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流体力学与传热 Ⅱ 课堂笔记
• 物性：密度、热导率、粘度、表面张力；表面张力越低，对流传热系数越大
• 温差：泡态沸腾段温差越大，对流传热系数越大
• 操作压强：压强越大，饱和温度越高
• 加热面粗糙度：粗糙壁面有利于气化核心形成
• 油脂污染：被油脂污染的壁面不利于沸腾
• 水平管束沸腾
定义
表面张力：液体表面分子间相互吸引使表面趋于收缩的力。可用铂环法测量 —
—将铂环沉入液体后缓慢升起，离开液面瞬间测得的力即为表面张力。添加表
面活性剂（如沐浴露、香水中的成分）可降低表面张力。
冷凝与沸腾考点辨析
• 冷凝器排放口：下部排放口排冷凝水，上部排放口排不凝性气体
• 水平管外冷凝：外径增大，冷凝传热系数减小（外径在分母位置）
• 垂直管冷凝：随管长增加，对流传热系数先减小后增大（层流段厚度增大传热
系数减小，后湍动加剧传热系数增大） ，具体处于哪个阶段无法确定
注意
垂直管冷凝传热系数随高度先减小后增大， 题目若问” 随管长增加如何变化” 且
未指明所处阶段，应选” 无法确定”。
• 大容积沸腾控制状态：工业生产希望控制在泡态沸腾段，此时对流传热系数大、
传热强化
• 大容积沸腾传热系数大于无相变的原因 ：气泡脱离加热面时对附近液体有搅动
作用
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流体力学与传热 Ⅱ 课堂笔记
保温层临界半径
定义
临界半径：保温层外半径的临界值，计算公式为 𝑟𝑐 = 𝜆/ℎ（λ 为保温层热导率，
h 为外壁对流传热系数） 。在临界半径左侧，保温层越薄热损失越小；在临界半
径右侧，保温层越厚热损失越小。
例
外径 18mm 无缝钢管（半径 9mm） ，包热导率0.18 W/(m·℃) 的石棉，外壁对
流传热系数 h=10 W/(m²·℃)。 临界半径𝑟𝑐 = 0.18/10 = 0.018𝑚 = 18𝑚𝑚。 包
5mm 时外半径 = 9+5 = 14mm ；包 8mm 时外半径 = 9+8 = 17mm ，均小于临界
半径 18mm，处于临界半径左侧。因此保温层越薄热损失越小，包 5mm 的热损
失更小，包 8mm 的能量损失更大。
注意
题目给出的 18mm 是直径，计算临界半径时需先换算为半径 9mm。不要误以为
外径 18mm 等于临界半径 18mm 而判断保温层在临界半径右侧。
辐射传热的基本概念
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流体力学与传热 Ⅱ 课堂笔记
• 温度高于绝对零度的物体即以电磁波形式向外辐射并吸收辐射能
• 辐射能传递不需要任何介质，可在真空中进行
• 波长范围从零到无穷大，按波长排序：紫外线（约 200∼380nm） 、可见光
（400∼760nm） 、近红外（700∼1000+nm） 、远红外（至几千nm） 、微波
注意
波长小于 400nm 的辐射（如紫外线）对人体有伤害，不能直接照射。
例
室温下呈黑色的铁棒加热时颜色变为暗红或橙黄，是因为温度升高时辐射能向
短波方向移动，辐射能量与波长和温度有关——温度越高，波长越短。
辐射传热与传导、对流的区别
• 不需要介质：传导、对流均需介质，辐射可在真空中进行
• 能量形式转化：辐射不仅存在能量转移，还存在能量形式转化（可转化为热能）
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流体力学与传热 Ⅱ 课堂笔记
辐射的基本概念
• 反射率、 吸收率、 穿透率： 辐射能入射后反射、 吸收、 透过部分占总能量的比例，
三者相加等于 1
定义
• 黑体： 吸收率达到100%， 能全部吸收辐射能的物体。 绝对黑体只能接近， 如
黑漆表面、煤炭吸收率达 96%∼98%，可近似视为黑体。
• 白体（镜体）：能全部反射辐射能的物体，如磨光的铜、磨光的金，反射率
达 97%∼98%。
• 透热体：能全部透过辐射能的物体，如单原子和对称双原子构成的气体。
• 灰体： 普通材料， 吸收率+ 反射率 =100%， 能以相同吸收率部分吸收0 到无
穷大所有波长范围内的辐射能。
