PAGE6-一、熱量傳遞的三種基本方式－－導(dǎo)熱、對(duì)流、熱輻射：1、概念：1）基本概念：ⅰ）、導(dǎo)熱的概念：物體各部分之間不發(fā)生相對(duì)位移，依靠分子、原子及自由電子等微觀粒子的熱運(yùn)動(dòng)而產(chǎn)生的熱量傳遞。ⅱ）、對(duì)流的概念：指由于流體的宏觀運(yùn)動(dòng)，從而流體各部分之間發(fā)生相對(duì)位移、冷熱流體相互摻混所引起的熱量傳遞過程ⅲ）、熱輻射：物體因熱的原因發(fā)出輻射能的現(xiàn)象2）、傳熱的機(jī)理：ⅰ）導(dǎo)熱依靠微觀粒子的熱運(yùn)動(dòng)：分子、原子的相互碰撞、晶格的振動(dòng)等ⅱ）對(duì)流依靠流動(dòng)的宏觀運(yùn)動(dòng)：流體的相互位移或摻混ⅲ）熱輻射：發(fā)射電磁波2、熱量傳遞的三個(gè)基本公式1）導(dǎo)熱的傅里葉定律（一維）：Φ－熱流量（單位時(shí)間通過某一給定面積的熱量),單位Wq—單位時(shí)間內(nèi)通過單位面積的熱流量，單位W/m22)對(duì)流換熱的牛頓冷卻定律：Ⅰ、對(duì)流換熱：對(duì)流伴隨有導(dǎo)熱的現(xiàn)象Ⅱ、牛頓冷卻定律流體被加熱時(shí)：流體被冷卻時(shí)：h—表面?zhèn)鳠嵯禂?shù)，與過程有關(guān)。單位W/m2.K3、熱輻射（斯忒藩－玻爾茲曼定律)：（σ-斯忒藩－玻爾茲曼常量（黑體輻射常數(shù)）σ=5.67×10-8W/(m2.K4)實(shí)際物體熱輻射量：二、傳熱過程：傳熱過程的概念：熱量由壁面一側(cè)的流體通過壁面?zhèn)鞯搅硪粋?cè)流體中去的過程。2、傳熱過程熱流量的計(jì)算：3、傳熱系數(shù)（單位W/m2.K)：三、熱阻：串聯(lián)環(huán)節(jié)的總熱阻等于各分熱阻之和，且穩(wěn)態(tài)時(shí)，各環(huán)節(jié)的熱流量相等。第二章導(dǎo)熱基本定律及穩(wěn)態(tài)導(dǎo)熱一、溫度場(chǎng)、等溫面、等溫線、溫度梯度的意義等溫線的特點(diǎn)：物體中的任一條等溫線要么形成一個(gè)封閉的曲線，要么終止在物體表面上，而不會(huì)與另一條等溫線相交。溫度梯度：空間某點(diǎn)的溫度的變化率。二、導(dǎo)熱的基本定律、意義1、導(dǎo)熱基本定律（傅里葉定律）：2、傅里葉定律的意義：揭示了連續(xù)溫度場(chǎng)內(nèi)每一點(diǎn)的溫度梯度與熱流量間的聯(lián)系。三、導(dǎo)熱系數(shù)：物理意義：表征材料導(dǎo)熱能力的大小。定義式：2、影響導(dǎo)熱系數(shù)的因素：物質(zhì)的種類和溫度等3、實(shí)際計(jì)算：λ=λ0（1+bt)四、導(dǎo)熱微分方程式及定解條件：1、導(dǎo)熱系數(shù)為常數(shù)的三維非穩(wěn)態(tài)導(dǎo)熱微分方程：當(dāng)無內(nèi)熱源（），穩(wěn)態(tài)（），一維（）則上式簡(jiǎn)化為：2、導(dǎo)熱微分方程的常見邊界條件（給出已知條件）：

已知條件穩(wěn)態(tài)非穩(wěn)態(tài)第一類邊界條件邊界上的溫度tw=常數(shù)tw=f(τ）第二類邊界條件熱流密度q=常數(shù)

