第1章《绪论》思考题
1、一维大平壁稳态导热傅里叶定律的形式与牛顿冷却公式颇相似，那么为什么导热系数λ是物性，表面传热系数h却不
是物性？
2、导热傅里叶定律的写法（指负号）与问题中坐标的方位有没有什么关系？思考题 1.1附图中两种情形所对应的热流
方程是否相同？
3、试分析一只普通白炽灯泡点亮时的热量传递过程。
4、试分析一个灌满热水的暖水瓶的散热全过程中所有环节，应如何提高它的保温性能？
5、请说明“传热过程”和“复合换热过程”这两个概念的不同点和相同点？
6、对导热热流密度q和对对流换热时热流密度q的正负规定是否相同？为什么？
7、你能正确区别热量，热流量，热流密度（或称热流通量）几个不同称呼的准确含义吗？它们哪些是矢量？在针对控
制体积求和时，上述三个量是否处理方法相同？
8、把q写成Φ/A，需要附加什么条件，还是无条件？
9、你认为100 ℃的水和100 ℃的空气，哪个引起的烫伤更严重？为什么？
10、酷热的夏天，用打开冰箱门的方法能不能使室内温度有明显的下降？
11、热对流与对流换热有何根本的区别？
12、列举你所了解的生活中或工程领域中传热的若干应用实例，并分析他们的基本传热原理。
13、为什么针对控制容积和针对表面的能量平衡关系有根本的差别？
14、你认为传热学与热力学的研究对象和研究内容有什么相同和不同？
15、三十多年以前，一名叫姆贝巴（Mpemba）的非洲学生曾经发现，同等条件下放在冰箱中的热冰琪淋汁反而比冷冰琪
淋汁先开始结冰。他请一位物理系的教授解释这个现象。教授作了实测：用直径45 mm，容积100 cm3的玻璃杯放入温度不同的水在冰箱中冻结。实验结果证明，在初始温度30℃～80℃范围内，温度越高，结冰越早。你对这个问题如何认识？
16、一位家庭主妇告诉她的工程师丈夫说，站在打开门的冰箱前会感觉很冷。丈夫说不可能，理由是冰箱内没有风扇，
不会将冷风吹到她的身上。你觉得是妻子说得对，还是丈夫说得对？
17、夏季会议室中的空调把室温定在24℃，同一个房间在冬天供暖季内将室温也调到24℃。但是夏季室内人们穿短裤、
裙子感觉舒适，冬天则必须穿长袖长裤甚至毛衣。请问这是为什么？
第2章《导热理论基础》思考题
18、傅里叶定律表示导热物体内的温度梯度与导热热流q之间的定量数学关系。其中未曾出现时间变量。那么，你如何
理解并解释在分析非稳态导热问题时也可以应用傅氏定律？
19、应用傅里叶定律时有哪些限制？
20、现代宇航工程和超低温工程中应用的超级绝热材料的导热系数甚至可以低到10－4 W/(m?℃)以下，该数值已经大大
低于导热性能最低的气体介质。试分析它是如何实现的？
21、在一定温度区间内，物质的导热系数大都可以表示为温度的线性函数：
22、λ=λ0（1＋b t）。式中t为摄氏温度。有人认为，“b为导热系数随t变化的斜率。而λ0则代表0℃时该材料的导热系
数。因为代入t = 0℃，得λ＝λ0。”你认为这种说法对不对？为什么？有时会把方程写作λ=λ0＋bt。这个b、λ0又代表什么意义？
23、对于一维稳态导热，?t /?x>0，?t /?x <0分别具有什么含义？?2t /?x2 >0又具有什么含义？
24、已知某个确定的热流场q = f (x, y)，能否由此唯一地确定物体的温度场？或者需要什么条件？反过来从温度场能否唯
一地确定热流场？
25、某二维导热物体，常物性，部分边界q = 常数，另一部分绝热，能否确定其温度场？
26、如思考题2.8附图所示的二维控制体积，导入热流量分别是Φx和Φy，另外的两面绝热。导入的总热流量等于：
(a)(Φx2+Φy2)1/2；(b) Φx + Φy；(c) q x A x + q y A y；(d) (q x2A x+ q y2A y)1/2
27、请分析第三类边界条件的数学表达式（2-3-11）是否适用于所有的情况？
28、导热微分方程从导热物体内部的微元体分析得到。那么它是否能够用于导热物体的边界上？为什么？
29、无源大平壁一维稳态导热，温度场的通解等于t = c1x + c2，积分常数由边界条件确定。这是否意味着c1，c2都与平壁
本身的物理条件无关？
30、用一条加了保温的圆管道输送低温流体，发现保温层外面有结霜，请你分析其中的原因，并说明如何改进它。
第3章《稳态导热分析与计算》思考题
31、试证明，圆筒壁一维稳态导热变导热系数计算也可以和平壁时一样，取两侧表面算术平均温度下的导热系数值λm
代入原公式求得导热热量。
32、参见附图，圆筒壁内侧t1 < t2，请判断壁内温度分布为两图中哪一种情况？并说明理由，设导热系数等于常数。
33、凸状轴呈对称图形，如果侧面绝热且导热系数为常数，其一维稳态温度分布呈什么？
34、两端均给定第一类边界条件的肋，温度各自保持t1、t2，问其算术平均温度位于几何中心，还是偏向高温侧或偏向低
温侧？为什么？（不作具体数学推导，仅通过分析来论证）
35、金属材料的导热系数很高，因此用测量保温材料导热系数的平板导热仪等设备无法进行有效的测量。主要困难在于
测得的温差太小，因而误差达到无法接受的程度。请你设计一种用肋测量金属导热系数的方案。并论证其可行性。
36、参见教材中图3.3，导热系数和厚度均不相同的多层平壁内的温度分布为一折线。你是否能设法将它变成一条直线？
37、为什么对有内热源的导热体不能用一个单元热阻来表示？如果一定要用一个单元热阻来表示，那么与平常的画法应
该有何不同？
38、对单层平壁的稳态导热来说，保证一维温度场的条件是下述的哪一个？
39、平壁的长、宽应该远远大于平壁的厚度；
40、两侧表面的温度均匀一致；
41、以上两条必须同时满足。
42、肋效率最大可能的数值等于多少？它会在什么条件（包括理想化的条件）下达到？
43、试证明肋效率ηf与肋壁总效率η0之间的相对大小关系。
44、是否存在加肋以后反而使散热变小的可能？如有，请具体说明在什么情况下会出现。
45、试对等截面直肋采用如下两种方法增大传热量的效果进行分析和比较：（1）加大肋高；（2）增加肋片的数目。
