传热习题答案
【2-1】一食品冷藏室由内层为19 mm 厚的松木，中层为软木层，外层为51 mm 厚的混凝土所组成。内壁面温度为-17.8 ℃,混凝土外壁面温度为29.4 ℃。松木、软木和混凝土的平
均热导率分别为, 3, W/(m ·K)，要求该冷藏室的热损失为15W/m 2。求所需软木的厚度及松
木和软木接触面处的温度。
解：三层平壁的导热。
1）所需软木的厚度2b
由 ∑=-=3141i i
i b T T q λ 得 151
.0019.00433.0762.0051.08.174.29152+++=b 解得： m b 128.02=
2）松木和软木接触面处的温度3T
由 151
.0019
.08.17153+==T q 解得：9.153-=T ℃
解题要点：多层平壁热传导的应用。
【2-2】为减少热损失，在外径为150 mm 的饱和蒸汽管道外加有保温层。已知保温材料的热导率λ=+ 198 T(式中T 为℃),蒸汽管外壁温度为180 ℃,要求保温层外壁温度不超过50 ℃,
每米管道由于热损失而造成蒸汽冷凝的量控制在1×10-4 kg/(m ·s)以下,问保温层厚度应为
多少(计算时可假定蒸汽在180 ℃下冷凝)。
解：保温层平均热导率为： )./(126.02
501801098.1103.04K m W =+??+=-λ 由于本题已知的是蒸汽管道外壁面温度，即保温层内壁面温度，故为一层导热。 由 )()(21
221r r Ln T T L Q -=λπ 得： )()(21
221r r Ln T T L Q -=πλ （1）
式中：m W L Wr L Q /9.2011
103.20191013
4=???==- 将其及其它已知数据代入式（1）得：
)075
.0()50180(126.029.2012r Ln -??=π 解得：m r 125.02=
mm m 5005.0075.0125.0==-=∴δ壁厚
解题要点：单层圆筒壁热传导的应用。
【2-8】烤炉内在烤一块面包。已知炉壁温度为175 ℃，面包表面的黑度为,表面温度为
100 ℃,表面积为 5 m 2，炉壁表面积远远大于面包表面积。求烤炉向这块面包辐射
传递的热量。
解：两物体构成封闭空间，且21S S <<，由下式计算辐射传热量：
W T T S Q 0.65)448373(0645.085.01067.5)
(448424111012-=-????=-=-εσ
负号表示炉壁向面包传递热量。
解题要点：辐射传热的应用，两个灰体构成的封闭空间。
【2-10】在逆流换热器中，用初温为20 ℃的水将1.25 kg/s 的液体［比热容为 kJ/(kg ·K)、
密度为850 kg/m 3］由80 ℃冷却到30 ℃。换热器的列管直径为Φ25 mm ×2.5 mm,水走管内。
水侧和液体侧的对流传热系数分别为850 W/（m 2·K ）和1 700W/（m 2·K ）,污垢热阻可忽略。
若水的出口温度不能高于50 ℃，求水的流量和换热器的传热面积。
解：传热量为
W T T c W Q h h ph h 33211075.118)3080(109.125.1)
(?=-???=-=
又 )(12c c pc c T T c W Q -=
s kg T T c Q
W c c pc c /9454.0)2050(10187.41075.118)(33
12=-???=-=∴ 即冷水流量为s kg /9454.0。
取管壁的热导率 )./(45K m W =λ，则有
)./(5.471850
12025)2025(45210251700111)(211
23K m W Ln d d d d Ln d K i
i O
i O O O O =?+??+=++=-αλα 传热面积由下式计算：
m
O O T K Q S ?= （1） 热流体：3080→℃
冷流体：2050←℃
301=?T ℃ 102=?T ℃ 2.1810301030)(2
121=-=???-?=?∴Ln T T Ln T T T m ℃ 将已知值代入式（1），得：
23
8.132
.185.4711075.118m S O =??= 解题要点：能量平衡方程与传热速率方程的综合应用。
【2-11】在一单程列管换热器中用饱和水蒸气加热食用油。温度为160 ℃的饱和蒸汽在壳程冷凝，冷凝液在饱和温度下排出。食用油在管程流动，并由20 ℃加热到106 ℃。列管换热器尺寸为：列管直径为Φ19 mm ×2 mm 、管长为4 m ，共有25根管子。若换热器的传热量
为125 kW ，蒸汽冷凝传热系数为7 000 W/（m 2·K ）,油侧污垢热阻为 5 m 2·K/W,管壁热阻
和蒸汽侧污垢热阻可忽略,求管内油侧对流传热系数。
又若油的流速增加一倍，此时若换热器的总传热系数为原来的倍,求油的出口温度。假设油的物性不变。
解：（1）管内油侧的对流传热系数
对数平均温差：
水蒸汽： 160160→℃
食用油： 20106→℃
541=?T ℃ 1402=?T ℃
3.90)14054(14054)(2
121=-=???-?=?Ln T T Ln T T T m ℃ 传热面积：
2966.54019.025m L d n S O O =???==ππ
总传热系数：
)./(0.2323
.90966.51012523
K m W T S Q K m O O =??=?= 而
)./(0.23215190005.015197000111112K m W R d d d d K i si i
o i i o O O =?++=++=
ααα 解得： )./(4.3582K m W i =α
（2）油的流速加倍后的出口温度
由 )()()()(2
12112c s c s c s c s O O c c pc c T T T T Ln T T T T S K T T c W -----=- 得： pc
c O O c s c s c W S K T T T T Ln =--)(21 ))(()()(''''21'
21c c O O pc c O O pc c O
O c s c s c s c s W W K K c W S K c W S K T T T T Ln T T T T Ln ==----∴ 即 875.02175.1)10616020160()16020160(
'2=?=----Ln T Ln c 解得：2.99'
2=c T ℃ 解题要点：能量平衡方程与传热速率方程的综合应用。
【2-12】在列管换热器中用冷水冷却油。水在直径为Φ19 mm ×2 mm 的列管内流动。已知管
内水侧对流传热系数为3 490 W/（m 2·K ）,管外油侧对流传热系数为258 W/(m 2
·K)。
换热器在使用一段时间后，管壁两侧均有污垢形成，水侧污垢热阻为 26 m 2·K/W,
油侧污垢热阻为 176 m 2·K/W 。管壁的热导率为45 W/（m ·K ）。求：（1）基于管
外表面积的总传热系数；（2）产生污垢后热阻增加的百分数。
解：以外表面为基准。
（1）基于管外表面的总传热系数O K
产生污垢前的总热阻： W K m Ln r r r r Ln r R i i O i O O O O /.1029.43490
1519)1519(45210192581)(1233--?=?+??+=++=
αλα )./(2331029.41123K m W R K O O =?==
- （2）产生污垢后热阻增加的百分数R %
产生污垢后的总热阻：
W K m r r R R R R i
O si sO O O /.1079.4151900026.0000176.01029.4233'--?=?
