绪论
?传热有哪几种基本形式，其每种基本形式的特点是什么？
?试用传热理论来分析热水瓶中的传热过程及其基本形式？
?试分析航空发动机五大部件中的传热问题？（五大部件为进气道、压气机、燃烧室、涡轮、尾喷管。）
?目前预测世界环境温度在不断升高，这种气象变化与传热学有什么关系？
?试分析家用电器中的传热现象（如冰箱、空调、烘箱等）？如何节省能源，提高效率？
第一章
?何谓导热系数？影响因素是什么？
?试比较有内热源和无内热源时平壁导热的温度分布规律 ( 设= 常数；)
?管外包两种不同导热系数材料以减少热损失，若，试问如何布置合理？
?等截面伸展体稳态导热时，肋端边界条件的影响为何？
?=C 时，在平壁、圆筒壁和球壁中温度分布是何规律？
?何谓热阻？平壁、圆筒壁和球壁的热阻如何表达？对流热阻如何表示？
?谓接触热阻？影响因素是什么？
?已知导热系数为 2.0W/(mK) 的平壁内温度分布为 T(x)=100+150x ，试求单位面积的导热热流量？
9* 、由 A 、 B 、 C 、 D 四种材料构成复合平壁（图 1-30 ）
λ A =75W/(m.K), δ A =20cm ;
λ B =60W/(m.K), δ B =25cm ;
λ C =58W/(m.K), δ C =25cm ;
λ D =20W/(m.K), δ B =40cm ;
A A =A D =2m 2 ,A
B =A C
试求： 1) 各项导热热阻及热流图； 2) 通过复合壁的热流量； 3 ) 材料 D 左面的温度。
10* 、试考虑如图 1—31 所示图形中的一维稳定热传导。假定无内热生成，试推导出导热系数的表达公式。
已知，， A 、 T 、 x 的单位分别为K 和 m 。
11 、一则著名绝热材料制造厂所作的电视广告声称，对绝热材料来说，重要的不是材料的厚度，而是热阻 R 。欲使 R 值等于 19 ，需 4Ocm 的岩石， 38cm 的木头或 15cm 的玻璃纤维。认为这则广告合理吗？
12 、有一种材料的导热系数按下列关系式随温度变化：，倘用这种材料制成平壁，试求其单位面积的热阻方程式。
13 、图中表示一正方形平板为均匀温度的边界条件，试利用热传导方程的精确解求平板中点 (0.5 ， 0.5) 的温度；要求只考虑无穷级数的前五个非零项，并估计只取无穷级数前三项所造成的误差。
14* 、砖墙厚 15cm ，导热系数 0.6W/(m · K) ，在砖墙外侧敷设保温材料，其导热系数为 0.14 W/(m · K) 。为使热流密度不超过 1000W/m 2 ，问需敷设多厚的保温材料（设内侧壁温 900 ℃，外侧壁温 20 ℃）。
15 、等厚度环肋，肋厚 4mm ，肋基直径 100mm ，肋的导热系数 130W/(m.K) ，肋壁与介质间的传热系数为 30W/(m 2 · K) ，介质温度为 15 ℃，当肋片散热热流量为 150W ，而肋基温度不大于 75 ℃时，肋的高度应为多少？
16 、外径 40mm 的管道，壁温为 120 ℃，外装纵肋 12 片，肋厚 0.8mm ，高 20mm ，肋的导热系数为 95W/(m.K) ，周围介质温度为 20 ℃，对流传热系数为 20 W/(m 2 .K) ，求每米管长散热量？
17 、外径为 50mm ，表面温度为 180 ℃的圆管，在它的外面用热系数为 0.14W/(m.K) 的保温材料包扎起来，厚为 30mm ，外表面温度小于 60 ℃，计算每米管道的散热量。如果保温材料换成为 0.034W/ （ m.K ）的导热系数的材料，其它条件不变，试计算该保温材料的厚度。
18 、直径 2Ocm 的球，整个被大量玻璃纤维所包围。安置在球内部的加热器使球外表面保持 170 ℃，此时玻璃纤维外边界温度为 2O ℃，试问在热稳定条件下必须向加热器提供多少功率？
19* 、测量土壤导热系数方案中，将电热长杆垂直埋于地下。设计中杆长为 1m ，直径为 2.5cm ，为了避免土壤性质明显变化，当土壤温度为 10 ℃时，杆表面最大温度为 55 ℃，如果土壤导热系数为 1.7 W/(m · K) ，试计算电加热器所需功率？
20 、厚度为 25cm 的无限大平壁，导热系
数， t 为摄氏温度，已知在时，℃，时，
℃。如把厚度五等分，试写出一维稳定导热的数值解步骤及全部节点方程。
21* 、图 1-34 给出了某物体一部分， 1-4-7 面是绝热的， 1-2-3 面的对流传热系数 h=28W/(m 2 · K) ，固体导热系数 3.5W/(m · K) 。试用数值法计算节点 1 、 2 、 4 、 5 。
第二章
1 、何谓非稳态导热？非稳态导热的数学表达式？
2 、何谓集中热容法？使用该法的判别标准是什么？
3 、试述热扩散率、毕奥数和傅里叶数的组成相它们的物理意义？
4 、海斯勒图的来由及使用方法？
5 、试写出如下热传导问题的数学描述：
1) 一块平板，，初始温度为 F(0) 。当时间 t>0 时。 x=O 处为绝热边界 ,x=L
处边界以对流方式传给温度为零的介质。
2) 一实心圆柱体， O
3) 一实心球，初始温度为 F(0) 。当时间 t>0 时，物体内产生 q(r)W/m 3 的热量，而 r=b 处始终保持均温 T 0 。
?炉用高频电磁场使加热物体内分子产生振荡，其效果相当于均匀内热源。一般烘箱靠辐射加热，需加热时间较长。试定性画出一块厚为的平板食物置于上述两种炉子中加热时的温度分布曲线： 1) 加热开始前； 2) 刚开
始加热； 3) 加热过程申间时刻； 4) 接近终了时（设终了时，最低温度相同）。
7 、温度为 T i = 500 ℃的钢板放在 25 ℃的空气中冷却，求钢板冷却到 100 ℃时所需要的时间？( 设钢板
导热系数=46.5W/(m · K) ，厚度= 3mm , =790Okg/m 3 ，KJ/ （ kgK ）， h=l7.5W/(m 2 .K),)
8* 、直径为 60mm 的铜球，初始温度为 300 ℃，把它置于 20 ℃空气中冷却，经 20 分钟后，铜球的温度为多少？（铜球λ =85W/(m · K) ， a=2.95 × 10 -5 m 2 /s ，表面的 h=30W/(m 2 · K) 。）
?始温度为 80 ℃，直径为 2Omm 的紫铜棒突然横置于气温为 20 ℃，流速为 12m /s 的风道中， 5 分钟后
紫铜棒温度降至为 34 ℃，试计算气体与棒之间的对流传热系数 h ？ ( 已知铜棒= 8954kg /m 3 ，
=383.1J/(kg.K) ，=386W/(m.K) 。
10* 、用非稳态导热法测量燃气与叶片的对流传热系数。把边长为 5mm 的铜质立方体埋入叶片，一面与燃气流
接触，其余面均用绝热胶粘结于叶片中，可视为绝热。若燃气温度为 1000 ℃，铜块经燃气加热后，经 5 秒钟从 30 ℃升至 500 ℃。（铜的物性λ =380W/(m · K) ，ρ =8940kg/m 3 ， c p =385J/(kg · K) 。）
11 、直径为 12cm 的铁球 ( 52W/(m · K) ，=1.7x1O -5 m 2 /s) 在 h 为 75W/(m 2 .K) 的油池内冷却
42 分钟，若对直径为 3Ocm 的不锈钢球 ( l4W/(m.K) ，=3.9Xl0 -6 m 2 /s) ，实现相似冷却过程需多少时间？对流传热系数为多少？
12 、一块 380X240XlOOmm 3 的肉，初始温度为 28 ℃，突然将它放入 -1O ℃的冷库中冰冻，冷库中当量传热
系数 h=25W/(m 2 · K) 。试问肉的中心温度达 0 ℃时需多少时间？ ( 已知肉0.55W/(m · K), =1.28x1O
-7 m 2 /s) 。
13 、一只初始温度为 30 ℃的苹果放入温度为 l ℃的冰箱中，假若苹果在冰箱中的表面当量传热系数 h=60W/(m 2 .K) ，苹果的=0.58W/(m.K) ，=1.4X1O -7 m 2 /s ，当量直径 90mm ，试问苹果中心温度降至 2 ℃所需
时间？
14* 、在温度为 250 ℃的烘箱中烤山芋。设山芋的当量直径为 5cm ，初温为 20 ℃，物性可近似取 50 ℃时水的值，试估算烘烤 20 分钟后山芋的中心温度。取表面对流传热系数 20 W/(m 2 · K) 。
15 、直径 lOcm ，长 lOcm 的钢制圆柱体，初温为 250 ℃。将其突然浸入 30 ℃的油槽中淬火，对流传热系
数 h=280W/(m 2 · K) 。求 :1)2 分钟后圆柱体的中心温度； 2)2 分钟后底面和顶面的中心温度？
16* 、边长为 10cm 的铝制立方体，初始温度为 350 ℃，将其浸入 90 ℃的液体中，对流传热系数 h=1200 W/(m 2 · K) ，试计算 1 分钟后表面中心处的温度？（铝λ =204 W/(m · K) ，a=8.42 × 10 -5 m 2 /s ）。
17 、一直径为 0.5mm 的热电偶 ( = 8930kg /m 3 ，， c=400J/kgK) ，用来测 120 ℃的气流温度，试问热电偶过余温度为初始温度 1% 和 0.1% 时所需时间？这时热偶指示温度为多少？ ( 初始温度为 25 ℃， h=95W/(m 2 · K) 。 )
总复习题
基本概念 :
?薄材 : 在加热或冷却过程中 , 若物体内温度分布均匀 , 在任意时刻都可用一个温度来代表整个物体的温度 , 则该物体称为 ----.