46、你是否认为减小步长永远可以提高解的精度？
47、有人说：“只要把等温面的法线取为坐标方向，那么根据付立叶定律，常物性一维稳态导热的温度梯度必定是一个常
数”。你认为这个说法对不对？
48、从提高测量精度的角度考虑，在用热电偶测量包裹有一层保温材料的管壁外表面温度时，热电偶的引线应该如何布
置？
第4章《非稳态导热》思考题
49、非稳态导热的集总参数解法假定物体内部的导热热阻趋近于零，即整个物体的温度随时间同步变化，升高或下降。
这个假设是否有不符合实际之处？如果有，那又为什么可以用来作为这一类问题的常用解法？
50、适用集总参数方法（Bi→0）的正方体、球、扁平板和短圆柱体（假设正方体的边长、平板的厚度、球和圆柱的直径
三者相等，且短圆柱的高与直径也相等），在相同的加热或冷却条件下，它们的温度变化速率是否相同？为什么？对于Bi→∞的上述形状物体，温度变化速率的相对比较又当如何？
51、集总参数法的能量平衡方程（4-2-2a）式适用于加热、还是冷却？还是两者均可以？你能用虚拟内热源方法导出该方
程吗？
52、在对一个问题是否适用集总参数方法进行判断时，到底应该用h (V/A)/λ <0.1，还是用hδ /λ <0.1（就大平板而言）作
为依据？
53、有人讲“我刚买了一个灵敏度极高的测温元件（温度传感器）说明书上讲它的时间常数τc< 0.1s”，此话有道理吗？
54、现有二个大平板的非稳态导热问题，一个Bi <0.1，另一个Bi>0.1，若规定不准用集总参数方法，你是否有办法解这
二个问题？
55、对于Bi <0.1 但是Fo <0.2的情况，集总参数法还适用吗？
56、你如何理解稳态导热时温度分布与λ有关，而非稳态时却只和热扩散率a有关？
57、参见教材附录图1.1，为什么海斯勒曲线在Fo>0.2范围内仍然呈折线而非直线？这是否与正规状况阶段理论相抵
触？
58、 有人认为“海斯勒图的辅助图（教材附录图1.2）只能用于不太长的时间, 即Fo 不可以太大。当非稳态过程进行时
间很长的时候，物体中所有各点的温度都趋于流体温度，图中的规律将变得不正确了”。你的看法呢？
59、 能否画出与现有不同的另一套“海斯勒”曲线来？该怎么画？
60、 请设法证明，对 t τ = 0 非常数的情形，正规状况阶段的理论和特点是否依然存在。
61、 试通过分析（4-3-7）式，证明过余温度比只是Bi , Fo , x/δ 三者的函数。
62、 是否所有的非稳态导热问题都存在正规状况阶段？试举例说明。
63、 非稳态导热过程的极限（指时间趋于无限长）是否一定趋于稳态？
64、 不少传热学教科书在讲述周期性导热现象的特征时，均给出了如附图所示的曲线，以表示温度波在半无限大物体内
的传播过程。请你根据所学的这部分内容判断，这张图是否存在什么缺陷？
65、 集总参数方法对物体的形状有没有什么要求？
66、 把用同一种玻璃材料制作的大小不等的球加热到一定温度后突然投入冷水中急剧冷却。你认为是较大的球，还是较
小的球更容易发生爆裂？为什么？
67、 除了物性是温度的函数之外，非稳态或稳态导热节点方程出现非线性的情况还可能有哪些？
第5章 《对流换热的理论基础》思考题
68、 请分析外部流动对流换热计算时，局部表面传热系数hx 与平均表面传热系数 hm 之间的关系式：
1d m x A t h A A =? 或 211d x m x x t h x x =
?? (1)
成立的条件是什么？同样的式子，对Nux 和Num 是否成立？为什么？
1d m x A N u N u x A =
? 或 211d x m x x N u N u x x =?? (2) 69、 书中（5-1-3）式： w f 1()x x A h h dA t t A A Φ=
=-?, 为什么要求表面与流体的温差必须恒定？如果不恒定会出现什么问
题？ 70、 试分析牛顿冷却公式中的温度差。
71、 流动入口段长度和热入口段长度之间具有什么样的关系？
72、 流体在圆管内测试段1和2 之间流动，壁面保持恒热流密度。（a ）流动和换热均已达到充分发展；(b) 尚在入口段
内。请：(1) 就上述两种情形画出壁温和流体平均温度的沿程变化趋势；（2）若两种情况的入口平均温度及热流密度都相同，流体出口温度哪个高？壁温哪个高？为什么？
73、 对于恒壁温的管内对流换热，流体沿全管长的平均温度能否写作：m w m f Δt t t ±=（其中“–”用于t w > t f ，“+”用
于t w < t f ），其中流体与管壁的平均温差是m ΔΔΔln(ΔΔ)
t t t t t '''-='''，且有?t ' = t w – t f1，和 ?t '' = t w – t f2 。 74、 请说明为什么对热边界层厚度定义不能象对流动边界层那样表达成：“流体温度达到来流温度99％处的离壁距离”？
75、 试从普朗特边界层的基本观点出发，解释为什么边界层基本方程对平板前缘不适用？
76、 请参照层流边界层速度分布积分解（附录1.2），分析并判断在沿平板的x 方向上，壁面上的速度梯度
0)/(=??y y u 是
如何变化的？
77、 管内对流换热达到充分发展的基本依据是什么？还可以根据什么参数来判断换热是否已经达到了充分发展？
78、 层流时，可以用什么参数来判断速度边界层与热边界层哪个发展得更快？为什么？湍流时呢？
79、 对无界流动（湍流或层流），若定性温度为40℃，试在相同位置、相同流速下比较水与空气表面传热系数的相对大
小（概略值）。
80、 有人说，强迫流动换热时，边界层动量方程和能量方程是非耦合的，而自然对流时是耦合的。你认为这种说法是否
准确？
81、 层流外部流动边界层方程积分解的“近似性”主要表现在哪里？
82、 你觉得作为一种近似解法，讨论边界层微分方程积分解有什么意义？”
83、 雷诺类比中采用了哪些假设？
84、 定性温度实际上只是对对流换热中流体平均温度的一种近似处理方法，它并不是严格意义上的“流体平均温度”。那