++?=++= %7.11%10029
.429.479.4%'=?-=-=O O O R R R R 解题要点：传热系数的计算。
【2-13】在套管换热器中采用并流的方式用水冷却油。水的进、出口温度分别为15 ℃和40 ℃，油的进、出口温度分别为150 ℃和100 ℃。现因生产任务要求油的出口温度降至80 ℃，
假设油和水的流量、进口温度及物性均不变，且仍为并流，换热器除管长外，其他尺寸不变，若原换热器的管长为1 m ，求现在需要的管长。设换热器的热损失可忽略。
解：热量衡算（忽略热损失）：
情况改变前：)1540()100150(-=-=pc c ph h c W c W Q （1）
情况改变后：)15()80150('
2'-=-=c pc c ph h T c W c W Q （2）
（2）/（1），得： 100
15080150154015'
2--=--c T 解得：50'2=c T ℃
情况改变前：
热油： 100150→℃
冷水： 4015→℃
1351=?T ℃ 602=?T ℃
5.92)60135(60135)(2
121=-=???-?=?Ln T T Ln T T T m ℃ 情况改变后：
热油： 80150→℃
冷水： 5015→℃
1351=?T ℃ 302=?T ℃
8.69)30135(30135)(2
121'=-=???-?=?Ln T T Ln T T T m ℃ 情况改变前：m ph h T dL K c W Q ?=-=)()100150(π （3） 情况改变后： '
'')()80150(m ph h T dL K c W Q ?=-=π （4）
（4）/（3），得： 5
.9218.6910015080150''
'??=??=--L T L T L m m 解得：m L 86.1'= 解题要点：能量平衡方程与传热速率方程的综合应用。
传热习题答案
1. 外径为100 mm 的蒸汽管，外面包有一层50 mm 厚的绝缘材料A ，λA =0.05 W/(m.℃)，其外再包一层25 mm 厚的绝缘材料B ，λB =0.075 W/(m.℃)。若绝缘层A 的内表面及绝缘层B 的外表面温度各为170 ℃及38℃，试求：（1）每米管长的热损失量；（2）A 、B 两种材料的界面温度；（3）若将两种材料保持各自厚度，但对调一下位置，比较其保温效果。假设传热推动力保持不变。 解：以下标1表示绝缘层A 的内表面，2表示绝缘层A 与B 的交界面，3表示绝缘层B 的外表面。 （1）每米管长的热损失 2 31231ln 1 ln 1) (2r r r r t t l Q B A λλπ+-= ∴ m W r r r r t t l Q B A /3.495050255050ln 075.01505050ln 05.01)38170(2ln 1ln 1)(22 3 1231=+++++-=+-=πλλπ (2)A 、B 界面温度t2 因系定态热传导，故 3.4921===l Q l Q l Q ∴ 3.4950 5050ln 05.01) 170(22=+-t π 解得 t 2=61.3 （3）两种材料互换后每米管长的热损失 同理 1.5350 5025 5050ln 05.01505050ln 075.01) 38170(2' =+++++-=πl Q W/m 由上面的计算可看到，一般说，导热系数小的材料包扎在内层能够获得较好的保温效果。 1、欲将一容器中的溶液进行加热，使其从30℃加热至60℃，容器中的液量为6000，用 夹套加热，传热面积为 ，容器内有搅拌器，因此器内液体各处的温度可视为均匀的， 加热蒸气为0.1MPa 的饱和水蒸气，传热系数为 ℃，求将溶液由30℃加热至60℃ 所需要的时间？ 已知溶液比热为℃，热损失忽略不计。 解：溶液从30℃被加热到60℃所需的热量： 而夹套的传热效率： 其中，对于 的饱和水蒸气， ℃
传热的三种方式
第6章传热 1、传热过程有哪三种基本方式？答：（1）间接换热，（2）直接换热，（3）蓄热式换热。 2、传热按机理分为哪几种？答：（1）热传导，（2）热对流，（3）热辐射。 3、物体的导热系数与哪些主要因素有关？答：与物体材料的组成、结构、温度、湿度、压强及聚集状态等因素有关。 4、流体流动对传热的贡献主要表现在哪儿？答：流体在垂直于传热方向上的流动，可以增加传热方向上的温度梯度，尤其是湍流时，使得传热方向上的温度梯度仅存在于流动边界层内，故温度梯度数值有很大的增加，根据傅立叶热传导定律可知，在温度梯度方向上的传热速率有了很大增加。流体在平行于传热方向上的同向流动对于传热的作用是明显的，流体的质点运动携带了热量，使得传热速率可有很大增加。 5、自然对流中的加热面与冷却面的位置应如何放才有利于充分传热？答：将加热面水平方向置于底部，加热面水平方向置于顶部，有利于自然环流。 6、液体沸腾的必要条件有哪两个？答：（1）达到一定的过热度，（2）有利于形成较多的气泡核心。 7、工业沸腾装置应在什么沸腾状态下操作？为什么？答：应在什么核状沸腾状态下操作，因为此状态下，对流传热系数大，操作状态安全稳定。 8、沸腾给热的强化可以从哪两方面着手？答：（1）加热表面，易于形成更多的汽化核心，（2）沸腾液体，在液体中加入少量的添加剂改变沸腾液体的表面张力。 9、蒸汽冷凝时为什么要定期排放不凝性气体？答：在冷凝液膜表面上的不凝性气体膜，导热系数很小，热阻值大，直接影响蒸汽冷凝传热速率，故应定期排放不凝性气体。 10、为什么低温时热辐射往往可以忽略，而高温时热辐射则往往成为主要的传热方式？答：根据斯蒂芬-波尔茨曼定律，物体对外辐射能量的总能力E与其绝对温度的4次方成正比，故在物体处于低温时热辐射往往可以忽略，而高温时热辐射则往往成为主要的传热方式。 11、影响辐射传热的主要因素有哪些？答：（1）高温物体绝对温度的4次方与低温物体绝对温度的4次方之差，（2）高温物体的黑度值及低温物体的黑度值，（3）高温物体与低温物体的位置关系。 12、为什么有相变时的对流给热系数大于无相变时的对流给热系数？答：（1）核状沸腾状态时，加热壁的温度t w已经达到了一定的过热度，与壁面相接触的液体很容易汽化，很多的气泡很自然容易上浮，这样刚与壁面相接触的液体又发生汽化。在壁面与相接触的液体之间的传热，热阻值很小，则表现为对流给热系数很大；（2）蒸汽冷凝时，蒸汽与被加热壁面之间的传热，热阻就是由冷凝液的膜中产生，膜很薄，故热阻值很小，则表现为对流给热系数很大。无相变时的对流传热热阻发生在层流底层中，由于在一般情况下层流底层比冷凝液的膜厚许多，故其热阻值大许多，对流给热系数小许多。 13、有两把外形相同的茶壶，一把为陶瓷的，一把为银制的。