《传热学基础》详细考核大纲

1、同学们复习传热学基础部分考核大纲整理出来了，大家结合课本及平时笔记好好复习，预祝同学们能考出好成绩！第一及第二章复习提要：1、需要掌握的概念包括：热传导、对流、辐射、温度场、温度梯度、傅里叶定律、导热系数、对流换热系数、热流、热流密度、线热流密度、热阻、面积热阻、稳态导热过程、泊松方程、接触热阻、复合平壁、内热源、热源强度、形状因子等。温度场：某一时刻物体中所有各点温度分布的总称称为温度场。温度梯度：温度差At与沿法线方向两等温面之间的距离n的比值的极限，叫温度梯度，即gradt=lim（兰）二-n。AnTOAndn导热系数：由傅立叶定律中九=1q1得到的比例系数称为热导率，它是当物体内温Qt

2、|-nIQn度降度为1K/m时，在单位时间内，通过单位面积所传导的热量，或者说单位温度梯度作用下物体内所产生的热流密度矢量的模。对流换热系数：又称为表面传热系数，它是由牛顿冷却公式q=hAt得到的比例系数，单位为W/(m2K)。热流：单位时间内通过某一给定面积的热量，用表示，单位为W。热流密度：单位时间内经过单位面积所传递的热流量，用q表示，单位为W/m2。线热流密度：单位长度上的热流量，用qi表示，单位为W/m。傅里叶定律：在导热过程中，单位时间内通过给定截面的导热量，正比于垂直该截面方向上的温度变化率和截面面积，而热量传递的方向与温度升高的方向相反。At热阻：热转移过程的阻力，用R表示，单

3、位为K/W,公式为R-稳态导热过程：物体中各点温度不随时间而改变的热传递过程称为稳态热传递过程，用公式、亠、2L=0表达就是Qp。非稳态导热过程则与之相反。泊松方程：泊松方程是常物性、稳态、三维且有内热源问题的温度场控制方程式。用公式表亠曰+02t+=0达就疋cX2dy2dz2九或者九接触热阻：两物体表面在接触面上只有部分点接触，层与层之间有一薄层空气隙存在而形成RAt的附加热阻，这种热阻称为接触热阻，用公式表达就是R=-c。减少接触热阻的方法包括:在圆管上缠绕金属环;在界面处敷设导热系数比空气大得多的导热油;施以一定压力，加大接触面积，赶走气体；在接触面上衬以铜箔、银箔之类导热性能优良的材料

4、。复合平壁：无论沿宽度或厚度方向都疋由非匀质材料所组成的平壁，称为复合平壁。内热源：又称为热源强度，是指单位时间单位体积所释放（吸收）的热量，用表示，单位为W/m3。形状因子：两个等温面间导热热流量可以表示成统一的形式：二九s（ti-12，其中s与导热物体的形状及大小有关，称为形状因子。2、填空、选择等需要注意的单位包括导热系数、对流换热系数、热流、热流密度、热阻、面积热阻、热源强度（内热源）。3、计算需要掌握的公式包括单层平壁的热流导热公式、单层平壁的热阻公式计算、多层平壁的热流导热公式、多层平壁热阻公式、单层圆筒壁热流导热公式、单层圆筒壁的热阻公式、多层圆筒壁热流导热公式、多层圆筒壁的热阻

5、公式（以上公式都包括导热系数是变量和常物性情况，多层计算主要是重视双层问题）、复合平壁的化简及热阻和热流计算、牛顿冷却公式等，对于含内热源的计算只需了解，对于多维导热公式更是作一般性了解。币九A（t八A单层平壁导热公式：（t12），单层平壁的形状因子为厂，除了记住导热的公式,还要记住它们的变换形式，比如求导热系数，求厚度及求温差等。多层平壁的导热公式：31n+1i15n2兀九/(tt)单层圆筒壁导热公式：ln(2)ln()多层圆筒壁导热公式：1n+11d4、简答题及填空还有判断部分要注意包括传热学是研究什么样的问题，傅里叶公式里热流方向与温度梯度方向之间的关系，导热系数跟什么因素有关，会判断一

6、般什么物质导热系数大，什么物质导热系数小，导热系数跟热阻是什么关系，当热阻与温度成线性关系时，沿平壁导热有什么规律，如何理解接触热阻，接触热阻跟哪些因素有关，如何减小接触热阻，如何理解一维稳态和二维稳态导热，它们的异同在什么地方，特别是要吃透“稳态”到底是怎么回事，如何理解有内热源的稳态导热的特点。第三章对流传热复习提要：1、需要掌握的概念包括：牛顿冷却公式、强制对流、自然对流、层流、湍流、相似原理、雷诺数、努塞尔数、普朗特数、均匀热流、均匀壁温、定性温度、当量直径、横掠单管、流动脱体、叉排、顺排。强制对流：由于外部动力源造成的流体流动。自然对流：由于流体各部分温度不均匀而使内部出现密度差造成