?传热 : 由热力学第二定律 , 凡是有温差的地方 , 就有热量自发地从高温物体向低温物体转移 , 这种由于温
差引起的热量转移过程统称为 ------.
?导热 : 是指物体内不同温度的各部分之间或不同温度的物体相接触时 , 发生的热量传输的现象 .
?对流 : 指物体各部分之间发生相对位移而引起的热量传输现象 .
?对流换热 : 指流体流过与其温度不同的物体表面时 , 流体与固体表面之间发生的热量交换过程称为 ------. ?强制对流 : 由于外力作用或其它压差作用而引起的流动 .
?自然对流 : 由于流体各部分温度不同 , 致使各部分密度不同引起的流动 .
?流动边界层 : 当具有粘性的流体流过壁面时 , 由于粘滞力的作用 , 壁面附近形成一流体薄层 , 在这一层中
流体的速度迅速下降为零 , 而在这一流层外 , 流体的速度基本达到主流速度 . 这一流体层即为 -----.
?温度边界层 : 当具有粘性的流体流过壁面时 , 会在壁面附近形成一流体薄层 , 在这一层中流体的温度迅速变化 , 而在这一流层外 , 流体的温度基本达到主流温度 . 这一流体层即为 -----.
?热辐射 : 物体由于本身温度而依靠表面发射电磁波而传递热量的过程称为 ------.
?辐射力 : 物体在单位时间内 , 由单位表面积向半球空间发射的全部波长的辐射能的总量 .
?单色辐射力 : 物体在单位时间内 , 由单位表面积向半球空间发射的波长在λ -- λ +d λ范围内的辐射能
量 .
?立体角 : 是一个空间角度 , 它是以立体角的角端为中心 , 作一半径为 r 的半球 , 将半球表面上被立体角切割的面积与半径平方 r 2 的比值作为 ------ 的大小 .
?定向辐射强度 : 单位时间内 , 在单位可见面积 , 单位立体角内发射的全部波长的辐射能量称为 ----.
?传质 : 在含有两种或两种以上组分的流体内部 , 如果有浓度梯度存在 , 则每一种组分都有向低浓度方向转
移 , 以减弱这种浓度不均匀的趋势 . 物质由高浓度向低浓度方转移过程称为 ----.
?分子扩散传质 : 静止的流体中或在垂直于浓度梯度方向作层流流动的流体中的传质 , 有微观分子运动所引
起 , 称为 ----.
?对流流动传质 : 在流体中由于对流掺混引起的质量传输 .
?有效辐射 : 单位时间内 , 离开所研究物体单位表面积的总辐射能 .
?灰体 : 单色吸收率 , 单色黑度与波长无关的物体 .
?角系数 : 有表面 1 投射到表面 2 的辐射能量 Q 1 → 2 占离开表面 1 的总能量 Q 1 的份数 , 称为表面 1
对表面 2 的角系数 .
?辐射换热 : 物体之间通过相互辐射和吸收辐射能而产生的热量交换过程 .
填空题 :
?当辐射投射到固液表面是表面辐射，投射到气体表面是 ---------- 辐射。容积
?气体常数 R 量纲是 ------------- 。 [ L 2 t -2 T -1 ]
?当辐射物体是 -------------- 时，辐射力是任何方向上定向辐射强度的 -------- 倍。漫辐射表面 , Л
?强制对流换热的准数方程形式为 -----------------.Nu=f(Re,Pr)
?描述流体运动方法有 ------------- 和 ------------------ 两种方法 . 拉氏法 , 欧拉法
?对于一个稳态的流动传热现象而言 , 其准数方程式可表示为 ------------------. Nu=f(Re,Pr,Gr)
?自然对流换热的准数方程式可表示为 ------------------. Nu=f(Pr,Gr)
?热辐射过程中涉及到的三种理想物体有 ---------------. 黑体 , 透明体 , 镜体
?实际上大部分工程材料在 ---------------- 范围内 , 都表现出灰体性质 . 红外线
?善于发射的物体同时也善于 -----------. 吸收
?角系数是一个与 ---------------------- 有关的纯几何量 . 辐射物体的尺寸 , 空间位置
?实际物体的辐射力与 ------------ 的比值恒等于 ----------- 的黑体的辐射力 . 辐射来自于黑体的吸收率 , 同温度下
?灰体与其他物体辐射换热时 , 首先要克服 ----------- 达到节点 , 而后再克服 ---------- 进行辐射换热 . 表面热阻 , 空间热阻
?黑体的有效辐射就是 ---------. 黑体的自身辐射
?为增加辐射换热系统的换热量 , 可通过 ------ 辐射换热物体表面的黑度来实现 . 增加
?对流流动传质的准数方程为 -----------------------.Sh=f(Re,Sc)
判断并改错 :
?只有管外径小于临界绝热直径时，铺设绝热层才能使热损失减小。（ⅹ）
?热辐射和流体对流及导热一样，需有温差才能发射辐射能。（ⅹ）
?通过圆筒壁的一维稳态导热时，单位面积上的热流密度是处处相等的。（ⅹ）
?导温系数仅出现在非稳态热量传输过程中 , 导温系数越大 , 物体内各处温度越不均匀 ( ⅹ ).
?热量传输一般有导热 , 热对流及热辐射三种基本形式 . ( √ ).
?水平热壁面朝上布置时比朝下时的对流换热量大 ( √ ).
?流体的物性参数μ愈小 , λ愈大 , 流体对流换热能力愈大 ( √ ).
?紊流运动粘度ε m 与流体运动粘度υ都是流体的物性参数 , 与 Re 和紊流程度有关 . ( ⅹ ).
? Pr t = ε m / ε h , 紊流的普朗特数不表示流体的物性参数 , 表示紊流时热量和动量传递过程的程度和状态( √ ).
