9. 热辐射基本定律及物体的辐射特性
9.1 知识结构
1． 辐射换热的特点；
2． 基本定律(Planck ，Wien ，S-B ，Lambert ，Kirchoff(推论))；
3． 定义：黑体，灰体，黑度(发射率)，光谱黑度，定向黑度，吸收比，光谱
吸收比，辐射力，光谱辐射力，定向辐射力，定向辐射强度
9.2 重点内容剖析
9.2.1 热辐射的基本概念 一、热辐射的物理本质
辐射——物体通过电磁波传递能量的现象
热辐射——由于热的原因而产生的电磁波辐射（改变物体内部微观粒子的热运动状态，将部分内能转换为电磁波的能量发送出去的过程）
不同温度 —— 辐射特性 不同波长
不同方向 —— 吸收特性 —— 不同波长
辐射和吸收的总效果——辐射换热 热辐射传播速度c 、波长λ和频率f 之间的关系：c=f ·λ 热辐射的主要波谱：
紫外 可见 红外
0.1 0.38 0.76 4 20 100 μm
工程材料辐射(T <2000K)
二、吸收比、反射比和穿透比
热辐射到达物体表面后的传播途径如图9-1。
根据热平衡原理，投入辐射等于反射辐
射、吸收辐射和穿透辐射之和。
11=++?=++?++=τρατ
ρατραQ
Q Q Q Q Q Q Q Q Q (9-1)
理想体：
吸收比 α=1 → 绝对黑体（黑体）
反射比 ρ=1 → 镜体（对于漫反射称为白体） 穿透比 τ=1 → 绝对透明体（透明体）
9.2.2 黑体辐射
辐射力——单位时间内物体单位表面积向半球空间所有方向发射的全部波长的辐射能总量，记为：E 。
光谱辐射力——单位时间内物体单位表面积向半球空间所有方向发射的某一波长的辐射能，记为：E λ。 显然：?
∞
=
λλd E E (9-2)
()表面特性,,λλT f E =
一、普朗克定律（黑体的光谱辐射力）
()3/5
1/1
2m W e c E T c b -=-λλ
λ (9-3)
式中：λ——波长，m ；
T ——黑体的绝对温度，K ；
C 1——第一辐射常量，3.742×10-16 W ·m 2 C 2——第二辐射常量，1.4388×10-2 m ·K
二、维恩位移（光谱辐射力的峰值点随温度的升高向短波区移动）定律
由普朗克定律，令：
mK T E b 3
max 108976.20-?=?=??λλ
λ
(9-4)
其中：m ax λ为某一温度下最大光谱辐射力所对应的波长（如图9-2）。 三、斯蒂芬-波尔兹曼定律（四次方定律） 黑体辐射力：24
4
/100m W T c T d E E o b b ?
∞
?
?
?
??===
σλλ (9-5)
式中：σ——黑体辐射常数，5.67×10-8 W/(m 2K 4); C O ——黑体辐射系数，5.67 W/(m 2K 4)。 四、黑体辐射函数
有时需要计算某一波段的辐
射能，如太阳辐射中可见光的份额
（如图9-3）。为了方便计算，引出黑体辐射函数。
黑体辐射函数：黑体在0~λ波长范围内发出的辐射能在其辐射力中所占的份额。
()()()
()()
()()T f T d e T c T
d e
c T
d E E E F T
T c T
c b b
b b λλλσσλ
λσλ
λλλ
λλ
λλλ=-=-=
=
=
?
?
?0
/51
4
/5
1
4
~0~011
22 (9-6)
（其值可查参考文献[1]表7-1，P246）
某一波段的辐射能份额：()()()()
1221~0~0~λλλλb b b b F F E E -= (9-7) 五、兰贝特定律（能量的空间分布——方向函数）
1. 为了描述辐射能的空间分布特性，引入立体角的概念。
?
θd r sin
立体角： ()sr r A 2
=
Ω球面度 (9-8)
式中：A ——球面面积；r ——球面半径。
?θθ?θθd d r d r rd r dA d sin sin 2
2=?==
Ω (9-9) 式中：θ——天顶角；φ——平面方位角。
2. 定向辐射强度：单位时间、单位可见辐射面积在某一方向的单位立体角内所
发出的辐射能，称为该方向的辐射强度，记为L （θ）。
()()Ω
Φ=
d dA d L θθθcos (9-10)
所谓可见辐射面积，是指在接受辐射方向所能看到的辐射表面积，如图
9-5。
3. 兰贝特定律（余弦定律）
黑体表面具有漫辐射（均匀辐射）的性质，在半球空间各个方向上的定向辐射强度相等。
()()L L L ===ΛΛ21θθ (9-11)
4. 定向辐射力：单位时间、单位辐射面积，在某一方向P 的单位立体角内辐射
的能量，称为该方向的定向辐射力，记为E （θ）。 对服从兰贝特定律的辐射：()()θθθcos L dAd d E =Ω
Φ=
(9-12)
上式表明：单位辐射面上发出的辐射能落到空间不同方向单位立体角内的能量是不等的，其值正比于该方向与辐射面法线夹角的余弦。 辐射力与定向辐射强度的关系：
()π
πθθθ?θ
?θθθθπ
?πθπ
π
πL L d d L d d L d L d E E =??===Ω=Ω=?
