绪论：
思考题：（课本）
6．冬夏室内温度相同，穿衣不同
人对冷暖的感觉主要取决于散热量的大小。
（1）冬季和夏季的最大区别是室外温度的不同。
（2）因此在室内温度相同的情况下，冬季和夏季墙壁内表面温度不同，夏季高而冬季低。因此人体在冬季通过与墙壁的辐射
换热的散热量比夏季要大得多。
（3）因此冬季要穿厚一些的绒衣，增大导热热阻，来减少散热。9．暖水瓶
热水——内层内侧：对流换热
内层内侧——内层外侧：导热
内层外侧——外层内侧：热辐射
外层内侧——外层外侧：导热
外层外侧——空气：对流换热
保温措施：a .夹层抽真空，消除对流换热；
b.夹层内两侧镀银，减少辐射换热。
第二章
补充题：
例1：用一平底壶烧开水，壶底与水接触面的温度为111oC，通过壶底的热流密度为424002
W m，如在壶底结一层水垢厚3mm，
/
1/W m C λ=??，此时水垢层与水接触面上的温度和通过的热流密度均不变，计算：
（1） 水垢层与壶底接触面上的温度； （2） 单位面积上的导热热阻。 解（1）
23212
3
1242400/,111,3310,1/31042400111238.21
w w w w w q w m t C mm m w m C
t t q t q t C
δλδ
λδλ--==?==?=??-=
?=?+=?+=?
（2）32310/m k w δλ
-=?? 分析：
水垢层热阻比金属层热阻大得多。换热器中要及时清除水垢。
（铝的导热系数：237/W m K λ=?，32
310/m K W δλ
-=??，
δ=0.711m,即相当于0.711m 厚的铝的热阻。）
例2：野外工作者常用纸制容器烧水，设厚为0.2mm 的纸的
0.9/()W m K λ=?，水侧沸腾换热22400/h W m K =?，容器用1100oC
的火焰加热，火焰与纸面的295/h W m K =?，若纸的耐火温度为
200oC ，证明：该纸制容器能耐火。
证明：
12
11
121
1111157.2f f f w w t t t t q h h h t C
δλ--==
++=?
思考：从耐火角度考虑，纸厚好还是薄好？
例3：人对冷热的感觉以皮肤表面的热损失作为衡量依据。设人体脂肪层的厚度为3mm ，其内表面温度为36℃且保持不变，冬季的某一天，气温为-15℃，无风条件下，裸露的皮肤外表面与空气的表面传热系数为25w/（㎡·K ），某一天刮风天时，表面传热系数为65w/（㎡·K ），人体脂肪层的导热系数为0.2W/m ·k ，试确定：
（1）要使无风天的感觉与某风速时气温-15℃时的感觉一样，则无风天气温是多少？
（2）在同样是-15℃的气温下，无风天和某风速刮风天，人皮肤单位面积上的热损失之比是多少？ （按大平壁处理）
解：（1） 11w w f f t t t t q δδλλ--==
++有风无风
无风
有风h h ,56.3f t C =-?无风
（2）
11
0.5521
1
w f w f t t q t t q δδλλδλδλ-++
==-++无风
有风无风无风
有风有风
无风有风
h h 温差相同h h
,δλ
例4：厚度为10cm 的大平壁，通过电流时（内热源强度发热率为3×104W/m 3，平壁的一个表面绝热，另一表面裸露于25℃的空气之中，若空气与壁面之间的表面传热系数为50W （㎡·0℃），壁的导热系数为3W （m ·℃）确定壁中的最高温度。
分析：确定温度分布，应由导热微分方程及单值性条件。
解：22000
()()
v
x x x f q d t dx dt
dx
dt h t
t dx
δδ
λλ===+==-=-
方程通解：1212
1,2122202v v v v f q dt
x C dx q
t x C x C C C C q q C t h
λ
λ
δδλ=-+=-++=?=
++由边界条件确定
(b)(c)代入（a ）
220
()20135v v f x q q t x t h
x t C
δ
δλ=?=
-++==?时，温度最高
例5:采用导热系数不同厚度相同的两层保温材料给管道保温，为了减小热损失，应将导热系数大还是导热系数小的材料靠近管壁布置？ （设两种保温材料导热系数分别为λ1、λ2，管道外径2d ，保温材料厚度都为δ）
解：设λ1>λ2，则导热系数是λ1的材料在靠近管子时，两层保温
材料热阻表达式
221
2222411
ln(
)ln()222d d d d δδπλπλδ
++++ 导热系数是λ2的材料在靠近管子时，两层保温材料热阻表达式
222
2122411
ln(
)ln()222d d d d δδπλπλδ
++++ 两者相减，得
1
22211
22()ln(1)ln(1)222d d δδπλπλδ??-
+-+??+??<0 <0 >0(ln(1+x)是增函数)
结论：应把导热系数小（即保温性能好的靠近管子布置）
例6:焊接工人利用直径为3mm ，长为0.4m ，导热系数为40/()W m K ?的焊条进行焊接，焊缝表面温度为800oC ，焊条周围空气温度为25oC ，表面传热系数为42/()W m K ?，假定人手能承受的温度为60oC ，问人手至少应握何处？
解：近似看作一维等截面直肋的稳态导热问题
设手握焊条处与焊接点之间距离为x []0
()()
ch m l x ch ml θθ-=
[]000.4,8002577511.547
60253511.547(0.4)35775(11.5470.4)0.273f l m t t C m C ch x ch x m
θθ==-=-=?=
====-=?-=
?=解得：
例:P53第25题
解：实际是求出t f ，确定t f 与84℃之间的误差。保护套管相当于流道内壁面上的肋片，套管根部，相当于肋基，套管端部相当于肋端，而且任一截面处截面积相等，可应用等截面直肋的公式。由（2-36）
0001.99 1.991
()
1()()1
()() 1.991
(1.99)() 3.726
2
100.14100.148416.14l l f f f l f f f l ch ml t t t t ch ml t t t t ch ml ml l l l ch e e t C
t t C
θθ-=?
