第一章计算传热学
传热学 第一章 思考题和习题
思 考 题1-1 试列举生活中热传导、对流传热和辐射传热的事例。
1-2 冬天，上午晒被子，晚上睡觉为什么还会感到暖和？1-3 通过实验测定夹层中流体的导热率时，应采用图1-6中哪一种装置？为什么？1-4 在思考题1-3中，流体为空气时导热率可用式（1-1）计算，式中t ∆为热、冷面的温度差，δ为空气夹层的厚度，Φ为通过空气夹层的热流量，A 为空气夹层的导热面积。
实践证明，t ∆不能太大，否则测得的热导率比真实的热导率大。
试分析其原因。
1-5 从传热的角度出发、采暖散热器的冷风机应放在什么高度最合适？1-6 从表1-1对流传热系数的大致范围，你可以得出哪些规律性的结论？1-7 多层热绝缘由铝箔和玻璃纤维纸、玻璃布、尼龙网等依次包扎而成，并且整个系统处在高真空下。
在20～300 K 的温度下它的热导率可低达)K m /(W 10)6.0(0.14⋅×−～,试分析其原因。
1-8 在深秋晴朗无风的夜晚，草地会披上一身白霜，可是气象台的天气报告却说清晨最低温度为2℃。
试解释这种现象。
但在阴天或有风的夜晚（其他条件不变），草地却不会披上白霜，为什么？1-9 在一有空调的房间内，夏天和冬天的室温均控制在20℃，但冬天得穿毛线衣，而夏天只需穿衬衫。
这是为什么？（提示：参考图1-8，先画出夏天和冬天墙壁传热的温度分布曲线，再解释这种现象。
） 1-10 饱和水蒸气管道外包保温材料，试分析三种传热方式怎样组成由水蒸气经管道壁和保温层到空气的传热过程，并画出热阻串并联图。
1-11 在思考题1-10中，管道外壁的温度近似等于饱和水蒸气的温度。
试用热阻分析解释这一现象。
1-12 某双层壁中的稳态温度分布如图1-7所示，问哪一层材料的热导率大？哪一层材料的导热热阻大？ 1-13 某传热过程的温度分布曲线如图1-8所示，试分别画出其在下列情况下的温度分布曲线：（1）0 / →λδ；（2）∞→ h 1；（3）∞→ h 2；（4）；∞→ h 1，∞→ h 2。
传热学第七版课后答案
传热学第七版课后答案第一章：传热的基本概念1. 描述传热的三种方式。
传热可以通过三种方式进行：热传导、对流和辐射。
•热传导是指热量沿物质的内部传播，通常发生在固体和液体中。
它主要由分子之间的相互作用引起，通过分子的碰撞和传递热量。
•对流是指通过流体的传输热量，可以是自然对流或强迫对流。
自然对流是指由密度的差异引起的流动，而强迫对流是通过施加外部力或压力梯度引起的。
•辐射是指以电磁波的形式传播热量。
它可以在真空中传播，例如太阳辐射的热量可以在地球上传播。
2. 什么是传热的单位？传热的单位是热功率（Q）除以温度差（ΔT）。
常用的单位有瓦特/（平方米·开尔文）（W/（m2·K））或卡/（秒·平方米·摄氏度）（cal/（s·cm2·°C））。
3. 热传导的主要影响因素有哪些？热传导的主要影响因素包括：•温度差：温度差越大，热传导的速率越快。
•材料导热性能：不同材料的导热性能不同，例如，金属通常具有较高的导热性能，而绝缘材料则相对较低。
•材料厚度：材料的厚度越大，热传导的阻力越大，传热速率越慢。
•材料接触面积：接触面积越大，热传导的速率越快。
4. 什么是对流换热系数？对流换热系数是指单位面积上在单位温度差下通过对流传递的热量。
换热系数取决于流体的性质、流体的流动状态、流体与固体之间的热传导和流体与固体之间的传热面积等因素。
5. 什么是辐射传热？辐射传热是指以电磁波的形式通过真空或介质传播热量，无需传播介质的参与。
辐射传热的速率取决于辐射源的温度、辐射体的表面特性、辐射的波长和介质的吸收能力等因素。
第二章：传热的基本方程1. 热扩散方程是什么？热扩散方程（Heat Diffusion Equation）是用来描述热量在物体内部传导的方程。