第三類邊界條件表面?zhèn)鳠嵯禂?shù)h及周圍流體的溫度tf

四、典型截面一維穩(wěn)態(tài)的導(dǎo)熱的計(jì)算：1、平壁：多層平壁2、圓筒壁：多層圓筒壁的導(dǎo)熱熱流量3、肋：1)溫度分布：p和A分別為肋截面的周長(zhǎng)和面積。2)肋的熱流量計(jì)算：3)加等截面直肋的條件：4）、通過環(huán)肋及三角形截面直肋的導(dǎo)熱4、具有內(nèi)熱源的導(dǎo)熱：5、多維導(dǎo)熱問題：S－形狀因子與一維的傅里葉定律比較第三章非穩(wěn)態(tài)導(dǎo)熱一、非穩(wěn)態(tài)導(dǎo)熱的特點(diǎn)：1、非穩(wěn)態(tài)導(dǎo)熱過程中的熱流量處處不等；2、非穩(wěn)態(tài)正規(guī)導(dǎo)熱狀態(tài)：二、非穩(wěn)態(tài)導(dǎo)熱的計(jì)算：1、集總參數(shù)法：集總參數(shù)法即忽略物體內(nèi)部導(dǎo)熱熱阻的方法。1）采用集總參數(shù)法的條件：(1)厚度為2δ的大平板M=1(2)半徑為R的長(zhǎng)圓柱M=1/2(3)半徑為R的球體M=1/3Bi小于1的物理意義：物體中各點(diǎn)的過余溫度的偏差小于5%2）集總參數(shù)法的計(jì)算：從τ=0→τ時(shí)刻段所交換的熱量：3）時(shí)間常數(shù)τC:當(dāng)時(shí)間τ=τC，物體的過余溫度等于初始過余溫度的36.8%2、一維非穩(wěn)態(tài)分析解法：1）采用一維非穩(wěn)態(tài)分析解法的條件：Fo的物理意義：實(shí)際測(cè)量的時(shí)間與熱量傳遞到面積上所需的時(shí)間。2）計(jì)算方法：ⅰ、采用擬合公式第一步，算出Bi、F0；（判斷是否可用分析解法）第二步，由以下公式P75并查表計(jì)算獲得第三步，計(jì)算平板內(nèi)的溫度P73及換熱量從初始時(shí)刻0到穩(wěn)態(tài)時(shí)所傳遞的熱量：從初始時(shí)刻0到τ時(shí)間段內(nèi)所傳遞的熱量：ⅱ、用海勒斯圖法計(jì)算：第一步，算出Bi、F0、x/δ、F0Bi2第二步，由無限大平板中心溫度的諾謨圖P76求第三步，由P77圖3－7求出無限大平板的第四步，計(jì)算：第五步，從初始時(shí)刻0到穩(wěn)態(tài)時(shí)所傳遞的熱量：第六步，查圖3－8P77，得3、半無限大物體的非穩(wěn)態(tài)導(dǎo)熱1）當(dāng)熱量的傳遞只在物體表面，而不深入到物體內(nèi)部，則：其中無量綱變量，erfη稱為誤差函數(shù)2）掌握的物理意義(1)從位置上：(2)從時(shí)間上：x處的溫度穩(wěn)態(tài)和非穩(wěn)態(tài)計(jì)算的總結(jié)：一、區(qū)別穩(wěn)態(tài)和非穩(wěn)態(tài)：穩(wěn)態(tài)：特點(diǎn)是溫度不隨時(shí)間改變；通常給出板等內(nèi)外溫度，非穩(wěn)態(tài)：特點(diǎn)是溫度隨時(shí)間改變，二、區(qū)別一維、二維、三維、半無限大物體：一維：無限大平板、無限長(zhǎng)圓柱多維包括二維和三維：如給出立體結(jié)構(gòu)。半無限大物體：熱量傳遞只在表面上進(jìn)行，內(nèi)部仍為初始溫度。