传热学2章稳态导热总结问答题及答案
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一、名词解释稳态温度场:物体内各点温度不随时间变化的温度场。
等温面 :温度场中同一瞬间温度相同点组成的面。
热扩散率(或导温系数):表征物体内部温度趋于一致的能力,为cρλα= 肋效率:肋片的实际散热量与假设整个肋片表面处于肋基温度下的散热量之比。
二、解答题和分析题1.写出傅里叶定律的一般形式的数学表达式,并说明其中各个符号的意义。
答:傅里叶的一般表达式为:n nt gradt q ∂∂-=-=λλ。
其中:q 是热流密度矢量;λ为导热系数,它表示物质导热本领的大小;gradt 是空间某点的温度梯度;n 是通过该点的等温线上的法向单位矢量,指向温度升高的方向,“-”号表示热量沿温度降低的方向传递。
2、写出傅里叶定律的文字表达式。
答:在导热中,单位时间内通过给定截面面积的导热量,正比于垂直该截面方向上的温度变化率和截面面积,而热量传递的方向则与温度升高的方向相反。
3、等温面与等温线的特点,不同温度的等温面(线)能相交不?答:1) 温度不同的等温面或等温线彼此不能相交;2) 在连续的温度场中,等温面或等温线不会中断,它们或者是物体中完全封闭的曲面(曲线),或者就终止与物体的边界上;3)物体的温度场通常用等温面或等温线表示,若每条等温线间的温度间隔相等时,等温线越密反映出该区域导热热流密度的越大。
不同温度的等温面(线)不能相交4.得出导热微分方程所依据的是什么基本定律?答:傅里叶定律和能量守恒定律。
5.解释材料的导热系数λ和导温系数α之间的区别和联系? (或热扩散率α的定义及物理意义。
)答:从表达式看,导温系数c ρλ/a =与导热系数成正比关系,但导温系数不但与材料的导热系数有关,还与材料的热容量(或储热能力)也有关;从物理意义看,导热系数表征材料导热能力的强弱,导温系数表征材料传播温度变化的能力的大小,两者都是物性参数。
6.将一根铁棒一端置于火炉中,另一端很快烫手,而在冬天将手置于温度相同的铁板或木板上时,铁板感觉更冰凉一些,用传热学的知识解释这些原因。
第二章传热答案【篇一:传热学第二章答案第四版-杨世铭-陶文铨】p> 1 试写出导热傅里叶定律的一般形式,并说明其中各个符号的意义。
?t??q=-?gradt???n?x,其中:gradt为空间某点的温答:傅立叶定律的一般形式为: ??qn度梯度;是通过该点的等温线上的法向单位矢量,指向温度升高的方向;为该处的热流密度矢量。
2 已知导热物体中某点在x,y,z三个方向上的热流密度分别为qx,qy及qz,如何获得该点的热密度矢量????????q?q?i?q?j?q?kxyz答:,其中i,j,k分别为三个方向的单位矢量量。
3 试说明得出导热微分方程所依据的基本定律。
答:导热微分方程式所依据的基本定律有:傅立叶定律和能量守恒定律。
4 试分别用数学语言将传热学术语说明导热问题三种类型的边界条件。
答:①第一类边界条件:??0时,tw?f1(?)②第二类边界条件:??0时??(??(?t)w?f2(?)?x③第三类边界条件:5 试说明串联热阻叠加原则的内容及其使用条件。
答:在一个串联的热量传递过程中,如果通过每个环节的热流量都相同,则各串联环节的总热阻等于各串联环节热阻的和。
使用条件是对于各个传热环节的传热面积必须相等。
7.通过圆筒壁的导热量仅与内、外半径之比有关而与半径的绝对值无关,而通过球壳的导热量计算式却与半径的绝对值有关,怎样理解?答:因为通过圆筒壁的导热热阻仅和圆筒壁的内外半径比值有关,而通过球壳的导热热阻却和球壳的绝对直径有关,所以绝对半径不同时,导热量不一样。
6 发生在一个短圆柱中的导热问题,在下列哪些情形下可以按一维问题来处理?答:当采用圆柱坐标系,沿半径方向的导热就可以按一维问题来处理。