它可以写成以下形式：热扩散方程热扩散方程其中，η是物体的热扩散率，ρ是物体的密度，c是物体的比热容，T是温度。
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，进入吹风器的空气压力，温度℃。
要求吹风器出口的空气温度℃，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。
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。
高等传热学知识点总结
多维、线性齐次，乘积解： t ( x, y, z, ) ψ( x, y, z )( ) 令 ψ( x, y, z) X ( x)Y ( y) Z ( z) ，分别求解，然后相乘
t ( x, y, z, ) Cmnp e a ( m
m 1 n 1 p 1
2
m2 m2 )
X( m , x)Y( m , y)Z(m , z)
多维稳态非齐次：边界非齐 fi (r ) 0 or 方程非齐 0 边界非齐次（方程齐次） ：分离变量法
t ( x, y) X ( x)Y ( y) ,参照时间与空间的分离变量法
当多个边界非齐次时，等于各单非齐问题的叠加 方程非齐次：等于相应齐次解+非齐次特解 线性、非齐次、非稳态： 热源函数法：在无限大区域，初始时刻 x=x0 处，作用了 一个 t=t0 的热源，当 0 时，
13
0.14
2 Num 0 . 6 6 4 1 R l e
1 3
Pr
大空间自然对流换热: Nu C (GrPr) C ( Ra)
x z yz z
， 利用
1 H
u H
i 1 i
3
H t 2 i ui
t cp
第二章 分离变量法 分离变量法： 将温度分成只与空间有 t (r , ) ψ(r )( ) ， 关的 ψ(r ) 和只与时间有关的 ( ) 的乘积。 对于线性齐次非稳态无内热源问题， t
ห้องสมุดไป่ตู้对流
t y
y w, x
对流换热基本计算式：傅里叶定律 qw
牛顿冷却公式 qc h(tw, x t ) ，t 在内流时取管道截面 平均流体温度，外流时取远离壁面的流体温度。
传热学第七版知识点总结
传热学第七版知识点总结●绪论●热传递的基本方式●导热（热传导）●产生条件●有温差●有接触●导热量计算式●重要的物理量Rt—热阻●热对流●牛顿冷却公式●h—表面传热系数●Rh—既1➗h—单位表面积上的对流传热热阻●热辐射●斯蒂芬—玻尔茨曼定律●黑体辐射力Eb●斯蒂芬—玻尔茨曼常量（5678）●实际物体表面发射率（黑度）●传热过程●k为传热系数p5●第一章：导热理论基础●基本概念●温度场●t=f（x，y，z，t）●稳态导热与非稳态导热●等温面与等温线（类比等高线）●温度梯度●方向为法线●gradt●指向温度增加的方向●热流（密度）矢量●直角坐标系●圆柱坐标系●圆球坐标系●傅里叶定律●适用条件：各向同性物体●公式见p12●热导率●注意多孔材料的导温系数●导热微分方程式●微元体的热平衡●热扩散率●方程简化问题p19●有无穷多个解●导热过程的单值性条件●几何条件●物理条件●导热过程的热物性参数●时间条件●也叫初始条件●边界条件●第一类边界条件●已知温度分布●第二类边界条件●已知热分布●第三类边界条件●已知tf和h●第二章：稳态导热●通过平壁的导热●第一类边界条件●温度只沿厚度发生变化，H和W远大于壁厚●第三类边界条件●已知tf1和2，h1和2●通过复合平壁的导热●具有内热源的平壁导热●通过圆筒壁的导热●公式见p37●掌握计算公式及传热过程●掌握临界热绝缘直径dc●通过肋壁的导热●直肋●牛顿冷却公式●环肋●肋片效率●通过接触面的导热●了解接触热阻Rc●二维稳态导热●了解简化计算方法●形状因子S●第三章：非稳态导热●非稳态导热过程的类型和特点●了解过程●了解变化阶