《传热学》考试大纲

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1 传热学 考试大纲 ( 本大纲仅供考生复习参考 ) 第一章绪论第二章稳态热传导第三章非稳态热传导第四章热传导问题的数值算法第五章对流传热的理论基础第六章单相对流传热的实验关联式第七章相变对流传热第八章热辐射基本定律和辐射特性第九章辐射换热的计算第十章传热过程分析与热换器的热计算 一 绪论 热量传递的三种基本方式, 热传导 热对流和热辐射的基本定义 基本计算公式 传热过程简单介绍以及热阻分析法 重点如下 : 1. 热量传递的基本方式及传热机理 热流计算的基本公式 2. 一维傅立叶定律的基本表达式及其中各物理量的定义 单位 3. 牛顿冷却公式的基本表达式及其中各物理量的定义 单位 4. 黑体辐射換热的四次方定律基本表达式及其中各物理量的定义 单位 5. 大空间内小面积辐射的计算 [ 公式 (1-9)] 6. 传热过程及传热系数的定义及物理意义 7. 热阻的概念, 对流热阻 导热热阻的定义及基本表达式 1

2 8. 热阻分析法的适用条件及方法 9. 接触热阻及污垢热阻的概念 影响及减小的途径 10. 对流和对流换热的区别? 辐射和辐射换热的区别? 11. 对流热换和传热过程的区别 表面传热系数 ( 对流換热系数 ) 和传热系数的区别 12. 导热系数, 表面传热系数和传热系数之间的区别 二 稳态热传导 导热基本定律 导热问题的数学描写 典型稳态导热问题的分析解 ( 包括一 维导热 肋片 具有内热源的一维导热 ) 重点如下 : 1. 矢量傅立叶定律的基本表达式及其中各物理量的定义 单位 2. 温度场 等温面 等温线的概念 3. 利用能量守恒定律和傅立叶定律推导导热微分方程的基本方法 4. 推导导热微分方程所依据的定律? 5. 使用热阻概念, 对通过单层和多层面板 圆筒的一维导热问题的计算方法 6. 导热系数为温度的线性函数时, 一维平板内温度分布曲线的形状及判断方法 7. 用能量守恒定律和傅立叶定律推导等温截面和变截面肋片的导热微分方程的基本方法 8. 肋效率和肋片总效率的定义 公式 9. 肋片能增大传热量的条件 10. 肋片内温度分布及肋片表面散热量的计算 肋端不绝热时的处理方法 11. 放置在环境空气中的有内热源物体的一维导热问题的计算方法 12. 导热问题三类边界条件的数学描述 13. 导热系数为什么和物体温度有关? 而在实际工程中为什么经常将导热系数作为常数 14. 根据给定条件, 简化笛卡尔坐标系下及圆柱坐标系下的能量守恒方程 15. 根据给定条件, 给出相应的能量守恒方程及边界条件 ( 数学描述 ) 三 非稳态热传导 2

3 非稳态导热的基本概念 集中参数法 典型非稳态导热问题的分析解 ( 包括 一维 半无限大物体 ) 重点如下 : 1. 根据给定条件, 给出相应的能量守恒方程及边界条件 ( 数学描述 ) 2. Bi 准则数 Fo 准则数的定义及物理意义 3. Bi 0 和 Bi 各代表什么样的換热条件? 4. 集总参数法的物理意义及应用条件 5. 使用集总参数法, 物理内部温度变化及換热量的计算方法 6. 时间常数的定义及物理意义 7. 非稳态导热的正规状况阶段的物理意义及数学计算上的特点 8. 非稳态导热的正规状况阶段的判断条件 9. 无限大平板和半无限大平板的物理概念 半无限大平板的概念如何应用在实际工程问题中 10. 如何用近似拟合公式法计算无限大平板非稳态导热问题 11. 半无限大平板非稳态导热的计算方法 四 导热问题的数值算法 导热问题数值求解基本步骤 边界节点离散方程的建立及代数方程求解 非 稳态导热问题的数值解法 重点如下 : 1. 节点 步长 控制容积的概念 2. 向前差分 向后差分, 中心差分的概念 3. 热平衡法推导内节点和边界节点离散方程的基本方法 4. 两个导热系数不同的物体紧紧贴在一起, 不计接触热阻, 如何推导接触面节点离散方程 5. 非稳态导热方程的显式和隐式差分格式及显式差分格式的稳定性判据 五 对流传热的理论基础 对流传热概说 对流换热问题的数学描写 边界层型对流传热问题的数学描写 流体外掠等温平板传热层流分析解及比拟理论 重点如下 : 1. 流换热时如何分类的? 影响对流换热的主要物理因素 2. 对流换热问题的数学描写中包括那些方程? 3