8 扩展表面中的导热问题可以按一维问题来处理的条件是什么?有人认为,只要扩展表面细长,就可按一维问题来处理,你同意这种观点吗?答:只要满足等截面的直肋,就可按一维问题来处理。
不同意,因为当扩展表面的截面不均时,不同截面上的热流密度不均匀,不可看作一维问题。
第二章3.导热系数为常数的无内热源的平壁稳态导热过程,试问,若平壁两侧给定边界条件Tw1和Tw2,为什么这一导热过程的温度分布与平壁的材料无关?相同的平壁厚度,不同的平壁材料,仍给定第一类边界条件,热流密度是否相同? (1)温度分布为 121w w w t t t t x δ-=-(设12w w t t >)其与平壁的材料无关的根本原因在coust λ=(即常物性假设),否则t 与平壁的材料有关 (2)由 dtq dxλ=- 知,q 与平壁的材料即物性有关 6.同上题,若已知边界条件为第三类,即已知Tf1,h1,Tf2,h2.试倒通过空心球壁热量的计算公式和球壁的传热热阻。
9.某教室有一层厚度为240mm 的砖层和一厚度为20mm 的灰泥构层。
现安装空调设备,并在内表面加贴一层硬泡某塑料,是导入室内的热量比原来少了80%。
已知砖的导热系数λ=0.7W/(m*k),灰泥为λ=0.58W/(m*k),硬泡某塑料的导热系数为λ=0.06W/(m*k),试求出硬泡某塑料厚度。
已知:12240,20mm mmδδ==,120.7/(),0.58/()W m k W m k λλ=⋅=⋅3210.06/(),0.2W m k q q λ=⋅= 求:3δ解: 设两种情况下的内外面墙壁温度12w w t t 和保持不变,且12w w t t >由题意知:1211212w w t t q δδλλ-=+122312123ww t t q δδδλλλ-=++再由: 210.2q q =,有121231212121230.2w w w w t t t t δδδδδλλλλλ--=+++221313212tw 1tw 2q 11λ12λ23λ3得: 123312240204()40.06()90.60.70.58mm δδδλλλ=+=⨯⨯+= 12.已测得三层平壁的壁面温度为Tw1,Tw2,Tw3和Tw4依次为600℃,480℃,200℃和60℃,再稳态情况下,试问各层导热热阻在总热阻中所占的比例为多少?1600w t =℃,2480w t =℃,3200w t =℃,460w t =℃求:123,,R R R R R R λλλλλλ解:由题意知其为多层平壁的稳态导热 故有: 14122334123w w w w w w w w t t t t t t t t q R R R R λλλλ----==== ∴112146004800.2260060w w w w R t t R t t λλ--===-- 223144802000.5260060w w w w R t t R t t λλ--===--33414200600.2660060w w w w R t t R t t λλ--===-- 15.如图,一刚进混泥土空斗强,刚进混泥土的导热系数为λ=1.52W/(m*k),空气层的当量导热系数为λ=0.742W/(m*k)。
第一章 绪论1.试用简练的语言说明导热,对流传热及辐射传热三种热传递方式之间的联系和区别。
答:导热和对流的区别在于:物体内部依靠微观粒子的热运动而产生的热量传递现象,称为导热;对流则是流体各部分之间发生宏观相对位移及冷热流体的相互掺混。
联系是:在发生对流换热的同时必然伴生有导热。
导热、对流这两种热量传递方式,只有在物质存在的条件下才能实现,而辐射可以在真空中传播,辐射换热时不仅有能量的转移还伴有能量形式的转换。
辐射传热由于黑体的辐射力与其热力学温度的四次方成正比,高温时显得尤为重要。
2.以热流密度表示的傅立叶定律、牛顿冷却公式及斯忒藩-玻尔兹曼定律是应当熟记的传热学基本公式。
试写出这三个公式并说明其中每个符号的意义。
