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传热学学习要点

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传热学学习要点

传热学杨世铭陶文铨

〇、文章框架

1绪论

1.1 传热学的研究内容及其在科学技术和工程上的应用

1.2吸能传递的三种基本方式

1.3 传热过程和传热系数

1.4 传热学的发展简史和研究方法

2 稳态热传导

2.1 导热基本定律——傅里叶定律

2.2 导热问题的数学描写

2.3 典型以为稳态导热问题分析解

2.4 通过肋片导热

2.5 具有内热源的一维导热问题

2.6 多稳态导热的求解

3 非稳态热传导

3.1 非稳态导热的基本概念

3.2零维问题的分析法——集中参数法

3.3 典型一维物体非稳态导热的分析解

3.4 半无限大物体的非稳态导热

3.5 简单几何形状物体多维非稳态导热的分析解

4 热传导问题的数值解法

4.1 导热问题数值求解的基本思想

4.2 内节点离散方程的建立方法

4.3 边界节点离散方程的建立方法

4.4 非稳态导热问题的数值解法

5 对流传热的理论基础

5.1 对流传热概况

5.2 对流传热问题的数学描写

5.3 边界层型对流问题的数学描写

5.4 流体外掠平板传热层流分析解及比拟理论

6 单相对流传热的实验关联式

6.1相似原理与量纲分析

6.2 相似原理的应用

6.3 内部强制对流传热的实验关联式

6.4 外部强制对流传热——流体横掠单管、球体及管束的实验关联式

6.5大空间与有限空间内自然对流传热的实验关联式

6.6 射流冲击传热的实验关联式

7 相变对流传热

7.1凝结传热的模式

7.2膜状凝结分析解及计算关联式

7.3 膜状凝结的影响因素及其传热强化

7.4 沸腾传热的模式

7.5 大容器沸腾传热的实验关联式

7.6 沸腾传热的影响因素及其强化

7.7 热管简介

8 热辐射基本定律和辐射特性

8.1 热辐射现象的基本概念

8.2 黑体热辐射的基本定律

8.3 固体和液体的辐射特性

8.4 实际物体对辐射能的吸收与辐射关系

8.5 太阳与环境辐射

9 辐射传热的计算

9.1 辐射传热的角系数

9.2 两表面封闭系统的辐射传热

9.3 多表面系统的辐射传热

9.4 气体辐射的特点及计算

9.5 辐射传热的控制(强化与削弱)

9.6 综合传热问题分析

10 传热过程分析与换热器计算

10.1 传热过程的分析计算

10.2 换热器的类型

10.3 换热器中传热过程平均温差的计算

10.4 间壁式换热器的热设计

10.5 热量传递过程的控制(强化与削弱)

11 传质学简介

11.1 质扩散与斐克定律

11.2 对流传质及表面传质系数

一、绪论

1.1 传热学的研究内容及其在科学技术和工程上的应用P1

1.1.1传热学的研究内容

传热学就是研究温差引起的热能传递规律的科学。

热力学第二定律指出:凡是有温差存在的地方,就有热能自发的从高温物体向低温物体传递。

1.1.2传热学中的连续介质假定

传热学的连续介质假定:将物体中的温度,密度,速度,压力等物理参数都是空间的连续函数。

1.1.3传热学和工程热力学的关系

传热学和工程热力学的区别:工程热力学是研究处于平衡状态的系统,其中不存在温度差和压力差,而传热学研究的就是温度和压力的差别。工程热力学不关注时间参数,而传热学与时间密切相关,关注单位时间里传递多少内能。

1.1.4传热学在科学技术各个领域中的应用

(1)强化传热

(2)削弱传热

(3)温度控制

1.2吸能传递的三种基本方式P4

热传导,热对流,热扩散

1.2.1热传导

热传导:物体各个部分不发生位移时,依靠微观粒子的热运动而产生的热能传递过程,简称导热。

1.2.2热对流

热对流:流体的宏观流动引起的流体各部分之间发生相对位移,冷热流体相互混掺导致的热量传递过程

1.2.3热辐射

热辐射:物体通过电磁波来传递能量的方式称为热辐射

1.3 传热过程和传热系数P12

传热过程:热量由壁面一的流体通过壁面传到另一侧流体中去的过程称为传热过程。

1.3.1传热方程式

从热流体到壁面高温侧的热量传递

1.3.2传热热阻

l/(Ak)

1.4 传热学的发展简史和研究方法P15

1.4.1传热学发展简史

1.4.2世纪后半叶的近代发展

1.4.3传热学的研究方法

1实验测定2理论分析3数值模拟

补充知识

传热学:研究由温差引起的热能传递规律的科学。

热力学第一定律也就是能量守恒定律。自从焦耳以无以辩驳的精确实验结果证明机械能、电能、内能之间的转化满足守恒关系之后,人们就认为能量守恒定律是自然界的一个普遍的基本规律。

热力学第二定律有几种表述方式:

克劳修斯表述:热量可以自发地从温度高的物体传递到较冷的物体,但不可能自发地从温度低的物体传递到温度高的物体;

开尔文-普朗克表述不可能从单一热源吸取热量,并将这热量完全变为功,而不产生其他影响。

熵表述随时间进行,一个孤立体系中的熵总是不会减少。

热力学第三定律通常表述为绝对零度时,所有纯物质的完美晶体的熵值为零。或者绝对零度(T=0K即-273.15℃)不可达到。

二、稳态热传导

2.1 导热基本定律——傅里叶定律P33

2.1.1各类物体导热机理

2.1.2温度场

等温面:同一瞬间相同温度的各个点连成的面成为等温面。

等温线:在任何一个二维的截面上等温面表现为等温线。

2.1.3导热基本定律

傅里叶定律:在导热过程中,单位时间内通过给定界面的导热量,正比于垂直该截面方向上的温度变化率和截面面积,而热量传递的方向则与温度升高的方向相反。

2.1.4导热系数

q

λ=

n

?x

2.1.5工程导热材料一般分类

2.2 导热问题的数学描写P41

根据能量守恒定律和傅里叶定律来建立物体中的温度场应当满足的变化关系式,称为导热微分方程。导热微分方程是所有导热物体的温度场都应满足的通用方程,对于各个具体的问题,还必须规定相应的时间和边界条件,称为定解条件。导热微分方程及相应的定解条件构成了一个导热问题完整的数学描写。

2.2.1导热微分方程

描写导热过程共性的数学表达式

2.2.2定解条件

第一类边界条件:规定了边界上的温度值,称为第一类边界条件

第二类边界条件:规定了边界上的热流密度值,称为第二类边界条件

第三类边界条件:规定了边界上物体与周围流体间的表面传热系数h及周围流体的温度t,称为第三类边界条件。

2.2.3热扩散率的物理意义

以物体受热升温的情况为例作为分析。在物体受热升温的非稳态导热过程中,进入

物体的热量沿途不断地被吸收而当地温度升高,此过程持续到内部各点温度全部扯平为止。a=λ/pc

2.2.4傅里叶定律及导热微分方程的适用范围

基于热扰动的传递速度是无限大的假定之上的,对一般工程技术中发生的非稳态导热问题,热流密度不是很高,过程作用的时间足够长,过程发生的尺度也足够大不适用情况:

