第一篇：傳熱學2章穩(wěn)態(tài)導熱總結(jié)問答題及答案

一、名詞解釋

穩(wěn)態(tài)溫度場：物體內(nèi)各點溫度不隨時間變化的溫度場。

等溫面 ：溫度場中同一瞬間溫度相同點組成的面。

熱擴散率（或?qū)叵禂?shù)）：表征物體內(nèi)部溫度趨于一致的能力，為????c

肋效率：肋片的實際散熱量與假設(shè)整個肋片表面處于肋基溫度下的散熱量之比。

二、解答題和分析題

1．寫出傅里葉定律的一般形式的數(shù)學表達式，并說明其中各個符號的意義。?t??答：傅里葉的一般表達式為：q???gradt???n。?n

其中：q是熱流密度矢量；λ為導熱系數(shù)，它表示物質(zhì)導熱本領(lǐng)的大??；gradt是空間某點的溫度梯度；n是通過該點的等溫線上的法向單位矢量，指向溫度升高的方向，“-”號表示熱量沿溫度降低的方向傳遞。

2、寫出傅里葉定律的文字表達式。

答：在導熱中，單位時間內(nèi)通過給定截面面積的導熱量，正比于垂直該截面方向上的溫度變化率和截面面積，而熱量傳遞的方向則與溫度升高的方向相反。

3、等溫面與等溫線的特點，不同溫度的等溫面(線)能相交不？

答：1)溫度不同的等溫面或等溫線彼此不能相交；

2)在連續(xù)的溫度場中，等溫面或等溫線不會中斷，它們或者是物體中完全封閉的曲面（曲線），或者就終止與物體的邊界上；

3）物體的溫度場通常用等溫面或等溫線表示，若每條等溫線間的溫度間隔相等時，等溫線越密反映出該區(qū)域?qū)釤崃髅芏鹊脑酱蟆?/p>

不同溫度的等溫面(線)不能相交

4．得出導熱微分方程所依據(jù)的是什么基本定律?

答：傅里葉定律和能量守恒定律。

5．解釋材料的導熱系數(shù)λ和導溫系數(shù)α之間的區(qū)別和聯(lián)系?（或熱擴散率α的定義及物理意義。）

答：從表達式看，導溫系數(shù)a??/?c與導熱系數(shù)成正比關(guān)系，但導溫系數(shù)不但與材料的導熱系數(shù)有關(guān)，還與材料的熱容量(或儲熱能力)也有關(guān)；從物理意義看，導熱系數(shù)表征材料導熱能力的強弱，導溫系數(shù)表征材料傳播溫度變化的能力的大小，兩者都是物性參數(shù)。

6．將一根鐵棒一端置于火爐中，另一端很快燙手，而在冬天將手置于溫度相同的鐵板或木板上時，鐵板感覺更冰涼一些，用傳熱學的知識解釋這些原因。答：一根鐵棒一端置于火爐中，另一端很快燙手，這是由于鐵棒的熱擴散率?較大的原因，而在冬天將手置于溫度相同的鐵板或木板上時，鐵板感覺?c更冰涼一些，則是由于鐵板的吸熱系數(shù)c較木板的大的緣故。??

7．寫出穩(wěn)態(tài)導熱問題3種類型的邊界條件。

答： 第一類邊界條件：已知物體邊界上的溫度值；第二類邊界條件：已知物體邊界上的熱流密度值；第三類邊界條件：已知物體邊界與周圍流體間的對流換熱換熱系數(shù)h和周圍流體的溫度。

8、通過大平壁、圓筒壁的穩(wěn)態(tài)導熱，二者的溫度分布規(guī)律分別是什么？ 答：大平壁內(nèi)的溫度分布為直線；圓筒壁內(nèi)的溫度分布為對數(shù)曲線。

9、常物性、直角坐標系下、有內(nèi)熱源的三維非穩(wěn)態(tài)導熱微分方程的表達式? ?t?2t?2t?2t? 答：?c??(2?2?2)?????x?y?z10、在寒冷的北方地區(qū)，建房用磚采用實心磚還是多孔的空心磚好？為什么？ 答：用多孔空心磚好。

原因：為了提高建筑節(jié)能的效果，必須盡量減少磚墻的散熱損失。在其他條件相同時，實心磚的熱量傳遞只是磚的導熱。而多孔空心磚中充滿著不動的空氣，其導熱包括磚的導熱和空氣的導熱，空氣在純導熱時，其導熱系數(shù)很低，是很好的絕熱材料，是提高磚墻導熱阻力的有效方法。

第二篇：生活中的傳熱學 (問答題整理答案)

碩士研究生《高等工程熱力學與傳熱學》作業(yè) 查閱相關(guān)資料,回答以下問題：

1、一滴水滴到120度和400度的板上，哪個先干？試從傳熱學的角度分析？

答：在大氣壓下發(fā)生沸騰換熱時,上述兩滴水的過熱度分別是△t=tw–ts=20℃和△t=300℃,由大容器飽和沸騰曲線,前者表面發(fā)生的是泡態(tài)沸騰,后者發(fā)生膜態(tài)沸騰。雖然前者傳熱溫差小,但其表面?zhèn)鳠嵯禂?shù)大,從而表面熱流反而大于后者。所以水滴滴在120℃的鐵板上先被燒干。

2、鍋鏟、湯勺、漏勺、鋁鍋等炊具的柄用木料制成，為什么？ 答：是因為木料是熱的不良導體,以便在烹任過程中不燙手。

3、滾燙的砂鍋放在濕地上易破裂。為什么？

答：這是因為砂鍋是熱的不良導體, 如果把燒得滾熱的砂鍋,突然放到潮濕或冷的地方,砂鍋外壁的熱就很快地被傳掉，而內(nèi)壁的熱又一下子傳不出來，外壁冷卻很快的收縮，內(nèi)壁卻還很熱，沒什么收縮，加以陶瓷特別脆，所以往往裂開。

或者：燙砂鍋放在濕地上時,砂鍋外壁迅速放熱收縮而內(nèi)壁溫度降低慢,砂鍋內(nèi)外收縮不均勻,故易破裂。

4、往保溫瓶灌開水時，不灌滿能更好地保溫。為什么？

答：因為未灌滿時,瓶口有一層空氣,是熱的不良導體,能更好地防止熱量散失。

5、煮熟后滾燙的雞蛋放入冷水中浸一會兒，容易剝殼。為什么？ 答：因為滾燙的雞蛋殼與蛋白遇冷會收縮,但它們收縮的程度不一樣,從而使兩者脫離。

6、用焊錫的鐵壺燒水，壺燒不壞，若不裝水，把它放在火上一會兒就燒壞了。為什么？

答：這是因為水的沸點在1標準大氣壓下是100℃,錫的熔點是232℃,裝水燒時,只要水不干,壺的溫度不會明顯超過100℃,達不到錫的熔點,更達不到鐵的熔點,故壺燒不壞.若不裝水在火上燒,不一會兒壺的溫度就會達到錫的熔點,焊錫熔化,壺就燒壞了。

7、冬天水壺里的水燒開后，在離壺嘴一定距離才能看見“白氣”，而緊靠壺嘴的地方看不見“白氣”。這是因為緊靠壺嘴的地方溫度高，壺嘴出來的水蒸氣不能液化，而距壺嘴一定距離的地方溫度低；壺嘴出來的水蒸氣放熱液化成小水滴，即“白氣”。

答：這是因為緊靠壺嘴的地方溫度高,壺嘴出來的水蒸氣不能液化,而距壺嘴一定距離的地方溫度低；壺嘴出來的水蒸氣放熱液化成小水滴,即“白氣”。

8、某些表演者赤腳踩過熾熱的木炭，從傳熱學角度解釋為何不會燙傷？不會燙傷的基本條件是什么？

答：因為熱量的傳遞和溫度的升高需要一個過程，而表演者赤腳接觸熾熱木炭的時間極短，因此在這個極短的時間內(nèi)傳遞的溫度有限，不足以達到令人燙傷的溫度，所以不會燙傷。

基本條件：表演者接觸熾熱木炭的時間必須極短，以至于在這段時間內(nèi)所傳遞的熱量不至于達到灼傷人的溫度

9、我們許多人都喜歡在冬天有暖暖陽光時曬被子，我們都會深有體會，冬天經(jīng)過在白天太陽底下曬過的棉被，晚上蓋起來會覺得很暖和，并且經(jīng)過拍打以后，效果更加明顯。為什么？

答：棉被經(jīng)過晾曬以后，可使棉花的空隙里進入更多的空氣。而空氣在狹小的棉絮空間里的熱量傳遞方式主要是導熱，由于空氣的導熱系數(shù)較小，具有良好的保溫性能。而經(jīng)過拍打的棉被可以讓更多的空氣進入，因而效果更明顯。

10、冬天，在相同的室外溫度條件下，為什么有風比無風時感到更冷些？

答：假定人體表面溫度相同時，人體的散熱在有風時相當于強制對流換熱，而在無風時屬自然對流換熱（不考慮熱輻射或假定輻射換熱量相同時）。而空氣的強制對流換熱強度要比自然對流強烈。因而在有風時從人體帶走的熱量更多，所以感到更冷一些。

11、在冬季的晴天，白天和晚上空氣溫度相同，但白天感覺暖和，晚上卻感覺冷。為什么？

答：白天和晚上人體向空氣傳遞的熱量相同，且均要向溫度很低的太空輻射熱量。但白天和晚上的差別在于：白天可以吸收來自太陽的輻射能量，而晚上卻不能。因而晚上感覺會更冷一些。

12、夏季在維持20℃室內(nèi)工作，穿單衣感到舒適，而冬季保持在22℃的室內(nèi)工作時，為什么必須穿絨衣才覺得舒服？

答：首先，冬季和夏季的最大區(qū)別是室外溫度不同。夏季室外溫度比室內(nèi)溫度高，因此通過墻壁的熱量傳遞方向是由室外傳向室內(nèi)。而冬季室外氣溫比室內(nèi)氣溫低，通過墻壁的熱量傳遞方向是由室內(nèi)傳向室

外。因此冬季和夏季墻壁內(nèi)表面溫度不同，夏季高而冬季低。盡管冬季室內(nèi)溫度22℃比夏季略高20℃，但人體在冬季通過輻射與墻壁的散熱比夏季高很多。根據(jù)上題人體對冷暖的感受主要是散熱量的原理，在冬季散熱量大，因此要穿厚一些的絨衣。

13、我們國家北方深秋季節(jié)的清晨，樹葉葉面上常常結(jié)霜，、為什么霜會結(jié)在樹葉上表面？

答：這是因為清晨，上表面朝向太空，下表面朝向地面。而太空表面的溫度低于攝氏零度，而地球表面溫度一般在零度以上。由于相對樹葉下表面來說，其上表面需要向太空輻射更多的能量，所以樹葉下表面溫度較高，而上表面溫度較低且可能低于零度，因而容易結(jié)霜。

14、窗玻璃對紅外線幾乎不透明，但是隔著玻璃依然會被太陽曬到的發(fā)熱？為什么？

答：雖說窗玻璃對紅外線不透明，但對可見光卻是透明的，因而隔著玻璃曬太陽，太陽光可以穿過玻璃進入室內(nèi)，而室內(nèi)物體發(fā)出的紅外線卻被阻隔在窗內(nèi)，因而房間內(nèi)溫度越來越高，因而感到暖和。

