传热学 复习要点1-3节为导热部分1.导热理论基础 (分稳态导热和非稳态导热) (1)导热现象的物理本质及在不同介质中的传递特征.依靠分子,原子和自由电子等微观粒子热运动进行的热量传递.气体中为分子,金属中为电子,非导电固体和液体中为晶格(2)温度场的空间时间概念.表达式:t=f(x,y,z, τ)空间用x,y,z表示.时间用τ.稳态: 非稳态:(3)温度梯度的概念和表达式.定义: 两等温面温差 与其法线方向距离 的比值极限..表达式:(4)傅立叶定律的概念及其表达式.----导热基本定律定义:表达式:适用范围:只适用于各向同性的固体材料.(5)导热系数的定义,物理意义和影响因素.表达式:物理意义:表征物体导热能力的大小.影响因素:(6)物性参数为常数时的导热微分方程式在各种不同条件下的数学表达.导热微分方程---由傅立叶定律和热一律导出.导热微分方程表达式:无内热源:稳态温度场:无内热源且为稳态温度场:(7)导温系数的表达及其物理意义,与导热系数的区别.导温系数a定义: a=λ/cρ;物理意义:表示物体加热或冷却时,物体内部各部分温度趋于一致的能力.(8)导热过程单值性条件和数学表达.单值性条件包括4个:几何条件;物理条件;时间条件;边界条件;其中边界条件分3类:①第一类边界条件:已知边界面温度.②第二类边界条件:已知边界面热流密度..③第二类边界条件:已知边界面与周围流体间的表面传热系数及周围流体温度tf.牛顿冷却公式:2.稳态导热--t=f(x,y,z)(1)通过单层平壁,多层平壁和复合平壁的导热计算式及温度分布,热阻概念及其表达式和运用.A: 第一类边界条件: 在无内热源,常物性条件下1)单层平壁,高度h>>厚度δ，即为无限大平壁.因是一维导热,所以温度分布为线性分布.t=tw1-(tw1-tw2)x/δ;热流密度q=tw1-tw2/(δ/λ)=Δt/Rt.热阻Rt: Rt=Δt/q.2)多层平壁:温度分布为折线..B: 第三类边界条件: 厚度δ,无内热源,常物性单层平壁:q=(tf1-tf2)/(1/h1+δ/λ+1/h2)Rt=1/h1+δ/λ+1/h2多层平壁:q=(tf1-tf2)/(1/h1+δ/λ+1/h2)C: 复杂的平壁导热:(串连加并联)RA与RB串连: R=RA+RB;RA与RB并连: R=1/(1/RA+1/RB).D: 导热系数为t的函数: λ=λ0(1+bt)t=q=此时,温度分布为二次曲线.(2)通过单层圆筒壁和多层圆筒壁的导热及温度分布,热阻表达式和运用.工程上长度l>>厚度δ的称为圆筒壁导热.1)第一类边界条件:内径为r1,外径为r2单层: 边界条件:t=q=温度分布为曲线分布.多层:q=1)第三类边界条件:单层:多层:(3)临界热绝缘直径的物理概念和如何确定合理的绝热层厚度.当绝热层外径=dx时,总热组最小,散热量最大.这一直径称为临界~~Dx=dc=2λins/h2.说明:外径d2<dc时,热损失反而增大.外径d2>dc时,加绝热层才有效.(4)肋片的作用及温度分布曲线,肋片效率概念及影响因素,肋片散热量的计算式.---- 只讨论等截面直肋1)等截面直肋:肋高为l,肋厚为δ,肋片周边长度为U,导热系数为λ,l>>δ,可认为肋片温度只沿着高度方向变化.边界条件:2)过余温度:以周围介质tf为基准的温度.θ=t-tf.其中m=温度分布为一条余弦双曲函数,即沿x反向逐渐降低.