重庆大学_837传热学一_《传热学》(第一版)王厚华笔记_考研专业课资料

第一章绪论

§1 — 1 概述

一、基本概念

1 、传热学：传热学是研究热量传递规律的学科。

1)物体内只要存在温差，就有热量从物体的高温部分传向低温部分；

2)物体之间存在温差时，热量就会自发的从高温物体传向低温物体。

由于自然界和生产技术中几乎均有温差存在，所以热量传递已成为自然界和生产技术中一种普遍现象。

2 、热量传递过程：

根据物体温度与时间的关系，热量传递过程可分为两类：（ 1 ）稳态传热过程；（ 2 ）非稳态传热过程。

1）稳态传热过程（定常过程）：凡是物体中各点温度不随时间而变的热传递过程均称稳态传热过程。

2）非稳态传热过程（非定常过程）：凡是物体中各点温度随时间的变化而变化的热传递过程均称非稳态传热过程。

各种热力设备在持续不变的工况下运行时的热传递过程属稳态传热过程；而在启动、停机、工况改变时的传热过程则属非稳态传热过程。

二、讲授传热学的重要性及必要性

1 、传热学是热工系列课程教学的主要内容之一，是热能动力专业必修的专业基础课。是否能够熟练掌握课程的内容，直接影响到后续专业课的学习效果。

2 、传热学在生产技术领域中的应用十分广泛。如：热能动力学、环境技术、材料学、微电子技术、航空航天技术存在着大量的传热学问题，而且起关键性作用。随着大规模集成电路集成温度的不断提高，电子器件的冷却问题越显突出。

例如： 20 世纪 70 ～ 90 年代，集成电路芯片的功率从 10w/c ㎡～ 100w/c ㎡，产生的热量增大，若热量不能及时的散发出去（冷却），会使芯片温度升高，而影响电子器件的寿命及工作可靠性。因此，电子器件有效散热是获得新产品的关键。例如：航天飞机在重返地球时以当地音速的 15 ～ 20 倍的极高速度进入大气层，由于飞行器与空气的相对运动，在表面产生剧烈的摩擦加热现象，使气流局部温度达 5000 ～ 15000k ，为保证飞行器安全飞行，有效的冷却和隔热方法的研究是其关键的问题。

3 、传热学的发展和生产技术的进步具有相互依赖和相互促进的作用。

传热学在生产技术发展中已成为一门理论体系初具完善、内容不断充实、充满活力的主要基础科学。高参数大容量发电机组的发展，原子、太阳、地热能的利用，航天技术、微电子技术、生物工程的发展，推动传热学的发展，而传热学的发展又促进生产技术的进步发展。同时，随着生产技术及新兴科学技术的发展，又向传热学提出了新的挑战和新的研究课题。

三、传热学的特点、研究对象及研究方法

1 、特点

1 ）理论性、应用性强

传热学是热工系列课程内容和课程体系设置的主要内容之一。是一门理论性、应用性极强的专业基础课，在热量传递的理论分析中涉及到很深的数学理论和方法。在生产技术领域应用十分广泛，在生产技术发展中已成为一门理论体系初具，内容不断完善、充实，充满活力的主要基础科学。传热学的发展促进了生产技术的进步，而新兴科学技术的发展向传热学提出了新的课题和新的挑战。

2) 有利于创造性思维能力的培养

传热学是热能动力的专业课之一，在教学中重视学生在学习过程中的主体地位，启迪学生学习的积极性，在时间上给学生留有一定的思维空间。从而进一步培养创新的思维能力。对综合性、应用性强的传热问题都有详细地分析讨论。同时介绍了传热学的发展动态和

前景。从而给学生开辟了广阔且纵深的思考空间。

3 ）教育思想发生了本质性的变化

传热学课程教学内容的组织和表达方面从以往单纯的为后续专业课学习服务转变到重点培养学生综合素质和能力方面，这是传热学课程理论联系实际的核心。从实际工程问题中、科学研究中提炼出综合分析题，对培养学生解决分析综合问题的能力起到积极的作用。

2 、研究对象

传热学研究的对象是热量传递规律。

3 、研究方法

研究的是由微观粒子热运动所决定的宏观物理现象，而且主要用经验的方法寻求热量传递的规律，认为研究对象是个连续体，即各点的温度、密度、速度是坐标的连续函数，即将微观粒子的微观物理过程作为宏观现象处理。

由前可知，热力学的研究方法仍是如此，但是热力学虽然能确定传热量（稳定流能量方程），但不能确定物体内温度分布。

§1 — 2 热量传递的三种基本方式

一、导热（热传导）

1

、定义：物体各部分之间不发生相对位移时，依靠分子、原子及自由电子等微观粒子的热运动而产生的热量传递称导热。

如：固体与固体之间及固体内部的热量传递。

从微观角度分析气体、液体、导电固体与非金属固体的导热机理。

（ 1 ）气体中：导热是气体分子不规则热运动时相互碰撞的结果，温度升高，动能增大，不同能量水平的分子相互碰撞，使热能从高温传到低温处。

（ 2 ）导电固体：其中有许多自由电子，它们在晶格之间像气体分子那样运动。自由电子的运动在导电固体的导热中起主导作用。

（ 3 ）非导电固体：导热是通过晶格结构的振动所产生的弹性波来实现的，即原子、分子在其平衡位置附近的振动来实现的。

（ 4 ）液体的导热机理：存在两种不同的观点：第一种观点类似于气体，只是复杂些，因液体分子的间距较近，分子间的作用力对碰撞的影响比气体大；第二种观点类似于非导电固

