传热学复习资料

热量传递有哪几种基本方式？它们各自的传热机理是什么？热量传递有三种基本方式：导热、对流和热辐射。热（或称为热传导。程。——辐射换热。写出一维傅立叶定律的基本表达式，并注明其中各项物理量的定义。Adtdx：热流量，即单位时间内通过某一给定面积的热量，W；：导热率，又称导热系数；A：导热面积，m2；dt：温度t沿x方向的变化率；dx负号表示热量传递的方向和温度升高的方向相反。写出牛顿冷却公式的基本表达式并注明其中各物理量的定义。qhwqhf

t ft w或者：qht或Aht：热流量，即单位时间内通过某一给定面积的热量，W；q：热流密度，W/m2；hW（.k；t t ：壁面温度和流体温度，℃；f wt：温差，永远取正值，℃。写出黑体辐射换热的四次方定律基本表达式，并表明其中各物理量的定义。AT4：热流量，即单位时间内通过某一给定面积的热量，W；T：黑体的热力学温度，K; ：斯忒藩—玻尔兹曼常量，即通常说的黑体辐射常数，它是个自然常数，其值为5.6710-8W/

m2K4 ；A：辐射表面积，m2什么叫传热过程？传热系数的定义及物理意义是什么？热量由壁面一侧的流体通过壁面传到另一侧的流体中去的过程称为传热过程。1℃、传热面积A1m2时的热流量的值，是表征传热过程强烈程度的标尺。传热过程越强，传热系数越大，反之越小。什么叫热阻？写出对流热阻，导热热阻的定义及基本表达式。热转移过程的阻力称为热阻。对流热阻：传热过程中由于对流作用而产生的热阻。R1/Ah导热热阻：传热过程中由于热传导作用而产生的热阻。R/A简述接触热阻，污垢热阻的概念。加了附加的传递阻力，称为接触热阻。层都表现为附加的热阻，使传热系数减小，换热器性能下降。这种热阻称为污垢热阻。简述串联热阻叠加的原则。节的热流量都相同，则各串联环节的总热阻等于各串于各个串联环节热阻之和。对流换热系数和传热系数的区别。对流换热是指流体流过一个物体表面时的热量传递过程。传热过程是指热量由壁面一侧的流体通过壁面传到另一侧的流体中去的过程从热流体到壁面高温侧的热量传递（）从壁面高温侧到壁面低温侧的热量传递，亦即穿过固体壁的导热）从壁面低温侧到冷流体的热量传递。小与布置，而且还与流速有密切的关系。

1

，它不仅取决于流体的物性以及换热表面的形状、大

1

，其大小不仅取决于传热过程的两种流体的种类，还与过程本身有关。

hh1 2简述导热系数，表面传热系数和传热系数之间的区别。种材料，导热系数值还与温度等因素有关。且还与流速有密切的关系，是取决于多种因素的复杂函数。本身有关，如流速的大小，有无相变等。写出矢量傅立叶定律的基本表达式及其中各物理量的定义。qgradttnnq：传递的热流密度矢量；gradt：空间某点的温度梯度；n：通过该点的等温线上的法向单位矢量，方向指向温度升高的方向；：导热系数简述温度场，等温面，等温线的概念。物体中存在着温度的场，称为温度场，它是各时刻物体中各点温度分布的总称。温度场中同一瞬间同温度各点连成的面称为等温面。在任何一个二维的截面上等温面表现为等温线。试利用能量守恒定律和傅立叶定律推导导热微分方程。从导热物体中取出一个任意的微元平行六面体，假定导热物体是各向同性的。如图所示，任一方向的热流x+dxzyyx量可以分解成x、y、x+dxzyyxx y z通过xx、yy、zz三个微元表面导入微元体的热流量可根据傅立叶定律写出为 x

t xdydzt yydxdz

（a） tz z

dxdy通过xxdx、yydy、zzdz三个表面导出微元体的热流量亦可按傅立叶定律写出如下：

dx

t xdx

x x

x x

xdydzdx

dy

t dxdzdy

（b）ydy

y y

y y y

t

dz

dxdydzzdz

z

z z

对于微元体，按照能量守恒定律，在任一时间间隔内有如下热平衡关系：导入微元体的总热流量＋微元体内热源的生成热＝导出微元体的总热流量＋微元体热力学（内能）的增量 （c）其中：＝ctdxdydz＝dxdydz将式b）及）代入式

