《传热学习题课件》课件

传热学习题课件本课件旨在帮助学生更好地理解和掌握传热学知识。课程简介内容概述本课程主要讲解传热学的理论基础、基本概念、计算方法和工程应用。学习目标掌握传热学的基本理论，能运用传热学知识分析和解决实际工程问题。教学方式理论讲解、习题练习、案例分析。传热学概述传热学是研究热能传递规律的学科。它涉及到热量在不同介质之间的传递，以及热传递过程中的各种现象和规律。传热学是工程热力学的重要分支，在许多工程领域中都有着广泛的应用，例如动力工程、化工、冶金、建筑、航空航天等。传热学的研究内容主要包括三种基本的热传递方式：热传导、热对流和热辐射。热传导是指热量通过物质内部的微观粒子运动而传递的过程；热对流是指热量通过流体运动而传递的过程；热辐射是指热量通过电磁波的形式传递的过程。传热学基础知识1传热方式传热学主要研究三种基本传热方式：热传导、热对流和热辐射。2传热系数传热系数是衡量不同传热方式效率的重要指标，用于计算传热量。3热量守恒热量守恒是传热学的基本原理，即在封闭系统中热量不会凭空产生或消失。热传导概念及规律热传导定义热量通过静止物体或介质内部的分子热运动传递的过程，称为热传导。傅里叶定律热传导速率与温度梯度成正比，与热传导面积成正比，与材料的热传导系数成正比。热传导系数材料热传导能力的量度，反映了材料传递热量的难易程度。热传导定理傅里叶定律描述了热量在固体中的传导速率与温度梯度和材料的热导率之间的关系。热传导方程根据热量守恒定律推导得出，用于计算温度随时间和空间的变化。边界条件定义了固体边界上的温度或热流，是解决热传导问题的重要因素。热传导常微分方程傅里叶定律描述了热流密度与温度梯度之间的关系能量守恒热传导方程是基于能量守恒原理推导的偏微分方程热传导方程通常是一个偏微分方程，涉及多个变量边界条件及其物理意义第一类边界条件温度边界条件，指在边界上温度值是已知的，例如边界接触到恒温热源或冷源。第二类边界条件热流边界条件，指在边界上热流密度是已知的，例如边界接触到绝热材料或存在热流输入。第三类边界条件对流边界条件，指在边界上存在对流换热，即边界与流体之间存在温度差，热量通过对流方式传递。一维稳态热传导问题1定义温度随时间不变化，热量沿着一个方向传递2应用建筑物外墙、管道绝缘3解法傅里叶定律、边界条件一维稳态热传导例题本节课将通过一系列例题，深入讲解一维稳态热传导问题的求解方法。我们会分析常见的边界条件，并运用傅里叶定律、热阻概念等方法，解决不同情景下的传热问题。二维稳态热传导问题1定义在二维空间中，当温度场不随时间变化时，称为二维稳态热传导。2应用广泛应用于建筑物保温、电子设备散热、机械部件设计等领域。3求解通常使用偏微分方程和边界条件来求解二维稳态热传导问题。二维稳态热传导例题二维稳态热传导问题通常涉及两个空间坐标，如长方形平板或圆柱体，其温度分布在两个方向上变化。这类问题需要用偏微分方程来描述，常见的解法包括分离变量法、有限差分法等。非稳态热传导问题1温度随时间变化物体内部温度随时间变化2热流密度变化物体内部热流密度随时间变化3热量积累物体内部热量积累或释放非稳态热传导分类时间相关性温度变化空间变化一维非稳态热传导1温度随时间变化温度不再是常数，而是随时间变化的。2热量积累物体内部的热量会随着时间的推移而积累或减少。3热流密度变化由于温度变化，热流密度也会随时间变化。一维非稳态热传导例题一维非稳态热传导例题主要包含以下几个方面：-热传导过程的物理模型：例如，一块金属板，一个圆柱体，或是一根细长的金属棒。