15、在寒冷的北方地區(qū)，現(xiàn)在建房越來越多的人開始采用多孔的空心磚。為什么？

答：在其他條件相同時，實心磚材料如紅磚的導熱系數(shù)約為0.5W/（m〃K）（35℃），而多孔空心磚中充滿著不動的空氣，空氣在純導熱（即忽略自然對流）時其導熱系數(shù)很低，是很好的絕熱材料。

16、冬天，在相同的室外溫度條件下，為什么騎摩托車比步行感覺更冷？

答：強制對流換熱強度與流體壁面之間的相對速度有關(guān)，相對速度越大，對流換熱越強。與步行相比，騎摩托車時相對速度較大，對流換熱強度大，因此人體會散失較多的熱量從而感到更冷些。皮手套和護膝，由于導熱系數(shù)小且有一定厚度，增加了一層較大的導熱熱阻，使總傳熱熱阻增大，從而可降低散熱量，從而起到保護作用。

17、綠色住宅的一種節(jié)能方式（夏天少用空調(diào)冬天多用暖氣）就是在其房屋前栽種幾棵大型落葉喬木，嘗試從傳熱學角度說明大樹的作用。

答：夏天室內(nèi)熱負荷主要來自太陽輻射，如房屋前栽種幾棵大樹，枝葉繁茂會遮擋陽光，使房屋處于樹蔭下，可以涼快些，從而減少使用空調(diào)。到了冬天，樹葉落光，太陽光線可直射到房屋上，因而又可推遲使用暖氣時間或少用暖氣。這樣便可達到節(jié)能的目的。

18、滾熱的食物盛在砂鍋里比在鋁鍋里不容易冷,為什么？ 答：這是由于陶瓷的砂鍋比金屬的鋁鍋傳熱慢,鍋壁又比較厚,熱不容易傳出來。

19、冬天時，用手摸72度的鐵和600度的木材感覺一樣嗎，為什么？請用傳熱學的知識解釋

答：一樣，因為人手感覺到的冷暖實質(zhì)是熱量傳遞的快慢，而鐵的導溫系數(shù)遠遠大于木頭的導溫系數(shù)。不同的溫差和不同的導熱系數(shù)產(chǎn)生相同的熱流密度,故導熱效果相同。冬天，經(jīng)過在白天太陽底下曬過的棉被，晚上蓋起來為什么感到很暖和？并且經(jīng)過拍打以后，為什么效果更加明顯？

答：棉被經(jīng)過晾曬以后，可使棉花的空隙里進入更多的空氣。而空氣

在狹小的棉絮空間里的熱量傳遞方式主要是導熱，由于空氣的導熱系數(shù)較小，具有良好的保溫性能。而經(jīng)過拍打的棉被可以讓更多的空氣進入，因而效果更明顯。冬天，在相同的室外溫度條件下，為什么有風比無風時感到更冷些？

答：假定人體表面溫度相同時，人體的散熱在有風時相當于強制對流換熱，而在無風時屬自然對流換熱（不考慮熱輻射或假定輻射換熱量相同時）。而空氣的強制對流換熱強度要比自然對流強烈。因而在有風時從人體帶走的熱量更多，所以感到更冷一些。夏季在維持20℃室內(nèi)工作，穿單衣感到舒適，而冬季保持在22℃的室內(nèi)工作時，為什么必須穿絨衣才覺得舒服？

答：首先，冬季和夏季的最大區(qū)別是室外溫度不同。夏季室外溫度比室內(nèi)溫度高，因此通過墻壁的熱量傳遞方向是由室外傳向室內(nèi)。而冬季室外氣溫比室內(nèi)氣溫低，通過墻壁的熱量傳遞方向是由室內(nèi)傳向室外。因此冬季和夏季墻壁內(nèi)表面溫度不同，夏季高而冬季低。因此，盡管冬季室內(nèi)溫度22℃比夏季略高20℃，但人體在冬季通過輻射與墻壁的散熱比夏季高很多。根據(jù)上題人體對冷暖的感受主要是散熱量的原理，在冬季散熱量大，因此要穿厚一些的絨衣。利用同一冰箱儲存相同的物質(zhì)時，試問結(jié)霜的冰箱耗電量大還是未結(jié)霜的冰箱耗電量大？

答：當其它條件相同時，冰箱的結(jié)霜相當于在冰箱蒸發(fā)器和冰箱冷凍室（或冷藏室）之間增加了一個附加熱阻，因此，要達到相同的制冷室溫度，必然要求蒸發(fā)器處于更低的溫度。所以，結(jié)霜的冰箱耗電量更大。有人將一碗熱稀飯置于一盆涼水中進行冷卻。為使稀飯涼得更快一些，你認為他應(yīng)該攪拌碗中的稀飯還是盆中的涼水？為什么？ 答：從稀飯到?jīng)鏊且粋€傳熱過程。顯然，稀飯和水的換熱在不攪動時屬自然對流。而稀飯的換熱比水要差。因此要強化傳熱增加散熱量，應(yīng)該用攪拌的方式強化稀飯側(cè)的傳熱。在寒冷的北方地區(qū)，建房用磚采用實心磚還是多孔的空心磚好？為什么？

答：在其他條件相同時，實心磚材料如紅磚的導熱系數(shù)約為0.5W/（m〃K）（35℃），而多孔空心磚中充滿著不動的空氣，空氣在純導熱（即忽略自然對流）時其導熱系數(shù)很低，是很好的絕熱材料。因而用多孔空心磚好。電影《泰坦尼克號》里，男主人公杰克在海水里被凍死而女主人公羅絲卻因躺在筏上而幸存下來。試從傳熱學的觀點解釋這一現(xiàn)象。答：杰克在海水里其身體與海水間由于自然對流交換熱量，而羅絲在筏上其身體與空氣之間產(chǎn)生自然對流。在其他條件相同時，水的自然對流強度要遠大于空氣，因此杰克身體由于自然對流散失能量的速度比羅絲快得多。因此杰克被凍死而羅絲卻幸免于難。27 人造地球在衛(wèi)星在返回地球表面時為何容易被燒毀？

答：衛(wèi)星在太空中正常運行時，其表面的熱量傳遞方式主要依靠與太空及太陽等星體的輻射。而在衛(wèi)星返回地面的過程中，由于與大氣層之間的摩擦，產(chǎn)生大量的熱量，無法及時散失，因而易被燒毀。28 北方深秋季節(jié)的清晨，樹葉葉面上常常結(jié)霜，試問樹葉上、下表面的哪一面結(jié)霜？為什么？

答：霜會結(jié)在樹葉上的表面。因為清晨，上表面朝向太空，下表面朝向地面。而太空表面的溫度低于攝氏零度，而地球表面溫度一般在零度以上。由于相對樹葉下表面來說，其上表面需要向太空輻射更多的能量，所以樹葉下表面溫度較高，而上表面溫度較低且可能低于零度，因而容易結(jié)霜。窗玻璃對紅外線幾乎不透明，但為什么隔著玻璃曬太陽卻使人感到暖和？

答：窗玻璃對紅外線不透明，但對可見光卻是透明的，因而隔著玻璃曬太陽，太陽光可以穿過玻璃進入室內(nèi)，而室內(nèi)物體發(fā)出的紅外線卻被阻隔在窗內(nèi)，因而房間內(nèi)溫度越來越高，因而感到暖和。30 在太陽系中地球和火星距太陽的距離相差不大，但為什么火星表面溫度晝夜變化卻比地球要大得多？

答：由于火星附近沒有大氣層，因而在白天，太陽輻射時火星表現(xiàn)溫度很高，而在夜間，沒有大氣層的火星與溫度接近于絕對零度的太空進行輻射換熱，因而表面溫度很低。而地球附近由于大氣層（主要成份是CO2和水蒸氣）的輻射作用，夜間天空溫度比太空高，白天大氣層又會吸收一部分來自太陽的輻射能量，因而晝夜溫差較小。31 在冬季的晴天，白天和晚上空氣溫度相同，但白天感覺暖和，晚上卻感覺冷。試解釋這種現(xiàn)象。

答：白天和晚上人體向空氣傳遞的熱量相同，且均要向溫度很低的太空輻射熱量。但白天和晚上的差別在于：白天可以吸收來自太陽的輻射能量，而晚上卻不能。因而晚上感覺會更冷一些。32 住新房和舊房的感覺一樣嗎？

答：不一樣，由于水的導熱系數(shù)遠遠大于空氣,而新房墻壁含水較多,所以住新房感覺冷。

第三篇：穩(wěn)態(tài)法導熱系數(shù)測定實驗

穩(wěn)態(tài)法導熱系數(shù)測定實驗

一、實驗?zāi)康?/p>

1、通過實驗使學生加深對傅立葉導熱定律的認識。

2、通過實驗，掌握在穩(wěn)定熱流情況下利用穩(wěn)態(tài)平板法測定材料導熱系數(shù)的方法。

3、確定材料的導熱系數(shù)與溫度之間的依變關(guān)系。

4、學習用溫差熱電偶測量溫度的方法。

5、學習熱工儀表的使用方法

二、實驗原理

平板式穩(wěn)態(tài)導熱儀的測量原理是基于一維無限大平板穩(wěn)態(tài)傳熱模型，這種方法是把被測材料做成比較薄的圓板形或方板形，薄板的一個表面進行加熱，另一個表面則進行冷卻，建立起沿厚度方向的溫差。圖1是無限大平板導熱示意圖。

根據(jù)傅立葉（Fourier）定律：

Tw2 y x T Q Tw1 ?c?T??T??T??T??(?)?(?)?(?)?????x?x?y?y?y?y（1）

在一維無限大平板穩(wěn)態(tài)傳熱時，方程（1）可簡化為：

?2T?02?x

δ圖1 無限大平板的穩(wěn)態(tài)導熱示意圖

（2）

其邊界條件為

x=0時，T=Tw1 x=δ時，T=Tw2

可解得下列方程

Q??A(Tw1?Tw2)?