段●无限大平壁的瞬态导热●加热或冷却过程的分析解法●表达式及物理意义●傅立叶数Fo●毕渥准则Bi●集总参数法●应用条件●见课本p69●物理意义●见课本p70●半无限大物体的瞬态导热●其他形状物体的瞬态导热●周期性非稳态导热●第四章：导热数值解法基础●建立离散方程的方法●有限差分法●一阶截差公式p91●控制容积法●根据傅立叶定律表示导热量●稳态导热的数值计算●节点方程的建立●热平衡法●勿忽略边界节点●非稳态导热的数值计算●显式差分●勿忽略稳定性要求●隐式差分●第五章：对流传热分析●对流传热概述●流动的起因和状态●起因●自然对流●受迫对流●流速快强度大h高●状态●层流●紊流●采用较多●流体的热物理性质●热物性●比热容●热导率●液体大于气体●密度●黏度●大了不利于对流传热●液体●温度越高黏度越低●气体●温度越高黏度越大●定性温度●流体温度●主流温度●管道进出口平均温度●容积平均温度●壁表面温度●流体温度与壁面温度的算数平均值●流体的相变●相变传热●传热表面几何因素●壁面形状●长度●定型长度l●粗糙度●流体的相对位置●外部流动●外掠平板●外掠圆管及管束●内部流动●管内流动●槽内流动●对流传热微分方程组●对流传热过程微分方程式●见课本p116公式5-2●第一类边界条件●已知壁温●第二类边界条件●已知热流密度q●连续性方程●质量流量M的概念●p117公式5-3●二维常物性不可压缩流体稳态流动连续性方程●动量守恒微分方程式●动量守恒方程式●p118公式5-4●N- S方程●注意各项的含义●能量守恒微分方程式●四种热量●导热量●热对流传递的能量●表面切向应力对微元体做功的热（耗散热）●内热源产生的热●方程式p119公式5-5●边界层对流传热微分方程组●流动边界层●层流边界层●紊流边界层●层流底层（黏性底层）●会画分布规律●热边界层●也称温度边界层●会画分布规律●数量级分析与边界层微分方程●普朗特数Pr的概念●外掠平板层流传热边界层微分方程式分析解简述●熟记雷诺准则●努谢尔特数Nu含义●动量传递和热量传递的类比●两传类比见p132内容较多●动量传递●掌握雷诺类比率●热量传递●掌握柯尔朋类比率●相似理论基础●三个相似原理●同类物理现象●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●几何条件●物理条件●对流传热过程的数值求解方法简介p145 ●第六章：单相流体对流传热●会用准则关联式计算h●p162例题●确定定性温度，定型尺寸●查物性参数计算Re●附录2●选择准则关联式●p160公式6-4●第七章：凝结与沸腾传热●凝结传热●形成和传热模式的不同●珠状凝结●膜状凝结●了解影响因素●了解关联式的应用●沸腾传热●了解换热机理●掌握大空间沸腾曲线●影响因素●计算方法●热管●了解工作原理●第八章：热辐射的基本定律●基本概念●理解●热辐射的本质●热辐射的特点●掌握概念●黑体●灰体●漫射体●发射率●吸收率●热辐射的基本定律●重点掌握●维恩位移定律●斯蒂芬-玻尔兹曼定律●基尔霍夫定律●漫灰表面发射率等于吸收率●第九章：辐射传热计算●任意两黑表面之间的辐射换热量●角系数●用代数法进行计算●空间热阻●封闭空腔法●三个黑表面之间的辐射换热●掌握热阻网格图●灰表面间●辐射换热●基尔霍夫定律计算●掌握三个灰表面●有效辐射●掌握概念●表面热阻●绝热面重辐射面●遮热板工作原理及应用●气体辐射特点●第十章：传热和换热器●通过肋壁的传热●了解计算方法●复合传热时的传热计算●传热的强化和削弱●了解措施●换热器的形式和基本构造●了解分类●平均温度差●掌握LMTD方法●换热器计算●对数平均温差法●掌握传热单元数法p305 ●换热器性能评价简述。
传热学——精选推荐
第一章、基本内容：一、热量传递的三种基本方式⒈导热 掌握导热系数λ是一物性参数，其单位为w ／(m·K)；它取决于物质的热力状态，如压力、温度等。