将刚烧开的水同时充满两壶，陶壶中水温下降比银壶中的快，为什么？答：因为两壶置于空气中，首先主要以热辐射的方式对外界空气散热。陶瓷材料的黑度数值大，银材料的黑度数值小，故在水温降低的初始阶段，陶瓷壶对外辐射传热速率更快，则水温降得更快。但是，在水温降低到较小的数值后，则会出现相反的状态，因为辐射传热速率均已经很小了，则应考虑通过壶壁材料的热传导速率了。银材料的导热系数较陶瓷材料的要大，而银壶的壁厚较陶瓷壶的要薄，故导热热阻小，热传导速率更快。 14、若串联传热过程中存在着某个控制步骤，其含义是什么？答：说明在这个步骤中热阻值最大，并且比其他步骤中的热阻值大许多。 15、传热基本方程式推导得出对数平均推动力的前提条件有哪些？答：（1）定常态换热，两种流体的热容流率不变，（2）逆流换热，（3）无热损失。 16、一列管换热器，油走管程并达到充分湍流。用133o C的饱和蒸汽可将油从40o C加热至80o C 。若欲增加50%的油处理量，有人建议采用并联或串联同样一台换热器的方法，以保持油的出口温度不低于80o C ，这个方案是否可行？答：（1）换热器中的总传热系数K约等于油侧的对流传热系数。若串联同样一台换热器，在每台换热器中的总传热系数K是原来的1.50.8倍，换热面积A是原来的2倍，若保持油的出口温度不低于80o C ，串联换热器的平均传热温度差与原来相同，故串联换热器的换热速率是原来的 ?倍。而流量增加后换热负荷是原来的1.5倍，故这个方案可行。（2）若并联同样一台换5.18.0= .2 766 2
《传热学期末复习试题库》含参考答案
传热学试题 第一章概论 一、名词解释 1．热流量：单位时间所传递的热量 2．热流密度：单位传热面上的热流量 3．导热：当物体有温度差或两个不同温度的物体接触时，在物体各部分之间不发生相对位移的情况下，物质微粒(分子、原子或自由电子)的热运动传递了热量，这种现象被称为热传导，简称导热。 4．对流传热：流体流过固体壁时的热传递过程，就是热对流和导热联合用的热量传递过程，称为表面对流传热，简称对流传热。 5．辐射传热：物体不断向周围空间发出热辐射能，并被周围物体吸收。同时，物体也不断接收周围物体辐射给它的热能。这样，物体发出和接收过程的综合结果产生了物体间通过热辐射而进行的热量传递，称为表面辐射传热，简称辐射传热。 6．总传热过程：热量从温度较高的流体经过固体壁传递给另一侧温度较低流体的过程，称为总传热过程，简称传热过程。 7．对流传热系数：单位时间单位传热面当流体温度与壁面温度差为1K是的对流传热量，单位为W／(m2·K)。对流传热系数表示对流传热能力的大小。 8．辐射传热系数：单位时间单位传热面当流体温度与壁面温度差为1K是的辐射传热量，单位为W／(m2·K)。辐射传热系数表示辐射传热能力的大小。 9．复合传热系数：单位时间单位传热面当流体温度与壁面温度差为1K是的复合传热量，单位为W／(m2·K)。复合传热系数表示复合传热能力的大小。 10．总传热系数：总传热过程中热量传递能力的大小。数值上表示传热温差为1K时，单位传热面积在单位时间的传热量。 二、填空题 1．热量传递的三种基本方式为、、。 （热传导、热对流、热辐射） 2．热流量是指，单位是。热流密度是指，单位是。 （单位时间所传递的热量，W，单位传热面上的热流量，W/m2） 3．总传热过程是指，它的强烈程度用来衡量。 (热量从温度较高的流体经过固体壁传递给另一侧温度较低流体的过程，总传热系数) 4．总传热系数是指，单位是。 （传热温差为1K时，单位传热面积在单位时间的传热量，W／(m2·K)） 5．导热系数的单位是；对流传热系数的单位是；传热系数的单位是。 （W／(m·K)，W／(m2·K)，W／(m2·K)）
传热过程自测题
第三章 传热单元自测题 一、填空题 1、传热的基本方式有 、 和 三种。 2、对流传热系数的主要影响因素有 、 、 。 3、流体在圆形直管中做强制湍流传热时，对流传热系数关联式为 ，式中n 是为校正 的影响，当流体被加热时，n ＝ ，当流体被冷却时，n ＝ 。 4、蒸汽冷凝有 和 两种方式；液体在大容器内沸腾时，随着温度差(t w －t s )的不同，会出现 、 和 不同的沸腾状态，工业上应维持在 状态内操作。 5、总传热系数K 的倒数1/K 代表 ，提高K 值关键是 。 6、在管壳式换热器，用饱和水蒸汽冷凝加热原油，则原油宜在 流动，总传热系数接近于 的对流传热系数。 7、写出三种间壁式换热器的名称： 、 和 。 8、二流体逆流流动，T 1＝300℃，T 2＝200℃，t 2＝180℃，t 1＝25℃，则△t ＝ 。 9、有相变时的对流传热系数比无相变时 ；粘度μ值大，对流传热系数 ；热壁面在冷空气之下比热壁面在冷空气之上时对流传热系数 。 10、平壁稳定热传导过程．通过三层厚度相同的材料，每层问 温度变化如图所示。试判断λ1、λ2、λ3的大小顺 序 ，每层热阻的大小顺序 。 11、有一列管式换热器，由38根φ25mm ×2.5mm 的无缝钢管 组成。苯在管内流动，由20℃被加热到80℃，苯的流量为8.32kg/s 。外壳中通入水蒸气进 行加热。则管壁对苯的传热系数为 W/(m 2 .℃)；若将苯的流量提高一倍，则传热系 数又为 W/(m 2.℃)。（已知苯的物性数据为：密度ρ＝860kg/m 3 ；比热容C p ＝ (kg.℃)；粘度μ＝；导热系数λ＝ W/(m 2 .℃)。） 12、对于圆筒壁的稳定热传导，其总热阻为各层热阻之 ；总推动力为 ；各层温差与 成正比；Q Q 1 Q 2 …；但q q 1 q 2 …。 13、固定管板式列管换热器中，压力高，腐蚀性以及不清洁的物料应走 。 14、套管换热器的管隙通入压强一定的饱和水蒸汽，使管内空气由t 1升温至t 2，空气的流量为m sc ，今保持蒸汽压强不变，而使m sc 增大，其它条件不变，则Q 、K 、 t 2 、△t m 。(变大、变小、不变、不确定) 15、进出口温度分别为85℃和40℃的热流体对进口温度为20℃的冷流体进行加热，规定冷流体出口温度不超过40℃，则必须采用_______操作。 二、选择题 1、水在圆管中强制湍流时的对流传热系数αi 为1000W/(m 2 .℃)，若将水流量增加一倍，而其它条件不变，则αi 为( )。 A 、2000 B 、1740 C 、1000 D 、500 2、对间壁两侧流体一侧恒温，另一侧变温的传热过程，逆流和并流时△t m 大小为( )。 A 、△t m 逆＞△t m 并 B 、△t m 逆＜△t m 并 C 、△t m 逆＝△t m 并 D 、无法确定 3、某保温材料λ＝／，厚度为300mm ，测得低温处t 0＝80℃，单位面积导热速率为／，求高温处t 1＝( )。 A 、530℃ B 、82℃ C 、125℃ D 、无法确定 4、某流体在圆形直管内作湍流运动，温度由t 1加热至t 2，若流体流速为u 时，其对流
