总复习1大工传热学讲述课件.ppt

1、1复复 习习2考试时间：考试时间：第十七周第十七周 考试周考试周 考试地点：考试地点：待定待定答疑时间：答疑时间：6 6月月1 14 4日，第十六周日，第十六周星期五，星期五，9:00-11:30,14:00-16:309:00-11:30,14:00-16:30答疑地点：答疑地点：综合实验综合实验2 2号楼号楼423423、419A419A。3平时成绩平时成绩：2020期末考试期末考试：80804题型题型1 1. .简答题简答题2 2. .证明证明3 3. .计算题计算题5简答：简答：P23 . 1,3,5,6P23 . 1,3,5,6P88. P88. 1,3,41,3,4P151. 1,

2、2,6P151. 1,2,6P185. 1,2,6P185. 1,2,6P224. 1,2,5P224. 1,2,5P286. 1,4,9P286. 1,4,9P338. 1,5,8P338. 1,5,8P387. 1,3,4,6,7,8P387. 1,3,4,6,7,8P445. 1,4,5,7,8,9P445. 1,4,5,7,8,96证明证明1.1. 导热问题数学描述导热问题数学描述2.2. 等截面直肋导热等截面直肋导热3.3. 集总参数问题数学描述集总参数问题数学描述4.4. 稳态、非稳态导热节点差分方程式稳态、非稳态导热节点差分方程式5.5. 对流传热问题能量方程式对流传热问题能量方

3、程式6.6. 边界层对流传热问题数学描述边界层对流传热问题数学描述7.7. 相似原理准则关联式相似原理准则关联式71.1. 兰贝特定律兰贝特定律2.2. 基尔霍夫定律基尔霍夫定律3.3. 角系数角系数4.4. 两灰体间辐射换热量两灰体间辐射换热量bbEI 2222, 11111212, 1111AXAAEEbb1 ,222, 11XAXA8第第1 1章章 绪论绪论1.1. 热量传递的三种基本方式热量传递的三种基本方式2.2. 传热过程和传热系数传热过程和传热系数9第第1 1章章 绪论绪论重点掌握重点掌握： 热传导、热对流、热辐射三种热量传递基热传导、热对流、热辐射三种热量传递基本方式及传热过程

4、的特点。本方式及传热过程的特点。10第第2 2章章 稳态热传导稳态热传导1.1. 导热基本定律导热基本定律2.2. 导热问题的数学描写导热问题的数学描写3.3. 典型一维稳态导热问题的分析解典型一维稳态导热问题的分析解4.4. 肋片肋片5.5. 有内热源的一维导热有内热源的一维导热11第第2 2章章 稳态热传导稳态热传导o 重点掌握重点掌握： 温度场、温度梯度、热流密度等基本温度场、温度梯度、热流密度等基本概念；傅里叶定律；不同材料导热系数的概念；傅里叶定律；不同材料导热系数的量级；直角坐标系下导热微分方程式及其量级；直角坐标系下导热微分方程式及其推导方法；通过平壁、圆筒壁、肋壁稳态推导方法；

5、通过平壁、圆筒壁、肋壁稳态导热的计算方法；非稳态导热过程的特点、导热的计算方法；非稳态导热过程的特点、非稳态导热计算的集总参数法。非稳态导热计算的集总参数法。12o 重点掌握重点掌握：非稳态导热过程的特点、：非稳态导热过程的特点、o 零维问题集中参数法。零维问题集中参数法。第第3 3章章 非稳态热传导非稳态热传导131.1. 数值求解的基本思想数值求解的基本思想2.2. 内节点离散方程的建立内节点离散方程的建立3.3. 边界节点离散方程的建立边界节点离散方程的建立4.4. 非稳态导热问题数值解非稳态导热问题数值解第第4 4章章 热传导问题的数值解热传导问题的数值解14o 重点掌握：重点掌握：o

6、 列节点差分方程（物理法）列节点差分方程（物理法） 内节点，边界节点内节点，边界节点第第4 4章章 热传导问题的数值解热传导问题的数值解151.1. 对流传热概述对流传热概述2.2. 对流换热问题的数学描述对流换热问题的数学描述3.3. 边界层问题的数学描写边界层问题的数学描写4.4. 外掠等温平板层流换热分析解外掠等温平板层流换热分析解第第5 5章章 对流换热的理论基础对流换热的理论基础16 重点掌握：重点掌握： （1 1）对流换热的牛顿冷却公式；）对流换热的牛顿冷却公式； （2 2）边界层的概念与特点及其对求解对）边界层的概念与特点及其对求解对流换热问题的意义流换热问题的意义第第5 5章章