4 3. 自然对流和强制对流在数学方程的描述上有何本质的区别? 4. 从流体的温度场分布可以求出对流换热系数 ( 表面传热系数 ), 其物理机理和数学方法是什么? 5. 边界层和温度边界层的物理意义和数学定义 6. 流体外掠等温平板传热过程计算 7. 管外流和管内流的速度边界层有何区别? 8. 为什么温度边界层厚度取决于速度边界层的厚度? 9. 对十分长的管路, 为什么在定性上可以判断管路内层流对流换热系数是常数? 10. 如何使用边界层理论简化对流换热微分方程组? 11. 如何将边界层对流换热微分方程组转化为无量纲形式? 12. 为什么说对强制对流换热问题总可以有 Nu=f(Re,Pr) 的数学方程形式? 13. 什么是特性长度和定性温度? 选取特性长度的原则是什么? 14. 对管内流和管外流,Re 准则数中的特性长度的取法是不一样的 说明其物理原因 15. 当量水利直径的定义和计算方法 16. 湍流动量扩散率, 湍流热扩散率, 湍流普朗特数是如何定义的? 他们是物性么? 17. 什么是雷诺比拟? 它怎样推导出摩擦系数和对流换热系数间的比拟关系式? 六 单相对流传热的实验关联式 相似原理与量纲分析 相似原理的应用 内部强制对流传热和自然对流传热 的实验关联式 重点如下 : 1. 什么是相似原理? 判断物理相似的条件? 相似原理在工程中有什么作用? 2. 比拟和相似之间有什么联系和区别? 3. 使用相似分析法推导准则关系式的基本方法 4. 使用 π 定理推导准则关系式的基本方法 5. Nu,Re,Pr,Gr 准则数的物理意义 6. 在有壁面换热条件时, 管内流体速度分布的变化特点 7. 管内强制对流换热系数及换热量的计算方法 如何确定特性长度和定性 4

5 温度? 8. 流体横琼单管和管束时对流换热的计算方法 9. 竖壁附近自然对流的温度分布, 速度分布的特点? 换热系数的特点? 10. 大空间自然对流换热的计算方法 如何确定横管和竖管的特性长度? 11. 如何区分自然对流是属于大空间自然对流还是受限空间自然对流? 12. 如何计算物体表面自然对流和辐射换热同时需要考虑的换热问题? 13. 如何使用实验数据整理对流换热准则数实验方程式? 14. 对自然对流换热, 自模化的物理意义及工程应用意义 七 相变对流传热 凝结模式 膜状凝结分析解及计算关联式 膜状凝结的影响因素及强化措施 沸腾传热模式 大容器沸腾传热的实验关联式介绍 沸腾传热的影响因素及强化 措施 重点如下 : 1. 膜态凝结和珠状凝结的概念 2. 纯净饱和蒸汽层流膜状凝结换热分析解的基本推导方法 在这个推导方法中最基本的假设是什么? 3. 对于单根管子, 有哪些因素影响层流膜状凝结换热? 它们起什么作用? 4. 对于实际凝结换热器, 有哪些方法可以提高膜状凝结换热系数? 5. 池内饱和沸腾曲线可以分成几个区域? 有哪些特性点? 各个区域在换热原理上有何特点? 6. 汽化核心的概念 沸腾汽泡产生的物理条件 7. 画出水的池内饱和沸腾曲线 掌握特性点的基本数值范围 8. 什么是临界热流密度? 什么是烧毁点? 如果是定壁温加热条件, 还会有烧毁现象出现吗? 9. 为什么对于不同的表面粗糙度, 核态沸腾换热系数有很大的不同? 10. 哪些因素影响核态沸腾换热? 11. 沸腾换热的基本计算方法? 八 热辐射基本定律和辐射特性 5