?两物体之间的辐射换热必须通过中间介质才能进行 , 且热辐射过程中伴随着能量形式的二次转化 ( ⅹ ).
?金属表面在空气中被氧化后 , 在相同温度下 , 其辐射能力比原来争强了 ( √ ).
?与黑体一样 , 灰体也是一种理想物体 , 只是在数值上与黑体成折扣关系 ( √ ).
?同温度下 , 物体辐射力越大 , 其吸收率越小 ( ⅹ ).
?角系数描述的是物体的空间位置和几何形状对辐射换热的影响 , 并与辐射物体本身的特性和温度有关 ( ⅹ ).
?当系统处于热平衡时 , 灰体的有效辐射等于同温度下的黑体辐射 , 并与灰体的表面黑度有关 ( ⅹ ).
?当一铸件在车间内加热时 , 其辐射换热量的大小与车间大小有关 ( ⅹ ).
?当一铸件在车间内加热时 , 其辐射换热量的大小取决于铸件面积和本身黑度 . ( √ ).
问答题 :
?热量传输有哪几种基本方式？
?温度场有哪几种表示方法？
?能量微分方程的几种形式均用于哪些条件？
?导温系数表达式及物理意义？
?何谓单值性条件？包括哪些？
?边界条件分为哪几类？各自数学描述？
?通过平壁的一维稳态导热数学描述及第一；三边界条件数学描述？温度分布？热流密度？（单；多层 ; λ为常 ; 变量时）
?通过圆筒壁的一维稳态导热数学描述及第一；三边界条件数学描述？温度分布？热流密度？（单；多层）
?热阻有何应用？推导临界直径公式并分析影响临界直径的因素 ?
答 : ⒈热阻的应用 : ⑴利用热阻可将某些热量传输问题转换成相应的模拟电路来分析 .
⑵分析热阻组成 , 弄清各个环节的热阻在总热阻中所占的地位 , 能有效地抓住过程
的主要矛盾 .
⒉公式推导 : 已知一管道的内径为 d 1 外径为 d 2 , 设在管道外面包一层绝缘层 , 其直径为 d x, 圆筒内为热流体其对流换热系数为α 1 , 穿越筒壁向外冷流体 ( 对流换热系数为α 2 ) 散热 . 此时单位管长的总热阻 :
r ∑仅是 d x 的函数 , 只与划线部分的热阻有关 . 通过分析得知 , r ∑与 d x 间存在极值 .
r ∑取得极值的条件是其中 d c 为临界绝热层直径
∴当 d x =d c 时 ,r ∑为极小值 . 此时管道向外散热最
多 .
分析影响临界直径的因素 : 当 d x ≥ d c 时 , 敷设绝热层会使散热减少 .
d c 与λ x 有关 , 可通过选用不同绝热材料改变 d c 值 .
?何谓薄材？厚材？如何判别？
?集总系统导热特点？数学描述？温度分布及瞬时热流量？
? Bi 及 Fo 定义式及物理意义？
答 :
物理意义 : 物体内部热阻与外部热阻之比 .
?求解对流给热系数的方法有哪几种 ?
?影响对流换热系数的因素有哪些？如何作用？
?求解对流换热系数的基本方法是什么？
?边界层微分方程求解α思路是什么？
边界层微分方程求解α思路 :
Ⅰ
Ⅱ
Ⅲ
Ⅳ
由Ⅰ式和Ⅱ式求解流场的速度分布得 V X ,V Y , 代入Ⅲ式得温度场的分布 T, 再求温度梯度代入Ⅳ式求得α值 .
?类比法求解α思路 ? 推导过程 ?
?试比较类比法和边界层微分方程组法 ?
答 : 边界层微分方程组法只能求解绕流平板的边界层内的层流问题 , 计算较烦 .
类比法即适用于边界层内也适用于边界层外 , 还适用于圆管内的流动 , 即适用于层流也
适用于紊流 . 且推导和计算也较方便 .
?建立动量边界层和热量边界层厚度受那些因素的影响 ?
?建立动量传递和热量传递的目的是什么 ? 类比解推导过程 ?
答 : ⒈建立动量传递和热量传递的目的 :
⑴认为动量热量 ; 传递规律是类同的 , 用数学式子把两现象联系起来 .
⑵用已由理论分析或实测得到的阻力规律 C F 来求解换热规律α层流中 :
紊流中 :
当 P r =1 时 , C p = 此二式相同 . 即也是雷诺类比解成立的条件 .
?试说明 Nu;Pr 及 Gr 的物理意义及定义式 ?
答 : 努谢尔特准数 Nu 定义式 : 物理意义 : 表示实际流体热量传递与导热分子
热量传递的比较 . 反映了对流换热的强度 .
普朗特准数 Pr 定义式 : 物理意义 : 反映了动量扩散与热量扩散的相对大小 .
格拉晓夫准数 Gr 定义式 : 物理意义 : 是由浮升力 / 粘滞力和惯性力 / 粘
滞力的乘积得到的 .
?流动边界层 ; 温度边界层 ; 层流底层 ; 紊流边界层定义及边界层特性 ?
?热辐射定义及其特点是什么 ? 其波长主要集中在哪些波长范围内 ?
?黑体概念及研究黑体的意义是什么 ? 辐射力 ; 单色辐射力 ; 立体角及定向辐射力和辐射强度的概念有何区别 ?
?黑体辐射的基本规律有哪几个 ? 都分别揭示了哪些规律 ?
?什么是物体表面的吸收率 ; 反射率和透过率 ?
?什么是绝对黑体 ; 白体和透明体 ?
?试说明兰贝特定律的几种表达形式及适用条件 ?
?什么是物体表面的黑度 ? 受哪些因素影响 ?
?什么是灰体 ? 有何特性 ?
?实际物体的辐射特性与灰体有何不同 ?
?什么基尔霍夫定律 ? 它的适用条件是什么 ?
?什么是辐射角系数 ? 它有什么性质 ?
?两面 ; 三面封闭系统角系数的基本计算方法及线交叉法计算任意两面间的角系数的方法 ?
?什么是有效辐射和净辐射热流密度 ?
?试汇出由两面或三面灰体组成的封闭系统的辐射网络图 ?
?试列出三面灰体组成的封闭系统各面有效辐射的方程式 ?
?什么是重辐射面 ? 它有什么特点 ?
?试汇出具有辐射绝热面的三面辐射系统的网络图 ?
?在两面平行板间的换热系统中间加一块与平板黑度相同的遮热板时 , 两面间辐射换热减少多少 ? 并会出辐射
网络图 .
?传质概念及分子扩散传质和对流扩散传质定义 ?
?二种传质方式的传质量基本计算公式 ?
?质量传输平衡法方程式及简化形式和单值性条件 ?
?分之扩散传质中 , 气体通过间壁的扩散通量 ; 金属园管的扩散通量及静止介质中通过半无限大物体的浓度分
布和传质通量 ?
?分子扩散传质系数 D 的影响因素有哪些 ?
?对流流动传质模型有哪几种 ?
?层流 ; 紊流流动时各自的浓度分布及平均传质系数准数方程形式 ?
?流体通过单个球体及流过填充床时的传质系数计算公式 ?
?流体在园管内流动时的传质计算 ?
?动量与热量比拟解 ( 雷诺 ; 柯尔朋 )?
?动量与质量比拟解 ( 雷诺 ; 柯尔朋 )?
?类比关系准数有哪些各准数间关系怎样 ?
?
计算题 :
1 有一直径为 5cm 的钢球，初始温度为 450 ℃，将其突然置于温度为 30 ℃空气中，设钢球表面与周围环境间的总换热系数为 24w/( m
2 . ℃ ) ，试计算钢球冷却到 300 ℃所需的时间。已知钢球的 c =0.48kJ/(kg.. ℃ ) , ρ =7753kg/m
3 , λ =33w/(m.. ℃ ). （ 8 分）
解 : 先验算 Bi 准数 , 钢球的特征尺寸为 :
故可以按薄材加热处理 .