么用特征数方程计算表面传热系数时，为什么各项物性均取为定性温度下的数值？
85、 St 数的定义为St = h /ρcu ∞ ，其中并不显含特征尺寸。这一点与Nu 不同，但是为什么St 和Nu 一样也有局部值与平
均值之分？
86、 查看如下附图所表示的管内速度场，你认为图（a ）与图（b ）哪一对速度场可能是相似的？或者两者都可能相似？
请说明你的理由。
87、 一位同学说：“雷诺数就是惯性力与粘性力的比值。”这句话是否正确？为什么？
88、 能否说：“Pr 数即速度边界层厚度与温度边界层厚度的比值”？为什么？
89、 从特征数关联式 1/21/30.664x x
N u Re Pr =? 能否得出高Pr 流体换热的Nu 数比低Pr 数流体更高的结论？ 90、 **一本教科书上讲，“类比律适用于层流、紊流以致分离流（绕流脱体）。”[1] 另一本书则认为：“雷诺比拟只有在满
足下述条件时才是正确的：(1) Pr ＝1；(2) 阻力实际上完全是粘性力。… 如果阻力不全是粘性力，则式C f ≡(F d /A c )/(ρu 2∞ / 2) 就不适用，雷诺比拟也就不正确了。(其中F d 为阻力，A c 是流体与表面的接触面积)。满足没有形状阻力这一要求的流动状况是在密闭管道中的流动或不发生边界层脱体情况的任何外部流动。”[2] 显然以上两种说法互相抵触。你的看法呢？
[1] 章熙民等. 传热学（新一版）. 北京：中国建筑工业出版社，1993. 120
[2] 威尔蒂 J R. 工程传热学. 任泽霈，罗棣庵译. 北京：人民教育出版社，1982，177～179
第6章 《对流换热计算》思考题
91、 管内充分发展的层流和湍流换热相比，管径（特征尺寸）对哪一种流体的对流换热影响更大？为什么？
92、 一本教科书中讲：“对于管内对流换热关联式：Nu f = 0.023 Re f 0.8 Pr n ，Pr 的幂指数n ，对气体：流体被加热时n = 0.3，
被冷却时n = 0.4，对液体：流体被加热时n = 0.4，被冷却时n = 0.3。”请你分析这种说法正确与否？
93、 试分析，根据水平管内层流充分发展段的实验结果得出的特征数关联式，能否在实验Re 数和Pr 数范围内应用于竖
管？
94、 ** 绕流圆柱体对流换热时，随着Re d 不同，在圆柱表面的不同角位置将发生“分离”的情况。一般在Re d ＞2×105
以后，分离点出现在θ = 140o 附近。但观察发现，当Re d *2×105时，边界层保持层流，分离点出现在θ = 80o 附近。这一现象似乎与流体压力的沿程变化相矛盾。因为一般认为在 θ ＜ 90o 以前，流体尚处于顺压梯度区，而发生“分离”或“脱体”的基本条件是必须位于逆压梯度区。你如何解释这个似乎矛盾的现象？
95、 为什么对管内充分发展的层流对流换热计算要强调必须谨慎使用当量直径的概念？
96、 在流体种类相同、流速相等、当量直径也相等的条件下，园管内和大平板之间充分发展的层流表面传热系数哪一个
更大些？为什么？如果是湍流呢？
97、 恒热流自然对流换热的特征数关联式中为什么采用修正的格拉晓夫数Gr *？采用Gr * 以后，是否能够完全避免叠代
计算？
98、 自然对流换热中表征流态的特征数Gr 的物理意义究竟是什么？
99、 动量方程中的耗散项是否需要考虑，主要看流速的高低。定量地衡量究竟多高的速度才能算“高速”（即必须考虑耗
散项）？
第7章 《沸腾与凝结》思考题
100、 如果定义以下的无量纲凝结数 Co = h [g λ3 ρ2 /η2 ] -1 / 3，试证明（7-3-8）式能够整理为Co =1.47 Re -1 / 3的形式。 101、 本章第一节给出了根据量纲分析得出的相变换热的无量纲特征数关联式的形式，即式（7-1-4），试证明式（7-3-8）
也可以表达成这种无量纲函数的形式。
102、 试导出直径d ，高度L 的竖圆管凝结Re 的计算公式。
103、 试对比水蒸汽竖壁的膜状凝结与空气沿竖壁层流自然对流（下沉）换热的共同点与不同点。
104、 对于沿竖壁的层流膜状凝结，液膜越薄，表面传热系数h 越大。但是薄液膜必定以温差 ?t = (t s －t w ) 小为前提。那
么就提高热负荷q 而言，液膜究竟应该薄些好还是厚些更好？
105、 你认为强化膜状凝结的基本出发点是什么？
106、 仅就几何尺寸而言，竖管膜状凝结表面传热系数h 在什么条件下会与水平管相同？（l /d = ?）,竖管的h 在什么条件
下会大于水平管？
107、 试根据水在1atm 下的沸腾曲线作出表面传热系数曲线，并分析q max 与h max 是否对应同一个沸腾温差（即横坐标）？
为什么？
108、 试分析在105 Pa 情况下，水在月球表面作池沸腾时和在地球表面上比较最大热流密度q max 将相差多少倍？ 109、 请把核沸腾的Rohsenow 公式式转换成特征数关联式的形式。
第8章 《辐射理论基础》思考题
110、 有人把光谱辐射力定义为单位时间单位物体表面积向周围空间发射的某一特定波长的能量。你认为该定义对不对？ 111、 请对黑体的性质作一总结。
112、 所谓“黑体辐射具有各向同性的特征”能否理解为黑体向空间各方向发出的辐射能量一样多？
113、 试将普朗克定律用一条曲线，而不是一个曲线族表示出来。（请选取适当的坐标）这也是得出Wien 定律的方法之一。 114、 **你认为究竟人工黑体空腔上的小孔是黑体，还是空腔的腔体内表面是黑体？请说明你的理由。
115、 判断以下两个关系式对不对？并请说明理由。
??∞∞==00,λααλεελλd d
116、 黑体是否差不多都是黑颜色，或至少也是深颜色的物体？试对此问题阐述你的观点。
117、 请分别给出以下四个等式成立的条件：
① ελ = ε； ② αλ = α； ③ ελ = αλ； ④ ε = α
118、 实验观察发现，金属圆球当加热到白炽温度时在球的边缘会出现一个明亮的光环。但是同样的处理方法却使非金属