⒉对流 掌握对流换热的表面传热系数h 为一过程量，而不像导热系数λ那样是物性参数。
⒊热辐射 掌握黑体辐射的斯蒂藩—玻耳兹曼定律。
二、传热过程与传热系数⒈传热过程 理解传热系数K 是表征传热过程强弱的标尺。
⒉热阻分析1、试分析室内暖气片的散热过程，各环节有哪些热量传递方式？以暖气片管内走热水为例。
答：有以下换热环节及热传递方式(1)由热水到暖气片管到内壁，热传递方式是对流换热(强制对流)；(2)由暖气片管道内壁至外壁，热传递方式为导热；(3)由暖气片外壁至室内环境和空气，热传递方式有辐射换热和对流换热。
二、定量计算本节的定量计算主要是利用热量传递的三种基本方式所对应的定律，即导热的傅里叶定律，对流换热的牛顿冷却公式，热辐射的斯蒂藩—玻耳兹曼定律进行简单的计算。
另外，传热过程、热阻综合分析法及能量守恒定律也是较重要的内容。
1、一双层玻璃窗，宽1.1m ，高1.2m ，厚3mm ，导热系数为1.05W/(m·K)；中间空气层厚5MM ，设空气隙仅起导热作用，导热系数为0.026W/(m·K)。
室内空气温度为25℃。
表面传热系数为20W/(m 2·K)；室外空气温度为-10℃，表面传热系数为15W/(m 2·K)。
试计算通过双层玻璃窗的散热量，并与单层玻璃窗相比较。
假定在两种情况下室内、外空气温度及表面传热系数相同。
解：(1)双层玻璃窗情形，由传热过程计算式：(2)单层玻璃窗情形：显然，单层玻璃窃的散热量是双层玻璃窗的2.6倍。
因此，北方的冬天常常采用双层玻璃窗使室内保温。
2、一外径为0.3m ，壁厚为5mm 的圆管，长为5m ，外表面平均温度为80℃。
200℃的空气在管外横向掠过，表面传热系数为80W/(m 2·K)。
传热学
传热学第一章绪论1.传热学的定义: 研究由于温度差而引起的热能传递规律的科学.2.热流量（heat transfer rate）：单位时间内通过某一给定面积A的热量，记为Φ，单位为 W3.热流密度（或称面积热流量）:通过单位面积的热流量，记为q，单位是 W/m24.稳态过程与非稳态过程稳态过程：热量传递系统中各点温度不随时间而改变的过程非稳态过程：各点温度随时间而改变的过程5.热传导的定义：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热运动而产生的热量传递过程1）导热是物质的固有属性2）固、液、气等均具有一定的导热能力3）纯导热只发生在密实的固体和静止的流体中导热现象的判断？1）有温差；2）密实固体或静止流体6.模型一平壁稳态导热.影响因素:平壁面积,厚度,温差平壁稳态导热的计算公式：7.λ —热导率，又称导热系数.单位：W/(m·K) (热物理参数)8.热对流：流体中温度不同的各部分发生相互混合的宏观运动而引起的热量传递现象特点: 1）发生在流体中2）流体内部必须存在温差3）流体必须有宏观运动4）伴随着热传导9.对流传热：流动的流体与温度不同的固体壁面间的热量传递过程.(热对流的一种方式,传热学研究方式).分类:按流体流动的起因：1）自然对流、自由对流：流体冷、热各部分密度不同而引起的2）受迫对流、强迫对流：流体的流动是在外力（在泵或风机）作用下产生的技巧：给出流体速度的为强迫对流按流体有无相变：1）无相变的对流传热2）有相变的对流传热：沸腾换热、凝结换热10.如何判断对流传热1）发生在壁面和流体之间：参与物质类型2）壁面和流体存在温差：热量传递的前提3）流体要运动：速度体现一定不要遗漏自然对流11.对流传热的计算—牛顿冷却公式（对流传热的热量传递速率方程）当流体被加热时：当流体被冷却时：h-表面传热系数(过程量)，W/(m2·K)13.热辐射：由于自身温度（热）的原因而发出辐射能的现象（heat radiation）1）辐射传热：物体之间因为相互辐射、相互吸收而引起的热量传递过程2）理想物体：绝对黑体，简称黑体（能够全部吸收投射到其表面上辐射能的物体）14.