∴τ =57.0s=0.158h
2 具有内热源并均匀分布的平壁，壁厚为２ S ，假定平壁的长宽远大于壁厚，平壁两表面温度恒为 t w ，内热源强度为 q v ，平壁材料的导热系数为常数，试推出稳态导热时，平壁内的温度分布和中心温度。１０分
解 : 因平壁的场 , 宽远大于厚度 , 故此平壁的导热可认为是一维稳态导热 .
导热微分方程为 :
边界条件为 : x=s ,t=t w
x=-s , t=t ∞
求解上述微分方程 , 得
由边界条件确定积分常数 :
∴平壁内的温度分布 :
当 X=0, 则得平壁中心温度 :
3. 将初始温度为 80 ℃ , 直径为 20mm 的紫铜棒突然横置于气温为 20 ℃ , 流速为 12m/s 的风道之中 , 五分钟后 , 紫铜棒温度降到 34 ℃ . 试计算气体与紫铜棒之间的换热系数α .
已知紫铜棒密度ρ =8954kg/m 3 , 比热 C=383.1J/(kg ·℃ ), 导热系数λ =386W/(m ·℃ )
解 : 先假定可以用集总系统法分析紫铜棒的散热过程
其中τ =5 × 60=300s
验算 Bi:
4. 一蒸汽管道 , 内 , 外径分别为 150mm 和 159mm. 为了减少热损失 , 在管外包有三层保温材料 : 内层为λ
2 =0.11, 厚δ 2 =5mm 的石棉白云石 ; 中间为λ
3 =0.1, 厚δ 3 =80mm 的石棉白云石互状预制板 ; 外壳为λ
4 =0.14, 厚δ 4 =5mm 的石棉硅藻土灰泥 ; 钢管壁的λ 1 =52, 管内表面和保温层外表面的温度分别为 170 ℃和
30 ℃ . 求该蒸汽管每米管长的散热量 ?
解 : 已知 d 1 =0.15m, d 2 =0.159m, d 3 =0.169m, d 4 =0.339m
各层每米管长热阻分别为 :
⑴管壁 :
⑵石棉内层 :
⑶
石棉预制瓦 :
⑷灰泥外壳 :
蒸汽管道每米长散热量为
5. 压力为 1.013bar,20 ℃空气以速度 V=35m/s 掠过平板 , 板长 L=70cm, 壁面温度 t w =60 ℃ , 试求该板的换热系数及换热量 ( 板宽按 1m 计算 )? 已知 :40 ℃空气物性参数为 : λ =0.0271W/m ·℃υ =1
6.97 × 10 -6 m 2 /s Pr=0.711
解 : 按壁面与流体温度的算术平均值做为定性温度确定物性 :
查附录得空气物性为 : λ =0.0271w/m ℃υ =16.97 × 10 -6 m 2 /s Pr=0.711
则∴为紊流
对于紊流纵掠平板时 , 局部摩擦系数为 :
6.20 ℃的空气在常压下以 10m/s 的速度流过平板 , 板面温度 t w =60 ℃ , 求距前缘 200mm 处的速度边界层和温度边界层以及α x, α和单宽换热量 , 再用类比法求局部摩擦系数 C f.
已知 :40 ℃空气物性参数为 : λ =0.0271W/m ·℃υ =16.97 × 10 -6 m 2 /s Pr=0.711
ρ =1.127kg/m 3 C p =1.009 × 10 3 J/kg ·℃
解 : 边界层内空气的定性温度 :
由题已知 40 ℃空气物性参数为 : λ =0.0271W/m ·℃υ =16.97 × 10 -6 m 2 /s Pr=0.711
∴为层流边界层 .
则
局部换热系数 :
单位宽度的换热量 :
40 ℃空气物性参数为 : ρ =1.127kg/m 3 C p =1.009 × 10 3 J/kg ·℃
7. 两平行大平板间的辐射换热 , 平板的黑度各为 0.5 和 0.8, 如果中间加进一块铝箔遮热板 , 其黑度为
0.05, 试计算辐射热减少的百分率 ? 并画出辐射网络图 .
解 : 未加遮热板时 , 两大平板单位面积间的辐射换热量为 :
设置遮热板后 :
加入遮热板后的辐射换热量减少的百分率为 :
8. 有两平行黑体表面 , 相距很近 , 他们的温度分别为 1000 ℃与 500 ℃ , 试计算它们的辐射换热量 , 如果是灰体表面 , 黑度分别为 0.8 和 0.5, 它们间的辐射换热量是多少 ?
解 : 两黑体表面间的辐射换热量是 :
两灰体表面间的辐射换热量是 :
9. 两个互相平行且相距很近的大平面 , 已知 t 1 =527 ℃ , t 2 =27 ℃ , 其黑度ε 1 = ε 2 =0.8, 若两表面间按放一块黑度为ε p =0.05 的铝箔遮热板 , 设铝箔两边温度相同 , 试求辐射换热量为未加隔热板时的多少成 ? 若隔热板的黑度为 0.8, 辐射换热量又为多少 ?
解 : 未加遮热板时 , 两大平板间的辐射换热量为 :
设置遮热板后 :
11 ．已知平板稳流边界层内的速度分布为，并有
及 n =1/9, , 试推导出边界层厚度的计算式。
解：由湍流圆管内的知识可知
当时，光滑管中的湍流流动的近似 1/9
又∵以代替，以代替
∴
（ 1-1 ）
又∵（ 1-2 ）
将（ 1-1 ）和（ 1-2 ）代入边界层动量积分方程：
= （ 1-3 ）
又∵
代入（ 1-3 ）得
分离变量积分得：
∵
∴
∴
12. 已知平板层流边界层内的速度解试导出边界层厚度和摩擦阻力系数的公式 . 层流边界
层动量积分方程.