传热学练习题
传热学练习题 一、填空题 1、在范德瓦耳斯方程中， 是考虑分子之间的斥力而引进的改正项，V an 2 2 是考虑到分子之间的 而引进的改正项。 2、在等压过程中，引进一个函数H 名为焓则其定义为 ，在此过程中焓的变化为 ，这正是等压过程中系统从外界吸收的热量。 3、所在工作于一定温度之间的热机，以 的效率为最高，这是著名的 。 4、一个系统的初态A 和终态B 给定后，积分 与可逆过程的路径无关，克劳修斯根据这个性质引进一个态函数熵，它的定义是 ，其中A 和B 是系统的两个平衡态。 5、在热力学中引入了一个态函数TS U F -=有时把TS 叫做 ，由于F 是一个常用的函数，需要一个名词，可以把它叫做 。 6、锅炉按用途可分为电站锅炉、___________ 锅炉和生活锅炉。 7、锅炉按输出介质可分为、___________ 、__________ 和汽水两用锅炉。 8、锅炉水循环可分为___________ 循环和_________ 循环两类。 9、如果温度场随时间变化，则为__________。 10、一般来说，紊流时的对流换热强度要比层流时__________。 11、导热微分方程式的主要作用是确实__________。 12、一般来说，顺排管束的平均对流换热系数要比叉排时__________。 13、膜状凝结时对流换热系数__________珠状凝结。 二、判断题 1、系统的各宏观性质在长时间内不发生任何变化，这样的状态称为热力学平衡态。 （ ） 2、温度是表征物体的冷热程度的，温度的引入和测量都是以热力学定律为基础的。 （ ） 3、所谓第一类永动机，就是不需要能量而永远运动的机器。 （ ） 4、自然界中不可逆过程是相互关联的，我们可以通过某种方法把两个不可逆过程联系起来。 （ ） 5、对于处在非平衡的系统，可以根据熵的广延性质将整个系统的熵定义为处在局域平衡的各部分的熵之和。（ ） 6、 测量锅炉压力有两种标准方法，一种是绝对压力，一种是相对压力都称为表压力。（ ）
化工原理传热练习习题及标准答案.docx
化工原理习题及答案 第五章传热 姓名 ____________ 班级 ____________ 学号 _____________ 成绩 ______________ 一、填空题： 1.（ 6 分）某大型化工容器的外层包上隔热层, 以减少热损失 , 若容器外表温度为500℃ ,而 环境温度为20℃ ,采用某隔热材料, 其厚度为240mm,λ =此时单位面积的热损失为_______。 ( 注 : 大型容器可视为平壁) *** 答案 ***1140w 2.（ 6 分）某大型化工容器的外层包上隔热层, 以减少热损失 , 若容器外表温度为500℃ ,而 环境温度为20℃ ,采用某隔热材料, 其厚度为120mm, λ =此时单位面积的热损失为 _______。 ( 注 : 大型容器可视为平壁) *** 答案 *** 1000w 3.（ 6 分）某大型化工容器的外层包上隔热层, 以减少热损失 , 若容器外表温度为150℃ ,而 环境温度为20℃ , 要求每平方米热损失不大于500w, 采用某隔热材料, 其导热系数λ =则其 厚度不低于 _______。 ( 注 : 大型容器可视为平壁) *** 答案 *** 91mm 4.（ 6 分）某间壁换热器中 , 流体被加热时 , 圆形直管内湍流的传热系数表达式为 ___________________. 当管内水的流速为0.5m.s时,计算得到管壁对水的传热系数α= .K). 若水的其它物性不变, 仅改变水在管内的流速, 当流速为 0.8m.s时,此时传热系数α =_____________. *** 答案 ***α =(λ /d)Re Pr α = .K) 5.（ 6 分）某间壁换热器中 , 流体被加热时 , 圆形管内湍流的传热系数表达式为 _____________________. 当管内水的流速为0.5m.s时,计算得到管壁对水的传热系数α= .K). 若水的其它物性不变, 仅改变水在管内的流速, 当流速为 1.2m.s时,此时传热系数α =________________. *** 答案 ***α =(λ /d)Re Pr
传热的三种基本方式
传热的三种基本方式 赵世强 08化工一班 0803021039 合肥学院 化学与材料工程系 合肥 230022 摘要：传热是自然界和工程技术领域中极普遍的一种传递过程。由于物体内或系统内的两部分之间的温度差而引起，净的热流方向总是由高温处向低温处流动。 关键词：传热，温度差，热传导，对流传热，辐射传热 引言 化学工业与传热的关系尤为密切，化工生产中的很多过程与单元操作都需要进行加热获冷却，而这些传热过程往往都是通过一定的换热设备来实现的。如何设计价格低廉、运行经济的换热设备以完成所要求的换热任务，是化学工程师经常遇到的问题。这就要求通晓热量传递的基本原理，又要求具有能够定量计算传递速率的能力。 1 热传导 热量从物体内部温度较高的部分传递到温度较低的部分或者传递到与之相接触的、温度较低的另一物体的过程称为热传导，简称导热。 特点：物质间没有宏观位移，只发生在静止物质内的一种传热方式。 1.1 傅立叶定律 描述导热现象的物理定律为傅里叶定律，其数学表达式为 dQ t q k n dS ?==-? 式中 Q ——传热速率单位时间传递的热量，/J s ； q ——热通量单位传热面积的传热速率，2/()J m s ?，矢量，方向为传热面的法线方向dQ q dS = ； S ——与导热方向垂直的传热面积； 负号表示q 与温度梯度方向相反； k ——导热系数, 单位为/()W m K ?。 物性之一：与物质种类、热力学状态（T 、P ）有关
物理含义：代表单位温度梯度下的热通量大小，故物质的k 越大，导热性能越好。 1.2 热导率（导热系数） 定义式：dQ dS k dt dn =- 单位温度梯度的热通量, /(K)W m ? k 表征物质导热能力的大小，是物质的物性之一。 k 金属非金属固体液气由实验测定，一般k k k k >>>金属非金属固体液体气体 1.2.1 气体的导热系数 a 随温度的升高而增大； b 气体k 很小，对导热不利，但有利于保温、绝热； c 混合物11131n i i i i m n i i i k y M k y M ===∑∑ 1.2.2 液体的导热系数 液态金属的k 比一般液体的要高大多数液态金属的k 随T 升高而减小。 在非金属液体中，水的最大。除水和甘油外，绝大多数液体的k 随T 升高而略有减少,k k >纯液体溶液溶液。 溶液的k ：0.9m i i k a k =∑ 或 m i i k a k =∑ 1.2.3 固体的导热系数 纯金属：k 随T 升高而减小，随纯度升高而增大 非金属：k 随ρ升高而增大，随T 升高而增大 对大多数匀质的固体，k 值与温度大致成线性关系，即 0(1)k k t β=+ 2 热对流（又称对流） 对流传热是指由于流体的宏观运动，流体各部分之间发生相对位移、冷热流体相互掺混所引起的热量传递过程。流体中质点发生相对位移而引起热交换。对流传热仅发生在流体中，因此它与流体的流动状态密切相关。在对流传热时，必然伴随着流体质点间的热传导。