?
?
??
===Ω=Ω=Ω2
1
2sin cos sin cos cos 20
2
/0
222 (9-13)
9.2.3 实际物体和灰体的辐射 一、发射热辐射的性质
温度：E （T ）~T 4（S-B 定律）
黑体辐射特性： 波长：E （λ） （Planck 定律）
方向：E （θ）=L cos θ（Lambert 定律） 对于非黑体，其辐射特性要作适当修正。
1．黑度：实际物体的辐射力与同温度下黑体辐射力的比值称为实际物体的黑度，又称发射率，记为ε。
4
4
T
d E T
d E E E b b
σλεσλ
ελλλ??
∞
∞
=
=
= (9-14)
4T E E b εσε==? (9-15)
对于实际物体来说，黑度仍是温度的函数，即实际物体的辐射力不满足四次
方关系。 2．光谱黑度
上式中，ελ=E λ/E b λ，为实际物体的光谱辐射力与同温度同波长下黑体的光谱辐射力的比值，称为实际物体的光谱黑度，又叫光谱发射率。它是温度与波长的函数。
3．定向黑度 实际物体在半球空间的辐射强度不服从兰贝特定律。 定向黑度：在某一方向上实际物体的辐射强度与同温度下黑体的辐射强度之比。
b
b L L L L )
()()()(θθθθε==
(9-16) 大量实验表明，物体的半球平均发射率与法向发射率之比为：高度磨光的金
属表面~1.2，其它表面~0.96，为简化计算，往往不考虑方向的影响，近似认为大多数工程材料也服从兰贝特定律。
物体的黑度：ε=f （物质种类，表面温度，表面状况） 二、吸收热辐射的性质
光谱吸收比：物体对某一特定波长投入辐射能的吸收份额。
吸收比：物体对投入辐射在全波长范围内吸收的份额 α=f （自身表面性质与温度T 1，辐射源性质与温度T 2）
()()()??∞∞
=0
2
2
1
,,,λ
λλλλααd T E d T E T (9-17) 若投入辐射来自黑体，则吸收比为：
()()4
20
2
1
,,T d T E T b
σλλλαα?∞
=
(9-18) 对来自黑体辐射的吸收比：
（1）导体的α（T 2）为增函数，非导体的α（T 2）为降函数。
原因：黑体辐射：T 2↑→λmax ↓
(温度越高，短波份额越大)
导电体吸收比：λ↓→α λ↑→α↑
(善于吸收短波辐射)
非导体吸收比：λ↓→α λ↓→α↓
(善于吸收长波辐射) （2）金属表面吸收比小，非金属及金属氧化物表面吸收比大。
（3）当T 2很高时，白色非金属表面吸收比可能低于金属表面吸收比。
原因：T 2↑→可见光↑→白色表面α可见↓→α↓
（4）物体表面颜色仅对可见光的吸收比有较大影响 如：α白漆，阳光=0.12 α白漆, 红外≈0.9
α黑漆, 阳光=0.96 α黑漆, 红外≈0.9
三、 灰体——单色吸收比与波长无关的物体
α λ= α=常数 (9-19) 是一个理想化的假设，可以简化计算。 四、基尔霍夫定律
如图9-8：板1为黑体，板2为实际物体，两板间的辐射换热热流密度为：q=E-α E b 当T 1=T 2时，q=0
)()
()
(T E T T E b =α (7-20) 结论：在热平衡条件下，任何物体的辐射力与它对来自黑体辐射的吸收比之比值，恒等于同温度下黑体的辐射力。（只与温度有关，与物体本身性质无关） 推论：（1）同温度下，善于辐射的物体必善于吸收。
（2）实际物体α< 1，同温度下黑体辐射力最大。 （3）由黑度定义：()()()
T E T E T b =
ε， ()()T T εα=? —— 在与黑体处于热平衡的条件下，任何物体对来自黑体辐射的吸收比等于同温度下该物体的黑度。
（4）对于光谱辐射：α λ（T ）=ελ（T ）
(5) 对于灰体：
吸收比与外界条件无关，无论投入辐射是否来自黑体，无论是否处于热平衡，只与自身温度有关。所以灰体的吸收比恒等于同温度下本身的黑度。 （一般工程材料在红外线范围内可近似按灰体处理）
9.3 概念汇总
1. 黑体：吸收比为1的物体，同温度下辐射力最大。
2. 辐射力：单位时间内物体单位表面积向半球空间所有方向发射的全部波长的
辐射能。 3. 光谱辐射力：单位时间内物体单位表面积向半球空间所有方向发射的某一波
长的辐射能。 4. 普朗克定律：1
251-=-T c b e C E λλ
λ W/m 3 5. 维恩位移定律：3
max 108976.2-?=T λ mK 6. 斯蒂芬——波尔兹曼定律：4
T E b b σ= W/m 2
7. 兰贝特定律：具有漫辐射特性的表面，其定向辐射强度与方向无关。服从兰
贝特定律的辐射，在半球空间不同方向的单位立体角内的辐射能数值不等，其值正比于该方向与辐射面法线方向夹角的余弦，所以兰贝特定律又叫余弦定律。
8. 定向辐射强度：单位时间、单位可见辐射面积在某一方向上的单位立体角内
的辐射能称为该方向的定向辐射强度。