（3）

由式（3）可得

??Q??A?(Tw1?Tw2)

（4）

式中

λ——導熱系數(shù)，W/m ·℃； δ——試件厚度，m；

Q——熱流量，w； A——試件面積，m2；

Tw1 ——試件下表面溫度，℃； Tw2 ——試件上表面溫度，℃。

一般情況下，選擇平板試件的尺寸要注意滿足下列條件：

??17D~110D

式中

D ——方板的短邊長度，m。

熱流量Q也可以由輸入電壓和電阻表示為：

Q?U2R 式中 U——施加在加熱板上的電壓，V；

R——加熱板上內(nèi)部加熱電阻絲的電阻，Ω。將式（5）帶入式（4）得

??U2?R?A?(Tw1?Tw2)

對應(yīng)此λ的材料溫度為

T?Tw1?Tw2 2

（5）

（6）

（7）

根據(jù)式（7）只要知道試件面積A、電壓U、電阻R、厚度δ以及在厚度δ方向上的溫度差，便可求出導熱系數(shù)。

三、實驗設(shè)備

實驗設(shè)備如圖2所示。

圖2平板式穩(wěn)態(tài)法導熱儀的總體結(jié)構(gòu)圖

1.調(diào)壓器2.銅板3.主加熱板 4.上均熱片 5.中均熱片

6.下均熱片7.熱電偶 8.副加熱板 9.數(shù)據(jù)采控系統(tǒng) 10.溫度儀表 11.試樣裝置 12.循環(huán)水箱電位器 13.保溫材料 14.電位器

鍵盤共有6個按鍵組成，包括為“5”、“1”、“0.1”3個數(shù)據(jù)鍵，“±”正負號轉(zhuǎn)換鍵，“RST”復(fù)位鍵，“ON/OFF”開關(guān)鍵。

數(shù)據(jù)鍵：根據(jù)不同的功能對相應(yīng)的數(shù)據(jù)進行加減，與后面的“±”正負號轉(zhuǎn)換鍵和“shift”功能鍵配合使用。

“±”正負號轉(zhuǎn)換鍵：當“±”正負號轉(zhuǎn)換鍵為“+”時，在原數(shù)據(jù)基礎(chǔ)上加相應(yīng)的數(shù)值；為“-”時，減相應(yīng)的數(shù)值。

“RST”復(fù)位鍵：復(fù)位數(shù)據(jù)，重新選擇。

控制板上的四個發(fā)光二極管分別對應(yīng)四路熱電偶，發(fā)光二極管發(fā)光表示對應(yīng)的熱電偶接通。由一臺調(diào)壓器輸出端采用并聯(lián)方式提供兩路輸出電壓，電位器對每路輸出電壓進行調(diào)整，作為兩個加熱板的輸入電壓。

四、實驗內(nèi)容

1、根據(jù)提供的實驗設(shè)備儀器材料，搭建實驗臺，合理設(shè)計實驗步驟。調(diào)整好電加熱器的電壓（調(diào)節(jié)調(diào)壓器），并測定相關(guān)的溫度及電熱器的電壓等試驗數(shù)據(jù)。

2、對測定的實驗數(shù)據(jù)按照一定的方法測量進行數(shù)據(jù)處理，確定材料的導熱系數(shù)與溫度之間的依變關(guān)系公式。

3、對實驗結(jié)果進行分析與討論。

4、分析影響制導熱儀測量精度的主要因素。

5、在以上分析結(jié)論的基礎(chǔ)之上盡可能的提出實驗臺的改進方法。

五、實驗步驟

1、利用游標卡尺測量試樣的長、寬、厚度，測試樣3個點的厚度，取其算術(shù)平均值，作為試樣厚度和面積。

2、測量加熱板的內(nèi)部電阻。

3、校準熱工溫度儀表。

4、向水箱內(nèi)注入冷卻水。

5、通過調(diào)整電位器改變提供給主加熱板和副加熱板的加熱功率，通過4位“LED”顯示主加熱板和副加熱板的溫度，根據(jù)主加熱板的溫度，調(diào)整電位器改變施加在副加熱板的電壓，使副加熱板的溫度與主加熱板的溫度一致。利用數(shù)字電壓表測量并記錄主加熱板電壓。

6、在加熱功率不變條件下, 試樣下表面和循環(huán)水箱下表面的溫度波動每5min不超過±1℃時，認為達到穩(wěn)態(tài)。此時，記錄主加熱板溫度、試樣兩面溫差。

7、通過數(shù)據(jù)鍵輸入試樣面積、厚度等相關(guān)參數(shù)，由試樣面積、厚度、主加熱板的電阻、電壓、上表面溫度及上均熱片的上表面溫度獲得試樣的導熱系數(shù)。

8、改變電位器改變提供給主加熱板和副加熱板的加熱功率件，重復(fù)步驟（5至7）測量并記錄多個溫度下的材料導熱系數(shù)。

9、關(guān)掉電源。

六、實驗要求

1、采用精度不低于0.05 mm的厚度測量工具(游標卡尺)，沿試樣四周測量四處的厚度，取其算術(shù)平均值，作為實驗前試樣厚度。

2、用酒精將試件及均熱片擦洗干凈并晾干，晾干后在其上均勻涂抹導熱油。

3、用調(diào)壓器將電壓調(diào)至一定值，保持不變，經(jīng)一段時間后，待跟試件上下表面接觸的銅片各點溫度為一定值時，即導熱過程達到穩(wěn)定后記錄各點溫度及電熱器的電壓。

4、改變電加熱器的電壓（調(diào)節(jié)調(diào)壓器），即改變電熱器熱量使之維持在另一個數(shù)值上，跟試件上下表面接觸的銅片各點溫度達到新的穩(wěn)定狀態(tài)后，重復(fù)第3項的測量。

5、用最小二乘法計算不同橡膠材料的導熱系數(shù)隨溫度變化的關(guān)系式。

五、實驗報告要求

1、材料溫度可取材料上下表面溫度的平均值，即T?(Tw1?Tw2)/2，其中：Tw1為試樣材料下表面溫度，Tw2為試樣上表面溫度。

2、實驗報告需用專用的實驗報告用紙進行書寫；

3、實驗報告中必須包含實驗?zāi)康暮蛯嶒灢襟E；

4、實驗報告中必須包括實驗數(shù)據(jù)的記錄；

5、實驗報告中必須包括實驗數(shù)據(jù)處理的具體步驟，并有材料的導熱系數(shù)隨溫度變化的關(guān)系式及關(guān)系曲線圖；

6、實驗報告中必須有對實驗數(shù)據(jù)結(jié)果的分析。

第四篇：傳熱學答案

2-4 一烘箱的爐門由兩種保溫材料A及B組成，且?A?2?B(見附圖)。已知?A?0.1W/(m.K),?B?0.06W/(m.K),烘箱內(nèi)空氣溫度tf1?400℃，內(nèi)壁面的總表面?zhèn)鳠嵯禂?shù)h1?50W/(m.K)。為安全起見，希望烘箱爐門的 外表面溫度不得高于50℃。設(shè)可把爐門導熱作為一維問題處理，試決定所需保溫材料的厚度。環(huán)境溫度tf2?25℃，外表面總傳熱系數(shù)h2?9.5W/(m.K)。

q?tf1?tfw2?A?A??B?B?h1?tf1?t??h2?t?tf2?解：熱損失為又tfw?50

℃；?A??B

?3聯(lián)立得?A?0.078m;?B?0.039m

2-16 一根直徑為3mm的銅導線，每米長的電阻為2.22?10?。導線外包有厚為1mm導熱系數(shù)為0.15W/(m.K)的絕緣層。限定絕緣層的最高溫度為65℃，最低溫度為0℃。試確定在這種條件下導線中允許通過的最大電流。

Q?2?l?q?2??l(t1?t2)ln(r2/r1)?2??1?0.15?65?0?ln?2.5/1.5??119.8W解：根據(jù)題意有：

119.86?IR 解得：I?232.36A

-40 試由導熱微分方程出發(fā)，導出通過有內(nèi)熱源的空心柱體的穩(wěn)態(tài)導熱熱量計算式及壁中的溫度分布。?為常數(shù)。

解：有內(nèi)熱源空心圓柱體導熱系數(shù)為常數(shù)的導熱微分方程式為

1???t????r????0r?r??r?

2經(jīng)過積分得

t?c1lnr?c2?r?r??

?r3/?t0?tw??0lnr0?1?r3?因為所以得 t?r?r0,t?tw;r?0,t?t0?r3/?t0?tw??0lnr0?1lnr?t0???對其求導得

2-53 過熱蒸氣在外徑為127mm的鋼管內(nèi)流過，測蒸氣溫度套管的布置如附圖所示。已知套管外徑d=15mm，壁厚?＝0.9mm，導熱系數(shù)??49.1W/(m.K)。蒸氣與套管間的表面?zhèn)鳠嵯禂?shù)h=105有的長度。W/(m.K)2。為使測溫誤差小于蒸氣與鋼管壁溫度差的0.6％，試確定套管應(yīng)

?h?0?1ch?mh??0.6100, 解：按題意應(yīng)使?h?0?0.6%，ch?mh??166.7，查附錄得：mh?arc?ch(166.7)??5.81，m?hU。

3－7 如圖所示，一容器中裝有質(zhì)量為m、比熱容為c的流體，初始溫度為tO。另一流體在管內(nèi)凝結(jié)放熱，凝結(jié)溫度為t?。容器外殼絕熱良好。容器中的流體因有攪拌器的作用而可認為任一時刻整個流體的溫度都是均勻的。管內(nèi)流體與容器中流體間的總傳熱系數(shù)k及傳熱面積A均為以知，k為常數(shù)。試導出開始加熱后任一時刻t時容器中流體溫度的計算式。

解：按集總參數(shù)處理，容器中流體溫度由下面的微分方程式描述 ?A??10549.1?0.9?10?3?48.75，?H?5.8148.75?0.119mhA(T?T1)???cvt?t1dtd?

kA此方程的解為 t0?t1?exp(??c?)

0

03－10 一熱電偶熱接點可近似地看成為球形，初始溫度為25C，后被置于溫度為200C地氣流中。問欲使熱電偶的時間常數(shù)?c?1s熱接點的直徑應(yīng)為多大？以知熱接點與氣流間的表面?zhèn)鳠嵯禂?shù)為35W/(m?K)，熱接點的物性為：??20W/(m?k)，c?400J/(kg?k)，??8500kg/m32，如果氣流與熱接點之間還有輻射換熱，對所需的熱接點直徑有何影響？熱電偶引線的影響忽略不計。

解：由于熱電偶的直徑很小，一般滿足集總參數(shù)法，時間常數(shù)為：V/A?R/3?tch?1?3508500?400?10.29?10?5?c??cvhA

?5 故?cm

?0.617m 熱電偶的直徑： d?2R?2?3?10.29?10 驗證Bi數(shù)是否滿足集總參數(shù)法 Biv?h(V/A)?350?10.29?1020?5 ??0.0018??0.0333

故滿足集總參數(shù)法條件。

若熱接點與氣流間存在輻射換熱，則總表面?zhèn)鳠嵯禂?shù)h（包括對流和輻射）增加，由?c??cvhA知，保持?c不變，可使V/A增加，即熱接點直徑增加。

3－12 一塊單側(cè)表面積為A、初溫為t0的平板，一側(cè)表面突然受到恒定熱流密度q0的加熱，另一側(cè)表面受到初溫為t?的氣流冷卻，表面?zhèn)鳠嵯禂?shù)為h。試列出物體溫度隨時間變化的微分方程式并求解之。設(shè)內(nèi)阻可以不計，其他的幾何、物性參數(shù)均以知。解：由題意，物體內(nèi)部熱阻可以忽略，溫度只是時間的函數(shù)，一側(cè)的對流換熱和另一側(cè)恒熱流加熱作為內(nèi)熱源處理，根據(jù)熱平衡方程可得控制方程為: dt??cv?hA(t?t?)?Aqw?0?d??? ?t/t?0?t0

引入過余溫度??t?t?則: ?cvd?d??hA??Aqw?0 ?/t?0??0

?hA??Be?cv??qwh 上述控制方程的解為:B??0?qw 由初始條件有：

h，故溫度分布為: ??t?t???0exp(?hA?cv?)?qwh(1?exp(?hA?cv?))

3－13 一塊厚20mm的鋼板，加熱到5000C后置于200C的空氣中冷卻。設(shè)冷卻過程中鋼板兩側(cè)面的平均表面?zhèn)鳠嵯禂?shù)為35W/(m?K),鋼板的導熱系數(shù)為45W/(m?K)，若擴散率為1.375?10?522m/s。試確定使鋼板冷卻到空氣相差100C時所需的時間。2 解：由題意知Bi?hA??0.0078?0.1

故可采用集總參數(shù)法處理。由平板兩邊對稱受熱，板內(nèi)溫度分布必以其中心對稱，建立微分方程，引入過余溫度，則得： d???cv?hA??0?d????(0)?t?t???0

?? 解之得：?00?exp(?hA?cv?)?exp(?h??c(V/A)?)?exp(?h????)

