第四章 传热习题参考答案

传热学第四章复习题答案
1. 什么是热传导？
答：热传导是指热量通过物质内部分子、原子或电子的振动和碰撞，从高温区域传递到低温区域的过程。

2. 傅里叶定律的数学表达式是什么？
答：傅里叶定律的数学表达式是 \( q = -kA\frac{dT}{dx} \)，其中\( q \) 是热流密度，\( k \) 是材料的热导率，\( A \) 是垂直于热流方向的面积，\( \frac{dT}{dx} \) 是温度梯度。

3. 热传导的三种基本方式是什么？
答：热传导的三种基本方式是：导热、对流和辐射。

4. 什么是比热容？
答：比热容是指单位质量的物质温度升高1摄氏度所需吸收的热量。

5. 热传导系数和热导率的区别是什么？
答：热传导系数是指材料单位面积上单位时间内通过的热量与温度梯度的比值，而热导率是指材料单位长度上单位时间内通过的热量与温度梯度的比值。

6. 什么是热阻？
答：热阻是指阻止热量传递的能力，其值等于温度差与热流密度的比值。

7. 什么是热容？
答：热容是指单位质量或单位体积的物质温度升高1摄氏度所需吸收的热量。

8. 热对流和热辐射的主要区别是什么？
答：热对流需要介质进行热量传递，而热辐射不需要介质，可以在真空中进行。

9. 什么是斯特藩-玻尔兹曼定律？
答：斯特藩-玻尔兹曼定律表明，一个黑体单位面积的辐射功率与其绝对温度的四次方成正比。

10. 什么是热交换器？
答：热交换器是一种设备，用于在两个或多个流体之间传递热量，以实现温度的调整或能量的回收。

第四章传热一、名词解释1、导热若物体各部分之间不发生相对位移,仅借分子、原子与自由电子等微观粒子得热运动而引起得热量传递称为热传导(导热)。

2、对流传热热对流就是指流体各部分之间发生相对位移、冷热流体质点相互掺混所引起得热量传递。

热对流仅发生在流体之中, 而且必然伴随有导热现象。

3、辐射传热任何物体, 只要其绝对温度不为零度(0K), 都会不停地以电磁波得形式向外界辐射能量, 同时又不断地吸收来自外界物体得辐射能, 当物体向外界辐射得能量与其从外界吸收得辐射能不相等时, 该物体就与外界产生热量得传递。

这种传热方式称为热辐射。

4、传热速率单位时间通过单位传热面积所传递得热量(W/m2)5、等温面温度场中将温度相同得点连起来,形成等温面。

等温面不相交。

二、单选择题1、判断下面得说法哪一种就是错误得()。

BA 在一定得温度下,辐射能力越大得物体,其黑度越大;B 在同一温度下,物体吸收率A与黑度ε在数值上相等,因此A与ε得物理意义相同;C 黑度越大得物体吸收热辐射得能力越强;D 黑度反映了实际物体接近黑体得程度。

2、在房间中利用火炉进行取暖时,其传热方式为_______ 。

CA 传导与对流B 传导与辐射C 对流与辐射3、沸腾传热得壁面与沸腾流体温度增大,其给热系数_________。

CA 增大B 减小C 只在某范围变大D 沸腾传热系数与过热度无关4、在温度T时,已知耐火砖辐射能力大于磨光铜得辐射能力,耐火砖得黑度就是下列三数值之一,其黑度为_______。

AA 0、85B 0、03C 15、已知当温度为T时,耐火砖得辐射能力大于铝板得辐射能力,则铝得黑度______耐火砖得黑度。

DA 大于B 等于C 不能确定就是否大于D 小于6、多层间壁传热时,各层得温度降与各相应层得热阻_____。

AA 成正比B 成反比C 没关系7、在列管换热器中,用饱与蒸汽加热空气,下面两项判断就是否正确: A甲、传热管得壁温将接近加热蒸汽温度;乙、换热器总传热系数K将接近空气侧得对流给热系数。

第四章复习题1、试简要说明对导热问题进行有限差分数值计算得基本思想与步骤。

2、试说明用热平衡法建立节点温度离散方程得基本思想。

3、推导导热微分方程得步骤与过程与用热平衡法建立节点温度离散方程得过程十分相似,为什么前者得到得就是精确描述,而后者解出得确实近似解。

4、第三类边界条件边界节点得离散那方程,也可用将第三类边界条件表达式中得一阶导数用差分公式表示来建立。

试比较这样建立起来得离散方程与用热平衡建立起来得离散方程得异同与优劣。

5.对绝热边界条件得数值处理本章采用了哪些方法？试分析比较之.6.什么就是非稳态导热问题得显示格式？什么就是显示格式计算中得稳定性问题？7.用高斯－塞德尔迭代法求解代数方程时就是否一定可以得到收敛德解？不能得出收敛得解时就是否因为初场得假设不合适而造成？8.有人对一阶导数您能否判断这一表达式就是否正确,为什么？一般性数值计算41、采用计算机进行数值计算不仅就是求解偏微分方程得有力工具,而且对一些复杂得经验公式及用无穷级数表示得分析解,也常用计算机来获得数值结果。