答:傅里叶定律:t A xλ∂Φ=-∂ Φ:导热热量,单位:Wλ:导热系数,单位:()/W m K ⋅A :平板面积,单位:2mt x∂∂:温度沿x 方向的变化率,单位:/K m ,/C m ︒ “-”:表示热量传递方向与温度升高方向相反牛顿冷却公式:(1)加热时()w f hA t t Φ=-(2)冷却时()f w hA t t Φ=-Φ:导热热量,单位:Wh :表面传热系数,单位:()2/W m K ⋅A :平板面积,单位:2mf t :流体温度,单位:K ,C ︒w t :壁面温度,单位:K ,C ︒斯忒藩-玻尔兹曼定律:4A T σΦ=Φ:导热热量,单位:WA :辐射表面积,单位:2mσ:斯忒藩-玻尔兹曼常量,即黑体辐射常数,值为()8245.6710/W m K -⨯⋅ T :黑体的热力学温度,单位:K ,C ︒3.导热系数、表面传热系数及传热系数的单位各是什么?哪些是物性参数,哪些与过程有关?答: 导热系数的单位是:W/(m.K);表面传热系数的单位是:W/(m 2.K);传热系数的单位是:W/(m 2.K)。
这三个参数中,只有导热系数是物性参数,其它均与过程有关。
4.当热量从避免一侧的流体穿过壁面传给另一侧的流体时,冷热流体之间的换热量可以通过其中任何一个环节来计算(过程是稳态的),但本章中又引入了传热方程式,并说它是“换热器热工计算的基本公式”。
绪论思考题与习题(89P -)答案:1.冰雹落体后溶化所需热量主要是由以下途径得到: Q λ—— 与地面的导热量 f Q ——与空气的对流换热热量注:若直接暴露于阳光下可考虑辐射换热,否则可忽略不计。
2.略 3.略 4.略 5.略6.夏季:在维持20℃的室内,人体通过与空气的对流换热失去热量,但同时又与外界和内墙面通过辐射换热得到热量,最终的总失热量减少。
(T T 〉外内)冬季:在与夏季相似的条件下,一方面人体通过对流换热失去部分热量,另一方面又与外界和内墙通过辐射换热失去部分热量,最终的总失热量增加。
(T T 〈外内)挂上窗帘布阻断了与外界的辐射换热,减少了人体的失热量。
7.热对流不等于对流换热,对流换热 = 热对流 + 热传导 热对流为基本传热方式,对流换热为非基本传热方式 8.门窗、墙壁、楼板等等。
以热传导和热对流的方式。
9.因内、外两间为真空,故其间无导热和对流传热,热量仅能通过胆壁传到外界,但夹层两侧均镀锌,其间的系统辐射系数降低,故能较长时间地保持热水的温度。
当真空被破坏掉后,1、2两侧将存在对流换热,使其保温性能变得很差。
10.t R R A λλ=⇒ 1t R R A λλ==2218.331012m --=⨯11.q t λσ=∆ const λ=→直线 const λ≠ 而为λλ=(t )时→曲线 12、略13.解:1211t q h h σλ∆=++=18(10)45.9210.361870.61124--=++2W m111()f w q h t t =-⇒ 11137.541817.5787w f q t t h =-=-=℃ 222()w f q h t t =-⇒ 22237.54109.7124w f q t t h =+=-+=-℃ 45.92 2.83385.73q A W φ=⨯=⨯⨯= 14. 解:40.27.407104532t K R W A HL λσσλλ-====⨯⨯⨯30.24.4441045t R λσλ-===⨯2m K W • 3232851501030.44.44410t KW q m R λ--∆-==⨯=⨯ 3428515010182.37.40710t t KW R λφ--∆-==⨯=⨯ 15.()i w f q h t h t t =∆=-⇒i w f qt t h=+51108515573=+=℃0.05 2.551102006.7i Aq d lq W φππ===⨯⨯=16.