肋端国余温度:3)肋片表面散热量:4)肋片效率:定义:在肋片表面平均温度tm下,肋片的实际散热量Φ与假定整个肋片表面都处在肋基温度to时的理想散热量Φo的比值.即:结论:①当m一定时,随着肋高增加, Φ先迅速增大然后逐渐趋于平缓.也即η先降低,肋高增加到一定程度时, Φ急剧降低.②ml大,肋端过于温度小,肋片表面tm小,效率低.所以应降低m提高效率.③λ与h都给定时,m随U/A降低而减小.变截面肋片效率高.(5)接触热阻的形成和表达式.两固体直接接触,因接触面不绝对平整,会产生接触热阻.定义式:减小接触热阻的措施:改善接触面粗糙镀;提高接触面挤压压力;减小表面硬度;接触面上涂油.3.非稳态导热 (分瞬态导热和周期性导热)两个重要准则:Fo准则和Bi准则.Bi=(δ/λ):(1/h)Fo=aτ/δ2(1)瞬态导热过程及周期性不稳态导热过程的特点.前者物理量瞬间变化.后者物理量周期性变化.(2)Fo准则的表达式及物理意义,当Fo>0.2时,无限大平壁内的温度变化规律.傅立叶准则:Fo=aτ/δ2物理意义:表征不稳态导热过程的无因次时间. Fo>0.2为临界值.无限大平壁:在进行到F o>0.2的时间起,物体中任何给定地点的过余温度的对数值将随时间按线性规律变化.(3)Bi准则的表达式及物理意义, Bi准则对无限大平壁内温度分布的影响.毕渥准则Bi=(δ/λ):(1/h)物理意义:表征物体内部导热热阻与表面对流换热热阻之比.它的值越小,内部温度越趋于均匀一致.Bi<0.1可近似认为,物体温度是均匀一致的.(4)运用集总参数法的条件及温度计算式.集总参数法的条件:对于平板,圆柱,球体,温度计算式:V为体积,A为表面积,初始温度θ=to-tf.地下建筑的预热:5-7节为对流换热部分5.对流换热分析 (对流换热=导热+热对流)(1) 对流换热过程的特征及基本计算公式.定义：流体因外部原因(强迫对流)或内部原因(自然对流)而流动并与物体表面接触时发生的热量传递.特征:①导热与热对流同时存在的复杂热传递过程② 必须有直接接触（流体与壁面）和宏观运动；也必须有温差③ 由于流体的粘性和受壁面摩擦阻力的影响，紧贴壁面处会形成速度梯度很大的边界层基本计算公式:---牛顿冷却公式:q=h(tw-tf)(2)影响对流换热的因素.影响因素:①流动的起因（强迫对流或自然对流）；②流动状态（层流或紊流）；③有无相变；④换热表面几何因素；⑤流体的物理性质。
λ ↑=h ↑(流体内部和流体与壁面间导热热阻小)ρ、c ↑=h ↑ (单位体积流体能携带更多能量)η ↑=h ↓ (有碍流体流动、不利于热对流)α ↑=自然对流换热增强h=f（u,tw,tf,c, λ, ρ,l…….）(3)对流换热过程微分方程式的表示及其物理意义.微分方程式：(4)对流换热微分方程组的组成.①连续性方程；②动量微分方程；③能量微分方程。
在具体求解时要再加上④对流换热微分方程式。
(5)边界层及热边界层的物理特征.流场可以划分为两个区：边界层区与主流区定义：在紧贴流体流过的物体表面上有一极薄的流体层，其中流体的速度和温度变化最显著，称为边界层。
分流动边界层和热边界层。
1） 流动边界层（速度边界层）：流动边界层厚度主要取决于Re 数。
2） 流动边界层特性：1 边界层内流体在壁面法线方向的速度变化最为剧烈。
2 厚度δ与壁的尺寸相比很小。
3 因流动状态不同而有层流边界层和紊流边界层。
层流边界层内速度分布为抛物线型；紊流边界层内速度分布为幂函数型。