(1)导热物体温度接近0K

(2)当过程的作用时间极短

(3)当过程发生的空间尺度极小

2.3 典型一维稳态导热问题分析解P46

一维导热:物体温度仅在一个方向变化

2.3.1通过平壁的导热

1单层平壁

2多层平壁

2.3.2通过圆筒壁的导热

1单层圆筒壁

2多层圆筒壁

2.2.3通过球壳的导热

2.3.4带第二类,第三类边界条件的一维导热问题

以电熨斗底板为例

2.3.5变截面或变导热系数的一维问题

2.4 通过肋片导热P57

肋片是依附于基础表面上的扩展面,+通过肋片,有效的增加换热面积

2.4.1通过等截面直肋的导热

(1)物理模型。将所研究的问题简化为一维稳态导热问题

(2)数学描写。

(3)分析求解。

(4)解的应用

2.4.2肋效率与肋面总效率

(1)等截面直肋的效率。P62几个公式

(2)其他形状肋片的效率。P63几个公式

2.4.3肋片的选用与最小重量肋片

肋片增大了导热面积但是同时增加了导热阻力,因此需要选择合适的大小。

2.4.4接触热阻

肋片与管子接触会有空隙,这就是附加的接触热阻。

2.5 具有内热源的一维导热问题P70

上述问题都是讨论一维无内热源的导热问题。

2.5.1具有内热源的平板导热

2.5.2具有内热源的圆柱体导热

2.6 多稳态导热的求解 P76

2.6.1稳态导热问题求解方法简述

(1)分析解法。分离变量法,积分法。

(2)数值解法。通过计算机获得导热问题的数值解方法。

(3)模拟方法。通过电势的传递规律进行研究

2.6.2计算导热量的形状因子法

形状因子法:通过平壁、圆筒壁、球壁及其他变截面以为问题导热量的计算式总结出一个方程:

2.6.3求解稳态导热分离变量法举例

三、非稳态热传导

3.1 非稳态导热的基本概念P112

物体的温度随时间变化的导热过程称为非稳态导热。根据物体温度随时间的推移而变化的特性。

3.1.1 非稳态导热过程的特点及类型

根据物体温度随时间的推移而变化的特性可以分两类:

1、物体的温度随时间的推移而逐渐趋近于恒定值;

2、物体的温度随时间的周期性变化。

本书不讨论周期性非稳态导热。

3.1.2导热微分方程解的唯一性定律

导热微分方程式连同初始条件以及边界条件,完整的描写了一个特定的非稳态导热问题。非稳态导热问题的求解,实质上是规定的初始条件及边界条件下求解导热微分方程式。

3.1.3第三类边界条件下Bi数对平板中温度分布的影响

Bi=δ/λ

1/?

=

δ?

λ

无量纲数一般被称为特征数,习惯上又被称为准则数。

3.2零维问题的分析法——集中参数法P117

当固体内部导热热阻远小于其表面的换热热阻时,任何时刻固体内部的温度都趋于一致,以致可以认为整个固体在同一瞬间均处于同一温度下。

这种忽略物体内部导热热阻的简化分析方法称为集中参数法。比如测量变化着的温度的热电偶。

3.2.1集中参数法温度场分析解

各个公式P118

3.2.2导热量计算式、时间常数与傅里叶数

1导热量计算公式。

2 时间常数。

3 傅里叶数的物理意义。傅里叶数Fo,意义为两个时间间隔相除得到的无量纲时间。

3.2.3集中参数法的适用范围及应用举例

当Bi很小时可以采用集中参数法。小于等于0.1

3.3 典型一维物体非稳态导热的分析解P123

所谓的一维,是指:对平板,温度仅延厚度方向变化;对圆柱和球体,温度仅沿半径方向变化。

3.3.1三种几何形状物体的温度场分析解

1平板

2圆柱

3球

3.3.2非稳态导热正规状况阶段分析解的简化

1非稳态导热正规状况阶段的物理概念与数学含义

2正规状况阶段三个分析解的简化表达式

3一段时间间隔内所传导的热量计算式

3.3.3非稳态导热正规状况阶段的工程计算方法

1图线法

2近似拟合公式法

3.3.4分析解应用范围的推广及F o、B i对过程影响的讨论

3.4 半无限大物体的非稳态导热P133

半无限大物体是指向上下无限延伸,并且在每一个与x坐标垂直的界面物体的温度都相等。可以看做是一维平板的一种特殊情况。

3.4.1三种边界条件下半无限大物体温度场的分析解

这种状况的三类边界条件

1温度突然变化到tw,并保持恒定

2受到恒定的热流密度加热

3与温度为t无穷的流体进行热交换

3.4.2导热量计算式

P135

3.4.3分析解的讨论

3.5 简单几何形状物体多维非稳态导热的分析解P138

在多维导热问题中,几种简单几何形状物体的非稳态导热问题的分析解,可以用几个相应的一维非稳态导热分析解相乘得出,成为乘积解法。

3.5.1获得无量纲温度场的乘积解法

P138

3.5.2二维问题的证明

P140

3.5.3导热量的计算

P142

四、热传导问题的数值解法P162

4.1 导热问题数值求解的基本思想P162

4.1.1基本思想

对物理问题进行数值求解的基本思想可以概括为:把原来在时间空间坐标系中的连续的物理量的场,如导热物体的温度场,用有限个离散点上的值的集合来代替,通过求解按一定方法建立起来的关于这些值的代数方程,来获得离散点上被求的物理量的值,。这些离散点上的被求物理量的值的集合成为该物理量的数值解。

4.1.2导热问题数值求解基本步骤

1建立控制方程及定解条件

2区域离散化

3建立节点物理量的代数方程

4设立迭代初场

5求解代数方程组

4.2 内节点离散方程的建立方法P165

建立节点离散方程的方法有泰勒级数展开法,及热平衡法两种。

4.2.1泰勒级数展开法

4.2.2热平衡法

对每个节点所代表的元体用傅里叶导热定律直接写出其能量表达式。

4.3 边界节点离散方程的建立方法P 167

4.3.1边界节点离散方程的建立

第一类边界问题直接求解,二三类则补充相应的未知量的代数方程(如温度)