试用数值方法对Bi=0、1,1,10得三种情况计算下列特征方程得根并用计算机查明,当时用式(319)表示得级数得第一项代替整个级数(计算中用前六项之与来替代)可能引起得误差。

用高斯赛德尔迭代法求解,其结果就是发散得,并分析其原因。

解:将上式写成下列迭代形式假设初值为0,迭代结果如下:迭代次数 0 1 2 3 40 2、5 2、625 2、09375 2、6328125 0 0、75 0、4375 1、171875 1、26171825 0 1、25 0、0625 2、078125 0、89453125 显然,方程迭代过程发散因为迭代公式得选择应使每一个迭代变量得系数总大于或等于式中其她变量得系数绝对值代数与。

43、试对附图所示得常物性,无内热源得二维稳态导热问题用高斯赛德尔迭代法计算之值。

解:温度关系式为:开始时假设取℃;℃ 得迭代值汇总于表 迭代次数0 20 20 15 151 26、25 22、8125 21、5625 14、843752 28、59375 23、359375 22、109375 15、11718753 28、8671875 23、49609375 22、24607565 15、185542584 28、93554258 23、53027129 22、28027129 15、20263565 5 28、95263565 23、53881782 22、28881782 15、206908916 28、9569089 23、54095446 22、290955445 15、、20797723 其中第五次与第六次相对偏差已小于迭代终止。

第四章传热一、名词解释1、导热若物体各部分之间不发生相对位移，仅借分子、原子和自由电子等微观粒子的热运动而引起的热量传递称为热传导（导热）。

2、对流传热热对流是指流体各部分之间发生相对位移、冷热流体质点相互掺混所引起的热量传递。

热对流仅发生在流体之中, 而且必然伴随有导热现象。

3、辐射传热任何物体, 只要其绝对温度不为零度(0K), 都会不停地以电磁波的形式向外界辐射能量, 同时又不断地吸收来自外界物体的辐射能, 当物体向外界辐射的能量与其从外界吸收的辐射能不相等时, 该物体就与外界产生热量的传递。

这种传热方式称为热辐射。

4、传热速率单位时间通过单位传热面积所传递的热量（W/m2）5、等温面温度场中将温度相同的点连起来，形成等温面。

等温面不相交。

二、单选择题1、判断下面的说法哪一种是错误的（）。

BA 在一定的温度下，辐射能力越大的物体，其黑度越大；B 在同一温度下，物体吸收率A与黑度ε在数值上相等，因此A与ε的物理意义相同；C 黑度越大的物体吸收热辐射的能力越强；D 黑度反映了实际物体接近黑体的程度。

2、在房间中利用火炉进行取暖时，其传热方式为_______ 。

CA 传导和对流B 传导和辐射C 对流和辐射3、沸腾传热的壁面与沸腾流体温度增大，其给热系数_________。

CA 增大B 减小C 只在某范围变大D 沸腾传热系数与过热度无关4、在温度T时，已知耐火砖辐射能力大于磨光铜的辐射能力，耐火砖的黑度是下列三数值之一，其黑度为_______。

AA 0.85B 0.03C 15、已知当温度为T时，耐火砖的辐射能力大于铝板的辐射能力，则铝的黑度______耐火砖的黑度。

DA 大于B 等于C 不能确定是否大于D 小于6、多层间壁传热时，各层的温度降与各相应层的热阻_____。

AA 成正比B 成反比C 没关系7、在列管换热器中，用饱和蒸汽加热空气，下面两项判断是否正确： A甲、传热管的壁温将接近加热蒸汽温度；乙、换热器总传热系数K将接近空气侧的对流给热系数。

第四章复习题1、 试简要说明对导热问题进行有限差分数值计算的基本思想与步骤。

2、 试说明用热平衡法建立节点温度离散方程的基本思想。

3、 推导导热微分方程的步骤和过程与用热平衡法建立节点温度离散方程的过程十分相似，为什么前者得到的是精确描述，而后者解出的确实近似解。

4、 第三类边界条件边界节点的离散那方程，也可用将第三类边界条件表达式中的一阶导数用差分公式表示来建立。

试比较这样建立起来的离散方程与用热平衡建立起来的离散方程的异同与优劣。

5．对绝热边界条件的数值处理本章采用了哪些方法？试分析比较之．6．什么是非稳态导热问题的显示格式？什么是显示格式计算中的稳定性问题？7．用高斯－塞德尔迭代法求解代数方程时是否一定可以得到收敛德解？不能得出收敛的解时是否因为初场的假设不合适而造成？8．有人对一阶导数()()()221,253x t t t xti n i n i n in ∆-+-≈∂∂++你能否判断这一表达式是否正确，为什么？ 一般性数值计算4-1、采用计算机进行数值计算不仅是求解偏微分方程的有力工具，而且对一些复杂的经验公式及用无穷级数表示的分析解，也常用计算机来获得数值结果。