工程传热学试题及其答案
工程传热学试题及其答案
传热学试题 （环境科学与工程学院2003级使用） 班级 姓名 学号 成绩 一、概念题（34分） 得 分 答：非周期性的加热或冷却过程可以分为初始状况阶段和正规状况阶段（2分）。前者的温度分布依然受着初始温度分布的影响，也就是说热扰动还没有扩散到整个系统，系统中仍然存在着初始状态，此时的温度场必须用无穷级数加以描述（2分）；而后者却是热扰动已经扩散到了整个系统，系统中各个地方的温度都随时间变化，此时温度分布可以用初等函数加以描述（2分）。 得分 答：时间常数是从导热问题的集总参数系统分析中定义出来的，为A cV αρτ＝ 0，（1分）从中不难看出，它与系统（物体）的物性、形状大小相关，且与环境状况（换热状况）紧密相联（3分）。因此， 1.（6分）非周期性的加热或冷却过程可以分 2.（6分）时间常数是从什么导热问题中定义
同一物体处于不同环境其时间常数是不一样的（2分）。 得 分 答： 四个无量纲准则的物理量组成为：2 3 Re;Pr ;Pr ;Re νβννTL g Gr Pe a L u ?=?=== ∞。（各1分） Re ――表征给定流场的流体惯性力与其黏性力的对比关系；Pe ――表征给定流场的流体热对流能力与其热传导（扩散）能力的对比关系；Pr ――反映物质的动量扩散特性与其热量扩散特性的对比关系；Gr ――主要表征给定流场在浮升力作用下产生的流体惯性力与其黏性力的对比关系。（各1分） Bi=αL s /λs 而Nu=αL f /λf 。从物理量的组成来看，Bi 数的导热系数λs 为固体的值，而Nu 数的λf 则为流体的值；Bi 数的特征尺寸L s 在固体侧定义，而Nu 数的L f 则在流体侧定义。从物理意义上看，前者反映了导热系统同环境之间的换热性能与其导热性能的对比关系，而后者则反映了换热系统中流体与壁面地换热性能与其自身的导热性能的对比关系。（2分） 3.（10分）写出对流换热过程中的无量纲准
传热学试题库含答案
《传热学》试题库 第一章概论 一、名词解释 1．热流量：单位时间内所传递的热量 2．热流密度：单位传热面上的热流量 3．导热：当物体内有温度差或两个不同温度的物体接触时，在物体各部分之间不发生相对位移的情况下，物质微粒(分子、原子或自由电子)的热运动传递了热量，这种现象被称为热传导，简称导热。 4．对流传热：流体流过固体壁时的热传递过程，就是热对流和导热联合用的热量传递过程，称为表面对流传热，简称对流传热。 5．辐射传热：物体不断向周围空间发出热辐射能，并被周围物体吸收。同时，物体也不断接收周围物体辐射给它的热能。这样，物体发出和接收过程的综合结果产生了物体间通过热辐射而进行的热量传递，称为表面辐射传热，简称辐射传热。 6．总传热过程：热量从温度较高的流体经过固体壁传递给另一侧温度较低流体的过程，称为总传热过程，简称传热过程。 7．对流传热系数：单位时间内单位传热面当流体温度与壁面温度差为1K是的对流传热量，单位为W／(m2·K)。对流传热系数表示对流传热能力的大小。 8．辐射传热系数：单位时间内单位传热面当流体温度与壁面温度差为1K是的辐射传热量，单位为W／(m2·K)。辐射传热系数表示辐射传热能力的大小。 9．复合传热系数：单位时间内单位传热面当流体温度与壁面温度差为1K是的复合传热量，单位为W／(m2·K)。复合传热系数表示复合传热能力的大小。 10．总传热系数：总传热过程中热量传递能力的大小。数值上表示传热温差为1K时，单位传热面积在单位时间内的传热量。 四、简答题 1．试述三种热量传递基本方式的差别，并各举1～2个实际例子说明。 （提示：从三种热量传递基本方式的定义及特点来区分这三种热传递方式） 2．请说明在传热设备中，水垢、灰垢的存在对传热过程会产生什么影响?如何防止? （提示：从传热过程各个环节的热阻的角度，分析水垢、灰垢对换热设备传热能力与壁面的影响情况）3. 试比较导热系数、对流传热系数和总传热系数的差别，它们各自的单位是什么? （提示：写出三个系数的定义并比较，单位分别为W/(m·K)，W/(m2·K)，W/(m2·K)） 4．在分析传热过程时引入热阻的概念有何好处?引入热路欧姆定律有何意义? （提示：分析热阻与温压的关系，热路图在传热过程分析中的作用。） 5．结合你的工作实践，举一个传热过程的实例，分析它是由哪些基本热量传递方式组成的。 （提示：学会分析实际传热问题，如水冷式内燃机等） 6．在空调房间内，夏季与冬季室内温度都保持在22℃左右，夏季人们可以穿短袖衬衣，而冬季则要穿毛线衣。试用传热学知识解释这一现象。 （提示：从分析不同季节时墙体的传热过程和壁温，以及人体与墙表面的热交换过程来解释这一现象（主
传热学习题及参考答案
《传热学》复习题 一、判断题 1．稳态导热没有初始条件。（） 2．面积为A的平壁导热热阻是面积为1的平壁导热热阻的A倍。（） 3．复合平壁各种不同材料的导热系数相差不是很大时可以当做一维导热问题来处理（） 4．肋片应该加在换热系数较小的那一端。（） 5．当管道外径大于临界绝缘直径时，覆盖保温层才起到减少热损失的作用。（） 6．所谓集总参数法就是忽略物体的内部热阻的近视处理方法。（） 7．影响温度波衰减的主要因素有物体的热扩散系数，波动周期和深度。（） 8．普朗特准则反映了流体物性对换热的影响。（） 9. 傅里叶定律既适用于稳态导热过程，也适用于非稳态导热过程。（） 10.相同的流动和换热壁面条件下，导热系数较大的流体，对流换热系数就较小。（） 11、导热微分方程是导热普遍规律的数学描写，它对任意形状物体内部和边界都适用。( ) 12、给出了边界面上的绝热条件相当于给出了第二类边界条件。 ( ) 13、温度不高于350℃，导热系数不小于0.12w/(m.k)的材料称为保温材料。 ( ) 14、在相同的进出口温度下，逆流比顺流的传热平均温差大。 ( ) 15、接触面的粗糙度是影响接触热阻的主要因素。 ( ) 16、非稳态导热温度对时间导数的向前差分叫做隐式格式，是无条件稳定的。 ( ) 17、边界层理论中，主流区沿着垂直于流体流动的方向的速度梯度零。 ( ) 18、无限大平壁冷却时，若Bi→∞，则可以采用集总参数法。 ( ) 19、加速凝结液的排出有利于增强凝结换热。 ( ) 20、普朗特准则反映了流体物性对换热的影响。( ) 二、填空题 1．流体横向冲刷n排外径为d的管束时，定性尺寸是。 2．热扩散率（导温系数）是材料指标，大小等于。 3．一个半径为R的半球形空腔，空腔表面对外界的辐射角系数为。 4．某表面的辐射特性，除了与方向无关外，还与波长无关，表面叫做表面。 5．物体表面的发射率是ε，面积是A，则表面的辐射表面热阻是。 6．影响膜状冷凝换热的热阻主要是。