4.3.2处理不规则区域的阶梯型逼近法

当计算区域中出现曲线边界或者倾斜的边界时,常常用阶梯型折线代替真实边界,然后再用上述方法建立离散方程。

4.3.3求解代数方程的迭代法

直接解法:通过有限次运算获得代数方程的精确解方法。

迭代法:在迭代法中先对要计算的场做出假设,在迭代计算过程中不断改进,直到

计算前的假定值与计算后的结果相差小到允许值为止。

1高斯-赛德尔迭代法

2迭代过程是否以收敛的依据

3迭代过程能否收敛的判据

4.4 非稳态导热问题的数值解法P 174

非稳态导热与稳态导热的主要差别在于控制方程多了一个非稳态项,而其扩散项的离散方法和稳态导热一样的。

4.4.1时间-空间区域的离散化

4.4.2一维平板非稳态导热的显示格式

4.4.3非稳态导热方程的隐式格式

4.4.4边界节点的离散方程

4.4.5一维平板非稳态导热显示格式离散方程组及稳定分析

五、对流传热的理论基础P197

5.1 对流传热概况

5.1.1对流传热的影响因素

1流体流动起因

2流体有无相变

3流体的流动状态

4换热表面的几何因素

5流体的物理性质

5.1.2对流传热现象的分类

1有相变

(1)混合对流

(2)强制对流

①内部流动

A圆管内强制对流传热

B其它形状截面管道内的对流传热

②外部流动

A外掠平板的对流传热

B外掠单根圆管的对流传热

C外掠圆管管束的对流传热

D外掠其他截面形状柱体的对流传热

E射流冲击传热

(3)自然对流

①大空间自然对流

②有限空间自然对流

2无相变

(1)沸腾传热

①大容器沸腾

②管内沸腾

(2)凝结传热

①管外凝结

②管内凝结

5.1.3对流传热的研究方法

1分析法

2实验法

3比拟法

4数值法

5.1.4如何从解得的温度场来计算表面传热系数

5.2 对流传热问题的数学描写

对流问题完整的数学描写包括对流传热微分方程组以及定解条件,牵着包括质量守恒,动量守恒以及能量守恒这三大守恒定律的数学表达式。

5.2.1运动流体能量方程的推导

1简化假设

2微元体能量收支平衡的分析

3几点讨论

5.2.2对流传热问题完整的数学描写

1控制方程式

2定解条件

5.3 边界层型对流问题的数学描写

5.3.1流动边界层及其厚度的定义

1流动边界层及其厚度的定义

2流动边界层内流态

3流动边界层内的动量方程

5.3.2热边界层及热边界层能量方程

1热边界层及厚度定义

2热边界层内的能量方程

5.3.3二维、稳态边界层型对流传热问题的数学描述

5.4 流体外掠平板传热层流分析解及比拟理论

5.4.1流体外掠等温平板传热的层流分析解

5.4.2特征数方程

努赛尔数Nu

5.4.3普朗特数的物理意义

普朗特数表征了流动边界层与热边界层的相对大小。

5.4.4比拟理论的基本思想

比拟理论:利用两个不同物理现象之间在控制方程方面的类似性,通过测定其中一种现象的规律而获得另一种现象的基本关系的方法。如测电流推断热流。

5.4.5比拟理论的应用

六、单相对流传热的实验关联式

6.1相似原理与量纲分析

6.1.1物理现象相似的定义

6.1.2 相似原理的基本内容

6.1.3导出相似特征数的两种方法

6.2 相似原理的应用

6.2.1应用相似原理指导实验的安排及试验数据的整理

6.2.2应用相似原理指导模化实验

6.2.3应用特征数方程应注意之点

6.2.4对实验关联式准确性的正确认识

6.3 内部强制对流传热的实验关联式

6.3.1管槽内强制对流流动与换热的一些特点

6.3.2管槽内湍流强制对流传热关联式

6.3.3管槽内层流强制对流传热关联式

6.3.4微细尺度通道内的流动与传热及纳米流体传热简介

6.4 外部强制对流传热——流体横掠单管、球体及管束的实验关联式

6.4.1流体横掠单管的实验结果

6.4.2流体外掠球体的实验结果

6.4.3流体横掠管束的实验结果

6.5大空间与有限空间内自然对流传热的实验关联式

6.5.1自然对流传热现象的特点

6.5.2自然对流传热的控制方程与相似特征数

6.5.3大空间自然对流传热的实验关联式

6.5.4有限空间自然对流传热的实验关联式

6.5.5混合对流简介

6.6 射流冲击传热的实验关联式

6.6.1单个圆喷嘴射流的流场结构及局部换热强度的分布特点

6.6.2单个圆喷嘴射流平均传热特性的实验关联式

6.6.3单个狭缝喷嘴射流平均传热特性的实验关联式

七、相变对流传热

7.1凝结传热的模式

7.1.1珠状凝结与膜状凝结

7.1.2凝结液构成了蒸汽与壁面间的主要热阻

7.1.3膜状凝结是工程设计的依据

7.2膜状凝结分析解及计算关联式.

7.2.1努赛尔的蒸汽层流膜状凝结分析解

7.2.2竖直管与水平管的比较及实验验证

7.2.3湍流膜状凝结

7.3 膜状凝结的影响因素及其传热强化

7.3.1膜状凝结的影响因素

7.3.2膜状凝结的强化原则和技术

7.4 沸腾传热的模式

7.4.1大容器饱和沸腾的三个区域

7.4.2临界热流密度机器工程意义

7.4.3气泡动力学简介

7.5 大容器沸腾传热的实验关联式

7.5.1大容器饱和核态沸腾的无量纲关联式

7.5.2大容器饱和沸腾临界热负荷计算式

7.5.3大容器饱和液体膜态沸腾传热计算

7.6 沸腾传热的影响因素及其强化

(完整版)传热学期末考试试题

传热学(一) 第一部分选择题 ?单项选择题(本大题共 10 小题,每小题 2 分,共 20 分)在每小题列出的四个选项中只有一个选项是符合题目要求的,请将正确选项前的字母填在题后的括号内。 1. 在稳态导热中 , 决定物体内温度分布的是 ( B) A. 导温系数 B. 导热系数 C. 传热系数 D. 密度 2. 下列哪个准则数反映了流体物性对对流换热的影响 ?(C ) A. 雷诺数 B. 雷利数 C. 普朗特数 D. 努谢尔特数 3. 单位面积的导热热阻单位为 ( B)

A. B. C. D. 4. 绝大多数情况下强制对流时的对流换热系数 (C ) 自然对流。 A. 小于 B. 等于 C. 大于 D. 无法比较 5. 对流换热系数为 100 、温度为 20 ℃的空气流经 50 ℃的壁面,其对流换热的热流密度为(D ) A. B. C. D. 6. 流体分别在较长的粗管和细管内作强制紊流对流换热,如果流速等条件相同,则( C) A. 粗管和细管的相同 B. 粗管内的大 C. 细管内的大 D. 无法比较 7. 在相同的进出口温度条件下,逆流和顺流的平均温差的关系为( A) A. 逆流大于顺流 B. 顺流大于逆流 C. 两者相等 D. 无法比较

8. 单位时间内离开单位表面积的总辐射能为该表面的(A ) A. 有效辐射 B. 辐射力 C. 反射辐射 D. 黑度 9. (D )是在相同温度条件下辐射能力最强的物体。 A. 灰体 B. 磨光玻璃 C. 涂料 D. 黑体 10. 削弱辐射换热的有效方法是加遮热板,而遮热板表面的黑度应(B ) A. 大一点好 B. 小一点好 C. 大、小都一样 D. 无法判断 第二部分非选择题 ?填空题(本大题共 10 小题,每小题 2 分,共 20 分) 11. 如果温度场随时间变化,则为。非稳态温度场

高等传热学讲义

第2章边界层方程 第一节Prandtl 边界层方程一.边界层简化的基本依据 外:粘性和换热可忽略 )(t δδ , l l t <<<<δδ或内:粘性和换热存在 )(t δδ特征尺寸 —l

二.普朗特边界层方程 常数性流体纵掠平板,层流的曲壁同样适用)。 δ v l u ∞∞ ∞u l v v l u δδ~~,可见,0=??+??y v x u )()((x x R δ>>曲率半径y x u v ∞ ∞T u ,w T ∞ ∞T u ,δ l

)(122 22 y u x u x p y u v x u u ??+??+??-=??+??νρδ δ ∞ ∞ u u l l u u ∞∞ 2 l u ∞ν2 δ ν ∞ u ) (2 l u ∞ 除以无因次化11 Re 12 ) )(Re 1 (δ l

因边界层那粘性项与惯性项均不能忽略,故 项可忽略,且说明只有Re>>1时,上述简化才适用。)(12 2 22y v x v y p y v v x v u ??+??+??-=??+??νρ1~))(Re 1(2 δ l l δ ;可见22 22 x u y u ??>>??δδ 1 ) (2 ∞u l l u l u /)(∞∞δ 2 /)(l u l ∞δ ν2 /)(δδ ν∞u l : 除以l u 2 ∞ )(Re 1l δ))(Re 1(δ l l δ

可见,各项均比u 方程对应项小得多可简化为 于是u 方程压力梯度项可写为。 )(2 2 22y T x T a y T v x T u ??+??=??+??,0=??y p dx dp ρ1-),(l δ 乘了δθδ w u l )(∞l u w θ∞2 l a w θ除以: l u w θ∞Pe /12 )(/1δ l Pe 12δ θw a 1 ) (∞-=T T w w θPr) Re (?====∞∞贝克列数—导热量对流热量w w p l k u c a l u Pe θθρ

高等传热学课件对流换热-第2章-3

2-3 管槽内层流对流换热特征 工程上存在大量的管槽内对流换热问题。本节对管槽内层流强制对流换热的流动与换热特征进行分析。 一、流动特征 当流体以截面均匀的流速0u 进入管道 后,由于粘性,会在 管壁上形成边界层。 边界层内相同r 处的轴向流速随δ的增加 而降低,导致对管中心势流区的排挤作用,使势流区流速增加。当边界层厚度δ达到管内半径时,势流区消失,边界层汇合于管轴线处,同时截面内速度分布不再变化。 u o

将管入口截面至边界层汇合截面间的流动区域称为入口段,或称为未充分发展流、正在发展流。该区域内,速度分布不断变化, (,)u u x r =,同时存在径向速度(,)v x r 。 边界层汇合截面以后的流动速度不再变化,()u u r =,而径向速度 0v =,这段流动区域称为充发展段或充分发展流。 所以,管内流动存在特征不同的两个区域:入口段,充分发展段。充分发展流动又分为:简单充分发展流、复杂充分发展流两种。 1). 简单充分发展流 是指只存在轴向速度分量,而其它方向速度分量为零的充分发展流动。 对圆管: ()u u r =,0v w ==; 对矩形管道:(,)u u x y =,0v w ==。 简单充分发展流任意横截面上压力均匀,沿轴向线性变化,即

dp const dx = 证明:对简单充分发展流,径向速度0v =,根据径向动量方程: 222211()v v p v v v u v x r r r r x r νρ??????+=?+++?????? ? 0p r ?=?, 即任意横截面上压力均匀,压力仅沿轴向变化。于是,轴向动量方程为: 222211(u u dp u u u u v x r dx r r x r νρ?????+=?+++????? 又发展流0u x ?=?(速度分布不变,或由连续方程得出)?