9. 定向辐射力：单位时间、单位辐射面积在某一方向P 的单位立体角内的辐射
能称为该方向的定向辐射力。 10. 对服从兰贝特定律的辐射，()πθθL E L E ==,cos 。
11. 黑度：实际物体的辐射力与同温度下黑体辐射力的比值称为实际物体的黑度
（发射率），记为：b E E =ε。
12. 光谱黑度：实际物体的光谱辐射力与同温度及波长下黑体的光谱辐射力之
比，记为：λλλεb E E =。
13. 定向黑度：在某一方向实际物体的定向辐射强度与同温度下黑体的定向辐射强度之比。
14. 光谱吸收比：物体对某一特定波长辐射能的吸收份额，记为：α λ 15. 吸收比：物体对投入辐射的吸收份额，它不仅与自身的表面性质与温度有关，
还与辐射源的性质与温度有关。
16. 物体的颜色仅对可见光的吸收比有较大影响。 17. 灰体：光谱吸收比与波长无关的物体。
18. 基尔霍夫定律：在热平衡条件下，任何物体的辐射力与它对来自黑体辐射的
吸收比之比值，恒等于同温度下黑体的辐射力。因此，在与黑体处于热平衡的条件下，任何物体对来自黑体辐射的吸收比等于同温度下该物体的黑
度。
α≡（灰体吸收率与外界条件无关，只与自身温度有关）。
19.对于灰体，ε
20.一般工程材料在红外线范围内可近似按灰体处理。
9.4思考题分析
9-1 什么叫黑体？在热辐射理论中为什么要引入这一概念？
答：吸收比α=1的物体叫做黑体，黑体是一个理想化的物体，黑体辐射的特性反映了物体辐射在波长、温度和方向上的变化规律，这为研究实际物体的辐射提供了理论依据和简化分析基础。
9-2温度均匀的空腔壁面上的小孔具有黑体辐射的特性，那么空腔内部壁面的辐射是否也是黑体辐射？
答：空间内部壁面不一定是黑体辐射，之所以小孔呈现出黑体特性，是因为辐射在空腔内经历了很多次吸收和反射过程，使离开小孔的能量微乎其微。
9-3试说明，为什么在定义辐射力时要加上“半球空间”及“全部波长”的说明？
答：因为辐射表面半球空间每一立体角都有来自辐射面的辐射能，而辐射能的形式有各个不同波长，全辐射必须包括表面辐射出去的全部能量，所以要加上“半球空间”和“全部波长”的说明。
9-4黑体的辐射能按波长是怎样分布的？光谱辐射力E bλ的单位中分母的“m3”
代表什么意义？
答：黑体辐射能按波长的分布服从普朗克定律，光谱辐射力单位中分母“m3”代表了单位面积m2和单位波长m的意思。
9-5黑体的辐射能按空间方向是怎样分布？定向辐射强度与空间方向无关是否意味着黑体的辐射能在半球空间各方向上是均匀分布的？
答：黑体辐射能按空间方向分布服从兰贝特定律。定向辐射强度与空间方向无关并不意味着黑体辐射能在半球空间各个方向均匀分布，因为辐射强度是指单位可见辐射面积的辐射能，在不同方向，可见辐射面积是不同的，即定向辐射力是不同的。
9-6什么叫光谱吸收比？在不同光源的照耀下，物体常呈现不同的颜色，如何解释？
答：所谓光谱吸收比，是指物体对某一波长投入辐射的吸收份额，物体的颜色是物体对光源某种波长光波的强烈反射，不同光源的光谱不同，所以物体呈现出不同颜色。
9-7对于一般物体，吸收比等于发射率在什么条件下成立？
答：任何物体在与黑体处于热平衡的条件下，对来自黑体辐射的吸收比等于同温度下该物体的发射率。
9-8说明灰体的定义以及引入灰体的简化对工程辐射换热计算的意义。
答：光谱吸收比与波长无关的物体叫做灰体，灰体的吸收比恒等于同温度下的发射率，把实际物体当作灰体处理，可以不必考虑投入辐射的特性，将大大简化辐射换热的计算。
9-9 已知材料A 、B 的光谱吸收比
)(λα与波长的关系如图所示，试
估计这两种材料的发射率ε随温度变化的特性，并说明理由。 答：根据基尔霍夫定律：
)(~)(,~λαλεαε
又：维恩定律：T /1~max λ
因为A 的光谱吸收比随波长增加而降低，即其善于吸收短波辐射，必善于发射短波辐射，所以其发射率随温度升高而升高，可能是金属材料。B 的光谱吸收比随波长增加而增高，即其善于吸收长波辐射，必善于发射长波辐射，所以其发射率随温度升高而降低。可能是非金属材料。
9.5 典型习题分析
9-1一炉膛内火焰的平均温度为1500K ，炉墙上有一直径为20cm 的看火孔（可看成黑体）。试计算当看火孔打开时向外辐射的功率。该辐射能中波长为2μm 的光谱辐射力是多少? 哪一种波长下的辐射能最多? 解：
W
T d T A 901815001067.54
2
.014.34
482
4
2
4
=????=
=
=Φ-σπσ
根据Plank 定律，λ=2μm ，T=1500 K 时： E C e
e W m b C T
λλλ=
-=
???-=?----???--151665
1438810
210
1500
10322
6
1
3742102101
97410.().(/).