-=-?-=-?
=
====+==?∴-=-=?
测温误差
测温误差较大，显然不令人满意。
01
()()
f l f t t t t ch ml -=-?
分析：要减小测温误差，可以采取的措施 （1）在连接处予以保温 （2）增大ch(ml)，即ml 增大。
a:增大l
增大h
b ：增大m 选用λ小的材料制作套管 （m = 减小管壁厚度
因此，第26题给定条件，使测温误差减少 第三章 例：
1、在某厂生产的测温元件说明书上，标明该元件的时间常数为1s 。从传热学角度，你认为此值可信吗？
解：由时间常数的关系式 ，在一定条件下，p 、c 、v 、A 可以为是常数，但表面传热系数h 却是与具体过程有关的过程量，与测温元件安装的具体环境的换热条件有关，因此，对该说明书上表明的时间常数要进行具体分析，不能盲目相信。
2、两块厚度为30mm 的无限大平板，初始温度为20℃，分别用铜和钢制成。平板突然放入60℃流体中，且两侧表面温度突然上升到60℃，计算使两板中心温度均上升到56℃时，两板所需时间之比。铜和钢的热扩散率分别为103×10-6㎡/S ，12.9×10-6㎡/S 。 解：一维瞬态非稳态导热无限大平板内的温度分布有如下形式：
00(,,)f f t t x f Bi Fo t t θθδ-==- ,x
Bi δ
→∞相同
要使温度相同，只需F 0数相等，因此：
()()o o F F =铜钢
6
6))
12.910
0.12510310
a a τ
τ
δ
δ
δττ--=?===?铜
钢
22铜钢钢铜a a （
（
相等
3、一个直径7.5cm 的桔子暴露在温度较低的环境中，假设桔子的物性与20oC 的水相似，且平均表面传热系数2
11/h w m k =?，确定采用集总参数法预测桔子冷却过程中瞬态温度的可行性。 解：由附表查得水在20oC 时的0.599/W m K λ=?
球体，110.0375
0.690.10.599
hR
Bi λ
?=
=
=>
如果采用集总参数法不够准确。 4、钢球
02f p 3d=5cm , t =450C, t =30C,h=24W/(m ) c =0.48kJ/(kg )
=7753kg/m ,=33W/m K K K
ρλ?????
计算钢球冷却到300℃所需时间 注意：一般做此类型题前，须先验证Bi 解：240.025
0.0180.133
hR
Bi λ
?=
=
=<
可采用集总参数法计算
()002
4133
30030270,45030420,
2440.0257.7410477530.48100.0253
5700.158hA cV
e
C C hA s cV s h
τρθθθθπρπτ-
--=?=-=?=-=???==?????==
例、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。为什么东北地区的秋冬季节不出现 “翻浆”?
答：此现象可以由半无限大物体（地面及地下）周期性非稳态导热现象的温度波衰减及温度波时间延迟特征来解释。公路路面“弹簧”及“翻浆”病害产生的条件是：地面以下结冰，而地表面已解冻（表面水无法渗入地下）。
东北地区春季地表面温度已高于0℃，但由于温度波的时间延迟，地下仍低于0℃，从而产生了公路路面“弹簧”及“翻浆”等病害。 东北地区的秋冬季节，虽然地表面温度已低于0℃，但由于温度波的时间延迟，地下仍高于0℃，从而不会产生“翻浆”。 第四章
例：如图所示，一等截面直肋，高
H=45mm ，厚δ=10mm,肋基温度
0t =100℃，流体温度
f t =20℃,h=50w/(m 2.k)，肋片导热系
数λ=50w/(m.k)。设肋端绝热，将它分成四个
节点，列出节点2、3、4的离散方程式，并计算其温度。 解：
一维、稳态，无内热源，常物性导热问题。 用热平衡法。
节点2：321222()0f t t t t h x t t x x
λδλδ--?+?+???-=??
节点3：234332()0f t t t t
h x t t x x
λ
δλδ--?+?+???-=?? 节点4：34
4()0f t t h x t t x
λδ-?+???-=?
式中，3
H
x ?=
，将已知条件代入，可得方程组： 23234342.045100.902.0450.901.02250.450
t t
t t t t t -++=-++=-+=
解得：23492.2,87.7,86.2t C t C t C =?=?=?
与用公式[]
0()()
f ch m l x t t ch ml θθ-=-=?比较，
022334410020800.0451
14.140.015,92.10.03,87.60.045,86.1C l m
m m x t C x t C x t C
θ=-=?======?==?==?
第五章 例题：
1、20℃的水以1.2m/s 的速度外掠长250mm 的平板，tw=60℃, 求：（1）x=150mm 处x h ；
(2)全板平均h;
(3)板单位宽度的换热量。 解：
●定性温度: 402
f W
m t t t C +=
=?
查水的物性参数表：
620.635/0.65910/Pr 4.31
W m K m s λν-=?=?=
●由Re ，判断是否处于层流流态。
Re u l
ν
∞?=
55
6
1.20.252500.25Re 4.55105100.65910
x mm m -?===
=?