高等传热学知识重点(含答案)2019

高等传热学知识重点 1.什么是粒子的平均自由程,Knusen数的表达式和物理意义。 Knusen数的表达式和物理意义:(Λ即为λ,L为特征长度) 2.固体中的微观热载流子的种类,以及对金属/绝缘体材料中热流的贡献。 3.分子、声子和电子分别满足怎样的统计分布律,分别写出其分布函数的表达式 分子的统计分布:Maxwell-Boltzmann(麦克斯韦-玻尔兹曼)分布: 电子的统计分布:Fermi-Dirac(费米-狄拉克)分布: 声子的统计分布:Bose-Eisentein(波色-爱因斯坦)分布; 高温下,FD,BE均化为MB;

4.什么是光学声子和声学声子,其波矢或频谱分布各有特性? 答:声子:晶格振动能量的量子化描述,是准粒子,有能量,无质量; 光学声子:与光子相互振动,发生散射,故称光学声子; 声学声子:类似机械波传动,故称声学声子; 5.影响声子和电子导热的散射效应有哪些? 答:影响声子(和电子)导热的散射效应有(热阻形成的主要原因): ①界面散射:由于不同材料的声子色散关系不一样,即使是完全结合的界面也是有热阻的; ②缺陷散射:除了晶格缺陷,最典型的是不纯物掺杂颗粒的散热,散射位相函数一般为Rayleigh散 射、Mie散射,这与光子非常相似; ③声子自身散射:声子本质上是晶格振动波,因此在传播过程中会与原子相互作用,会产生散射、 吸收和变频作用。

6.简述声子态密度(Density of State)及其物理意义,德拜模型和爱因斯坦模型的区别。答:声子态密度(DOS)[phonon.s/m3.rad]:声子在单位频率间隔内的状态数(振动模式数)Debye(德拜)模型: Einstein(爱因斯坦)模型: 7.分子动力学理论中,L-J势能函数的表达式及其意义。 答:Lennard-Jones 势能函数(兰纳-琼斯势能函数),只适用于惰性气体、简单分子晶体,是一种合理的近似公式;式中第一项可认为是对应于两体在近距离时以互相排斥为主的作用,第二项对应两体在远距离以互相吸引(例如通过范德瓦耳斯力)为主的作用,而此六次方项也的确可以使用以电子-原子核的电偶极矩摄动展开得到。

传热学部分思考题汇总

教材上的思考题 第8章 思考题 1.试说明热传导(导热)、热对流和热辐射三种热量传递基本方式之间的联系与区别。 区别:它们的传热机理不同。导热是由于分子、原子和电子等微观粒子的热运动而产生的热量传递现象,其本质是介质的微观粒子行为。热对流是由于流体的宏观运动,致使不同温度的流体相对位移而产生的热量传递现象,其本质是微观粒子或微团的行为。辐射是由于物体内部微观粒子的热运动而使物体向外发射辐射能的现象,其本质是电磁波,不需要直接接触并涉及能量形式的转换。 联系:经常同时发生。 2.试说明热对流与对流换热之间的联系与区别。 热对流是由于流体的宏观运动,致使不同温度的流体相对位移而产生的热量传递现象。对流换热是流体与固体表面之间由热对流和导热两种传热方式共同作用导致的传热结果。 3. 从传热的角度出发,采暖散热器和冷风机应放在什么高度最合适? 答:采暖器和冷风机主要通过对流传热的方式使周围空气变热和变冷,使人生活在合适的温度范围中,空气对流实在密度差的推动下流动,如采暖器放得太高,房间里上部空气被加热,但无法产生自然对流使下部空气也变热,这样人仍然生活在冷空气中。为使房间下部空气变热,使人感到舒适,应将采暖器放在下面,同样的道理,冷风机应放在略比人高的地方,天热时,人才能完全生活在冷空气中 4.在晴朗无风的夜晚,草地会披上一身白霜,可是气象台的天气报告却说清晨最低温度为2℃。试解释这种现象。但在阴天或有风的夜晚(其它条件不变),草地却不会披上白霜,为什么? 答:深秋草已枯萎,其热导率很小,草与地面可近似认为绝热。草接受空气的对流传热量,又以辐射的方式向天空传递热量,其热阻串联情况见右图。所以,草表面温度t gr 介于大气温度t f 和天空温度t sk 接近,t gr 较低,披上“白霜”。如有风,hc 增加,对流传热热阻R 1减小,使t gr 向t f 靠近,即t gr 升高,无霜。阴天,天空有云层,由于云层的遮热作用,使草对天空的辐射热阻R 2增加,t gr 向t f 靠近,无霜(或阴天,草直接对云层辐射,由于天空温度低可低达-40℃),而云层温度较高可达10℃左右,即t sk 在阴天较高,t gr 上升,不会结霜)。 5.在一有空调的房间内,夏天和冬天的室温均控制在20℃,但冬天得穿毛线衣,而夏天只需穿衬衫。这是为什么? 答:人体在房间里以对流传热和辐射传热的方式散失热量,有空调时室内t fi 不变,冬天和夏天人在室内对流散热不变。由于夏天室外温度0f t 比室内温度fi t 高,冬天0f t 比fi t 低,墙壁内温度分布不同,墙壁内表面温度wi t 在夏天和冬天不一样。显然,wi t 夏>wi t 冬 ,这样人体与墙壁间的辐射传递的热量冬天比夏天多。在室温20℃的房间内,冬天人体向外散热比夏天多而感到冷,加强保温可使人体散热量减少,如夏天只穿衬衫,冬天加毛线衣,人就不会感到冷。 第十一章(基本概念较多,就交给你了!!) 第十二章 没找到现成的。。

《传热学》考试试题库汇总#

《传热学》考试试题库汇总 第一章概论 一、名词解释 1.热流量:单位时间所传递的热量 2.热流密度:单位传热面上的热流量 3.导热:当物体有温度差或两个不同温度的物体接触时,在物体各部分之间不发生相对位移的情况下,物质微粒(分子、原子或自由电子) 的热运动传递了热量,这种现象被称为热传导,简称导热。 4.对流传热:流体流过固体壁时的热传递过程,就是热对流和导热联合用的热量传递过程,称为表面对流传热,简称对流传热。 5.辐射传热:物体不断向周围空间发出热辐射能,并被周围物体吸收。同时,物体也不断接收周围物体辐射给它的热能。这样,物体发出和接收过程的综合结果产生了物体间通过热辐射而进行的热量传递,称为表面辐射传热,简称辐射传热。 6.总传热过程:热量从温度较高的流体经过固体壁传递给另一侧温度较低流体的过程,称为总传热过程,简称传热过程。 7.对流传热系数:单位时间单位传热面当流体温度与壁面温度差为1K 是的对流传热量,单位为 W /(m2·K) 。对流传热系数表示对流传热能力的大小。 8.辐射传热系数:单位时间单位传热面当流体温度与壁面温度差为1K 是的辐射传热量,单位为 W /(m2·K) 。辐射传热系数表示辐射传热能力的大小。 9.复合传热系数:单位时间单位传热面当流体温度与壁面温度差为1K 是的复合传热量,单位为 W /(m2·K) 。复合传热系数表示复合传热能力的大小。 10.总传热系数:总传热过程中热量传递能力的大小。数值上表示传热温差为 1K 时,单位传热面积在单位时间的传热量。 二、填空题 1. 热量传递的三种基本方式为 (热传导、热对流、热辐射) 2. 热流量是指单位是。热流密度是指 ,单位是。 (单位时间所传递的热量, W ,单位传热面上的热流量, W/m2) 3. 总传热过程是指 (热量从温度较高的流体经过固体壁传递给另一侧温度较低流体的过程,总传热系数 ) 4. 总传热系数是指 (传热温差为 1K 时,单位传热面积在单位时间的传热量, W /(m2·K) ) 5. 导热系数的单位是 ;传热系数的单位是。 (W /(m·K) , W /(m2·K) , W /(m2·K) ) 6. 复合传热是指 ,复合传热系数等于之和,单位是。 (对流传热与辐射传热之和,对流传热系数与辐射传热系数之和, W /(m2·K) ) 7. 单位面积热阻 r t 的单位是 ;总面积热阻 R t 的单位是。 (m 2·K/W, K/W) 8. 单位面积导热热阻的表达式为 (δ/λ) 9. 单位面积对流传热热阻的表达式为 (1/h) 10. 总传热系数 K 与单位面积传热热阻 r t 的关系为。 (r t =1/K) 11. 总传热系数 K 与总面积 A 的传热热阻 R t 的关系为。