第五章 传 热(自测题)
第五章传热【学生自测题】 一、填空或选择 1. 多层壁稳定导热中，若某层的热阻最大，则该层两侧的温差。 2. 一定质量的流体在φ25×2.5mm的直管内，作强制的湍流流动，其对流传热系数 a i=1000W/m2·℃，如果流量和物性不变，改在φ19×2mm的直管内流动，其a i为W/m2·℃。 A．1259；B．1496；C．1585；D．1678。 3. 水与苯通过间壁换热器进行换热。水从20℃升至30℃，苯由80℃降至40℃，则最小值流体为，此换热器的传热效率η=____ 。 4. 列管式换热器的壳程内设置折流挡板的作用在于_________ 。 5. 有一套管换热器，在内管中空气从46℃被加热到50℃，环隙内有119.6℃的水蒸气冷凝，管壁温度接近___ ℃。 A．35；B．119.6℃；C．77.3 。 6. 对膜状冷凝传热，冷凝液膜两侧温差愈大，冷凝传热系数愈____ 。 7. 在列管换热器中饱和蒸气加热空气，有：甲）传热管的壁稳接近加热蒸气温度；乙）换热器总传热系数K将接近空气侧的对流传热系数。则： A．甲乙均合理；B．甲乙均无理；C．甲合理，乙无理；D．甲无理，乙合理。 8. 在蒸气冷凝传热中，不凝气体的存在对a的影响是______ 。 A．不凝气体的存在会使a大大降低；B．不凝气体的存在会使a升高； C．不凝气体的存在对a无影响。 9. 对在蒸气-空气间壁换热过程中，为强化传热，下列方案中在工程上可行的是____ 。 A．提高空气流速；B．提高蒸气流速；C．采用过热蒸气以提高蒸气流速； D．在蒸气一侧管壁上装翅片，增加冷凝面积并及时导走冷凝液。 10. 在两灰体间进行辐射传热，两灰体的温度差50℃，现因某种原因，两者的温度各升高100℃，则此时的辐射传热量与原来的相比，应该____ 。 A．增大；B．变小；C．不变；D．不确定。 11. 327℃的黑体辐射能力为27℃黑体辐射能力的____倍。 12. 物体黑度是指在___温度下，物体的___与_____ 之比，在数值上它与同一温度下物体的_____相等。 13. 在卧式列管换热器中用饱和水蒸气冷凝加热原油，则原油宜在___流动，总传热系数接近的对流传热系数值，传热壁面的温度接近于___温度。 14. 列管式换热器的壳程内设置折流挡板，以提高___程流速。设置隔板以提高____程流速，以达到强化传热的目的。管程流速的选取，对一般液体取___，气体取____，如果该换热器用水蒸气冷凝来加热原油，那么水蒸气应在____流动。 15. 斯蒂芬─波尔茨曼定律的数学表达式是____ ，该式表明____ 。 二、计算题 1. 设计由φ25×2mm的136根不锈钢管组成的列管换热器。平均比热为4187J/kg·℃的溶液在管内作湍流流动，流量为15000kg/h，并由15℃加热到100℃。温度为110℃的饱和水蒸气在壳方冷凝。已知单管程时管壁对溶液的对流传热系数为a i=520W/m2·℃，蒸气冷凝时的对流传热系数a o=1.16×104W/m2·℃，不锈钢管的导热系数l=17W/m ·℃，忽略污垢热阻和热损失，试求： （1）管程为单程时的列管有效长度； （2）管程为四程时的列管有效长度（仍为136根）。 2. 有一单程列管式换热器，内装有φ25×2.5mm的钢管300根，管长为2m。要求将质
导热油两种传热系统比较
导热油两种传热系统比较 导热油两种传热系统比较 导热油传热系统有两种类型，分别为开式系统和闭式系统。将膨胀槽排气管直接与大气相通的传热系统称为开式传热系统；膨胀槽与大气隔离的传热系统称为闭式传热系统。两种传热系统各有哪些特点，采用开式系统或闭式系统的原则有哪些，看了以下详细分析，你可能就会有所了解。 开式系统的特点 开式系统中是将膨胀槽排气管直接与大气相通，不增加设备和维护运行费用，操作简单，目前，我国近90%导热油传热系统采用。 在开式传热系统，导热油中的低沸点挥发物和水分在加热运行中易分解析出挥发性气体和蒸汽，使导热油呈液气混合态，这种液气混合态的工质在系统中的高温、高速、低压（局部区段）工况下极易出现喘振、脉动和汽锤冲击，并在高压区收缩形成空穴，产生气蚀。在喘振、脉动状态下运行的设备，不但降低了运行效率、可靠性和安全性，而且大大缩短了设备使用寿命。尤其当供热温度大于300℃时，导热油使用温度下的饱和蒸汽压大于膨胀槽所处位置的静压头时，上述矛盾会更加突出的暴露出来，甚至会出现导热油迅速汽化，使设备根本无法运行的“断裂工况”事故。 任何油品在空气中均会氧化，导热油也不例外。油品的氧化速度与油氧接触面积成正比。在开式系统中导热油长时间与空气大面积接触，会氧化生成有机酸，有机酸可进一步促进导热油的聚合反应缩聚成胶泥，使粘度增加，导致导热油流速减缓，在炉管停留时间增加，不仅传热效果变差，而且会加速导热油的劣化，缩短导热油使用寿命，影响系统安全稳定运行。 闭式系统的特点 闭式系统通常采用惰性气体（一般采用氮气）或冷油液封装置使导热油与空气隔离。闭式系统使导热油封闭运行，隔绝空气，可有效防止导热油氧化劣化、延长导热油使用寿命，并能有效减少导热油的挥发及避免开式系统存在的问题以及喷油、着火等安全隐患，完全符合国家节能减排环保要求。 采用氮气封闭式系统，需要有氮气源否则需附加一套氮气发生系统，使导热油系统设备复杂化并给操作、维护都带来了一定的影响，提高了系统的复杂性，增加了设备投资和提高了生产运行、维护成本，不易于普及和推广。目前，国内仅大型企业、大型导热油加热系统及有氮气气源的企业采用。 对于无氮气气源和导热油系统不是很大且资金受限的企业，多采用冷油液封装置使导热油与大气隔离，也能有效保护导热油防止空气氧化，延长导热油使用寿命。 采用开式系统或闭式系统的原则 对于导热油传热系统采用开式还是闭式系统，国家标准GB23971-2009《有机热载体》和国家特种设备安全技术规范TSG G0001-2012《锅炉安全技术监察规程》都作了明确规定。 国家标准GB23971-2009规定： ● L-QC和L-QD类（即最高允许使用温度在300℃以上）导热油应在闭式系统中使用。 ●L-QB类（即最高允许使用温度在300℃以下）导热油，适用于闭式或开式系统。并规定了导热油在开式系统中使用的条件，开口闪点符合指标要求；热氧化安定性达到指标要求；初馏点高于最高工作温度。 特种设备安全技术规范TSG G0001-2012规定：符合下列条件之一的系统应设计