1
320.332Re Pr x x Nu =
,Re x x x h x
u x
Nu λ
ν
∞??=
=
x h =0.3321/21/3
2(
)Pr 1195.4/u x W m K x λν
∞?=? (x=0.15m) (2) Nu=0.664Re 1/2pr 1/3
1/21/320.664
()Pr 1851.4/u l h W m K l λν
∞?==? （3）4
()1851.40.251(6020) 1.8510w f hA t t W φ=-=???-=?
第六章
例1：内径d=10mm 的管内水流速
0.309/,m u m s =23.5,f t C =?48.3,w t C =?100
L d =计算h 。 解：水在23.5f
t C =?下的物性参数：
620.9310/Pr 6.50
0.606/f f f m s
W m C
νλ-=?==??
水在48.3w t C =?时，Pr 3.65W =
36
0.3091010Re 33300.9310
m f f
u d
ν--???=
==? 过渡流 液体，Pr Pr 6.51.5Pr 500, 1.78,0.0520Pr 3.65
Pr f f f W
W
<<==<
<，
满足适用条件
2
30.870.40.11Pr 0.012(Re 280)Pr 1()24.7
Pr f f f f W
d Nu L ??????=-+= ???????
f f
hd
Nu λ=
，
2
0.606
24.714950.01
f
f W h Nu m C d λ=?=?=??
例2：水以0.8/kg s 的质量流量在内径d=2.5cm 的管内作受迫流动，
f t
w t
管壁温度tw=90℃，进口截面水温'f t =20℃，水被加热后离开时温度
"f t =40℃，求管长l 。
解：常壁温边界条件
查附表，水在30f t C =?时，物性参数为：
326262995.7/, 4.174/,61.810/,801.510/,0.80510/,Pr 5.42
f f f f f f k
g m Cp kJ kg C W m C N s m m s ρλμν---==??=???=??=?=
当90w t C =?时，水的物性参数62
314.910/w N s m μ-=??
22240.8
1.64/995.7 3.14(
2.510)4
m f m
u m s d
πρ?
-?===????
则：2446
1.64
2.510Re 5.0910100.80510m f f
u d
ν--???=
==?>?
为旺盛紊流。
903060w f t t C -=-=?，大温差 Pr 5.42,f =
''902070""904050'702040
2,30"502
w f w f f t t t C t t t C
t t C t ?=-=-=??=-=-=??+=<==??平均水温
0.8
1/3
0.14
20.027Re Pr ()3157786.8/f f f f
w
f
f Nu h Nu W m C
d
μμλ===?
=??
由热平衡，
()("')()("') 1.82()
w f f f w f f f w f hA t t mCp t t h dl t t mCp t t l m
h d t t ππ?
?
Φ=-=-=--==-
例1：空气，横向掠过叉排管束，管外径d=25mm ，管子间距，S 1=50mm ，S 2=37.5mm ，垂直于流动方向的横向排数N 1=16，沿空气流动方向的纵向排数N 2=5,管壁温度为60℃，空气进管束时温度'f t =10℃，流出时温度"f t =20℃，，流速max u =5m/s 。求： （1） h ;
（2）管束单位长度的对流换热量。 解：
（1） 定性温度，'"152
+=
=?f f f t t t C
（2） 当f t =15℃ 时，查附录2，用线性内插法得：
2f -62f =2.5510 W/(m )=14.6110m /s
C λν????
空气 Pr 0.7=
3
max 6
.50.025Re 8.561014.6110f f
u d
ν-?=
=
=??
1250237.5
S S =<
叉排，空气，当N 2=5时，由表6-3，修正系数0.92ε=z
0.6
0.2
12
0.31Re ()0.9269.12f S Nu S =?=
2=70.50W/m f
f
h Nu d
λ=
（2）管束单位长度的对流换热量
4W f =hA(t -t )=1.9910W/m Φ?
例2：温度为25℃的空气，以7m/s 的流速，分别横掠和纵掠外径及管长相同的两根水平管，已知水平圆管的外径d=50mm ，长为1m ，外壁温度为155℃。求：
（1）上述两种情况下，对流换热表面传热系数h ； （2）解释所得计算结果。
解：（1）横掠水平圆管的表面传热系数1h 定性温度:f t =25C ? 由附录查空气的物性参数：
-2-62f f =2.6310W/m ,=15.5310m /s λν????C
46
70.05Re 2.2510
15.5310f f
u d
ν-??=
=
=??
