《傳熱學考試復習》課件

《傳熱學考試復習》傳熱學是研究熱量傳遞規(guī)律的學科，是工程熱物理的重要組成部分，與許多工程領(lǐng)域密切相關(guān)。復習大綱基礎(chǔ)概念傳熱定義，傳熱方式，熱量單位換算，傳熱系數(shù)等。導熱傅里葉定律，導熱微分方程，穩(wěn)態(tài)導熱，非穩(wěn)態(tài)導熱，常見導熱問題求解。對流換熱邊界層理論，無量綱數(shù)，自然對流，強制對流，相變對流，換熱系數(shù)計算。輻射換熱黑體輻射，灰體輻射，輻射換熱系數(shù)，輻射熱交換計算。第一章緒論傳熱學是研究熱量傳遞規(guī)律的學科。它在工程技術(shù)領(lǐng)域中有著廣泛的應(yīng)用，例如：熱交換器設(shè)計、能源利用、建筑節(jié)能等。傳熱學的基本概念熱量傳遞熱量傳遞是指熱能從高溫物體向低溫物體轉(zhuǎn)移的過程。熱傳遞方向熱量傳遞方向總是從高溫物體流向低溫物體，直到達到熱平衡。熱量傳遞方式熱量傳遞主要通過三種方式：導熱、對流和輻射。傳熱的三種方式1熱傳導熱量通過靜止介質(zhì)中分子熱運動而傳遞。2熱對流熱量通過流體運動而傳遞。3熱輻射熱量通過電磁波的形式傳遞。熱量的單位和換算熱量單位熱量是指物體在熱傳遞過程中所吸收或放出的能量，常用的熱量單位有卡路里(cal)和焦耳(J)。1卡路里(cal)等于將1克水溫度升高1攝氏度所需的熱量。單位換算1焦耳(J)等于0.24卡路里(cal)。熱量的換算在傳熱學計算中非常重要，可以方便地將不同單位的熱量進行比較和轉(zhuǎn)換。第二章導熱導熱是熱量通過物質(zhì)內(nèi)部的分子熱運動傳遞的方式。熱量從溫度高的部分傳向溫度低的部分。導熱基本定律傅里葉定律熱量流動的方向與溫度梯度方向相反，熱量流動速率與溫度梯度成正比。熱流量熱量流過單位面積的速率，單位為瓦特每平方米(W/m2)。導熱系數(shù)材料的熱傳導能力，單位為瓦特每米每開爾文(W/m·K)。導熱微分方程及其解法傅里葉定律導熱微分方程基于傅里葉定律，描述熱量在介質(zhì)中的流動方向和速率。該方程是描述非穩(wěn)態(tài)導熱過程的數(shù)學模型，體現(xiàn)了溫度變化與時間和空間的關(guān)系。解法解法包括解析法和數(shù)值法。解析法適用于一些簡單幾何形狀和邊界條件的情況。數(shù)值法則可以解決更復雜的問題，包括有限差分法、有限元法等。一維穩(wěn)態(tài)導熱基本概念一維穩(wěn)態(tài)導熱是指熱量沿著一個方向流動，且熱量流動速率不隨時間變化的熱傳遞過程。傅里葉定律傅里葉定律描述了熱量傳遞速率與溫度梯度之間的關(guān)系。邊界條件邊界條件定義了熱量傳遞過程中熱量流入或流出區(qū)域的條件。常見解法常見的解法包括解析解、數(shù)值解和實驗解。多維穩(wěn)態(tài)導熱1二維導熱平面壁、圓柱壁、球形壁2三維導熱復雜形狀3數(shù)值解法有限差分法、有限元法多維穩(wěn)態(tài)導熱是指熱量在物體內(nèi)部沿多個方向傳遞，且溫度場不隨時間變化。常見情況包括二維導熱，例如平面壁、圓柱壁、球形壁等的熱量傳遞；三維導熱，例如復雜形狀的物體內(nèi)部的熱量傳遞。由于多維穩(wěn)態(tài)導熱方程的解析解很難求解，因此需要借助數(shù)值解法，如有限差分法、有限元法等，才能獲得較為準確的溫度場分布信息。非穩(wěn)態(tài)導熱1瞬態(tài)過程溫度隨時間變化2傅里葉數(shù)描述溫度變化速率3比奧數(shù)衡量導熱與對流的相對重要性4解析解適用于簡單幾何形狀非穩(wěn)態(tài)導熱是指物體溫度隨時間變化的傳熱過程。它通常發(fā)生在物體受到溫度變化的外部環(huán)境影響時，例如加熱或冷卻過程。非穩(wěn)態(tài)導熱過程的研究需要考慮溫度隨時間和空間的變化，并涉及一系列重要的無量綱數(shù)，如傅里葉數(shù)和比奧數(shù)。這些無量綱數(shù)可以幫助我們理解和分析非穩(wěn)態(tài)導熱過程。第三章對流換熱對流換熱是指流體與固體表面之間由于流體運動而產(chǎn)生的熱量傳遞過程。流體流動會帶走固體表面的熱量，從而實現(xiàn)熱量傳遞。邊界層理論11.粘性流體流動流體在固體表面附近流動，由于粘性作用，速度發(fā)生變化，形成邊界層。22.邊界層厚度指流體速度達到主流速度99%的距離，反映了邊界層對傳熱的影響程度。33.熱邊界層流體與固體表面之間存在溫度梯度，形成熱邊界層，影響對流傳熱效率。44.邊界層控制通過改變流體流動狀態(tài)或表面特性，可以控制邊界層厚度和傳熱效果。無量綱數(shù)及其應(yīng)用雷諾數(shù)雷諾數(shù)表征慣性力和粘性力之比，用于判斷流體流動狀態(tài)是層流還是湍流。