黑体辐射的斯忒藩-玻耳兹曼（Stefan-Boltamann）定律实际物体的辐射能力：注意：1）σ—斯忒藩-玻耳兹曼常数，5.67×10-8W/(m2·K4) 2）ε—发射率（emissivity），习惯上也称为黑度，物性参数15.理想模型2—两平行黑体平板间的辐射传热（相距很近，表面间充满了透明介质）16.理想模型3—非凹表面1包容在面积很大的空腔2中注意：1）辐射传热必须采用热力学温度2）注意公式的使用条件3）“动态平衡”的含义（p8）17．导热、对流与辐射的辨析：1）导热、对流只在有物质存在的条件下才能实现；热辐射不需中间介质（非接触性传热）2）辐射不仅有能量的转移，而且伴随能量形式的转换；3）辐射换热是一种双向热流同时存在的换热过程；4）辐射能力与其温度有关，导热、对流与温差有关；导热与对流的辨析：气、液、固均具有导热能力，纯导热只发生在静止的流体中；对流只发生在流动的流体中；18．传热过程：热量由固体一侧的高温流体通过固体壁面传给另一侧低温流体的热量传递过程 。
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 54000036001015＝⨯⨯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2260cm 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。
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本课程更多的关注于热问题的数值计算
计算流体力学所涉及的诸如无粘流及跨、超音速 流动的数值计算在本课程中并不涉及
第一章 引言———计算传热学发展简史
早在1933年，英国科学家THOM应用手摇计算机完成 了对一个外掠园流动的数值计算，但真正应用计算机 和数值计算方法求解流动和传热问题，并在全世界范 围内形成规模而且得到有益的结果，大致始于60年代 因而，我们讲NHT发展史也就从60年代开始。从60年 代开始至今，把NHT的发展过程大致可以分为三个阶 段。
第一章 引言———计算传热学发展简史
1979年Spalding教授及其合作者开发的流动与传热问题 的大型通用软件PHOENICS第一版问世。 PHOENICS 是英语Parabolic, Hyperbolic or Elliptic Numerical Intergration Code Series的缩写。但仅限于帝国理工 CFD研究组内使用。
第一章 引言———计算传热学发展简史
在交错网格基础上，提出了同位网格方法，其吸取交错 网格的成功经验，又将求解变量布置在同一套网格上， 在非正交曲线坐标系中得到了广泛的应用。 在SIMPLE算法基础上，先后提出了SIMPLER和 SIMPLEC等改进算法。 总之，这一阶段NHT已经开始走向工业界，经典著作、 商用软件、网格生成技术、更好的算法等等这些为日后 岁计算机工业的快速发展而NHT兴旺发达奠定了坚实的 理论基础、人员基础和物质基础。
与理论研究所不同，计算传热学以真实 条件和复杂工况为研究对象，用数值计 算的方法求解描述该真实过程的基本方 程，从而获得该过程变量的数值分布， 并据此研究该过程的变化规律。
第一章 引言———计算传热学发展简史 3、计算传热学发展简史
计算传热学和计算流体力学关系密切，以至通常人们 把热流体力学的数值计算也归于CFD
2001 Total Impact 2001 Cites factor Articles
728 2696 2818 4783 21689
5.667 5.486 2.570 2.521 1.912