解:12441.2 1.2()()100100w w t t q c ⎡⎤=-⎢⎥⎣⎦44227350273203.96()()139.2100100W m ++⎡⎤=⨯-=⎢⎥⎣⎦12''441.21.2()()100100w w t t qc ⎡⎤=-⎢⎥⎢⎥⎣⎦442273200273203.96()()1690.3100100W m ++⎡⎤=⨯-=⎢⎥⎣⎦'21.2 1.2 1.21690.3139.21551.1Wq q q m ∆=-=-=17.已知:224A m =、215000()Wh m K =•、2285()Wh m K =•、145t =℃2500t =℃、'2285()Wk h m K ==•、1mm σ=、398λ=()W m K •求:k 、φ、∆解:由于管壁相对直径而言较小,故可将此圆管壁近似为平壁 即:12111k h h σλ=++=3183.5611101500039085-=⨯++2()W m k • 383.5624(50045)10912.5kA t KW φ-=∆=⨯⨯-⨯= 若k ≈2h'100k k k -∆=⨯%8583.561.7283.56-==% 因为:1211h h ,21h σλ 即:水侧对流换热热阻及管壁导热热阻远小于燃气侧对流换热热阻,此时前两个热阻均可以忽略不记。
传热学第2章答案第二章思考题1 试写出导热傅里叶定律的一般形式,并说明其中各个符号的意义。
答:傅立叶定律的一般形式为:nx t gradt q-=λλ=-,其中:gradt 为空间某点的温度梯度;n是通过该点的等温线上的法向单位矢量,指向温度升高的方向;q 为该处的热流密度矢量。
2 已知导热物体中某点在x,y,z 三个方向上的热流密度分别为y x qq ,及z q ,如何获得该点的热密度矢量?答:k q j q i q q z y x+?+?=,其中k j i ,,分别为三个方向的单位矢量量。
3 试说明得出导热微分方程所依据的基本定律。
答:导热微分方程式所依据的基本定律有:傅立叶定律和能量守恒定律。
4 试分别用数学语言将传热学术语说明导热问题三种类型的边界条件。
答:① 第一类边界条件:)(01ττf t w =>时,② 第二类边界条件:)()(02τλτf xt w =??->时③ 第三类边界条件:)()(f w w t t h x t-=??-λ5 试说明串联热阻叠加原则的内容及其使用条件。
答:在一个串联的热量传递过程中,如果通过每个环节的热流量都相同,则各串联环节的总热阻等于各串联环节热阻的和。
使用条件是对于各个传热环节的传热面积必须相等。
7.通过圆筒壁的导热量仅与内、外半径之比有关而与半径的绝对值无关,而通过球壳的导热量计算式却与半径的绝对值有关,怎样理解?答:因为通过圆筒壁的导热热阻仅和圆筒壁的内外半径比值有关,而通过球壳的导热热阻却和球壳的绝对直径有关,所以绝对半径不同时,导热量不一样。
6 发生在一个短圆柱中的导热问题,在下列哪些情形下可以按一维问题来处理?答:当采用圆柱坐标系,沿半径方向的导热就可以按一维问题来处理。
8 扩展表面中的导热问题可以按一维问题来处理的条件是什么?有人认为,只要扩展表面细长,就可按一维问题来处理,你同意这种观点吗?答:只要满足等截面的直肋,就可按一维问题来处理。
第一章思考题1. 试用简练的语言说明导热、对流换热及辐射换热三种热传递方式之间的联系和区别。
答:导热和对流的区别在于:物体内部依靠微观粒子的热运动而产生的热量传递现象,称为导热;对流则是流体各部分之间发生宏观相对位移及冷热流体的相互掺混。
联系是:在发生对流换热的同时必然伴生有导热。
导热、对流这两种热量传递方式,只有在物质存在的条件下才能实现,而辐射可以在真空中传播,辐射换热时不仅有能量的转移还伴有能量形式的转换。
2. 以热流密度表示的傅立叶定律、牛顿冷却公式及斯忒藩-玻耳兹曼定律是应当熟记的传热学公式。
试写出这三个公式并说明其中每一个符号及其意义。