7、 对流换热的理论基础对流换热的理论基础171.1. 相似原理及其应用相似原理及其应用2.2. 单相强制对流换热实验关联式内部、外部单相强制对流换热实验关联式内部、外部3.3. 自然对流换热大空间自然对流换热大空间第第6 6章章 单相对流换热的实验关联式单相对流换热的实验关联式18 重点掌握：重点掌握：（1 1）相似原理的主要内容及相似原理指导下的实）相似原理的主要内容及相似原理指导下的实验研究方法；验研究方法； （2 2）对流换热特征数）对流换热特征数( (Nu、Re、Pr、Gr) )的表达的表达式及其物理意义；式及其物理意义； （3 3）管内和外掠圆管束的强制对流换热及大空间）管内和外掠圆管

8、束的强制对流换热及大空间自然对流换热的特点、影响因素，会利用特征自然对流换热的特点、影响因素，会利用特征数关联式计算上述对流换热问题。数关联式计算上述对流换热问题。第第6 6章章 单相对流换热的实验关联式单相对流换热的实验关联式19重点掌握：重点掌握：1.1. 凝结传热的模式，影响因素及传热强化凝结传热的模式，影响因素及传热强化2.2. 沸腾传热的模式，影响因素及传热强化沸腾传热的模式，影响因素及传热强化第第7 7章章 相变对流换热相变对流换热20第8章热辐射基本定律和辐射特性1.1. 热辐射的基本概念热辐射的基本概念2.2. 黑体辐射的基本定律黑体辐射的基本定律3.3. 实际物体的辐射特性实

9、际物体的辐射特性4.4. 基尔霍夫定律基尔霍夫定律21重点掌握：重点掌握：（1 1）黑体、灰体、吸收比、发射比、透射）黑体、灰体、吸收比、发射比、透射比、发射率、辐射力、辐射强度、有效辐比、发射率、辐射力、辐射强度、有效辐射等热辐射的基本概念；射等热辐射的基本概念；（2 2）黑体辐射的基本定律；）黑体辐射的基本定律；（3 3）实际物体的辐射特性，基尔霍夫定律）实际物体的辐射特性，基尔霍夫定律22第第9 9章辐射换热的计算章辐射换热的计算1.1. 角系数角系数2.2. 两表面封闭系统的辐射传热两表面封闭系统的辐射传热3.3. 多表面系统的辐射传热多表面系统的辐射传热4.4. 气体辐射的特点，计算

10、不要求气体辐射的特点，计算不要求5.5. 辐射传热的控制，遮热板辐射传热的控制，遮热板23重点掌握：重点掌握：（1 1）角系数的定义及性质、角系数计算的）角系数的定义及性质、角系数计算的代数法代数法；（2 2）辐射热阻的概念）辐射热阻的概念，黑体和灰体表面组成黑体和灰体表面组成的简单封闭空腔内辐射换热的计算方法。的简单封闭空腔内辐射换热的计算方法。24 第第1010章传热过程分析与换热器章传热过程分析与换热器1.1.传热过程传热过程2 2 换热器换热器3 3 平均温差的计算平均温差的计算4.4.间壁式换热器的热计算间壁式换热器的热计算25重点掌握重点掌握：（1 1）传热过程和传热系数的概念，掌

11、握肋）传热过程和传热系数的概念，掌握肋壁传热的计算方法，了解传热的强化与削壁传热的计算方法，了解传热的强化与削弱方法。弱方法。（2 2）了解换热器的类型与构造，掌握换热）了解换热器的类型与构造，掌握换热器热计算的对数平均温差法。器热计算的对数平均温差法。26三种基本的传热方式：导热、对流和热辐射导热的基本定律：导热的基本定律：傅里叶定律傅里叶定律 d WdtAx 2dW dmtqAx 第第1 1章章 绪论绪论27Q1wt2wtA图图1-2 1-2 导热热阻的图示导热热阻的图示 1wt2wtt0 x dxdtQrtttqww21RtAttww21rAR 导热热阻导热热阻单位导热热阻单位导热热阻要

12、求会用热阻方法求换热量要求会用热阻方法求换热量28() WwfhA tt2 () W mwfqAh tt对流换热：基本计算公式对流换热：基本计算公式牛顿冷却公式牛顿冷却公式h 表面传热系数 热流量W，单位时间传递的热量q2W m 热流密度2W (mK)A2m 与流体接触的壁面面积与流体接触的壁面面积wtC 固体壁表面温度固体壁表面温度ft 流体温度流体温度C29 当流体与壁面温度相差1度时、每单位壁面面积上、单位时间内所传递的热量 ( ()wfhA tt2W (mK)影响影响h h因素：流速、流体物性、壁面形状大小等因素：流速、流体物性、壁面形状大小等 1 () 1hhtth ARttqhr表