解：由层流的边界层动量积分方程可知：
（ 1-1 ）式
y=0 （ 1-2 ）式
又∵y=0 =
=
带入 1-2 式得：
分离变量积分得：
∴
F Δ = =0 。 738
C f = =1.46Re l -1/2
传热学（一） 第一部分选择题 ?单项选择题（本大题共 10 小题，每小题 2 分，共 20 分）在每小题列出的四个选项中只有一个选项是符合题目要求的，请将正确选项前的字母填在题后的括号内。 1. 在稳态导热中 , 决定物体内温度分布的是 ( B) A. 导温系数 B. 导热系数 C. 传热系数 D. 密度 2. 下列哪个准则数反映了流体物性对对流换热的影响 ?(C ) A. 雷诺数 B. 雷利数 C. 普朗特数 D. 努谢尔特数 3. 单位面积的导热热阻单位为 ( B)
A. B. C. D. 4. 绝大多数情况下强制对流时的对流换热系数 (C ) 自然对流。 A. 小于 B. 等于 C. 大于 D. 无法比较 5. 对流换热系数为 100 、温度为 20 ℃的空气流经 50 ℃的壁面，其对流换热的热流密度为（D ） A. B. C. D. 6. 流体分别在较长的粗管和细管内作强制紊流对流换热，如果流速等条件相同，则（ C） A. 粗管和细管的相同 B. 粗管内的大 C. 细管内的大 D. 无法比较 7. 在相同的进出口温度条件下，逆流和顺流的平均温差的关系为（ A） A. 逆流大于顺流 B. 顺流大于逆流 C. 两者相等 D. 无法比较
8. 单位时间内离开单位表面积的总辐射能为该表面的（A ） A. 有效辐射 B. 辐射力 C. 反射辐射 D. 黑度 9. （D ）是在相同温度条件下辐射能力最强的物体。 A. 灰体 B. 磨光玻璃 C. 涂料 D. 黑体 10. 削弱辐射换热的有效方法是加遮热板，而遮热板表面的黑度应（B ） A. 大一点好 B. 小一点好 C. 大、小都一样 D. 无法判断 第二部分非选择题 ?填空题（本大题共 10 小题，每小题 2 分，共 20 分） 11. 如果温度场随时间变化，则为。非稳态温度场
2007传热学试卷（1）标准答案 一.填空题：（共20分）[评分标准：每个空格1分] 1．表征材料导热能力的物理量是____导热系数_____。 2．努谢尔特准则的表达式是___hL/λ___。式中各符号的意义是 _λ为导热系数_、__L 特征尺寸__、__h 为对流换热系数__。 3．凝结换热有__膜状凝结__和__珠状凝结__两种换热方式，其中_珠状凝结_的换热效果好。 4．饱和沸腾曲线有四个换热规律不同的区域，分别指_自然对流__、核态沸腾__、__过渡沸腾__、__稳定膜态沸腾_。 5．管外凝结换热，长管竖放比横放的换热系数要____小__。是因为 ___膜层较厚___的影响。 6．决定物体导热不稳定状况下的反应速率的物理量是_导温系数_。 7．定向辐射强度与方向无关的规律，称___兰贝特定律___。 8．换热器热计算的两种基本方法是__平均温压法__和__传热单元数法__。 汽化核心数受_壁面材料_和__表面状况、压力、物性__的支配。 二．问答及推倒题：（共50分） 1.名词解释（10分）[评分标准：每小题2分] ①角系数：把表面1发出的辐射能落到表面2上的百分数，称为表面1对表面2的角系数。 ②肋效率：基温度下的理想散热量 假设整个肋表面处于肋肋壁的实际散热量 =f η ③灰体：物体的单色吸收率与投入辐射的波长无关的物体。 ④Bi 准则：Bi=hL/λ=固体内部的导热热阻与外部的对流换热热阻之比。 ⑤定性温度：在准则方程式中用于确定物性参数的温度。 2．设一平板厚为δ，其两侧表面分别维持在温度t 1及t 2，在此温度范围内平板的局部导热系数可以用直线关系式λ=λ0（1+bt ）来表示，试导出计算平板中某处当地热流密度的表达式，并对b ＞0、b ＝0及b ＜0的三种情况画出平板中温度分布的示意曲线。（10分） 解：应用傅里叶定律：dx dt bt dx dt q )1(0+-=-=λλ ——————2分 分离变量：dt bt qdx )1(0+-=λ
传热学基础试题 一、选择题1．对于燃气加热炉：高温烟气→内炉壁→外炉壁→空气的传热过 程次序为A.复合换热、导热、对流换热 B.对流换热、复合换热、导热 C. 导热、对流换热、复合换热 D.复合换热、对流换热、导热2．温度对辐射 换热的影响（）对对流换热的影响。大于 D.可能大于、小于 C. 小于 A.等于 B.2℃的壁面，2777）、温度为3．对流换热系数为1000W/（m℃ 的水流经·K）其对流换热的热流密度为（ 24 42×1010W/mW/m ×2424 W/m W/m ××1010),r
专升本《工程传热学》 一、 （共18题,共156分） 1. 说明得出导热微分方程所依据的基本定律。 （8分） 标准答案：能量守恒方程和傅利叶定律。 2. 写出肋效率的定义。对于等截面直肋，肋效率受哪些因素影响？ （8分） 标准答案： 3. 在液体沸腾过程中一个球形汽泡存在的条件是什么?为什么需要这样的条件? （8分） 标准答案：在液体沸腾过程中一个球形汽泡存在的条件是液体必须有一定的过热度。这是因为从汽泡的力平衡条件得出 ，只要汽泡半径不是无穷大，蒸汽压力就大于液体压力，它们 各自对应的饱和温度就不同有 ；又由汽泡热平衡条件有 ，而汽泡存在必须保持其 饱和温度，那么液体温度,即大于其对应的饱和温度，也就是液体必须过热。 4. 什么是速度边界层？动量方程在热边界层中得到简化所必须满足的条件是什么？这样的简化有何好处？ （8分） 标准答案：流体流过壁面时流体速度发生显著变化的一个薄层。 动量方程得以在边界层中简化，必须存在足够大的Re 数，也就是具有的数量级。 此时动量扩散项才能够被忽略。从而使动量微分方程变为抛物型偏微分方程，成为可求解的形式。 5. 在导热过程中产生了Bi 数，而在对流换热过程中产生了Nu 数，写出它们的物理量组成，并指出它们之间的差别是什么？ （8分） 标准答案： 从物理量的组成来看，Bi 数的导热系数 为固体的值，而 Nu 数的则为流体的值；Bi 数的特征尺寸Ls 在固体侧定义，而Nu 数的Lf 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。 6. 外径为50mm ，表面温度为180 的圆筒，在它的外面用导热系数为0.14W/ 的保温材料 包扎起来，保温材料的厚度为 30mm 。要求外表面温度小于60，试计算每米管道的散热量。如 果将保温材料换成导热系数为0.034 W/的保温材料，导热量同上，其它条件也不变。试计算 新保温材料的厚度。 （12分） 标准答案： 7. 针对如下导热微分方程写出方程各项的含义，并说明得出导热微分方程所依据的基本定律? （8 分） 标准答案： 导热微分方程所依据的基本定律是傅里叶定律和导热微分方程。 8. 写出Bi 数的定义式并解释其意义。在Bi 0 的情况下，一初始温度为t0的平板突然置于温度为的流体中冷却（如图1 ），粗略画出τ=τ1>0和 时平板附近的流体和平板的温度分布。 （8分） 标准答案：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。