说明：只研究导热现象的宏观规律。

2 、导热现象的基本规律

1 ）傅立叶定律（ 182

2 年，法国物理学家）

如图 1-1 所示，一维导热问题，两个表面均维持均匀温度的平板导热。

根据傅立叶定律，对于 x 方向上任意一个厚度为 dx 的微元层，单位

时间内通过该层的导热量与当地的温度变化率及平板面积 A 成正比，

即

— 1 ）

其中λ——比例常数，导热率（导热系数）；

负号表示热量传递的方向同温度升高的方向相反。

2 ）热流量：单位时间内通过某一给定面积的热量称为热流量，记为，单位 w 。

3 ）热流密度（面积热流量）：单位时间内通过单位面积的热量称为热流密度，记为 q ，单位 w/ ㎡。

当物体的温度仅在 x 方向放生变化时，按傅立叶定律，热流密度的表达式为

（ 1 — 2 ）

说明：傅立叶定律又称导热基本定律，式（ 1-1 ）、（ 1-2 ）是一维稳态导热时傅

立叶定律的数学表达式。通过分析可知：

（ 1 ）当温度 t 沿 x 方向增加时，

>

dx

dt

而 q ＜０，说明此时热量沿 x 减小的方向传

递；

（ 2 ）反之，当

<

dx

dt

时， q > 0 ，说明热量沿 x 增加的方向传递。

（ 3 ）导热系数λ表征材料导热性能优劣的参数，是一种物性参数，单位： w/mk 。

不同材料的导热系数值不同，即使同一种材料导热系数值与温度等因素有关。金属材料最高，良导电体，也是良导热体，液体次之，气体最小。

二、对流

1 、基本概念

1) 对流：是指由于流体的宏观运动，从而使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。

对流仅发生在流体中，对流的同时必伴随有导热现象。

2) 对流换热：流体流过一个物体表面时的热量传递过程，称为对流换热。

2 、对流换热的分类

根据对流换热时是否发生相变来分：有相变的对流换热和无相变的对流换热。

根据引起流动的原因分：自然对流和强制对流。

1 ）自然对流：由于流体冷热各部分的密度不同而引起流体的流动。

如：暖气片表面附近受热空气的向上流动。

2 ）强制对流：流体的流动是由于水泵、风机或其他压差作用所造成的。

3 ）沸腾换热及凝结换热：

液体在热表面上沸腾及蒸汽在冷表面上凝结的对流换热，称为沸腾换热及凝结换热（相变对流沸腾）。

3 、对流换热的基本规律 < 牛顿冷却公式 >

流体被加热时，（ 1 — 3 ）

流体被冷却时，（ 1 — 4 ）

其中及分别为壁面温度和流体温度；

用表示温差（温压），并取为正，则牛顿冷却公式表示为

（ 1 — 5 ）

（ 1 — 6 ）

其中 h —比例系数（表面传热系数）单位。

h 的物理意义：单位温差作用下通过单位面积的热流量。

表面传热系数的大小与传热过程中的许多因素有关。它不仅取决于物体的物性、换热表面的形状、大小相对位置，而且与流体的流速有关。

一般地，就介质而言：水的对流换热比空气强烈；

就换热方式而言：有相变的强于无相变的；强制对流强于自然对流。

对流换热研究的基本任务：用理论分析或实验的方法推出各种场合下表面换热导数的关系式。

三、热辐射

1、基本概念

1 ）辐射和热辐射

物体通过电磁波来传递能量的方式称为辐射。因热的原因而发出辐射能的现象称为热辐射。

2 ）辐射换热

辐射与吸收过程的综合作用造成了以辐射方式进行的物体间的热量传递称辐射换热。

自然界中的物体都在不停的向空间发出热辐射，同时又不断的吸收其他物体发出的辐射热。

说明：辐射换热是一个动态过程，当物体与周围环境温度处于热平衡时，辐射换热量为零，但辐射与吸收过程仍在不停的进行，只是辐射热与吸收热相等。

3 ）导热、对流、辐射的评述

①导热、对流两种热量传递方式，只在有物质存在的条件下，才能实现，而热辐射不需中间介质，可以在真空中传递，而且在真空中辐射能的传递最有效。

②在辐射换热过程中，不仅有能量的转换，而且伴随有能量形式的转化。

在辐射时，辐射体内热能→辐射能；在吸收时，辐射能→受射体内热能，因此，辐射换热过程是一种能量互变过程。

③辐射换热是一种双向热流同时存在的换热过程，即不仅高温物体向低温物体辐射热能，而且低温物体向高温物体辐射热能，

④辐射换热不需要中间介质，在真空中即可进行，而且在真空中辐射能的传递最有效。因此，又称其为非接触性传热。

⑤热辐射现象仍是微观粒子性态的一种宏观表象。

⑥物体的辐射能力与其温度性质有关。这是热辐射区别于导热，对流的基本特点。

2 、热辐射的基本规律：

所谓绝对黑体：把吸收率等于 1 的物体称黑体，是一种假想的理想物体。

黑体的吸收和辐射能力在同温度的物体中是最大的而且辐射热量服从于斯忒藩——玻耳兹曼定律。

黑体在单位时间内发出的辐射热量服从于斯忒藩——玻耳兹曼定律，即

（ 1 — 7 ）

其中 T ——黑体的热力学温度 K ；

——斯忒潘—玻耳兹曼常数（黑体辐射常数），；

A ——辐射表面积 m *m 。

实际物体辐射热流量根据斯忒潘——玻耳兹曼定律求得：

（ 1 — 8 ）

其中Φ——物体自身向外辐射的热流量，而不是辐射换热量；

——物体的发射率（黑度），其大小与物体的种类及表面状态有关。

要计算辐射换热量，必须考虑投到物体上的辐射热量的吸收过程，即收支平衡量，详见第八章。

物体包容在一个很大的表面温度为的空腔内，物体与空腔表面间的辐射换热量

（ 1 — 9 ）

四、传热过程

传递热量的基本方式：导热、对流、热辐射，由这三个基本方式组成不同的传热过程。如：

暖气：热水管子内壁管子外壁室内环境

冷凝器：蒸汽管子外壁管子内壁水

分析一个实际传热过程的目的，就是分析该过程由哪些串联环节组成。以及每一环节中有哪些传热方式起主要作用，它是解决实际传热的核心基础。

上述分析导热、对流、热辐射的基本定律，即傅里叶定律、牛顿冷却公式、斯忒藩—玻耳兹曼定律，适用于稳态和非稳态热传递过程，若是非稳态时 (1-1) 、 (1-6) 、 (1-7) 中的温度是瞬时温度， t 不仅仅是坐标的函数，而且与时间有关。

§1 — 3 传热过程和传热系数

一、传热过程

1 、概念：热量由壁面一侧的流体通过壁面传到另一侧流体中去的过程称传热过程。

2 、传热过程的组成：传热过程一般包括串联着的三个环节组成，即：

①热流体→壁面高温侧；

②壁面高温侧→壁面低温侧；

③壁面低温侧→冷流体。

若是稳态过程则通过串联环节的热流量相同。

3 、传热过程的计算

针对稳态的传热过程，即 Q=const

如图 1 — 3 ，其传热环节有三种情况，则其热流量的表达式如下：

变形

整理

（ 1-10 ）

可写成

（ 1-11 ）

此式称为传热方程式。

其中 K ——传热系数，。

二、传热系数

1 、概念：是指用来表征传热过程强烈程度的指标。数值上，它等于冷热流体间温差°

C ，传热面积时热流量的值。 K 值越大，则传热过程越强，反之，则弱。其大小受较多的因素的影响：

①参与传热过程的两种流体的种类；

②传热过程是否有相变

说明：若流体与壁面间有辐射换热现象，上述计算未考虑之。要计算辐射换热，则：表面传热系数应取复合换热表面传热系数，包含由辐射换热折算出来的表面传热系数在内。其方法见 8 — 4 节。

?传热系数 K 的表达式

（ 1-12 ）

表示 K 的构成：是由组成传热过程诸环节的之和的倒数组成。

或写成

或

（ 1-13 ）

传热方程式可变为以下形式：

（ 1-14 ）

此式与欧姆定律：比较，具有电阻之功能。

由此可见：传热过程热阻是由各构成环节的热阻组成。

串联热阻叠加原则：在一个串联的热量传递过程中，如果通过各个环节的热流量都相等，则串联热量传递过程的总热阻等于各串联环节热阻之和。

§1 — 4 传热学发展史

传热学这一门学科是在 18 世纪 30 年代英国开始的工业革命使生产力空前发展的条件下发展起来的。传热学的发展史实际就是：导热、对流、热辐射三种传方式的发展史。导热、对流早为人们所认识，而热辐射是在 1803 年才确认的。

一、导热

确认热是一种运动的过程中，科学史上有两个著名的实验起着关键作用，

其一是： 1798 年伦福特钻炮筒大量发热实验；其二是： 1799 年戴维两块冰块摩擦生热化成水的实验。

19 世纪初，兰贝特、毕渥、傅里叶等都从固体一维导热的试验入手研究， 1804 年毕渥根据试验提出：单位时间通过单位面积的导热量正比于两侧表面温差，反比于壁厚，比例系数是材料的物理性质。

作用：这一规律提高对导热规律的认识，只是粗糙些。

1807 年傅里叶：特别重视数学工具的运用，把实验与理论结合起来，提出求解微分方程的分离变量法和可以将解表示成一系列任意函数的概念，得到学述界的重视。特别是： 1822 年论著《热的解析理论》完成了导热理论的任务，提出的导热基本定律“傅里叶定律”，导热微分方程，傅里叶级数正确地概括了导热实验的结果。使他成为导热理论的奠基人。

二、对流

流体流动理论是对流体换热理论必要的前提。 1823 年纳维：提出不可压缩流体流动方程。1845 年，英国斯托克斯，将其修改为纳维—斯托克斯方程，形成流体流动基本方程。