13、面传热系数表面传热系数301 () hRhAC W21 hrhmC W对流换热热阻：对流换热热阻： 31热辐射热辐射黑体辐射的控制方程：黑体辐射的控制方程： 斯忒藩玻耳兹曼定律斯忒藩玻耳兹曼定律 4A T 4A T 真实物体则为：真实物体则为： 321-2 1-2 传热过程和传热系数传热过程和传热系数1 1 传热过程传热过程: :两流体间通过固体壁面进行的换热两流体间通过固体壁面进行的换热2 2 传热过程包含的传热方式：传热过程包含的传热方式：导热、对流、热辐射导热、对流、热辐射图图1 14 4 墙壁的散热墙壁的散热333 3 一维稳态传热过程中的热量传递一维稳态传热过程中的热量传递图图1 1

14、5 5 一维稳态传热过程一维稳态传热过程忽略热辐射换热，则忽略热辐射换热，则左侧对流换热热阻左侧对流换热热阻111AhRh固体的导热热阻固体的导热热阻右侧对流换热热阻右侧对流换热热阻221hRAhAR 34上面传热过程中传递的热量为：上面传热过程中传递的热量为：2121212111)()(AhAAhttRRRttffhhfftAkttAkff)(21传热系数传热系数 ，是表征传热过程强烈程度的标尺，是表征传热过程强烈程度的标尺，不是物性参数，与过程有关。不是物性参数，与过程有关。2W m K 传热系数传热系数21211111hhrrrhhk单位热阻或面积热阻单位热阻或面积热阻35a.k 越大，

15、传热越好。若要增大 k，可增大12, , hh或减小c.c. h h1 1、h h2 2的计算方法及增加的计算方法及增加k k值的措施值的措施注意：注意：b.b. 非稳态传热过程以及有内热源时，不能用热阻分析非稳态传热过程以及有内热源时，不能用热阻分析法法36第二章 稳态导热 o 重点掌握重点掌握： 温度场、温度梯度、热流密度等基本概念；温度场、温度梯度、热流密度等基本概念；导热傅里叶定律；不同材料导热系数的量级；导热傅里叶定律；不同材料导热系数的量级；直角坐标系下导热微分方程式及其推导方法；直角坐标系下导热微分方程式及其推导方法；通过平壁、圆筒壁、肋壁稳态导热的计算方法。通过平壁、圆筒壁、肋

16、壁稳态导热的计算方法。37(1).(1).若物性参数若物性参数 、c c 和和 均为常数：均为常数： 2222222(); or vvqqtttttaatxyzcc 2 m sac 热扩散率2 拉 普 拉 斯 算 子直角坐标系下导热微分方程式直角坐标系下导热微分方程式38(2).(2).若物性参数为常数且无内热源：若物性参数为常数且无内热源：(3).(3).若物性参数为常数、稳态导热：若物性参数为常数、稳态导热：2222222(); or tttttaatxyz22222220ttttxyz(4).(4).若物性参数为常数、无内热源稳态导热：若物性参数为常数、无内热源稳态导热：2222220v

17、qtttxyz39导热过程的定解条件导热过程的定解条件 使微分方程获得适合某一特定问题的解的附加条件使微分方程获得适合某一特定问题的解的附加条件稳态导热问题常见的三类边界条件稳态导热问题常见的三类边界条件使微分方程获得适合某一特定问题的解的附加条件使微分方程获得适合某一特定问题的解的附加条件(1). (1). 第一类边界条件第一类边界条件已知任一瞬间导热体边界上温度值已知任一瞬间导热体边界上温度值稳态导热：稳态导热： t tw w = = constconst 非稳态导热：非稳态导热： t tw w = f = f ( ( ) ) 40（2 2）第二类边界条件）第二类边界条件根据傅里叶定律：根

18、据傅里叶定律：已知物体边界上已知物体边界上热流密度热流密度的分布及变化规律：的分布及变化规律：第二类边界条件相当于已知任何时刻物体边界第二类边界条件相当于已知任何时刻物体边界 面法向的温度梯度值面法向的温度梯度值稳态导热：稳态导热：q qw w 非稳态导热：非稳态导热：( ,)wsqqfrwqconst()wqf()wntqn ()wnqtn41（3 3）第三类边界条件）第三类边界条件当物体壁面与流体相接触进行对流换热时，已知当物体壁面与流体相接触进行对流换热时，已知 任一时刻边界面周围流体的温度和表面传热系数任一时刻边界面周围流体的温度和表面传热系数 t tf, f, h h q qw w

19、()wfwtnh tt422-3 通过平壁、圆筒壁、球壳和其它变截面物体的导热本节将针对一维、稳态、常物性、无内热源情况，考察平本节将针对一维、稳态、常物性、无内热源情况，考察平板和圆柱内的导热。板和圆柱内的导热。 直角坐标系：直角坐标系：ztzytyxtxtc)()()(1. 单层平壁的导热单层平壁的导热o x a 几何条件：单层平板；几何条件：单层平板； b 物理条件：物理条件： 、c、 已知；无内热源已知；无内热源 c 时间条件：时间条件： 0 :t稳态导热 d 边界条件：第一类边界条件：第一类43由热阻分析法：由热阻分析法：niiinniinttrttq111111问：现在已经知道了问