當??10C時，將數(shù)據(jù)代入得，?＝3633s

3－24 一高H＝0.4m的圓柱體，初始溫度均勻，然后將其四周曲面完全絕熱，而上、下底面暴露于氣流中，氣流與兩端面間的表面?zhèn)鳠嵯禂?shù)均為50W/(m?K)。圓柱體導熱系數(shù)??20W/(m?k)，熱擴散率??5.6?10?6m2/s。試確定圓柱體中心過余溫度下降到初值

2一半時間所需的時間。解：因四周表面絕熱，這相當于一個厚為2??0.4m的無限大平壁的非穩(wěn)態(tài)導熱問題，?m?0?0.5,Bi?h??50?0.220?0.5 ?F0?1.7,???F0由圖3-6查得

?2a?1.7?0.22?65.6?10?12142s?3.37h6－

11、已知：平均溫度為100℃、壓力為120kPa的空氣，以1.5m/s的流速流經(jīng)內(nèi)徑為25mm電加熱管子。均勻熱流邊界條件下在管內(nèi)層流充分發(fā)展對流換熱區(qū)Nu=4.36。

求：估計在換熱充分發(fā)展區(qū)的對流換熱表面?zhèn)鳠嵯禂?shù)。

??pRT?120000287?373?1.121kg/m3解：空氣密度按理想氣體公式計算，空氣的?與壓力關(guān)系甚小，仍可按一物理大氣壓下之值取用，100℃時：

??21.9?10?6

kg/?m?s?,?Re?1.121?1.521.9?0.025?100.03210.0256?1919?2300，故為層流。按給定條件得：

h?4.36??d?4.36??5.6W/m?K?2?。

6－

13、已知：一直管內(nèi)徑為16cm，流體流速為1.5m/s，平均溫度為10℃，換熱進入充分發(fā)展階段。管壁平均溫度與液體平均溫度的差值小于10℃，流體被加熱。

求：試比較當流體分別為氟利昂134a及水時對流換熱表面?zhèn)鳠嵯禂?shù)的相對大小。解：由附錄10及13，10℃下水及R134a的物性參數(shù)各為：

R134a：??0.0888W/?m?K?,??0.2018?10水：??0.574W/?m?K?,??1.306?10對R134a：

Re?1.5?0.0160.2018?100.86?62?6m/s,Pr?3.915；

2m/s,Pr?9.52；

?1.1893?100.45,?2531.3W/m?Kh?0.023?118930?3.915?0.08880.016?2?

對水：

Re?1.5?0.0161.306?100.86?18376,0.4h?0.023?18376?9.52?0.5740.016?5241W/m?K?2?

對此情形，R134a的對流換熱系數(shù)僅為水的38.2%。

25、已知：冷空氣溫度為0℃，以6m/s的流速平行的吹過一太陽能集熱器的表面。該表面尺寸為1m?1m，其中一個邊與來流方向垂直。表面平均溫度為20℃。

求：由于對流散熱而散失的熱量。

tf?0?202?10解：℃

?610℃空氣的物性 ??14.16?10Re?ul?6?1.014.16?10112,??2.51?105?2,Pr?0.705

x??6?4.23728?10

Nu?0.664Reh?Pr3?384.68

?2384.68?2.51?101.0

2?9.655w(m?k)2

s?1?1?1.0m

??h?s(tw?t0)?9.655?(20?0)?193.1

6-27、已知：一個亞音速風洞實驗段的最大風速可達40m/s。設(shè)來流溫度為30℃，平板壁溫為70℃，風洞的壓力可取1.013?10Pa。

求：為了時外掠平板的流動達到5?10的Rex數(shù)，平板需多長。如果平板溫度系用低

55壓水蒸氣在夾層中凝結(jié)來維持，平板垂直于流動方向的寬度為20cm時。試確定水蒸氣的凝結(jié)量。

tm?70?302?50解：℃，查附錄8得：

?6

??0.0283W/?m?K?,??17.95?10Re?40x17.95?100.5?6m/s,Pr?0.698，?1 x?5?105,x?17.95?104050.50.224m，?416.5，Nu?0.664RePr1/3?0.664??5?10??0.6981/h?416.5?0,0283/0.224?52.62W/?m?K?, ??2hA?t?52.62?0.2?0.224??70?30??94.3W，在t?70℃時，氣化潛熱r?2334.1?10J/?kg?，?凝結(jié)水量G?94.3?36002334.1?103?0.1454kg/h。

6-33、已知：直徑為0.1mm的電熱絲與氣流方向垂直的放置，來流溫度為20℃，電熱絲溫度為40℃，加熱功率為17.8W/m。略去其它的熱損失。

求：此時的流速。

解：

ql?h?d?tw?tf?,h??d?tw?tf?30ql??17.8??0.1?10?5??40?20??2833W/m?K?2?

定性溫度tm?20?402℃，?6??0.0267W/?m?K?,??16?10Nu?28330.0267?0.1?101/0.466?3m/s,Pr?0.701

2?10.61。先按表5-5中的第三種情況計算，?10.61????0.683???6?Nu?Re???0.683??側(cè)u?2.1459?360，符合第二種情形的適用范圍。

?57.6m/s?d故得：Re?16?10?360?30.1?10。

34、已知：可以把人看成是高1.75m、直徑為0.35m的圓柱體。表面溫度為31℃，一個馬拉松運動員在2.5h內(nèi)跑完全程（41842.8m），空氣是靜止的，溫度為15℃。不計柱體兩端面的散熱，不計出汗散失的部分。

求：此運動員跑完全程后的散熱量。

u?41842.842.5?3600?4.649m/s

解：平均速度，定性溫度

?62tm?31?152?23℃，空氣的物性為：??0.0261W/?m?K?,??15.34?10Re?4.649?0.3515.34?1?6m/s,Pr?0.702，?106072??4?104，按表5-5.有：

?0.0266?1060720.805 Nu?0.0266Re0.805?295.5，h?295.5?0.0261/0.35?22W/m?K, ??Ah?t?3.1416?0.35?1.75?22??31?15??677.3W

在兩個半小時內(nèi)共散熱2.5?3600?677.3?6095960?6.096?10J6-

37、已知：如圖，最小截面處的空氣流速為3.8m/s，tf?2?6?35℃，肋片的平均表面溫度為65℃，??98W/?m?K?,肋根溫度維持定值:s1/d?s2/d?2,d?10mm,規(guī)定肋片的mH值不應(yīng)大于1.5.在流動方向上排數(shù)大于10.求：肋片應(yīng)多高

解：采用外掠管束的公式來計算肋束與氣流間的對流換熱，定性溫度“

tm?35?652?50℃，??0.0283W/?m?K?,??17.95?10?2117?6m/s，Re?3.8?0.0117.95?10?6，由表（5-7）查得C?0.482,m?0.556，34.05?0.02830.01?96.4W/?m?KNu?0.482?21170.556?34.05,h?

?，?d98?0.018-

15、已知材料AB的光譜發(fā)射率????與波長的關(guān)系如附圖所示，試估計這兩種材料的發(fā)射率?m?4h?4?96.4?19.83,?H?1.隨溫度變化的特性，并說明理由。

解：A隨穩(wěn)定的降低而降低；B隨溫度的降低而升高。理由：溫度升高，熱輻射中的短波比例增加。9—30、已知：如圖，（1）所有內(nèi)表面均是500K的黑體；（2）所有內(nèi)表面均是?＝0.6的漫射體，溫度均為500K。求：從小孔向外輻射的能量。解：設(shè)小孔面積為2A2，內(nèi)腔總表面壁為

2A1，則：

2A2??r1?3.1416?0.016?8.04?10m?1，A1??r2??d1H???r2?r12222?22?3.1416?0.02?0.04?0.04??0.02?0.016?x1,2?A2A1?8.04?10?4?3?6.736?10????3m，42

4x2,1?1，6.736?10?0.1194?1,2?A2?0?T1?T2?。，?441??1/?2?1?x2,1??1/?1?1?x1,2???2?1??1,2?8.04?10（1）1,??1,2??5.67?5?2.85W?4；

8.04?10?5.67?54（2）?2?1，?1?0.6，1?0.1194?1/0.6?1??2.64W9-

45、已知：用裸露的熱電偶測定圓管氣流的溫度，熱電偶的指示值為t1＝170℃。管壁溫度tw＝90℃，氣流對熱節(jié)點的對流換熱系數(shù)為h＝50W/（m·K），熱節(jié)點表面發(fā)射率為?＝0.6。求：氣流的真實溫度及測溫誤差。解：h?tf?t1????0?T1?Tw442

?，tf?t1?4?C0??T1?h40.6?5.67?Tw??44??170???4.43?3.63???????50?100??????100?

184.4?1704

?170?14.?1℃84，測溫誤差：.4184.4?100％?7.8％

第五篇：傳熱學復(fù)習題及其答案經(jīng)典總結(jié)

傳熱學復(fù)習題及其答案（Ⅰ部分）

一、概念題

1、試分析室內(nèi)暖氣片的散熱過程，各個環(huán)節(jié)有哪些熱量傳遞方式？以暖氣片管內(nèi)走熱水為例。

答：有以下?lián)Q熱環(huán)節(jié)及傳熱方式：

（1）

由熱水到暖氣片管道內(nèi)壁，熱傳遞方式為強制對流換熱；

（2）

由暖氣片管道內(nèi)壁到外壁，熱傳遞方式為固體導熱；

（3）

由暖氣片管道外壁到室內(nèi)空氣，熱傳遞方式有自然對流換熱和輻射換熱。

2、試分析冬季建筑室內(nèi)空氣與室外空氣通過墻壁的換熱過程，各個環(huán)節(jié)有哪些熱量傳遞方式？

答：有以下?lián)Q熱環(huán)節(jié)及傳熱方式：

（1）

室內(nèi)空氣到墻體內(nèi)壁，熱傳遞方式為自然對流換熱和輻射換熱；

（2）

墻的內(nèi)壁到外壁，熱傳遞方式為固體導熱；

（3）

墻的外壁到室外空氣，熱傳遞方式有對流換熱和輻射換熱。

3、何謂非穩(wěn)態(tài)導熱的正規(guī)階段？寫出其主要特點。

答：物體在加熱或冷卻過程中，物體內(nèi)各處溫度隨時間的變化率具有一定的規(guī)律，物體初始溫度分布的影響逐漸消失，這個階段稱為非穩(wěn)態(tài)導熱的正規(guī)階段。

4、分別寫出Nu、Re、Pr、Bi數(shù)的表達式，并說明其物理意義。

答：（1）努塞爾(Nusselt)數(shù)，它表示表面上無量綱溫度梯度的大小。（2）雷諾(Reynolds)數(shù)，它表示慣性力和粘性力的相對大小。

（3）普朗特數(shù)，它表示動量擴散厚度和能量擴散厚度的相對大小。

（4）畢渥數(shù)，它表示導熱體內(nèi)部熱阻與外部熱阻的相對大小。

5、豎壁傾斜后其凝結(jié)換熱表面?zhèn)鳠嵯禂?shù)是增加還是減??？為什么？。

答：豎壁傾斜后，使液膜順壁面流動的力不再是重力而是重力的一部分，液膜流

動變慢，從而熱阻增加，表面?zhèn)鳠嵯禂?shù)減小。另外，從表面?zhèn)鳠嵯禂?shù)公式知，公式中的亦要換成，從而h減小。

6、按照導熱機理，水的氣、液、固三種狀態(tài)中那種狀態(tài)的導熱系數(shù)最大？

答：根據(jù)導熱機理可知，固體導熱系數(shù)大于液體導熱系數(shù)；液體導熱系數(shù)大于氣體導熱系數(shù)。所以水的氣、液、固三種狀態(tài)的導熱系數(shù)依次增大。