其特点：复杂，适用范围小，只适于简单流动，发展困难。

1880 年，雷诺提出一个对流动有决定性影响的无量纲物理量雷诺数。通过实验发现：管内层流→湍流转变时，雷诺数在 1800~2000 之间。在雷诺的基础上， 1881 年洛仑兹自然对流解。

1885 年格雷茨和 1910 年努塞尔获得管内换热的理论解。 1916 年努塞尔凝结换热理论解又获得。

分别对其对应的理论有所贡献，但进展不大。特别是 1909 年和 1915 年努塞尔的论文对强制对流和自然对流的基本微分方程及边界条件进行量纲分析获得了有关无量纲数之间的准则关系。促进行了对流换热研究的发展，他的成果具有独创性，于是，他成为发展对流换热理论的杰出先驱。

在微分方程的理论求解上，以下两方面发挥了作用

其一：普朗特于 1904 年提出的边界层概念。

观点：低粘性流体只有在横向速度梯度很大的区域内才显示粘性的影响。该范围主要处在与流体接触的壁面附近，而其它区域则可以当作无粘性流体处理。

在流动边界层概念的启发下， 1921 年波尔豪森又引进了热边界层的概念。 1930 年波尔豪森与数学家施密特，贝克曼合作，成功地求解了坚壁附近空气的自然对流换热。

其二：湍流计算模型的发展，有力地推动了传热学理论求解向纵深方向发展。近代发展中，麦克亚当、贝尔特和埃克特先后作出了重要贡献。

三、热辐射

在其早期研究中，认识黑体辐射的重要性并用人工黑体进行实验研究对于建立热辐射理论具有重要作用。

19 世纪斯忒藩通过实验确立了黑体的辐射能力正比于它的绝对温度的四次方的规律。后来该定律在理论上被波耳兹曼证实，从而形成斯忒藩 - —波耳兹曼定律。

后在物体之间辐射热量交换方面有两个重要的理论问题：

一是：物体的发射率与吸收比之间的关系问题。

1859 年， 1860 年基尔霍夫的两篇论文作了解答。

二是：物体间辐射换热的计算方法。

由于物体间辐射换热是一个无穷反射逐次减弱的复杂物理过程，计算方法的研究有其特殊性，先后出现了以下几种：

① 1935 年波略克的净辐射法

② 1954 年， 1967 年霍尔特的交换因子法；

③ 1956 年奥本亥姆的模拟网络法。

这三种方法对完善热辐射换热的复杂计算作出了贡献。

随着科学技术的发展，测量新技术、计算机、激光技术对传热学的发展起了重要作用，特别是计算机的发展用数值方法解决传热问题取得重大突破。 20 世纪 70 年代形成一个新兴分支——数值传热学。

热辐射基础理论研究中的难点是如何确定黑体辐射的光谱能量分布，在该问题中普朗克、维恩做出了一定的贡献。

① 1896 年维恩：半理论半经验方法→公式，计算结果是短波与实验符合，但长波段与实验不符；

②瑞利从理论上推出一个公式，经金斯改进形成瑞利—金斯公式；计算结果是长波与实验相符，但短波与实验不符，而且随着频率的升高，辐射能无穷大，显然不合理。

③ 1900 年普朗克提出一个公式，在整个光谱段计算结果与实验符合。

其观点：提出与经典物理学的连续性概念根本不同的新假说：能量子假说。认为物体在发出辐射和吸收辐射时，能量不是连续的，而是跳跃地变化的，即能量是一份一份地发射和一份一份地吸收，每一份能量都有一定数值，这些能量单元称为量子，按照量子理论确立的普朗克定律，正确地揭示了黑体辐射能量按光谱分布的规律——从而奠定了热辐射理论的基础。

§ 2 — 1 导热基本定律

一、温度场

1 、概念：温度场是指在各个时刻物体内各点温度分布的总称。

由傅立叶定律知：物体导热热流量与温度变化率有关，所以研究物体导热必涉及到物体的温度分布。一般地，物体的温度分布是坐标和时间的函数。

即：

其中为空间坐标，为时间坐标。

2 、温度场分类

1 ）稳态温度场（定常温度场）：是指在稳态条件下物体各点的温度分布不随时间的改变而变化的温度场称稳态温度场，其表达式。

2 ）稳态温度场（非定常温度场）：是指在变动工作条件下，物体中各点的温度分布随时间而变化的温度场称非稳态温度场，其表达式。

若物体温度仅一个方向有变化，这种情况下的温度场称一维温度场。

3 、等温面及等温线

1 ）等温面：对于三维温度场中同一瞬间同温度各点连成的面称为等温面。

2 ）等温线

（1）定义：在任何一个二维的截面上等温面表现为等温线。

一般情况下，温度场用等温面图和等温线图表示。

（2）等温线的特点：物体中的任何一条等温线要么形成一个

封闭的曲线，要么终止在物体表面上，它不会与另一条等温线相交。

（3）等温线图的物理意义：若每条等温线间的温度间隔相等时，等

温线的疏密可反映出不同区域导热热流密度的大小。若 相等，且

等温线越疏，则该区域热流密度越小；反之，越大。

二、导热基本定律

傅立叶定律表达式（第一章中给出的）

dx dt A λ-=Φ

（ 1 — 1 ）

dx dt A q λ-Φ= （ 1 — 2 ） 适用条件：（1）一维导热（2）一块平板两侧表面温度分别维持各自均匀的温度。这有一定的局限性。

1 、导热基本定律（傅立叶定律）

1 ）定义：在导热现象中，单位时间内通过给定截面所传递的热量，正比例于垂直于该截面

方向上的温度变化率，而热量传递的方向与温度升高的方向相反，即A Φ～x t

??。

2 ）数学表达式：

x t A ??-=Φλ （负号表示热量传递方向与温度升高方向相反）

x t q ??-=λ （负号表示热量传递方向与温度升高方向相反）

传热学第四版课后思考题答案(杨世铭-陶文铨)]

第一章 思考题 1． 试用简练的语言说明导热、对流换热及辐射换热三种热传递方式之间的联系和区别。 答：导热和对流的区别在于：物体内部依靠微观粒子的热运动而产生的热量传递现象，称为导热；对流则是流体各部分之间发生宏观相对位移及冷热流体的相互掺混。联系是：在发生对流换热的同时必然伴生有导热。 导热、对流这两种热量传递方式，只有在物质存在的条件下才能实现，而辐射可以在真空中传播，辐射换热时不仅有能 量的转移还伴有能量形式的转换。 2． 以热流密度表示的傅立叶定律、牛顿冷却公式及斯忒藩－玻耳兹曼定律是应当熟记的传热学公式。试 写出这三个公式并说明其中每一个符号及其意义。 答：① 傅立叶定律： dx dt q λ-=，其中，q －热流密度；λ－导热系数；dx dt －沿x 方向的温度变化率，“－”表示热量传递的方向是沿着温度降低的方向。 ② 牛顿冷却公式： )(f w t t h q -=，其中，q －热流密度；h －表面传热系数；w t －固体表面温度；f t －流体的温度。 ③ 斯忒藩－玻耳兹曼定律：4T q σ=，其中，q －热流密度；σ－斯忒藩－玻耳兹曼常数；T －辐射物体的热力学温度。 3． 导热系数、表面传热系数及传热系数的单位各是什么？哪些是物性参数，哪些与过程有关？ 答：① 导热系数的单位是：W/(m.K)；② 表面传热系数的单位是：W/(m 2.K)；③ 传热系数的单位是：W/(m 2.K)。这三个参数中，只有导热系数是物性参数，其它均与过程有关。 4． 当热量从壁面一侧的流体穿过壁面传给另一侧的流体时，冷、热流体之间的换热量可以通过其中任何 一个环节来计算（过程是稳态的），但本章中又引入了传热方程式，并说它是“换热器热工计算的基本公式”。试分析引入传热方程式的工程实用意义。 答：因为在许多工业换热设备中，进行热量交换的冷、热流体也常处于固体壁面的两侧，是工程技术中经常遇到的一种典型热量传递过程。 5． 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。 6． 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。 7． 什么是串联热阻叠加原则，它在什么前提下成立？以固体中的导热为例，试讨论有哪些情况可能使热 量传递方向上不同截面的热流量不相等。 答：在一个串联的热量传递过程中，如果通过每个环节的热流量都相同，则各串联环节的总热阻等于各串联环节热阻的和。例如：三块无限大平板叠加构成的平壁。例如通过圆筒壁，对于各个传热环节的传热面积不相等，可能造成热量传递方向上不同截面的热流量不相等。 8.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。 第二章 思考题 1 试写出导热傅里叶定律的一般形式，并说明其中各个符号的意义。 答：傅立叶定律的一般形式为：n x t gradt q ??-=λλ＝－，其中：gradt 为空间某点的温度梯度；n 是通过该点的等温线上的法向单位矢量，指向温度升高的方向；q 为该处的热流密度矢量。