2004-2005学年第一学期期末考试题 专业班级：储运02-班课程名称：传热学第1页共2页 一、简答题（本大题18分，每小题3分）选3个）。 1、热量传递的三种基本方式？ 2、分析置于室外大气中的架空输送原油的保温管道有哪些传热环节。（油温大于空气温度） 3、写出角系数的相对性的数学表达式（以空间任意两表面为例）。 4、什么情况下可以说两个物理现象是相似的？ 5、写出对于漫灰表面的基尔霍夫表达式？ 6、通常工业应用的沸腾换热过程设计在哪个沸腾状态阶段，为什么。 二、计算题（本大题60分，每小题12分） 1、有一房间墙壁厚为0.4m,面积为12m2,导热系数为0.7 W/m·K,其内外表面的对流换热系数分别为6W/m2·K 和40 W/m2·K,房间内空气温度为20℃,室外空气温度为5℃,忽略辐射换热量,求房间通过该墙壁的散热量。 2、将初始温度为400℃，重量为40g的铝球突然抛入15℃的空气中。已知对流换热表面传热系数h=40W/m2·K，铝的物性参数为ρ=2700kg/m3，c=0.9 kJ/kg·K，λ=240W/m·K。试用集总参数法确定该铝球由400℃降至100℃所需的时间。（忽略辐射换热） 3、一大房间里放有一圆管，长为2m，直径为10cm，表面温度为127℃，发射率（黑度）为0.6，房间墙壁温度为27℃，求其辐射换热量是多少？ 4、为研究一换热设备的换热情况,采用一个缩小成原设备1/10的模型来研究,已知原设备空气流速为1m/s,热条件不变,模型中流体仍是空气,求模型中空气流速是多少才能保证模型与原设备的换热现象相似。 5、某房间吊装一水银温度计读数为15℃，已知温度计头部发射率（黑度）为0.9，头部与室内空气间的对流换热的表面传热系数为20 W/m2·K,，墙表面温度为10℃，求①气流的真实温度，②该温度计的测量误差。三、综合题（本大题22分） 有一水平管道直径为200mm ，分别包有=0.04W/m·K，和=0.05 W/m·K的保温材料，厚度分别为20mm和 30mm，管内流有50℃的空气，流速为10m/s，管外大气温度为10℃。（管道厚度很薄，可以忽略不计）求：1.管内的对流换热表面传热系数。（7分） 2.管外的对流换热表面传热系数。（7分） 3.每米管道的传热热阻和传热系数。（4） 4.每小时每米管道散热量。（4分） 备注：1.管内流动的对流换热实验关联式 : 2.管外横掠的对流换热实验关联式 : 3.管外自然对流换热实验关联式 : （注：此关联式中定性温度取管外流体温度，中的Δt=5℃，其中体积膨胀系数可以按管外为理想气体计算） 4.空气的热物性： t℃ ρ kg/m3 Cp kJ/kg.K λ* W/m.K υ*Pr 10℃ 1.25 1.0 2.5 14.0 0.7 20℃ 1.20 1.0 2.6 15.0 0.7 25℃ 1.18 1.0 2.6 15.5 0.7
总复习题 基本概念 : ?薄材 : 在加热或冷却过程中 , 若物体内温度分布均匀 , 在任意时刻都可用一个温度来代表整个物体的温度 , 则该物体称为 ----. ?传热 : 由热力学第二定律 , 凡是有温差的地方 , 就有热量自发地从高温物体向低温物体转移 , 这种由于温差引起的热量转移过程统称为 ------. ?导热 : 是指物体内不同温度的各部分之间或不同温度的物体相接触时 , 发生的热量传输的现象 . 物体各部分之间不发生相对位移，仅依靠物体内分子原子和自由电子等微观粒子的热运动而产生的热能传递成为热传导简称导热 ?对流 : 指物体各部分之间发生相对位移而引起的热量传输现象 . 由于流体的宏观运动而引起的流体各部分之间发生相对位移，冷热流体相互渗混所导致的热量传递过程 ?对流换热 : 指流体流过与其温度不同的物体表面时 , 流体与固体表面之间发生的热量交换过程称为 ------. ?强制对流 : 由于外力作用或其它压差作用而引起的流动 . ?自然对流 : 由于流体各部分温度不同 , 致使各部分密度不同引起的流动 . ?流动边界层 : 当具有粘性的流体流过壁面时 , 由于粘滞力的作用 , 壁面附近形成一流体薄层 , 在这一层中流体的速度迅速下降为零 , 而在这一流层外 , 流体的速度基本达到主流速度 . 这一流体层即为 -----. ?温度边界层 : 当具有粘性的流体流过壁面时 , 会在壁面附近形成一流体薄层 , 在这一层中流体的温度迅速变化 , 而在这一流层外 , 流体的温度基本达到主流温度 . 这一流体层即为 -----. ?热辐射 : 物体由于本身温度而依靠表面发射电磁波而传递热量的过程称为 ------. 物体由于本身温度而依靠表面发射电磁波而传递热量的过程成为热辐射 ?辐射力 : 物体在单位时间内 , 由单位表面积向半球空间发射的全部波长的辐射能的总量 . ?单色辐射力 : 物体在单位时间内 , 由单位表面积向半球空间发射的波长在λ -- λ +d λ 范围内的辐射能量 . ?立体角 : 是一个空间角度 , 它是以立体角的角端为中心 , 作一半径为 r 的半球 , 将半球表面上被立体角切割的面积与半径平方 r 2 的比值作为 ------ 的大小 . ?定向辐射强度 : 单位时间内 , 在单位可见面积 , 单位立体角内发射的全部波长的辐射能量称为 ----. ?传质 : 在含有两种或两种以上组分的流体内部 , 如果有浓度梯度存在 , 则每一种组分都有向低浓度方向转移 , 以减弱这种浓度不均匀的趋势 . 物质由高浓度向低浓度方转移过程称为 ----.
①Nu准则数的表达式为（A ） ② ③根据流体流动的起因不同，把对流换热分为（ A） ④A．强制对流换热和自然对流换热B．沸腾换热和凝结换热 ⑤C．紊流换热和层流换热D．核态沸腾换热和膜态沸腾换热 ⑥雷诺准则反映了（ A） ⑦A．流体运动时所受惯性力和粘性力的相对大小 ⑧B．流体的速度分布与温度分布这两者之间的内在联系 ⑨C．对流换热强度的准则 ⑩D．浮升力与粘滞力的相对大小 ?彼此相似的物理现象，它们的（ D）必定相等。 ?A．温度B．速度 ?C．惯性力D．同名准则数 ?高温换热器采用下述哪种布置方式更安全（ D） ?A．逆流B．顺流和逆流均可 ?C．无法确定D．顺流
?顺流式换热器的热流体进出口温度分别为100℃和70℃，冷流体进出口温度分别为20℃和40℃，则其对数平均温差等于（） A．60.98℃B．50.98℃ C．44.98℃D．40.98℃ ?7．为了达到降低壁温的目的，肋片应装在（ D） ?A．热流体一侧B．换热系数较大一侧 ?C．冷流体一侧D．换热系数较小一侧 21黑体表面的有效辐射（ D）对应温度下黑体的辐射力。 22A．大于B．小于 C．无法比较D．等于 23通过单位长度圆筒壁的热流密度的单位为（ D） 24A．W B．W／m2 C．W／m D．W／m3 25格拉晓夫准则数的表达式为（D ） 26 27.由炉膛火焰向水冷壁传热的主要方式是( A ) 28 A.热辐射 B.热对流 C.导 热 D.都不是 29准则方程式Nu=f(Gr,Pr)反映了( C )的变化规律。 30A.强制对流换热 B.凝结对流换热
31 C.自然对流换热 D.核态沸腾换热 32下列各种方法中，属于削弱传热的方法是( D ) 33A.增加流体流度 B.设置肋片 34 C.管内加插入物增加流体扰动 D.采用导热系数较小的材 料使导热热阻增加 35冷热流体的温度给定，换热器热流体侧结垢会使传热壁面的温度( A ) 36 A.增加 B.减小 C.不变 D.有时增 加，有时减小 37将保温瓶的双层玻璃中间抽成真空，其目的是( D ) 38A.减少导热 B.减小对流换热 39 C.减少对流与辐射换热 D.减少导热与对流换热 40下列参数中属于物性参数的是( B ) 41A.传热系数 B.导热系数 42 C.换热系数 D.角系数 43已知一顺流布置换热器的热流体进出口温度分别为300°C和150°C，冷流体进出口温度分别为50°C和100°C，则其对数平均温差约为( )