三、列出導(dǎo)熱微分方程并計(jì)算溫度分布或換熱量：1、列出導(dǎo)熱微分方程并進(jìn)行簡(jiǎn)化，屬于一維、無內(nèi)熱源、還是常物性？等2、列出求導(dǎo)熱微分方程的定解條件：1）根據(jù)已知條件（一類（溫度）、二類（熱流密度）邊界條件）；2）如無限大平板中心、球體中心絕熱3）第三類邊界條件，即h和tf。3、求出溫度分布或溫度的變化率，4、求出換熱量；第四章導(dǎo)熱問題的數(shù)值解法1、導(dǎo)熱問題數(shù)值求解的基本思想：用有限的點(diǎn)的溫度值來代替連續(xù)的溫度場(chǎng)，建立有限的點(diǎn)的代數(shù)方程，并求出溫度值。2、掌握節(jié)點(diǎn)、步長(zhǎng)、元體、離散方程的概念。3、離散方程的建立原理：利用能量守恒定律流進(jìn)和流出任一節(jié)點(diǎn)的熱流量之和等于該節(jié)點(diǎn)內(nèi)能的增量。4、數(shù)值求解的六個(gè)步驟：1）根據(jù)能量守恒定律建立節(jié)點(diǎn)的離散方程；2）區(qū)域離散化：設(shè)節(jié)點(diǎn)、步長(zhǎng)、元體3）由已知條件給出節(jié)點(diǎn)的代數(shù)方程（離散方程）；4）設(shè)立迭代初場(chǎng)：代入初始溫度等；5）求解代數(shù)方程（判斷是否收斂）；6）解的分析（計(jì)算熱流量和熱變形）；第五章對(duì)流換熱1、研究對(duì)流換熱的方法（獲得表面?zhèn)鳠嵯禂?shù)h的方法有：分析法、實(shí)驗(yàn)法、比擬法、數(shù)值法。2、表面?zhèn)鳠嵯禂?shù)的關(guān)系式：3、邊界層對(duì)流換熱問題的三大數(shù)學(xué)描寫1）、連續(xù)性方程：2）動(dòng)量守恒方程3）能量守恒方程4、對(duì)流換熱邊界層：熱邊界層、熱邊界層的厚度δt的概念。5、努塞爾數(shù)Nu、普朗特?cái)?shù)Pr、格拉曉夫數(shù)Gr的表達(dá)式和物理意義。定義努塞爾數(shù)普朗特?cái)?shù)Pr:格拉曉夫數(shù)是浮升力和粘滯力比值的一種度量6、兩個(gè)物理現(xiàn)象相似的條件：1）、兩個(gè)物理現(xiàn)象屬同類,即描寫這兩個(gè)物理現(xiàn)象的微分方程式形式相同、內(nèi)容相同；2）描寫該兩個(gè)現(xiàn)象的同名特征數(shù)對(duì)應(yīng)相等。3）、單值性條件相似（即成比例）。7、單值性條件：初始條件、邊界條件、幾何條件、物理?xiàng)l件。8、確定與一個(gè)物理現(xiàn)象有關(guān)的無量綱量的方法：相似分析法和量綱分析法。9、相似原理的應(yīng)用1）、減少實(shí)驗(yàn)的次數(shù):2）、指導(dǎo)模化試驗(yàn)(建立縮小比例的實(shí)物模型）第七章熱輻射的基本定律及物體的輻射特性1、幾個(gè)概念：熱輻射和輻射換熱、輻射力、光譜輻射力、定向輻射強(qiáng)度、發(fā)射率(黑度)、光譜發(fā)射率(單色黑度)、定向發(fā)射率(定向黑度)、物體的投入輻射、物體的吸收比、光譜吸收比、灰體。2、熱輻射的共性和特性.1）、輻射的共性（電磁波的速率c、波長(zhǎng)λ和頻率?