3510 0.6 0.880.26Re 93.58f f Nu =?= 2 21 2.6310.93.5893.5849.2/0.05 h W m C d λ -?==?=?? (2)纵掠水平圆管的表面传热系数h 2 实验表明，流体受迫纵掠水平圆管时，只要管外径d 远大于速度边界层厚度，则可忽略圆管曲率对换热的影响，近似采用纵掠平壁的实验关联式计算。 定性温度：m t =90C ? 由附录查空气的物性参数： 2623.1310/,22.110/W m C m s λν--=???=? 55 6 .71Re 3.171051022.110f u l ν -?= = =? 1/21/30.664Re Pr 330.4=?=Nu 2 22 3.1310.330.3510.3/1 h Nu W m C l λ -?==?=?? （3）在相同条件下，流体横掠圆管时的换热系数，要大于纵掠水平圆管时的换热系数，原因： （a ） 横掠时，沿曲面流动，发生边界层分离，形成涡旋，加强了扰 动，利于换热； 横掠圆管时所流过的壁面长度，远小于纵掠圆管时，因此横掠时边界层厚度比纵掠时薄得多，换热强烈。 例1、一块高H=1.5m ，宽b=500mm 的平板，一个侧面绝热，另一侧表面温度维持为85℃,计算平板在下列三种布置位置情况下，与15℃的空气间的对流换热量。 （1）竖直放置；（2）热面朝上水平放置（3）热面朝下水平放置。 解：定性温度 1 (8515)502m t C =+=? 查物性参数表： 26232.8310/17.9510/Pr 0.6987 11 3.096101/27350 m W m C m s K T λνα---=???=?== ==?+ （1）竖直放置 3 2 336210 1010 9.81 3.09610(8515) 1.5(17.9510)2.22310Pr 2.223100.698 1.5510g t H Gr Ra Gr αν--???= ???-?= ?=?=?=??=? 紊流，由表6-4查得：C=0.1，n=1/3 1/3101/3 2110.1(Pr)0.1(1.5510)4.7/() 4.7 1.50.5(8515)246.8W f Nu Gr h Nu W m C H h A t t W λ =?=??=? =??Φ=?-=???-= （2） 热面朝上水平放置 定型尺寸：12 H b L m += = 3 2 33629 99 9.81 3.09610(8515)1(17.9510)6.58710Pr 6.587100.698 4.59710g t L Gr Ra Gr αν--???= ???-?= ?=?=?=??=? 紊流，由表6-4查得：C=0.15，n=1/3 1/391/322220.15(Pr)0.15(4.59710) 2.494107.06/()7.06 1.50.5(8515)367.5W f Nu Gr h Nu W m C L h A t t W λ =?=??=?=? =??Φ=?-=???-= （3） 热面朝下水平放置 Ra=GrPr 与（2）相同 由表6-4查得：C=0.58，n=1/5，层流。 1/591/52330.58(Pr)0.58(4.59710)49.661.4/() 1.4 1.50.5(8515)73.5W f Nu Gr h Nu W m C L h A t t W λ =?=??==? =??Φ=?-=???-= 结论：同一块热平板，热面朝上水平放置时自然对流换热最强烈。 例2、有一双层玻璃窗竖放置，高h=1.8m ，宽b=1.2m ，两层玻璃间距δ=125mm ，玻璃温度内层1 20w t C =?，外层210w t C =?,试求通 过玻璃窗的自然对流换热损失。 解：定性温度：m w1w2t = (t +t )=15C ? 据定性温度查附录，空气的物性参数： 26232.5510/14.6110/Pr 0.704 11 3.47101/27315 m W m C m s K T λνα---=???=?== ==?+ 定型尺寸为夹层厚度0.125m δ = 3 6 122 571/31/9212() 3.1110210210,0.065()7.05 1.438/() 1.438 1.8 1.2(2010)31.06w w e e w w g t t Gr Gr Nu Gr H h Nu W m C h A t t W δδδδδαδνδ λ δ -= =??< =??Φ=-=???-=故选用： 若按纯导热考虑： 12 10 1.8 1.2 4.410.1250.0255 w w t t A W δλ -Φ= = ??= 第八章 例：P224 11． 解：由已知条件可知：各方向的2 3500/I W m sr θ=? (1)234,,A A A 按微元面处理 2()dA d sr r ω= ，dA 为在以r 为半径的球面上切割的面积 因此，应确定234,,A A A 在垂直于辐射方向的投影面积： 简答分析题 1．牛顿冷却公式中的△t改用热力学温度△T是否可以？ 2．何谓定性温度，一般如何取法。 3．天花板上“结霜”，说明天花板的保温性能是好还是差。 4．同一物体内不同温度的等温线能够相交，对吗？为什么？ 5．何谓传热方程式，并写出公式中各符号的意义及单位。 6．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？ 7．毕渥数和努谢尔数有相同的表达式，二者有何区别？ 8．在圆筒壁敷设保温层后，有时反而会增加其散热损失，这是为什么？ 9．冬天，在同样的温度下，为什么有风时比无风时感到更冷？ 10．试用传热学理论解释热水瓶的保温原理。 11．比较铁、铜、空气、水及冰的导热系数的大小。 12．在空调的房间里，室内温度始终保持在20℃，但在夏季室内仅需穿件单衣，而在冬季却需要穿毛衣，这是什么原因？ 13．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。 14．有人将一碗热稀饭置于一盆凉水中进行冷却。为使稀饭凉得更快些，你认为他应搅拌碗中的稀饭还是盆中的凉水？为什么？ 15．窗玻璃对红外线几乎不透明，但为什么隔着玻璃晒太阳使人感到暖和？ 16.一铁块放入高温炉中加热，从辐射的角度分析铁块的颜色变化过程 17.我们看到的物体呈现某一颜色，解释这一现象。 18.北方深秋季节的清晨，树叶叶面上常常结霜。试问树叶上、下二面哪一面易结箱?为什么? 19.夏天人在同样温度（如：25度）的空气和水中的感觉不一样。为什么？ 20.为什么水壶的提把要包上橡胶？ 22.