20、：现在已经知道了q q，如何计算其中第，如何计算其中第 i i 层的右侧壁温？层的右侧壁温？第一层：第一层： 11122111)(qttttq第二层：第二层：22233222)(qttttq第第 i 层：层： iiiiiiiiqttttq111)(44下面来看一下圆筒壁内部的热流密度和热流分布情况下面来看一下圆筒壁内部的热流密度和热流分布情况21221mW)ln(ddrrttrrtqwwW 2)ln( 2211221Rttlrrttrlqwwww)ln()ln()(121211rrrrttttwwwrrrttdrdtww1)ln(1221 长度为长度为 l 的圆筒的圆筒壁的导热热阻壁的导热热阻

21、虽然是稳态情况，但虽然是稳态情况，但热流密度热流密度 q 与半径与半径 r 成反比！成反比！45日常生活中的例子o 人体为恒温体。若房间里气体的温度在夏天和冬天都保持20度，那么在冬天与夏天、人在房间里所穿的衣服能否一样？o 夏天人在同样温度（如：25度）的空气和水中的感觉不一样。为什么？46第三章非稳态导热非稳态导热过程非稳态导热过程( (集总参数法集总参数法) )。重点掌握重点掌握：471 1）毕渥数的定义：）毕渥数的定义：1hBih 毕渥数属特征数（准则数）。毕渥数属特征数（准则数）。 2 2）Bi Bi 物理意义：物理意义： Bi Bi 的大小反映了物体在的大小反映了物体在非稳态条件下

22、内部温度场的分布规律。非稳态条件下内部温度场的分布规律。 48Bi 准则对温度分布的影响t iBiB00Bi 1223121201010000tt 0tt 0tt Bi 准则对无限大平壁温度分布的影响493-2 集总参数法的简化分析1 定义：定义：忽略物体内部导热热阻、认为物体温度均匀一致的忽略物体内部导热热阻、认为物体温度均匀一致的 分析方法。此时，分析方法。此时， ，温度分布只与时间有，温度分布只与时间有 关，即关，即 ，与空间位置无关，因此，也称为，与空间位置无关，因此，也称为 零维问题。零维问题。Bi)(ft 2 温度分布如图所示，任意形状的物体，参数均为已知。00tt 时，t将其突然

23、置于温度恒为将其突然置于温度恒为 的流的流体中体中。50当物体被冷却时（tt）,由能量守恒可知ddtVctthA-)(dVchAd方程式改写为：方程式改写为：过余温度令： tt，则有，则有00)0(-ttddVchA5100dVchAdVchA ln0dVchAd积分积分VchAetttt00其中的指数：其中的指数：vvFoBiAVaAVhcVAAhVcVhA222)()(52%8 .36 10e即与即与 的量纲相同，当的量纲相同，当 时，则时，则1hAVc1VchA此时，此时，上式表明：当传热时间等于上式表明：当传热时间等于 时，物体的过时，物体的过余温度已经达到了初始过余温度的余温度已经达

24、到了初始过余温度的36.8。称称 为时间常数，用为时间常数，用 表示。表示。hAVchAVcc53如果导热体的热容量（ Vc ）小、换热条件好（h大），那么单位时间所传递的热量大、导热体的温度变化快，时间常数 ( Vc / hA) 小。对于测温的热电偶节点，时间常数越小、说明热电偶对流体温度变化的响应越快。这是测温技术所需要的%83. 1 40时，当hAVc工程上认为=4 Vc / hA时导热体已达到热平衡状态544 物理意义物理意义vvFoBihlhl1Bi物体表面对流换热热阻物体内部导热热阻Fo越大，热扰动就能越深入地传播到物体越大，热扰动就能越深入地传播到物体内部，因而，物体各点地温度就

25、越接近周内部，因而，物体各点地温度就越接近周围介质的温度。围介质的温度。22Flol a换热时间边界热扰动扩散到 面积上所需的时间55采用此判据时，物体中各点过余温度的差别小于5%M1 . 0)AV(hBiv对厚为2的无限大平板对半径为R的无限长圆柱对半径为R的 球31M21M1M3BB3RR4R34AV2BB2RR2RAVBBAAAViiv23iiv2iiv5 集总参数法的应用条件集总参数法的应用条件56第四章导热问题的数值解法 能够列出节点差分方程能够列出节点差分方程57xyxynm(m,n)MN基本概念：控制容积、网格线、节点、界面线、步长基本概念：控制容积、网格线、节点、界面线、步长二