高等传热学课件对流换热-第5章-1

第五章自然对流换热 当流体内部的温度分布或浓度分布不均匀时,会造成密度分布的不均匀,在体积力场的作用下,形成浮升力,而引起流体的流动与换热,这种现象称为自然对流。 在自然界与工程技术中,自然对流现象很多,譬如:地面与大气间温度差引起的复杂大气环流,工业排烟在大气中的混合与蔓延,工业废水在水域中的混合与扩散,各种电子器件的散热冷却,建筑物内的采暖,炉中的火焰与烟气的蔓延等。 在铸造、温控等涉及固/液相变的技术过程中,自然对流也是重要的物理过程。 与强制对流换热一样,自然对流也有层流与湍流,内部流动与外部流动的区别。

5-1 自然对流边界层分析 一、自然对流边界层的特点 以放置于静止流体中的竖壁为例。流体温度为T ∞,壁面温度为w T ,当w T T ∞>时,壁面附近的流体被加热,温度升高,密度变小,在重力场作用下产生浮力,使流体向上运动,如图。 (a) Pr 1=, ()T δδ= (b)Pr >>1, ()T δδ>

一般来说,不均匀的温度场仅出现在离壁面较近的流体层内,表现出边界层的特性。与强制对流不同,离壁面较远的流体静止不动。 对不同类的流体,其边界层内的速度分布、温度分布及控制机理有所不同。 (a) 当Pr 1=时,T δδ=,温度分布单调,速度分布在离壁面一定距离 处取得较大值,从壁面到速度极大值处,浮升力克服粘性力产生惯性力(速度)。随着离开壁面的距离的增加,浮升力减小,但粘性力以更快的速度减小,直至为零,即在此处取得极大值。从该点向边界层外缘,由于浮升力进一步减小,不足以维持如此大的惯性,所以速度又逐渐降低。 (b)Pr >>1时,T δδ>。在T y δ<区域,浮升力克服粘性力产生惯性;在T y δ>区域浮升力为零,流体靠消耗惯性力来克服粘性力。此时,温度分布与速度分布的宽度不同。 (c) Pr <<1时,T δδ<,热扩散能力大于粘性扩散能力。在y δ<区域,

高等传热学作业要点

1-4、试写出各向异性介质在球坐标系)(?θ、、r 中的非稳态导热方程,已知坐标为导热系数主轴。 解:球坐标微元控制体如图所示: 热流密度矢量和傅里叶定律通用表达式为: →→→??+??+??-=?-=k T r k j T r k i r T k T k q r ? θθ?θsin 11' ' (1-1) 根据能量守恒:st out g in E E E E ? ???=-+ ?θθρ?θθ??θθ?θd drd r t T c d drd r q d q d q dr r q p r sin sin 2 2??=+??-??-??-? (1-2) 导热速率可根据傅里叶定律计算: ?θθd r rd t T k q r r sin ???-= ?θθ θθd r dr T r k q sin ???-= (1-3) θ? θ? ?rd dr T r k q ???- =sin 将上述式子代入(1-4-3)可得到 ) 51(sin sin )sin ()sin (sin )(222-??=+??????+??????+?????????θθρ?θθ?θ?θ??θθθθ?θθ?θd drd r t T c d drd r q d rd dr T r k rd d dr T r k d d dr r T r k r p r 对于各向异性材料,化简整理后可得到: t T c q T r k T r k r T r r r k p r ??=+??+????+?????ρ?θθθθθ?θ2 222222sin )(sin sin )( (1-6)

2-3、一长方柱体的上下表面(x=0,x=δ)的温度分别保持为1t 和2t ,两侧面(L y ±=)向温度为1t 的周围介质散热,表面传热系数为h 。试用分离变量法求解长方柱体中的稳态温度场。 解:根据题意画出示意图: (1)设f f f t t t t t t -=-=-=2211,,θθθ,根据题意写出下列方程组 ????? ??? ?? ?=+??==??======??+??00 000212222θθ λθθθδθθθ θh y L y y y x x y x (2-1) 解上述方程可以把θ分解成两部分I θ和∏θ两部分分别求解,然后运用叠加原理∏+=θθθI 得出最终温度场,一下为分解的I θ和∏θ两部分:

高等传热学作业修订版

高等传热学作业修订版 IBMT standardization office【IBMT5AB-IBMT08-IBMT2C-ZZT18】

第一章 1-4、试写出各向异性介质在球坐标系)(?θ、、r 中的非稳态导热方程,已知坐标为导热系数主轴。 解:球坐标微元控制体如图所示: 热流密度矢量和傅里叶定律通用表达式为: → →→??+??+??-=?-=k T r k j T r k i r T k T k q r ? θθ?θsin 11' ' (1-1) 根据能量守恒:st out g in E E E E ? ???=-+ ?θθρ?θθ??θθ?θd drd r t T c d drd r q d q d q dr r q p r sin sin 2 2??=+??-??-??-? (1-2) 导热速率可根据傅里叶定律计算: ?θθ θθd r dr T r k q sin ???- = (1-3) 将上述式子代入(1-4-3)可得到 ) 51(sin sin )sin ()sin (sin )(222-??=+??????+??????+?????????θθρ?θθ? θ? θ??θθθθ?θθ?θd drd r t T c d drd r q d rd dr T r k rd d dr T r k d d dr r T r k r p r 对于各 向异性材料,化简整理后可得到: t T c q T r k T r k r T r r r k p r ??=+??+????+?????ρ?θθθθθ?θ2222222sin )(sin sin )( (1-6)