（d）（e）c

t

t

试使用热阻概念，计算通过单层和多层平板，圆筒和球壳壁面的一维导热稳态导热。设单层平板壁厚为，导热系数为t和t1 2

，则单层平板的面 tt积热阻为

，热流密度为q

12。多层平板时，设第i层平板的壁厚为i

，导热系数为i

，多层平板两端的温度为t1

和tn1

，则多层平

tt板的总热阻为

i，热流密度为q

n1。ii

ii1 i设圆筒内外半径分别为r1

、r，导热系数为，内外表面分别维持均匀恒定的温度t和t2 1 ln2 1rln2 1rln22 1r

，则圆筒壁的热阻为

，热流密度为q 。设空心球壳内外半径分别为r、r1 2

，导热系数为，内外表面分别维持均匀恒定的温度t和t1 2

，则球1 1 1

4tt壳壁面的热阻为 4

，热流量为

1 2 。r r 1/r1 2

1/r2试利用能量守恒定律和傅立叶定律推导等截面肋片的导热微分方程。对于等截面直肋，沿肋高方向肋片横截面面积Ac

保持不变，如图所示。肋根温度为t0

周围流体温度为t 。h,tδsh,tδsxt0xdxl1tx0dxHh,t（2料的导热系数及表面传热系数h均为常数（面上的换热热阻1/h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认为是均匀的；（4）肋片顶端绝热，及在肋的顶端dt/dx0。由假定可知为一维稳态导热。通过xx入微元的热流量根据傅立叶定律写出x

tx通过xxdx表面导出微元的热流量亦可按傅立叶定律写出如下：

dx

t xdx

x

x x x由于为稳态导热，微元体热力学能的增量＝ctdx ＝0，微元体内热源的生成热＝dx按照能量守恒定律，x

dx

xdx

tdx。整理后，得

d2tdx2

0 （a）设微元参与换热的截面周长为P，则表面的总散热量为Pdxht s 相应的微元体积为Adx，则s

hPt

（b）c Adx Ac c将式b）代入式

d2t hPt dx2

AchP/hP/Ac引入过余温度tt

，则上式可化为

dx2

m2，其中m 。t和t1 2

，厚度为，导热系数0

bt，求一维平tttt1qt2dxOxx建坐标系如图所示，该问题的数学描写为d

dt

(a)dx dx ttttx01ttx 2

(b)(c)式（a）什么是肋效率？肋效率f

实际散热量假设整个肋表面处于肋基温度下的散热量计算等截面直肋肋片内的温度分布及肋片表面散热量。等截面直肋的完整数学描写为d2dx2 x0

m2t t0 0

(a)(b)d

0xH

(c)式中m

hP/Ac

，为常量。式（a）的通解为cemx1

cemx，将式）代入，得cc2 1

，cmemH0 1

cmemH02

emxe2mHemx

chmxH则，肋片中的温度分布为

0 1

mH 0

mH肋片表面散入外界的全部热量都通过肋根截面，则肋片表面散热量为

d

A

mshx0

cdx

x0

c0 chAc0

mth

hPm

th如图所示平板具有均匀的内热源其两侧同时于温度为t 的环境空气发生对流换热表面传热系数为h，求平板内的温度分布及热流密度。由于对称性，只需研究板厚的一半。其数学描写为求平板内的温度分布及热流密度。由于对称性，只需研究板厚的一半。其数学描写为 dt 2dx2 0(a)x0,dt0dx(b)x,dtdxht(c)f对（a）作两次积分得t2x2cxc1 2dtdxxdtdxxc 1x0

x0

0，解得c01dtdx dtdx h 2c22

c 2 t2x 2

f 2

h f则平板中的温度分布为t

2x2

t2 h f热流密度由傅立叶定律得qdtxdx写出导热问题三类边界条件的定义及其数学描述。0tw

f。对于稳态导1热问题，tw

＝常量。 0t n

f，2 wnAqw

＝常量。h及周围流体的温度tf

，成为第三类边界条件。其数 t n

htw

。在非稳态导热时，式中h及tf

均可为时间的函数。 w二维物体内等温线的物理意义为何？从等温线分布上可以看出那些热物理特征？温度场中同一瞬间同温度各点连成的面成为等温面。在任何一个二维的截面上等温面表现为等温线。当等温线图上每两条相邻等温线间的温度间隔相等时，等温线的疏密可直观地反映出不同区域导热热流密度的相对大小。导热系数为什么和物体温度有关？而在实际工程中为什么经常将导热系数作为常数？在实际工程中，在相当的温度范围内导热系数随物体温度的变化较小，因此常常将导热系数作为常数。什么是形状因子？如何应用形状因子进行多维导热问题的计算？导热问题中，两个等温面间导热热流量总是可以表示成以下统一的形式：Stt1 2热物体的形状及大小有关，成为形状因子。形状因子S是有量纲的物理量，其单位为m。