合肥工业大学机械与汽车工程学院研究生考试试卷 课程名称 高等传热学 考试日期 2012-12-19 姓名 年级 班级 学号 得分 所有答案写在答题纸上，写在试卷上无效！！ 一、简答题（每题10分，共50分） 1. 简述三种基本传热方式的传热机理并用公式表达传热定律；传热问题的边界条件有哪两类？ 2. 有限元法求解传热问题的基本思想是什么？基本求解步骤有哪些？同有限差分方法相比其优点是什么？ 3. 什么是形函数？形函数的两个最基本特征是什么？ 4. 加权余量法是建立有限元代数方程的基本方法，请描述四种常见形式并用公式表达。 5. 特征伽辽金法（CG ）在处理对流换热问题时遇到什么困难？特征分离法（CBS ）处理对流换热问题的基本思想是什么？ 二、计算题（第1, 2题各15分，第3题20分，共50分） 1. 线性三角元的顶点坐标（单位：cm ）为：i (2, 2)、j (6, 4)、k (4, 6)，温度分别为 200℃, 180℃和 160℃，热导率k =0.5W/m ℃。试计算： （1）点（3，4）的温度及x 和y 方向的热流分量； （2）绘制170℃等温线。 2. 计算图1所示的二次三角元在点（2, 5）处的y N x N ????66和。 3. 图2所示一维方肋处于热稳定状态，截面2mm ×2mm ，长3cm ，热导率为k =100W/m ℃。左端面维持恒定温度150℃，右端面绝热，其余表面和空气间的对流换热系数h =120W/m 2，空气温度T a =20℃。请采用3个一维线元计算距左侧端面分别为1cm 、2cm 的截面和右侧端面的温度。提示：稳态导 热有限元代数方程：[]{}{}f T K =。单元截面积A ，截面周长P ，单元刚度矩阵：[]??????+??????--=211261111hPl l Ak e K ，单元载荷项：{}??????=112Pl hT a e f 。 -------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------- 装 订 线 T=150℃ 绝热 3cm 2mm 图1 图2
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)）
1.试求出圆柱坐标系的尺度系数，并由此导出圆柱坐标系中的导热微分方程。 2 .一无限大平板，初始温度为T 0；τ>0时，在x = 0表面处绝热；在x = L 表面以对流方式向温度为t f 的流体换热。试用分离变量法求出τ>0时平板的温度分布（常物性）。（需求出特征函数、超越方程的具体形式，范数（模）可用积分形式表示）。（15分） , 3.简述近似解析解——积分法中热层厚度δ的概念。 答：近似解析解：既有分析解的特征：得到的结果具有解析函数形式，又有近似解的特征：结果只能近似满足导热解问题。在有限的时间内，边界温度 的变化对于区域温度场的影响只是在某一有限的范围内，把这个有限的范围定义为热层厚度δ。 4.与单相固体导热相比，相变导热有什么特点 答：相变导热包含了相变和导热两种物理过程。相变导热的特点是 1.固、液两相之间存在着 移动的交界面。 2.两相交界面有潜热的释放（或吸收） | 对流部分（所需量和符号自己设定） 1 推导极坐标系下二维稳态导热微分方程。 2 已知绕流平板流动附面层微分方程为 y u y u V x u u 22??=??+??ν 取相似变量为： x u y νη∞ = x u f νψ∞= 写出问题的数学模型并求问题的相似解。 3 已知绕流平板流动换热的附面层能量积分方程为： ?=∞?? =-δ00)(y y t a dy t t u dx d 当Pr<<1时，写出问题的数学模型并求问题的近似积分解及平均Nu （取三次多项式）。 4 ] O x
5写出常热流圆管内热充分发展流动和换热问题的数学模型并求出速度和温度分布及Nu x.辐射 1．请推导出具有n个表面的净热流法壁面间辐射换热求解公式，并简要说明应用任一种数值方法的求解过程。 2．试推导介质辐射传递方程的微分形式和积分形式，要求表述出各个步骤和结果中各个相关量的含义。 3．根据光谱辐射强度表示下面各量：1）光谱定向辐射力；2）定向辐射力；3）光谱辐射力；4）辐射力；5）辐射热流量。要求写清各量的符号、单位。 4．说明下列术语（可用数学表达式）（每题4分） a)光学厚度 b)漫有色表面 c)? d)兰贝特余弦定律 e)光谱散射相函数 f)定向“灰”入射辐射
《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》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。
传热学（一） ?名词解释（本大题共 5 小题，每小题 4 分，共 20 分） 21. 导热基本定律 22. 非稳态导热 23. 凝结换热 24. 黑度 25. 有效辐射 ?简答题 ( 本大题共 2 小题 , 每小题 8 分 , 共 16 分 ) 26. 简述非稳态导热的基本特点。 27. 什么是临界热绝缘直径？平壁外和圆管外敷设保温材料是否一定能起到保温的作用，为什么？ ?计算题（本大题共 2 小题，每小题 12 分，共 24 分） 28. 一内径为 300mm 、厚为 10mm 的钢管表面包上一层厚为 20mm 的保温材料，钢材料及保温材料的导热系数分别为 48 和 0.1 ，钢管内壁及保温层外壁温度分别为220 ℃及 40 ℃，管长为 10m 。试求该管壁的散热量。 29. 一内径为 75mm 、壁厚 2.5mm 的热水管，管壁材料的导热系数为 60 ，管内热水温度为 90 ℃，管外空气温度为 20 ℃。管内外的换热系数分别为和 。试求该热水管单位长度的散热量。 ?名词解释 ( 本大题共 5 小题 , 每小题 4 分 , 共 20 分 ) 21. 导热基本定律 : 当导热体中进行纯导热时 , 通过导热面的热流密度 , 其值与该处温度梯度的绝对值成正比 , 而方向与温度梯度相反。
22. 发生在非稳态温度场内的导热过程称为非稳态导热。 或：物体中的温度分布随时间而变化的导热称为非稳态导热。 23. 蒸汽同低于其饱和温度的冷壁面接触时 , 蒸汽就会在壁面上发生凝结过程成为流液体。 24. 物体的辐射力与同温度下黑体辐射力之比。 25. 单位时间内离开单位表面积的总辐射能。 ?简答题（本大题共 2 小题，每小题 8 分，共 16 分） 26. （ 1 ）随着导热过程的进行 , 导热体内温度不断变化 , 好象温度会从物体的一部分逐渐向另一部分转播一样 , 习惯上称为导温现象。这在稳态导热中是不存在的。 （ 2 ）非稳态导热过程中导热体自身参与吸热（或放热），即导热体有储热现象，所以即使对通过平壁的非稳态导热来说，在与热流方向相垂直的不同截面上的热流量也是处处不等的，而在一维稳态导热中通过各层的热流量是相等的。 （ 3 ）非稳态导热过程中的温度梯度及两侧壁温差远大于稳态导热。 27. （ 1 ）对应于总热阻为极小值时的隔热层外径称为临界热绝缘直径。 （ 2 ）平壁外敷设保温材料一定能起到保温的作用，因为增加了一项导热热阻，从而增大了总热阻，达到削弱传热的目的。 （ 3 ）圆筒壁外敷设保温材料不一定能起到保温的作用，虽然增加了一项热阻，但外壁的换热热阻随之减小，所以总热阻有可能减小，也有可能增大。 ?计算题（本大题共 2 小题，每小题 12 分，共 24 分） 28. 解：已知 d 1 =300mm d 2 =300+2 × 10=320mm d 3 =320+2 × 20=360mm m t w1 =220 ℃ t w2 =40 ℃ =9591.226W 29. 解：已知 d 1 =75mm=0.075m d 2 =75+2 × 2.5=80mm=0.08m t f1 =90 ℃ t f2 =20 ℃
一、选择 1.下列（D）准则反映了流体物性对对流换热的影响。 a.雷诺数 b.瑞利数 c.普朗特数 d.努谢尔特数 2.绝大多数下强制对流换热的换热系数（A）自然对流。 a.大于 b.小于 c.等于 d.无法比较 3.（B）反映了物质的导热能力的大小。 a.热流密度 b.导热系数 c.对流换热系数 d.温度梯度 4.当Fo数（A）0.2时，瞬态温度场的变化进入正常情况阶段。 a.大于 b.小于 c.等于 d.无法比较 5.在相同进出口温度条件下，逆流和顺流的平均温差关系为（A） a.逆流大于顺流 b.顺流大于逆流 c.二者相等 d.无法比较 6.（C）传热不需要冷热物体直接接触? a.导热 b.热对流 c.热辐射 d.以上几种都不是 7.如果在水冷壁的管子里结了一层水垢，其他条件不变，管壁温度与无水垢时相比将（B） a.不变 b.提高 c.降低 d.随机改变 8.某一传热过程的热流密度q=500W/m2，冷、热流体间的温差为10℃，其传热系数和单位面积的总传热热阻各为多少?（C） a.K=50W/（m2〃K）r=0.05m2〃K/W b.K=0.02W/（m2〃K）r=50m2〃K/W c..K=50W/（m2〃K）r=0.02m2〃K/W d..K=50W/（m2〃K）r=0.05K/W 9.