7、熱擴散系數(shù)是表征什么的物理量？它與導熱系數(shù)的區(qū)別是什么？

答：熱擴散率，與導熱系數(shù)一樣都是物性參數(shù)，它是表征物體傳遞溫度的能力大小，亦稱為導溫系數(shù)，熱擴散率取決于導熱系數(shù)

和的綜合影響；而導熱系數(shù)是反映物體的導熱能力大小的物性參數(shù)。一般情況下，穩(wěn)態(tài)導熱的溫度分布取決于物體的導熱系數(shù)，但非穩(wěn)態(tài)導熱的溫度分布不僅取決于物體的導熱系數(shù)，還取決于物體的導溫系數(shù)。

8、集總參數(shù)法的適用條件是什么？滿足集總參數(shù)法的物體，其內(nèi)部溫度分布有何特點？

答：集總參數(shù)法的適用條件是Bi<0.1，應(yīng)用于物體的導熱系數(shù)相當大，或者幾何尺寸很小，或表面?zhèn)鳠嵯禂?shù)極低；其特點是當物體內(nèi)部導熱熱阻遠小于外部對流換熱熱阻時，物體內(nèi)部在同一時刻均處于同一溫度，物體內(nèi)部的溫度僅是時間的函數(shù)，而與位置無關(guān)。

9、灰體的含義？

答：灰體是指物體單色輻射力與同溫度黑體單色輻射力隨波長的變化曲線相似，或它的單色發(fā)射率不隨波長變化的物體；或單色吸收比與波長無關(guān)的物體，即單色吸收比為常數(shù)的物體。

10、漫射表面？

答：通常把服從蘭貝特定律的表面稱為漫射表面，即該表面的定向輻射強度與方向無關(guān)?；蛭矬w發(fā)射的輻射強度與方向無關(guān)的性質(zhì)叫漫輻射，具有這樣性質(zhì)的表面稱為漫射表面。

11、氣體的熱邊界層與流動邊界層的相對大?。?/p>

答：由于，對于氣體來說，所以氣體的熱邊界層的厚度大于流動邊界層的厚度。

12、沸騰換熱的臨界熱流密度的含義是什么？

答：在泡態(tài)沸騰階段時，液體溫度與壁面溫度之差若進一步增大，汽泡在表面上生成、長大，隨后引因浮力作用而離開表面。沸騰的液體主體溫度這時有一定的過熱度，故汽泡通過液體層時還會繼續(xù)被加熱、膨脹，直到逸出液面，由于氣泡的大量迅速生成和它的劇烈運動，換熱強度劇增，熱流密度隨的提高而急劇增大，直到達到熱流密度的峰值，此時的熱流密度稱為臨界熱流密度。當進一步增大時，熱流密度又開始下降。

13、影響強制對流換熱的表面換熱系數(shù)的因素有哪些？

答：影響強制對流換熱的表面換熱系數(shù)的因素有流態(tài)、流體的物性、換熱表面的幾何因素等，用函數(shù)表示為。

14、；利用同一冰箱儲存相同的物質(zhì)時，試問結(jié)霜的冰箱耗電量大還是未結(jié)霜冰箱耗電量大？為什么？

答：在其它條件相同時，冰箱的結(jié)霜相當于在冰箱的蒸發(fā)器和冰箱的冷凍室（或冷藏室）之間增加了一個附加的熱阻，因此，冷凍室（或冷藏室）要達到相同的溫度，必須要求蒸發(fā)器處于更低的溫度。所以，結(jié)霜的冰箱的耗電量要大。

16、圓管臨界熱絕緣直徑與哪些因素有關(guān)？

答：圓管臨界熱絕緣直徑，根據(jù)公式加以分析（略）。

17、為什么珠狀凝結(jié)表面換熱系數(shù)比膜狀凝結(jié)表面換熱系數(shù)大？

答：膜狀凝結(jié)換熱時

沿整個壁面形成一層液膜，并且在重力的作用下流動，凝結(jié)放出的汽化潛熱必須通過液膜，因此，液膜厚度直接影響了熱量傳遞。

珠狀凝結(jié)換熱時，凝結(jié)液體不能很好的浸潤壁面，僅在壁面上形成許多小液珠，此時壁面的部分表面與蒸汽直接接觸，因此，換熱速率遠大于膜狀凝結(jié)換熱。

18、不凝結(jié)氣體對表面凝結(jié)換熱強弱有何影響？

答：不凝結(jié)氣體的存在，一方面使凝結(jié)表面附近蒸汽的分壓力降低，從而蒸汽飽和溫度降低，使得傳熱驅(qū)動力即溫差減小；另一方面，凝結(jié)蒸汽穿過不凝結(jié)氣體層到達壁面依靠的是擴散，從而增加了阻力。因此，上述兩方面原因?qū)е履Y(jié)換熱時的表面?zhèn)鳠嵯禂?shù)降低。

19、空氣橫掠垂直管束時，沿流動方向管排數(shù)越多，換熱越強，而蒸汽在水平管束外凝結(jié)時，沿液膜流動方向管排數(shù)越多，換熱強度降低，為什么？

答：空氣橫掠垂直管束時，沿流動方向管排數(shù)越多，氣流擾動越強，換熱越強，而蒸汽在水平管束外凝結(jié)時，沿液膜流動方向管排數(shù)越多，凝結(jié)液膜越厚，凝結(jié)換熱熱阻越大，換熱強度降低。

20、寫出時間常數(shù)的表達式，時間常數(shù)是從什么導熱問題中定義出來的？它與哪些因素有關(guān)？

答：時間常數(shù)的表達式為，是從非穩(wěn)態(tài)導熱問題中定義出來的，它不僅取決于幾何參數(shù)和物性參數(shù)，還取決于換熱條件h。

21、什么是物體表面的發(fā)射率？它與哪些因素有關(guān)？

答：實際物體的輻射力與同溫度下黑體輻射力之比稱為該物體的發(fā)射率，物體的發(fā)射率只取決于物體的表面特性（物體的種類、表面狀況和溫度），而與外界條件無關(guān)。

22、什么是物體表面的吸收比（率）？它與哪些因素有關(guān)？

答：物體對投入輻射所吸收的百分數(shù)稱為該物體的吸收比（率），物體的吸收比（率）只取決于物體的表面特性（物體的種類、表面狀況和溫度），對于全波長的特性還與投射能量的波長分布有關(guān)關(guān)。

23、何謂遮熱板（罩）？

答：插入兩個輻射換熱表面之間的用于削弱兩個表面之間輻射換熱的薄板或罩。

24、黑體輻射包括哪幾個定律？

答：普朗克定律、維恩位移定律、斯蒂芬－玻爾茲曼定律、蘭貝特定律。

25、其它條件相同時，同一根管子橫向沖刷與縱向沖刷相比，哪個的表面換熱系數(shù)大？為什么？

答：同一根管子橫向沖刷比縱向沖刷相比的表面換熱系數(shù)大。因為縱向沖刷時相當于外掠平板的流動，熱邊界層較厚，熱阻較大；而橫向沖刷時熱邊界層較薄且在邊界層由于分離而產(chǎn)生的旋渦，增加了流體擾動，因而換熱增強。

26、下列三種關(guān)聯(lián)式描述的是那種對流換熱？，答：描述的是無相變的強迫對流換熱，且自然對流不可忽略；

描述的是自然對流可忽略的無相變的強迫對流換熱；描述的是自然對流換熱。

27、寫出輻射換熱中兩表面間的平均角系數(shù)的表達式，并說明其物理意義。

答：平均角系數(shù)X1,2=，它表示A1表面發(fā)射出的輻射能中直接落到另一表面A2上的百分數(shù)?；蛘咚硎倦x開A1表面的輻射能中直接落到另一表面A2上的百分數(shù)。

28、表面輻射熱阻

答：當物體表面不是黑體時，該表面不能全部吸收外來投射的輻射能量，這相當于表面存在熱阻，該熱阻稱為表面輻射熱阻，常以表示。

29、有效輻射

答：單位時間內(nèi)離開單位面積的總輻射能為該表面的有效輻射J，它包括輻射表面的自身的輻射E和該表面對投射輻射G的反射輻射，即。

30、換熱器的污垢熱阻

答：換熱設(shè)備運行一段時間以后，在管壁產(chǎn)生污垢層，由于污垢的導熱系數(shù)較小，熱阻不可以忽略，這種由于污垢生成的產(chǎn)生的熱阻稱為污垢熱阻。

31、在寒冷的北方地區(qū)，建房用磚采用實心磚還是多孔的空心磚好？為什么？

答：采用空心磚較好，因為空心磚內(nèi)部充滿著空氣，而空氣的導熱系數(shù)相對較小，熱阻較大，空心磚導熱性較之實心磚差，同一條件下空心磚的房間的散熱量小保溫性好。

32、下列材料中導熱系數(shù)最大的是

（純銅）

(a)

純銅

(b)純鐵

(c)黃銅

(d)天然金剛石

33、什么是雷諾類比律（寫出表達式）？它的應(yīng)用條件是什么？答：雷諾類比率：，條件：Pr=1，34、下列工質(zhì)的普朗特數(shù)最小的是

（液態(tài)金屬）

(a)水

(b)

空氣

(c)液態(tài)金屬

(d)變壓器油

35、為什么多層平壁中的溫度分布曲線不是一條連續(xù)的直線而是一條折線？

36、對管殼式換熱器來說，兩種工質(zhì)在下列哪種情況下，何種工質(zhì)走管內(nèi)，何種工質(zhì)走管外？

(1)

清潔的和不清潔的工質(zhì)(2)腐蝕性大與小的工質(zhì)(3)高溫與低溫的工質(zhì)

(2)

答：（1）不清潔流體應(yīng)在管內(nèi)，因為殼側(cè)清洗比較困難，而管內(nèi)可以拆開端蓋進行清洗；（2）腐蝕性大的流體走管內(nèi)，因為更換管束的代價比更換殼體要低，且如將腐蝕性大的流體走殼程，被腐蝕的不僅是殼體，還有管子外側(cè)。

（3）溫度低的流體置于殼側(cè)，這樣可以減小換熱器的散熱損失。

37、北方深秋季節(jié)的清晨，樹葉葉面上常常結(jié)霜。試問樹葉上、下表面的哪一面上容易結(jié)霜？為什么？

答：霜會容易結(jié)在樹葉的上表面，因為樹葉上表面朝向太空，而太空表面的溫度會低于攝氏零度；下表面朝向地面，而地球表面的溫度一般在零度以上。相對于下表面來說，樹葉上表面向外輻射熱量較多，溫度下降的快，一旦低于零度時便會結(jié)霜。