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流体力学与传热 Ⅱ 课堂笔记
灰体与不透热体
• 灰体：吸收率不随波长变化，且为不透热体（透过率为 0）
• 不透热体：吸收率 + 反射率 = 100%
• 多数固体和液体都是不透热体，可视为灰体
• 不含颗粒的气体不反射
注意
本部分 4 个题基本不考计算，只考概念理解。
斯蒂芬-玻尔兹曼定律（4 次方定律）
• 将某一波长下的辐射能代入全波长辐射能计算，积分后得到斯蒂芬-玻尔兹曼定
律
• 辐射能与绝对温度的 4 次方成正比，温度影响极大
• 这是本章唯一需要记住的定律，计算不需要掌握
定义
斯蒂芬-玻尔兹曼定律：物体的辐射能与绝对温度的 4 次方成正比，故又称 4 次
方定律。
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流体力学与传热 Ⅱ 课堂笔记
黑度（发射率）
• 灰体不能 100% 吸收，与黑体相比存在一个小于 1 的系数，称为黑度
• 黑度越大，吸收辐射能的能力越强
• 黑度又称发射率，指同一温度下灰体辐射能力与黑体辐射能力的比值
• 表面越光亮、颜色越浅，黑度越小，辐射散热越少
例
保温层外壳常用磨光的铝 （浅色、 光亮） ， 以减少向外辐射热量。 砖墙黑度较大，
吸收辐射能力强。
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流体力学与传热 Ⅱ 课堂笔记
柯西霍夫定律
• 表示灰体与黑体之间热量传递的关系
• 任何物体的辐射能力与吸收率的比值，恒等于同温度下黑体的辐射能
• 由该定律可推出：吸收率 = 黑度
注意
吸收率与黑度在数值上相等，但物理意义完全不同：吸收率指物体吸收辐射的
能力，黑度指物体本身辐射能力与黑体辐射能力的比值。
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流体力学与传热 Ⅱ 课堂笔记
两固体间辐射传热与几何位置
• 两固体间辐射传热与位置、表面有关
• 不考虑几何因素时，用修正量 fi 和 c1-2，不同摆放位置取值不同
• 两个非常大的平行表面（面积大、距离近） ：用c1-2 × 面积 × 温度关系计算
• 大物体包小物体（如房间与其中物体） ：fi 取值略有不同
• c1-2 与材料黑度有关，材料不同取值不同
注意
传热面积需给出基准 （外表面、 内表面或壁表面） ， 不同基准对应不同的总传热
系数。
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影响辐射传热的因素
• 温度：最大影响因素，与绝对温度 4 次方成正比
• 几何位置：计算与几何位置有关
• 表面黑度：黑度越大，辐射能越大
• 辐射表面间的介质：加隔热屏可减小辐射散热
例
顶楼加隔热板（隔热屏）可减小辐射散热。加隔热屏相当于增加热阻，热损失
减小。
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流体力学与传热 Ⅱ 课堂笔记
对流与辐射联合传热
• 对流传热与辐射传热同时存在时，将两者传热速率相加得到总损失
• 大物体包小物体时，辐射传热系数可视为 1
• 了解即可，不需深入计算
辐射传热概念题要点
• 热射线投射至物体表面，作用不包括折射
• 黑体定义：吸收率等于 1
• 黑体辐射能力与热力学温度 4 次方成正比
• 减少室外设备热损失：保温层金属皮应光滑、浅颜色
• 两灰体温度差 100℃，各升高 100℃ 后，辐射传热量与原来比值增大（因 4 次方
关系，温差增大）
注意
温度升高 100℃ 后，辐射传热量比值增大，因为辐射能与绝对温度 4 次方成正
比，温差增大导致传热量增大。
传热综合计算概述
• 间壁式换热过程：热流体对流 → 壁面热传导 → 冷流体对流，涉及三种传热方
式
• 两侧流体各有自己的对流传热速率、对流传热系数、温差和传热面积
• 三种传热方式分别遵循：傅里叶定律（传导） 、牛顿冷却定律（对流） 、4 次方定
律（辐射）
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