第四版传热学第四章习题解答

第四章 复习题 1、 试简要说明对导热问题进行有限差分数值计算的基本思想与步骤。 2、 试说明用热平衡法建立节点温度离散方程的基本思想。 3、 推导导热微分方程的步骤和过程与用热平衡法建立节点温度离散方程的过程十分相似， 为什么前者得到的是精确描述，而后者解出的确实近似解。 4、 第三类边界条件边界节点的离散那方程，也可用将第三类边界条件表达式中的一阶导数 用差分公式表示来建立。试比较这样建立起来的离散方程与用热平衡建立起来的离散方程的异同与优劣。 5．对绝热边界条件的数值处理本章采用了哪些方法？试分析比较之． 6．什么是非稳态导热问题的显示格式？什么是显示格式计算中的稳定性问题？ 7．用高斯－塞德尔迭代法求解代数方程时是否一定可以得到收敛德解？不能得出收敛的解时是否因为初场的假设不合适而造成？ 8．有人对一阶导数 ()()() 2 21,253x t t t x t i n i n i n i n ?-+-≈??++ 你能否判断这一表达式是否正确，为什么？ 一般性数值计算 4-1、采用计算机进行数值计算不仅是求解偏微分方程的有力工具，而且对一些复杂的经验公式及用无穷级数表示的分析解，也常用计算机来获得数值结果。试用数值方法对Bi=0.1,1,10的三种情况计算下列特征方程的根:)6,2,1( =n n μ 3,2,1,tan == n Bi n n μμ 并用计算机查明，当2 .02≥=δτ a Fo 时用式（3-19）表示的级数的第一项代替整个级数（计 算中用前六项之和来替代）可能引起的误差。 Bi n n =μμtan Fo=0.2及0.24时计算结果的对比列于下表： δ=x

传热学第五版课后习题答案

传热学第五版课后习题答案

传热学习题_建工版V 0-14 一大平板，高3m ，宽2m ，厚0.2m ，导热系数为45W/(m.K), 两侧表面温度分别为 w1t 150C =?及 w1t 285C =? ，试求热流密度计热流量。 解：根据付立叶定律热流密度为： 2w2w121t t 285150q gradt=-4530375(w/m )x x 0.2λλ??--?? =-=-=- ? ?-???? 负号表示传热方向与x 轴的方向相反。 通过整个导热面的热流量为： q A 30375(32)182250(W) Φ=?=-??= 0-15 空气在一根内经50mm ，长2.5米的管子内流动并被加热，已知空气的平均温度为85℃，管壁对空气的h=73(W/m2.k)，热流密度q=5110w/ m2, 是确定管壁温度及热流量?。 解：热流量 qA=q(dl)=5110(3.140.05 2.5) =2005.675(W) πΦ=?? 又根据牛顿冷却公式 w f hA t=h A(t t )qA Φ=??-= 管内壁温度为： w f q 5110t t 85155(C)h 73 =+ =+=?

1-1．按20℃时，铜、碳钢（1.5%C）、铝和黄铜导热系数的大小，排列它们的顺序；隔热保温材料导热系数的数值最大为多少？列举膨胀珍珠岩散料、矿渣棉和软泡沫塑料导热系数的数值。 解： (1)由附录7可知，在温度为20℃的情况下， λ铜=398 W/(m·K)，λ碳钢＝36W/(m·K)， λ 铝＝237W/(m·K)，λ 黄铜 ＝109W/(m·K). 所以,按导热系数大小排列为: λ 铜>λ 铝 >λ 黄铜 >λ 钢 (2) 隔热保温材料定义为导热系数最大不超过0.12 W/(m·K). (3) 由附录8得知，当材料的平均温度为20℃时的导热系数为: 膨胀珍珠岩散料:λ=0.0424+0.000137t W/(m·K) =0.0424+0.000137×20=0.04514 W/(m·K); 矿渣棉: λ=0.0674+0.000215t W/(m·K) =0.0674+0.000215×20=0.0717 W/(m·K); 由附录7知聚乙烯泡沫塑料在常温下, λ=0.035~0.

传热学第五版完整版答案

1.冰雹落地后，即慢慢融化，试分析一下，它融化所需的热量是由哪些途径得到的？ 答：冰雹融化所需热量主要由三种途径得到： a 、地面向冰雹导热所得热量； b 、冰雹与周围的空气对流换热所得到的热量； c 、冰雹周围的物体对冰雹辐射所得的热量。 2.秋天地上草叶在夜间向外界放出热量，温度降低，叶面有露珠生成，请分析这部分热量是通过什么途径放出的？放到哪里去了？到了白天，叶面的露水又会慢慢蒸发掉，试分析蒸发所需的热量又是通过哪些途径获得的？ 答：通过对流换热，草叶把热量散发到空气中；通过辐射，草叶把热量散发到周围的物体上。白天，通过辐射，太阳和草叶周围的物体把热量传给露水；通过对流换热，空气把热量传给露水。 4.现在冬季室内供暖可以采用多种方法。就你所知试分析每一种供暖方法为人们提供热量的主要传热方式是什么？填写在各箭头上。 答：暖气片内的蒸汽或热水 对流换热 暖气片内壁 导热 暖气片外壁 对流换热和 辐射 室内空气 对流换热和辐射 人体；暖气片外壁 辐射 墙壁辐射 人体 电热暖气片：电加热后的油 对流换热 暖气片内壁 导热 暖气片外壁 对流换热和 辐射 室内空气 对流换热和辐射 人体 红外电热器：红外电热元件辐射 人体；红外电热元件辐射 墙壁 辐射 人体 电热暖机：电加热器 对流换热和辐射加热风 对流换热和辐射 人体 冷暖两用空调机（供热时）：加热风对流换热和辐射 人体 太阳照射：阳光 辐射 人体 5．自然界和日常生活中存在大量传热现象，如加热、冷却、冷凝、沸