球体变得中间亮，边缘暗。试解释此现象，并说明为什么在不加热时看不到这种现象？
119、 把大多数实际工程材料近似视为灰体有什么限制条件吗？为什么？
120、 两种屋顶涂料的光谱吸收率如附图所示。试问：哪一种涂料会使屋顶温度比较低？夏季适合用哪种？冬季又应该用
哪种？
121、 **两种已知材料A 和B 的光谱发射率与波长的关系如附图所示。试根据该图分析并判断两种材料的总发射率随温度
变化的趋势，并说明理由。
122、 你是否能正确区分相对于有效辐射的辐射强度L e ＋r 和仅相对于发射而言的辐射强度L e 两个概念？
123、 温度为300 K 的4个漫射表面受到太阳的辐射，其光谱吸收特性如附图所示。请问：这几个表面中哪些可以视为全
波长范围内的灰表面？
第9章 《辐射换热计算》思考题
124、 引进角系数概念时附加了哪几项前提条件？什么地方体现了这几个条件？
125、 为什么说微元面对微元面的角系数为定值，而有限面对有限面的角系数则具有“平均值”内涵？
126、 对角系数X 1,2经常存在以下几种不同的说法：(a) 表面A 1向半球空间发射（或发出）的辐射能量落到表面A 2上的百
分数；(b) 表面A 1向半球空间发射（或发出）的辐射能量被表面A 2吸收的百分数；(c) 离开表面A 1的全部辐射能量落到表面A 2上（或被A 2拦截）的百分数。请你对这三种不同的说法作出评判。对不正确的说法要指出它错在何处，为什么？
127、 运用角系数的互换性时，对表面的凸凹性有无限制？
128、 运用角系数的可加性（分解性）对表面的凸凹性有无限制？
129、 **参见附图，试问是否能用式（9-1-12）计算角系数X A1,A2？（该系统中，A 1→A 2的“视线”部分被A 3，A 4阻挡。）
此时A 1应该由a-g-f 折线计算，还是由ag + gf 弧线计算？A 2呢？
130、 你能否根据角系数的基本定义，或根据式（9-1-7）证明式（9-1-8）不成立？
131、 两个平行大平板各自保持恒定温度T 1与T 2，且有T 1 > T 2。为减少两板间的辐射在它们中间插入两侧表面发射率不相
同的一块遮热板。请问：（1）为了最大限度地减小热交换，遮热板发射率高的一面应该朝向T 1还是T 2？（2）遮热板两种不同朝向时，它的平衡温度是否相同？
132、 为什么辐射换热计算必须在“封闭腔”条件下进行？对实际为开口的假想表面的温度和物性（发射率）应该怎么取？
133、 一本传热学教科书中写道：“对于附图所示的由两个灰表面组成的封闭系统的如下三种相对位置，辐射换热的以下计
算式：
121,212
11,221
12111b b E E A A X A Φεεεε-=--++ 仅适用于附图中a,b 两种情况的计算，即A1必须是平面或凸面；对于c 的情况则应将式中A1用虚线所示的A3代
替”。请你分析这个说法对不对？为什么？
134、 请证明：根据下式
4
,1
(1)i i n i i i i j j J T J X εσε==+-∑ ( i = 1,2, …… n ) [9-4-5b] 讨论封闭腔中多个灰表面间辐射换热的数值计算方法时，是否必须限定所有表面都不是内凹的，即所有表面对自身的角系数X i, i 均必须等于零？可否去掉“不是内凹”的条件？表达式要作相应的改变吗？
135、 为什么强调“从物理概念上讲，不能把辐射表面视为反射比等于1的纯反射面”？
136、 有人说，“重辐射面的有效辐射与它本身的温度和辐射特性无关，整个系统的辐射换热量也与重辐射面的温度和辐射
特性无关，仅与其几何特性有关。”你认为这个说法对不对？
137、 为什么说式（9-4-4）不可以直接用于作数值计算？
138、 对流和辐射联合作用时，一般用复合表面传热系数，即对流传热系数与辐射的当量表面传热系数之和来描述总的换
热效果。请问是否永远如此（即有没有两者相互抵销相减的情况发生）？
第10章 《热交换器》思考题
139、 “既然对数平均温差是热交换器两侧流体沿程温度差的积分平均值，那么它就是严格意义上的换热温差。”这个说法
是否正确？
140、 请判断，以下逆流换热过程中两流体温度沿程变化的画法是否正确？
141、 为什么说对数平均温差计算公式不可以直接用于计算在一台换热器中既有单相换热、又有相变换热时的情形？ 142、 请设想在什么情况下会有意不把换热器布置成逆流方式？
143、 为什么对一台热交换器既需要根据给定参数进行设计计算，从而确定其换 热面积，还要进行校核计算？这种校核计
算是不是设计计算的逆过程？
144、 有人设计了一台利用热管来传递燃油炉所发出的热量的装置，即把热管的蒸发端（吸热端，处于较低的位置）置于
火焰中加热，而冷凝端（即放热端，位于较高位置）则通过风机把热量传递给空气，这些热空气可以用于干燥等。请你根据所学过的传热知识对这种设计的合理性作出评价。
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1章《绪论》思考题 1、一维大平壁稳态导热傅里叶定律的形式与牛顿冷却公式颇相似，那么为什么导热系数λ是物性，表面传热系数h却不 是物性？ 2、导热傅里叶定律的写法（指负号）与问题中坐标的方位有没有什么关系？思考题 1.1附图中两种情形所对应的热流 方程是否相同？ 3、试分析一只普通白炽灯泡点亮时的热量传递过程。 4、试分析一个灌满热水的暖水瓶的散热全过程中所有环节，应如何提高它的保温性能？ 5、请说明“传热过程”和“复合换热过程”这两个概念的不同点和相同点？ 6、对导热热流密度q和对对流换热时热流密度q的正负规定是否相同？为什么？ 7、你能正确区别热量，热流量，热流密度（或称热流通量）几个不同称呼的准确含义吗？它们哪些是矢量？在针对控 制体积求和时，上述三个量是否处理方法相同？ 8、把q写成Φ/A，需要附加什么条件，还是无条件？ 9、你认为100 ℃的水和100 ℃的空气，哪个引起的烫伤更严重？为什么？ 10、酷热的夏天，用打开冰箱门的方法能不能使室内温度有明显的下降？ 