试用数值方法对Bi=0.1,1,10的三种情况计算下列特征方程的根:)6,2,1( =n n μ3,2,1,tan ==n Binn μμ并用计算机查明，当2.02≥=δτa Fo 时用式（3-19）表示的级数的第一项代替整个级数（计算中用前六项之和来替代）可能引起的误差。

Bi n n =μμtanFo=0.2及0.24时计算结果的对比列于下表：4-2、试用数值计算证实，对方程组⎪⎭⎪⎬⎫⎪⎩⎪⎨⎧=++=++=-+5223122321321321x x x x x x x x x用高斯-赛德尔迭代法求解，其结果是发散的，并分析其原因。

解：将上式写成下列迭代形式()()⎪⎭⎪⎬⎫⎪⎩⎪⎨⎧--=-+=--=2131323213212/1252/1x x x x x x x x x假设3,2x x 初值为0，迭代结果如下：迭代次数012341x 02.52.6252.093752.6328125 2x 0-0.750.4375-1.1718751.261718253x 01.25-0.06252.078125-0.89453125显然，方程迭代过程发散因为迭代公式的选择应使每一个迭代变量的系数总大于或等于式中其他变量的系数绝对值代数和。

《传热学》（第五版）第0章-第3 章习题解答第0章 绪论0-4、解答题略。

0-6 答:对流换热和对流不是同一现象.热对流是指:若流体有宏观运动，且内部存在温差，则由于流体各部分之间发生相对位移，冷热流体相互掺混而产生的热量传递现象，简称对流.如热空气往上升时,把热量传给上部空间的冷空气的流动属于对流.对流换热是指流体在与它温度不同的壁面上流动时，二者之间（流体与壁面之间）产生的热量交换现象。

它是导热与热对流同时存在的复杂热传递过程。

如暖气片周围的空气受热后,沿着教室墙壁的流动;热水在热力管道内的流动等属于对流换热.0-6 答:首先,冬季和夏季的最大区别在于室外温度的不同.夏季室外温度比室内温度高,因此通过墙壁的热量传递是由室外传向室内.而冬季室外气温比较比室内低, 通过墙壁的热量传递是由室内传向室外.因此冬季和夏季墙壁内表面的温度不同,夏季高而冬季低.因此人体在冬季通过辐射而与墙壁的散热比夏季高很多.人对冷暖感觉的衡量指标是散热量的大小而不是温度的高低,即当人体散热量少时感到热, 人体散热量多时感到冷.拉上窗帘后顿觉暖和,是因为窗帘起到了保温层的作用,减少了通过窗户向外散失的热量,故顿觉暖和!0-9 答:真空玻璃夹层:阻止热传导和对流换热;夹层内镀银:反射辐射热;热量如何通过瓶胆传到外界: 略瓶胆的玻璃尖嘴打破变得很差,因为空气进入夹层后,会由于空气与瓶胆壁面之间的对流换热而引起热量散失. 0-13：解： 61.0124161.036.08711121=++=++=h h R k λδ(m 2·K)/W 64.1610.011===k R k W/(m 2·K) 92.45)1018(64.1)(21=+=-=f f t t k q W/m 2 ∵)(111w f t t h q -= ∴47.178792.4518111=-=-=h q t t f w ℃ 又∵)(222f w t t h q -= ∴63.912492.4510222-=+-=+=h q t t f w ℃38.292.45⨯⨯==ΦqA =385.73 W0-14：解：4104.723452.0-⨯=⨯⨯==A R A λδ K/W (面积为A 2的平板表面上的热阻) 3104.4452.0-⨯===λδR (m 2·K)/W （单位面积热阻）431007.3104.4150285⨯=⨯-=∆=-R t q W/m 2 541084.161007.3⨯≈⨯⨯==ΦqA W0-15：解： ∵)(f w t t h q -= ∴15573511085=+=+=h q t t f w ℃ W7.20065.214.31050511023=⨯⨯⨯⨯=⋅⋅==Φ-lR q qA π0-17：解： （1）012.0851500011121=+=+=h h R (m 2·K)/W 3.83012.011===R k W/(m 2·K) 90963624)45500(3.83=⨯-⨯=∆=ΦtA k W（2）92820024)45500(85'=⨯-⨯=∆=ΦtA k W误差%2909636909636928200%100'≈-=⨯ΦΦ-Φ=ε （3）可以忽略，因为厚度很小，金属的导热系数较大，则导热热阻λδ很小。