某管道外经为2r，外壁温度为tw1，如外包两层厚度均为r（即δ2＝δ3＝r）、导热系数分别为λ2和λ3（λ2 / λ3=2）的保温材料，外层外表面温度 第一章 1-1 对于附图所示的两种水平夹层，试分析冷、热表面间热量交换的方式有何不同？如果要通过实验来测定夹层中流体的导热系数，应采用哪一种布置？ 解：（ a ）中热量交换的方式主要有热传导和热辐射。 （ b ）热量交换的方式主要有热传导，自然对流和热辐射。 所以如果要通过实验来测定夹层中流体的导热系数，应采用（ a ）布置。 1-7 一炉子的炉墙厚 13cm ，总面积为 20m 2 ，平均导热系数为 1.04w/m · k ，内外壁温分别是 520 ℃及 50 ℃。试计算通过炉墙的热损失。如果所燃用的煤的发热量是 2.09 × 10 4 kJ/kg ，问每天因热损失要用掉多少千克煤？ 解：根据傅利叶公式 每天用煤 1-9 在一次测定空气横向流过单根圆管的对流换热实验中，得到下列数据：管壁平均温度 t w = 69 ℃，空气温度 t f = 20 ℃，管子外径 d= 14mm ，加热段长 80mm ，输入加热段的功率 8.5w ，如果全部热量通过对流换热传给空气，试问此时的对流换热表面传热系数多大？ 解：根据牛顿冷却公式 1-14 宇宙空间可近似的看作 0K 的真空空间。一航天器在太空中飞行，其外表面平均温度为250K ，表面发射率为 0.7 ，试计算航天器单位表面上的换热量？ 解：航天器单位表面上的换热量 1-27 附图所示的空腔由两个平行黑体表面组成，孔腔内抽成真空，且空腔的厚度远小于其高度与宽度。其余已知条件如图。表面 2 是厚δ = 0.1m 的平板的一侧面，其另一侧表面 3 被高温流体加热，平板的平均导热系数λ =17.5w/m ? K ，试问在稳态工况下表面 3 的 t w3 温度为多少？ 解： 表面 1 到表面 2 的辐射换热量 = 表面 2 到表面 3 的导热量 第二章 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。（ ） 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)） 传热学题目 传热学 1．热流密度q 与热流量的关系为（以下式子A 为传热面积，λ为导热系数，h 为对流传热系数）：( ) (A)q＝φA (B)q＝φ/A (C)q=λφ (D)q＝hφ 2．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：( ) (A)不变(B)提高(C)降低(D)随机改变 3. 当采用加肋片的方法增强传热时，最有效的办法是将肋片加在哪一侧? ( ) (A)传热系数较大的一侧（B）传热系数较小的一侧 (C)流体温度较高的一侧（D）流体温度较低的一侧 4. 导温系数的物理意义是什么? ( ) （A）表明材料导热能力的强弱 （B）反映了材料的储热能力 （C）反映材料传播温度变化的能力 （D）表明导热系数大的材料一定是导温系数大的材料 5. 温度梯度表示温度场内的某一点等温面上什么方向的温度变化率? ( ) (A)切线方向(B)法线方向 (C)任意方向(D)温度降低方向 6. 接触热阻的存在使相接触的两个导热壁面之间产生什么影响? ( ) (A)出现温差(B)出现临界热流 (C)促进传热(D)没有影响 7. 金属含有较多的杂质，则其导热系数将如何变化? ( ) （A）变大（B）变小 （C）不变（D）可能变大，也可能变小 8. 物体之间发生热传导的动力是什么? ( ) (A)温度场(B)温差 (C)等温面(D)微观粒子运动 9. 通过大平壁导热时，大平壁内的温度分布规律是下述哪一种？( ) (A)直线(B)双曲线 (C)抛物线(D)对数曲线 10. 已知某一导热平壁的两侧壁面温差是30℃，材料的导热系数是22W/(m. K)，通过的热流密度是300W/m2，则该平壁的壁厚是多少? ( ) (A) 220m (B)22m (C)2.2m (D)0.22m 11. 第二类边界条件是什么? ( ) （A）已知物体边界上的温度分布。 （B）已知物体表面与周围介质之间的传热情况。 （C）已知物体边界上的热流密度。 （D）已知物体边界上流体的温度与流速。12. 在稳态导热中，已知三层平壁的内外表面温 度差为120℃，三层热阻之比R λ1、R λ2 、R λ 3 =1：2：3，则各层的温度降为( ) 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 ----. 习题(2009年10月9日) 1.平壁与圆管壁材料相同，厚度相同，在两侧表面温度相同条件下，圆管内表面积等于平壁表 面积，试问哪种情况下导热量大?(圆管壁) 2.一个外径为50mm的钢管，外敷一层8mm、导热系数λ=0.25W/(m·K)的石棉保温层，外面又 敷一层20mm厚，导热系数为0.045W/(m·K)的玻璃棉，钢管外侧壁温为300℃，玻璃棉外测温度为40℃，试求石棉保温层和玻璃棉层间的温度。(275.2℃) 3.一个外径为60mm的无缝钢管，壁厚为5mm。导热系数λ=54W/(m·K)，管内流过平均温度为 95℃的热水，与钢管内表面的换热系数为1830W/(m2·K)。钢管水平放置于20℃的大气中，近壁空气作自然对流，换热系数为7.86W/(m2·K)。试求以管外表面积计算的传热系数和单位管长的换热量(7.8135 W/(m2·K)，110.4W/m) 4.无内热源，常物性二维导热物体在某一瞬时的温度分布为t=2y2cosx。试说明该导热物体在x=0， y=l处的温度是随时间增加逐渐升高，还是逐渐降低?(升高) 5.两块厚度为30mm的无限大平板，初始温度为20℃，分别用铜和钢制成。平板两侧表面的温 度突然上升到60℃，试计算使两板中心温度均上升到56℃时两板所需时间之比。铜和钢的热扩散率分别为103×10-6m2/s，12.9×10-6m2/s。(0.125) 6.用热电偶测量气罐中气体温度。热电偶的初始温度为20℃，与气体的表面传热系数为 10W/(m2·K)。热电偶近似为球形，直径为0.2mm。试计算插入10s后，热电偶的过余温度为初始过余温度的百分之几?(16.6%) 要使温度计过余温度不大于初始过余温度的1%，至少需要多长时间? (25.6s) 己知热电偶焊锡丝的λ=67W/(m·K)，ρ=7310kg/m3，c=228J/(kg·K)。 7.一直径为5cm的钢球，初始温度为450℃，突然被置于温度为30℃的空气中。设钢球表面与 周围环境间的表面传热系数为24 W/(m2·K)，试计算钢球冷却到300℃所需的时间（570s）。已知钢球的λ=33W/(m·K)，ρ=7753kg/m3，c=480J/(kg·K)。 8.