传热学试题库含答案

《传热学》试题库 第一章概论 一、名词解释 1.热流量:单位时间内所传递的热量 2.热流密度:单位传热面上的热流量 3.导热:当物体内有温度差或两个不同温度的物体接触时,在物体各部分之间不发生相对位移的情况下,物质微粒(分子、原子或自由电子)的热运动传递了热量,这种现象被称为热传导,简称导热。 4.对流传热:流体流过固体壁时的热传递过程,就是热对流和导热联合用的热量传递过程,称为表面对流传热,简称对流传热。 5.辐射传热:物体不断向周围空间发出热辐射能,并被周围物体吸收。同时,物体也不断接收周围物体辐射给它的热能。这样,物体发出和接收过程的综合结果产生了物体间通过热辐射而进行的热量传递,称为表面辐射传热,简称辐射传热。 6.总传热过程:热量从温度较高的流体经过固体壁传递给另一侧温度较低流体的过程,称为总传热过程,简称传热过程。 7.对流传热系数:单位时间内单位传热面当流体温度与壁面温度差为1K是的对流传热量,单位为W/(m2·K)。对流传热系数表示对流传热能力的大小。 8.辐射传热系数:单位时间内单位传热面当流体温度与壁面温度差为1K是的辐射传热量,单位为W/(m2·K)。辐射传热系数表示辐射传热能力的大小。 9.复合传热系数:单位时间内单位传热面当流体温度与壁面温度差为1K是的复合传热量,单位为W/(m2·K)。复合传热系数表示复合传热能力的大小。 10.总传热系数:总传热过程中热量传递能力的大小。数值上表示传热温差为1K时,单位传热面积在单位时间内的传热量。 四、简答题 1.试述三种热量传递基本方式的差别,并各举1~2个实际例子说明。 (提示:从三种热量传递基本方式的定义及特点来区分这三种热传递方式) 2.请说明在传热设备中,水垢、灰垢的存在对传热过程会产生什么影响?如何防止? (提示:从传热过程各个环节的热阻的角度,分析水垢、灰垢对换热设备传热能力与壁面的影响情况)3. 试比较导热系数、对流传热系数和总传热系数的差别,它们各自的单位是什么? (提示:写出三个系数的定义并比较,单位分别为W/(m·K),W/(m2·K),W/(m2·K)) 4.在分析传热过程时引入热阻的概念有何好处?引入热路欧姆定律有何意义? (提示:分析热阻与温压的关系,热路图在传热过程分析中的作用。) 5.结合你的工作实践,举一个传热过程的实例,分析它是由哪些基本热量传递方式组成的。 (提示:学会分析实际传热问题,如水冷式内燃机等) 6.在空调房间内,夏季与冬季室内温度都保持在22℃左右,夏季人们可以穿短袖衬衣,而冬季则要穿毛线衣。试用传热学知识解释这一现象。 (提示:从分析不同季节时墙体的传热过程和壁温,以及人体与墙表面的热交换过程来解释这一现象(主

高等传热学考试范围(答案)

1.强迫流动换热如何受热物性影响? 答:强迫对流换热与Re和Pr有关;加热与对流的粘性系数发生变化。 2.强化传热是否意味着增加换热量?工程上强化传热的收益和代价通常是指什么? 答:不一定,强化传热是指在一定条件(如一定的温差、体积、重量或泵功等)下增加所传递的热量。工程上的收益是减小换热器的体积节省材料和重量;提高现有换热器的换热量;减少换热器的阻力,以降低换热器的动力消耗等。代价是耗电,并因增大流速而耗功。 3.传热学和热力学中的热平衡概念有何区别? 答:工程热力学是温度相同时,达到热平衡,而传热学微元体获得的能量等于内热源和进出微元体热量之和,内热源散热是有温差的。 4.表面辐射和气体辐射各有什么特点? 为什么对辐射板供冷房间,无需考虑气体辐射的影响,而发动机缸内传 热气体辐射却成了主角? 答:表面辐射具有方向性和选择性。气体辐射的特点:1.气体的辐射和吸收具有明显的选择性。2. 气体的辐射和吸收在整个气体容器中进行,强度逐渐减弱。空气,氢,氧,氮等分子结构称的双原子分子,并无发射和吸收辐射能的能力,可认为是热辐射的透明体。但是二氧化碳,水蒸气,二氧化硫,氯氟烃和含氯氟烃的三原子、多原子以及不对称的双原子气体(一氧化碳)却具有相当大的辐射本领。房间是自然对流,气体主要是空气。由于燃油,燃煤及然气的燃烧产物中通常包含有一定浓度的二氧化碳和水蒸气,所以发动机缸内要考虑。 5.有人在学完传热学后认为,换热量和热流密度两个概念实质内容并无差别,你的观点是? 答:有差别。热流密度是指通过单位面积的热流量。而换热量跟面积有关。 6.管内层流换热强化和湍流换热强化有何实质性差异?为什么? 答:层流边界层是强化管内中间近90%的部分,层流入口段的热边界层比较薄,局部表面传热系数比充分发展段高,且沿着主流方向逐渐降低。如果边界层出现湍流,则因湍流的扰动与混合作用又会使局部表面传热系数有所提高,再逐渐向于一个定值。而湍流是因为其推动力与梯度变化和温差有关,减薄粘性底层,所以强化壁面。 7.以强迫对流换热和自然对流换热为例,试谈谈你对传热、流动形态、结构三者之间的关联 答:对流换热按流体流动原因分为强制对流换热和自然对流换热。一般地说,强制对流的流速较自然对流高,因而对流换热系数也高。例如空气自然对流换热系数约为5~25 W/(m2?℃),强制对流换热的结构影响了流体的流态、流速分布和温度分布,从而影响了对流换热的效果。流体在管内强制流动与管外强制流动,由于换热表面不同,流体流动产生的边界层也不同,其换热规律和对流换热系数也不相同。在自然对流中,流体的流动与换热表面之间的相对位置,对对流换热的影响较大,平板表面加热空气自然对流时,热面朝上气流扰动比较激烈,换热强度大;热面朝下时流动比较平静,换热强度较小。 8.我们经常用Q=hA·Δt.计算强迫对流换热、自然对流换热、沸腾和凝结换热,试问在各种情况下换热系数与 温差的关联? 答:强迫对流的换热系数与Re,Pr有关但与温差无关,自然对流与Gr的0.25次方有关联,即与温差有关,凝结换热换热系数是温差的-0.25次方。 9.试简述基尔霍夫定理的基本思想 答:一、基尔霍夫第一定律:汇于节点的各支路电流的代数和等于零,用公式表示为: ∑I=0 又被称作基尔霍夫电流定律(KCL)。 二、基尔霍夫第二定律:沿任意回路环绕一周回到出发点,电动势的代数和等于回路各支路电阻(包括电 源的内阻在内)和支路电流的乘积(即电压的代数和)。用公式表示为: ∑E=∑RI 又被称作基尔霍夫电压定律(KVL)。 10.简述沸腾换热与汽泡动力学、汽化核心、过热度这些概念的关联 答:沸腾是指在液体内部以产生气泡的形式进行的气化过程,就流体运动的动力而言,沸腾过程又有大容器沸

传热学真题整理版要点

1995年攻读硕士学位研究生入学考试试题 1. 直径100mm 的蒸汽管道,绝热层外径250mm ,若绝热层内外璧温度均不变而改用 新的绝热材料(已知导热系数2λ=1λ/2,单位体积价格1G =22G )。问价格相同时,但位管厂的热损失变化是多少? 2. 两个表面黑率的平行平板,其温度分别为1T 与2T 。板间辐射换热,热在中间插入一块厚δ,导热系数λ,表面黑率ε的平板,问热流有什么变化? 3. 空气在方管内作强迫对流紊流时,若流量增加一倍,问对流换热系数变化多少?压 力损失多少?(阻力系数与雷诺数无关) 4. 设计一个采用瞬态导热理论测试材料热物性(如导热系数a )的实验装置。说明其 工作原理与测试方法。 5. 用裸露热电偶测量管中的气流温度,热电偶读数1t =170c ?,已知管壁温度2t =90c ?, 气流对热接点的对热换热系数α=50c m w ?2 /,接点表面黑率ε=0.6,试确定气流的温度。若考虑热电偶导热的影响,则真实的温度应有何变化? 6. 流量为的907kg/h 水,通过长4.6m 的钢管,水温16c ?升高至49c ?,钢管内壁温度 66c ?。求钢管的内径。 水的物性:

一、请设计一个存放液氮的金属容器,附上简图并加以说明(按传热学原理) 二、导热微分方程 )(222222z T y T x T T ??+??+??=??ατ 的推导过程与条件 三、请说明并比较换热器计算中的平均温压与传热单元数法。 四、长铜导线置于温度为∞t 的空气中,已知导线的电阻值为m /10*63.32 Ω-,密度为 3/9000m Kg =ρ,比热C Kg J C ?=/386,直径为2.2mm ,问当为8A 的电流通 过及对流放热系数C m W */1002=α时,该导线的初始温升及其时间常数是多少? 五、流量为h Kg /10*11.03 的水在直径为50mm 的管内作强迫对流换热,管内表面温度 为50℃。试问水由25℃加热到35℃需要多长的圆管? )*/174.4(C Kg KJ C = 六、由表面1与表面2两平行黑体表面组成的空腔,内有空气流过,进出口空气的平均 温度为2 7℃,空气与热壁的对流换热系数为50W/C m *2,空腔是窄通道。表面1外侧绝热,表面2的温度为127C ,平均厚度m 1.0=δ,C m W /5.17=λ。其外侧被高温流体加热,问表面3的稳态温度是多少?