传热学练习题(学生)
传热学计算练习题 1．某平壁燃烧炉是由一层耐火砖与一层普通砖砌成，两层的厚度均为100mm ，其导热系数分别为0.9W/（m·℃）及0.7W/（m·℃）。待操作稳定后，测得炉膛的内表面温度为700℃，外表面温度为130℃。为了减少燃烧炉的热损失，在普通砖外表面增加一层厚度为40mm 、导热系数为0.06W/（m·℃）的保温材料。操作稳定后，又测得炉内表面温度为740℃，外表面温度为90℃。设两层砖的导热系数不变，试计算加保温层后炉壁的热损失比原来的减少百分之几？(%5.68) 2．在外径为140mm 的蒸气管道外包扎保温材料，以减少热损失。蒸气管外壁温度为390℃，保温层外表面温度不大于40℃。保温材料的λ与t 的关系为λ=0.1+0.0002t （t 的单位为℃，λ的单位为W/（m·℃））。若要求每米管长的热损失Q/L 不大于450W/m ，试求保温层的厚度以及保温层中温度分布(b= 71mm)( t=－501lnr －942)。 3．有一列管式换热器，由38根φ25mm×2.5mm 的无缝钢管组成。苯在管内流动，由20℃被加热至80℃，苯的流量为8.32kg/s 。外壳中通入水蒸气进行加热。试求管壁对苯的传热系数(1272 W/（m 2·℃）)。当苯的流量提高一倍，传热系数有何变化(2215 W/（m 2·℃）)。 4．在预热器内将压强为101.3kPa 的空气从10℃加热到50℃。预热器由一束长度为1.5m ，直径为φ86×1.5mm 的错列直立钢管所组成。空气在管外垂直流过，沿流动方向共有15行(对流传热核准系数为1.02)，每行有管子20列，行间与列间管子的中心距为110mm 。空气通过管间最狭处的流速为8m/s 。管内有饱和蒸气冷凝。试求管壁对空气的平均对流传热系数(56W/（m 2·℃）)。注：(空气流过15排管束时，对流传热核准系数为1.02) 5．热空气在冷却管管外流过，α2=90W/（m 2·℃），冷却水在管内流过， α1=1000W/（m 2·℃）。冷却管外径d o =16mm ，壁厚b=1.5mm ，管壁的λ=40W/（m·℃）。试求： ①总传热系数K o ；(80.8W/（m 2·℃）) ②管外对流传热系数α2增加一倍，总传热系数有何变化？(增加了82.4%) ③管内对流传热系数α1增加一倍，总传热系数有何变化？(增加了6%) 6．有一碳钢制造的套管换热器，内管直径为φ89mm×3.5mm ，流量为2000kg/h 的苯在内管中从80℃冷却到50℃。冷却水在环隙从15℃升到35℃。苯的对流传热系数αh =230W/（m 2·K ），水的对流传热系数αc =290W/（m 2·K ）。忽略污垢热阻。试求：①冷却水消耗量；(1335 kg/h)②并流和逆流操作时所需传热面积(并流6.81 m 2，逆流5.83 m 2)；③如果逆流操作时所采用的传热面积与并流时的相同，计算冷却水出口温度与消耗量(46.6℃，846 kg/h)，假设总传热系数随温度的变化忽略不计。 7．有一台运转中的单程逆流列管式换热器，热空气在管程由120℃降至80℃，其对流传热系数α1=50W/（m 2·K ）。壳程的冷却水从15℃升至90℃，其对流传热系数α2=2000W/（m 2·K ），管壁热阻及污垢热阻皆可不计。当冷却水量增加一倍时，试求①水和空气的出口温度t'2和T'2，忽略流体物性参数随温度的变化；(t'2=61.9℃，T '2=69.9℃)②传热速率Q'比原来增加了多少？(25%) 8．为了得到热水，0.361 MPa (t s =140℃) 的水蒸气在管外凝结（如图3所示），其表面传热系数29500W/(m K) o h 。冷却水在盘管内流动，流速为0.8m/s ，黄铜管外径为18mm ，壁厚为1.5mm ，
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《传热学》考试试题库汇总 第一章概论 一、名词解释 1.热流量:单位时间所传递的热量 2.热流密度:单位传热面上的热流量 3.导热:当物体有温度差或两个不同温度的物体接触时,在物体各部分之间不发生相对位移的情况下,物质微粒(分子、原子或自由电子) 的热运动传递了热量,这种现象被称为热传导,简称导热。 4.对流传热:流体流过固体壁时的热传递过程,就是热对流和导热联合用的热量传递过程,称为表面对流传热,简称对流传热。 5.辐射传热:物体不断向周围空间发出热辐射能,并被周围物体吸收。同时,物体也不断接收周围物体辐射给它的热能。这样,物体发出和接收过程的综合结果产生了物体间通过热辐射而进行的热量传递,称为表面辐射传热,简称辐射传热。 6.总传热过程:热量从温度较高的流体经过固体壁传递给另一侧温度较低流体的过程,称为总传热过程,简称传热过程。 7.对流传热系数:单位时间单位传热面当流体温度与壁面温度差为1K 是的对流传热量,单位为 W /(m2·K) 。对流传热系数表示对流传热能力的大小。 8.辐射传热系数:单位时间单位传热面当流体温度与壁面温度差为1K 是的辐射传热量,单位为 W /(m2·K) 。辐射传热系数表示辐射传热能力的大小。 9.复合传热系数:单位时间单位传热面当流体温度与壁面温度差为1K 是的复合传热量,单位为 W /(m2·K) 。复合传热系数表示复合传热能力的大小。 10.总传热系数:总传热过程中热量传递能力的大小。数值上表示传热温差为 1K 时,单位传热面积在单位时间的传热量。 二、填空题 1. 热量传递的三种基本方式为 (热传导、热对流、热辐射) 2. 热流量是指单位是。热流密度是指 ,单位是。 (单位时间所传递的热量, W ,单位传热面上的热流量, W/m2) 3. 总传热过程是指 (热量从温度较高的流体经过固体壁传递给另一侧温度较低流体的过程,总传热系数 ) 4. 总传热系数是指 (传热温差为 1K 时,单位传热面积在单位时间的传热量, W /(m2·K) ) 5. 导热系数的单位是 ;传热系数的单位是。 (W /(m·K) , W /(m2·K) , W /(m2·K) ) 6. 复合传热是指 ,复合传热系数等于之和,单位是。 (对流传热与辐射传热之和,对流传热系数与辐射传热系数之和, W /(m2·K) ) 7. 单位面积热阻 r t 的单位是 ;总面积热阻 R t 的单位是。 (m 2·K/W, K/W) 8. 单位面积导热热阻的表达式为 (δ/λ) 9. 单位面积对流传热热阻的表达式为 (1/h) 10. 总传热系数 K 与单位面积传热热阻 r t 的关系为。 (r t =1/K) 11. 总传热系数 K 与总面积 A 的传热热阻 R t 的关系为。