一温度计的水银泡呈圆柱形，长20mm，内径为4mm，初始温度为t0，今将其插入到温度较 高的储气罐中测量气体温度。设水银泡同气体间的对流传热表面传热系数为11.63 W/(m2·K)，水银泡一层薄玻璃的作用可以忽略不计，试计算此条件下温度计的时间常数（148s），并确定插入5min后温度计读数的过余温度为初始过余温度的百分之几（0.133）？水银的物性参数如下：λ=10.36W/(m·K)，ρ=13110kg/m3，c=138J/(kg·K)。 9.有一各向同性材料的方形物体，其导热系数为常量。已知各边界的温度如图1所示，试求其 内部网格节点1、2、3和4的温度。（t1=250.04℃；t2=250.02℃；t3=150.02℃；t4=150.01℃）10.如图2所示，一短直肋二维稳态导热体，肋高H=10cm，肋厚δ=10cm，肋宽b=1m，沿肋宽 无温度梯度。已知肋材料λ=0.4W/（m·K），肋基温度t0=500℃，对流传热边界条件h=400W/ （m2·K），t f=20℃。（1）建立各节点的温度方程式并求各节点的温度；（t1=144.1℃；t2=27℃；t3=20.09℃；t4=22.38℃） （2）计算该直肋的散热量。（9931.2W） t=100℃ t = 1 ℃ 4 图1 图2 《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 例4-1某平壁厚度为0.37m，内表面温度t1为1650℃，外表面温度t2为300℃，平壁材料导热系数（式中t的单位为℃，λ的单位为 W/(m·℃)）。若将导热系数分别按常量（取平均导热系数）和变量计算时，试求平壁的温度分布关系式和导热热通量。 解：（1）导热系数按常量计算 平壁的平均温度为： 平壁材料的平均导热系数为： 由式可求得导热热通量为： 设壁厚x处的温度为t，则由式可得： 故 上式即为平壁的温度分布关系式，表示平壁距离x和等温表面的温度呈直线关系。 （2）导热系数按变量计算由式得： 或 积分 得（a） 当时，，代入式a，可得： 整理上式得： 解得： 上式即为当λ随t呈线性变化时单层平壁的温度分布关系式，此时温度分布为曲线。 计算结果表明，将导热系数按常量或变量计算时，所得的导热通量是相同的；而温度分布则不同，前者为直线，后者为曲线。 例4-2燃烧炉的平壁由三种材料构成。最内层为耐火砖，厚度为150mm，中间层为绝热转，厚度为290mm，最外层为普通砖，厚度为228mm。已知炉内、外壁表面分别为1016℃和34℃，试求耐火砖和绝热砖间以及绝热砖和普通砖间界面的温度。假设各层接触良好。 解：在求解本题时，需知道各层材料的导热系数λ，但λ值与各层的平均温度有关，即又需知道各层间的界面温度，而界面温度正是题目所待求的。此时需采用试算法，先假设各层平均温度（或界面温度），由手册或附录查得该温度下材料的导热系数（若知道材料的导热系数与温度的函数关系式，则可由该式计算得到λ值），再利用导热速率方程式计算各层间接触界面的温度。若计算结果与所设 的温度不符，则要重新试算。一般经5几次试算后，可得合理的估算值。下面列出经几次试算后的结果。 耐火砖 绝热砖 普通砖 设t2耐火砖和绝热砖间界面温度，t3绝热砖和普通砖间界面温度。 ， 由式可知： 再由式得： 所以 Nu准则数的表达式为（A ） 根据流体流动的起因不同，把对流换热分为（ A） A．强制对流换热和自然对流换热B．沸腾换热和凝结换热 C．紊流换热和层流换热D．核态沸腾换热和膜态沸腾换热 雷诺准则反映了（ A） A．流体运动时所受惯性力和粘性力的相对大小 B．流体的速度分布与温度分布这两者之间的内在联系 C．对流换热强度的准则 D．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 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 通过单位长度圆筒壁的热流密度的单位为（ D） A．W B．W／m2 C．W／m D．W／m3 格拉晓夫准则数的表达式为（D ） .由炉膛火焰向水冷壁传热的主要方式是( A ) A.热辐射 B.热对流 C.导热 D.都不是 准则方程式Nu=f(Gr,Pr)反映了( C )的变化规律。 A.强制对流换热 B.凝结对流换热 C.自然对流换热 D.核态沸腾换热 下列各种方法中，属于削弱传热的方法是( D ) A.增加流体流度 B.设置肋片 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 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 ) A.增加 B.减小 C.不变 D.有时增加，有时减小 将保温瓶的双层玻璃中间抽成真空，其目的是( D ) 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) 传热学经典计算题 热传导 1. 用热电偶测量气罐中气体的温度。热电偶的初始温度为20℃，与气体的表面传热系数为()210/W m K ?。热电偶近似为球形，直径为0.2mm 。试计算插入10s 后，热电偶的过余温度为初始过余温度的百分之几？要使温度计过余温度不大于初始过余温度的1％，至少需要多长时间？已知热电偶焊锡丝的()67/W m K λ=?，7310ρ= 3/kg m ，()228/c J kg K =?。 解： 先判断本题能否利用集总参数法。 3 5100.110 1.491067hR Bi λ--??===?＜0.1 可用集总参数法。 时间常数 3 73102280.110 5.563103c cV c R hA h ρρτ-??===?= s 则10 s 的相对过余温度 0θθ=exp c ττ??-= ???exp 1016.65.56??-= ???％ 热电偶过余温度不大于初始过余温度1％所需的时间，由题意 0θθ=exp c ττ??- ??? ≤0.01 exp 5.56τ?? - ???≤0.01 解得 τ≥25.6 s 1、空气以10m/s 速度外掠0.8m 长的平板，C t f 080=,C t w 030=，计算 该平板在临界雷诺数c e R 下的c h 、全板平均表面传热系数以及换热量。 （层流时平板表面局部努塞尔数 3/12/1332.0r e x P R Nu =，紊流时平板表面局部努塞尔数3/15/40296.0r e x P R Nu =，板宽为1m ，已知5105?=c e R ，定性 温度C t m 055=时的物性参数为： )/(1087.22K m W ??=-λ，s m /1046.1826-?