由Wien 位移定律：
m 6
3max 10
93.11500/108976.2--?=?=λ
答：当看火孔打开时向外辐射的功率为9018W ；该辐射能中波长为2μm 的单色辐射力是9.74×1010 W/m 3；波长为1.93μm 的辐射能最多。
9-2 一漫射表面在某一温度下的单色辐射力与波长的关系可以近似用右图表示，试：
(1) 计算此时的辐射力；
(2) 计算此时法线方向的定向辐射强度。
解： (1) 辐射力 E E d =
∞
?λλ0
=50(10-5)+150(15-10)+50(20-15)=1250 (W/m 2)
(2)法向辐射强度
因为是漫反射表面, 各方向辐射强度相同：
Sr m W E l 2/3981416.3/1250/===π
9-3有一块厚为3mm 的玻璃，经测定，其对波长为0.3～2.5μm 的辐射能的穿透率为0.9，而对其它波长的辐射能可以认为完全不穿透。试据此计算温度为5800K 的黑体辐射及温度为300K 的黑体辐射投射到该玻璃上时各自的总穿透率. 解: 根据穿透率定义:
[]
τστλσλλλλλλλλ=
==-∞
--?
?1
1090904
040
001
2
21T E d T E d F F b b b b ..()()
在T=5800K 时： λ1T=0.3×5800=1740 (μm·K) λ2T=2.5×5800=14500 (μm·K) 查参考文献[1]表7-1得： F b(0-λ1)=3.296 % F b(0-λ2)=96.57 % 所以 τ=0.9(0.9657-0.03296)=0.8395=83.95 % 在T=300K 时： λ1T=0.3×300=90 (μm·K) λ2T=2.5×300=750 (μm·K) 查表得： F b(0-λ1)=0.0029 %
F b(0-λ2)=0.0242 % 所以 τ=0.9(0.0242-0.0029)=0.0192 %
答：温度为5800K 的黑体辐射投射到该玻璃上时的总穿透率为83.95 %；温度为300K 的黑体辐射投射到该玻璃上时的总穿透率为0.0192 %。
分析与思考：暖房的升温作用可以从本题中玻璃的单色穿透率特性得到解释，太阳辐射类似于温度为5800K 的黑体辐射，暖房内物体的辐射类似于温度为300K 的黑体辐射，由于玻璃的选择透射而使太阳热辐射易于进入，暖房内物体热辐射不易透出，从而使暖房温度升高。
9-4面积为A 1=4×10-4m 2温度为T 1=1000 K
的漫射表面向半球空间发出热辐射，
在与辐射表面法线成45?方向距离为1m 处安置一直径为20mm 的热流计探头，测得该处的热流为1.2×10-3 W ，探头表面的吸收比取为1。试确定辐射表面的黑度。
解：探头对辐射表面构成的立体角为:：
)
(101416.34
02.01416.31)4/(42
2
22Sr d r A -?=?==
=πω 在1000 K 下黑体的辐射力为：
E b =5.67×10-8×10004=5.67×104 (W/m 2) 由： ω?π
εω???=?=Φcos )(
cos 11A E IA b
748
.010
1416.3)2/2(1041067.510
2.11416.3cos 4
4
4
3
1=????????=
?Φ?=
---ω
?πεA E b
答：辐射表面A 1的黑度为0.8。
9-5 一表面的光谱反射比与波长之间的关系如下：对于波长小于4的热辐射，其反射比2.01=ρ，对于波长大于4的热辐射，其反射比8.02=ρ。试确定该表面对温度为1000K 的黑体辐射的吸收比。 解： K m T m K T ?=?==μλμλ40004,
1000
查黑体辐射函数：%13.48)0(=-λb F
48878
.0)8.01)(4813.01()2.01(4813.0)
1)(1()1(2)0(1)0(=--+-?=--+-=--ρραλλb b F F 答：该表面对温度为1000K 的黑体辐射的吸收比为0.48878。
第八章 1．什么叫黑体？在热辐射理论中为什么要引入这一概念？ 2．温度均匀得空腔壁面上的小孔具有黑体辐射的特性，那么空腔内部壁面的辐射是否也是黑体辐射？ 3．试说明，为什么在定义物体的辐射力时要加上＂半球空间＂及＂全部波长＂的说明？ 4．黑体的辐射能按波长是怎样分布的？光谱吸收力λb E 的单位中分母的＂3 m ＂代表什么意义？ 5．黑体的辐射按空间方向是怎样分布的？定向辐射强度与空间方向无关是否意味着黑体的辐射能在半球空间各方向上是均匀分布的？ 6．什么叫光谱吸收比？在不同光源的照耀下，物体常呈现不同的颜色，如何解释？ 7．对于一般物体，吸收比等于发射率在什么条件下才成立？ 8，说明灰体的定义以及引入灰体的简化对工程辐射传热计算的意义． 9．黑体的辐射具有漫射特性．如何理解从黑体模型（温度均匀的空腔器壁上的小孔）发出的辐射能也具有漫射特性呢？ 黑体辐射基本定律 8-1、一电炉的电功率为1KW ，炉丝温度为847℃，直径为1mm 。电炉的效率为0.96。试确定所需炉丝的最短长度。 解：5.67×34 10 96.010*******?=??? ??+dL π 得L=3.61m 8-2、直径为1m 的铝制球壳内表面维持在均匀的温度500K ，试计算置于该球壳内的一个实验表面所得到的投入辐射。内表面发射率的大小对这一数值有否影响？ 解：由 4 0100? ?? ??