2011年《高等传热学》结课作业

2011年《高等传热学》结课作业 ———放假前提交作业 一、【15分】无内热源物体内的稳态导热,材料为常物性。请选择合适的坐标系,写出其导 热微分方程及边界条件。 (1) 巨型薄板(0≤x≤L1,0≤y≤L2,0≤z≤L3),L3< 0时,x = 0处的边界维持0℃,试求温度场的表达式。 四、【15分】转速为500r/min的二冲程柴油机,气缸壁为铸铁,热扩散率为1.65×10-5m2/s, 导热系数为33W/(m.℃),气缸壁内侧的综合表面传热系数为100 W/(m2.℃),气缸内燃气温度在20℃至2000℃间波动,假定这种波动按简谐规律进行。气缸套壁厚5mm,缸套由水冷却,水温70℃,表面传热系数为4000 W/(m2.℃)。试求气缸套壁内的温度分布及单位面积散热量。 五、【10分】两块相同材料的半无限大物体,温度分别为t i1和t i2,τ= 0时,两物体界面紧 密接触,试求τ> 0时,两物体内的温度场t(x,τ)。 六、【10分】水在一内径为0.2m的圆管内流动,平均流速为3m/s。假定流动已充分发展, 水的密度为998.2kg/m3,运动粘度为1.006×10-6m2/s。试确定平均阻力系数C f、每米管长的压降及摩擦系数f。 七、【10分】飞机的油冷器装在机翼的夹层中,利用空气掠过进行冷却。机翼表面可理性化 为一平壁。71kPa、-4℃的空气以61m/s的速度掠过。油冷器位于离导边0.9m处,假定其壁面为定壁温,温度为54℃。油冷器的壁面尺寸为60×60cm,问散热量是多少?八、【20分】一无限长的正方柱体,两相邻面维持200℃,另两相邻面维持100℃,试用蒙 特卡洛法编程计算正方柱体中心线的温度。给出源程序,并测试随机试验次数、网格剖分粗细对计算结果的影响。

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西安建筑科技大学传热学(郭亚军)常考简答题 题目类型:10道简答题(*6分)三道大题14分/14分/12分无填空题无选择题重点看课后思考题哦 绪论 1.用铝制的水壶烧开水时,尽管炉火很旺,但水壶仍然安然无恙。而一旦壶内的水烧干后,水壶很快就烧坏。试从传热学的观点分析这一现象。 答:当壶内有水时,可以对壶底进行很好的冷却(水对壶底的对流换热系数大),壶底的热量被很快传走而不至于温度升得很高;当没有水时,和壶底发生对流换热的是气体,因为气体发生对流换热的表面换热系数小,壶底的热量不能很快被传走,故此壶底升温很快,容易被烧坏。 2.用一只手握住盛有热水的杯子,另一只手用筷子快速搅拌热水,握杯子的手会显著地感到热。试分析其原因。答:当没有搅拌时,杯内的水的流速几乎为零,杯内的水和杯壁之间为自然对流换热,自热对流换热的表面传热系数小,当快速搅拌时,杯内的水和杯壁之间为强制对流换热,表面传热系数大,热水有更多的热量被传递到杯壁的外侧,因此会显著地感觉到热。 3.有两个外形相同的保温杯A与B,注入同样温度、同样体积的热水后不久,A杯的外表面就可以感觉到热,而B 杯的外表面则感觉不到温度的变化,试问哪个保温杯的质量较好? 答:B:杯子的保温质量好。因为保温好的杯子热量从杯子内部传出的热量少,经外部散热以后,温度变化很小,因此几乎感觉不到热。 4热水瓶胆剖面的示意图如附图所示。瓶胆的两层玻璃之间抽成真空,内胆外壁及外胆内壁涂了反射率很低的银。试分析热水瓶具有保温作用的原因。如果不小心破坏了瓶胆上抽气口处的密闭性,这会影响保温效果吗? 解:保温作用的原因:内胆外壁外胆内壁涂了反射率很低的银,则通过内外胆向外辐射的热量很少,抽真空是为了减少内外胆之间的气体介质,以减少其对流换热的作用。如果密闭性破坏,空气进入两层夹缝中形成了内外胆之间的对流传热,从而保温瓶的保温效果降低。 5、冬天,经过在白天太阳底下晒过的棉被,晚上盖起来感到很暖和,并且经过拍打以后,效果更加明显。试解释原因。 答:棉被经过晾晒以后,可使棉花的空隙里进人更多的空气。而空气在狭小的棉絮空间里的热量传递方式主要是导热,由于空气的导热系数较小(20℃,1.01325×105Pa时,空气导热系数为0.0259W/(m·K),具有良好的保温性 能。而经过拍打的棉被可以让更多的空气进入,因而效果更明显。 6、夏季在维持20℃的室内工作,穿单衣感到舒适,而冬季在保持22℃的室内工作时,却必须穿绒衣才觉得舒服。试从传热的观点分析原因。 答:首先,冬季和夏季的最大区别是室外温度的不同。夏季室外温度比室内气温高,因此通过墙壁的热量传递方向是出室外传向室内。而冬季室外气温比室内低,通过墙壁的热量传递方向是由室内传向室外。因此冬季和夏季墙壁内表面温度不同,夏季高而冬季低。因此,尽管冬季室内温度(22℃)比夏季略高(20℃),但人体在冬季通过辐射与墙壁的散热比夏季高很多。根据上题人体对冷感的感受主要是散热量的原理,在冬季散热量大,因此要穿厚一些的绒衣。 7、试分析室内暖气片的散热过程,各环节有哪些热量传递方式?以暖气片管内走热水为例。 答:有以下换热环节及热传递方式 (1)由热水到暖气片管到内壁,热传递方式是对流换热(强制对流); (2)由暖气片管道内壁至外壁,热传递方式为导热; (3)由暖气片外壁至室内环境和空气,热传递方式有辐射换热和对流换热。 8、冬季晴朗的夜晚,测得室外空气温度t高于0℃,有人却发现地面上结有—层簿冰,试解释原因(若不考虑水表面的蒸发)。 解:如图所示。假定地面温度为了Te,太空温度为Tsky,设过程已达稳态,空气与地面的表面传热系数为h,地球表面近似看成温度为Tc的黑体,太空可看成温度为Tsky的黑体。则由热平衡: , 由于Ta>0℃,而Tsky<0℃,因此,地球表面温度Te有可能低于0℃,即有可能结冰。 导热 1、在寒冷的北方地区,建房用砖采用实心砖还是多孔的空心砖好?为什么? 答:在其他条件相同时,实心砖材料如红砖的导热系数约为0.5W/(m·K)(35℃),而多孔空心砖中充满着不动的空气,空气在纯导热(即忽略自然对流)时,其导热系数很低,是很好的绝热材料。因而用多孔空心砖好。 2、东北地区春季,公路路面常出现“弹簧”,冒泥浆等“翻浆”病害。试简要解释其原因。为什么南方地区不出现

高等传热学课件对流换热-第6章-1

第六章 高速流动对流换热
在前面几章介绍的强制对流换热中, 我们假设速度和速度梯度充 分小,以致动能和粘性耗散的影响可以忽略不计。现在考虑高速和粘 性耗散的影响。我们主要介绍有更多重要应用的外部边界层。
6.1 高速流对流换热基本概念
高速对流主要涉及以下两类现象: z 从机械能向热能的转换,导致流体中的温度发生变化; z 由于温度变化使流体的物性发生变化。 空气一类气体若具有极高的速度,将会导致超高温离解、质量浓 度梯度,并因此发生质量扩散,使问题变得更加复杂。这里仅限于关 注未发生化学反应的边界层;对空气来说,这意味着我们将不考虑温

