高等传热复习题1.docVIP

高等传热导热部分复习题 1 有一三维各向异性固体，已知在x = 0边界为已知的第三类边界条件，试用导热系数分量和其它相关量表达这个边界的换热条件。 2 一维半无限大物体，初始温度均匀为ti，当时间( ( 0时，内部有一均匀恒定内热源，强度为P W/m3，同时左边界维持温度tw不变。假定温度函数为二次多项式，试用积分近似法求出( ( 0后物体内部的温度场。物体的密度、比热和导热系数分别为(, cp, 和(。 3 厚度为L的大金属平板，热扩散率a为常数，初始温度为ti，过程开始后通有恒定电流，单位体积的发热量为qv，平板两侧分别和温度为tf1和tf2的流体进行换热，表面传热系数均为h。试用分析法求过程开始后平板的温度分布。 4. 图示为固体熔化过程。固体初始温度ti等于相变温度为tp，在( = 0时刻，x = 0的表面温度突然升高到tw并保持不变。试用积分析法求解液体中的温度分布。 第4题图 第5题图 5. 图示双容系统：一个导热系数很大的薄壁容器，其中装满温度能均匀一致(强力搅拌)的液体。系统的初温为ti， (0时被置于温度为tf的环境中，求容器和液体的温度相应。 高等传热对流部分复习题对流 边界层的基本控制方程，量级分析和简化； 二维稳定恒特性流动的连续方程为 在x和y方向的动量方程表达式为 边界层能量方程式和粘性耗散函数的表达式 定义以下无量纲量： 经过整理和精简，得到下列无量纲的动量方程式： 经过量纲分析，化简得 。 2、微尺度下自然对流的特点，依据力和物理本质来探讨； 从上面的比较我们可以看出小尺寸物体自然对流换热具有以下的特点: ①换热的强化性 这种强化性表现在由于边缘效应和前缘效应，以及基板导热的影响，使得小尺寸物体的换热系数明显地大于大平板自然对流换热的估计值. ②简单性 这种简单性表现在竖直细丝或竖直条自然对流换热系数沿高度几乎不变化.还表现在等温条件下，如果小尺寸物体的某一尺寸很小，当这一尺寸改变时，它的自然对流总换热量不变。 1) 在方腔自然对流问题中, 随着尺度的减小,相对于惯性力来说, 粘性力的重要性越来越大。当106 R a 108 时, 粘性力与惯性力大致在同一个量级; 当103 R a 106 时, 粘性力比惯性力大1～ 2个量级; 而当R a 103 时, 粘性力相对于惯性力占绝对优势。 2) 随着尺度减小, 方腔自然对流中惯性力与粘性力相对重要性的变化导致其中流动和换热状况的变化。当R a 106 时, 沿两等温壁存在明显的速度边界层和温度边界层, 传热规律为N u = 0. 094R a0. 33;当103 R a 106 时, 沿两等温壁无速度边界层和温度边界层, 传热规律为N u= 0. 14R a0. 30; 当R a 103时, 导热是主要的热传递形式。 3、流动和换热在电子器件散热、LED热管理等领域的应用及其特点； 随着电力电子元器件工作参数和集成度不断提高，其单位发热量急剧增加，如目前二极管的额定值电压为2500伏，电流为1600安，而晶闸管参数已发展到超过2500伏和1000安，其热流密度或所要求的散热量常常达到50W/cm2，有时甚至高达200w/cm2。传统的采用单相流体强制风冷的散热器在散热量、体积、重量等诸多方面已不能满足要求 件的热设计进行优化，有以下几种散热方案：自然对流进行冷却；强迫送风冷却；强迫送风冷却； 　LED热学设计 由于输入电能的80 %～90 %转变成为热量,只有大约10 %～20 %转化为光能,且L ED 芯片面积小,因此,芯片散热是L ED 封装必须解决的关键问题。好的散热系统,可以在同等输入功率下得到较低的工作温度,延长LED 的使用寿命;或在同样的温度限制范围内,增加输入功率或芯片密度,从而增加LED 灯的亮度。结温是衡量LED 封装散热性能的一个重要技术指标,由于散热不良导致的pn结温度升高,将严重影响到发光波长、光强、光效和使用寿命。LED 封装散热设计的重点在于芯片布置、材料选择(键合材料、基板材料) 与工艺、热沉设计等。 对于小功率LED (如普通的5 mm L ED ,其功率仅为0. 065 W) ,发热问题并不严重,即使热阻较高(一般高于100 ℃/ W) ,采用普通的封装结构即可。而半导体照明用的高亮度白光L ED ,一般采用大功率L ED 芯片,其输入功率为1 W 或更高,芯片面积约为1 mm ×1 mm ,因此热流密度高达100 W/cm2 以上。此外,对于大功率L ED 封装,为提高光通量,一般采用阵列模块方式。由于发光芯片的高密度集成,散热基板上的温度很高,必须采用热导率较高的基板材料和