38、什么是物體的發(fā)射率和吸收率？二者在什么條件下相等？

答：實際物體的輻射力與同溫度下黑體的輻射力之比稱為該物體的發(fā)射率；投射到物體表面的總能量中被吸收的能量所占的份額是物體的吸收率。由基爾霍夫定律可知：當物體表面為漫灰表面時，二者相等。

39、窗玻璃對紅外線幾乎是不透過的，但為什么隔著玻璃曬太陽卻使人感到暖和？

答：窗玻璃對紅外線幾乎不透過，但對可見光則是可透過的，當隔著玻璃曬太陽時，太陽光可以穿過玻璃進入室內(nèi)，而室內(nèi)物體發(fā)出的紅外線卻被阻隔在室內(nèi)，因房間內(nèi)溫度越來越高，從而感到暖和。

40、對流換熱過程微分方程式與導熱過程的第三類邊界條件表達式有什么不同之處？

答：對流換熱過程微分方程式與導熱過程的第三類邊界條件表達式都可以用下式表示，但是，前者的導熱系數(shù)為流體的導熱系數(shù)，而且表面?zhèn)鳠嵯禂?shù)h是未知的；后者的導熱系數(shù)為固體的導熱系數(shù)，而且表面?zhèn)鳠嵯禂?shù)h是已知的。

41、寫出豎平壁上膜狀凝結(jié)的冷凝雷諾數(shù)的表達式。

答：冷凝雷諾數(shù)：,或者，其中

42、為什么用電加熱時容易發(fā)生電熱管壁被燒毀的現(xiàn)象？而采用蒸汽加熱時則不會？

答：用電加熱時，加熱方式屬于表面熱流密度可控制的，而采用蒸汽加熱時則屬于壁面溫度可控制的情形。由大容器飽和沸騰曲線可知，當熱流密度一旦超過臨界熱流密度時，工況就有可能很快跳至穩(wěn)定的膜態(tài)沸騰，使得表面溫度快速上升，當超過壁面得燒毀溫度時，就會導致設(shè)備的燒毀；采用蒸汽加熱由于壁面溫度可控制，就容易控制壁面的溫升，避免設(shè)備壁面溫度過度升高，使其溫度始終低于設(shè)備的燒毀溫度。

43、用熱電偶監(jiān)測氣流溫度隨時間變化規(guī)律時，應(yīng)如何選擇熱電偶節(jié)點的大小？

答：在其它條件相同時，熱電偶節(jié)點越大，它的溫度變化一定幅度所需要吸收（或放出）的熱量越多，此時雖然節(jié)點換熱表面積也有所增大，但其增大的幅度小于體積增大的幅度。故綜合地講，節(jié)點大的熱電偶在相同的時間內(nèi)吸收熱量所產(chǎn)生的溫升要小一些。由定義知，為節(jié)點的半徑，顯然，節(jié)點半徑越小，時間常數(shù)越小，熱電偶的相應(yīng)速度越快。

44、由導熱微分方程可知，非穩(wěn)態(tài)導熱只與熱擴散率有關(guān)，而與導熱系數(shù)無關(guān)。你認為對嗎？

答：由于描述一個導熱問題的完整數(shù)學表達，不僅包括控制方程，還包括定解條件。雖然非穩(wěn)態(tài)導熱控制方程只與熱擴散率有關(guān)，但邊界條件中卻有可能包括導熱系數(shù)。因此，上述觀點不正確。

45、由對流換微分方程可知，該式中沒有出現(xiàn)流速，有人因此認為表面?zhèn)鳠嵯禂?shù)與流體速度場無關(guān)。你認為對嗎？

答：這種說法不正確，因為在描述流動的能量方程中，對流項含有流體速度，要獲得流體的溫度場，必須先獲得流體的速度場，在對流換熱中流動與換熱是密不可分的。因此，對流換熱的表面?zhèn)鳠嵯禂?shù)與流體速度有關(guān)。

46、什么是等溫線？在連續(xù)的溫度場中，等溫線的特點是什么？

47.大平壁在等溫介質(zhì)中冷卻的冷卻率與哪些因素有關(guān)

48、何謂集總參數(shù)法？其應(yīng)用的條件是什么？應(yīng)怎樣選擇定型尺寸？

答：集總參數(shù)法是忽略物體內(nèi)部導熱熱阻的簡化分析方法。應(yīng)用于物體的導熱系數(shù)相當大，或者幾何尺寸很小，或表面?zhèn)鳠嵯禂?shù)極低。集總參數(shù)法的適用條件是對于平板Bi<0.1，對于圓柱Bi<0.05，對于球Bi<0.033。

49、寫出計算一維等截面直肋散熱量的公式。

50、簡述遮熱罩削弱輻射換熱的基本思想。

51、判定兩個物理現(xiàn)象相似的條件是什么？

1.同名的以定特征數(shù)相等；2.單值性條件相似

52、試述強化管內(nèi)流體對流換熱采用的方法，并簡述理由。

54、影響膜狀凝結(jié)換熱的主要熱阻是什么？

55、大空間飽和沸騰有哪三種狀態(tài)？什么是沸騰換熱的臨界熱負荷？

答：核態(tài)沸騰、過渡沸騰、穩(wěn)定膜態(tài)沸騰。由大容器飽和沸騰曲線可知，當熱流密度一旦超過臨界熱流密度時，工況就有可能很快跳至穩(wěn)定的膜態(tài)沸騰，使得表面溫度快速上升，當超過壁面得燒毀溫度時，就會導致設(shè)備的燒毀，這個臨界熱負荷為沸騰換熱的臨界熱負荷。

56、寫出傅立葉定律的數(shù)學表達式，并解釋其物理意義。

57、簡要說明太陽能集熱器采用的選擇性表面應(yīng)具備的性質(zhì)和作用原理。

58、試用傳熱學理論解釋熱水瓶的保溫原理。

59、無內(nèi)熱源，常物性二維導熱物體在某一瞬時的溫度分布為t＝2y2cosx。試說明該導熱物體在x＝0，y=1處的溫度是隨時間增加逐漸升高，還是逐漸降低。

答：由導熱控制方程，得：

當時，故該點溫度隨時間增加而升高。

60、工程中應(yīng)用多孔性材料作保溫隔熱,使用時應(yīng)注意什么問題?為什么?

答：應(yīng)注意防潮。保溫材料的一個共同特點是它們經(jīng)常呈多孔狀，或者具有纖維結(jié)構(gòu)，其中的熱量傳遞是導熱、對流換熱、熱輻射三種傳熱機理聯(lián)合作用的綜合過程。如果保溫材料受潮，水分將替代孔隙中的空氣，這樣不僅水分的導熱系數(shù)高于空氣，而且對流換熱強度大幅度增加，這樣材料保溫性能會急劇下降。

61、用套管溫度計測量容器內(nèi)的流體溫度，為了減小測溫誤差，套管材料選用銅還是不銹鋼?

答：由于套管溫度計的套管可以視為一維等截面直助，要減小測溫誤差(即使套管頂部溫度tH盡量接近流體溫度tf)，應(yīng)盡量減小沿套管長度流向容器壁面的熱量，即增大該方向的熱阻。所以，從套管樹料上說應(yīng)采用導熱系數(shù)更小的不銹鋼。

62、兩種幾何尺寸完全相同的等截面直肋，在完全相同的對流環(huán)境(即表面?zhèn)鳠嵯禂?shù)和流體溫皮均相同)下，沿肋高方向溫度分布曲線如圖所示。請判斷兩種材料導熱系數(shù)的大小和肋效率的高低?

答：對一維肋片，導熱系數(shù)越高時，沿肋高方向熱阻越小，因而沿肋高方向的溫度變化(降落或上升)越小。因此曲線1對應(yīng)的是導熱系數(shù)大的材料．曲線2對應(yīng)導熱系數(shù)小的材料。而且，由肋效率的定義知，曲線1的肋效率高于曲線2。

63、一維無內(nèi)熱源、平壁穩(wěn)態(tài)導熱的溫度場如圖所示。試說明它的導熱系數(shù)λ是隨溫度增加而增加，還是隨溫度增加而減小?

答:由傅立葉里葉定律，圖中隨x增加而減小，因而隨2增加x而增加，而溫度t隨x增加而降低，所以導熱系數(shù)隨溫度增加而減小。

64、夏季在維持20℃的室內(nèi)工作，穿單衣感到舒適，而冬季在保持22℃的室內(nèi)工作時，卻必須穿絨衣才覺得舒服。試從傳熱的觀點分析原因。

答：首先，冬季和夏季的最大區(qū)別是室外溫度的不同。夏季室外溫度比室內(nèi)氣溫高，因此通過墻壁的熱量傳遞方向是出室外傳向室內(nèi)。而冬季室外氣溫比室內(nèi)低，通過墻壁的熱量傳遞方向是由室內(nèi)傳向室外。因此冬季和夏季墻壁內(nèi)表面溫度不同，夏季高而冬季低。因此，盡管冬季室內(nèi)溫度(22℃)比夏季略高(20℃)，但人體在冬季通過輻射與墻壁的散熱比夏季高很多。根據(jù)上題人體對冷感的感受主要是散熱量的原理，在冬季散熱量大，因此要穿厚一些的絨衣。

65、冬天，經(jīng)過在白天太陽底下曬過的棉被，晚上蓋起來感到很暖和，并且經(jīng)過拍打以后，效果更加明顯。試解釋原因。

答：棉被經(jīng)過晾曬以后，可使棉花的空隙里進人更多的空氣。而空氣在狹小的棉絮空間里的熱量傳遞方式主要是導熱，由于空氣的導熱系數(shù)較小(20℃，1.01325×105Pa時，空氣導熱系數(shù)為0.0259W/(m·K)，具有良好的保溫性能。而經(jīng)過拍打的棉被可以讓更多的空氣進入，因而效果更明顯。

66、由對流換熱微分方程知，該式中沒有出現(xiàn)流速，有人因此得出結(jié)論：表面?zhèn)鳠嵯禂?shù)h與流體速度場無關(guān)。試判斷這種說法的正確性?

答：這種說法不正確，因為在描述流動的能量微分方程中，對流項含有流體速度，即要獲得流體的溫度場，必須先獲得其速度場，“流動與換熱密不可分”。因此表面?zhèn)鳠嵯禂?shù)必與流體速度場有關(guān)。

67、在流體溫度邊界層中，何處溫度梯度的絕對值最大?為什么?有人說對一定表面?zhèn)鳠釡夭畹耐N流體，可以用貼壁處溫度梯度絕對值的大小來判斷表面?zhèn)鳠嵯禂?shù)h的大小，你認為對嗎?

答：在溫度邊界層中，貼壁處流體溫度梯度的絕對值最大，因為壁面與流體間的熱量交換都要通過貼壁處不動的薄流體層，因而這里換熱最劇烈。由對流換熱微分方程，對一定表面?zhèn)鳠釡夭畹耐N流體λ與△t均保持為常數(shù)，因而可用絕對值的大小來判斷表面?zhèn)鳠嵯禂?shù)h的大小。

68、簡述邊界層理論的基本論點。

答：邊界層厚度δ、δt與壁的尺寸l相比是極小值；

邊界層內(nèi)壁面速度梯度及溫度梯度最大；

邊界層流動狀態(tài)分為層流與紊流,而紊流邊界層內(nèi),緊貼壁面處仍將是層流,稱為層流底層；

流場可以劃分為兩個區(qū)：邊界層區(qū)（粘滯力起作用）和主流區(qū)，溫度同樣場可以劃分為兩個區(qū)：邊界層區(qū)（存在溫差）和主流區(qū)（等溫區(qū)域）；

對流換熱熱阻主要集中在熱邊界層區(qū)域的導熱熱阻。層流邊界層的熱阻為整個邊界層的導熱熱阻。紊流邊界層的熱阻為層流底層的導熱熱阻

69、有若干個同類物理現(xiàn)象,怎樣才能說明其單值性條件相似。試設(shè)想用什么方法對以實現(xiàn)物體表面溫度恒定、表面熱流量恒定的邊界條件?