度超过 2000K 或者马赫数高于 5 的情况。对液体,如果普朗特数足 够高的话,粘性耗散实际上在中等速度时就具有很可观的作用。 我们的讨论仅限于普朗特数接近于 1 的气体。 有关高速对流的研究大都涉及对机械能转换和流体物性随温度 变化两个因素的总体考虑,很难看到它们单独的影响。这里,我们暂 不考虑变物性的影响,首先讨论能量转换问题。 能量转换过程能可逆地发生,也能不可逆地发生。比如,在边界 层内,激波与粘性的相互作用使得机械能与热能间的不可逆转换增 大,无粘性的速度变化(比如在接近亚音速滞止点附近流体的减速) 则产生可逆的,或者非常接近可逆的能量转换。高速边界层滞止点的 比较能很好地说明这两种情况的明显区别。 z 在滞止点(图 6-1)处速度降低,边界层以外的压力和温度提高。 对于亚音速流动, 该过程几乎是等熵的, 流体粘度不起什么作用。 无论减速可逆还是不可

逆,滞止区边界层以外的流体 温度等于滞止温度, 也就是说, 流体温升来自于绝热减速:
? T∞
V2 = T∞ + 2c
(6.1.1)
V
若不考虑变物性影响,并
* 用 T∞ 代替 T∞ , 低速滞止点的解
也能适用于高速滞止点问题:
? qw = h (Tw ? T∞ )
图 6-1 滞止点的流动
(6.1.2)
z 但高速边界层问题有所不同。 如果自由速度很高, 边界层以内速 度梯度很大, 边界层内因粘性切应力产生粘性耗散。 如果物体是 绝热的,那么耗散产生的热量可以靠分子或者涡漩传导的机理, 从靠近表面的向边界层外传递出去, 如图 6-2 所示。 稳态条件下, 在粘性耗散和热传导之间存在一种平衡状态, 导致图 6-2 所示的 温度分布。此条件下的表面温度就等于绝热壁面温度 Taw 。

东南大学传热学历年考研真题(全)

东南大学 二OOO 位研究生入学考试题 一.解释下列现象:(本题共25分,每题5分) 1,冰箱里结霜后,耗电量增加; 2, 某厂一条架空敷设的电缆使用时发现绝热层超温,为降温特剥去一层绝热材料,结果发现温度更高。 3, 某办公室由中央空调系统维持室内恒温,人们注意到尽管冬夏两季室内都是20℃,但感觉不同。 4, 大气中的 CO2 含量增加,导致地球温度升高。 5, 同样是-6℃的 气温,在南京比在北京感觉要冷一些。 二.半径为s γ 圆球,其热导率(导热系数)为λ单位体积发热量为Qr,浸在温度为tf 的 流体中,流体与球表面的对流换热系数为h, 求稳态时,(1) 圆球内的温度分布,(2)当 0.1, 4.5/(s m w m γλ==?℃), 25000/v Q w m =,215/(h w m =?℃), 20f t =℃时,球内 的最高温度。(本题15分) 三.采用测定铂丝电阻的方法可间接测出横掠铂丝的空气速度。现测得铂丝直径d=0.1mm, 长10mm ,电阻为0.2Ω,通过的电流为1.2A,表面温度为200℃,已知0.3851/3 0.911Pr um em m R N =,空气的物性参数见下表,求气流的速度u ∞( 本题15分) 附:空气的物性参数 t ℃ λ/(w m ?℃) ν 2/m s Pr 20 2.59210-? 21.4610-? 0.703 110 3.27210-? 24.3610-? 0.687 200 3.93210-? 26.0610-? 0.680 四,用一裸露的热电偶测烟道内的烟气温度,其指示值为280℃ 已知烟道壁面温度为250℃ 热电偶的表面温度为0.9℃,与烟气的对流换热系数为1002 /(w m ?℃)求烟气的实际温度。若烟气的实际温度为317℃,热电偶的指示值为多少?(本题15分) 五,一条供热管道长500m ,架空敷设,管道内径为70mm ,管内热水与外部空气的总传热系数为1.82 /(w m ?℃)流量为1000kg/h,比热为4.168J/(kg .℃).若入口温度为110℃ 空气温度为—5℃ 求出口热水温度。(本题15分) 六, 一长为H ,宽为b ,厚度为δ的铝板水平放置(b >>δ )长度方向两端温度均为o t ,底部绝热,周围空气的温度为f t 与铝板的对流传热系数为h ,设铝板的热导率为λ,求铝板的温度分布。(本题15分)

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高等传热学复习题 1.简述求解导热问题的各种方法和傅立叶定律的适用条件。 答:导热问题的分类及求解方法: 按照不同的导热现象和类型,有不同的求解方法。求解导热问题,主要应用于工程之中,一般以方便,实用为原则,能简化尽量简化。 直接求解导热微分方程是很复杂的,按考虑系统的空间维数分,有 0 维, 1 维, 2 维和 3维导热问题。一般维数越低,求解越简单。常见把高维问题转化为低维问题求解。有稳态导热和非稳态导热,非稳态导热比稳态导热多一个时间维,求解难度增加。有时在稳态解的基础上分析非稳态稳态,称之为准静态解,可有效地降低求解难度。根据研究对象的几何形状,又可建立不同坐标系,分平壁,球,柱,管等问题,以适应不同的对象。 不论如何,求解导热微分方程主要依靠三大方法: 甲.理论法 乙.试验法 丙.综合理论和试验法 理论法:借助数学、逻辑等手段,根据物理规律,找出答案。它又分: 分析法;以数学分析为基础,通过符号和数值运算,得到结果。方法有:分离变量法,积分变换法( Lapl ace 变换, Four i er 变换 ) ,热源函数法, Gr een 函数法,变分法,积分方程法等等,数理方程中有介绍。 近似分析法:积分方程法,相似分析法,变分法等。 分析法的优点是理论严谨,结论可靠,省钱省力,结论通用性好,便于分析和应用。缺点是可求解的对象不多,大部分要求几何形状规则,边界条件简单,线性问题。有的解结构复杂,应用有难度,对人员专业水平要求高。 数值法:是当前发展的主流,发展了大量的商业软件。方法有:有限差分法,有限元法,边界元法,直接模拟法,离散化法,蒙特卡罗法,格子气法等,大大扩展了导热微分方程的实用范围,不受形状等限制,省钱省力,在依靠计算机条件下,计算速度和计算质量、范围不断提高,有无穷的发展潜力,能求解部分非线性问题。缺点是结果可靠性差,对使用人员要求高,有的结果不直观,所求结果通用性差。 比拟法:有热电模拟,光模拟等 试验法:在许多情况下,理论并不能解决问题,或不能完全解决问题,或不能完美解决问题,必须通过试验。试验的可靠性高,结果直观,问题的针对性强,可以发掘理论没有涉及的新规律。可以起到检验理论分析和数值计算结果的作用。理论越是高度发展,试验法的作用就越强。理论永远代替不了试验。但试验耗时费力,绝大多数要求较高的财力和投入,在理论可以解决问题的地方,应尽量用理论方法。试验法也有各种类型:如探索性试验,验证性试验,比拟性试验等等。 综合法:用理论指导试验,以试验促进理论,是科学研究常用的方法。如浙大提出计算机辅助试验法 ( CAT) 就是其中之一。 傅立叶定律的适用条件:它可适用于稳态、非稳态,变导热系数,各向同性,多维空间,连续光滑 介质,气、液、固三相的导热问题。 2.定性地分析固体导热系数和温度变化的关系 3.什么是直肋的最佳形状与已知形状后的最佳尺寸? 答:什么叫做“好”?给定传热量下要求具有最小体积或最小质量或给定体

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