠蒸气流动携带潜热传输热量，传热能力很大，当做导热元件来看导热能力超过了同样大小的铜、银制品的几倍到几百倍666。由于沸腾和凝结在同一根管内，两者几乎没有压力差，故加热区和散热区的温度接近相等，整个热管趋于等温，减少了热管内传热温差损失，例如某热管直径13mm长0.6m在100摄氏度下传递200W的能量只需要0.5摄氏度的温差。采用不同的工质可使热管适用于

-200-2200摄氏度的范围内。热量传递过程中加热区和散热区表面热流密度可以不同以适应不同的外部条件。结构简单，无运动部件，工作可靠，可根据使用对象做成直管弯管圆管等。使用温度必须远低于工质的临界温度，工质不腐蚀管壳及管芯。举例青藏高原上的热管，夏季从地表吸热防止融化，冬季放热给地表防止冻胀。终于又完了一章=。=

热辐射的基本定律

1.发射辐射能是各类物质的固有属性，当元紫内部的电子受激发和振动时产生交替变化的电场和磁场，发射电磁波向空间传播就是辐射，由于激发的方法不同所产生的电磁波波长就不相同，它们投射到物体上产生的效应也不同。如果由于自身温度或热运动原因激发产生的电磁波传播就称为热辐射。波长0.38~0.76微米范围内的电磁波属于可见光线，低于称紫外线，高于称红外线，25微米以内称近红外线，25微米以上称远红外线，1000微米以上称无线电波。0.1~100微米叫热射线，包括可见光线，部分紫外线和红外线，投射到物体上能产生热效应，波长与热效应不能截然划分。工程上遇到的温度一般在2000K以下，热辐射的大部分能量位于红外线的0.76~20微米范围内，可见光的比重不大。太阳辐射的主要能量集中在0.2~2微米的波长范围内，可见光占了很大比重。

2.热辐射的特点辐射传热不依赖物体的接触而进行热量传递，如太阳的光能够穿越低温太空向地面辐射，而导热和对流都必须由冷热物体直接接触或通过中间介质相接触才能进行。辐射传热过程中伴随着热力学能转化为电磁波能再转化为热力学能的过程。一切物体只要温度大于0K就会不断地发射热射线，当物体间有温差时高温物体辐射给低温物体，即使各个物体的温度相同，辐射传热仍在不断进行，只是每一物体辐射出去的能量等于吸收的能量，从而处于动态平衡的状态。

3.吸收反射穿透三种份额相加为1，如果投射的是某一波长下的辐射能上述关系同样适用，称为光谱吸收反射穿透率。这六个参数都是物体表面的辐射特性，与物体的性质、温度和表面状况有关。对于可见光段范围外的热射线来说，固体液体对于这部分热射线的吸收和反射几乎都在表面进行，一般认为这部分热射线不能穿透固体和液体即光谱穿透率为0。但是一些固体和液体能够透过大部分可见光不满足上式，可见物体的全波长特性与投射过来的辐射能波长分布情况有关。表面不平整尺度小于波长时形成镜面反射，大于时形成漫反射，一般工程材料接近漫反射。纯气体没有反射性，反射率为0。

4.黑体白体透明体分别为吸收率反射率穿透率为1的物体。自然界中并不存在绝对的黑体白体透明体，比如煤烟的吸收率为0.96高度磨光的纯金为0.98，黑体白体透明体都是对全波长而言的，由于可见光在全波长的射线中只占一小部分所以物体对外来射线的吸收能力不能凭物体的颜色来判断，例如雪对红外线几乎能全部吸收，白布和黑布对红外线的吸收率基本相同，普通玻璃对于2微米以上的红外线几乎是不透明的。

5.定向辐射强度在某给定辐射方向上，单位时间单位可见辐射面积单位立体角内所发射全部波长的能量称为定向辐射强度。

6.光谱定向辐射强度在某给定辐射方向上，单位时间单位可见辐射面积在波长lanmuda附近的单位波长间隔内单位立体角内所发射的能量成光谱定向辐射强度，又称单色定向辐射强度，其对波长积分就是定向辐射强度。

