传热学简要知识点

传热学是研究热量传递过程规律的科学热量传递过程是由导热热对流热辐射三种基本热传递方式组成导热又称热传导是指物体各部分无相对位移或不同物体之久而接触是依靠分子原子及自由电子等微观粒子热运动而进行的热量传递现象导热系数是指单位厚度的物体具有单位温度差时在它的单位面积上每单位时间得到热量它表示材料导热能力的大小只依靠流体的宏观运动传递热量的现象称为热对流流体与固体壁直接接触时所发生的热量传递过程称为对流换热表面传热系数是指单位面积上流体与壁之间在单位温差下及单位时间内所传递的热量h的大小表达了对流换热过程的强弱程度物体表面每单位时间单位面积对外辐射的热量称为辐射力其大小与物体表面性质及温度有关物体靠辐射进行的热量传递称为辐射换热辐射换热特点热辐射过程中伴随着能量形式转换物体内能电磁波能物体内能不需要冷热物体直接接触不论温度高低物体都在不停的相互发射电磁波能相互辐射能量K称为传热系数它表明单位时间单位壁面积上冷热流体间温差为1C时所传递的热量反映传热过程的强弱导热理论基础温度场是指某一时刻空间所有各点温度的总称温度场不随时间变化而变化称为稳态温度场具有稳态温度场的导程叫稳态导热温度场随时间变化的导热过程叫做非稳态导热同一时刻温度场中所有温度相同的点连接所构成的面叫做等温面不同的等温面与同一平面相交则在此平面上构成的一簇曲线称为等温线自等温面上某点到另一个更等温面以该点法线方向的温度变化率为最大以该点法线方向为方向数值也正好等于这个最大的温度变化率的矢量称为温度梯度单位时间单位面积上所传递的热量称为热流密度凡平均温度不高于350C导热系数不大于012WmK的材料称为保温材料常见的保温材料有石棉岩棉矿渣棉微孔硅酸钙苯板泡沫塑料珍珠岩用单位体积单位时间内所发出的热量表示内热源强度第一类边界条件是已知任何时刻物体边界面上的温度值第二类边界条件是已知任何时刻物体边界面上的热流密度第三类边界条件是已知边界面周围流体温度Tf和边界面与流体之间的表面传热系数h渗透厚度它是伴随时间而变化的它反映在所考虑的时间范围内界面上热作用的影响所波及的厚度若渗透厚度小于本身厚度这时可以认为无题诗无限大物体第二章稳态导热管道外侧覆盖保温层时必须注意如果管道外径d2小于临界热绝缘直径dc保温层外径dx在d2和d3范围内管道的传热量ql反而比没有保温层时更大直到保温层直径大于d3时才开始起到保温层减少热损失的作用由此可见只有当管道外径大于d2大于临界热绝缘直径dc时覆盖保温层才肯定能有效的起到减少热损失的作用肋片效率等于实际与理想散热量之比第三章非稳态导热非稳态导热温度的三个变化阶段不规则变化阶段正常规则变化阶段新的稳态阶段毕渥准则Bihamp入它表示物体内部导热热阻amp入与物体表面对流换热热阻1h的比值当Bi致当Bi体温度均匀一致的分析方法称为集总参数法时间常数越小表示测温元件越能迅速的反映流体温度变化工程上把室外空气与太阳辐射两者对围护结构的共同作用用一个假想的温度Te来衡量这个Te称为综合温度S称为材料的蓄热率它表示当物体表面温度波振幅为1C时导入物体的最大热流密度松木蓄热率小从皮肤吸取的热量少所以使人感到松木表面比混凝土表面暖和第五章对流换热分析流体与固体壁直接接触时所发生的热量传递过程称为对流换热流体在壁面流动原因一种是因为各部分温度不同而引起的密度差异所产生的流动称为自然对流另一种是外力如泵风机液面高差等作用产生的流动称为受迫对流在一定条件下流体在换热过程中会发生相变这时换热称为相变换热若两对流换热现象相似它们的温度场速度场黏度场导热系数场壁面几何形状都应分别相似即在对应瞬间对应点各物理量分别成比例所谓同类现象是指那些用相同形式和内容