，其中，S与导在多维导热问题中，如已知两个等温面的温度，计算出形状因子，带入St1

t2温表面之间的导热热流量。简述非稳态导热的分类及各类型的特点。根据物体随时间的推移而变化的特性可以将非稳态导热区分为两类定的值及物体的温度随时间而作周期性的变化。物性，此时非稳态导热过程进入到了第二个阶段，即正规状况阶段。后者物体中各点的温度及热流密度都随时间作周期性的变化。BiFo准则数的定义及物理意义。hlBiFo

，表征固体内部导热热阻与其界面上换热热阻比值的无量纲数。，非稳态过程的无量纲时间，表征过程进行的深度。l2Bi0Bi各代表什么样的换热条件？Bi/1/h

，Bi0时，/ 1/h，物体内部的导热热阻/几乎可以忽略，因而任一时刻物体中各点的温度接近均匀，并随着时间的推移，逐渐趋近于周围流体的温度。Bi时，1/h/，表面对流换热热阻1/h点的温度逐渐趋近于周围流体的温度。简述集总参数法的物理意义及应用条件。忽略物体内部导热热阻的简化分析方法称为集总参数法。如果物体的导热系数相当大，或者几何尺寸很小，h/AV或表面换热系数极低，则其导热问题都可能属于这一类型的非稳态导热问题。一般以式BiV

作为容许采用集总参数法的判断条件，其中M是与物体几何形状有关的无量纲数。VA，具有均匀的初始温度t0t的流体中，设t0t。固体与流体间的表面传热系数h及固体的物性参数保持常数。使用集总参数法，计算物体内部温度变化及0到时间内的总换热量。导热微分方程的一般形式为

2t

2t

2t

。使用集总参数法，则物体的内部热阻可cx2

y2

z2

cdt 以忽略，温度与坐标无关，则 上式简化为

。界面上交换的热量折算成整个物体的体积热源VAhtt

d c。由上两式得该问题得导热微分方程为cV

dthAtt 。引入过余温度tt

，则上式可表示为

cVd（a）d以过余温度表示的初始条件为

0tt （b）0 0d将式（a）分离变量得

hA ，将其对从0到cV

0

0

hA cV解得

tt

exp

hA。则物体内部温度随时间的变化关系 t t0 0

cV

texp

hAcV

t

t t 瞬时热流量cVdtcV

hAexphA d t hAexp

0 hA

cV 0 cV 总换热量为

t t hAexp

hA 0 0

cV t0

t cV

exp

hA cV 简述时间常数的定义及物理意义。时间常数c

cV/hA。当时间c

时，物体的过余温度已经达到了初始过余温度的36.8％。在用热电偶越能迅速反映出流体温度的变动。热电偶对流体温度变化反应的快慢取决于自身的热容量（cV）换热条件（hA。热容量越大，温度变化得越慢；表面换热条件越好hA越大则越能使热电偶的温度迅速接近被测流体的温度。时间常数反映了这两种影响的综合效果。简述非稳态导热的正规状况阶段的物理意义及数学计算上的特点。物性。数学计算上，当Fo0.2以后虽然物体中任一点的过余温度x,及中心的过余温度m

各自均与有关，但其比值均与无关而仅取决于几何位置（x/）及边界条件（Bi数。简述非稳态导热的正规状况阶段的判断条件。Fo0.2时，初始条件的影响已经消失，即无论什么样的初始分布，只要Fo0.2，x,/m

之值都是一样的，此时处于非稳态导热的正规状况阶段。无限大平板和半无限大平板的物理概念是什么？半无限大平板的概念是如何应用在实际工程问题中的？所谓无限大平板是对实际物体的一种抽象及简化处理。当一块平板的长度和宽度远大于其厚度，因而平板的长度和宽度的边缘向四周的散热对平板内的温度分布影响很小的函数时，该平板就是一块“无限大”平板。所谓半无限大平板，几何上是指从x0的界面开始向正的x方向无限延伸的平板面附近而尚未深入到平板内部中去时，就可有条件地把该平板视为一“半无限大平板如何用查图法计算无限大平板非稳态导热正规状况阶段的换热问题？如何用近似拟合公式法计算无限大平板非稳态导热问题？一半无限大平板具有均匀初始温度t ，在0时刻，x0的一侧表面温度突然升高到t ，并保持不变，0 w试确定物体内部温度随时间的变化及0到时刻内表面上的热流量。数学描写为