11、热对流与对流换热有何根本的区别？ 12、列举你所了解的生活中或工程领域中传热的若干应用实例，并分析他们的基本传热原理。 13、为什么针对控制容积和针对表面的能量平衡关系有根本的差别？ 14、你认为传热学与热力学的研究对象和研究内容有什么相同和不同？ 15、三十多年以前，一名叫姆贝巴（Mpemba）的非洲学生曾经发现，同等条件下放在冰箱中的热冰琪淋汁反而比冷冰琪 淋汁先开始结冰。他请一位物理系的教授解释这个现象。教授作了实测：用直径45 mm，容积100 cm3的玻璃杯放入温度不同的水在冰箱中冻结。实验结果证明，在初始温度30℃～80℃范围内，温度越高，结冰越早。你对这个问题如何认识？ 16、一位家庭主妇告诉她的工程师丈夫说，站在打开门的冰箱前会感觉很冷。丈夫说不可能，理由是冰箱内没有风扇， 不会将冷风吹到她的身上。你觉得是妻子说得对，还是丈夫说得对？ 17、夏季会议室中的空调把室温定在24℃，同一个房间在冬天供暖季内将室温也调到24℃。但是夏季室内人们穿短裤、 裙子感觉舒适，冬天则必须穿长袖长裤甚至毛衣。请问这是为什么？ 第2章《导热理论基础》思考题 18、傅里叶定律表示导热物体内的温度梯度与导热热流q之间的定量数学关系。其中未曾出现时间变量。那么，你如何 理解并解释在分析非稳态导热问题时也可以应用傅氏定律？ 19、应用傅里叶定律时有哪些限制？ 20、现代宇航工程和超低温工程中应用的超级绝热材料的导热系数甚至可以低到10－4 W/(m?℃)以下，该数值已经大大 低于导热性能最低的气体介质。试分析它是如何实现的？ 21、在一定温度区间内，物质的导热系数大都可以表示为温度的线性函数： 22、λ=λ0（1＋b t）。式中t为摄氏温度。有人认为，“b为导热系数随t变化的斜率。而λ0则代表0℃时该材料的导热系 数。因为代入t = 0℃，得λ＝λ0。”你认为这种说法对不对？为什么？有时会把方程写作λ=λ0＋bt。这个b、λ0又代表什么意义？ 23、对于一维稳态导热，?t /?x>0，?t /?x <0分别具有什么含义？?2t /?x2 >0又具有什么含义？ 24、已知某个确定的热流场q = f (x, y)，能否由此唯一地确定物体的温度场？或者需要什么条件？反过来从温度场能否唯 一地确定热流场？ 25、某二维导热物体，常物性，部分边界q = 常数，另一部分绝热，能否确定其温度场？ 26、如思考题2.8附图所示的二维控制体积，导入热流量分别是Φx和Φy，另外的两面绝热。导入的总热流量等于： (a)(Φx2+Φy2)1/2；(b) Φx + Φy；(c) q x A x + q y A y；(d) (q x2A x+ q y2A y)1/2 27、请分析第三类边界条件的数学表达式（2-3-11）是否适用于所有的情况？ 28、导热微分方程从导热物体内部的微元体分析得到。那么它是否能够用于导热物体的边界上？为什么？ 29、无源大平壁一维稳态导热，温度场的通解等于t = c1x + c2，积分常数由边界条件确定。这是否意味着c1，c2都与平壁
第一章 思考题 1． P23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：4 T 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
教材上的思考题 第8章??思考题? 1．试说明热传导（导热）、热对流和热辐射三种热量传递基本方式之间的联系与区别。? 区别：它们的传热机理不同。导热是由于分子、原子和电子等微观粒子的热运动而产生的热量传递现象，其本质是介质的微观粒子行为。热对流是由于流体的宏观运动，致使不同温度的流体相对位移而产生的热量传递现象，其本质是微观粒子或微团的行为。辐射是由于物体内部微观粒子的热运动而使物体向外发射辐射能的现象，其本质是电磁波，不需要直接接触并涉及能量形式的转换。?联系：经常同时发生。? 2．试说明热对流与对流换热之间的联系与区别。? 热对流是由于流体的宏观运动，致使不同温度的流体相对位移而产生的热量传递现象。对流换热是流体与固体表面之间由热对流和导热两种传热方式共同作用导致的传热结果。 3. 从传热的角度出发，采暖散热器和冷风机应放在什么高度最合适?? 答：采暖器和冷风机主要通过对流传热的方式使周围空气变热和变冷，使人生活在合适的温度范围中，空气对流实在密度差的推动下流动，如采暖器放得太高，房间里上部空气被加热，但无法产生自然对流使下部空气也变热，这样人仍然生活在冷空气中。为使房间下部空气变热，使人感到舒适，应将采暖器放在下面，同样的道理，冷风机应放在略比人高的地方，天热时，人才能完全生活在冷空气中 4．在晴朗无风的夜晚，草地会披上一身白霜，可是气象台的天气报告却说清晨最低温度为2℃。试解释这种现象。但在阴天或有风的夜晚（其它条件不变），草地却不会披上白霜，为什么 答：深秋草已枯萎，其热导率很小，草与地面可近似认为绝热。草接受空气的对流传热量，又以辐射的方式向天空传递热量，其热阻串联情况见右图。所以，草表面温度t gr 介于大气温度t f 和天空温度t sk 接近，t gr 较低，披上“白霜”。如有风，hc 增加，对流传热热阻R 1减小，使t gr 向t f 靠近，即t gr 升高，无霜。阴天，天空有云层，由于云层的遮热作用，使草对天空的辐射热阻R 2增加，t gr 向t f 靠近，无霜（或阴天，草直接对云层辐射，由于天空温度低可低达-40℃），而云层温度较高可达10℃左右，即t sk 在阴天较高，t gr 上升，不会结霜）。 5．在一有空调的房间内，夏天和冬天的室温均控制在20℃，但冬天得穿毛线衣，而夏天只需穿衬衫。这是为什么 答：人体在房间里以对流传热和辐射传热的方式散失热量，有空调时室内t fi 不变，冬天和夏天人在室内对流散热不变。由于夏天室外温度0f t 比室内温度fi t 高，冬天0f t 比fi t 低，墙壁内温度分布不同，墙壁内表面温度wi t 在夏天和冬天不一样。显然，wi t 夏 >wi t 冬 ，这样人体与墙壁间的辐射传递的热量冬天比夏天多。在室温20℃的房间内，冬天人体向外散热比夏天多而感到冷，加强保温可使人体散热量减少，如夏天只穿衬衫，冬天加毛线衣，人就不会感到冷。 第十一章（基本概念较多，就交给你了！！） 第十二章 没找到现成的。。