=ν，697.0=r P ） 解：(1)根据临界雷诺数求解由层流转变到紊流时的临界长度 C t t t w f m 055)(21=+=,此时空气得物性参数为： )/(1087.22K m W ??=-λ，s m /1046.1826-?=ν，697.0=r P )(92.0101046.1810565m u R X ul R c c e c e =???==?=-ν ν 由于板长是0.8m ，所以，整个平板表面的边界层的流态皆为层流 ? ==3/12/1332.0r e x P R hl Nu λ)/(41.7697.0)105(8.01087.2332.0332.023/12/1523/12 /1C m W P R l h r e c c ?=????==-λ (2)板长为0.8m 时，整个平板表面的边界层的雷诺数为： 561033.41046.188.010?=??==-νul R e 全板平均表面传热系数: )/(9.13697.0)1033.4(8.01087.2664.0664.023/12/1523/12 /1C m W P R l h r e c ?=????==-λ 全板平均表面换热量W t t hA w f 9.557)3080(18.09.13)(=-???=-=Φ 传热学典型习题详解 绪论部分 一、基本概念 主要包括导热、对流换热、辐射换热的特点及热传递方式辨析。 1、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。 2、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。 3、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。 4、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)。 、室内一根水平放置的无限长的蒸汽管道，其保温层外径d=583 mm，外表面 实测平均温度及空气温度分别为，此时空气与管道外 表面间的自然对流换热的表面传热系数h=3.42 W /(m2 K),墙壁的温度近似取为 室内空气的温度，保温层外表面的发射率 问：(1)此管道外壁的换热必须考虑哪些热量传递方式； (2)计算每米长度管道外壁的总散热量。(12分) 解： (1)此管道外壁的换热有辐射换热和自然对流换热两种方式。 (2)把管道每米长度上的散热量记为qi 当仅考虑自然对流时，单位长度上的自然对流散热 q i,c =二d h t =二dh (j - t f ) = 3.14 0.583 3.42 (48 - 23 ) 二156 .5(W / m) 近似地取墙壁的温度为室内空气温度，于是每米长度管道外表面与室内物体及墙壁 之间的辐射为： q i厂d (T； -T；) = 3.14 0.583 5.67 10》0.9 [(48 273)4-(23 273)4] = 274.7(W /m) 总的散热量为q i = q i,c +q i,r = 156.5 +274.7 = 431.2(W/m) 2、如图所示的墙壁，其导热系数为50W/(m- K),厚度为50mm在稳态情况下的 墙壁内的一维温度分布为：t=200-2000x 2，式中t的单位为°C, x单位为m 试 求： t (1) 墙壁两侧表面的热流密度； (2) 墙壁内单位体积的内热源生成的热量 2 t =200 —2000x 解：(1)由傅立叶定律: ① dt W q ' (―4000x) = 4000二x A dx 所以墙壁两侧的热流密度： q x _. =4000 50 0.05 =10000 (1)由导热微分方程 茫?生=0得: dx 扎 3、一根直径为1mm 勺铜导线，每米的电阻为2.22 10 。导线外包有厚度为 0.5mm 导热系数为0.15W/(m ? K)的绝缘层。限定绝缘层的最高温度为 65°C,绝 缘层的外表面温度受环境影响，假设为40°C 。试确定该导线的最大允许电流为多 少？ 解：(1)以长度为L 的导线为例，导线通电后生成的热量为I 2RL ,其中的一部分 热量用于导线的升温，其热量为心务中：一部分热量通过绝热层的 导热传到大气中，其热量为：门二 1 , d In 2 L d 1 根据能量守恒定律知：l 2RL -门 述二厶E = I 2RL -门 即 E = — L dT m = I 2RL - t w1 _tw2 4 di 1 , d 2 In 2 L d 1 q v 、d 2t ——' 2 dx =-(7000)= 4000 50 二 200000 W/m 3 t w1 - t w2 。 2 q x 卫=4000.： 0 = 0 2004－2005学年传热学考试试题（A ）答案 一 回答下列5题（25分） 答：略 二 如右图所示，在图中画出节点（i ，j ）的控制区域，并试导出其二维稳态导热时的离散方程。已知右侧壁绝热；顶端处于温度为f t 的流体中，换热系数为h ，有内热源为Φ ；网格均匀划分，且y x ?=?；材料的导热系数为λ。（10分） 解： 04 )(222,,1,,,1=Φ??+-?+?-?+?-?-- y x t t x h y t t x x t t y j i f j i j i j i j i λλ y x ?=?时，04 )(22 22,,1,,,1=Φ?+-?+-+--- x t t x h t t t t j i f j i j i j i j i λ λ 也可以化简为：Φ?+?++=?+-- λ λλ 2)2(21,,1,x t x h t t t x h f j i j i j i 三 由两种不同材料组成的一维复合平板如图1所示，左侧表面(0=x )保持恒温t 0，右侧表面（B A L L x +=）暴露于温度为∞t （∞>t t 0）、对流换热系数为h 的气流中，忽略复合平板与环境的辐射换热和接触热阻。（15分） 1 给出通过复合平板的稳态热流密度q 的计算 公式； 2 推导稳态时，平板A 和B 分界面温度t 1的计算公式； 3 假设导热系数B A λλ>，画出x 从0到∞的稳态温度分布趋势。 解：令 h R L R L R h B B B A A A 1 ,,===λλ 1 h L L t t q B B A A 10++-= ∞ λλ 2 A A A B B A A A A B B A A qR t L h L L t t t t L t t h L L t t q -=?++-- =?-=++-= ∞∞00011 0011λλλλλλ 或：h B A A h B A A B B R R R t R t R R t L t t h L t t q ++++= ?