第四章 传 热一．填空1.传热的基本方式有 、 、 三种。

2.导热系数的大小反映了物质 的大小。

一般来说， 的导热系数最大， 次之， 最小。

3.有两种不同的固体材料，它们的导热系数第一种为λ1》第二种为 λ2，若作为换热器材料，应选用_________种；当作为保温材料时，应选用__________种。

3.由多层等厚平壁构成的导热壁面中，所用材料的导热系数愈大，则该壁面的热阻愈 ，其两侧的温差愈 。

7.有一个稳定导热的两层平壁，A 层厚10cm 。

导热系数30W/m ℃，B 层厚10mm ，导热系数0.3W/m ℃，A 层导热推动 B 层导热推动力。

4.厚度不同的三种材料构成三层平壁，各层接触良好，已知δ1>δ2>δ3，导热系数λ1<λ2<λ3，在稳定传热过程中，各层的热阻 ，各层导热速率 。

5.在无相变的对流传热过程中，热阻主要集中在 ，减少热阻的最有效措施是 。

6.水在管内作湍流流动，若使流速提高到原来的2倍，则其对流传热系数约为原来的 倍；其他不变，管径改为原来的1/2，则其对流传热系数约为原来的 倍。

（设条件改变后仍在湍流范围）7.苯在内径为20 mm 的圆形直管中作湍流流动，对流传热系数为1270 W/（m 2·℃）。

如果流量和物性不变，改用内径为30 mm 的圆管，其对流传热系数将变为 W/（m 2·℃）。

（对流传热系数α的计算公式为：n d(Pr)(Re)023.08.0λα=）8.在传热实验中用饱和水蒸汽加热空气，总传热系数K 接近于 侧的对流传热系数，而壁温接近于 侧流体的温度值。

（饱和水蒸气、空气）9. 导热系数的单位为 ，对流传热系数的单位为 ，总传热系数的单位为 。

10.一侧流体恒温，一侧流体变温时，△t m 并 △t m 逆。

11.换热器中流体的相对流动方向有四种类型： 、 、 和 。

12.若管壁较薄，壁阻和污垢热阻忽略不计，α1＞＞α2，则K ≈ 。

第四章 传热 习题 解答一、选择题：1、关于传热系数K 下述说法中错误的是（ ）A 、传热过程中总传热系数K 实际是个平均值；B 、总传热系数K 随着所取的传热面不同而异；C 、总传热系数K 可用来表示传热过程的强弱，与冷、热流体的物性无关；D 、要提高K 值，应从降低最大热阻着手 答案：C2、在确定换热介质的流程时，通常走管程的有（ ），走壳程的有（ ）。

Ａ、高压流体； Ｂ、蒸汽； Ｃ、易结垢的流体； Ｄ、腐蚀性流体；Ｅ、粘度大的流体； Ｆ、被冷却的流体； 答案：Ａ、Ｃ、Ｄ； Ｂ、Ｅ、Ｆ 冷热流体流动通道的选择a 、不洁净或易结垢的液体宜在管程，因管内清洗方便，但U 形管式的不宜走管程；b 、腐蚀性流体宜在管程，以免管束和壳体同时受到腐蚀；c 、压力高的流体宜在管内，以免壳体承受压力；d 、饱和蒸汽宜走壳程，饱和蒸汽比较清洁，而且冷凝液容易排出；e 、被冷却的流体宜走壳程，便于散热；f 、若两流体温差大，对于刚性结构的换热器，宜将给热系数大的流体通入壳程，以减小热应力；g 、流量小而粘度大的流体一般以壳程为宜，因在壳程100 Re 即可达到湍流。

但这不是绝对的，如果流动阻力损失允许，将这种流体通入管内并采用多管程结构，反而会得到更高的给热系数。

以上各点常常不可能同时满足，而且有时还会相互矛盾，故应根据具体情况，抓住主要方面，作出适宜的决定。

3、影响对流传热系数的因素有( )。

A 、产生对流的原因；B 、流体的流动状况；C 、流体的物性；D 、流体有无相变；E 、壁面的几何因素 答案:A 、B 、C 、D 、E4、对下述几组换热介质，通常在列管式换热器中K 值从大到小正确的排列顺序应是（ ）。

A 、②>④>③>①；B 、③>④>②>①；C 、③>②>①>④；D 、②>③>④>①；冷流体 热流体 ① 水 气 体 ②水沸腾 水蒸气冷凝 ③ 水 水④ 水 轻油 答案：D5、为了在某固定空间造成充分的自然对流，有下面两种说法：①加热器应置于该空间的上部；②冷凝器应置于该空间的下部；正确的结论应该是（ ）。