-初始条件：描述在热传导过程开始时的温度分布情况。-边界条件：描述在热传导过程中的边界温度或热流情况。-要求：求解在不同时间点上的温度分布情况。二维非稳态热传导温度场随时间变化热量在物体内部传递时，物体内部温度场会随时间变化。温度分布随时间变化由于热量的传递，物体内部温度分布也会随着时间而变化。控制方程二维非稳态热传导问题需要使用偏微分方程来描述温度场随时间变化规律。数值求解方法由于偏微分方程的复杂性，通常需要使用数值求解方法来求解二维非稳态热传导问题。二维非稳态热传导例题模型分析二维非稳态热传导问题，需考虑不同方向的热传导，并分析温度随时间变化的规律。数值模拟利用有限元等数值方法进行模拟，获得不同时刻的温度分布，为工程应用提供参考。工程实践将理论分析与实际工程问题结合，例如电子设备散热、建筑节能等领域，解决实际问题。热对流概念及规律热对流定义热对流是热量通过流体（如液体或气体）的运动传递的一种方式。热对流类型热对流主要分为两种：自然对流和强制对流。热对流规律热对流的速率取决于流体的性质、流体的速度、流体与固体表面之间的温差以及固体表面的几何形状。强制对流传热1流体流动流体以一定速度流过固体表面2热量传递流体与固体表面之间发生热量交换3传热方向热量从高温物体传递到低温物体强制对流传热是指流体在外力作用下流动，在流动过程中与固体表面进行热量交换的过程。常见的应用场景包括风机散热、空调制冷等。强制对流传热例题热交换器计算流体在热交换器中的对流传热系数。平板对流计算空气流过平板时的对流传热速率。圆柱体对流计算圆柱体在风洞中的对流传热系数。自然对流传热1浮力流体密度差异2热传递温度梯度3对流流体运动自然对流传热例题自然对流传热是指流体由于密度差而产生的热量传递。例如，在炎热的天气里，地面受到太阳照射而升温，靠近地面的空气受热膨胀，密度降低，而上面的冷空气密度较高，于是就产生了向上的对流运动。这种对流运动可以有效地将热量从地面传递到空中。自然对流传热问题较为复杂，需要考虑流体的物理性质、温度场分布、边界条件等因素。在实际应用中，我们可以使用一些简化的模型来进行分析计算。例如，对于简单的几何形状，我们可以使用经验公式来估算自然对流传热系数。辐射热传递概念及定律电磁波热量以电磁波的形式传递，不需要介质。它可在真空中传播。黑体能完全吸收所有波长的辐射能量的物体，不存在完美的黑体。辐射强度物体单位面积、单位立体角、单位时间内发射的能量。辐射率物体在一定温度下发射的辐射强度与黑体在相同温度下发射的辐射强度之比。黑体辐射1理想模型黑体是理想模型，可以吸收所有波长的电磁辐射。2热辐射黑体辐射是指黑体发射的热辐射能量。3普朗克定律普朗克定律描述了黑体辐射的能量分布。灰体辐射定义灰体是指其表面发射率与波长无关的物体。大多数实际物体都是灰体，其表面发射率小于1。特点灰体的辐射特性可以用一个单一的发射率来描述，这使得计算灰体辐射换热变得相对简单。应用灰体辐射模型在工程实践中被广泛应用，例如计算建筑物、设备等的辐射换热。辐射换热例题辐射换热是热传递的一种重要方式，在很多工程领域都有广泛应用。本节课将通过例题讲解，帮助同学们深入理解辐射换热的原理和计算方法。例题一：一个温度为1000K的黑体球体，半径为0.1m，置于一个温度为300K的环境中。求该球体每秒钟辐射出去的热量。例题二：一个面积为1m²的平板，表面温度为400K，发射率为0.8。该平板置于一个温度为300K的环境中。求该平板