热工基础 秦萍9-12节复习.doc

第九章小结 一、重点再现 1、傅里叶定律 傅里叶定律是导热的基本定律：在数值上，各向同性均质的导热物体中，通过某导热面的热流密度正比于该导热面上的温度梯度，即 式中“-”号表示热流方向与温度梯度的方向相反。 2、导热微分方程及定解条件概念 导热微分方程是基于能量守恒定律和导热基本定律得出的。直角坐标系下，各向同性的连续均匀介质且物性参数为已知常数时，三维、有内热源、非稳态导热微分方程的一般表达式为 具体情况可在上式基础上简化，如稳态导热，；无内热源，；最简单的导热微分方程是无内热源的一维稳态导热微分方程，即。 导热微分方程仅是对导热物体内部温度场分布规律的描述，在求解具体问题时，还必须结合反映实际导热情况特点的单值性条件，这些单值性条件即称为定解条件。 定解条件包括时间条件（常用初始条件）和空间条件（边界条件），因几何条件和物理条件已在微分方程中体现。边界条件根据给定参数的不同，又可分为第I、第II和第III类边界条件。由导热微分方程及相应的定解条件，即构成了导热问题完整的数学描述，即数学模型。 3、一维稳态导热、热阻 通过无限大平壁、无限长圆筒壁（无内热源、第一类边界条件）的一维稳态导热计算是本章的重点之一，可以利用微分方程和边界条件求解，也可以由傅立叶定律式直接积分求解。前一种方法是求解导热问题的一般方法，可用于任意导热问题的求解；而后一种方法只能求解无内热源、第一类边界条件的一维稳态导热。 热阻，是根据热量传递规律与电学中欧姆定律的类比得出的，“热流相当于电流，温差相当于电位差，热阻相当于电阻。根据电阻串、并联的原理，应用热阻网络图能够使计算多层物体及复合体的导热问题变得简单。但需要特别注意的是: 热阻网络分析只适用于无内热源、定壁温的一维稳态导热问题，对于其他一维稳态导热、非稳态导热及多维导热问题均不适用。 4、非稳态导热、集总参数法 在非稳态导热问题中，物体内的温度场不仅随空间变化，而且还是时间的函数，求解方法有集总参数法、数值解法、分析解法或诺谟图法等。集总参数法是本章非稳态导热问题的重点，使用时应注意以下几点： （1） 只有满足Bi≤0.1或BiV≤0.1M条件的非稳态导热问题，才可以用集总参数法求解； （2）一般情况下，Bi≠BiV（只有无限大平壁相等）； （3）如果用Bi作为判别条件，定型尺寸L为从绝热面到对流换热表面的垂直距离（两面换热的无限大平壁：壁厚的一半；单面换热的无限大平壁：整个壁厚；无限长圆柱体和球：半径）； （4）如果用BiV作为判别条件，定型尺寸L=V/A； （5）如果用式计算温度场，注意BiV和FoV中L=V/A 。 计算从到时刻通过物体传热表面传递的总热量Qτ 用以下公式 　 第十章小结 一、重点再现 1、对流换热的基本概念、边界层 对流换热是流动的流体与固体壁面间进行热交换的方式。由于边界层的存在，使得边界层的形成和发展过程对对流换热的影响很大：在层流边界层内，热流传递只能依靠导热；在过渡流及紊流边界层内，由于有层流底层存在，在层流底层也同样需要依靠导热传递热量，而在其他区域，热量传递主要通过热对流。由于对流换热过程中导热和对流共同起作用，因此，对流换热不是基本的传热方式，而属于复合换热。对流换热的计算公式为牛顿冷却公式 式中， A为对流换热面积，为对流换热温差，h为对流换热系数。由于对流换热面积及对流换热温差都比较容易确定，因此，研究对流换热主要是研究对流换热系数。因此，本章的研究重点集中在如何求h上。 要求了解速度边界层和热边界层的形成发展过程及其特点。 2、相似理论 相似理论是用来指导模型实验，并将模型实验结果推广应用于相似现象的基本理论。相似理论共包括三个定理： （1）相似性质：两个相似的现象，它们的同名相似准则数必定相等 （2）相似准则间的关系： （3）判别相似的条件：凡同类现象，单值性条件相似，同名的已定准则数相等，现象必定相似。 根据上述相似定理，可以指导实际的模型实验，即 （1）实验时，测量各相似准则中包含的全部物理量 （2）将实验结果整理成准则关联式 （3）将实验结果推广应用到相似的现象：在保证模型与原型现象的单值性条件相似，而且同名的已定准则相等时，就保证了模型实验与实际实验的相似性，这样在模型实验得到的准则数就可应用于实际。 3、单相流体强迫对流换热 由于对流换热的复杂性，很难理论求解，因此实验方法是研究对流换热的主要方法。通过相似理论指导下的模型实验，可以得到各种对流换热情况下的准则方程，根据准则方程式，即可求得对流换热系数。单相流体对流换热应根据流动状态选择相应的准则实验关联式，并注意使用条件以及定性温度、定型尺寸、特征速度等的规定，因为同一现象对流换热的准则方程不是唯一的。 教材例10.1就是采用了另外的管内强迫对流换热公式，以下是采用教材公式（10.17a）