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传热学综合复习--第二版20141226 - 图文

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所谓灰体是针对热辐射而言的,灰体是指吸收率与波长无关的物体。在红外区段,将大多数实际物体作为灰体处理所引起的误差并不大,一般工业热辐射的温度范围大多处于2000K以下,因此其主要热辐射的波长位于红外区域。许多材料的单色吸收率在可见光范围内和红外范围内有较大的差别,如玻璃在可见光范围内几乎是透明的,但在工业热辐射范围内则几乎是不透明的,并且其光谱吸收比与波长的关系不大,可以作为灰体处理。

12.为什么说大气中的C02含量增加会导致温室效应?

答:CO2气体具有相当强的辐射和吸收能力,属于温室气体。根据气体辐射具有选择性的特点,CO2气体的吸收光带有三段:2.65-2.8、4.15-4.45、13.0-17.0μm,主要分布于红外区域。太阳辐射是短波辐射,波长范围在0.38-0.76μm,因此,对于太阳辐射CO2气体是透明的,能量可以射入大气层。而地面向空间的辐射是长波辐射,主要分布于红外区域,这部分辐射在CO2气体的吸收光带区段,CO2气体会吸收能量,是不透明的。在正常情况下,地球表面对能量的吸收和释放处于平衡状态,但如果大气中的CO2含量增加,会使大气对地面辐射的吸收能力增强,导致大气温度上升,导致所谓的温室效应。参考教材page

13.北方深秋季节的清晨,树叶叶面上常常结霜,为什么?

答:霜会结在树叶的上表面。因为清晨,上表面朝向太空,下表面朝向地面。而太空的温度低于摄氏零度,而地球表面温度一般在零度以上。由于相对树叶下表面来说,其上表面需要向太空辐射更多的能量,所以树叶下表面温度较高,而上表面温度较低且可能低于零度,因而容易结霜。

14.什么叫黑体、灰体和白体?它们分别与黑色物体、灰色物体、白色物体有什么区别?在辐射传热中,引入黑体与灰体有什么意义?

答:黑体:是指能吸收投入到其面上的所有热辐射能的物体,是一种科学假想的物体,现实生活中是不存在的。但却可以人工制造出近似的人工黑体。

灰体:单色发射率与波长无关的物体称为灰体。其发射和吸收辐射与黑体在形式上完全一样,只是减小了一个相同的比例。

根据黑体、白体、灰体的定义可以看出,这些概念都是以热辐射为前提的。灰色、黑色、白色是针对可见光而言的。

黑体、白体、灰体并不是指可见光下物体的颜色,黑体概念的提出使热辐射的吸收和发射具有了理想的参照物。

灰体概念的提出使吸收率的确定及辐射换热计算大为简化,具有重要的作用,

5

15.说明用热电偶测量高温气体温度时,产生测量误差的原因有哪些?可以采取什么措施来减小测量误差?

答:用热电偶测量高温气体时,同时存在气流对热电偶换热和热电偶向四壁的辐射散热两种传热情况,热电偶的读数即测量值小于气流的实际温度产生误差。

所以,引起误差的因素:①烟气与热电偶间的复合换热量小;②热电偶与炉膛内壁间的辐射换热量大。

减小误差的措施:①减小烟气与热电偶间的换热热阻,如抽气等;②增加热电偶与炉膛间的辐射热阻,如加遮热板;③设计出计算误差的程序或装置,进行误差补偿。 参考教材page

16.导热问题数值求解的基本步骤。 Page163

17.内节点和边界节点:外部角点、内部角点、平直边界上热平衡离散方程的建立 Page165-169

五、模型

1.平板无内热源,λ为常数,稳态导热两侧均为第一类边界条件 数学描述:

d2t?02dxx?0, t?t1x??, t?t2 dt?c1 ? t

dx

利用两个边界条件

对微分方程直接积分两次,得微分方程的通解

t t1

t2 ?c1x?c2x?0, t?t1

,c2?t1

0

δ x

6

x??, t?t2,c1?t2?t1?

将两个积分常数代入原通解,可得平壁内的温度分布如下

12

1

t?t?t?t?x如右图所示,为线性分布。

2.无内热源,λ为常数,稳态导热,一侧为第一类边界条件,另一侧为第二类或第三类边界条件。

此时导热微分方程式不变,平壁内部的温度分布仍是线性的,只是t2未知。 121

t?t?t?t

壁面上的温度t2可由边界条件确定

?xqw?12另一侧为第二类边界条件

?/?

t?t另一侧为第三类边界条件

h(t2?tf)?12 ?/?

3.无内热源,变导热系数, ? ( 1 ? ) 稳态导热,两侧均为第一类边界条件。 ? ?bt0t?t数学描述:

ddtdt (?)?0Φ???Adxdx dx

x?0, t?t1 x??, t?t2

利用边界条件最后得温度分布为抛物线形式:

7

bbt?t?b?t?t2?(t1?t12)?12?1?(t1?t2)?x 22??2?

当b>0,λ=λ0(1+bt),随着t增大,λ增大,即高温区的导热系数大于低温区。所以高温区的温度梯度dt/dx 较小,而形成上凸的温度分布。当b<0,情况相反。如图所示。

4.有均匀内热源稳态导热,λ为常数,两侧均为第一类边界条件。 数学描述:

d2t?dx2?Φ/??0 x?0, t?t1x??, t?t2

对微分方程直接积分两次,得微分方程的通解

t??Φ?2?x2?C1x?C2

利用两个边界条件

x?0, t?t1,得到c2?t1

x??, t?tΦ?2,得到c1?(t2?t1)/??2??

将两个积分常数代入原通解,可得平壁内的温度分布如下

t?t1?t2x?Φ?1?t?2?x(??x) 5.通过多层平壁的导热,两侧均为第一类边界条件。

在稳态、无内热源的情况下,通过各层的热流量相等。 热流量也等于总温差比上总热阻。

q?t1?t2t2?t3t1?t3???1/?1?2/?2?1/?1??2/?2

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