4 边界层内应考虑流体黏性的影响。
层流时惯性力可忽略；紊流核心区可忽略粘滞力。
3） 对于管内流动，流态判别：Re<2300为层流，主要靠导热；Re>104为旺盛紊流，主要靠对流；4） 热边界层（温度边界层）：热边界层厚度主要取决于Re及Pr。
热边界层δt不一定等于流动边界层δ。
紊流边界层贴壁处的温度梯度明显大于层流，故：紊流换热比层流换热强！热边界层外可认为是等温流动区。
(6)图示流体外掠平板流动时流动边界层的形成和发展.1）外掠平板层流的边界层厚度:δ/x=4.64 Re0.5局部摩擦系数为：Cf=平均摩擦系数：Cf=2）对于常壁温，掠过平板的层流换热问题：两边界层厚度之比：ζ=δt/δ=Pr(-1/3)/1.025≈Pr(-1/3)Pr=1时，两边界层厚度相同。
适用于Pr>1的流体。
(7)图示管内流动时流动边界层的形成和发展.(8)流体外掠平板稳定流动时,简化后的层流边界层换热微分方程组的表达式.外掠平板时，长为l的常壁温平板的平均表面传热系数h及关联式为：h=Nux=（求局部时，将l换成x，前面系数为一半即0.332。
）(9)边界层换热积分方程组的含义.包括动量积分方程式和能量积分方程式。
(10)紊流总黏滞应力及其表达式.求解紊流对流换热很复杂，一般用动量传递和热量传递的类比方法。
紊流总粘滞应力为层流和紊流之和。
τ=(11)紊流总热流密度及其表达式.紊流总热流密度也为层流和紊流之和。
q=(12)雷诺类比关系式的表示.对于掠过平板的层流运动：雷诺类比关系式：外掠平板紊流换热：平板紊流的局部摩擦系数: Cf=0.0592局部传热准则关联式：：平均换热准则关系式：(13)物理相似的基本概念.在对应瞬间对应点上各该物理量成比例。
(14)Nu,Re,Gr,Pr准则的表示及其物理含义.努谢尔特准则：反映对流换热的强弱Nu=雷诺准则：反映了流体流动时惯性力和粘滞力的比值，反映了流态对换热的影响。
Re=格拉小夫准则：是自然对流换热的浮生力和粘滞力的比值，表示流体的自由流动状态对换热的影响。
Gr=普朗特准则：又称物性准则。
反映流体动量传递和热量传递的相对大小Pr=(15)相似原理的内容及其所解决的问题.①无相变受迫稳态对流换热，且自然对流不可忽略时：Nu=f（Re,Gr,Pr）②无相变受迫稳态对流换热，若自然对流可忽略时：Nu=f（Re,Pr）③对于空气pr可按常数处理，则无相变受迫稳态对流换热有：Nu=f（Re）④自然对流换热时，准则关系式为：Nu=f（Gr,Pr）与Re无关。
(16)实验数据的整理方法.Nu=Nu=*(17)定性温度：流体沿平板流动换热时：tf=t∞;流体在管内流动换热时:tf=(tf’+tf”)/26.单相流体对流换热及准则方程式.(无相变对流换)(1)管内流动充分发展段及热充分发展段的特征.①充分发展段：流动充分发展段特征：热充分发展段特征：对于常物流体，表面传热系数h保持不变。
② 进口段：Pr>1,流动进口段<热进口段；Pr<1,流动进口段>热进口段；常壁温条件：L/d=0.05 Re. Pr；常热流条件：L/d=0.07Re. Pr；(2)管内流动充分发展段流态的判别.流态判别：Re<2300,为层流；2300< Re<10000,为过度流；Re>10000,为紊流；(3)常热流边界条件下和常壁温边界条件下,在管内流动充分发展段,壁温和流体温度沿流程的变化规律.热充分发展段，常热流条件下：壁温和流体平均温度均呈线性变化。