6 热辐射现象的基本概念和特点 ; 黑体 热辐射能量表示方式 黑体辐射三大 定律及韦恩位移定律 黑体辐射函数 立体角及其计算 黑度 实际物体 定向 辐射强度 光谱辐射强度 漫射体 灰表面 光谱吸收比 选择性吸收 基尔霍 夫定律 温室效应 太阳与环境辐射 重点如下 : 1. 什么是黑体 灰体? 实际物体在什么样的条件下可以看成是灰体? 2. 光谱辐射力 辐射力和定向辐射强度的物理意义 它们之间有什么关系? 3. 物体的发射率 吸收率 反射率 穿透率是怎样定义的? 发射率和反射率有何不同? 4. 工业上有实际意义的热辐射波长范围 近红外 远红外辐射的概念 5. 漫射表面的概念 6. 物体的发射率取决于物体本身, 而不涉及外部条件 因此, 发射率可看成是物性 但是吸收率与外界条件有关 为什么对于灰体, 吸收率可看成是物性并等于发射率? 7. 维恩位移定律的表达式 试考虑一下它在自然科学及工程应用中的应用 8. 黑体辐射基本定律的物理意义及计算应用 9. 基尔霍夫定律及其三个层次表述 10. 什么是温室效应? 从传热学的角度做出评述 举出一些实际例子 九 辐射换热的计算 角系数的定义和性质以及计算 固体表面间辐射传热的计算 热网络法 表面辐射热阻 空间辐射热阻 投入辐射 有效辐射 重辐射面, 综合传热分析 重点如下 : 1. 角系数的定义及性质 2. 表面间角系数的代数分析计算方法 3. 多层无限大灰体平板间的辐射换热计算方法 4. 有效辐射和投入辐射的概念及如何应用在灰体辐射计算中 5. 一个灰体和大空间之间辐射换热和对流换热同时被考虑时的计算方法 6. 表面辐射热阻和空间辐射热阻的定义及表达式 7. 重辐射面的概念 8. 网络法求解封闭系统内表面间辐射换热 9. 辐射换热的强化和削弱方法 10. 气体辐射有什么特点? 6

7 十 传热过程分析与换热器的热计算 综合传热过程及其分析 表面总传热系数的计算 临界绝缘直径 换热器的定义和类型介绍 对数平均温差 传热基本方程式和热平衡方程式 换热器的设计计算和校核计算 效能 传热单元数 污垢热阻 热量传递过程的控制 ( 强化和削弱 ) 重点如下: 1 通过平板与圆管的传热系数的计算方法 2 肋化系数和肋面总效率的定义, 肋效率 肋化系数和肋面总效率之间的区别 3 已知肋化系数后, 通过肋面的传热系数的计算方法 4 临界热绝缘直径的物理意义及计算方法 5 换热器有哪些主要形式? 6 换热器的对数平均温差计算方法 7 换热器热计算的基本方法 8 什么是换热器的效能和传热单元数 9 在换热器热计算中, 平均温差法和传热单元法各有什么特点? 10 什么是污垢热阻? 工程实际中怎样减少污垢热阻? 举例 11 强化传热的原则是什么? 12 什么是有源强化换热( 主动式强化换热 ) 和无源强化换热 ( 被动式强化换热 )? 7

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