26、维矩形二维矩形域内稳态域内稳态无内热源，无内热源，常物性的常物性的导热问题导热问题581.1.边界节点离散方程的建立：边界节点离散方程的建立：qwxyqw(1) 平直边界上的节点平直边界上的节点2,1,1, 1,224xttqxttnmnmnmwnmnm0222,1,1, 1yxyttxyttxyqxttynmnmnmnmnmwnmnmyx如图所示如图所示 边界节点边界节点 (m,n) (m,n) 只能只能代表半个元体，若边界上有向该代表半个元体，若边界上有向该元体传递的热流密度为元体传递的热流密度为q qw w ，据能，据能量守恒定律对该元体有：量守恒定律对该元体有： 59(2) 外部角点外

27、部角点2222,1, 1,xqxtttnmwnmnmnm0222222,1, 1yxyttxqxqyxttynmnmnmwwnmnmyxxyqw如图所示，二维墙角计算区域中，如图所示，二维墙角计算区域中，该节点外角点仅代表该节点外角点仅代表 1/4 个以个以 为边长的元体。为边长的元体。xy、60(3) 内部角点内部角点)22322(6122, 11,1, 1,wnmnmnmnmnmqxxttttt0432222,1,1, 1, 1yxqxyttxyttxqyxttyxttynmwnmnmnmnmwnmnmnmnmyxxqw如图所示内部角点代表了如图所示内部角点代表了 3/4 3/4 个元体，

28、在个元体，在同样的假设条件下有同样的假设条件下有61第五章 对流换热重点掌握：重点掌握： （1 1）对流换热的牛顿冷却公式；）对流换热的牛顿冷却公式； （2 2）边界层的概念与特点及其对求解）边界层的概念与特点及其对求解对流换热问题的意义；对流换热问题的意义；625-1 对流换热概述1 1 对流换热的定义和性质对流换热的定义和性质对流换热是指流体流经固体时流体与固体表面之间的对流换热是指流体流经固体时流体与固体表面之间的 热量传递现象热量传递现象 对流换热与热对流不同，既有热对流，也有导热；不 是基本传热方式3 对流换热的基本计算式W )(tthAw2mW )( fwtthAq牛顿冷却式:63

29、4 4 表面传热系数（对流换热系数）表面传热系数（对流换热系数） )( ttAhwC)(mW2如何确定如何确定h h及增强换热的措施是对流换热及增强换热的措施是对流换热的核心问题的核心问题645 对流换热的影响因素对流换热的影响因素对流换热是流体的导热和对流两种基本传热方式共同作用的对流换热是流体的导热和对流两种基本传热方式共同作用的结果。其影响因素主要有以下五个方面：结果。其影响因素主要有以下五个方面：(1)流动起因流动起因; (2)流动状态流动状态; (3)流体有无相变流体有无相变; (4)换热表面的几何因素换热表面的几何因素; (5)流体的热物理性质流体的热物理性质65对流换热分类小结

30、66层流底层层流底层缓冲层缓冲层u湍流湍流过渡流过渡流层流层流cxyx 5-3 边界层概念及边界层换热微分方程组边界层概念及边界层换热微分方程组671. 1. 物理现象物理现象 当粘性流体在壁面上流动时，当粘性流体在壁面上流动时，由于粘性的作用，在贴附于壁面的流体速度由于粘性的作用，在贴附于壁面的流体速度实际上等于零，在流体力学中称为贴壁处的实际上等于零，在流体力学中称为贴壁处的无滑移边界条件。无滑移边界条件。 2.2. 实验测定实验测定 若用仪器测出壁面法向（若用仪器测出壁面法向（ 向）的速度分布，如上图所示。在向）的速度分布，如上图所示。在 处，处， ；此后随；此后随 ， 。 经经过一个薄

31、层后过一个薄层后 接近主流速度。接近主流速度。 0yy 0uyuu683.3. 定义定义 这一薄层称为流动边界层（速度边界这一薄层称为流动边界层（速度边界层），通常规定：层），通常规定： （主流速度）处的（主流速度）处的距离距离 为流动边界层厚度，记为为流动边界层厚度，记为 。 0.99uuy 4. 4. 数量级数量级 流动边界层很薄，如空气，以流动边界层很薄，如空气，以 掠过平板，在离前缘掠过平板，在离前缘 处的边界处的边界层厚度约为层厚度约为 。16 /um s1m5mm693.3. 定义定义 这一薄层称为流动边界层（速度边这一薄层称为流动边界层（速度边界层），通常规定：界层），通常规定：