腾、升华、凝固、融熔等，试各举一例说明这些现象中热量的传递方式？ 答：加热：用炭火对锅进行加热——辐射换热 冷却：烙铁在水中冷却——对流换热和辐射换热 凝固：冬天湖水结冰——对流换热和辐射换热 沸腾：水在容器中沸腾——对流换热和辐射换热 升华：结冰的衣物变干——对流换热和辐射换热 冷凝：制冷剂在冷凝器中冷凝——对流换热和导热 融熔：冰在空气中熔化——对流换热和辐射换热 5.夏季在维持20℃的室内，穿单衣感到舒服，而冬季在保持同样温度的室内却必须穿绒衣，试从传热的观点分析其原因？冬季挂上窗帘布后顿觉暖和，原因又何在？ 答：夏季室内温度低，室外温度高，室外物体向室内辐射热量，故在20℃的环境中穿单衣感到舒服；而冬季室外温度低于室内，室内向室外辐射散热，所以需要穿绒衣。挂上窗帘布后，辐射减弱，所以感觉暖和。 6.“热对流”和“对流换热”是否同一现象？试以实例说明。对流换热是否为基本传热方式？ 答：热对流和对流换热不是同一现象。流体与固体壁直接接触时的换热过程为对流换热，两种温度不同的流体相混合的换热过程为热对流，对流换热不是基本传热方式，因为其中既有热对流，亦有导热过程。 9.一般保温瓶胆为真空玻璃夹层，夹层内两侧镀银，为什么它能较长时间地保持热水的温度？并分析热水的热量是如何通过胆壁传到外界

传热学第四版课后题答案第五章

第五章 复习题 1、试用简明的语言说明热边界层的概念。 答：在壁面附近的一个薄层内，流体温度在壁面的法线方向上发生剧烈变化，而在此薄层之外，流体的温度梯度几乎为零，固体表面附近流体温度发生剧烈变化的这一薄层称为温度边界层或热边界层。 2、与完全的能量方程相比，边界层能量方程最重要的特点是什么 答：与完全的能量方程相比，它忽略了主流方向温度的次变化率，因此仅适用于边界层内，不适用整个流体。 3、式（5—4）与导热问题的第三类边界条件式（2—17）有什么区别 答：（5—4）（2—11） 式（5—4）中的h是未知量，而式（2—17）中的h是作为已知的边界条件给出，此外（2—17）中的为固体导热系数而此式为流体导热系数，式（5—4）将用来导出一个包括h的无量纲数，只是局部表面传热系数，而整个换热表面的表面系数应该把牛顿冷却公式应用到整个表面而得出。 4、式（5—4）表面，在边界上垂直壁面的热量传递完全依靠导热，那么在对流换热中，流体的流动起什么作用 答：固体表面所形成的边界层的厚度除了与流体的粘性有关外还与主流区的速度有关，流动速度越大，边界层越薄，因此导热的热阻也就越小，因此起到影响传热大小 5、对流换热问题完整的数字描述应包括什么内容既然对大多数实际对流传热问题尚无法求得其精确解，那么建立对流换热问题的数字描述有什么意义 答：对流换热问题完整的数字描述应包括：对流换热微分方程组及定解条件，定解条件包括，（1）初始条件（2）边界条件（速度、压力及温度）建立对流换热问题的数字描述目的在于找出影响对流换热中各物理量之间的相互制约关系，每一种关系都必须满足动量，能量和质量守恒关系，避免在研究遗漏某种物理因素。 基本概念与定性分析 5-1 、对于流体外标平板的流动，试用数量级分析的方法，从动量方程引出边界层厚度的如下变化关系式： 解：对于流体外标平板的流动，其动量方程为： 根据数量级的关系，主流方的数量级为1，y方线的数量级为 则有 从上式可以看出等式左侧的数量级为1级，那么，等式右侧也是数量级为1级，为使等式是数量级为1，则必须是量级。

重庆大学_837传热学一_《传热学》(第一版)王厚华 模拟题(2套)_考研专业课

模拟试题一 一、填空题（共20分，每小题2分） 1.传热过程是由导热、A、B三种基本传热方式组合形成的。 2.导热微分方程式是根据热力学第一定律和 A定律所建立起来的 描写物体的温度随 B 变化的关系式。 3.对流换热过程是靠 A和 B 两种作用来完成热量传递的。 4.气体只能辐射和吸收某一定波长范围的能量，即气体的辐射和吸收 具有明显的A。 5.对服从兰贝特定律的物体，辐射力E与任意方向辐射强度I之间的 关系式为 A 。 6.热水瓶的双层玻璃中抽真空是为了 A 。 7.自然对流换热在 A 条件下发生关于特征长度的自模化现象。 8.有效辐射包括 A 和 B 两部分能。 9.不稳态导热采用有限差分方法求解温度场，节点的隐式差分方程是 采用 A 差分方法获得的，此差分方程 B 稳定性条件。 10.常物性流体管内受迫流动的充分发展段，沿管长流体的断面平均温 度在常壁温边界条件下呈 A 规律变化。 一、判断题，对的画√，错的画×（共10分，每小题2分） 1.流体外掠光滑管束换热时，第一排管子的平均表面传热系数最大。（） 2.为减少保温瓶的辐射散热，将瓶胆的两层玻璃之间抽成真空。（） 3.水在水平圆管内受迫流动，管外是空气自然对流，为强化传热应把肋 片安装在圆管外表面。（） 4.由两种不同材料制成的大平壁紧密接触时进行稳态导热过程，若已知

121223,t t t t δδδ==->-，则 12<λλ 。 （ ） 5. 有一冷凝器，饱和蒸汽在管外凝结成饱和液体，冷却 水在管内流，则其平均温差m t ?与流动方式无关。（ ） 二、 解释名词与基本概念（20分，每小题4分） 1. 温度梯度 2. 努谢尔特准则及其物理本质 3. 肋片效率 4. 辐射强度 5. 传热过程 三、 简答及说明题（共40分，每小题8分） 1. 为什么潮湿的多孔材料的导热系数不但比干多孔材料的导热系数 大，而且还比水的导热系数大？ 2. 流体在管内受迫流动换热的其它条件相同时，直管和弯管（如螺旋 管）何者换热强？为什么？ 3. 试说明Bi 数的物理意义。表面上看Bi 数与Nu 数的表达式相同， 其差别是什么？ 4. 简述窗玻璃的温室效应现象。 5. 增强传热有哪些方法？说出3种方法。最有效的措施应从何处入 手？为什么？ 五、计算题（共60分） 1. 空气在壁温94o w t C =的大管道中流动，用热电偶测量空气温度，热 1δ2 δ1 t 2 t 3 t 1 λ2 λt x 4题图

传热学第五版课后习题答案(1)

传热学习题_建工版V 0-14 一大平板，高3m ，宽2m ，厚，导热系数为45W/, 两侧表面温度分别为 w1t 150C =?及w1t 285C =? ，试求热流密度计热流量。 解：根据付立叶定律热流密度为： 2 w2w121t t 285150q gradt=-4530375(w/m )x x 0.2λλ??--??=-=-=- ? ?-???? 负号表示传热方向与x 轴的方向相反。 通过整个导热面的热流量为： q A 30375(32)182250(W)Φ=?=-??= 0-15 空气在一根内经50mm ，长米的管子内流动并被加热，已知空气的平均温度为85℃，管壁对空气的h=73(W/m 2.k)，热流密度q=5110w/ m 2, 是确定管壁温度及热流量?。 解：热流量 qA=q(dl)=5110(3.140.05 2.5) =2005.675(W) πΦ=?? 又根据牛顿冷却公式 w f hA t=h A(t t )qA Φ=??-= 管内壁温度为：

w f q5110 t t85155(C) h73 =+=+=? 1-1．按20℃时，铜、碳钢（%C）、铝和黄铜导热系数的大小，排列它们的顺序；隔热保温材料导热系数的数值最大为多少列举膨胀珍珠岩散料、矿渣棉和软泡沫塑料导热系数的数值。 解： (1)由附录7可知，在温度为20℃的情况下， λ铜=398 W/(m·K)，λ碳钢＝36W/(m·K)， λ铝＝237W/(m·K)，λ黄铜＝109W/(m·K). 所以,按导热系数大小排列为: λ铜>λ铝>λ黄铜>λ钢 (2) 隔热保温材料定义为导热系数最大不超过 W/(m·K). (3) 由附录8得知，当材料的平均温度为20℃时的导热系数为: 膨胀珍珠岩散料:λ=+ W/(m·K) =+×20= W/(m·K); 矿渣棉: λ=+ W/(m·K) =+×20= W/(m·K);