=T C E b ＝35438 W/2m 8-3、把太阳表面近似地看成是T=5800K 的黑体，试确定太阳发出的辐射能中可光所占的百 分数。 解：可见光波长范围是0.38～0.76m μ 4 0100? ?? ??=T C E b ＝64200 W/2m 可见光所占份额 ()()()%87.44001212=---=-λλλλb b b F F F 8-4、一炉膛内火焰的平均温度为1500K ，炉墙上有一着火孔。试计算当着火孔打开时从孔向外辐射的功率。该辐射能中波长为2m μ的光谱辐射力是多少？哪种波长下的能量最多？ 解： 4 0100? ?? ??=T C E b ＝287W/2m ()3 10/5 1/1074.912m W e c E T c b ?=-=-λλλ T ＝1500K 时，m m 12 1093.1-?=λ 8-5、在一空间飞行物的外壳上有一块向阳的漫射面板。板背面可以认为是绝热的，向阳面 得到的太阳投入辐射G=1300W/2 m 。该表面的光谱发射率为：m μλ20≤≤时();5.0=λε m μλ2>时()2.0=λε。试确定当该板表面温度处于稳态时的温度值。为简化计算，设太阳的辐射能均集中在0～2m μ之内。
3－15 一种火焰报警器采用低熔点的金属丝作为传热元件，当该导线受火焰或高温烟气的作 用而熔断时报警系统即被触发，一报警系统的熔点为5000C ，)/(210 K m W ?=λ，3/7200m kg =ρ，)/(420K kg J c ?=，初始温度为250C 。问当它突然受到6500C 烟气加热 后，为在1min 内发生报警讯号，导线的直径应限在多少以下？设复合换热器的表面换热系 数为 )/(122 K m W ?。 解：采用集总参数法得： ) exp(0 τρθθcv hA -=，要使元件报警则C 0500≥τ ) exp(65025650500τρcv hA -=--，代入数据得D ＝0.669mm 验证Bi 数： 05.0100095.04) /(3
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
取步长δx=0.02。已知x=0,Φ=0;x=1,Φ=1.令k=ρｕ/Γ计算结果图表： 程序及数据结果： 追赶法： #include a[i]=2+0.02*k; b[i]=4; c[i]=2-0.02*k; f[i]=0; } tdma(a,b,c,f,x); for(i=0;i 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。 4-1 解：采用区域离散方法A 时；网格划分如右图。内点采用中心差分 23278.87769.9 T T T === 22d T T=0dx - 有 i+1i 12 2+T 0i i T T T x ---=? 将2点,3点带入 32122 2+T 0T T T x --=? 即321 209T T -+= 432322+T 0T T T x --=?4321322+T 0T T T x --=? 即4 321 209 T T T -+-= 边界点4 （1）一阶截差 由x=1 1dT dx =，得 431 3 T T -= （2）二阶截差 11B M M q x x x T T S δδλλ -=++ 所以 434111. 1. 36311 T T T =++ 即 431 22293 T T -= 采用区域离散方法B 22d T T=0dx - 由控制容积法 0w e dT dT T x dT dT ????--?= ? ????? 所以代入2点4点有 322121011336 T T T T T ----= 即 239 028T T -= 544431011363 T T T T T ----= 即 34599 02828T T T -+= 对3点采用中心差分有 432 32 2+T 013T T T --=?? ??? 即 23499 01919 T T T -+= 对于点5 由x=1 1dT dx =，得 541 6 T T -= （1）精确解求左端点的热流密度 由 ()2 1 x x e T e e e -= -+ 所以有 ()22 20.64806911x x x x dT e e q e e dx e e λ -====- +=-=++ （2）由A 的一阶截差公式 21 0.247730.743113 x T T dT q dx λ =-=-= =?= （3）由B 的一阶截差公式 0 0.21640 0.649213 x dT q dx λ =-=-= = （4）由区域离散方法B 中的一阶截差公式： 210.108460.6504()B B T T dT dx x δ-?? ==?= ? ?? 通过对上述计算结果进行比较可得：区域离散B 有控制容积平衡法建立的离散方程与区域离散方程A 中具有二阶精度的格式精确度相当！ 4-3 解：将平板沿厚度方向3等分，如图 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》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 第一章 1-8 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。 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 =??? 