的微分方程式所描述的现象必须同类现象才能谈相似由于描述现象的微分方程式的制约物理场的相似倍数间有特定的制约关系体现这种制约关系是相似原理的核心注意物理量的时间性和空间性彼此相似的现象他们的同名相似准则必定相等NuRePr雷诺准则平板Reulvu为流体流l为板长v为运动黏度Reudvd为管的直径Re的大小能反映流态普朗特准则Prvav为运动黏度a为热扩散率Pr反映了流体的动量传递能力与热量传递能力的相对大小努谢尔特准则Nuhl入Nu反映对流换热的强弱格拉晓夫准则显示自然对流流态对换热的影响判别相似条件凡同类现象单值条件相似同名的已定准则相等现象必定相似影响对流换热的一般因素1流动的起因和流动的状2流体的热物理性质3流体的相变4换热表面的集合因素流动边界层的特性1边界层极薄2在边界层内存在较大的速度梯度3边界层流态与紊流边界层机考壁处仍将是层流成为层流底层4流场可划分为主流区和边界阶层区5压强梯度仅沿x方向变化第六章通过接触面的传热影响接触面热阻的因素1粗超度热阻2压力热阻3材料硬度匹配程度4空隙中介质的导热导热介质热阻第八章热辐射的基本定律物质有分子原子电子等基本粒子组成当原子内部的电子受激和振动时产生交替变化的电场和磁场发射电磁波向空间传播这就是辐射由于自身温度或热运动的原因而激发产生的电磁波传播就称为热辐射热辐射特点1不依赖物体接触而进行热量传递2辐射换热过程伴随着能量形式的两次转化热力学能电磁波能热力学能3一切物体只要其温度T0K都会不断地发射热射线4可在真空中进行5具有强烈的方向性6辐射能有温度和波长有关7发射辐射取决于温度的4次方如果物体能全部吸收外来射线即a1由于可见光亦被吸收而不被反射入眼所见到的颜色上呈现为黑色故这种物体被定义为黑体如物体能全部反射外界投射过来的射线即P1由于可见光全部被反射颜色上呈现为白色故这种物体成为白体如果外界投射过来的射线能够全部穿透即t1则这种物体称为透明体在某给定辐射方向上单位时间单位可见辐射面积在单位立体角内所发射全部波长的能量称为定向辐射强度在某给定辐射方向上在单位时间物体单位辐射面积在单位立体角内所发射全部波长的能量称为定向辐射力单位时间内物体单位辐射面积向半球空间内所发射全部波长的总能量称为辐射力单位时间内物体单位辐射面积在波长入附近的单位波长间隔内向半球空间所发射的能量称光谱辐射力实际物体的辐射力与同温度黑体的辐射力之比称为该物体的发射率第九章辐射换热计算角系数表示离开表面的辐射能中直接落到另一表面分数仅取决于表面的大小和相对位置角系数的性质相对性完整性分解性减少表面间辐射换热的有效方法是采用高反射比的表面涂层或在表面间加设遮热板这类有效措施称为辐射隔热气体辐射特点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积中进行辐射的强弱程度和穿过气体的录成绩气体的温度和分压有关第十章传热和换热器记住P268对流与辐射并存的换热称为复合换热增强传热方法1扩展传热面积2改变流动状况3改变流体物性4改变表面状况5改变换热面形状和大小6改变能量传递方式7靠外力产生振荡强化化热削弱传热原则1覆盖热绝缘材料2改变表面状况和材料结构削弱传热的目的减少热设备及其管道的热损失节省能源保持温度积满足生活和生产的需要以及保护设备影响气体发射率的因素1气体温2涉嫌平均行程s和气体分压力p的乘积3气体分压力和气体所处的总压力太阳辐射在大气层中的减弱于以下因素有关1大气层中的水二氧化碳对太阳辐射吸收作用具有明显的选择性2太阳辐射在大气层中遇到空气分子和微小尘埃就会产生散射3大气中的云层和较大的尘埃对太阳辐射器反射作用4与太阳辐射通过大气层的行程有关