a2tx20,tx,0t 0x0,t0, tx,tx,22wtt

2

erf

erf其分析解为0

t t 00 w

则温度分布为2 2 2 其中 x ，erf 2

tt erftw 0 w平板中任一点出的热流密度为qx

tx

0

t w

ex2/4a，于是表面上的热t tw 0t tw 0t tw 0wc在0,cww 0

t QAq0 w

dA0

2A

t tw 0什么是节点？用一系列与坐标轴平行的网格线把求解区域分成许多子区域置，称为节点（也叫结点。什么是向前差分，向后差分，中心差分？非稳态项的离散有三种不同的格式。如果将函数 t在节点n,i1对点n,i作泰勒展开，可有

ti1ti nnti1n

tn

tt

t2t22t2 2

，于是有

n n,i

Ot

（a）符号Ot表示余项中t的最低阶为一次。由式（a）可得在点n,i处一阶导数的一种差分表示式：ti1tnn nn,i此式称为

tt

的向前差分。将t在点n,i1对点n,i作泰勒展开，可得

tt

的向后差分的表达式：titinn,i

。将t在点n,i1及n,i1处的展开式相加，则可得到一阶导数的中心差分的表达式：ti1tinn,i

2n对于内节点，如图，从节点对于内节点，如图，从节点nw传导到节点n的热流量由傅立叶定律可表示为：ytm1,n m,nt，通过其他三个界面wxe、ns而传导给节点n的热量也可类似写出。元体n的能量守恒方程为： 0。将各热流量带入得ewnstm1,n

tm,n

y

tm1,n

tm,n

y

tm,n1

tm,n

x

tm,n

tm,n

x0x x y y则节点m,n的离散方程为：tm1,n2tm,ntm1,n当x当xy时有：t 1m,n4m1,n m1,n m,n1 m,n1ttt对于边界节点，设物体具有内热源，边界上有向该元体传递的热流密度q ：w（1）位于平直边界上的节点节点m,n的离散方程由傅立叶定律和能量守恒定律为：

t tm,n1 m,n m,n10y2tm1,n

tm,n

y

tm,n1

tm,n

x

m,n1

tm,n

xxy

yq 0x y 2 y 2 2

m,n w当xy

1

t

x2

m,n

2xq wm,n

4

m,n1

m,n1

（2（2）外部角点节点m,n的离散方程由傅立叶定律和能量守恒定律为：tm1,ntm,nytm,n1tm,nx2yx2xy4m,nxyq20w当xy1m,n t2m1,ntm,n1x2m,n22xqw节点m,n的离散方程由傅立叶定律和能量守恒定律为：tm1,n

m,n

y

t m,n1

m,n

x

t m,n1

m,n

xtm1,n

t y 3xy xy x

y 2 x 2 4

m,n 2 w当xy

1 4．4．两个导热系数不同的物体紧紧贴在一起，不计接触阻，试推导接触面上节点的离散方程。热设两物体的导热系数分别为和 ，如图所示，12取xy由傅立叶定律从节点n通过界面w 传导到节点n的热流量可表示为：

t

3x2

m,n

2xq wm,n

6

m,n1

m,n1

m1,n

2 t t ym1,n m,nw 1 x

t1

t ，从节点ne传导到节点n的热流量可表示为：m,n e 2

t tym1,n m,nx

2

m1,n

tm,n

，从节点m,n1通过物体1中的界面n传导到节点m,n的热流量可表示为：

t t m,n1 m,n

t

，从节点

1

通过物体2中的界面n传导到节点1n1 11

y 2

m,n1

m,n

t t x m,n1

t

m,n

的热流量可表示为：

n2 2

2y 2 2

m,n1

m,n

，从节点

11s

t t x m,n1 m,

t 传导到节点

的热流量可表示为：

1y 2 2

m,n1

m,n

，从节点

n

通过物体2中的界面s

传导到节点

的热流量可表示为：

t t m,n1 m,n

t

。由能量守2s2 22

y 2

m,n1

m,n恒定律

整理得节点t1 m1,n

t m,n

t2

t m,n

12 2

m,n1

t m,n

12 2

m,n1

t 0 ,nm,n的离散方程

t t 1 1m1,n21m1,n2tm,n

21

4 m,n1

m,n1什么是显式差分方程？其稳定性判据是什么？ a

a

对于非稳态导热，有：t

i1 t

ti 12 t

。由该式可见，一旦i时层上各节点的温度n x2

n1 n1

x2n已知，可立即算出i1时层上各内点得温度，而不必求解联立方程。因而该式所代表的计算格式称为显式差分格式。显式差分格式的稳定性判据为：对于内节点，必须保证Fo a1；对于对流边界节点，必须保证 x2 21Fo