教材上的思考题 第8章 思考题 1．试说明热传导（导热）、热对流和热辐射三种热量传递基本方式之间的联系与区别。 区别：它们的传热机理不同。导热是由于分子、原子和电子等微观粒子的热运动而产生的热量传递现象，其本质是介质的微观粒子行为。热对流是由于流体的宏观运动，致使不同温度的流体相对位移而产生的热量传递现象，其本质是微观粒子或微团的行为。辐射是由于物体内部微观粒子的热运动而使物体向外发射辐射能的现象，其本质是电磁波，不需要直接接触并涉及能量形式的转换。 联系：经常同时发生。 2．试说明热对流与对流换热之间的联系与区别。 热对流是由于流体的宏观运动，致使不同温度的流体相对位移而产生的热量传递现象。对流换热是流体与固体表面之间由热对流和导热两种传热方式共同作用导致的传热结果。 3. 从传热的角度出发，采暖散热器和冷风机应放在什么高度最合适？ 答：采暖器和冷风机主要通过对流传热的方式使周围空气变热和变冷，使人生活在合适的温度范围中，空气对流实在密度差的推动下流动，如采暖器放得太高，房间里上部空气被加热，但无法产生自然对流使下部空气也变热，这样人仍然生活在冷空气中。为使房间下部空气变热，使人感到舒适，应将采暖器放在下面，同样的道理，冷风机应放在略比人高的地方，天热时，人才能完全生活在冷空气中 4．在晴朗无风的夜晚，草地会披上一身白霜，可是气象台的天气报告却说清晨最低温度为2℃。试解释这种现象。但在阴天或有风的夜晚（其它条件不变），草地却不会披上白霜，为什么？ 答：深秋草已枯萎，其热导率很小，草与地面可近似认为绝热。草接受空气的对流传热量，又以辐射的方式向天空传递热量，其热阻串联情况见右图。所以，草表面温度t gr 介于大气温度t f 和天空温度t sk 接近，t gr 较低，披上“白霜”。如有风，hc 增加，对流传热热阻R 1减小，使t gr 向t f 靠近，即t gr 升高，无霜。阴天，天空有云层，由于云层的遮热作用，使草对天空的辐射热阻R 2增加，t gr 向t f 靠近，无霜（或阴天，草直接对云层辐射，由于天空温度低可低达-40℃），而云层温度较高可达10℃左右，即t sk 在阴天较高，t gr 上升，不会结霜）。 5．在一有空调的房间内，夏天和冬天的室温均控制在20℃，但冬天得穿毛线衣，而夏天只需穿衬衫。这是为什么？ 答：人体在房间里以对流传热和辐射传热的方式散失热量，有空调时室内t fi 不变，冬天和夏天人在室内对流散热不变。由于夏天室外温度0f t 比室内温度fi t 高，冬天0f t 比fi t 低，墙壁内温度分布不同，墙壁内表面温度wi t 在夏天和冬天不一样。显然，wi t 夏>wi t 冬 ，这样人体与墙壁间的辐射传递的热量冬天比夏天多。在室温20℃的房间内，冬天人体向外散热比夏天多而感到冷，加强保温可使人体散热量减少，如夏天只穿衬衫，冬天加毛线衣，人就不会感到冷。 第十一章（基本概念较多，就交给你了！！） 第十二章 没找到现成的。。
《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。
在有空调的房间内，夏天和冬天的室温均在20℃，夏天只需要穿衬衫，但冬天穿衬衫会感觉的冷，这是为什么？ 答：那么在恒定20度（室内空气温度）的房间内，人体表面通过对流换热的方式散热量（由牛顿冷却公式计算）在冬天和夏天是一样的。但是人体散热还有跟环境（在这里是室内墙壁）的辐射换热，应用大空间包小物体的简化模型可以计算，这个换热量与人体表面温度四次方和室内壁温四次方的差成正比，由于冬天比夏天室内壁温低，所以冬天人体辐射散热量大。综上分析，人体总的散热量冬天比夏天多，因此冬天要比夏天多穿。 热水瓶的保温原理是什么？ 答：热水瓶胆用双层玻璃做成，两层玻璃都镀上了银，好像镜子一样，能把热射线反射回去，这就断绝了热辐射的通路。把热水瓶的两层玻璃之间抽成真空，就破坏了对流传导的条件。热水瓶盖选用不容易传热的软木塞，隔断了对流传热的通路。完善地把传热的三条道路都挡住了，热就可以长久地保留下来。 第二章 12，为什么导电性能好的金属导热性能也好？ 答：如果从原理上来解释的话，导电快的金属电子运动更频繁和自由，因此对于运动状态的传递也就快，也就是导热快。 15 冬天，经过白天太阳晒过的棉被，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：晒过的被子比较蓬松，里面空隙比较大，所以空气较多，空气的导热系数比较低，所以该在身上热量不易散失
为什么冰箱要定期除霜？ 答：从电冰箱的工作原理来说，任何形式的制冷系统都有可能产生结霜现象。其主要因素在于冰箱内空气的湿度和食物的含水量。当箱内霜层很薄时，对蒸发器的传热影响不十分明显，但霜层逐渐增厚并使整个蒸发器被霜包住后，就会严重影响蒸发器的传热能力，使箱内温度降不下来。 第四章 冬天，72℃的铁和600℃的木材摸上去的感觉是一样的，为什么？ 答：因为人手感觉到的冷暖实质是热量传递的快慢，而铁的导温系数远远大于木头的导温系数。 第五章 传热系数的物理意义温差1K时，单位面积内在单位时间传递的热量 1.何谓温度场、等温面、等温线、温度梯度、热流线、热阻？ 答：温度场：在任一瞬间，物体内各点温度分布的总称。等温面：在温度场中,将温度相等的点连成面即为等温面。等温线：等温面与任一平面的交线便是等温线。温度梯度：在温度场中，温度在空间上改变的大小程度。热流线：与等温线垂直，且指向温度降低的方向。 热阻：反映阻止热量传递的能力的综合参量。 2 试述热传递的三种基本方式及特征 答；热传导（气液固中进行，无宏观运动），热对流（气液中进行，有宏观运动），辐射换热（无需介质，有能量形式的转换）。 2.物体内的等温线为何不相交？热流线能否相交？