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西安建筑科技大学传热学（郭亚军）常考简答题 题目类型：10道简答题（*6分）三道大题14分/14分/12分无填空题无选择题重点看课后思考题哦 绪论 1.用铝制的水壶烧开水时，尽管炉火很旺，但水壶仍然安然无恙。而一旦壶内的水烧干后，水壶很快就烧坏。试从传热学的观点分析这一现象。 答：当壶内有水时，可以对壶底进行很好的冷却（水对壶底的对流换热系数大），壶底的热量被很快传走而不至于温度升得很高；当没有水时，和壶底发生对流换热的是气体，因为气体发生对流换热的表面换热系数小，壶底的热量不能很快被传走，故此壶底升温很快，容易被烧坏。 2.用一只手握住盛有热水的杯子，另一只手用筷子快速搅拌热水，握杯子的手会显著地感到热。试分析其原因。答：当没有搅拌时，杯内的水的流速几乎为零，杯内的水和杯壁之间为自然对流换热，自热对流换热的表面传热系数小，当快速搅拌时，杯内的水和杯壁之间为强制对流换热，表面传热系数大，热水有更多的热量被传递到杯壁的外侧，因此会显著地感觉到热。 3.有两个外形相同的保温杯A与B，注入同样温度、同样体积的热水后不久，A杯的外表面就可以感觉到热，而B 杯的外表面则感觉不到温度的变化，试问哪个保温杯的质量较好？ 答：Ｂ：杯子的保温质量好。因为保温好的杯子热量从杯子内部传出的热量少，经外部散热以后，温度变化很小，因此几乎感觉不到热。 4热水瓶胆剖面的示意图如附图所示。瓶胆的两层玻璃之间抽成真空，内胆外壁及外胆内壁涂了反射率很低的银。试分析热水瓶具有保温作用的原因。如果不小心破坏了瓶胆上抽气口处的密闭性，这会影响保温效果吗？ 解：保温作用的原因：内胆外壁外胆内壁涂了反射率很低的银，则通过内外胆向外辐射的热量很少，抽真空是为了减少内外胆之间的气体介质，以减少其对流换热的作用。如果密闭性破坏，空气进入两层夹缝中形成了内外胆之间的对流传热，从而保温瓶的保温效果降低。 5、冬天，经过在白天太阳底下晒过的棉被，晚上盖起来感到很暖和，并且经过拍打以后，效果更加明显。试解释原因。 答：棉被经过晾晒以后，可使棉花的空隙里进人更多的空气。而空气在狭小的棉絮空间里的热量传递方式主要是导热，由于空气的导热系数较小(20℃，1.01325×105Pa时，空气导热系数为0.0259W/(m·K)，具有良好的保温性 能。而经过拍打的棉被可以让更多的空气进入，因而效果更明显。 6、夏季在维持20℃的室内工作，穿单衣感到舒适，而冬季在保持22℃的室内工作时，却必须穿绒衣才觉得舒服。试从传热的观点分析原因。 答：首先，冬季和夏季的最大区别是室外温度的不同。夏季室外温度比室内气温高，因此通过墙壁的热量传递方向是出室外传向室内。而冬季室外气温比室内低，通过墙壁的热量传递方向是由室内传向室外。因此冬季和夏季墙壁内表面温度不同，夏季高而冬季低。因此，尽管冬季室内温度(22℃)比夏季略高(20℃)，但人体在冬季通过辐射与墙壁的散热比夏季高很多。根据上题人体对冷感的感受主要是散热量的原理，在冬季散热量大，因此要穿厚一些的绒衣。 7、试分析室内暖气片的散热过程，各环节有哪些热量传递方式？以暖气片管内走热水为例。 答：有以下换热环节及热传递方式 (1)由热水到暖气片管到内壁，热传递方式是对流换热(强制对流)； (2)由暖气片管道内壁至外壁，热传递方式为导热； (3)由暖气片外壁至室内环境和空气，热传递方式有辐射换热和对流换热。 8、冬季晴朗的夜晚，测得室外空气温度t高于0℃，有人却发现地面上结有—层簿冰，试解释原因(若不考虑水表面的蒸发)。 解：如图所示。假定地面温度为了Te，太空温度为Tsky，设过程已达稳态，空气与地面的表面传热系数为h，地球表面近似看成温度为Tc的黑体，太空可看成温度为Tsky的黑体。则由热平衡： ， 由于Ta＞0℃，而Tsky＜0℃，因此，地球表面温度Te有可能低于0℃，即有可能结冰。 导热 1、在寒冷的北方地区，建房用砖采用实心砖还是多孔的空心砖好?为什么? 答：在其他条件相同时，实心砖材料如红砖的导热系数约为0．5W/(m·K)(35℃)，而多孔空心砖中充满着不动的空气，空气在纯导热(即忽略自然对流)时，其导热系数很低，是很好的绝热材料。因而用多孔空心砖好。 2、东北地区春季,公路路面常出现“弹簧”,冒泥浆等“翻浆”病害。试简要解释其原因。为什么南方地区不出现
第二章热力学第一定律练习题及答案
第一章热力学第一定律练习题 一、判断题（说法对否）： 1.当系统的状态一定时，所有的状态函数都有一定的数值。当系统的状态发生 变化时，所有的状态函数的数值也随之发生变化。 2.在101.325kPa、100℃下有lmol的水和水蒸气共存的系统，该系统的状态 完全确定。 3.一定量的理想气体，当热力学能与温度确定之后，则所有的状态函数也完 全确定。 4.系统温度升高则一定从环境吸热，系统温度不变就不与环境换热。 5.从同一始态经不同的过程到达同一终态，则Q和W的值一般不同，Q + W 的值一般也不相同。 6.因Q P = ΔH，Q V = ΔU，所以Q P与Q V都是状态函数。 7．体积是广度性质的状态函数；在有过剩NaCl(s) 存在的饱和水溶液中，当温度、压力一定时；系统的体积与系统中水和NaCl的总量成正比。8．封闭系统在压力恒定的过程中吸收的热等于该系统的焓。 9．在101.325kPa下，1mol l00℃的水恒温蒸发为100℃的水蒸气。若水蒸气可视为理想气体，那么由于过程等温，所以该过程ΔU = 0。 10.一个系统经历了一个无限小的过程，则此过程是可逆过程。 11．1mol水在l01.325kPa下由25℃升温至120℃，其ΔH= ∑C P,m d T。12．因焓是温度、压力的函数，即H = f(T,p)，所以在恒温、恒压下发生相变时，由于d T = 0，d p = 0，故可得ΔH = 0。 13．因Q p = ΔH，Q V = ΔU，所以Q p - Q V = ΔH - ΔU = Δ(p V) = -W。14．卡诺循环是可逆循环，当系统经一个卡诺循环后，不仅系统复原了，环境也会复原。 15．若一个过程中每一步都无限接近平衡态，则此过程一定是可逆过程。16．(?U/?V)T = 0 的气体一定是理想气体。 17．一定量的理想气体由0℃、200kPa的始态反抗恒定外压(p环= 100kPa) 绝热膨胀达平衡，则末态温度不变。 18．当系统向环境传热(Q < 0)时，系统的热力学能一定减少。