7.定向辐射力在某给定方向上单位时间单位物体辐射面积单位立体角所发射的全部波长的能量称为定向辐射力，为定向辐射强度乘以costhelta

8.辐射力单位时间内物体单位辐射面积向半球空间所发射的全部波长的总能量称为辐射力，用E表示，为定向辐射力对于立体角积分

9.光谱辐射力单位时间内物体单位辐射面积在波长lanmuda附近的单位波长间隔内向半球空间所发射的能量称为光谱辐射力又称单色辐射力

10.光谱定向辐射力在给定辐射方向上单位时间内单位物体辐射面积在单位立体角内发射

的在波长lanmuda附近单位波长间隔内的能量称为光谱定向辐射力

11.黑体是一个理想的吸收体能吸收来自空间各个方向各种波长的全部投射能量，在辐射传热分析中将它作为比较标准。人工黑体比如一个空腔开一个小孔，如果空腔直径和小孔直径之比足够打就可以认为是人工黑体，投射进入的能量被吸收反射几乎不会射出。

12.普朗克定律普朗克从量子理论出发揭示了黑体辐射光谱的变化规律，给出了黑体光谱辐射力和波长热力学温度之间的函数关系。由该试可以导出黑体光谱辐射力除以温度的五次方仅是波长乘以温度的函数。

13.维恩位移定律维恩用热力学理论导出黑体辐射峰值波长与热力学温度之间的关系。现可以直接从普朗克定律导出，将光谱辐射力对波长求极值得到，可以表示为波长峰值乘以温度等于2897.6微米K。由此测得对应于太阳最大光谱辐射力的峰值波长，可以求得太阳的表面温度。随着温度的升高峰值向短波方向移动，由此可以解释金属在温度较低时辐射红外线呈原色，随着温度的升高金属相继呈现暗红、红、黄，温度超过1300摄氏度开始发白，就是因为金属辐射射出的可见光及可见光中短波区段的能量逐渐增加的缘故。

14.斯蒂芬玻尔兹曼定律在辐射传热计算中，将普朗克表达式对全波长积分就得到了黑体辐射力Eb。它说明黑体的辐射力和热力学温度的四次方成正比故又称四次方定律，在普朗克提出量子理论之前斯蒂芬早已通过实验得出上述规律。由斯蒂芬玻尔兹曼定律可知如果黑体的热力学温度增加一倍黑体辐射力将增加到16倍，可见随着温度的升高辐射传热将成为热交换的主要方式。

15.工程上有时需要计算某一波段范围内黑体的辐射能及其在辐射力中所占的百分数，然后查表根据波长乘以温度得到百分数。由此得到结论太阳辐射的能量绝大多数是可见光和红外线，黑体的温度在3800K以下时其峰值波长处在红外线波段所以一般工程中所遇到的辐射基本上都属于红外辐射，白炽灯里的钨丝发光时温度约2800K可见光波段内的能量仅有8.8%实际更低因此用于照明很浪费，1000K以下的金属在黑暗中呈暗红色是因为仅有少量接近于红外线波长的辐射发出，400K温度下的物体即使在黑暗中也看不见可见光但利用红外成像仪可以迅速探测其位置。

16.兰贝特余弦定律把物体发射的定向辐射强度与方向无关的特性称为漫发射，反射的定向辐射强度与方向无关的性质称为漫反射，漫射表面既具有漫发射又具有漫反射特性。黑体在半球空间各个方向上的定向辐射强度相等，定向辐射力随余弦规律变化，发现方向的定向辐射力最大故称兰贝特余弦定律，除了黑体以外只有漫射表面才遵守该定律。对于漫射表面，半球空间的辐射力是任意方向定向辐射强度的pai倍。结论有黑体向各个方向上的定向辐射强度相等，但由于接收辐射的热流计与黑体表面的相对位置不同导致黑体表面的可见辐射面积、热流计表面所占据的空间立体角以及两者之间的距离发生变化从而使热流计得到的投入辐射不同，处于平行时距离越近所得到的辐射越多，工程上对局部区域进行加热而不是全空间加热从而达到节约有效的效果。

17.基尔霍夫定律实际物体的辐射发射率即与黑体对应辐射力的比例有以下几种：发射率光谱发射率定向发射率光谱定向发射力

18.灰体灰体的光谱发射率不随波长发生变化，灰体的光谱辐射力与同温度黑体光谱辐射力随波长的变化曲线完全相似，灰体也是一种理想化的物体，工程实践中参与辐射传热的物体大多低于2000K，此时实际物体在红外波段范围内可近似地视为灰体，这种简化处理带来很大方便。