22Bi

；对于第一类或第二类边界条件的问题，只有内点的限制条件。显式差分方程和隐式差分方程在求解时的差别是什么？使用显式差分方程时，一旦i时层上各节点的温度已知，可立即算出i1时层上各内点得温度，而不必求的结果。使用隐式差分方程时，已知iti，不能直接由方程得出1时层各节点的温度，而必须求解n1时层的一个联立方程才能得出1有限制，不会出现解的振荡现象。对流换热是如何分类的？影响对流换热的主要物理因素有哪些？对流换热的分类如下所示：（1）（）（3）（）换热表面的几何因素（）流体的物理性质。对流换热问题的数学描写中包括那些方程？对于不可压缩、常物性、无内热源的二维问题，其完整的微分方程组为：u质量守恒方程

v0x y动量守恒方程

u

vu

2u

2u x y

x

x2

y2v

uv

2v2v

x y

y

x2

y2能量守恒方程

tut

v

2t

2t x y cp

x2

y2其中F、F 是体积力在x、y方向的分量。x y自然对流和强制对流在数学方程的描述上有何本质区别？自然对流和强制对流的数学方程的区别主要是动量守恒方程上。从流体的温度场分布可以求出对流换热系数（表面传热系数?换热量就等于贴壁流体层的导热量。将傅立叶定律应用于贴壁流体层，可得q

。式中：

为贴壁处壁面法线方向上的流体温度变化率； 为流体的导热系数。将牛顿冷却公式与上式联立，即得：h

t

。即从流体的温度场分布可以求出对流换热系数。速度边界层和温度边界层的物理意义和数学定义是什么？99％处的距离为速度边界层的厚度，记为。固体表面附近流体温度发生剧烈变化的薄层称为温度边界层或热边界层，其厚度记为t

。一般以过余温度为来流过余温度的99％处定义为t

的外边界。管外流和管内流的速度边界层有何区别？管外流情况下，换热壁面上的速度边界层能自由发展，不会受到邻近壁面存在的限制。管内流情况下，当流体从大空间进入圆管时，速度边界层有一个从零开始增长直到汇合于管子中心线的过程。为什么说层流对流换热系数基本取决于速度边界层的厚度？对十分长的管路，为什么在定性上可以判断管路内层流对流换热系数是常数？如何使用边界层理论简化对流换热微分方程组？边界层理论有四个基本要点：方向上发生剧烈的变化，而在主流区流体的速度梯度几乎等于零。边界层厚度与壁面尺寸l相比是个很小的量，远不只小一个数量级。性的影响，要用粘性流体的边界层微分方程描述，其特点是主流方向流速的二阶导数项略而不计。在边界层内流动状态分层流与湍流，而湍流边界层内紧靠壁面处仍有极薄层保持层流状态，称层流底层。应用边界层理论对动量守恒方程简化时，在u方程中略去了主流方向的二阶导数项；略去了关于速度v的dp 动量方程；认为边界层中 0，因而用 代替原来的

。则动量守恒方程简化为dx uuvu

1dp

2ux y dx y2将流动边界层的概念推广到对流换热中去，得到温度边界层，其厚度在数量级上是个与流动边界层厚度t相当的小量。于是温度场也可区分为两个区域：温度边界层区与主流区。在主流区，流体中的温度变化率可视为2t零。于是，主流方向的二阶导数项

x2

可略去。则二维、稳态、无内热源的边界层能量方程为t t 2tu v ax y y2于是，二维、稳态、无内热源的边界层换热微分方程组简化为u质量守恒方程

v0x y动量守恒方程

uuv

1dp

2ux y dx y2能量守恒方程u

tvta2tx y y2如何将边界层对流换热微分方程组转化为无量纲形式？引入下列无量纲量：xx/l，yy/l，uu/

，vv/

，

ttw则有：质量守恒方程

ux

v 0y

t t wu

u 1dp 1 2u动量守恒方程u

x

y dx

l22 y 1 2能量守恒方程 u v a x y u

y2NufRe,Pr的数学方程形式？什么是特征长度和定性温度？选取特征长度的原则是什么？出现在特征数定义式中的几何尺度称为特征长度。用以决定流体物性参数的温度称为定性温度。选取特征长度的原则为：要把所研究问题中具有代表性的尺度取为特征长度。Re准则数中的特性长度的取法是不一样的，说明其物理原因。当量水利直径的定义和计算方法。湍流动量扩散率，湍流热扩散率，湍流普朗特数是如何定义的？（1）不同流层之间有附加的动量交换，产生了附加的切应力，称为湍流切应力2）的热量交换，称为湍流热流密度。假定湍流切应力可采用类似于分子扩散所引起的切应力那样的计算公式：l t