1-16为了说明冬天空气的温度以及风速对人体冷暖感觉的影响，欧美国家的天气预报中普遍采 用风冷温度的概念（wind-chill temperature ）。风冷温度是一个当量的环境温度，当人处于静止空气的风冷温度下时其散热量与人处于实际气温、实际风速下的散热量相同。从散热计算的角度可以将人体简化为直径为25cm 、高175cm 、表面温度为30℃的圆柱体，试计算当表面传热系数为( ) K m W 2 /15时人体在温度为20℃的静止空气中的散热量。如果在一个有风的日子，表面传热系数增加到( ) K m W 2 /50，人体的散热量又是多少？此时风冷温度是多少？ 1-19 在1-14题目中，如果把芯片及底板置于一个封闭的机壳内，机壳的平均温度为20℃，芯片的表面黑度为0.9，其余条件不变，试确定芯片的最大允许功率。 解：( ) 00014.0])27320()27385[(1067.59.04 484 241?+-+??-=Φ-＝辐射 T T A σε P 辐射对流＋ΦΦ＝1.657W 1-21 有一台气体冷却器，气侧表面传热系数1h ＝95W/(m 2 .K)，壁面厚δ＝2.5mm ， )./(5.46K m W =λ水侧表面传热系数58002=h W/(m 2.K)。设传热壁可以看成平壁，试计算 各个环节单位面积的热阻及从气到水的总传热系数。你能否指出，为了强化这一传热过程，应首先从哪一环节着手？ 解：;010526.01 11== h R ;10376.55.460025.052-?===λδR ;10724.1580011423-?=== h R 则 λδ++= 21111 h h K ＝94.7)./(2K m W ，应强化气体侧表面传热。 第二章 《传热学》复习题 一、判断题 1．稳态导热没有初始条件。（） 2．面积为A的平壁导热热阻是面积为1的平壁导热热阻的A倍。（） 3．复合平壁各种不同材料的导热系数相差不是很大时可以当做一维导热问题来处理（） 4．肋片应该加在换热系数较小的那一端。（） 5．当管道外径大于临界绝缘直径时，覆盖保温层才起到减少热损失的作用。（） 6．所谓集总参数法就是忽略物体的内部热阻的近视处理方法。（） 7．影响温度波衰减的主要因素有物体的热扩散系数，波动周期和深度。（） 8．普朗特准则反映了流体物性对换热的影响。（） 9. 傅里叶定律既适用于稳态导热过程，也适用于非稳态导热过程。（） 10.相同的流动和换热壁面条件下，导热系数较大的流体，对流换热系数就较小。（） 11、导热微分方程是导热普遍规律的数学描写，它对任意形状物体内部和边界都适用。( ) 12、给出了边界面上的绝热条件相当于给出了第二类边界条件。 ( ) 13、温度不高于350℃，导热系数不小于0.12w/(m.k)的材料称为保温材料。 ( ) 14、在相同的进出口温度下，逆流比顺流的传热平均温差大。 ( ) 15、接触面的粗糙度是影响接触热阻的主要因素。 ( ) 16、非稳态导热温度对时间导数的向前差分叫做隐式格式，是无条件稳定的。 ( ) 17、边界层理论中，主流区沿着垂直于流体流动的方向的速度梯度零。 ( ) 18、无限大平壁冷却时，若Bi→∞，则可以采用集总参数法。 ( ) 19、加速凝结液的排出有利于增强凝结换热。 ( ) 20、普朗特准则反映了流体物性对换热的影响。( ) 二、填空题 1．流体横向冲刷n排外径为d的管束时，定性尺寸是。 2．热扩散率（导温系数）是材料指标，大小等于。 3．一个半径为R的半球形空腔，空腔表面对外界的辐射角系数为。 4．某表面的辐射特性，除了与方向无关外，还与波长无关，表面叫做表面。 5．物体表面的发射率是ε，面积是A，则表面的辐射表面热阻是。 6．影响膜状冷凝换热的热阻主要是。 第九章 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 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。 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： 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？ 答：已知流体及换热参数，设计一个新的换热器的过程叫做设计计算，对已有的换热器，根据流体参数计算其换热量和流体出口参数的过程叫做校核计算。 9、在进行换热器的校核计算时，无论采用平均温差法还是采用传热单元数法都需要假设一种介质的出口温度，为什么此时使用传热单元数法较为方便？ 答：用传热单元数法计算过程中，出口温度对传热系数的影响是通过定性温度来体现的，远没有对平均温差的影响大，所以该法用于校核计算时容易得到收敛的计算结果。 10、试用简明语言说明强化单相强制对流换热、核态沸腾及膜状凝结的基本思想。 答：无相变强制对流换热的强化思路是努力减薄边界层．强化流体的扰动与混合；核态沸腾换热的强化关键在于增加汽化核心数；膜状凝结换热强化措施是使液膜减薄和顺利排出凝结液。 11、在推导换热器效能的计算公式时在哪些环节引入了推导对数平均温差时提出的四个假设？ 习题 传热学试题库含参考答案 《传热学》试题库 第一章概论 一、名词解释 1．热流量：单位时间内所传递的热量 2．热流密度：单位传热面上的热流量 3．