5 19 84 122 389
6
7 8 18 28
Phys Fluids
Struct Optimization Int MultiPhas Flow Numerical Heat Transfer B-Fund Numerical Heat transfer A-Appl
1979年Leonard发表了具有良好稳定性和高精度的 QUICK格式，使数值计算往精益求精的方向迈出了重 要的一步，其后来得到了广泛的认识。
第一章 引言———计算传热学发展简史
1980年Patankar教授的名著Numerical Heat Transfer And Fluid Flow，为NHT在工业中的广泛应用和众多 的 人们掌握和理解NHT奠定了理论基础。该书深受全 世界NHT的研究者和使用者欢迎，相继被翻译成俄文 、日文、波兰文和中文等，成为NHT领域内一部经典 著作。 随着NHT不断成功地应用于各种问题，工业界和热科 学领域的研究方法也产生改变，由传统的依靠实验， 转而采用实验和计算并举的方法。
第一章 引言———计算传热学发展简史
NTH
第一阶段---萌芽初创时期(1965---1974) 1965年美国科学家Harlow/Welch 提出了交错网格 1966年Gentry/Martin/Daly及 Barakat/Clark确认了迎风格式的意义 初 期 遇 到 的 两 大 困 难
1966年世界上第一本介绍CFD和NTH的 刊物Journal of Computational Physics创刊
第一章 引言———计算传热学发展简史 Mechanics, 2001, Total Journal=94
Rank
1 2 3 4 5
Journal Title
Adv Appl Mech Annu Rev Fluid Mech J Rheology J Mech Phys Solids J Fluid Mech
第一章 引言———人类实践活动发展迅猛 2.2 人类实践活动发展迅猛 目前人类生产生活的能源和动力主要来自化石 燃料的化学能向热能的转变过程。因此与热相 关的生产实践活动十分丰富，且与我们生产生 活的方方面面都密切相关，在上世纪得到了迅 猛的发展和成熟。如： 性能卓越，易于控制的汽车发动机 从推力以克计量的微型火箭发动机到推力以 吨计量大型火箭发动机 十分复杂和可靠航空发动机 大型的燃煤、燃油锅炉
相 似 比 拟
量 纲 分 析
实 验 关 联 式
第一章 引言———燃烧学研究状况
燃烧学 着火与灭火 层流预混燃烧 液滴蒸发与燃烧
球 形 密 闭 容 器
良 好 搅 拌 反 应 器
应一 层维 流定 流场 动有 反
蒸折液 发算滴 与薄在 燃膜静 烧中止 的或
第一章 引言———理论研究的总结 (1)不论是流体力学，传热学，还是燃烧学都是以 实际中并不存在的理想情况或简单问题为研究对 象。 (2)这些研究在理想条件和简单问题基础之上，应 用积分、保角变换、小扰动线化理论和特征线理 论等一些数学手段进行演绎和推导，最终给出所 能考虑的过程变量之间相互制约的一个解析的或 近似的表达式。 (3)一方面它们的研究手段或成果难于或无法应用 于复杂的问题，另一方面它们对实践的指导意义 比较宏观和笼统，难以或无法微观和具体。
1967年Patankar和Spalding发表了求解抛物型流动 P-S方法。
第一章 引———计算传热学发展简史
1969年Spalding在Imperial College为把他们的研究成 果---P-S方法推广到工业界，创建CHAM，并于同年出 版Heat and Mass Transfer in Recirculating Flows，为 世界上第一本CFD/NTH专著。 1972年SIMPLE算法问世 1974年美国学者Thompson, Thames及Mastin提出采用 微分方程来生成适体坐标的方法(TTM方法)，后来逐 渐形成为CFD/NTH领域的一个重要分支---网格生成 技术