uy

uy

u，y类似地

qqql t

ca p

cpt

c

at

t式中， 和m t

分别为湍流动量扩散率和湍流热扩散率。Pr /t m

，这里Prt

为湍流普朗特数。什么是雷诺比拟？它怎样推导出摩擦系数和对流换热系数间的比拟关系式？Pr /t m

1时，什么是相似原理？判断物理现象相似的条件是什么？相似原理在工程中有什么作用？此两现象彼此相似。1）（2）单值性条件相似。所谓单值性条件，是指使被研究的问题能被唯一地确定下来的条件，它包括（）2）（3）（4）物理条件。相似原理可用来指导试验的安排及试验数据的整理，也可用来知道模化试验。比拟和相似之间有什么联系和区别？形式并具有相同内容的微分方程式所描写的同类现象之间的关系。简述使用相似分析法推导准则关系式的基本方法。相似分析法根据相似现象的基本定义——各个物理量的场对应成比例，对与过程有关的量引入两个现象之间的一系列比例系数（称相似倍数系，从而得出相应的相似准则数。简述使用定理推导准则关系式的基本方法。定理的内容为：一个表示nnr量纲物理量群间的关系式。r指n个物理量中所涉及到的基本量纲的数目。应用定理获得准则关系式的步骤如下：找出组成与本问题有关的各物理量量纲中的基本量的量纲。将基本量逐一与其余各量组成无量纲量。应用量纲和谐原理来决定步骤中的待定指数。NuRePrGr准则数的物理意义是什么？Nu

hl，是壁面上流体的无量纲温度梯度。Re

，是惯性力与粘性力之比的一种度量。cPr

，是动量扩散厚度与热量扩散厚度之比的一种度量。Gr

gl3t2

，是浮升力与粘性力之比的一种度量。1——等温流；2——冷却液体或加热气体；1——等温流；2——冷却液体或加热气体；3——加热液体或冷却气体。管内强制对流换热系数及换热量的计算方法是什么？如何确定特性长度和定性温度？对于管内湍流强制对流换热，Nu

0.023Re0.8Prn。加热流体时n0.4，冷却流体时n0.3。此式适f f f

（tf ft的算术平均值）为定性温度，tf

ttf

/2，取管内径d为特征长度。实验验证范围：Re 104 1.2105Pr 0.7 120l/d60。f fRe

Pr 0.14

1.86

f f f

。定性温度为流体平均温度t

按壁温计算，f特征长度为管径。实验验证范围为：

l/d f ww Re Pr

0.14Pr 0.48 16700，f0.0044 9.75， f f f

2，且管子处于均匀壁温。f l/d w w

f

d2c

tt 。m d f 4 p f f。流体横掠单管和管束时对流换热的计算方法是什么？流体横掠单管时CRenPr1/3及n的值可查表定性温度为t /2特征长度为管外径Rew 数中的特征速度为通道来流速度u 。对于流体横掠管束，管子排数在 10排以上时，NuCRem，C及m的值可查表。定性温度采用t tr w

2，其中tf

为管束中流体的平均温度；特征长度为管外径d。Re中的特征速度采用整个管束中最窄截面处的流速。该式使用范围为Re 2000 40000。对于排数少于10排的管束，平均表面传热系数要乘f以一个小于1的管排修正系数n