导热：当物体内有温度差或两个不同温度的物体接触时，在物体各部分之间不发生相对位移的情况下，物质微粒(分子、原子或自由电子)的热运动传递了热量，这种现象被称为热传导，简称导热。 4．对流传热：流体流过固体壁时的热传递过程，就是热对流和导热联合用的热量传递过程，称为表面对流传热，简称对流传热。5．辐射传热：物体不断向周围空间发出热辐射能，并被周围物体吸收。同时，物体也不断接收周围物体辐射给它的热能。这样，物体发出和接收过程的综合结果产生了物体间通过热辐射而进行的热量传递，称为表面辐射传热，简称辐射传热。 6．总传热过程：热量从温度较高的流体经过固体壁传递给另一侧温度较低流体的过程，称为总传热过程，简称传热过程。7．对流传热系数：单位时间内单位传热面当流体温度与壁面温度差为1K是的对流传热量，单位为W／(m2·K)。对流传热系数表示对流传热能力的大小。 8．辐射传热系数：单位时间内单位传热面当流体温度与壁面温 度差为1K是的辐射传热量，单位为W／(m2·K)。辐射传热系数表示辐射传热能力的大小。 9．复合传热系数：单位时间内单位传热面当流体温度与壁面温度差为1K是的复合传热量，单位为W／(m2·K)。复合传热系数表示复合传热能力的大小。 10．总传热系数：总传热过程中热量传递能力的大小。数值上表示传热温差为1K时，单位传热面积在单位时间内的传热量。四、简答题 1．试述三种热量传递基本方式的差别，并各举1～2个实际例子说明。 （提示：从三种热量传递基本方式的定义及特点来区分这三种热传递方式） 2．请说明在传热设备中，水垢、灰垢的存在对传热过程会产生什么影响?如何防止? （提示：从传热过程各个环节的热阻的角度，分析水垢、灰垢对换热设备传热能力与壁面的影响情况） 3.试比较导热系数、对流传热系数和总传热系数的差别，它们各自的单位是什么? （提示：写出三个系数的定义并比较，单位分别为W/(m·K)，W/(m2·K)，W/(m2·K)）4．在分析传热过程时引入热阻的概念有何好处?引入热路欧姆定律有何意义? （提示：分析热阻与温压的关系，热路图在传热过程分析中的作 传热学第四版课后题答案第十章 ————————————————————————————————作者：————————————————————————————————日期： 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？ 传热学（一） 第一部分选择题 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 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？ 第三章 思考题 1. 试说明集总参数法的物理概念及数学处理的特点 答：当内外热阻之比趋于零时，影响换热的主要环节是在边界上的换热能力。而内部由于热阻很小而温度趋于均匀，以至于不需要关心温度在空间的分布，温度只是时间的函数， 数学描述上由偏微分方程转化为常微分方程、大大降低了求解难度。 2. 在用热电偶测定气流的非稳态温度场时,怎么才能改善热电偶的温度响应特性? 答：要改善热电偶的温度响应特性，即最大限度降低热电偶的时间常数hA cv c ρτ= ,形状 上要降低体面比，要选择热容小的材料，要强化热电偶表面的对流换热。 3. 试说明”无限大平板”物理概念,并举出一二个可以按无限大平板处理的非稳态导热问题 答；所谓“无限大”平板，是指其长宽尺度远大于其厚度，从边缘交换的热量可以忽略 不计，当平板两侧换热均匀时，热量只垂直于板面方向流动。如薄板两侧均匀加热或冷却、 炉墙或冷库的保温层导热等情况可以按无限大平板处理。 4. 什么叫非稳态导热的正规状态或充分发展阶段?这一阶段在物理过程及数学处理上都有 些什么特点? 答：非稳态导热过程进行到一定程度,初始温度分布的影响就会消失，虽然各点温度仍 随时间变化,但过余温度的比值已与时间无关，只是几何位置(δ/x )和边界条件(Bi 数) 的函数，亦即无量纲温度分布不变，这一阶段称为正规状况阶段或充分发展阶段。这一阶段的数学处理十分便利，温度分布计算只需取无穷级数的首项进行计算。 5. 有人认为,当非稳态导热过程经历时间很长时,采用图3-7记算所得的结果是错误的.理由 是： 这个图表明,物体中各点的过余温度的比值与几何位置及Bi 有关,而与时间无关.但当时间趋于无限大时,物体中各点的温度应趋近流体温度,所以两者是有矛盾的。你是否同意这种看法,说明你的理由。 答：我不同意这种看法，因为随着时间的推移，虽然物体中各点过余温度的比值不变 但各点温度的绝对值在无限接近。这与物体中各点温度趋近流体温度的事实并不矛盾。 6. 试说明Bi 数的物理意义。o Bi →及∞→Bi 各代表什么样的换热条件?有人认为, ∞→Bi 代表了绝热工况,你是否赞同这一观点,为什么? 答；Bi 数是物体内外热阻之比的相对值。o Bi →时说明传热热阻主要在边界，内部温度趋于均匀，可以用集总参数法进行分析求解；∞→Bi 时，说明传热热阻主要在内部，可以近似认为壁温就是流体温度。认为o Bi →代表绝热工况是不正确的，该工况是指边界热阻相对于内部热阻较大，而绝热工况下边界热阻无限大。 传热学模拟试卷与答案汇编 《传热学》模拟试卷 一、单选题 1、一个表面的吸收比和( )无关。 a 投射表面温度 b 吸收表面温度 c 吸收表面面积 d投射表面性质 2、在一维平板瞬态导热问题中，可采用近似拟合公式(即第一项近似解)进行计算的条件是( )。 