32、 （主流速度）（主流速度）处的距离处的距离 为流动边界层厚度，记为为流动边界层厚度，记为 。0.99uuy 4. 4. 数量级数量级 流动边界层很薄，如空气，以流动边界层很薄，如空气，以 掠过平板，在离前缘掠过平板，在离前缘 处的边处的边界层厚度约为界层厚度约为 。16 /um s1m5mm70热边界层热边界层 yx等温流动区等温流动区温度边界层温度边界层 t ,0wtt ,ut71 由于速度在壁面法线方向的变化出现了由于速度在壁面法线方向的变化出现了流动边界层，同样，当流体与壁面之间存在流动边界层，同样，当流体与壁面之间存在温度差时，将会产生温度差时，将会产生热边界层热边界层，如上图所示如上

33、图所示。在在 处，流体温度等于壁温处，流体温度等于壁温 ，0ywtt 0wtt 72流动边界层的几个重要特性(1) 边界层厚度 与壁的定型尺寸L相比极小， L(2) 边界层内存在较大的速度梯度(3) 边界层流态分层流与湍流；湍流边界层紧靠壁面处 仍有层流特征，粘性底层（层流底层）(4) 流场可以划分为边界层区与主流区边界层区：由粘性流体运动微分方程组描述主流区：由理想流体运动微分方程欧拉方程描述73第六章第六章 相似原理及量纲分析相似原理及量纲分析 重点掌握：重点掌握：（1 1）相似原理的主要内容及相似原理指导下的）相似原理的主要内容及相似原理指导下的实验研究方法；实验研究方法； （2 2）对

34、流换热特征数）对流换热特征数( (NuNu、ReRe、PrPr、GrGr) )的表的表达式及其物理意义；达式及其物理意义； （3 3）管内和外掠圆管束的强制对流换热及大）管内和外掠圆管束的强制对流换热及大空间自然对流换热的特点、影响因素，会利用空间自然对流换热的特点、影响因素，会利用特征数关联式计算上述对流换热问题。特征数关联式计算上述对流换热问题。741.相似原理的研究内容：相似原理的研究内容：研究相似物理现象之间的关系，研究相似物理现象之间的关系， (1)物理现象相似：物理现象相似：对于同类的物理现象，在相应的时刻与相对于同类的物理现象，在相应的时刻与相应的地点上与现象有关的物理量一一对应

35、成比例。应的地点上与现象有关的物理量一一对应成比例。 (2)同类物理现象：同类物理现象：用相同形式并具有相同内容的微分方程式用相同形式并具有相同内容的微分方程式所描写的现象。所描写的现象。 2. 物理现象相似的特性物理现象相似的特性 (1)同名特征数对应相等；同名特征数对应相等； (2)各特征数之间存在着函数关系，如常物性流体外略平板对各特征数之间存在着函数关系，如常物性流体外略平板对流换热特征数：流换热特征数：Pr)(Re,fNu 特征数方程：无量特征数方程：无量纲量之间的函数关纲量之间的函数关系系75同名的已定特征数相等同名的已定特征数相等 单值性条件相似：初始条件、单值性条件相似：初始条

36、件、 边界条件、几何条件、物理条件边界条件、几何条件、物理条件3. 物理现象相似的条件物理现象相似的条件76Nuhddhudhudcba011011111Re2ududPr3acpPr)(Re,fNu 单相、强制对流77使用特征方程时应注意的问题：使用特征方程时应注意的问题：（1 1）特征长度应该按准则式规定的方式选取）特征长度应该按准则式规定的方式选取o 特征长度：特征长度：包含在相似特征数中的几何长度；包含在相似特征数中的几何长度；o 如：管内流动换热：取直径如：管内流动换热：取直径 d do 流体在流通截面形状不规则的槽道中流动：流体在流通截面形状不规则的槽道中流动：取取当量直径当量直径

37、作为特征尺度：作为特征尺度：6.2 6.2 相似原理的应用相似原理的应用 78（2 2）定性温度应按该准则式规定的方式选取）定性温度应按该准则式规定的方式选取o 定性温度：定性温度：计算流体物性时所采用的温度。计算流体物性时所采用的温度。o 常用的选取方式有：常用的选取方式有： 通道内部流动取进出口截面的平均值通道内部流动取进出口截面的平均值 外部流动取边界层外的流体温度或去这外部流动取边界层外的流体温度或去这一温度与壁面温度的平均值。一温度与壁面温度的平均值。79（3 3）准则方程不能任意推广到得到该方）准则方程不能任意推广到得到该方程的实验参数的范围以外程的实验参数的范围以外o 参数范围主

