热量传输基本概念及基本定律
本章主要介绍了热量传输的三种基本方式:导热,对流和辐射及导热基本定律.学习本章的基本要求 是:充分理解和掌握三种传热方式的物理本质,会分析具体传热现象的传热方式;掌握温度场,等温面, 温度梯度等涉及各种传热现象的基本概念, 充分理解它们的意义和特点; 深刻理解傅里叶定律的物理意义 , 会应用傅里叶定律分析传热现象,注意温度,湿度和密度等因素对导热系数的影响,会运用图表确定材料 的导热系数;学会推导傅里叶-克希荷夫导热微分方程,并能应用导热微分方程并结合具体的定解条件, 求得各种具体情况下物体内部的温度场.
传导传热
一维稳定导热的研究方法是将一维稳定导热方程进行两次积分得出通解,然后代入边界条件,就可得 出各种情况下的温度分布和热通量或热流量的计算公式.对于平壁和圆筒壁的导热还可以直接积分傅里叶 导热定律得出. 对于一维稳定导热,要求会计算平壁(单层,多层) ,圆筒壁(单层,多层)在第一类和第三类边界 条件下的导热问题.解题思路主要遵循物理问题→数学描写→求解方程→温度分布→热量计算. 热阻是一个重要的概念.传热过程的热流量可以普遍地表达为Φ=Δt/R,在温差一定的条件下,要 增强或减弱传热,无非是减小或加大传热过程的热阻.不仅对于导热,对于其它的传热方式,热阻都是研 究的关键. 温度场随时间变化的导热过程称为不稳定导热.求解不稳定导热的目的就是要求出物体内温度场随时 间的变化规律,即求解导热微分方程,其方法有数学分析法和数值法. 在不稳定导热中,要充分理解薄材和厚材,有限厚和无限厚物体的概念,掌握 Bi 和 F0 特征数的物理 意义.如物体内部热阻很小,物体加热过程内部温度均匀,即物体内部的温度场仅是时间的一元函数,这 样的物体称为薄材,判断薄材的依据是 Bi0.1 时,则为厚材.薄材的求解方法是求解一个一 阶常微分方程,而厚材需求解偏微分方程,要能够应用线算图进行工程实际计算. 本章还介绍了二维稳定导热和一维不稳定导热的数值解法,主要介绍了有限差分法.在二维稳定导热 的数值解法中,主要介绍了内部节点方程和各种边界节点方程的建立,以及如何用高斯迭代法求解方程. 一维不稳定导热的差分方程有显式和隐式两种格式,要注意显式差分方程的稳定性问题,而隐式差分方程 则需求解一个代数方程组才能得到各节点的温度.
对流换热
本章主要介绍了如何确定几种典型情况下的对流换热系数,如流体绕流平板,管内强制对流,外掠圆 管流动,外掠管束流动,大空间自然对流等.学习本章的基本要求是掌握每一类换热问题的换热机理,流 态的判别,定型尺寸和定性温度的选取,需要修正的原因及修正系数的确定,影响换热的主要因素及强化 换热的基本途径等及换热系数的计算. 由于影响对流换热因素众多,在文献资料中提出各种各样的经验公式,这些经验公式都有一定的局 限性,要注意它们的使用条件.有时用不同的经验公式计算同一个问题会得到不同的结果,要求在实际使 用中根据换热机理对具体问题作具体分析. 在计算管内强制对流换热时, 首先要计算雷诺数 Re, 判断流态 , 再选择计算公式,最后根据管长,流道是否弯曲,温差大小确定各项修正系数.外掠单管流动的边界层特 点以及由此引起的局部对流换热系数的变化是分析管束换热的基础,对于管束换热要注意管子的排列方式 和管排间距.自然对流换热主要掌握大空间自然对流的换热计算,在计算时首先应计算 Gr,以确定流态, 并根据壁面的形状和位置选择计算公式.
辐射换热
本章在分析热辐射的本质和特点的基础上,建立了绝对黑体的概念,在讨论绝对黑体辐射基本规律的 基础上,分析了实际物体与黑体之间的区别,建立了灰体的概念.在红外辐射的范围内可以把实际工程材 料看作灰体.这样可以通过灰体,应用黑体辐射的规律,来计算实际物体之间的辐射换热.学习本章的基
本要求是要掌握下列基本概念:黑体,灰体;黑度,吸收率,反射率和透过率;辐射力,单色辐射力,方 向辐射力,辐射强度,立体角;有效辐射,自身辐射,投射辐射,反射辐射,吸收辐射;角系数;空间热 阻,表面热阻,复合传热等.充分理解辐射的基本定律,会用辐射换热的网络法计算两个黑体表面之间, 两个灰体表面之间,三个灰体表面之间及遮热板的辐射换热计算,并掌握气体辐射的特点. 物体辐射有以下几个基本定律:普朗克定律,说明黑体单色辐射力与波长和热力学温度三者之间的关 系; E bλ =
c1λ5 (W / m 2 m) ;维恩位移定律,由普朗克定律微分得到的最大波长和热力学温度 c2 exp( ) 1 λT
之间的关系;λ max T = 2897.6 m K ;斯忒芬—玻尔兹曼定律是普朗克定律的积分形式,它表示的黑体的 辐射力与热力学温度的四次方程正比.

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