期末复习基础传输原理.doc

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1、01导热、对流和热辐射的特点导热：物体内部不同温度的各个部分之间或不同温度的物体相接触时发生的热量传输现象称为导热。从微观角度看，导热依靠物质内部分子、原子和自由电子等微观粒子的热运动进行热量传输。导热是物质的固有属性，具有以下几个特点：(1)必须存在温度差；(2)物体直接接触；(3)不发生宏观相对位移；(4)依靠分子、原子和自由电子等微观粒子的热运动传输热量；(5)单纯的导热发生在固体和静止的流体内部。对流：工程中遇到的实际传热问题常常不是单纯的对流，而是流体流过与其温度不同的固体壁面时所发生的热量传输过程，这种过程称为对流换热。和单纯的对流不同，对流换热具

2、有如下特点：(1)对流是热量传输的三种基本方式之一，对流换热不是热量传输的基本方式，它是导热和对流同时存在的复杂热量传输过程；(2)流体和固体壁面之间必须具有直接接触和宏观运动，也必须有温度差存在；(3)固体壁面处会形成速度梯度很大的边界层。热辐射：物体由于自身温度引起的发射辐射能的现象称为热辐射。热辐射依靠热射线(电磁波或光子)传输热量，它是物质的固有属性，具有以下几个特点：(1)辐射能可以通过真空自由地传播而无需任何中间介质（和导热、对流完全不同）；(2)一切物体只要具有温度（高于0K），就能持续地发射出辐射能，同时也能持续地吸收来自其它物体的辐射能。因此

3、，物体间以热辐射方式进行的热量传输是双向的；(3)热辐射不仅具有能量的传输，而且具有能量形式的转换，即热能和辐射能的转换。02导热问题的边界条件a特定温度边界条件/第一类边界条件特定温度边界条件指已知物体边界上任何时刻的温度分布。对非稳态导热问题，该边界条件可以表示为：t︱w=f(τ)=式中：w——物体边界处的物理量。最简单的特定温度边界条件是物体边界上的温度为常数，该边界条件可以表示为：t︱w=tw=constantb特定热通量边界条件/第二类边界条件特定热通量边界条件指已知物体边界上任何时刻的热通量，边界条件为：-λ(t/n)︱w=qw式中：n——物体的法

4、线方向。两种特殊的特定热通量边界条件是绝热边界条件和对称边界条件。它们可以分别表示为：(t/n)︱w=0和(t/n)︱center=0式中：center——物体对称面/对称轴处的物理量。c对流边界条件/第三类边界条件对流边界条件指已知任何时刻物体周围流体的温度、物体和周围流体间的对流传热系数，该边界条件可以表示为：-λ(t/n)︱w=α(t︱w-tf)式中：tf——周围流体的温度(K)。以上三类边界条件和数学物理方程理论中的三类边界条件相对应，分别称为狄里西列特边界条件、纽曼边界条件和劳宾边界条件。在一定条件下，第三类边界条件可以转化成第一类边界条件和特殊的第

5、二类边界条件——绝热边界条件，对应的转化条件和转化结果可以表示为：t︱w-tf=constantα/λ→∞(t/n)︱w=0α→0d辐射边界条件和对流边界条件类似，辐射边界条件可以表示为：-λ(t/n)︱w=εσ0[(t︱w)4-tf4]式中：ε——周围流体的发射率。e界面边界条件不考虑接触热阻影响时，界面边界条件指界面两侧的温度和热通量同时相等。边界条件表为：tA=tB-λA(tA/n)︱w=-λB(tB/n)︱w式中：A、B——界面两侧物体A和物体B的物理量。03对流换热系数α的影响因素(1)流体流动产生的原因。根据流体流动产生的原因，对流换热可以分为强制

6、对流换热/强迫对流换热/受迫对流换热和自然对流换热/自由对流换热两大类。强制对流换热由泵、风机或者其它外部动力源的作用引起，自然对流换热通常由流体各个部分温度不同产生的密度差引起。两种流动产生的原因不同，流体中的速度场、对流换热规律和对流换热强度均不一样。一般情况下，同一种流体的强制对流换热的流体速度和对流换热系数均大于自然对流换热。例如，自然对流换热和强制对流换热时空气的对流换热系数分别为5~25kg/(s3·K)和10~100kg/(s3·K)；(2)流体有无相变。在一定条件下，流体在对流换热过程中会发生相变，例如沸腾或者凝结。流体没有相变时，对流换热中的

7、热量传输由流体显热的变化实现；有相变的换热过程中，流体相变热/潜热的释放/吸收常常起主要作用，流体的物性、流动特性和换热规律均与无相变时明显不同。一般情况下，同一种流体在有相变时的对流换热强度远大于无相变时的对流换热强度；(3)流体的流动状态。根据动量传输知识，粘性流体存在着两种不同的流态——层流和湍流。层流时流体微团沿着主流方向作有规则的分层流动，湍流时流体各部分之间发生剧烈的混合。在其它条件相同时，湍流换热的强度明显强于层流换热的强度；(4)对流换热表面的几何因素。这里的几何因素指对流换热表面的形状、尺寸、对流换热表面与流体运动方向的相对位置以及对流换热表

8、面的粗糙度等。这些几何因素都将影响流体