，得到h

h。n

的值可查表。竖壁附近自然对流的温度分布，速度分布和换热系数有什么特点？温度分布的特点为：在贴壁处，流体温度等于壁面温度tw温度t ，如图1所示。

，在离开壁面的方向上逐步降低，直至周围环境薄层内的速度分布则有两头小中间大的特点。贴壁处，由于粘性作用速零，在薄层外缘温度不均匀作用消失，速度也等于零，在偏近热壁的中间处有一个峰值，如图2所示。从换热壁面下端开始，层流薄层的厚度逐渐增加。与此相对应，局部表h也随高度增加而减小。如果壁面足够高，流体的流动将逐渐转变为x度为速度面传湍流。旺盛湍流时的局部表面传热系数几乎是个常量。如图3所示。对于大空间自然对流换热，Nu薄层内的速度分布则有两头小中间大的特点。贴壁处，由于粘性作用速零，在薄层外缘温度不均匀作用消失，速度也等于零，在偏近热壁的中间处有一个峰值，如图2所示。从换热壁面下端开始，层流薄层的厚度逐渐增加。与此相对应，局部表h也随高度增加而减小。如果壁面足够高，流体的流动将逐渐转变为x度为速度面传湍流。旺盛湍流时的局部表面传热系数几乎是个常量。如图3所示。对于大空间自然对流换热，NuCPr体，格拉晓夫准则数中的体积膨胀系数1/T度？的气术平均温度tm wt /2，t指未受壁面影响的远处的流体温度。横管的特征长度取外径，竖管的特征长度取高度。29．如何区分自然对流是属于大空间自然对流还是受限空间自然对流？如何计算物体表面自然对流和辐射换热同时需要考虑的换热问题？对流与辐射同时存在的换热过程称为复合换热。对于复合换热，常常采用把辐射换热量折合成对流换热量，然后将它表示成牛顿冷却公r式的形式：r

Ahr

t。式中hr

称为辐射换热表面传热系数。于是复合换热的总换热量可方便地表示成：AhAhAh

htAh。式中下标“c

为包括对流与辐射换热在内的c r c r t t总表面传热系数，称为复合换热表面传热系数。如何使用实验数据整理对流换热准则数实验方程式？对自然对流换热，自模化的有什么物理意义及工程应用意义？无论是常壁温，还是常热流密度，自然对流湍流时的换热规律都表明表面传热系数是个与特征长度无关的尺寸的模型进行模型研究，而只要保证仍处于湍流的范围就可以了。什么是混合对流？对于管内对流换热，自然对流对总换热量的影响低于10％的作为纯强制对流；强制对流对总换热量的影响低于10％的作为纯自然对流；这两部分都不包括的中间区域为自然对流与强制对流并存的混合对流。简述膜状凝结和珠状凝结的概念。如果凝结液体能很好地湿润壁面，它就在壁面上铺展成膜。这种凝结形式称为膜状凝结。当凝结液体不能很好地湿润壁面时，凝结液体在壁面上形成一个个的小液珠，称为珠状凝结。以竖壁的膜状凝结为例，把坐标x以竖壁的膜状凝结为例，把坐标x取为重力方向，如图所示。在状况下，微分方程组为：稳态uv0x y（a）luuxvyudpdxgllu2y（b）2utxvt2tyaly2（c）下标l表示液相。对纯净饱和蒸汽层流液膜，作以下假设（）2）蒸气是静止的，汽液界面上无对液膜的粘滞应力3）液膜的惯性力可以忽略（）汽液界面上无温差，界面上液膜温度等于饱和温度，t

t（）膜内温度分布是线性的，即认为液膜内的热量转移只有导热，而无对流作用6）s液膜的过冷度可以忽略7）v

，l

相对于l

（8）液膜表面平整无波动。应用假定，式b）左方可舍去。dp/dx为液膜在x方向的压力梯度，可按y处液膜表面蒸气的压力梯度计算。考虑到假定2，若以v

表示蒸气密度，则有dp/dx

g。按假定7，相对于v

g，gv可以舍去。按假定（5，式（c）左方可以舍去。方程式（b）及（c）中只有u、t方程即可求解，于是式可以舍去。由此，微分方程组简化为d2uldy2

g0ld2t0dy2其边界条件为y0u0ttwy时，

0tt。dudydudy在内的流速u及温度tdx一段距离上凝结液体的质量平衡关系获得液膜厚度的表达式传热系数h的表达式。对于单根管子，有那些因素影响层流膜状凝结换热？它们起什么作用？对于单根管子，影响膜状凝结换热的因素主要有：不凝结气体在靠近液膜表面的蒸气侧，随着蒸气的凝结，蒸气分压力减小而不凝结气体的分压力增大。蒸气在抵达液t蒸气流速蒸气流速高时，蒸气流对液膜表面会产生明显的粘滞应力。其影响又随蒸气流向与重力场同向或异向、流速h大；反方向时则会阻滞液膜的流动使其增厚，从而使h减小。过热蒸气过热蒸气的凝结换热。液膜过冷度及温度分布的非线性只要用r代替计算公式中的r，就可以照顾到这两个因素的影响：rrp s管内冷凝

