传热学(第四版)例题

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σα22x A ，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：=∂∆∂-=yyt th λ（5—4）)()(f w t t h h t-=∂∂-λ （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λ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：x xRe 1~δ解：对于流体外标平板的流动，其动量方程为：221xy u v dx d y u v x y u ∂+-=∂∂+∂∂ρρ 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δ则有2211111111δρδδv +⨯-=⨯+⨯ 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v 必须是2δ量级。

传热试卷一、判断题（每题2分，共10分）1、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提高（√）2、同名准则数相等，两种现象必相似。

（×）3、流体分别在较长的促管和习惯内做强制紊流对流换热，如果流速条件相等，则粗管内换热较大（√）4、根据流体流动的起因不同，把对流换热分为层流换热和湍流换热（×）5、沸腾的临界热流量q c是从不稳定膜态沸腾过渡到稳定膜态沸腾的转折点。

（×）二、简答题（每题8分，共40分）1、简述导热微分方程的三类定解条件答：第一类：规定了边界上的温度；第二类：规定了边界上的热流密度；第三类：规定了物体与周围流体间的表面传热系数h及周围流体的温度。

2、试用简明语言说明边界层的特点及引入边界层的意义。

答：特点1）流动边界层厚度δ<<l 2)有层流紊流，且紊流区有层流底层3）边界层内的速度梯度很大4）分为主流层区和边界层去意义1）缩小研究区域2）简化微分方程3、使用特征数方程时应注意哪些问题答：（1）特征长度应该按该准则式规定的方式选取（2）特征速度应该按规定方式计算（3）定性温度应该按该准则式规定的方式选取（4）准则方程不能任意推广到得到该方程的实验参数的范围以外。

4、简述沿热竖壁自然对流局部系数变化原因答：层流厚度增加，h减小；逐渐变为湍流，h增加；旺盛湍流h几乎为常量5、非稳态导热正规与非正规的区别在哪里？请用文字和数学语言描述答：正规温度分布受热边界条件的影响,oF≥0,.2；非正规温度分布受初始温度分布的影响,≤0.2三、计算题（共50分）1、（10分）一砖墙的表面积为12，厚为260mm，平均导热系数为1.5W/（m.K）。

设面向室内的表面温度为25℃，而外表面温度为-5℃，试确定次砖墙向外界散失的热量。

解：根据傅立叶定律有：2、（12分）某一瞬间，一无内热源的无限大平板中的温度分布可以表示成t 1=c1x2+c2的形式，其中c1、c2为已知的常数，试确定：ft oF2mWtA9.207626.05)(25125.1=--⨯⨯=∆=Φδλ（1） 此时刻在x=0的表面处的热流密度（2） 此时刻平板平均温度随时间的变化率，物性已知且为常数。

《传热学》课后习题答案（第四版）第1章1-3 解：电热器的加热功率： kW W tcm QP 95.16.195060)1543(101000101018.4633==-⨯⨯⨯⨯⨯=∆==-ττ 15分钟可节省的能量：kJ J t cm Q 4.752752400)1527(15101000101018.4633==-⨯⨯⨯⨯⨯⨯=∆=-1-33 解：W h h t t A w f 7.45601044.02.061)]10(2[6311)(2121=++--⨯=++-=Φλδ 如果取K m W h ./3022=，则 W h h t t A w f 52.45301044.02.061)]10(2[6311)(2121=++--⨯=++-=Φλδ 即随室外风力减弱，散热量减小。

但因墙的热阻主要在绝热层上，室外风力变化对散热量的影响不大。

第2章2-4 解：按热平衡关系有：)(1222121f w B B A A w f t t h h t t -=++-λδλδ，得：)2550(5.906.01.025*******-=++-B B δδ，由此得：,0794.0,0397.0m m A B ==δδ 2-9 解：由0)(2121=+=w w m t t t ℃从附录5查得空气层的导热系数为K m W ⋅/0244.0空气λ 双层时：W t t A w w s 95.410244.0008.078.0006.02)]20(20[6.06.02)(21=+⨯--⨯⨯=+-=Φ空气空气玻璃玻璃λδλδ单层时：W t t A w w d 187278.0/006.0)]20(20[6.06.0/)(21=--⨯⨯=-=Φ玻璃玻璃λδ 两种情况下的热损失之比：)(6.4495.411872倍==ΦΦs d题2-15解：这是一个通过双层圆筒壁的稳态导热问题。

