《传热学》复习指要2008版.doc

《传热学》复习指要 东北大学 王承阳  前 言 本《指要》的读者定位为准备复习报考东北大学工程热物理学科、热能工程学科和制冷及低温工程学科硕士学位研究生的人员，曾在考研辅导班上使用，但并不等于完整的复习材料。作者从未且今后也不会参与《传热学》出题，但曾经多次进行过东北大学相关专业教学计划制订和课程教学工作，比较了解东北大学的学科特点和教学要求。 本《指要》的依据教材为杨世铭的《传热学（第三版）》[1]和《传热学（第四版）》[2]，并参考了王秋旺编《传热学重点难点及典型题精解》[3]。前一本书是国内各个高校普遍使用的、公认的优秀教材，也是东北大学工程热物理、热能工程和制冷及低温工程学科攻读硕士学位研究生入学考试专业课指定教材。后书是以前书做为依据编写而成的，而且后书的作者是前书第二作者、教育部工科热工课程教学指导委员会主任、西安交通大学陶文铨教授的亲传弟子，并参与过前书的工作。 本书无意于作为完整的传热学辅导教材，这一点文献[3]已经做得很好。因此本书内容并未覆盖全部传热学知识，而是仅仅拣选那些作者认为在进行研究生入学考试时必须掌握的知识点进行一些不算完整的说明（由于仅是作者个人观点，所以不代表出题范围，实际试题完全有可能超出本书内容），试图对学生理解知识有所帮助。本书也可供大学生在进行《传热学》课程学习时参考。书中例题包括了1999年~2006年东北大学攻读硕士学位研究生入学考试的全部传热学试题和其它一些题目。作者假定读者手中均有文献[1]或[2]，故书中引用文献[1]或[2]的部分大都仅指出其在该书中的位置，而不全文照抄。 作者建议读者自己将作为例题而分散在书中各处的硕士生入学考试试题汇集起来，以窥每套试题之全豹。好记性不如烂笔头，读者自己动笔可留下深刻的印象，达到良好的复习效果。  目 录 第一章 绪论 1 一．热量传递的三种基本方式 1 二．传热过程和传热系数 4 第二章 热传导 5 一．导热基本定律——傅立叶定律 5 二．导热微分方程式和定解条件 6 三．通过肋片的导热 13 四．非稳态导热 19 五．导热问题的数值解法 25 第三章 热对流与对流换热 37 一．对流换热理论 37 二．相似理论与量纲分析 43 三．对流换热实验关联式 52 四．凝结与沸腾换热 61 第四章 热辐射与辐射换热 64 一．热辐射的概念 64 二．热辐射的基本定律 66 三．辐射换热的计算 74 第五章 综合传热 88 一．传热过程分析与计算 88 二．换热器 95 三．传热过程的其他知识 99 四．需要说明的几个问题 100 主要参考文献 101  第一章 绪论 关于传热学的概念 了解传热学的定义，传热现象的普遍性和传热学知识的应用领域。 什么是稳态过程？什么是非稳态过程？ 凡是物体中各点温度不随时间而改变的热传递过程均称为稳态热传递过程，反之则称为非稳态热传递过程。 掌握连续体假设。为了采用高等数学的方法研究热传递过程，需假定传热物体是连续体（或连续介质）。即认为所研究的对象各点上的温度、密度、速度等都是空间坐标的连续函数。实际上，只要被研究物体的几何尺寸远大于分子的平均自由行程，连续体假定即可满足。 【2003二】（8分）一般地，传热学假定所研究的对象是一个连续体，即认为所研究的物体内各点上的温度、密度、速度等是空间坐标的连续函数。那么，连续体假定成立的条件是什么？试举个连续体条件不成立的传热问题（此时普通传热理论已经不合适了）的例子。 答：实际上，只要被研究物体的几何尺寸远大于其分子的平均自由程，则连续体（介质）的假定都是满意的。而在纳米研究领域，被研究对象的几何尺寸已经与分子自由程相当，连续体（介质）假定不再有效。稀薄气体（高度真空状态下）的分子自由程可以达到宏观尺度，因此连续体（介质）假定也不再有效。 一．热量传递的三种基本方式 热量传递有三种基本方式：热传导、热对流和热辐射。 1．导热 热传导：物体各个部分之间不发生相对位移时，依靠分子、原子以及自由电子等微观粒子的热运动而产生的热量传递，也称为导热。 导热存在于物体内部（包括固体内部、液体内部和气体内部）和物体与物体之间（两个物体可以是固-固、气-固、液-固、液-液、气-液等组合，但气-气不大可能）。 简单了解导热的微观机理。需要指出的是关于气体我们有分子动理论，关于固体我们有固体物理，而关于液体现在尚没有非常成熟的专门的理论，未来可能是物理学研究的一个新的制高点。 傅立叶定律是描述导热过程热量传递规律的数学方程，对于如图1-1所示的一维稳态导热，有 W (1-1) 式中，(为比例系数，称为热导率，又称为导热系数。负号表示热量传递的方向与温度升高（温度梯度）的方向相反。 【2000一（1）】（5