《传热学考试复习》课件

《传热学考试复习》传热学是研究热量传递规律的学科，是工程热物理的重要组成部分，与许多工程领域密切相关。复习大纲基础概念传热定义，传热方式，热量单位换算，传热系数等。导热傅里叶定律，导热微分方程，稳态导热，非稳态导热，常见导热问题求解。对流换热边界层理论，无量纲数，自然对流，强制对流，相变对流，换热系数计算。辐射换热黑体辐射，灰体辐射，辐射换热系数，辐射热交换计算。第一章绪论传热学是研究热量传递规律的学科。它在工程技术领域中有着广泛的应用，例如：热交换器设计、能源利用、建筑节能等。传热学的基本概念热量传递热量传递是指热能从高温物体向低温物体转移的过程。热传递方向热量传递方向总是从高温物体流向低温物体，直到达到热平衡。热量传递方式热量传递主要通过三种方式：导热、对流和辐射。传热的三种方式1热传导热量通过静止介质中分子热运动而传递。2热对流热量通过流体运动而传递。3热辐射热量通过电磁波的形式传递。热量的单位和换算热量单位热量是指物体在热传递过程中所吸收或放出的能量，常用的热量单位有卡路里(cal)和焦耳(J)。1卡路里(cal)等于将1克水温度升高1摄氏度所需的热量。单位换算1焦耳(J)等于0.24卡路里(cal)。热量的换算在传热学计算中非常重要，可以方便地将不同单位的热量进行比较和转换。第二章导热导热是热量通过物质内部的分子热运动传递的方式。热量从温度高的部分传向温度低的部分。导热基本定律傅里叶定律热量流动的方向与温度梯度方向相反，热量流动速率与温度梯度成正比。热流量热量流过单位面积的速率，单位为瓦特每平方米(W/m²)。导热系数材料的热传导能力，单位为瓦特每米每开尔文(W/m·K)。导热微分方程及其解法傅里叶定律导热微分方程基于傅里叶定律，描述热量在介质中的流动方向和速率。该方程是描述非稳态导热过程的数学模型，体现了温度变化与时间和空间的关系。解法解法包括解析法和数值法。解析法适用于一些简单几何形状和边界条件的情况。数值法则可以解决更复杂的问题，包括有限差分法、有限元法等。一维稳态导热基本概念一维稳态导热是指热量沿着一个方向流动，且热量流动速率不随时间变化的热传递过程。傅里叶定律傅里叶定律描述了热量传递速率与温度梯度之间的关系。边界条件边界条件定义了热量传递过程中热量流入或流出区域的条件。常见解法常见的解法包括解析解、数值解和实验解。多维稳态导热1二维导热平面壁、圆柱壁、球形壁2三维导热复杂形状3数值解法有限差分法、有限元法多维稳态导热是指热量在物体内部沿多个方向传递，且温度场不随时间变化。常见情况包括二维导热，例如平面壁、圆柱壁、球形壁等的热量传递；三维导热，例如复杂形状的物体内部的热量传递。由于多维稳态导热方程的解析解很难求解，因此需要借助数值解法，如有限差分法、有限元法等，才能获得较为准确的温度场分布信息。非稳态导热1瞬态过程温度随时间变化2傅里叶数描述温度变化速率3比奥数衡量导热与对流的相对重要性4解析解适用于简单几何形状非稳态导热是指物体温度随时间变化的传热过程。它通常发生在物体受到温度变化的外部环境影响时，例如加热或冷却过程。非稳态导热过程的研究需要考虑温度随时间和空间的变化，并涉及一系列重要的无量纲数，如傅里叶数和比奥数。这些无量纲数可以帮助我们理解和分析非稳态导热过程。第三章对流换热对流换热是指流体与固体表面之间由于流体运动而产生的热量传递过程。流体流动会带走固体表面的热量，从而实现热量传递。边界层理论11.粘性流体流动流体在固体表面附近流动，由于粘性作用，速度发生变化，形成边界层。22.边界层厚度指流体速度达到主流速度99%的距离，反映了边界层对传热的影响程度。33.热边界层流体与固体表面之间存在温度梯度，形成热边界层，影响对流传热效率。44.