t 。w以水平管中的凝结为例，当蒸气流速低时，凝结液主要积聚在管子的底部，蒸气则位于管子上半部。如果液膜厚度不断增厚以致凝结完时占据了整个截面。凝结表面的几何形状以强化膜状凝结换热。对于实际凝结换热器，有那些方法可以提高膜状凝结换热系数？排除不凝结气体使蒸气流动方向与液膜向下的流动同方向管外侧强化凝结的表面结构管内侧采用扰动避免液膜厚度不断增厚分为4个区域。壁面过热度小时沸腾尚未开始，换热服从单相自然对流规律。和热流密度都急剧增大。反而越来越低。从热流密度最低点进一步调高过热度，为稳定膜态沸腾。换热系数较凝结小得多。简述汽化核心的概念及沸腾气泡产生的物理条件。在加热面上产生气泡得某些特定点称为汽化核心。2在一定壁面过热度条件下，壁面上只有满足R

条件的地点才能成为工作的汽化核心。为汽液界面的表面张力。

ppv s画出水的池内饱和沸腾曲线并标出特性点的基本数值范围。什么是临界热流密度？什么是烧毁点？如果是定壁温加热条件，还会有烧毁现象出现吗？大容器饱和沸腾中热流密度的峰值q 被称为临界热流密度。对于依靠控制热流密度来改变工况的加热设max备，一旦热流密度超过峰值，工况将沿q 跳至膜态沸腾线，t将猛升至近1000℃，可能导致设备的烧毁。因max此q 亦称烧毁点。max为什么对于不同的表面粗糙度，核态沸腾换热系数有很大的不同？物性的支配。因此，对于不同的表面粗糙度，核态沸腾换热系数有很大的不同。影响核态沸腾换热的因素有哪些？物性的支配。沸腾换热的基本计算方法？什么是黑体，灰体？实际物体在什么样的条件下可以看成是灰体？吸收比1的物体叫做绝对黑体，简称黑体。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。不必要求在全波段范围内为常数。光谱辐射力，辐射力和定向辐射强度的物理意义是什么？它们之间有什么关系？辐射力E是单位时间内物体的单位表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。辐射力从总体上表征物体发射辐射本领的大小。光谱辐射力E是单位时间内物体的单位表面积向半球空间所有方向发射出去的在包含的单位波长范围内的辐射能。光谱辐射力表征了物体发射特定波长的辐射本领的大小。单位时间内、单位可见辐射面积辐射出去的落在单位立体角内的辐射能量称为定向辐射强度，记为L。定向辐射强度表征了物体在不同方向上辐射能力的强弱。EEd，EL，0 物体的发射率，吸收比，反射比，穿透比是怎样定义的？发射率和反射比有何不同？。物体对投入辐射所吸收的百分数称为该物体的吸收比。物体对投入辐射所反射的百分数称为该物体的反射比。投入辐射穿透物体的百分数称为该物体的穿透比。发射率是表征实际物体辐射力的大小。反射比是表征物体对投入辐射的反射能力的大小。简述工业上有实际意义的热辐射波长范围以及近红外，远红外辐射的概念。在工业上所遇到的温度范围内，即2000K以下，有实际意义的热辐射波长位于0.38 100m之间波长在25m以下的红外线称为近红外线，25m以上的红外线称为远红外线。简述漫灰表面的概念。辐射表面是具有漫射特性（包括自身辐射和反射辐射）的灰体，简称漫灰表面。关。为什么对于灰体，吸收比也可看成是物性，并等于发射率？按灰体的定义，其吸收比与波长无关，在一定温度下是一个常数。假设在某一温度T下，一灰体与黑体处于热平衡，按基尔霍夫定律TT。然后，考虑改变该灰体的环境，使其所受到的辐射不是来自同温下的黑体辐射，但保持其自身温度不变，此时考虑到发射率及灰体吸收比的性质，显然仍有TT。所以对于灰体，一定有。写出维恩位移定律的表达式。试考虑一下它在自然科学及工程应用中的作用。维恩位移定律的表达式为：m

T2.8976103

mK2.9103mK简述四个黑体辐射基本定律的物理意义及计算应用。普朗克定律揭示了黑体辐射能按照波长分布的规律：Eb

c5 1ec2/T1式中：E ：光谱辐射力，W/m3；bm；T：黑体的热力学温度，K；c：第一辐射常量，其值为3.7421016Wm2；1c：第二辐射常量，其值为1.43881022