19.实际物体的辐射力并不严格同其热力学温度的四次方成正比，但在工程计算上为了计算方便仍认为是四次方关系，把由此引起的修正包括到由实验方法确定的发射率中去，因此发射率除了与物体本身性质有关外还与物体的温度有关。

20.事实上实际物体的定向辐射强度在半球空间的不同方向上有些变化，不遵循兰贝特定律，

它的定向发射率在不同方向上亦不同。对于非导体，在0~60度范围内可以当常数看待，大于60度减小的很快并且趋于零；磨光金属表面在0~40度可以作为常数，大于40先增加到80度达到最大，而后迅速下降，在接近90度时趋于0。

21.基尔霍夫定律基尔霍夫用热力学的方法揭示了物体发射辐射能的能力与它吸收投射辐射能能力之间的关系。在热平衡条件下，物体表面光谱定向发射率等于该表面对同温度黑体辐射的光谱定向吸收率，即使在不是热平衡条件下投入辐射也不是黑体辐射该试仍然成立，取决于自身的温度和表面特性。对于全波长范围内的吸收率不仅取决于自身的温度和表面特性，还与投入辐射能的波长分布有关。对于漫射表面，光谱发射率等于光谱吸收率；灰表面定向发射率等于定向吸收率；漫射灰表面发射率等于吸收率。对于非灰表面发射率与吸收率的相等关系不适用。

辐射传热计算

1.角系数一坨推算之后，离开某一非凹表面的辐射能只有一部分落到另一个非凹表面上，反之亦然。为此引入角系数的概念，表示离开表面的辐射能中能直接落到另一表面上的百分数。角系数是一个纯粹的几何量，仅取决于表面的大小和相对位置，与辐射物体是否是黑体无关，它同样适用于非黑体表面间的辐射传热。但是推导应用了两个前提条件：物体表面为漫表面，即物体发射的定向辐射强度及反射的定向辐射强度与方向无关；物体表面的辐射物性均匀，即温度均匀，发射率及反射率均匀。角系数的相对性。

3.辐射空间热阻与角系数相联系，取决于表面间的几何关系，表面间的角系数越小或表面积越小，则

由一个表面投射到另一个表面的能量就越少，空间热阻就越大。

4.封闭空腔诸黑表面间的辐射传热设有n个黑表面组成的空腔，各表面的温度分别为T1234……n，空腔表面i向所有表面投射能量的总和就是它向外发射的总能量，表面i对于所有表面的能量投射百分数之和为1，表明了封闭空腔中诸表面间辐射传热的完整性。

5.灰表面间的辐射传热有效辐射：灰表面间的辐射传热较黑表面要复杂，因为灰表面只吸收一部分投射辐射，其余反射出去，这样在灰表面间形成多次吸收反射的现象。有效辐射是指单位时间离开单位面积表面的总辐射能由表面的本身辐射和投入辐射的反射组成，由此得到辐射表面热阻。

6.封闭空腔中诸灰表面间的辐射传热网络法求解，数值解法列出节点方程求解

7.遮热板减少表面辐射传热的有效方法是采用高反射率的表面涂层，或在表面间加遮热板。可以用网络法方便地求出辐射传热量和遮热板温度。加遮热罩可以显著减小由于辐射产生的误差。

8.角系数的确定方法积分法确定角系数，由计算的无量纲数查找线图确定，代数法确定角系数。

9.气体辐射各种气体在厚度不大温度不高时辐射吸收能力可以略去不计，对于单原子气体和某些对称型双原子气体就有显著的辐射力和吸收能力。气体辐射与固体辐射相比的显著特点是：气体只能辐射和吸收某一波长范围内的能量，气体的辐射和吸收具有明显的选择性，气体辐射和吸收的范围称为光带，对于光带以外的热射线气体称为透明体，对于光带内的投入辐射可以有效地吸收和透过而不计反射和散射，对于透明固体有反射和散射；固体的辐射和吸收在很薄的表层中进行而气体的辐射和吸收是在整个气体容积中进行，当光带中热射线穿过气体层时辐射能沿途被气体吸收而使强度逐渐减弱，这种减弱程度取决于沿途遇到的气体分子数目，所以辐射能减弱的程度就直接和穿过气体的路程及气体的温度和分压有关。气体的光谱吸收率将是气体温度T,分压力p和辐射层厚度s的函数。

