(完整版)传热学知识点

传热学主要知识点

1. 热量传递的三种基本方式。

热量传递的三种基本方式：导热(热传导)、对流(热对流)和热辐射。

2. 导热的特点。

a 必须有温差；

b 物体直接接触；

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；

d 在引力场下单纯的导热一般只发生在密实的固体中。

3. 对流（热对流）(Convection)的概念。

流体中（气体或液体）温度不同的各部分之间，由于发生相对的宏观运动而把 热量由一处传递到另一处的现象。 4 对流换热的特点。

当流体流过一个物体表面时的热量传递过程，它与单纯的对流不同，具有如下 特点：

a 导热与热对流同时存在的复杂热传递过程

b 必须有直接接触（流体与壁面）和宏观运动；也必须有温差

c 壁面处会形成速度梯度很大的边界层

5. 牛顿冷却公式的基本表达式及其中各物理量的定义。

q ' = h (t w - t ∞ )

(w)

= q 'A = Ah (t w - t ∞ )

w / m 2

h 是对流换热系数单位 w/(m 2 k) q ' 是热流密度（导热速率），单位(W/m 2)

是导热量 W

6. 热辐射的特点。

a 任何物体，只要温度高于 0 K ，就会不停地向周围空间发出热辐射；

b 可以在真空中传播；

c 伴随能量形式的转变；

d 具有强烈的方向性；

e 辐射能与温度和波长均有关；

f 发射辐射取决于温度的 4 次方。

7. 导热系数, 表面传热系数和传热系数之间的区别。导热系数：表征材料导热

能力的大小，是一种物性参数，与材料种类和温度关。

表面传热系数：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。影响 h 因素：流速、流体物性、壁面形状大小等传热系数： 是表征传热过程强烈程度的标尺，不是物性参数，与过程有关。

第一章 导热理论基础

1 傅立叶定律的基本表达式及其中各物理量的意义。傅立叶定律（导热基本定律）：

q ' = -k ∂dT q ' = -k ∇T = -k (i ∂T + j ∂T + k ∂T

) x ∂dx ∂x ∂y ∂z

q ' = -k ∂T n ∂n

T(x,y,z)为标量温度场

圆筒壁表面的导热速率 q r

= -kA dT

dr = -k (2rL ) dT dr

垂直导过等温面的热流密度，正比于该处的温度梯度，方向与温度梯度相反。 (1) 空隙中充有空气,空气导热系数小,因此保温性好;

(2) 空隙太大,会形成自然对流换热,辐射的影响也会增强,因此并非空隙越大越好。

(3) 由于水分的渗入，替代了相当一部分空气，而且更主要的是水分将从高温区向低温区迁移而传递热量。因此，湿材料的导热系数比干材料和水都要大。所以，建筑物的围护结构，特别是冷、热设备的保温层，都应采取防潮措施。

导热微分方程式的理论基础。 傅里叶定律 + 热力学第一定律

导热与导出净热量（使用傅里叶定律）+微元产生的热量=微元的内能变化量。

导热微分方程（热方程）

∂ (k ∂T ) + ∂x ∂x ∂ (k ∂T ) + ∂y ∂y ∂ (k ∂T ) + q = c ∂z ∂z ∂T p ∂t

（k 是导热率 ----- 导热系数）

∂2T + ∂2T + ∂2T + q = 1 ⨯ ∂T =

∂x 2 ∂y 2 ∂z 2 k ∂t

热扩散系数

k /( c p )

（可以用来计算∂T

，温度随时间的变化率） ∂t

d

(k dT

) = 0 dx dx

热扩散率的概念

热扩散率（用 a 表示）反映了导热过程中材料的导热能力与沿途物质储热能力之间的关系值大，即 λ 值大或 ρc 值小，说明物体的某一部分一旦获得热量， 该热量能在整个物体中很快扩散。热扩散率表征物体被加热或冷却时，物体内各部分温度趋向于均匀一致的能力在同样加热条件下，物体的热扩散率越大，

如果是一维导热

且无内热源

如果导热率是常量

物体内部各处的温度差别越小。热扩散率反应导热过程动态特性，是研究不稳态导热的重要物理量。

完整数学描述：导热微分方程 + 单值性条件导热微分方程式描写物体的温度随时间和空间变化的关系；它没有涉及具体、特定的导热过程。是通用表达式。对特定的导热过程，需要补充单值性条件，才能得到特定问题的唯一解。单值 性条件包括四项：几何条件、物理条件、时间条件（初始条件）、边界条件。

边界条件

边界条件说明导热体边界上过程进行的特点

反映过程与周围环境相互作用的条件（１）第一类边界条件：已知任一瞬间导 热体边界上温度值；（2）第二类边界条件：已知物体边界上热流密度的分布及变化规律，第二类边界条件相当于已知任何时刻物体边界面法向的温度梯度值； （3）第三类边界条件：当物体壁面与流体相接触进行对流换热时，已知任一时

刻边界面周围流体的温度和表面传热系数。（ - k ∂T | ∂x

x =0 = h [T ∞-T (0, t )] ）

第 2 章 稳态导热(一维导热结果总汇 P.80)

热阻：（径向系统的热阻 P.74） R

≡ T s ,1 - T s ,2 = L 导热（conduction ）热阻

t ,cond

x

对流（convection ）热阻 R t ,conv

≡ T s - T ∞ = 1 q hA

R ≡ T s - T sur

=

1

辐射（radiation ）热阻

t ,rad

q rad

h r A

接触（thermal contact ）热阻定义式 R t ',c = T A - T B

q

总传热系数 U ： q x

x

≡ UA ∆T

总热阻： R tot = ∑R t

= ∆T = 1 q UA

R

=

ln(r 2 / r 1 ) 圆筒壁中的径向导热热阻

t ,cond 2Lk

q kA