传热学第四版课后题答案第九章

第九章 思考题 1、试述角系数的定义。“角系数是一个纯几何因子”的结论是在什么前提下得出的? 答：表面1发出的辐射能落到表面2上的份额称为表面]对表面2的角系数。“角系数是一个纯几何因子”的结论是在物体表面性质及表面湿度均匀、物体辐射服从兰贝特定律的前提下得出的。 2、角系数有哪些特性?这些特性的物理背景是什么? 答：角系数有相对性、完整性和可加性。相对性是在两物体处于热平衡时，净辐射换热量为零的条件下导得的；完整性反映了一个由几个表面组成的封闭系统中。任一表面所发生的辐射能必全部落到封闭系统的各个表面上；可加性是说明从表面1发出而落到表面2上的总能量等于落到表面2上各部份的辐射能之和。 3、为什么计算—个表面与外界之间的净辐射换热量时要采用封闭腔的模型? 答：因为任一表面与外界的辐射换热包括了该表面向空间各个方向发出的辐射能和从各个方向投入到该表面上的辐射能。 4、实际表面系统与黑体系统相比，辐射换热计算增加了哪些复杂性? 答：实际表面系统的辐射换热存在表面间的多次重复反射和吸收，光谱辐射力不服从普朗克定律，光谱吸收比与波长有关，辐射能在空间的分布不服从兰贝特定律，这都给辐射换热计算带来了复杂性。 5、什么是一个表面的自身辆射、投入辐射及有效辐射?有效辐射的引入对于灰体表面系统辐射换热的计算有什么作用？ 答：由物体内能转变成辐射能叫做自身辐射，投向辐射表而的辐射叫做投入辐射，离开辐射表面的辐射叫做有效辐射，有效辐射概念的引入可以避免计算辐射换热计算时出现多次吸收和反射的复杂性。 6、对于温度已知的多表面系统，试总结求解每一表面净辐射换热量的基本步骤。 答：(1)画出辐射网络图，写出端点辐射力、表面热阻和空间热阻；(2)写出由中间节点方程组成的方程组；(3)解方程组得到各点有效辐射；(4)由端点辐射力，有效辐射和表面热阻计算各表面净辐射换热量。 7、什么是辐射表面热阻？什么是辐射空间热阻？网络法的实际作用你是怎样认识的？ 答：出辐射表面特性引起的热阻称为辐射表面热阻，由辐射表面形状和空间位置引起的热阻称为辐射空间热阻，网络法的实际作用是为实际物体表面之间的辐射换热描述了清晰的物理概念和提供了简洁的解题方法。 8、什么是遮热板?试根据自己的切身经历举出几个应用遮热板的例子。 答：所谓遮热板是指插人两个辐射表面之间以削弱换热的薄板。如屋顶隔热板、遮阳伞都

重庆大学_837传热学一_《传热学》(第一版)王厚华 期末题(2套)_考研专业课

2009--2010学年第一学期 学号：姓名： 一、名词解释（每小题4分，共24分） 1、热传导； 2、对流传热； 3、辐射传热； 4、传热过程； 二、简答题（每小题6分，共24分） 1、为热扩散率，请解释其物理意义。一般木材的热扩散率约为a =1.5×10-7 m2/s , 紫铜(纯铜)的热扩散率约为a = 5.33×10-5 ，分别对同样长短粗细的木棒和紫铜棒加热时，分析所产生的现象。 2、集总参数法含义及其适用条件 3、两流体平行流动时的温度分布如下图所示，请写出图(a)~(e)中流体的物态变化情况。 4、不凝结气体含量如何影响了蒸汽凝结时的对流换热系数值？其影响程度如何？凝汽器如何解决这个问题 三、综合分析题（每小题15分，共60分） 1、普朗特数的物理意义是什么？分析当、Pr＝1、时，流体的热边界层和流动边界层的厚度变化规律。 2、采用强化传热技术开发高效的传热设备，以便在较小的设备上获得更大的生产能力和效益，成为现代工业发展的一个重要问题。根据你的理解谈谈热交换过程的强化途径及实现方法。 3、某蒸发器的管壁厚3mm，材料是钢。长久使用后其表面覆盖一层厚为0.5mm的水垢。试求传热系数的变化，并就计算结果讨论水垢对传热系数的影响。已知：α沸＝2791 W/(m2·K)，α冷凝＝11630 W/(m2·K)，λ钢=46.5 W/(m·K)，λ水垢=1.745 W/(m·K) 4、蒸汽管外包扎两层厚度相同的绝热层，外层的平均直径为内层的2倍，导热系数为内层的2倍。若两层互换位置，其他条件不变，问每米管长热损失改变多少？哪种材料放内层好？

2008--2009学年第 一 学期 学号： 姓名： 一、问答题 (42分，每小题7分) 1． 图1示出了常物性、有均匀内热源 、二维稳态 导热问题局部边界区域的网格配置，试用热平衡法建立节点0的有限差分方程式（设?=?x y ）。 2． 蒸气与温度低于饱和温度的壁面接触时，有哪两种不同的凝结形式？产生不同凝结形式的原因是什么？ 3． 有人说：“常温下呈红色的物体表示该物体在常温下红色光的光谱发射率较其它单色光（黄、绿、蓝等）的光谱发射率高”。你认为这种说法正确吗？为什么？ 4． 一块厚度为2()δδδ-≤≤x 的大平板，与温度为f t 的流体处于热平衡。当时间 0τ>时，左侧流体温度升高并保持为恒定温度2f t 。假定平板两侧表面传热系数相同，当0δλ=→h Bi 时，试确定达到新的稳态时平板中心及两侧表面的温 度，画出相应的板内及流体侧温度分布的示意性曲线，并做简要说明。 5． 有人说，在电子器件的多种冷却方式中，自然对流是一种最可靠（最安全）、最经济、无污染（噪音也是一种污染）的冷却方式。试对这一说法作出评价，并说明这种冷却方式有什么不足之处？有什么方法可作一定程度的弥补？ 6． 强化空气－水换热器传热的主要途径有哪些，请列出任意三种途径？ 二、计算题 (58分) 1．(18分) 一块大平板，厚度5cm δ=，有内热源? Φ，平板中的一维稳态温度分布 ? Φ