10.气体吸收定律又称布格尔定律，穿过气体层时光谱定向辐射强度按指数规律减弱。

11.当气体厚度很大时，光谱吸收率趋于1，在该波长下气体具有黑体的性质。

12.气体的发射率需要扩大到全波长。影响气体发射率的因素有气体温度，射线平均行程s 与气体分压力p的乘积，气体分压力和气体所处的总压力。然后发射率可以查图得到，由透明气体和CO2组成，总压力为101.3KPa的图，当混合气体总压力不是101.3KPa时有修正值，与CO2的分压力和射线平均行程有关，最后还有H2O同理，两者都有的时候需要减去重叠的修正值

13.气体的吸收率气体辐射的选择性不能当做灰体，所以吸收率发射率不相等，不仅取决于气体本身的分压力射线平均行程和温度还取决于外界投入辐射的性质，然后就又有了一坨公式。CO2的与温度比的0.65次有关，水与0.45次有关，同时存在有修正查图。

14.射线的平均行程s=C4V/A，V是气体所占容积，A为周围壁表面积，C是修正系数通常0.9

15.气体与外壳之间的辐射传热可用外壳有效发射率来计算辐射传热量，气体发射的热量减去气体吸收的热量，再乘以有效发射率通常取1和壁面发射率的一半

16.火焰辐射不发光火焰：天然气液化石油气等气体燃料和低挥发分固体燃料作层状燃烧产生火焰呈淡蓝色，无固体颗粒，可按气体辐射计算；半发光火焰：低挥发分固体粉状燃料作悬浮燃烧时生成半发光火焰，此时应该计算气体辐射和焦炭粒子和灰粒的辐射；发光火焰：包含大量炭黑颗粒，辐射能力大大增强，火焰的射线平均行程超过3m时可以当做黑体辐射来看待，火焰中炭黑的浓度和炭黑的辐射性质，CH比越大越容易形成炭黑

17.太阳辐射太阳向宇宙辐射的能量有99%集中在0.2~3微米的短波区，紫外线占8.7%其余由可见光红外线均分，太阳与5762K的黑体辐射相当，最大光谱辐射力波长为0.503微米。多年的实测标明当地球位于和太阳的平均距离上，在大气层外缘并与太阳射线相垂直的单位表面所接受的太阳辐射能为1353W/平方米，某地区在大气层外缘水平面上每单位面积的太阳投射能量要乘以轨道修正系数0.97~1.03和太阳射线与水平法线的夹角天顶角的余弦。由于大气中CO2，H2O,O3以及尘埃对太阳射线有吸收散射作用，云层和较大尘埃颗粒有反射作用，实际到达与太阳射线垂直的地面单位面积上的辐射能会减小，大气透明度理想的中纬度地区只有70~80%，城市中有大气污染还将削弱10~20%。

18.太阳辐射在大气层中减弱的因素H2O,CO2，O3对于太阳辐射的吸收作用，且具有明显的选择性，臭氧吸收紫外线为主，水二氧化碳主要吸收红外线，可见光区域臭氧可以吸收一部分，大气中的尘埃和污染物也对各类射线有吸收作用，所以到达地面的太阳能几乎集中在0.3~3微米的波长范围内。太阳辐射在大气层中遇到空气分子和微小的尘埃就会发生散射，气体分子直径比射线波长小得多，这种散射属于瑞利散射，其特点是各项同性且对短波散射占优，这是天空呈现蓝色的原因，尘埃的颗粒与射线波长属于同一数量级时产生米氏散射，具有方向性且沿射线方向散射的能量多。云层和较大的尘埃对太阳辐射起反射作用，把部分太阳辐射反射回宇宙空间，其中云层的反射作用最大。与太阳辐射通过大气层的行程有关，中午行程最小早晚则增大，此外大气层的密度不均匀，下层大于上层，即使同样的行程长度，位于下层时对太阳辐射的衰减作用要比在上层强。

19.地球周围的大气层同样对地面起着保温作用大气层能让大部分太阳辐射透过到达地面，而地面辐射中95%以上的能量分布在3~50微米范围内，被大气层中的温室气体CO2，CH4，氟氯烃等吸收，以CO2为主，大量排放温室气体会导致地表温度升高。