7、流体的浮升而引起的对流换热现象称为对流换热。层流：流体微团沿着主流方向作有规则的分层流动。湍流：流体各部分发生剧烈的混合。相似原理：两个同类的物理现象如果在相应的地点上与现象有关的物理量一一对应成比例，则称两现象彼此相似，这就是相似原理。雷诺数：它是惯性力与粘性力之比的一种度量。u为流体流速，l为特征长度，V为流体的动力粘度。Nu努塞尔数：壁面上流体的无量纲温度梯度。hl,h为对流换热系数，九为流体的导热系数，1为特征长度。定性温度：在工程计算中经验地按某一特征温度来确定物性参数，并把物性参数作为常量处理。这一特征温度称为定性温度。选择有三种方案：流体的平均温度厂，壁面的平均温度f厂，流体及壁

8、面的平均温度X2（f+tw）。wfw横掠单管：流体沿着垂直于管子轴线的方向流过管子表面。流动脱体：流体横掠管道时，流体从边界层内缘脱离壁面而形成的脱体称为流动脱体。2、简答题及填空还有判断部分要注意包括影响对流换热的因素、流体的流动状态分类、影响对流换热系数的物性参数、流动边界层厚度、近壁面处换热微分方程表达式及其意义、相似原理的充要条件、雷诺数Re、努塞尔数Nu、普朗特数Pr的公式表达、管槽内强制对流局部传热系数的特点（层流和湍流，会用曲线表达）、均匀热流和均匀壁温条件下流体截面平均温度及管壁温度的变化情况、高雷诺数及低雷诺数条件下流体产生脱体的角度位置及局部换热系数变化特点、叉排和顺排的优

9、缺点及影响平均换热性能因素。影响对流换热因素：流体流动的起因；流体有无相变、流体的流动状态、换热表面的几何因素、流体的物理性质等。流体的流动状态依据雷诺数不同进行分类，当ReV2300，层流；Re>104，湍流；界于之间为过渡区。影响表面传热系数的物性参数包括u、P、耳、九、Cp、个、f以及各参数的代表意义，u为流体速度，1为换热表面的特征长度，p为流体密度，n为动力粘度，入为导热系数C为定P压热容，tw、tf分别为壁面温度和流体温度，则h=f（u、p、6九、Cp、个、f）。流动边界层：流体在固体表面附近流速发生剧烈的变化的薄层称为流动边界层，其厚度通常以离开壁面流速达到主流速度99%处

10、的距离y。近壁面处换热微分方程表达式及其意义为hAt一九詈I。即力一令|yI。，它把对流换热系数与导热系数及流体的温度场联系起来。判断两个同类现象相似的条件：（1）同名的已定特征数相等；（2）单值性条件相似：初始条件；边界条件；几何条件；物理条件。管槽内强制对流局部传热系数的特点：层流：入口处局部对流换热系数最大，而后沿主流方向逐渐降低，至充分发展段时达到稳定值。（图略）湍流：入口处局部对流换热系数最大，沿主流方向逐渐降低，而后由于湍流的扰动与混合使局部表面传热系数有所提高，再逐渐趋向一个稳定值。均匀热流条件下流体截面平均温度及管壁温度的变化：截面平均温度及管壁温度均逐渐增大，它们的差值在入口

11、段逐渐增大，至充分发展段差值趋向稳定值。均匀壁温条件下流体截面平均温度及管壁温度的变化：壁面温度恒定不变，流体温度从入口处逐渐增大，与壁面温度差值逐渐变小，直至达到稳定值。对于常规流体的Dittus-Boe1ter公式修正分别要从变物性影响的修正、入口段的影响修正及非圆形截面的槽道修正。高雷诺数及低雷诺数条件下流体产生脱体的角度位置：高雷诺数Re>l.尿105:大约140°；低雷诺数10vReW1.5X105：80-85°，当Re<10时，不可能产生流动脱体，图形参看笔记，在此略。叉排和顺排的优缺点：叉排：热量交换强度大，但所受的阻力大，且不易清洗；顺排：热交换

12、强度弱，但易于清洗。影响叉排及顺排的因素：雷诺数Re、普朗特数Pr、叉排或顺排性质、管间距、管排数等。3、计算需要掌握的公式包括雷诺数Re、努塞尔数Nu及其变换后的公式表达、常规流体的修正关联式表达、顺排及叉排修正关联式表达及运用。g流体叉排及顺排局部换热系数修正表达式：,与管排数有关，当管排数nV16时需要进行修正，当n±16时，公式不需要修正，此时对流换热表面传热系数跟管排数多少无关。第四章辐射传热复习提要：1、需要掌握的概念包括：热辐射、黑体、白体、透体、辐射力、光谱辐射力、角系数、角系数的完整性、黑度、灰体、光谱吸收比、表面吸收率。热辐射：物体由于受热而产生电磁波辐射称为热辐