边界层控制通过改变流体流动状态或表面特性，可以控制边界层厚度和传热效果。无量纲数及其应用雷诺数雷诺数表征惯性力和粘性力之比，用于判断流体流动状态是层流还是湍流。努塞尔数努塞尔数表示对流换热系数与导热系数之比，反映对流换热的强弱。普朗特数普朗特数反映动量扩散率与热量扩散率之比，描述热量传递和动量传递之间的相对关系。自然对流传热流体密度变化流体受热膨胀，密度降低，产生浮力，驱动流体流动。对流传热系数自然对流传热系数受流体性质、温度差和几何形状影响。应用场景建筑物热量损失电子设备散热太阳能集热器强制对流传热流体流动强制对流传热是指流体在外力作用下流动时，流体与固体壁面之间的热量传递过程。换热系数强制对流传热换热系数与流体的速度、黏度、密度以及热导率等因素有关。应用领域强制对流传热在工业生产中应用广泛，例如热交换器、锅炉、冷却塔等。相变对流换热沸腾换热沸腾是指液体在低于其饱和温度下沸腾的现象。沸腾换热是指液体在沸腾时与固体表面之间的热量传递。凝结换热凝结是指气体在低于其饱和温度下凝结成液体的现象。凝结换热是指气体在凝结时与固体表面之间的热量传递。第四章辐射传热辐射传热是热量通过电磁波传递的方式。物体温度越高，辐射出的能量就越多。在传热学中，辐射传热研究的重点是如何计算物体间的辐射换热量。黑体辐射黑体辐射光谱黑体是指能完全吸收所有入射辐射能量的物体，它也是最理想的辐射体。黑体辐射是指黑体发出的热辐射，其光谱分布只与温度有关。热辐射物体由于温度而产生的能量辐射，称为热辐射，其辐射强度与物体本身的温度、表面性质以及物体周围的环境温度有关。普朗克黑体辐射定律该定律描述了黑体在不同温度下辐射能量的分布规律，是辐射传热研究的基础。应用场景黑体辐射理论在很多领域都有应用，例如红外热像仪、太阳能电池等。灰体辐射发射率灰体发射率小于1，代表其辐射能力弱于黑体。吸收率灰体吸收率也小于1，表示其吸收辐射能力弱于黑体。反射率灰体反射率大于0，表示其会反射部分入射辐射。透射率灰体透射率一般较小，表示其允许部分辐射透过。辐射换热1热辐射物体因温度而产生的能量发射2辐射换热物体间通过电磁波交换能量3黑体辐射理想物体，完全吸收所有入射辐射4灰体辐射实际物体，部分吸收入射辐射第五章传热设备传热设备是进行热量传递的装置，在工程应用中十分广泛。常见传热设备包括热交换器、锅炉、冷却器等，应用于化工、能源、电力等行业。热交换器定义热交换器是一种专门用于两种或多种流体之间进行热量传递的设备。它广泛应用于各个行业，例如发电厂、化工厂和空调系统。类型热交换器根据其结构和工作原理可分为多种类型，包括管式、板式、螺旋式和列管式等。工作原理热交换器利用传热原理，通过两种流体之间的接触，将热量从高温流体传递到低温流体。应用热交换器在工业和日常生活中发挥着至关重要的作用，例如在发电厂中产生蒸汽，在空调系统中调节温度，以及在化学工业中进行反应。锅炉种类锅炉种类繁多，常用类型包括燃煤锅炉、燃油锅炉、燃气锅炉等。不同燃料的锅炉在设计和运行参数方面存在差异。原理锅炉通过燃烧燃料，产生热量，并将热量传递给水，使水加热汽化成蒸汽。蒸汽可以用于发电、供暖、生产等领域。冷却设备冷却塔冷却塔是利用空气与水接触进行热交换，降低水温的设备，广泛应用于空调、发电厂等。冷凝器冷凝器通过传热将冷媒蒸汽凝结成液体，广泛应用于制冷系统、空调系统等。换热器换热器利用热量交换原理，将热量从一种流体转移到另一种流体，例如，汽车的散热器。冷藏库冷藏库通过制冷系统，将内部温度降低到一定范围，用于储存冷藏食品、药品等。复习建议11.重点章节仔细复习考试大纲中列出的重点章节，掌握核心概念和公式。22.练习题多做练习题，加深对知识点的理解，并熟悉考试题型。33.错题整理整理做错的题目，分析错误原因，避免再次犯错。44.查漏补缺复习过程中，