a Fo<0.2 b Bi>0.1 c Bi<0.1 d Fo>0.2 3、管内强迫层流充分发展段，如其他条件不变，半径增大时对流换热表面传 热系数会( )。 a 增大 b 不变 c 减小 d 先减后增 4、通过无内热源、常物性、对称第一类边界条件的平壁非稳态导热正规状况 阶段，温度分布包括以下特性( )。 xa 线性 b仅是位置的函数 c 不再受边界条件的影响 d 仅与Fo和有关 ,5、蒸汽含有不凝结气体时，凝结换热的效果会( )。 a 减弱 b 无影响 c 增强 d 可能增强，也可能减弱 6、下面哪种方法能够减少蒸汽通道内热电偶测温误差( )。 a热电偶靠近通道内壁 b增加热节点黑度 c 减小气流流速 d 通道外保温、通过圆筒壁的传热过程，传热面上的总热阻与( )无关。 7 a 两侧流体流速 b 计算基准面积 c 壁厚 d 固体壁物性 o8、一个温度为27C的表面在红外线范围内可看作灰体，那么在的近,,,8m 红外范围内当波长增加时，灰体的光谱辐射力会( )。 a 持续增加 b持续减少 c 先增后减 d 先减后增 9、是否可以通过安置肋片来强化换热，主要取决于( )。 a 肋片材料 b 对流传热系数 c Bi 准则 d 肋高 10、流体强迫外掠平板时，边界层厚度会( )。 a一直增加 b 逐渐减小 c 先增后减 d 保持不变 二、名词解释 1 膜状凝结 2 傅立叶定律 3 强制对流 4 漫灰表面 5 格拉晓夫数Gr 三、简答题: 1、导热系数为常数的无内热源的平壁稳态导热过程，若平壁两侧都给定第二类边界条件，问能否唯一地确定平壁中的温度分布? 为什么? 1 2、如图所示，在一个稳态、二维导热的温度场中划分网格，水平节点之间的间距为Δx，竖直节点之间的间距为Δy，导热系数为λ，粗黑线为边界，边界为绝热边界，请写出节点1和2的用于数值计算的节点方程。 3 2 1 5 4 3、某流体横掠平板，其热扩散率为a，运动粘度为ν，且a>ν，请画出流动边界层和温度边界层的发展规律，并说明为什么。 4、一换热器，重油从300?冷却到180?，而石油从20?被加热到150?，如换热器流动方式安排成(1)顺流;(2)逆流，问平均温差各为若干? 参考答案: 1、不会。因为稳态、无内热源的条件下，通过各个截面的热流量为常数，即只有一个边界条件。 t,tt,tyx,,41212、节点1: ，,0,,x2y2,, t,tt,tt,t,,yy325212 节点2: ,，,，,,x,0x2x2y,,, 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。 A.等于 B.大于 C.小于 D.可能大于、小于 3．对流换热系数为1000W/（m 2·K ）、温度为77℃的水流经27℃的壁面，其对流换热的热流密度为（ ） A.8×104W/m 2 B.6×104 W/m 2 C.7×104 W/m 2 D.5×104 W/m 2 4．在无内热源、物性为常数且温度只沿径向变化的一维圆筒壁(t 1 >t 2,r 1 A. 换热系数较大一侧 B. 热流体一侧 C. 换热系数较小一侧 D. 冷流体一侧 9. 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。 A. 导热系数较大的材料 B. 导热系数较小的材料 C. 任选一种均可 D. 不能确定 10．下列各种方法中，属于削弱传热的方法是( ) 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.采用导热系数较小的材料使导热热阻增加 11.由炉膛火焰向水冷壁传热的主要方式是( ) A.热辐射 B.热对流 C.导热 D.都不是 12.准则方程式Nu=f(Gr,Pr)反映了( )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 13.判断管内紊流强制对流是否需要进行入口效应修正的依据是( ) A.l/d≥70 B.Re≥104 C.l/d<50 D.l/d<104 14.下列各种方法中，属于削弱传热的方法是( ) 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 15.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.增加 B.减小 C.不变 D.有时增加，有时减小 16.将保温瓶的双层玻璃中间抽成真空，其目的是( ) A.减少导热 B.减小对流换热 C.减少对流与辐射换热 D.减少导热与对流换热 17.下列参数中属于物性参数的是( ) A.传热系数 B.导热系数 C.换热系数 D.角系数 18.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( ) A.100°C B.124°C C.150°C D.225°C 19.有一个由四个平面组成的四边形长通道，其内表面分别以1、2、3、4表示，已知 角系数X1，2=0.4,X1，4=0.25，则X1，3为( ) A.0.5 B.0.65 C.0.15 D.0.35 20.一金属块的表面黑度为0.4，温度为227°C，它的辐射力是( )；若表面氧化传热学第四版课后题答案第五章
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