20.投射到地面的太阳辐射可分为直接辐射和天空散射，天空晴朗时两者之和称为太阳辐射密度，当天空多云时总辐射可能只有散射。

21.太阳能的利用太阳辐射能主要集中在0.3~3微米的波长范围内，利用时要求对该范围的光谱吸收率尽可能接近1，对于3微米以上的吸收率接近于0，这样该表面能吸收较多的能量而自己的辐射热损失又极小，镍黑镀层有近似的特性。

22.远红外窗口大气层外宇宙空间温度接近绝对零度，是个理想冷源但是大气阻碍了地面物体直接向太空辐射传热，在8~13微米的波长范围内CO2，H2O的吸收率很小穿透率很大，

而此波段处于地面物体本身辐射远红外区，所以称为大气的远红外窗口。地面物体通过这个窗口向宇宙空间辐射散热达到冷却的效果。窗口的透明度与天气和方向有关，晴朗无云的夜晚易于结霜，垂直于地面方向上大气层最薄透明度最高。为了增加冷却效果在冷却物体表面涂选择性涂料使表面在8~13微米波段内有很高的发射率，而降低其它波段的发射率。23.玻璃玻璃是太阳能利用的一种重要材料，普通玻璃窗可以透过2微米以下的射线，对大部分太阳辐射有透射作用，2.5微米以上的长波基本不透过也不反射，吸收率较大。长波大部分被吸收使玻璃温度升高，再通过向室外辐射对流散发热量，因此普通玻璃窗的传热系数较大。玻璃种三氧化二铁含量超过0.5%时可见光和近红外波段的透过率都有明显下降，玻璃呈天蓝色又称吸热玻璃。目前要求玻璃具有较高的太阳辐射穿透率。

24.建筑能耗通过门窗散失的能量占建筑总能耗的40%以上，过去选用的单层玻璃热阻很小，对远红外线辐射几乎完全吸收。Low-E（低发射率）玻璃因其表面镀有一层金属或半导体薄膜而对远红外线辐射具有高反射率，表现出低表面发射率。夏季长波进不来，冬天室内的长波辐射也不会因为玻璃的吸热而泄露到室外。

传热和换热器

1.肋片传热系数肋壁总效率由肋基面积和肋片面积乘以肋片效率加权得到，于是有三个热阻，无肋端对流传热，导热，有肋端对流传热。belta为肋化系数，应该大于1，且与肋片总效率的乘积也大于1。减小肋的间距，肋的数量增多，肋壁表面积增大能使肋化系数增大有利于减小热阻，同时可以增强肋间流体的扰动使表面传热系数提高，但减小的间距是有限的，肋间距不应小于热边界层厚度的两倍，避免肋间流体温度升高或降低减少传热温差。同时流动方向肋长不应过长避免边界层发展影响传热效果，此外柱形齿形破坏边界层的发展有利于强华传热。要合理设计肋片参数，使一侧与另一侧热阻达到最佳匹配，从而使传热系数达到最佳值。此外加肋壁还能降低壁面温度达到冷却的效果。

2.强化传热的原则强化传热的有效措施是提高较小一侧的h，例如气-水型换热器应在气侧加装肋片，此外虽然金属壁的热阻可以忽略，但是其表面的污垢热阻即使厚度不大对于传热也十分不利，由此必须清除污垢。以下有几个可行的强化传热方法：拓展传热面，肋壁肋片管波纹管板翅式传热面等；改变流动状态，增加流速强化扰动搅拌采用旋流射流等都能起到强化传热的作用但增加了阻力增大了动力消耗，增加流速根据h与u的0.6~0.84次幂的关系由不错的效果壳管式换热器中增加管程和壳程就是这个道理，管内插入金属丝金属螺旋麻花铁等增强扰动破坏流动边界层强化传热对于气体介质还能起到强化辐射传热的效果但是容易因此堵塞结垢，采用旋转流动装置在流道进口装涡流发生器使流体在一定压力下从切线方向进入管中作剧烈的旋转运动形成二次环流强华传热，采用射流的方法用射流直接冲击表面破坏边界层强华传热。改变流体物性，加入一定量的添加剂，固体颗粒具有较高的体积比热容从而提高了流体的体积比热容和热容量同时增强气流扰动程度固体与壁面的撞击破坏了边界层并携带热能增强热辐射。改变表面状况，增加粗糙度有利于管内受迫对流外掠平板流动和沸腾凝结传热但沸腾仅仅依靠粗糙度不能持久；改变表面结构采用烧结机械加工电火花等在表面形成很薄的金属层强化沸腾传热在壁上切削出沟槽螺纹强化凝结传热经常清理表面污垢有利于强华传热；表面涂层在表面涂表面张力很小的材料造成珠状凝结如聚四乙烯特种陶瓷灯在辐射传热下涂镀选择性涂层或发射率大的材料也很有效。改变传热面形状和大小，用小直径管子代替大直径管子用椭圆管代替圆管等。改变能量的传递方式，把流体与壁面的传热改变成复合传热即由对流改变成对流和辐射传热。靠外力产生振荡强化传热，用机械或电的方法使传热面或流体产生振动对流体施加声波或超声波外加静电场等。