第一章 1-3 宇宙飞船的外遮光罩是凸出于飞船船体之外的一个光学窗口，其表面的温度状态直接影响到飞船的光学遥感器。船体表面各部分的表明温度与遮光罩的表面温度不同。试分析，飞船在太空中飞行时与遮光罩表面发生热交换的对象可能有哪些？换热方式是什么？ 解：遮光罩与船体的导热 遮光罩与宇宙空间的辐射换热 1-4 热电偶常用来测量气流温度。用热电偶来测量管道中高温气流的温度，管壁温度小于气流温度，分析热电偶节点的换热方式。 解：结点与气流间进行对流换热 与管壁辐射换热 与电偶臂导热 1-6 一砖墙表面积为12m 2，厚度为260mm ，平均导热系数为1.5 W/(m ·K)。设面向室内的表面温度为25℃，而外表面温度为－5℃，确定此砖墙向外散失的热量。 1-9 在一次测量空气横向流过单根圆管对的对流换热试验中，得到下列数据：管壁平均温度69℃，空气温度20℃，管子外径14mm ，加热段长80mm ，输入加热段的功率为8.5W 。如果全部热量通过对流换热传给空气，此时的对流换热表面积传热系数为？ 1-17 有一台气体冷却器，气侧表面传热系数95 W/(m 2·K)，壁面厚2.5mm ，导热系数46.5 W/(m ·K)，水侧表面传热系数5800 W/(m 2·K)。设传热壁可看作平壁，计算各个环节单位面积的热阻及从气到水的总传热系数。为了强化这一传热过程，应从哪个环节着手。 1-24 对于穿过平壁的传热过程，分析下列情形下温度曲线的变化趋向：(1)0→λδ；(2)∞→1h ；(3) ∞→2h 第二章 2-1 用平底锅烧水，与水相接触的锅底温度为111℃，热流密度为42400W/m 2。使用一段时间后，锅底结了一层平均厚度为3mm 的水垢。假设此时与水相接触的水垢的表面温度及热流密度分别等于原来的值，计算水垢与金属锅底接触面的温度。水垢的导热系数取为1 W/(m ·K)。 解： δλt q ?= 2 .2381103424001113 12=??+=?+=-λδ q t t ℃ 2-2 一冷藏室的墙由钢皮、矿渣棉及石棉板三层叠合构成，各层的厚度依次为0.794mm 、 152mm 及9.5mm ，导热系数分别为45 W/(m ·K)、0.07 W/(m ·K)及0.1 W/(m ·K)。冷藏室的有效换热面积为37.2m 2，室内、外气温分别为－2℃和30℃，室内、外壁面的表面传热系数可分别按1.5 W/(m 2·K)及2.5 W/(m 2·K)计算。为维持冷藏室温度恒定，确定冷藏室内的冷却排管每小时内需带走的热量。 解：()2 3 233221116.95.21101.05.907.015245794.05.1123011m W h h t R t q =+ ???? ??+++--=++++?=?= -λδλδλδ总 W A q 12.3572.376.9=?=?=Φ 2-4一烘箱的炉门由两种保温材料A 和B 做成，且δA =2δB (见附图) 。 h 1 t f1 h 2 t f2 t w δA δ B
1、烧开水时，为什么一旦水烧干了，铝壶就很容易烧坏？ 答案：水侧沸腾的表面传热系数远大于火焰侧的表面传热系数，没烧干时，壶底更接近于水的温度，所以不会达到铝的熔点。 2、同样是25°C的房子，为什么夏天可以穿衬衫，而冬天却要穿毛衣？ 答案：墙壁内侧温度夏天比冬天高。所以，人体向外辐射的能量冬天比夏天多，而自然对流和辐射换热处于同一数量级。 3、电影《泰坦尼克号》里，为什么Jack冻死了，而Rose没有？ 答案：一般来说，在相同温度和压力状态下，水的换热能力比空气强，所以Jack 身体散热比Rose快。（物性的影响） 4、中央电视台1999年9月5日的《科技博览》指出：72°C的铁和600°C 的木头摸上去的感觉是一样的，您知道为什么吗？ 答案：人手感觉到的冷暖实际上是热量传递的快慢，而铁的导（吸）热系数远大于木头的。 5、摩托车手的膝盖需要特别的保温,你知道为什么吗? 答案：因为膝盖处的热边界层很薄（相当于外掠物体的前驻点），换热能力较强，该处与空气的换热量较大。 6、冬天，隔着玻璃晒太阳感觉更暖和，为什么？ 答案：普通玻璃对太阳辐射的光几乎完全穿透，而对常温下室内物体的红外辐射能量被阻挡在房间内，这一现象类似于“温室效应”。 7、北方,深秋或者初冬季节的清晨，为什么树叶总是在朝向太空的一面结霜？ 答案：因为与背向太空的一面相比，树叶朝向太空的一面须向温度很低的太空辐射更多的热量，使其表面温度更低，所以更易结霜。 8、室温下呈黑色的铁棒在炉中加热时，颜色渐呈暗红、红、橙黄，您知道为 什么吗？
答案：随着铁棒加热，温度升高，其辐射能量最大的波长向短波方向移动，即经历了由远红外线、近红外线到可见光的区域，因此呈现了上述颜色变化。 9、冬天,棉被经过晒后拍打,为什么感觉特别暖和? 答案：被晒过的棉被，轻轻拍打后，大量的空气进入棉絮空间，空气在狭小的棉絮空间内自然对流不容易展开，由于空气的导热系数很低，故能起到很好的保温作用。 10、为什么耳朵大的人更容易生冻疮? 答案：耳朵的散热可看成是一维肋片导热，耳朵大的人沿肋高的方向热阻较小，耳朵温度更容易接近于周围环境的温度。 11、大电流电线外所包的绝缘层，是否不利于电线散热？ 答案：家用电线的直径一般都小于20mm，在一般情况下，小于其临界绝缘直径，此时在电线外加绝缘层，不仅起到了电绝缘的作用，而且有利于电线散热。 12、用纸可以烧开水，你相信吗？ 答案：水侧的热阻远小于加热侧的热阻，纸的温度更接近于水的温度，所以不会达到纸的着火点。 13、冬天，屋顶积雪有助于房屋保温，您知道为什么吗？ 答案：在相同的室内外温度下，屋顶积雪相当于增加了一层热阻，从而使散热量降低。 13、人造地球卫星返回地球时，为什么会被烧毁？ 答案：卫星返回地球时，以极高的速度穿过大气层，由于与空气的摩擦产生大量的热量，而使表面温度急剧上升，因此会被烧毁。 15、海水的颜色为什么总是蓝色的？ 答案：这是由于海水的非灰性质引起的，海水对不同波长的可见光的吸收率不同，对蓝色波长附近的射线的吸收少，反射多，所以程蓝色。