38、要有：参数范围主要有： 数范围；数范围； 数范围；数范围； 几何参数范围。几何参数范围。RePr802 2 常见无量纲常见无量纲( (准则数准则数) )数的物理意义及表达式数的物理意义及表达式 81例题o 已知冷空气温度为0 ，以6m/s的流速平等的吹过一太阳能集热器表面，该表面尺寸1m*1m，其中一个边与来流方向垂直。表面平均温度为20 ，求由于对流散热而散失的热量.o 解：定性温度tm=(0+20)/2=10,o 物性参数0.0251W/(m*K)o 14.16*10-6m2/so Pr0.705，ReuL/4.237*105o Nu=0.664Re0.5Pr0.333=384.7o h=

39、Nu /l=9.66W/(m2k)o Q=Aht=193W82第七章第七章 凝结与沸腾换热凝结与沸腾换热o 掌握凝结与沸腾换热的模式掌握凝结与沸腾换热的模式o 影响凝结与沸腾换热的因素。影响凝结与沸腾换热的因素。影响凝结换热的因素。影响凝结换热的因素。1.1. 不凝结气体不凝结气体2. 蒸气流速蒸气流速3. 过热蒸气过热蒸气4. 4. 液膜过冷度及温度分布的非线性液膜过冷度及温度分布的非线性5. 5. 管子排数管子排数 6. 6. 管内冷凝管内冷凝7. 7. 凝结表面的几何形状凝结表面的几何形状83影响沸腾换热的因素影响沸腾换热的因素1 不凝结气体对膜状沸腾换热的影响不凝结气体对膜状沸腾换热的

40、影响2 过冷度过冷度 3 液位高度液位高度4 重力加速度重力加速度5 沸腾表面的结构沸腾表面的结构84o 第八章第八章 热辐射基本定律及 物体的辐射特性o 重点掌握：重点掌握：（1 1）黑体、灰体、吸收比、发射比、透射比、发射）黑体、灰体、吸收比、发射比、透射比、发射率、辐射力、辐射强度、有效辐射等热辐射的基率、辐射力、辐射强度、有效辐射等热辐射的基本概念；本概念；（2 2）黑体辐射的基本定律；）黑体辐射的基本定律；（3 3）实际物体的辐射特性，基尔霍夫定律；）实际物体的辐射特性，基尔霍夫定律；85辐射力辐射力E E：单位时间内，物体的单位表面积向半球空间发射的所有单位时间内，物体的单位表面积

41、向半球空间发射的所有波长的能量总和。波长的能量总和。 (W/m2)；光谱辐射力光谱辐射力E E：单位时间内，单位波长范围内单位时间内，单位波长范围内( (包含某一给定波长包含某一给定波长) )，物，物体的单位表面积向半球空间发射的能量。体的单位表面积向半球空间发射的能量。 (W/m3)；热辐射能量的表示方法热辐射能量的表示方法E、E关系关系:显然，显然， E和和E之间具有如下关系：之间具有如下关系：dEE0黑体一般采用下标黑体一般采用下标b表示，如黑体的辐射力为表示，如黑体的辐射力为Eb，黑体的黑体的光谱辐射力光谱辐射力为为Eb864bEET1)(512TcbecE(1)Planck(1)Pl

42、anck定律定律( (第一个定律第一个定律) )：33max2.8976 102.9 10m KT(2)Stefan-Boltzmann(2)Stefan-Boltzmann定律定律( (第二个定律第二个定律) )：40)(51012TdecdEETcbb87图图7-10 7-10 定向辐射强度的定义图定向辐射强度的定义图3.Lambert 定律定律(黑体辐射的第三个基本定律黑体辐射的第三个基本定律)cosdd),(dLA它说明黑体的定向辐射力随天顶角它说明黑体的定向辐射力随天顶角 呈余弦规律变化，见图呈余弦规律变化，见图7-11，因此，因此， Lambert定律也称为余弦定律。定律也称为余弦

43、定律。88层 次数学表达式成立条件光谱，定向光谱，半球全波段，半球无条件，为天顶角漫射表面与黑体处于热平衡或对漫灰表面),(),(TT),(),(TT)()(TT4. Kirchhoff 4. Kirchhoff 定律的定律的注：注：(1)(1)漫射表面：指发射或反射的定向辐射强度与空间方向无漫射表面：指发射或反射的定向辐射强度与空间方向无关，即符合关，即符合LambertLambert定律的物体表面；定律的物体表面；(2)(2)灰体：指光谱吸收比与波长无关的物体，其发射和吸收灰体：指光谱吸收比与波长无关的物体，其发射和吸收辐射与黑体在形式上完全一样，只是减小了一个相同的辐射与黑体在形式上完全

44、一样，只是减小了一个相同的比例。比例。89第九章第九章 辐射换热的计算辐射换热的计算o 重点掌握：重点掌握：1 1、角系数的定义及性质、角系数计算、角系数的定义及性质、角系数计算的代数法；的代数法；2 2、辐射热阻的概念，黑体和灰体表面、辐射热阻的概念，黑体和灰体表面组成的简单封闭空腔内辐射换热的计组成的简单封闭空腔内辐射换热的计算方法。算方法。90有两个表面，编号为有两个表面，编号为1和和2，其间充满透明介质，则表面，其间充满透明介质，则表面1对表面对表面2的角系数的角系数X1,2是：表面是：表面1直接投射到表面直接投射到表面2上的能上的能量，占表面量，占表面1辐射能量的百分比。即辐射能量的