第一章 引言———计算传热学发展简史
第三阶段---进一步兴旺发达的近期(1985---至今)
1985年Singhal对NHT的现状进行了总结，并提出NHT有 能力求解的十类问题。这十类问题涉及范围十分广泛， 从纯导热问题到气、固、液并存的流动和换热问题。指 出NHT远没有发挥它力所能及的程度，主要原因在于： 计算方法和模型有待完善以及软件使用不够方便和友好。 其中后者是主要原因，其为NHT软件的发展起到了积极 的促进作用。 为使用方便和友好，前后处理软件迅速发展 巨型机的发展促使了并行算法以及人们用数值计算方法 认识湍流现象的可能。如：DNS，LES等。
同类课程：计算燃烧学、计算流体力学
基础课程：流体力学、传热学、燃烧学
第一章 引言———计算传热学的产生背景之理论研究不足
2、计算传热学的产生背景
我们将从四个方面来认识计算传热学的产生背景
2.1 理论研究不足 计算传热学研究的对象是有传热和燃烧现象 发生的流动过程，因此，其涉及三个方面的 理论研究，它们是：流体力学、传热学和燃 烧学
计算传热学 Numerical Heat Transfer
Streamwise Velocity from DNS of a Backward-Facing Step
第一章 引言———计算传热学的含义
1、计算传热学的含义
传热学：研究热的传递规律的一门学科
计 算：给出待求变量或所研究过程状态 变量数值大小的方法与过程 计算传热学：用计算的方法研究热传递过 程，给出刻画这些过程的状态量的数值大 小，并据此来认识热传递过程及其变化规 律
第一章 引言———计算传热学发展简史
为了适应这一变化，使NHT为工业界和科研人员所接受 和掌握，并成为他们改进设计和研究问题的一个有效手 段，1981年CHAM公司把原先局限于帝国理工CFD研究 组应用的PHOENICS软件正式投放市场。开创了CFD/ NHT商用软件的先河。其后商用软件业蓬勃发展，到目 前已有几十种，其中著名的有FLUENT， STAR-CD CFX等。 随着计算机工业的不断发展，NHT逐步由二维向三维、 由规则区域向不规则区域、由正交坐标系向非正交坐 标系发展
第一章 引言———理论与实践脱节的原因 2.3 理论与实践脱节的原因
u j ( ) S t x j x j x j
但，对于上述方程数学上尚不能给出它的解
(t , x1 , x 2 , x 3 )
因此，造成了理论与实践脱节的原因
第一章 引言———计算机提供了一个途径 2.4 计算机的出现和迅猛发展为我们求解非线性 偏微分方程组提供了一个途径 ————数值计算
第一章 引言———计算传热学的广义含义 计算传热学：用计算的方法研究有燃烧和传热 现象发生的流动过程，给出刻画这些过程的状态 量的数值大小，并据此来认识有燃烧和传热现象 发生的流动过程及其变化规律。 研究对象：有燃烧和传热现象发生的流动过程 研究方法：数值计算 研究目标：给出过程量的数值大小，并据此来 认识所研究过程的变化规律。
热过程与流动过程密不可分，从而是计算传热学和计 算流体力学的主要研究内容是一致的，或基于计算流 体力学之上的。 因此，计算传热学的发展史很大程度上就是计算流体 力学的发展史。 既然这样，我们选学计算流体力学岂不更好？
第一章 引言———计算传热学发展简史
但是，本课程的计算传热学和计算流体力学的内容 还是有很多区别的。 首先，计算流体力学更多的被看成本课程的基础， 所以许多问题更多的是作为知识来学习和了解， 而不象CFD那样追根求源。如：格式的精度、稳 定性、耗散性、色散性等
第一章 引言———计算传热学含义的扩展 进一步，传热有导热、对流换热和辐射传热之分， 可以用下边的方程来描述