-=+-= ∞ ∞ 011 01)(1λλ t 0t ∞, h 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 ( ) 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 ?( ) 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 ( ) A. B. C. D. 4. 绝大多数情况下强制对流时的对流换热系数 ( ) 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（） 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（） 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. 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. 有效辐射 B. 辐射力 C. 反射辐射 D. 黑度 9. （）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（） 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。 12. 一般来说，紊流时的对流换热强度要比层流时。 13. 导热微分方程式的主要作用是确定。 14. 当 d 50 时，要考虑入口段对整个管道平均对流换热系数的影响。 15. 一般来说，顺排管束的平均对流换热系数要比叉排时。 16. 膜状凝结时对流换热系数珠状凝结。 17. 普朗克定律揭示了按波长和温度的分布规律。 18. 角系数仅与因素有关。 19. 已知某大平壁的厚度为 15mm ，材料导热系数为 0.15 ，壁面两侧的温度差为 150 ℃，则通过该平壁导热的热流密度为。 20. 已知某流体流过固体壁面时被加热，并且， 流体平均温度为 40 ℃，则壁面温度为。 ?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 绪论部分 一、基本概念 主要包括导热、对流换热、辐射换热的特点及热传递方式辨析。 1、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。 2、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。 3、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。 4、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T e ，太空温度为T sky ，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T c 的黑体，太空可看成温度为T sky 的黑体。则 由热平衡： ， 由于T a ＞0℃，而T sky ＜0℃，因此，地球表面温度T e 有可能低于0℃，即有可能结冰。 《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。 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。 （单位时间内所传递的热量，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内的传热量，W／(m2·K)） 1-2理发吹风器的结构示意图如附图所示，风道的流通面积 2260cm A =，进入吹风器的空气压力kPa p 100=，温度251=t ℃。要求吹风器出口的空气温度472=t ℃，试确定流过吹风器的空气的质量流量以及吹风器出口的空气平均速度。电加热器的功率为1500W 。 解： 1-10 一炉子的炉墙厚13cm ，总面积为202 m ，平均导热系数为1.04w/m.k ，内外壁温分别是520℃及50℃。试计算通过炉墙的热损失。如果所燃用的煤的发热量是2.09×104kJ/kg ，问每天因热损失要用掉多少千克煤？ 解：根据傅利叶公式 KW t A Q 2.7513.0)50520(2004.1=-??=?=δλ 每天用煤 d Kg /9.3101009.22.753600244=??? 1-11 夏天，阳光照耀在一厚度为40mm 的用层压板制成的木门外表面上，用热流计测得木门内表面热流密度为15W/m 2。外变面温度为40℃，内表面温度为30℃。试估算此木门在厚度方向上的导热系数。 解： δλt q ?=，)./(06.0304004.015K m W t q =-?=?=δλ 1-12 在一次测定空气横向流过单根圆管的对流换热实验中，得到下列数据：管壁平均温度t w =69℃，空气温度t f =20℃，管子外径 d=14mm ，加热段长 80mm ，输入加热段的功率8.5w ，如果全部热量通过对流换热传给空气，试问此时的对流换热表面传热系数多大？ 解：根据牛顿冷却公式 ()f w t t rlh q -=π2 所以 ()f w t t d q h -=π＝49.33W/(m 2.k) 1-13 对置于水中的不锈钢束采用电加热的方法进行压力为 1.013Pa 510?的饱和水沸腾换热实验。测得加热功率为50W ，不锈 钢管束外径为4mm ，加热段长10mm ，表面平均温度为109℃。试计算此时沸腾换热的表面传热系数。 解：根据牛顿冷却公式有 t Ah ?=Φ 2.4423=?Φ=∴t A h W/(m 2.K) 1-17 有两块无限靠近的黑体平行平板，温度分别为21,T T 。试按黑体 的性质及斯藩-玻尔兹曼定律导出单位面积上辐射换热量的计算式。（提示：无限靠近意味着每一块板发出的辐射能全部落到另一块板上。） 解：由题意 4 11T q f σ=; 422T q f σ=; 两板的换热量为 )(4 241T T q -=σ 1-18 宇宙空间可近似地看成为0K 的真空空间。一航天器在太空中飞行，其外表面平均温度为250℃，表面发射率为0.7，试计算航天器单位表面上的换热量。 解：4T q εσ==0.7155250)./(1067.54428=???-K m W W/2m 1-20 半径为0.5 m 的球状航天器在太空中飞行，其表面发射率为0.8。航天器内电子元件的散热总共为175W 。假设航天器没有从宇宙空间接受任何辐射能量，试估算其表面的平均温度。传热学简答分析题
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