传热学第四版课后题标准答案第十章

传热学第四版课后题答案第十章

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第十章 思考题 1、 所谓双侧强化管是指管内侧与管外侧均为强化换热表面得管子。设一双侧强化管用内径 为d i 、外径为d 0的光管加工而成，试给出其总传热系数的表达式，并说明管内、外表面传热系数的计算面积。 01 10 00011011110 00010111112)/ln(1 1 12)/ln(1βπβπηβληβηβππληβπo d d d h d d d d h k d h d d d h t 算面积为管外表面传热系数得计 算面积为管内表面传热系数得计传热系数：得以管内表面为基准得＝ 答：由传热量公式：++= + +?Θ 2、 在圆管外敷设保温层与在圆管外侧设置肋片从热阻分析的角度有什么异同？在什么情 况下加保温层反而会强化其传热而肋片反而会削弱其传热？ 答：在圆管外敷设保温层和设置肋片都使表面换热热阻降低而导热热阻增加，而一般情况下保温使导热热阻增加较多，使换热热阻降低较少，使总热阻增加，起到削弱传热的效果；设置肋片使导热热阻增加较少，而换热热阻降低较多，使总热阻下降，起到强化传热的作用。但当外径小于临界直径时，增加保温层厚度反而会强化传热。理论上只有当肋化系数与肋面总效率的乘积小于1时，肋化才会削弱传热。 3、 重新讨论传热壁面为平壁时第二题中提出的问题。 答：传热壁面为平壁时，保温总是起削弱传热的作用，加肋是否起强化传热的作用还是取决于肋化系数与肋面总效率的乘积是否人于1。 4、推导顺流或逆流换热器的对数平均温差计算式时做了一些什么假设，这些假设在推导的哪些环节中加以应用？讨论对大多数间壁式换热器这些假设的适用情形。 5、对于22112211221m1q c q c q c q c q c c q m m m m m =<≥及、 三种情形，画出顺流与逆流时冷、热流体温度沿流动方向的变化曲线，注意曲线的凹向与c q m 相对大小的关系。 6、进行传热器设计时所以据的基本方程是哪些？有人认为传热单元数法不需要用到传热方程式，你同意吗？ 答：换热器设计所依据的基本方程有： m m m t KA t t c q t t c q ?=" -'="-'=)()(22221111φ 传热单元法将传热方程隐含在传热单元和效能之中。 7、在传热单元数法中有否用到推导对数平均温差时所做的基本假设，试以顺流换热器效能的计算式推导过程为例予以说明。 答：传热单元数法中也用到了推导平均温差时的基本假设，说明略o 8、什么叫换热器的设计计算，什么叫校核计算？

重庆大学10年传热学真题

重庆大学2010年硕士研究生入学考试试题 重庆大学 科目代码：837 科目名称：传热学一 特别提醒考生： 答题一律做在答题卡上（包括填空题、选择题、改错题等），直接做在试题试题上按零分记。 一、解释下列名词（每个5分，共二十分） 1.热扩散率 2.温度边界层 3.定向辐射强度 4.传热过程 二、解答下列问题（每小题10分，本大题共70分） 1.一截面为矩形的均质长条的断面图如图1所示，底部绝热，其余各边与周围 流体进行对流换热，流体温度为t f，两侧面表面传热系数为h1，顶部为h2； 物体的导热系数为λ，内不具有均匀内热源?（W/m3）。设过程是稳态的，试写出该物体内温度场的数学描述（包括导热微分方程和定阶条件）。 图1 图2 2.试说明Bi数的物理意义，Bi→0及Bi→∞各代表什么样的换热条件？有人认 为Bi→0代表了绝热工况，这一观点是否正确，为什么？ 3.如图2所示，设有一个二维物体经历稳态导热过程，其平直边界受对流和辐 ，射冷却，已知物体导热系数为λ，表面黑度为?，流体与环境温度都为t ∞表面传热系数为h，周围环境可视为无限大空间，试列出边界结点（m,n）的

温度离散方程（不要求整理）。 4.对流换热问题完整的数学描写应包括哪些内容？既然对大多数实际对流换热 问题尚无法求得精确解，那么建立对流换热问题的数学描写有何意义？ 5.试比较竖壁上自然对流换热与膜状凝结换热的异同。 6.选择太阳能集热器的表面涂层时，涂料表面光谱吸收比随波长变化的最佳特 性是什么？有人认为取暖用的辐射采暖片需要涂上这种材料，你认为合适吗？ 7.强化换热器内空气---水的传热过程主要途径有哪些？请列出任意三种途径。三．计算题（每小题20分，共60分） 1.用热电偶来测量气流的温度，热电偶结点可近视看作圆球，设气流和热电偶结点间的表面对流传热系数h=400W/(m2K)，热电偶定压比热容c p=400J/(kg.K)，密度ρ=8500Kg/m3。 （1）若时间常数为1s，求热电偶结点的直径。 （2）若将初温为25℃、时间常数为1s的热电偶放入200℃的气流中，热电偶结点温度达到199℃度需要多少时间？ （3）若气流通道内壁温度为100℃，热电偶结点的发射率为0.88，忽略热电偶丝的导热损失，热电偶测得的气流温度为195℃，求气流的实际温度。 2.采用测定铂丝电阻的方法可间接测出横掠铂丝的空气速度。现测得铂丝直径为d=0.1mm，长10mm，电阻为0.2 ?，通过的电流为1.2A，表面温度为200℃，空气温度为20℃。已知Nu=0.911Re0.385Pr1/3，空气的物性参数见下表，求气流的速度U to。 3.如图3为一个半球表面3，其黑度为?3 =0.475，并且处于辐射平衡中。被半球表面所覆盖的圆盘的一半为灰体表面，记作表面1，其黑度为?1=0.35，温度T1=555K；而圆盘的另一表面即表面2为T2=333K的黑体。半球的直径为0.3m.试： （1）画出该系统的辐射网络图 （2）计算表面1和表面2之间的辐射换热量。 图3

《传热学》第四版课后习题问题详解

《传热学》 第一章 思考题 1． 试用简练的语言说明导热、对流换热及辐射换热三种热传递方式之间的联系和区别。 答：导热和对流的区别在于：物体部依靠微观粒子的热运动而产生的热量传递现象，称为导热；对流则是流体各部分之间发生宏观相对位移及冷热流体的相互掺混。联系是：在发生对流换热的同时必然伴生有导热。 导热、对流这两种热量传递方式，只有在物质存在的条件下才能实现，而辐射可以在真空中传播，辐射换热时不仅有能 量的转移还伴有能量形式的转换。 2． 以热流密度表示的傅立叶定律、牛顿冷却公式及斯忒藩－玻耳兹曼定律是应当熟记的传热学公式。试写 出这三个公式并说明其中每一个符号及其意义。 答：① 傅立叶定律：dx dt q λ-=，其中，q －热流密度；λ－导热系数；dx dt －沿x 方向的温度变化率， “－”表示热量传递的方向是沿着温度降低的方向。 ② 牛顿冷却公式：)(f w t t h q -=，其中，q －热流密度；h －表面传热系数；w t －固体表面温度；f t －流体的温度。 ③ 斯忒藩－玻耳兹曼定律：4T q σ=，其中，q －热流密度；σ－斯忒藩－玻耳兹曼常数；T －辐 射物体的热力学温度。 3． 导热系数、表面传热系数及传热系数的单位各是什么？哪些是物性参数，哪些与过程有关？ 答：① 导热系数的单位是：W/(m.K)；② 表面传热系数的单位是：W/(m 2.K)；③ 传热系数的单位是：W/(m 2.K)。这三个参数中，只有导热系数是物性参数，其它均与过程有关。

4．当热量从壁面一侧的流体穿过壁面传给另一侧的流体时，冷、热流体之间的换热量可以通过其中任何一个环节来计算（过程是稳态的），但本章中又引入了传热方程式，并说它是“换热器热工计算的基本公式”。 试分析引入传热方程式的工程实用意义。 答：因为在许多工业换热设备中，进行热量交换的冷、热流体也常处于固体壁面的两侧，是工程技术中经常遇到的一种典型热量传递过程。 5．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。 6．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，杯的水的流速几乎为零，杯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。 7．什么是串联热阻叠加原则，它在什么前提下成立？以固体中的导热为例，试讨论有哪些情况可能使热量传递方向上不同截面的热流量不相等。 答：在一个串联的热量传递过程中，如果通过每个环节的热流量都相同，则各串联环节的总热阻等于各串联环节热阻的和。例如：三块无限大平板叠加构成的平壁。例如通过圆筒壁，对于各个传热环节的传热面积不相等，可能造成热量传递方向上不同截面的热流量不相等。 8.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。 能量平衡分析 1000cm。冷水通过电热器从15℃被加热到43℃。试1-3淋浴器的喷头正常工作时的供水量一般为每分钟3 问电热器的加热功率是多少？为了节省能源，有人提出可以将用过后的热水（温度为38℃）送入一个换热器