黑体表面的有效辐射（D）对应温度下黑体的辐射力。 a.大于 b.小于 c.无法比较 d.等于 10.下列各种方法中，属于削弱传热的方法是（D） a.增加流体流速 b.管内加插入物增加流体扰动 c.设置肋片 d.采用导热较小的材料使导热热阻增加 二、填空题 1.传热学是研究在温差作用下热量传递_过程规律的科学。 2.热传递的三种方式分别为热对流、导热和热辐射。 3.兰贝特余弦定律是指黑体在任何方向上的定向辐射强度与方向无关，符合兰贝特余弦定律的表面有黑体、漫灰表面。 4.按照导热机理，水的汽液固三种状态中，气态状态下导热系数最小。 5.肋片效率ηf的定义是肋片实际散热量与肋片处于肋基温度下的比值。 6.一大平壁传热过程的传热系数为100W/（m2〃K），热流体侧的传热系数为200W/（m2〃K），冷流体侧的传热系数为250W/（m2〃K），平比厚度5mm，则该平壁的导热系数为__，导热热阻为__。 三、判断 1.手摸在铜板和木板上，很快就会感到铜板比木板冷的多，这是由于铜的导热系数大于木板的导热系数的缘故。F 2.用套管温度计测量温度时，为减小测量误差，常采用导热系数较小的材料作套管。F 3.黑体就是可以全部吸收透射到其表面上的所有波长的辐射能量。T 4.对一维肋片，导热系数越高，沿肋高方向的热阻越小，因而沿肋高方向的温度变化越小。T 5.同一块砖，在受潮时候的导热系数大于干燥时的导热系数T 四、名词解释 1.热边界层：当壁面与流体间有温差时，会产生温度梯度很大的热边界层。
《工程热力学与传热学》 一、填空题（每题2分，计20分） 1.如果热力系统与外界之间没有任何形式能量互换，那么这个热力系统一定是( ） 2.抱负气体比热容只与( ）参数关于。 3.若构成热力系统各某些之间没有热量传递，热力系统将处在热平衡状态。此时热力系统内部一定不存在( ）。 4.若构成热力系统各某些之间没有相对位移，热力系统将处在力平衡状态。此时热力系统内部一定不存在( ）。 5.干饱和蒸汽被定熵压缩，将变为：( ）。 6.湿空气压力一定期，其中水蒸气分压力取决于( ）。 7. 再热循环目是( ）。 8. 回热循环重要目是( ）。 9.热辐射可以不依托( ），在真空中传播。 10. 流动功变化量仅取决于系统进出口状态，而与( ）过程无关。 二. 判断题（每题1分，计20分） 1.孤立系统热力状态不能发生变化；（） 2.孤立系统就是绝热闭口系统；（） 3.气体吸热后热力学能一定升高；（） 4.只有加热，才干使气体温度升高；（） 5.气体被压缩时一定消耗外功；（）
6.封闭热力系内发生可逆定容过程，系统一定不对外作容积变化功；（） 7.流动功变化量仅取决于系统进出口状态，而与工质经历过程无关；（） 8.在闭口热力系中，焓h是由热力学能u和推动功pv两某些构成。（） 9.抱负气体绝热自由膨胀过程是等热力学能过程。（） 10.对于拟定抱负气体，其定压比热容与定容比热容之比cp/cv大小与气体温度无关。（） 11.一切可逆热机热效率均相似；（） 12.不可逆热机热效率一定不大于可逆热机热效率；（） 13.如果从同一状态到同一终态有两条途径：一为可逆过程，一为不可逆过程，则不可逆过程熵变等于可逆过程熵变；（） 14.如果从同一状态到同一终态有两条途径：一为可逆过程，一为不可逆过程，则不可逆过程熵变不不大于可逆过程熵变；（） 15.不可逆过程熵变无法计算；（） 16.工质被加热熵一定增大，工质放热熵一定减小；（） 17.封闭热力系统发生放热过程，系统熵必然减少。（） 18.由抱负气体构成封闭系统吸热后其温度必然增长；（） 19.懂得了温度和压力，就可拟定水蒸气状态；（） 20.水蒸气定温膨胀过程满足Q=W；（） 三. 问答题（每题5分，计20分） 1. 阐明什么是准平衡过程？什么是可逆过程？指出准平衡过程和可逆过程关系。
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( Lapl ace 变换， Four i er 变换 ) ，热源函数法， Gr een 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 ( CAT) 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体
传热学模拟试题（一） 一．填空题 1．导热系数是由式定义的，式中符号q表示沿n方向的 ，是 。 2．可以采用集总参数法的物体，其内部的温度变化与坐标 。 3．温度边界层越________，则对流换热系数越小，为了强化传热，应使温度边界层越________越好。 4．凝结换热的两种形式是 和 。 5．保温材料是指 的材料。 6．P r(普朗特数)即 ，它表征了 的 相对大小。 7．热辐射是依靠 传递能量的，它可以在 进行。 8．同一温度下黑体的辐射能力 、吸收能力 。 9．热水瓶的双层玻璃中抽真空是为了 。 10.换热器传热计算的两种方法是 。 二．单项选择题 1.热量传递的三种基本方式是( ) A.热对流、导热、辐射 B.复合换热、热辐射、导热 C.对流换热、导热、传热过程 D.复合换热、热辐射、传热过程 2.无量纲组合用于对流换热时称为 ( )准则。 A.R e(雷诺) B.P r(普朗特) C.N u(努谢尔特) D.G r(格拉晓夫) 3.对流换热以( )作为基本计算式。 A.傅立叶定律 B.牛顿冷却公式 C.普朗克定律 D.热路欧姆定律 4.下述几种方法中，强化传热的方法是( )。 A.夹层抽真空 B.增大当量直径 C.增大流速 D.加遮热板 5.当采用加肋片的方法增强传热时，将肋片加在( )会最有效。 A.换热系数较大一侧 B.换热系数较小一侧 C.随便哪一侧 D.两侧同样都加 6.下列各参数中，属于物性参数的是( ) A.换热系数 B.传热系数 C.吸收率 D.导温系数 7.某热力管道采用两种导热系数不同的保温材料进行保温，为了达到较好的 保温效果，应将( )材料放在内层。
传热学试题(答案)
①Nu准则数的表达式为（A ） ② ③根据流体流动的起因不同，把对流换热分为（ A） ④A．强制对流换热和自然对流换热B．沸腾换热和凝结换热 ⑤C．紊流换热和层流换热D．核态沸腾换热和膜态沸腾换热 ⑥雷诺准则反映了（ A） ⑦A．流体运动时所受惯性力和粘性力的相对大小 ⑧B．流体的速度分布与温度分布这两者之间的内在联系 ⑨C．对流换热强度的准则 ⑩D．浮升力与粘滞力的相对大小 ?彼此相似的物理现象，它们的（ D）必定相等。 ?A．温度B．速度 ?C．惯性力D．同名准则数 ?高温换热器采用下述哪种布置方式更安全？（ D） ?A．逆流B．顺流和逆流均可 ?C．无法确定D．顺流 ?顺流式换热器的热流体进出口温度分别为100℃和70℃，冷流体进出口温度分别为20℃和40℃，则其对数平均温差等于（） A．60.98℃B．50.98℃ C．44.98℃D．40.98℃ ?7．为了达到降低壁温的目的，肋片应装在（ D） ?A．热流体一侧B．换热系数较大一侧 ?C．冷流体一侧D．换热系数较小一侧 21黑体表面的有效辐射（ D）对应温度下黑体的辐射力。 22A．大于B．小于 C．无法比较D．等于 23通过单位长度圆筒壁的热流密度的单位为（ D） 24A．W B．W／m2 C．W／m D．W／m3 25格拉晓夫准则数的表达式为（D ） 26 27.由炉膛火焰向水冷壁传热的主要方式是( A ) 28 A.热辐射 B.热对流 C.导热 D.都不是 29准则方程式Nu=f(Gr,Pr)反映了( C )的变化规律。 30 A.强制对流换热 B.凝结对流换热 31 C.自然对流换热 D.核态沸腾换热 32下列各种方法中，属于削弱传热的方法是( D ) 33 A.增加流体流度 B.设置肋片 34 C.管内加插入物增加流体扰动 D.采用导热系数较小的材料使导热热阻增加 35冷热流体的温度给定，换热器热流体侧结垢会使传热壁面的温度( A ) 36 A.增加 B.减小 C.不变 D.有时增加，有时减小