由附录4可查得煤灰泡沫砖的最高允许温度为300℃。

第一章1-1夏天的早晨，一个大学生离开宿舍时的温度为20℃。

他希望晚上回到房间时的温度能够低一些，于是早上离开时紧闭门窗，并打开了一个功率为15W 的电风扇，该房间的长、宽、高分别为5m 、3m 、2.5m 。

如果该大学生10h 以后回来，试估算房间的平均温度是多少？ 解：因关闭门窗户后，相当于隔绝了房间内外的热交换，但是电风扇要在房间内做工产生热量：为J 54000036001015＝⨯⨯全部被房间的空气吸收而升温，空气在20℃时的比热为：1.005KJ/Kg.K,密度为1.205Kg/m 3,所以89.11005.1205.15.235105400003=⨯⨯⨯⨯⨯=∆-t当他回来时房间的温度近似为32℃。

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：1-3淋浴器的喷头正常工作时的供水量一般为每分钟31000cm 。

冷水通过电热器从15℃被加热到43℃。

试问电热器的加热功率是多少？为了节省能源，有人提出可以将用过后的热水（温度为38℃）送入一个换热器去加热进入淋浴器的冷水。

如果该换热器能将冷水加热到27℃，试计算采用余热回收换热器后洗澡15min 可以节省多少能源？ 解：1-4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为热传导。

（b ）热量交换的方式主要有热传导和自然对流。

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。

1-5 一个内部发热的圆球悬挂于室内，对于附图所示的三种情况，试分析：（1）圆球表面散热的方式；（2）圆球表面与空气之间的换热方式。

1. 传热：是指热能的传递(从空间一个位置传递到另一个位置）过程，即在温差作用下物质中发生的热量传递过程。

2. 传热学：研究热量传递规律的一门学科。

3. 热传导：温度不同的物体各部分或温度不同的两物体间直接接触时，依靠分子、原子及自由电子等微观粒子热运动而进行的热量传递现象。

4. dx dt A q λ-=Φ=Φ－热流量，单位Wq －热流密度，通过单位面积的热流量，单位W/m2“-”：热量传递方向指向温度降低方向，与温度升高方向相反A ：垂直于热量传递方向的截面面积，单位m2λ：导热系数，物性参数，取决于物质的热力状态，单位 W/(K •m)单位温度梯度作用下的物体内所产生的热流量，标量，表征物体导热本领的大小5. 热对流：流体各部分之间发生相对位移时，冷热流体相互掺混所引起的热量传递过程。

6. q=Φ/A=h ∆tA －与流体接触的壁面面积h －表面传热系数，单位W/(m2·K)，表征对流换热过程的强弱，是过程量－与很多因素有关(流体种类，表面形状，流体速度大小等)。

7. 1/Ah 是对流换热的热阻，Aλδ是导热热阻 8. 温度场：物体中各点温度值所组成的集合9. 同一瞬间温度相等的各点连成的线或面称为等温线或等温面10. 温度梯度：指向变化最剧烈的方向11. 导热基本定律（傅立叶定律）：在导热现象中，单位时间内通过给定截面的热量，正比于垂直于该截面方向上的温度梯度和截面面积，方向与温度梯度相反。

一般表达式：→→→∂∂-=-=Φ=n n t gradt A λλq 12. 热扩散率：a=cρλ，m2/s ，物性参数，物体向与其接触的低温物体散热的能力。

λ越大，一定时间内可传递更多热量，ρc 越小，温度上升1度所需热量越少。

13. 吸热系数：λρc ，物体向与其接触的高温物体吸热的能力。

14. 圆筒：t=t1+(t2—t1))1/2ln()1/ln(r r r r R=l r r πλ2)1/2(ln 15. 套管：m=CA P λh P=d π δπd =C A16. 集中参数法：Bi=≤λ)/(h A V 0.1 Fo=2)/(A V a τhA cVρτ=c)o ex p()ex p(t 00F Bi cV hA t t t •-=-=--=∝∝τρθθ 17. 半无限大物体：①惰性时间：a 16x 2≤τ ②位置上：22x ≥τa 18. 流动边界层：当流体流过固体壁面时，由于流体粘性的作用,使得在固体壁面附近存在速度发生剧烈变化的薄层。