高等传热学复习题 1．简述求解导热问题的各种方法和傅立叶定律的适用条件。 答：导热问题的分类及求解方法： 按照不同的导热现象和类型，有不同的求解方法。求解导热问题，主要应用于工程之中，一般以方便，实用为原则，能简化尽量简化。 直接求解导热微分方程是很复杂的，按考虑系统的空间维数分，有0维，1维，2维和3维导热问题。一般维数越低，求解越简单。常见把高维问题转化为低维问题求解。有稳态导热和非稳态导热，非稳态导热比稳态导热多一个时间维，求解难度增加。有时在稳态解的基础上分析非稳态稳态，称之为准静态解，可有效地降低求解难度。根据研究对象的几何形状，又可建立不同坐标系，分平壁，球，柱，管等问题，以适应不同的对象。 不论如何，求解导热微分方程主要依靠三大方法： 甲．理论法 乙．试验法 丙．综合理论和试验法 理论法：借助数学、逻辑等手段，根据物理规律，找出答案。它又分： 分析法；以数学分析为基础，通过符号和数值运算，得到结果。方法有：分离变量法，积分变换法(L a p l a c e变换，F o u r i e r变换)，热源函数法，G r e e n函数法，变分法，积分方程法等等，数理方程中有介绍。 近似分析法：积分方程法，相似分析法，变分法等。 分析法的优点是理论严谨，结论可靠，省钱省力，结论通用性好，便于分析和应用。缺点是可求解的对象不多，大部分要求几何形状规则，边界条件简单，线性问题。有的解结构复杂，应用有难度，对人员专业水平要求高。 数值法：是当前发展的主流，发展了大量的商业软件。方法有：有限差分法，有限元法，边界元法，直接模拟法，离散化法，蒙特卡罗法，格子气法等，大大扩展了导热微分方程的实用范围，不受形状等限制，省钱省力，在依靠计算机条件下，计算速度和计算质量、范围不断提高，有无穷的发展潜力，能求解部分非线性问题。缺点是结果可靠性差，对使用人员要求高，有的结果不直观，所求结果通用性差。 比拟法：有热电模拟，光模拟等 试验法：在许多情况下，理论并不能解决问题，或不能完全解决问题，或不能完美解决问题，必须通过试验。试验的可靠性高，结果直观，问题的针对性强，可以发掘理论没有涉及的新规律。可以起到检验理论分析和数值计算结果的作用。理论越是高度发展，试验法的作用就越强。理论永远代替不了试验。但试验耗时费力，绝大多数要求较高的财力和投入，在理论可以解决问题的地方，应尽量用理论方法。试验法也有各种类型：如探索性试验，验证性试验，比拟性试验等等。 综合法：用理论指导试验，以试验促进理论，是科学研究常用的方法。如浙大提出计算机辅助试验法(C A T)就是其中之一。 傅立叶定律的适用条件：它可适用于稳态、非稳态，变导热系数，各向同性，多维空间，连续光滑介质，气、液、固三相的导热问题。 2．定性地分析固体导热系数和温度变化的关系 3．什么是直肋的最佳形状与已知形状后的最佳尺寸？ 答：什么叫做“好”？给定传热量下要求具有最小体积或最小质量或给定
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？
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
传热学思考题参考答案 第一章： 1、用铝制水壶烧开水时，尽管炉火很旺，但水壶仍安然无恙。而一旦壶内的水烧干后水壶很快就被烧坏。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、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。 第二章： 1、扩展表面中的导热问题可以按一维问题处理的条件是什么?有人认为,只要扩展表面细长,就可按一维问题处理,你同意这种观点吗? 答：条件：（1）材料的导热系数，表面传热系数以及沿肋高方向的横截面积均各自为常数（2）肋片温度在垂直纸面方向（即长度方向）不发生变化，因此可取一个截面（即单位长度）来分析（3）表面上的换热热阻远远大于肋片中的导热热阻，因而在任一截面上肋片温度可认为是均匀的（4）肋片顶端可视为绝热。并不是扩展表面细长就可以按一维问题处理，必须满足上述四个假设才可视为一维问题。 2、肋片高度增加引起两种效果:肋效率下降及散热表面积增加。因而有人认为随着肋片高度的增加会出现一个临界高度，超过这个高度后，肋片导热热流量会下降，试分析该观点的正确性。 答：的确肋片高度增加会导致肋效率下降及散热表面积增加，但是总的导热量是增加的，只是增加的部分的效率有所减低，所以我们要选择经济的肋片高度。 第三章： 1、由导热微分方程可知，非稳态导热只与热扩散率有关,而与导热系数无关。你认为对吗？答：错，方程的边界条件有可能与λ有关，只有当方程为拉普拉斯方程和边界条件为第一边界条件时才与λ无关。 2、对二维非稳态导热问题，能否将表面的对流换热量转换成控制方程中的内热源产生的热量？ 答：不能，二维问题存在边界微元和内边界微元，内边界微元不一定与边界换热，所以不存在源项。 第四章： 1、在第一类边界条件下，稳态无内热源导热物体的温度分布与物体的导热系数是否有关？为什么？ 答：无关，因为方程为拉普拉斯方程，边界为第一边界条件均与λ无关。 2、非稳态导热采用显式格式计算时会出现不稳定性，试述不稳定性的物理含义。如何防止这种不稳定性？ 答：物理意义：显示格式计算温度时对时间步长和空间步长有一定的限制，否则会出现不合
《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：4 T 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/；② 表面传热系数的单位是：W/；③ 传热系数的单位是：W/。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。