的關(guān)系）：2）、輻射換熱特性：ⅰ、兩物體間未直接接觸；ⅱ、有能量形式的轉(zhuǎn)化：內(nèi)能→輻射能→內(nèi)能ⅲ、輻射換熱量為零，熱輻射仍在進(jìn)行。3、三個(gè)比：吸收比、反射比、穿透比。4、三個(gè)體：黑體（α=1）、鏡體（ρ=1）、透明體（τ=1）。5、黑體的三個(gè)定律及三個(gè)推導(dǎo)公式：1）三個(gè)定律：ⅰ）、普朗克定律→黑體光譜輻射力按波長(zhǎng)的分布第一輻射常量C1=3.742×10-16W.m2;第二輻射常量C2=1.4388×10-2m.Kⅱ）、斯芯藩－玻爾茲曼定律－－黑體在整個(gè)波長(zhǎng)范圍的輻射力ⅲ）、蘭貝特定律：－－黑體的定向輻射強(qiáng)度與方向無關(guān)。大多數(shù)工程材料服從蘭貝特定律2）三個(gè)推導(dǎo)公式：ⅰ)維恩位移定律－－當(dāng)光譜輻射力為最大值時(shí)ⅱ）余弦定理ⅲ、當(dāng)滿足蘭貝特定律時(shí)，輻射力和定向輻射強(qiáng)度的關(guān)系6、發(fā)射率(黑度)、光譜發(fā)射率(單色黑度)、定向發(fā)射率(定向黑度)相應(yīng)公式。7、影響物體表面發(fā)射率的三個(gè)因素。取決于物質(zhì)的種類、表面溫度和表面狀況。8、實(shí)際物體的吸收特性：1）、實(shí)際物體的光譜吸收比對(duì)投入輻射的波長(zhǎng)具有選擇性。物體呈現(xiàn)不同的顏色在于對(duì)投入輻射具有選擇性的吸收和輻射。2）實(shí)際物體對(duì)輻射能的吸收只在表面上進(jìn)行。9、基爾霍夫定律－－實(shí)際物體的輻射和吸收間的關(guān)系第八章輻射換熱的計(jì)算1、角系數(shù)的定義。2、角系數(shù)的三個(gè)性質(zhì)：、、。1）相對(duì)性：2）完整性3）可加性第一種表示形式：第二種表示形式：3、角系數(shù)的二種計(jì)算方法：直接積分法、代數(shù)分析法（交叉線法）。8-2被透熱介質(zhì)隔開的兩固體表面間輻射換熱1、透熱介質(zhì)、投入輻射G、有效輻射J的概念及相關(guān)的表達(dá)式；2、兩灰體表面間的輻射換熱量：系統(tǒng)發(fā)射率8-4輻射換熱的強(qiáng)化與削弱1、如何強(qiáng)化兩表面間的輻射換熱；1）、增大物體的黑度ε1、ε2；2）、增大表面1對(duì)表面2的角系數(shù)；3）、使A1/A2→0，4）、增大溫壓T1-T2。2、遮熱板對(duì)輻射換熱量削弱的計(jì)算及應(yīng)用；在兩塊接近且互相平行、面積相等、發(fā)射率一樣的平板中加一塊同樣的板同，則換熱量是原來的一半。3、復(fù)合換熱的計(jì)算輻射換熱折算成牛頓冷卻公式的形式：Hr、hc、ht稱為輻射換熱、對(duì)流換熱、復(fù)合換熱表面?zhèn)鳠嵯禂?shù)Radiation輻射；convection對(duì)流；8-5氣體輻射1、氣體輻射的二個(gè)特性：1）、氣體輻射對(duì)波長(zhǎng)具有選擇性：氣體只在某些波長(zhǎng)段內(nèi)具有輻射能力，且只在同樣的波長(zhǎng)段內(nèi)具有吸收能力。氣體不是灰體。2）、氣體的輻射和吸收是在整個(gè)容積中進(jìn)行的，與氣體的形狀和容積有關(guān)2、氣體的輻射和吸收：1）定向輻射強(qiáng)度Lλ，x通過氣體層厚度dx后，2）、貝爾定律－光譜定向輻射