答：所謂單值條件是指包含在準則中的各已知物理量，即影響過程特點的那些條件──時間條件、物理條件、邊界條件。所謂單值性條件相似,首先是時間條件相似(穩(wěn)態(tài)過程不存在此條件)。然后,幾何條件、邊界條件及物理條件要分別成比例。采用飽和蒸汽（或飽和液體）加熱（或冷卻）可實現(xiàn)物體表面溫度恒定的邊界條件，而采用電加熱可實現(xiàn)表面熱流量恒定的邊界條件。

70、對皆內(nèi)強制對流換熱，為何采用短管和彎管可以強化流體的換熱?

答：采用短管，主要是利用流體在管內(nèi)換熱處于入口段溫度邊界層較薄，因而換熱強的特點，即所謂的“入口效應(yīng)”，從而強化換熱。而對于彎管，流體流經(jīng)彎管時，由于離心力作用，在橫截面上產(chǎn)生二次環(huán)流，增加了擾動，從而強化了換熱。

71、在地球表面某實驗室內(nèi)設(shè)計的自然對流換熱實驗，到太空中是否仍然有效，為什么？

答：該實驗到太空中無法得到地面上的實驗結(jié)果。因為自然對流是由流體內(nèi)部的溫度差從而引起密度差并在重力的作用下引起的。在太空中實驗裝置格處于失重狀態(tài)，因而無法形成自然對流，所以無法得到頂期的實驗結(jié)果。

72、在對流溫度差大小相同的條件下,在夏季和冬季,屋頂天花板內(nèi)表面的對流放熱系數(shù)是否相同?為什么?

答：在夏季和冬季兩種情況下,雖然它們的對流溫差相同,但它們的內(nèi)表面的對流放熱系數(shù)卻不一定相等。原因:在夏季tf＜tw,在冬季tf＞tw,即在夏季,溫度較高的水平壁面在上,溫度較低的空氣在下,自然對流不易產(chǎn)生,因此放熱系數(shù)較低.反之,在冬季,溫度較低的水平壁面在上,而溫度較高的空氣在下,自然對流運動較強烈,因此,放熱系數(shù)較高。

73、試述沸騰換熱過程中熱量傳遞的途徑。

答：半徑R≥Rmin的汽泡在核心處形成之后,隨著進一步地的加熱,它的體積將不斷增大,此時的熱量是以導熱方式輸入,其途徑一是由汽泡周圍的過熱液體通過汽液界面輸入,另一是直接由汽泡下面的汽固界面輸入,由于液體的導熱系數(shù)遠大于蒸汽,故熱量傳遞的主要途徑為前者。

當汽泡離開壁面升入液體后,周圍過熱液體繼續(xù)對它進行加熱,直到逸出液面,進入蒸汽空間。

74、兩滴完全相同的水滴在大氣壓下分別滴在表面溫度為120℃和400℃的鐵板上，試問滴在哪塊板上的水滴先被燒干，為什么?

答：在大氣壓下發(fā)生沸騰換熱時，上述兩水滴的過熱度分別是℃和℃，由大容器飽和沸騰曲線，前者表面發(fā)生的是核態(tài)沸騰，后者發(fā)生膜態(tài)沸騰。雖然前者傳熱溫差小，但其表面?zhèn)鳠嵯禂?shù)大，從而表面熱流反而大于后者。所以水滴滴在120℃的鐵板上先被燒干。

75、有—臺放置于室外的冷庫，從減小冷庫冷量損失的角度出發(fā)，冷庫外殼顏色應(yīng)涂成深色還是淺色?

答：要減少冷庫冷損，須盡可能少地吸收外界熱量，而盡可能多地向外釋放熱量。因此冷庫敗取較淺的顏色，從而使吸收的可見光能量較少，而向外發(fā)射的紅外線較多。

76、何謂“漫─灰表面”?有何實際意義?

答：“漫─灰表面”是研究實際物體表面時建立的理想體模型.漫輻射、漫反射指物體表面在輻射、反射時各方向相同.灰表面是指在同一溫度下表面的輻射光譜與黑體輻射光譜相似,吸收率也取定值.“漫─灰表面”的實際意義在于將物體的輻射、反射、吸收等性質(zhì)理想化,可應(yīng)用熱輻射的基本定律了。大部分工程材料可作為漫輻射表面,并在紅外線波長范圍內(nèi)近似看作灰體.從而可將基爾霍夫定律應(yīng)用于輻射換熱計算中。

77、某樓房室內(nèi)是用白灰粉刷的,但即使在晴朗的白天,遠眺該樓房的窗口時,總覺得里面黑洞洞的,這是為什么?

答：窗口相對于室內(nèi)面積來說較小,當射線(可見光射線等)從窗口進入室內(nèi)時在室內(nèi)經(jīng)過多次反復(fù)吸收、反射,只有極少的可見光射線從窗口反射出來,由于觀察點距離窗口很遠,故從窗口反射出來的可見光到達觀察點的份額很小,因而就很難反射到遠眺人的眼里,所以我們就覺得窗口里面黑洞洞的.78、黑體表面與重輻射面相比，均有J=Eb。這是否意味著黑體表面與重輻射面具有相同的性質(zhì)？

答：雖然黑體表面與重輻射面均具有J=Eb的特點，但二者具有不同的性質(zhì)。黑體表面的溫度不依賴于其他參與輻射的表面，相當于源熱勢。而重輻射面的溫度則是浮動的，取決于參與輻射的其他表面。

79、要增強物體間的輻射換熱，有人提出用發(fā)射率ε大的材料。而根據(jù)基爾霍夫定律，對漫灰表面ε＝α，即發(fā)射率大的物體同時其吸收率也大。有人因此得出結(jié)論：用增大發(fā)射率ε的方法無法增強輻射換熱。請判斷這種說法的正確性，并說明理由。

答：在其他條件不變時，由物體的表面熱阻可知，當ε越大時，物體的表面輻射熱阻越小，因而可以增強輻射換熱。因此，上述說法不正確。

80、對殼管式換熱器來說，兩種流體在下列情況下，何種走管內(nèi)，何種走管外？

(1)清潔與不清潔的；(2)腐蝕性大與小的；(3)溫度高與低的；(4)壓力大與小的；(5)流量大與小的；(6)粘度大與小的。

答：(1)不清潔流體應(yīng)在管內(nèi)，因為殼側(cè)清洗比較困難，而管內(nèi)可定期折開端蓋清洗；(2)腐蝕性大的流體走管內(nèi)，因為更換管束的代價比更換殼體要低，且如將腐蝕性強的流體置于殼側(cè)，被腐蝕的不僅是殼體，還有管子；(3)溫度低的流體置于殼側(cè)，這樣可以減小換熱器散熱損失；(4)壓力大的流體置于管內(nèi)，因為管側(cè)耐壓高，且低壓流體置于殼側(cè)時有利于減小阻力損；(5)流量大的流體放在管外，橫向沖刷管束可使表面?zhèn)鳠嵯禂?shù)增加；(6)粘度大的流體放在管外，可使管外側(cè)表面?zhèn)鳠嵯禂?shù)增加。

二、計算題

（一）計算題解題方略

1、穩(wěn)態(tài)導熱問題

（1）截面直肋肋片的傳熱量和肋端溫度的求解。

（1）

（2）

（3）

（4）

（5）

（6）

（2）單層及多層平壁在第三類邊界條件

（7）

（8）

（9）

下導熱問題的計算，（3）單層及多層圓筒壁在第三類邊界條件下導熱

每米供熱管道的散熱損失。

2、非穩(wěn)態(tài)導熱問題

（1）集總參數(shù)法求解任意形狀物體（如熱電偶）的瞬態(tài)冷卻或加熱問題。

（2）公式法或諾謨圖法求解任意形狀物體（如熱電偶或平板）的瞬態(tài)冷卻或加熱問題。

3、對流換熱問題

（1）外掠平板或管內(nèi)強制對流換熱問題在不同流態(tài)下的換熱分析及計算。

（2）橫掠單管或管束的自然或強制對流換熱問題的計算。

4、輻射換熱問題

（1）兩個和三個非凹面組成的封閉腔體，各個表面之間的輻射換熱問題的計算，（2）兩個平行平板之間的輻射換熱問題的計算。

5、注意事項

（1）

對流換熱問題中，當流體為氣流時，有時需要同時考慮對流和輻射換熱；

（2）

對于長直的園管換熱問題，往往要計算單位管長的換熱量；

（3）

對于管內(nèi)強迫對流換熱問題，應(yīng)注意層流和紊流時的實驗關(guān)聯(lián)式的選取，而且流體定性溫度的在不同邊界條件下（如常壁溫和常熱流邊界條件）確定方法有兩種：算數(shù)平均法和對數(shù)平均法。

（4）

注意多個非凹面組成的封閉腔體，各個表面之間的輻射換熱問題的計算中的某個表面的凈輻射熱量與任意兩個表面之間的輻射換熱量的區(qū)別與聯(lián)系。

（二）計算題例題

1、室內(nèi)一根水平放置的無限長的蒸汽管道，其保溫層外徑d=583

mm，外表面實測平均溫度及空氣溫度分別為，此時空氣與管道外表面間的自然對流換熱的表面?zhèn)鳠嵯禂?shù)h=3.42

W

/(m2

K),墻壁的溫度近似取為室內(nèi)空氣的溫度，保溫層外表面的發(fā)射率

問：（1）

此管道外壁的換熱必須考慮哪些熱量傳遞方式；

（2）計算每米長度管道外壁的總散熱量。(12分)

解：

（1）此管道外壁的換熱有輻射換熱和自然對流換熱兩種方式。

（2）把管道每米長度上的散熱量記為

當僅考慮自然對流時，單位長度上的自然對流散熱

近似地取墻壁的溫度為室內(nèi)空氣溫度，于是每米長度管道外表面與室內(nèi)物體及墻壁之間的輻射為：

總的散熱量為

x

t

O2、如圖所示的墻壁，其導熱系數(shù)為50W/(m·K),厚度為50mm，在穩(wěn)態(tài)情況下的墻壁內(nèi)的一維溫度分布為：t=200-2000x2，式中t的單位為0C，x單位為m。試求：

(1)墻壁兩側(cè)表面的熱流密度；

(2)墻壁內(nèi)單位體積的內(nèi)熱源生成的熱量。

解：(1)由傅立葉定律：

所以墻壁兩側(cè)的熱流密度：

(3)

由導熱微分方程得：

3、一根直徑為1mm的銅導線，每米的電阻為。導線外包有厚度為0.5mm，導熱系數(shù)為0.15W/(m·K)的絕緣層。限定絕緣層的最高溫度為650C，絕緣層的外表面溫度受環(huán)境影響，假設(shè)為400C。試確定該導線的最大允許電流為多少？