45、百分比。即图8-1 有效辐射示意图 的有效辐射表面的投入辐射对表面表面1212, 1X同理，也可以定义表面同理，也可以定义表面2对表面对表面1的角系数。从这个概的角系数。从这个概念我们可以得出角系数的应用是有一定限制条件的，念我们可以得出角系数的应用是有一定限制条件的，即即漫射面、等温、物性均匀漫射面、等温、物性均匀角系数定义角系数定义91o 2. 角系数性质角系数性质o (1) 相对性相对性o (2)完整性完整性1 , 222, 11XAXAniinXXXXX1, 1, 13 , 12, 11 , 11若表面若表面1 1为非凹表面时，为非凹表面时，X X1,11,1 = 0 = 0。niiX

46、X12,12,1(3) (3) 可加性可加性 923 角系数的计算方法角系数的计算方法三个非凹表面组成的封闭系统三个非凹表面组成的封闭系统13212, 12AAAAX的断面长度表面不交叉线之和交叉线之和1,22)()(AabbdacadbcXcdab两个非凹表面及假想面组成的封闭系统两个非凹表面及假想面组成的封闭系统939-2 9-2 被透明介质隔开的两固体表面间的辐射换热被透明介质隔开的两固体表面间的辐射换热的部分的部分到达表面到达表面的热辐射的热辐射发出表面发出表面1221)(212, 111 ,2222, 1112, 1bbbbEEXAXEAXEA图图8-7 黑体系统的黑体系统的辐射换热

47、辐射换热1 黑体表面黑体表面 如图如图8-78-7所示，黑表面所示，黑表面1 1和和2 2之间的辐射换热量为之间的辐射换热量为94于是有于是有2222,11111212,1111AXAAEEbb图图8-8 8-8 两个物体组成的辐射换热系统两个物体组成的辐射换热系统11111)(2212, 112112, 1AAXEEAbb2 漫灰表面漫灰表面95定义系统黑度定义系统黑度( (或称为系统发射率或称为系统发射率) )11111121 ,212,1XXs11111)(2212, 112112, 1AAXEEAbb)(212, 112, 1bbsEEXA)(212,112,1bbEEXA与黑体辐射换

48、热比较，上式多了一个与黑体辐射换热比较，上式多了一个 ，它是考虑由，它是考虑由于灰体系统多次吸收与反射对换热量影响的因子。于灰体系统多次吸收与反射对换热量影响的因子。s96三种特殊情形三种特殊情形(1)(1) 表面表面1 1为凸面或平面，此时，为凸面或平面，此时，X X1,21,21 1，于是，于是1111112212, 112, 1AAXXs11112211AAs(2)(2) 表面积表面积A A1 1比表面积比表面积A A2 2小得多，即小得多，即A A1 1/A/A2 2 0 0 于是于是1s(3)(3) 表面积表面积A A1 1与表面积与表面积A A2 2相当，即相当，即A A1 1/A

49、/A2 2 1 1 于是于是111121s97 9-3 9-3 多表面系统辐射换热的计算多表面系统辐射换热的计算 要求能够应用网络法进行多表面要求能够应用网络法进行多表面系统辐射换热的计算系统辐射换热的计算98网络法的应用举例网络法的应用举例两漫灰表面组成的封闭系统，参两漫灰表面组成的封闭系统，参见见图图8-88-8，其等效网络图见，其等效网络图见8-118-11所示，根据电路中的所示，根据电路中的基尔霍夫定基尔霍夫定律律流入节点的电流总和等于流入节点的电流总和等于零，列出每个节点的热流方程，零，列出每个节点的热流方程，组成有效辐射的联立方程组，见组成有效辐射的联立方程组，见左式左式图图8-1

50、1 8-11 两表面封闭系统辐射换热等效网络图两表面封闭系统辐射换热等效网络图1bE2, 11111A2J1J2bE2221A2, 12, 11XA011:011:2,11212222222,1112111111XAJJAJEJXAJJAJEJbb99求解上面方程组获得求解上面方程组获得 ，根据：，根据： 计算净辐射热流，其中计算净辐射热流，其中i i 代表表面代表表面1 1或表面或表面2 2。21JorJiiiibiiAJE1在上面的过程中需要注意的是在上面的过程中需要注意的是(1)(1)节点的概念；节点的概念；(2)(2)每个表面一个每个表面一个表面热阻，每对表面一个空间热阻；表面热阻，每