3.削弱传热的原则与强化传热相反，有以下方法：覆盖热绝缘材料比如泡沫热绝缘材料超细粉末绝缘材料真空绝缘层等。改变表面状况和材料结构比如改变表面辐射特性采用选择性涂层增加对投入辐射的吸收削弱本身对环境辐射的损失增加抑制对流的远见如太阳能平

板集热器玻璃盖板与吸热板间蜂窝状结构抑制空气对流减少集热器对外辐射损失在保温材料表面或内部添加憎水剂使其不受潮对室外保温工程有利利用空气夹层传热。

4.换热器类型工作原理分为间壁式（冷热流体被壁面分开）换热器混合式（冷热流体彼此混合传热如蒸汽喷射泵）换热器回流式（冷热流体交替通过蓄热材料）换热器。从构造上分为管壳式换热器（结构坚固适应性强处理能力大清洗方便但是金属材料消耗大不紧凑）肋片管式换热器（结构紧凑适用于两侧流体表面传热系数相差较大的场合但肋片端流动阻力较大肋根与管之间接触不紧密时会形成接触热阻）板式换热器（结构紧凑金属消耗量低阻力相对较小传热系数高拆洗方便但是承压能力比管壳式换热器差了很多新型的板壳式换热器集成两者优点方便拆洗）板翅式换热器（结构紧凑传热面积大承压高但是容易堵塞不易清洗检修困难适用于清洁无腐蚀性流体传热）螺旋板式换热器（结构紧凑传热面积大流动阻力小价格低廉但是不易清洗修理困难承压低）。

5.平均温度差对数平均温差，除了顺流逆流外还有其它的方式先一律按照逆流计算出对数平均温差再乘以温差修正系数，查图可得，如果超出范围可用PR和1/R代替P,R查图，两者具有互易性的关系。

6.换热器的计算平均温差法（LMTD）和效能-传热单元数法（aibuseilen-NUT法）沃日终于快完了，平均温差法按热平衡法求出冷流体或热流体的出口温度，再算出平均温差然后由传热公式求出换热器面积，借此确定换热器的主要参数，热流量-平均温差-k-A这样的顺序。效能-传热单元数法（aibuseilen-NTU法），效能的定义为换热器实际传热量与最大可能传热量之比，NTU=kA/MCmin，在一定的NTU下逆流的效能总大于顺流。只有当Cmin/Cmax=0如沸腾凝结的情况，两式都变为1-e^（-NTU），设计计算时先由进出口温度计算出效能在求出NTU从而得到传热面积，校核时先由传热面积传热系数计算NTU再按Cmin/Cmax得到效能再计算出口温度。这两种方法设计计算繁琐差不多，但采用LMTD法可以从求出的温差修正系数看出选用的流动形式与逆流的差距，另一种做不到。对于校核计算，LMTD稍繁琐，传热系数已知时效能-传热单元法可以直接求出结果更方便。

7.换热器性能评价满足传热要求强度可靠便与制造经济合理，涉及热力学性能不可逆损失传热性能阻力性能机械性能可靠性经济性等。单一性能评价，传热量与功耗比的平均传热面积与其它性能的评价能量转换和利用性能比的评价比如熵产单元数deltas/Cmax表明不可逆损失。