传热学第一章答案第四版-杨世铭-陶文铨汇总

传热学习题集 第一章 思考题 1． 试用简练的语言说明导热、对流换热及辐射换热三种热传递方式之间的联系和区别。 答：导热和对流的区别在于：物体内部依靠微观粒子的热运动而产生的热量传递现象，称为导热；对流则是流体各部分之间发生宏观相对位移及冷热流体的相互掺混。联系是：在发生对流换热的同时必然伴生有导热。 导热、对流这两种热量传递方式，只有在物质存在的条件下才能实现，而辐射可以在真空中传播，辐射换热时不仅有能 量的转移还伴有能量形式的转换。 2． 以热流密度表示的傅立叶定律、牛顿冷却公式及斯忒藩－玻耳兹曼定律是应当熟记的传 热学公式。试写出这三个公式并说明其中每一个符号及其意义。 答：① 傅立叶定律： dx dt q λ-=，其中，q －热流密度；λ－导热系数；dx dt －沿x 方 向的温度变化率，“－”表示热量传递的方向是沿着温度降低的方向。 ② 牛顿冷却公式：)(f w t t h q -=，其中，q －热流密度；h －表面传热系数；w t －固体表面温度；f t －流体的温度。 ③ 斯忒藩－玻耳兹曼定律：4T q σ=，其中，q －热流密度；σ－斯忒藩－玻耳 兹曼常数；T －辐射物体的热力学温度。 3． 导热系数、表面传热系数及传热系数的单位各是什么？哪些是物性参数，哪些与过程有 关？ 答：① 导热系数的单位是：W/(m.K)；② 表面传热系数的单位是：W/(m 2.K)；③ 传热系数的单位是：W/(m 2.K)。这三个参数中，只有导热系数是物性参数，其它均与过程有关。 4． 当热量从壁面一侧的流体穿过壁面传给另一侧的流体时，冷、热流体之间的换热量可以 通过其中任何一个环节来计算（过程是稳态的），但本章中又引入了传热方程式，并说它是“换热器热工计算的基本公式”。试分析引入传热方程式的工程实用意义。 答：因为在许多工业换热设备中，进行热量交换的冷、热流体也常处于固体壁面的两侧，是工程技术中经常遇到的一种典型热量传递过程。 5． 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。 6． 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。 7． 什么是串联热阻叠加原则，它在什么前提下成立？以固体中的导热为例，试讨论有哪些 情况可能使热量传递方向上不同截面的热流量不相等。 答：在一个串联的热量传递过程中，如果通过每个环节的热流量都相同，则各串联环节的总热阻等于各串联环节热阻的和。例如：三块无限大平板叠加构成的平壁。例如通过圆筒壁，对于各个传热环节的传热面积不相等，可能造成热量传递方向上不同截面的热流量不相等。 8.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？

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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

传热学第五版课后习题答案(1)11页

传热学习题_建工版V 0-14 一大平板，高3m ，宽2m ，厚0.2m ，导热系数为45W/(m.K), 两侧表面温度分别为w1t 150C =?及w1t 285C =? ，试求热流密度计热流量。 解：根据付立叶定律热流密度为： 负号表示传热方向与x 轴的方向相反。 通过整个导热面的热流量为： 0-15 空气在一根内经50mm ，长2.5米的管子内流动并被加热，已知空气的平均温度为85℃，管壁对空气的h=73(W/m 2.k)，热流密度q=5110w/ m 2, 是确定管壁温度及热流量?。 解：热流量 又根据牛顿冷却公式 管内壁温度为： 1-1．按20℃时，铜、碳钢（1.5%C ）、铝和黄铜导热系数的大小，排列它们的顺序；隔热保温材料导热系数的数值最大为多少？列举膨胀珍珠岩散料、矿渣棉和软泡沫塑料导热系数的数值。 解： (1)由附录7可知，在温度为20℃的情况下， λ铜=398 W/(m ·K)，λ碳钢＝36W/(m ·K)， λ铝＝237W/(m ·K)，λ黄铜＝109W/(m ·K). 所以,按导热系数大小排列为: λ铜>λ铝>λ黄铜>λ钢 (2) 隔热保温材料定义为导热系数最大不超过0.12 W/(m ·K). (3) 由附录8得知，当材料的平均温度为20℃时的导热系数为: 膨胀珍珠岩散料:λ=0.0424+0.000137t W/(m ·K) =0.0424+0.000137×20=0.04514 W/(m ·K); 矿渣棉: λ=0.0674+0.000215t W/(m ·K) =0.0674+0.000215×20=0.0717 W/(m ·K); 由附录7知聚乙烯泡沫塑料在常温下, λ=0.035~0. 038W/(m ·K)。由上可知金属是良好的导热材料，而其它三种是好的保温材料。 1-5厚度δ为0.1m 的无限大平壁，其材料的导热系数λ＝100W/(m ·K)，在给定的直角坐标系中，分别画出稳态导热时如下两种情形的温度分布并分析x 方向温度梯度的分量和热流密度数值的正或负。 (1)t|x=0=400K, t|x=δ=600K; (2) t|x=δ=600K, t|x=0=400K; 解：根据付立叶定律 无限大平壁在无内热源稳态导热时温度曲线为直线，并且 x x 02121t t t t t dt x dx x x 0 δδ==--?===?--

传热学第四版课后题目解析第十章

第十章 思考题 1、 所谓双侧强化管是指管内侧与管外侧均为强化换热表面得管子。设一双侧强化管用内径 为d i 、外径为d 0的光管加工而成，试给出其总传热系数的表达式，并说明管内、外表面传热系数的计算面积。 01 10 0001101111000010111112)/ln(1 1 12)/ln(1βπβπηβληβηβππληβπo d d d h d d d d h k d h d d d h t 算面积为管外表面传热系数得计 算面积为管内表面传热系数得计传热系数：得以管内表面为基准得＝ 答：由传热量公式： ++= + +?Θ 2、 在圆管外敷设保温层与在圆管外侧设置肋片从热阻分析的角度有什么异同？在什么情 况下加保温层反而会强化其传热而肋片反而会削弱其传热？ 答：在圆管外敷设保温层和设置肋片都使表面换热热阻降低而导热热阻增加，而一般情况下保温使导热热阻增加较多，使换热热阻降低较少，使总热阻增加，起到削弱传热的效果；设置肋片使导热热阻增加较少，而换热热阻降低较多，使总热阻下降，起到强化传热的作用。但当外径小于临界直径时，增加保温层厚度反而会强化传热。理论上只有当肋化系数与肋面总效率的乘积小于1时，肋化才会削弱传热。 3、 重新讨论传热壁面为平壁时第二题中提出的问题。 答：传热壁面为平壁时，保温总是起削弱传热的作用，加肋是否起强化传热的作用还是取决于肋化系数与肋面总效率的乘积是否人于1。 4、推导顺流或逆流换热器的对数平均温差计算式时做了一些什么假设，这些假设在推导的哪些环节中加以应用？讨论对大多数间壁式换热器这些假设的适用情形。 5、对于22112211221m1q c q c q c q c q c c q m m m m m =<≥及、 三种情形，画出顺流与逆流时冷、热流体温度沿流动方向的变化曲线，注意曲线的凹向与c q m 相对大小的关系。 6、进行传热器设计时所以据的基本方程是哪些？有人认为传热单元数法不需要用到传热方程式，你同意吗？ 答：换热器设计所依据的基本方程有： m m m t KA t t c q t t c q ?="-'="-'=)()(22221111φ 传热单元法将传热方程隐含在传热单元和效能之中。