解：(1)以長度為L的導線為例，導線通電后生成的熱量為,其中的一部分熱量用于導線的升溫，其熱量為：一部分熱量通過絕熱層的導熱傳到大氣中，其熱量為：。

根據(jù)能量守恒定律知：

即

(2)當導線達到最高溫度時，導線處于穩(wěn)態(tài)導熱，，4、解：以長度為L的導線為例，通電后生成的熱量為I2RL。所生成的熱量，一部分通過絕緣層以導熱方式傳遞到大氣中，另一部分熱量則用于導線溫度的升高。

(1)

導熱熱量

(2)

溫度的升高所需要的熱量

(3)根據(jù)能量守恒定律有：

(4)當時，導線處于最高溫度。于是，即

4、初溫為250C的熱電偶被置于溫度為2500C的氣流中，設(shè)熱電偶節(jié)點可以近似看成球形，要使其時間常數(shù)，問熱節(jié)點的直徑為多大？忽略熱電偶引線的影響，且熱節(jié)點與氣流間的表面?zhèn)鳠嵯禂?shù)為h=300W

/(m2

K)，熱節(jié)點材料的物性參數(shù)為：導熱系數(shù)為20W/(m·K)，如果氣流與熱節(jié)點間存在著輻射換熱，且保持熱電偶時間常數(shù)不變，則對所需熱節(jié)點直徑大小有和影響？

解：（1）

解：由于熱電偶的直徑較小，一般滿足集總參數(shù)條件，時間常數(shù)為,故熱電偶直徑：

驗證畢渥數(shù)Bi是否滿足集總參數(shù)法：

滿足集總參數(shù)法條件。

(2)若熱節(jié)點與氣流間存在輻射換熱，則總的表面?zhèn)鳠嵯禂?shù)h（包括對流和輻射）將增加，由知，要保持不變，可以使增加，即熱節(jié)點的直徑增加。

5、空氣以10m/s速度外掠0.8m長的平板，故熱電偶的直徑：

驗證Bi數(shù)是否滿足集總參數(shù)法：

說明上述假設(shè)是正確的。

5、空氣以10m/s速度外掠0.8m的長平板，,，計算該平板在臨界雷諾數(shù)下的、全板平均表面?zhèn)鳠嵯禂?shù)以及換熱量。（層流時平板表面局部努塞爾數(shù)，紊流時平板表面局部努塞爾數(shù)，板寬為1m，已知，定性溫度時的物性參數(shù)為：，）

解：(1)根據(jù)臨界雷諾數(shù)求解由層流轉(zhuǎn)變到紊流時的臨界長度,此時空氣得物性參數(shù)為：，由于板長是0.8m，所以，整個平板表面的邊界層的流態(tài)皆為層流

(2)板長為0.8m時，整個平板表面的邊界層的雷諾數(shù)為：

解：臨界長度

由于板長為0.8m，所以整個平板表面的流動邊界層流態(tài)皆為層流。此時

當平板長度為0.8m時，雷諾數(shù)

全板平均表面?zhèn)鳠嵯禂?shù):

全板平均表面換熱量

6、一厚度為2δ的無限大平壁，導熱系數(shù)λ為常量，壁內(nèi)具有均勻的內(nèi)熱源Φ(單位為W/m3)，邊界條件為x＝0，t=tw1；x=2δ，t=tw2；tw1＞tw2。試求平壁內(nèi)的穩(wěn)態(tài)溫度分布t(x)及最高溫度的位置xtmax，并畫出溫度分布的示意圖。

解建立數(shù)學描述如下：，，據(jù)可得最高溫度的位置xtmax，即。

溫度分布的示意圖見圖。

7、金屬實心長棒通電加熱,單位長度的熱功率等于Φl(單位是W/m)，材料的導熱系數(shù)λ，表面發(fā)射率ε、周圍氣體溫度為tf，輻射環(huán)境溫度為Tsur，表面?zhèn)鳠嵯禂?shù)h均已知，棒的初始溫度為t0。試給出此導熱問題的數(shù)學描述。

解：此導熱問題的數(shù)學描述

8、熱處理工藝中，常用銀球來測定淬火介質(zhì)的冷卻能力。今有兩個直徑均為20mm的銀球，加熱到650℃后分別置于20℃的靜止水和20℃的循環(huán)水容器中。當兩個銀球中心溫度均由650℃變化到450℃時，用熱電偶分別測得兩種情況下的降溫速率分別為180℃／s及360℃／s。在上述溫度范圍內(nèi)銀的物性參數(shù)ρ＝10

500

kg／m3，c＝2．62×102J／(kg·K)，＝360w／(m·K)。試求兩種情況下銀球與水之間的表面?zhèn)鳠嵯禂?shù)。

解：本題表面?zhèn)鳠嵯禂?shù)未知，即Bi數(shù)為未知參數(shù)，所以無法判斷是否滿足集總參數(shù)法條件。為此．先假定滿足集總參數(shù)法條件，然后驗算。

(1)對靜止水情形，由

且，故：

驗算Bi數(shù)：

滿足集總參數(shù)條件。

(2)對循環(huán)水情形，同理，驗算，不滿足集總參數(shù)法條件。改用諾謨圖。

此時。

查圖得，故：

9、初始溫度為300℃，直徑為12cm，高為12cm的短鋼柱體，被置于溫度為30℃的大油槽中，其全部表面均可受到油的冷卻，冷卻過程中鋼柱體與油的表面?zhèn)鳠嵯禂?shù)為300w／(m2·K)。鋼柱體的導熱系數(shù)＝48W／(m·K)，熱擴散率a=1×10-5

m2/s。試確定5min后鋼柱體中的最大溫差。

解：本題屬二維非穩(wěn)態(tài)導熱問題，可采用相應(yīng)的無限長圓柱體和無限大平板的乘積解求解。顯然，圓柱體內(nèi)最高溫度位于柱體中心，最低溫度位于柱體的上、下邊角處。

對無限長圓柱：，查教材附錄2圖l，得：，由附錄2圖2，得：，其中表示表面過于溫度。

所以：

對無限大平板：

由教材圖3—6得：，由教材圖3—7得：

所以

所以短圓柱中的最低溫度：

即：℃

短圓柱中最高溫度：

℃

故5min后鋼柱體中最大溫差：℃

10、溫度為50℃，壓力為1.01325×105Pa的空氣，平行掠過一塊表面溫度為100℃的平板上表面，平板下表面絕熱。平板沿流動方向長度為0.2m，寬度為0.1m。按平板長度計算的Re數(shù)為4×l04。試確定：

(1)平板表面與空氣間的表面?zhèn)鳠嵯禂?shù)和傳熱量；

(2)如果空氣流速增加一倍，壓力增加到10.1325×105Pa，平板表面與空氣的表面?zhèn)鳠嵯禂?shù)和傳熱量。

解：本題為空氣外掠平板強制對流換熱問題。

(1)由于Re＝4×104＜5×105，屬層流狀態(tài)。故：

空氣定性溫度：℃

空氣的物性參數(shù)為，Pr=0.70

故：

W/（m2.K）

散熱量W

(2)若流速增加一倍，壓力，則，而：，故：

所以：，屬湍流。

據(jù)教材式(5—42b)=961

W/（m2·K）

散熱量：W11、用熱線風速儀測定氣流速度的試驗中．將直徑為0.1mm的電熱絲與來流方向垂直放置，來流溫度為25℃，電熱絲溫度為55℃，測得電加熱功率為20W／m。假定除對流外其他熱損失可忽略不計。試確定此時的來流速度。

解本題為空氣外掠圓柱體強制對流換熱問題。

由題意，＝20

W/m，由牛頓冷卻公式

W/（m2·K）

定性溫度：℃

空氣的物性值：，m2/s，由此得：

假設(shè)Re數(shù)之值范圍在40-4000，有：，其中C=0.683，n=0.466

即：，得Re=233.12符合上述假設(shè)范圍。

故：m/s12、一所平頂屋，屋面材料厚δ＝0.2m，導熱系數(shù)λw=0.6W/(m·K)，屋面兩側(cè)的材料發(fā)射率ε均為0.9。冬初，室內(nèi)溫度維持tf1＝18℃，室內(nèi)四周墻壁亦為18℃，且它的面積遠大于頂棚面積。天空有效輻射溫度為-60℃。室內(nèi)頂棚表面對流表面?zhèn)鳠嵯禂?shù)h1＝0.529W/(m2·K)，屋頂對流表面?zhèn)鳠嵯禂?shù)h2=21.1W/(m2·K)，問當室外氣溫降到多少度時，屋面即開始結(jié)霜(tw2＝0℃)，此時室內(nèi)頂棚溫度為多少?此題是否可算出復(fù)合換熱表面?zhèn)鳠嵯禂?shù)及其傳熱系數(shù)?

解：⑴求室內(nèi)頂棚溫度tw1

穩(wěn)態(tài)時由熱平衡，應(yīng)有如下關(guān)系式成立：

室內(nèi)復(fù)合換熱量Φ’=導熱量Φ=室內(nèi)復(fù)合換熱量Φ”；

因Φ’=Φ，且結(jié)霜時℃，可得：，即

解得：℃。

⑵求室外氣溫tf2

因Φ”=Φ，可得：，即：

℃

⑶注意到傳熱方向，可以求出復(fù)合換熱系數(shù)hf1、hf2

依據(jù)，得

依據(jù)，得

⑷求傳熱系數(shù)K13、一蒸汽冷凝器，內(nèi)側(cè)為ts=110℃的干飽和蒸汽，汽化潛熱r=2230，外側(cè)為冷卻水，進出口水溫分別為30℃和80℃，已知內(nèi)外側(cè)換熱系數(shù)分別為104，及3000，該冷凝器面積A=2m2，現(xiàn)為了強化傳熱在外側(cè)加肋，肋壁面積為原面積的4倍，肋壁總效率η=0.9，若忽略冷凝器本身導熱熱阻，求單位時間冷凝蒸汽量。

解：對數(shù)平均溫差：℃，℃

℃

傳熱系數(shù)

單位時間冷凝蒸汽量：

14、一臺逆流套管式換熱器在下列條件下運行，傳熱系數(shù)保持不變，冷流體質(zhì)流量0.125kg/s，定壓比熱為4200J/kg℃，入口溫度40℃，出口溫度95℃。熱流體質(zhì)流量0.125kg/s，定壓比熱為2100J/kg℃，入口溫度210℃，(1)該換熱器最大可能的傳熱量及效能分別是多少？(2)若冷、熱流體側(cè)的對流換熱系數(shù)及污垢熱阻分別為2000W/m2℃、0.0004m2℃/W、120W/m2℃、0.0001m2℃/W，且可忽略管壁的導熱熱阻，試利用對數(shù)平均溫差法確定該套管式換熱器的換熱面積。

解：（1）確定換熱器最大可能的傳熱量：

確定換熱器的效能：

根據(jù)熱平衡方程式確定熱流體出口溫度，即：

℃

確定換熱器的面積：

對數(shù)平均溫差：℃，℃

℃

1．熱交換器的總傳熱系數(shù)與傳熱方程：。

能量守恒方程(不計散熱損失)：

該式與一般傳熱方程的區(qū)別在于傳熱溫差是沿程變化的。

2．對數(shù)平均溫差是在若干簡化假設(shè)條件下得出的換熱器沿程傳熱溫差的積分平均值。對各種不同流動布置形式的換熱器有，ε△t稱為溫差修正系數(shù)。