努塞爾數(shù)努塞爾數(shù)表示對流換熱系數(shù)與導熱系數(shù)之比，反映對流換熱的強弱。普朗特數(shù)普朗特數(shù)反映動量擴散率與熱量擴散率之比，描述熱量傳遞和動量傳遞之間的相對關(guān)系。自然對流傳熱流體密度變化流體受熱膨脹，密度降低，產(chǎn)生浮力，驅(qū)動流體流動。對流傳熱系數(shù)自然對流傳熱系數(shù)受流體性質(zhì)、溫度差和幾何形狀影響。應(yīng)用場景建筑物熱量損失電子設(shè)備散熱太陽能集熱器強制對流傳熱流體流動強制對流傳熱是指流體在外力作用下流動時，流體與固體壁面之間的熱量傳遞過程。換熱系數(shù)強制對流傳熱換熱系數(shù)與流體的速度、黏度、密度以及熱導率等因素有關(guān)。應(yīng)用領(lǐng)域強制對流傳熱在工業(yè)生產(chǎn)中應(yīng)用廣泛，例如熱交換器、鍋爐、冷卻塔等。相變對流換熱沸騰換熱沸騰是指液體在低于其飽和溫度下沸騰的現(xiàn)象。沸騰換熱是指液體在沸騰時與固體表面之間的熱量傳遞。凝結(jié)換熱凝結(jié)是指氣體在低于其飽和溫度下凝結(jié)成液體的現(xiàn)象。凝結(jié)換熱是指氣體在凝結(jié)時與固體表面之間的熱量傳遞。第四章輻射傳熱輻射傳熱是熱量通過電磁波傳遞的方式。物體溫度越高，輻射出的能量就越多。在傳熱學中，輻射傳熱研究的重點是如何計算物體間的輻射換熱量。黑體輻射黑體輻射光譜黑體是指能完全吸收所有入射輻射能量的物體，它也是最理想的輻射體。黑體輻射是指黑體發(fā)出的熱輻射，其光譜分布只與溫度有關(guān)。熱輻射物體由于溫度而產(chǎn)生的能量輻射，稱為熱輻射，其輻射強度與物體本身的溫度、表面性質(zhì)以及物體周圍的環(huán)境溫度有關(guān)。普朗克黑體輻射定律該定律描述了黑體在不同溫度下輻射能量的分布規(guī)律，是輻射傳熱研究的基礎(chǔ)。應(yīng)用場景黑體輻射理論在很多領(lǐng)域都有應(yīng)用，例如紅外熱像儀、太陽能電池等。灰體輻射發(fā)射率灰體發(fā)射率小于1，代表其輻射能力弱于黑體。吸收率灰體吸收率也小于1，表示其吸收輻射能力弱于黑體。反射率灰體反射率大于0，表示其會反射部分入射輻射。透射率灰體透射率一般較小，表示其允許部分輻射透過。輻射換熱1熱輻射物體因溫度而產(chǎn)生的能量發(fā)射2輻射換熱物體間通過電磁波交換能量3黑體輻射理想物體，完全吸收所有入射輻射4灰體輻射實際物體，部分吸收入射輻射第五章傳熱設(shè)備傳熱設(shè)備是進行熱量傳遞的裝置，在工程應(yīng)用中十分廣泛。常見傳熱設(shè)備包括熱交換器、鍋爐、冷卻器等，應(yīng)用于化工、能源、電力等行業(yè)。熱交換器定義熱交換器是一種專門用于兩種或多種流體之間進行熱量傳遞的設(shè)備。它廣泛應(yīng)用于各個行業(yè)，例如發(fā)電廠、化工廠和空調(diào)系統(tǒng)。類型熱交換器根據(jù)其結(jié)構(gòu)和工作原理可分為多種類型，包括管式、板式、螺旋式和列管式等。工作原理熱交換器利用傳熱原理，通過兩種流體之間的接觸，將熱量從高溫流體傳遞到低溫流體。應(yīng)用熱交換器在工業(yè)和日常生活中發(fā)揮著至關(guān)重要的作用，例如在發(fā)電廠中產(chǎn)生蒸汽，在空調(diào)系統(tǒng)中調(diào)節(jié)溫度，以及在化學工業(yè)中進行反應(yīng)。鍋爐種類鍋爐種類繁多，常用類型包括燃煤鍋爐、燃油鍋爐、燃氣鍋爐等。不同燃料的鍋爐在設(shè)計和運行參數(shù)方面存在差異。原理鍋爐通過燃燒燃料，產(chǎn)生熱量，并將熱量傳遞給水，使水加熱汽化成蒸汽。蒸汽可以用于發(fā)電、供暖、生產(chǎn)等領(lǐng)域。冷卻設(shè)備冷卻塔冷卻塔是利用空氣與水接觸進行熱交換，降低水溫的設(shè)備，廣泛應(yīng)用于空調(diào)、發(fā)電廠等。冷凝器冷凝器通過傳熱將冷媒蒸汽凝結(jié)成液體，廣泛應(yīng)用于制冷系統(tǒng)、空調(diào)系統(tǒng)等。換熱器換熱器利用熱量交換原理，將熱量從一種流體轉(zhuǎn)移到另一種流體，例如，汽車的散熱器。冷藏庫冷藏庫通過制冷系統(tǒng)，將內(nèi)部溫度降低到一定范圍，用于儲存冷藏食品、藥品等。復習建議11.重點章節(jié)仔細復習考試大綱中列出的重點章節(jié)，掌握核心概念和公式。22.練習題多做練習題，加深對知識點的理解，并熟悉考試題型。33.錯題整理整理做錯的題目，分析錯誤原因，避免再次犯錯。44.查漏補缺復習過程中，