13、射。黑体、白体、透体分别是物体的吸收比、反射比、透射比分别满足°二1;P二听二1的物体辐射力：单位时间内物体的单位面积向半球空间所有方向发射出去的全部波长的辐射能的总量，称为辐射力，常用单位为W/m2。光谱辐射力：又称为单色辐射力，是指物体在单位时间、单位面积向半球空间所有方向发射波长从入至I入+d入区间的辐射能量，其单位为W/m3。立体角：它是以立体角的角端为中心，作一半径为r的半球，将半球表面上被立体角所切割的面积Ac除以半径r2的度量，用Sr表示。角系数：一物体表面发出的辐射能中落至另一物体表面的百分数称为一物体对另一物体的角系数。角系数完整性：X+X+X+.+X=11,11,

14、21,31,n；自身角系数特点：当物体为非凹面（平面或凸面）时，X11=0，否则X工0。黑度：物体的辐射力E与同温度下黑体的辐射力Eb之比称为黑度。b灰体：指在热辐射分析中，把光谱吸收比与波长无关的物体称为灰体。也就是EEEEHHH.=皿=£EEEEbX1bkn光谱吸收比：物体吸收某一特定波长辐射能的百分数称为光谱吸收比。表面吸收率：投射到物体表面上的辐射能被其吸收的百分比，称为表面吸收率。2、填空、选择等需要注意的单位包括辐射力、光谱辐射力。3、计算需要掌握的公式包括斯蒂芬-波尔兹曼定律及其修正公式、波段内黑体辐射公式运用、两物体角系数相对性关系式、角系数完整性公式表达、两黑体辐射

15、热流公式表达、两灰体辐射热流公式表达、两平行大平板灰体系统发射率、任意角度两灰体系统发射率。斯蒂芬-波尔兹曼定律：E=QT4或者E=a（召）4b0b0100波段内黑体辐射公式：佇）=Fb（0_x厂4（0_入）求解步骤：先求出入T,查Fb（0-）然后得出结果。基尔霍夫定律揭示了实际物体吸收比与发射率之间关系的规律：在热平衡条件下,任何物体的自身辐射和它来自黑体辐射的吸收比的比值,恒等于同温度下黑体的辐射力即Eaa12旷。或者说热平衡条件下，任意物体对黑体投入辐射的吸收比等nE（"Y尸于同温度下该物体的发射率。即=E，对于灰体，条件没那么苛刻了。另外还要b注意假设告诉了反射比的话，该如何

16、计算吸收比和发射率。遵守兰贝特定律的辐射，数值上其辐射力等于定向辐射强度的n倍。两物体角系数相对性关系式：XA=XA1,212,12两黑体表面封闭系统的辐射传热的净辐射热流公式：AEXAEX1,21b11,22b22,1有效辐射：指单位时间内离开表面单位面积的总辐射能，记为J。有效辐射公式表达：J=8E+PG=sE+(1a)G=Eb_(-_1)q对于漫灰物体组成的二维封闭系统表面1，2的辐射传热量为E_Eb1-1AJXAJX亠111,2222,11_-11_-1+2-AAX-A1111,2221，2-AX(E_E)11,2b1b2(T、4(T、1_21100丿1100丿14，其中11+1-12

17、对该公式的讨论详见书本P407-P408，切记要满足非凹平面的要求。两平行相对灰体辐射热流密度公式：q=-C0讨论：-1-2-<1当-1T1，82T1，-T11-8辐射表面热阻A81及辐射空间热阻丁一ii,j遮热板：指插入两个辐射传热表面之间用以削弱辐射传热的薄板。遮热板只能削弱传热，不能强化传热。4、简答题及填空题需要注意包括：热辐射的特点、电磁波分类、热辐射的条件、热辐射的本质及传播机理、普朗克定律研究的内容、如何理解普朗克定律（会作图）、兰贝特定律研究的内容、基尔霍夫定律研究的内容、自身角系数特点、系统发射率的理解。热辐射特点：热辐射的能量传递不需要其他介质存在，而且在真空中传递的

18、效率最高；在物体发射与吸收辐射能的过程中发生了电磁能与热能两种能量形式的转换。电磁波分类：短波段：X射线、Y射线、宇宙射线：中内层电子的跃迁或原子核内部发射高能粒子；中波段：紫外线、可见光、红外线。可见光及红外线是由原子的中外层电子的跃迁产生。长波段：无线电波、雷达波。热辐射的本质：波粒二象性：宏观角度：热辐射是电磁波以波的形式传递能量的过程，从微观角度：热辐射不是连续分布在空间，而是量子化的，辐射能有一最小单位即光量子或光子也就是光同时具有波动性与微粒性。普朗克定律研究的内容：从Eb入、Eb、入m三角度分析。兰贝特定律给出了黑体辐射能按空间方向分布的规律。基尔霍夫定律内容及推论。第五章复合传热1、需要掌握的概念：复合传热、传热过程、临