答:① 傅立叶定律:dx dt q λ-=,其中,q -热流密度;λ-导热系数;dx dt -沿x 方向的温度变化率,“-”表示热量传递的方向是沿着温度降低的方向。
② 牛顿冷却公式:)(f w t t h q -=,其中,q -热流密度;h -表面传热系数;w t -固体表面温度;f t -流体的温度。
③ 斯忒藩-玻耳兹曼定律:4T q σ=,其中,q -热流密度;σ-斯忒藩-玻耳兹曼常数;T -辐射物体的热力学温度。
3. 导热系数、表面传热系数及传热系数的单位各是什么?哪些是物性参数,哪些与过程有关?答:① 导热系数的单位是:W/(m.K);② 表面传热系数的单位是:W/(m 2.K);③ 传热系数的单位是:W/(m 2.K)。
这三个参数中,只有导热系数是物性参数,其它均与过程有关。
4. 当热量从壁面一侧的流体穿过壁面传给另一侧的流体时,冷、热流体之间的换热量可以通过其中任何一个环节来计算(过程是稳态的),但本章中又引入了传热方程式,并说它是“换热器热工计算的基本公式”。
试分析引入传热方程式的工程实用意义。
答:因为在许多工业换热设备中,进行热量交换的冷、热流体也常处于固体壁面的两侧,是工程技术中经常遇到的一种典型热量传递过程。
5. 用铝制的水壶烧开水时,尽管炉火很旺,但水壶仍然安然无恙。
第一章 导热理论基础1. 按20℃时,铜、碳钢(1.5%C )、铝和黄铜导热系数的大小,排列它们的顺序;隔热保温材料导热系数的数值最大为多少?列举膨胀珍珠岩散料、矿渣棉和软泡沫塑料导热系数的数值。
答:铜>铝>黄铜>碳钢;隔热保温材料导热系数最大值为0.12W/(m •K )膨胀珍珠岩散料:25℃ 60-300Kg/m 3 0.021-0.062 W/(m •K ) 矿渣棉: 30℃ 207 Kg/m 3 0.058 W/(m •K )软泡沫塑料: 30℃ 41-162 Kg/m 3 0.043-0.056 W/(m •K ) 2. 推导导热微分方程式的已知前提条件是什么? 答:导热物体为各向同性材料。
3.(1)m k xt /2000=∂∂ , q=-2×105(w/m 2). (2)m k xt /2000-=∂∂, q=2×105(w/m 2). 4. (1),00==x q 3109⨯==δx q w/m 2 (2) 5108.1⨯=νq w/m 35. 已知物体的热物性参数是λ、ρ和c ,无内热源,试推导圆柱坐标系的导热微分方程式。
答:2222211[()]t t t t a r r r r r z τφ∂∂∂∂∂=++∂∂∂∂∂ 6. 已知物体的热物性参数是λ、ρ和c ,无内热源,试推导球坐标系的导热微分方程式。
答:2222222111[()(sin )]sin sin t t t ta r r r r r r θτθθθθϕ∂∂∂∂∂∂=++∂∂∂∂∂∂ 7. 一半径为R的实心球,初始温度均匀并等于t 0,突然将其放入一温度恒定并等于t f 的液体槽内冷却。
已知球的热物性参数是λ、ρ和c ,球壁表面的表面传热系数为h ,试写出描写球体冷却过程的完整数学描述。
答:2201[()],0,00,0,0,,()f r R r Rt t r r R c r r r r R t t tr R h t t rλττρττλ==∂∂∂=><<∂∂∂=≤≤=∂>=-=-∂8. 从宇宙飞船伸出一根细长散热棒,以辐射换热将热量散发到外部空间去,已知棒的发射率(黑度)为ε,导热系数为λ,棒的长度为l ,横截面面积为f ,截面周长为U,棒根部温度为T0。
传热学问答题答案传热学问答题答案第一章思考题1・试用简练的语言说明导热、对流换热及辐射换热三种热传递方式之间的联系和区别。
答:导热和对流的区别在于:物体内部依靠微观粒子的热运动而产生的热量传递现象,称为导热;对流则是流体各部分之间发生宏观相对位移及冷热流体的相互掺混。
联系是:在发生对流换热的同时必然伴生有导热。
导热、对流这两种热量传递方式,只有在物质存在的条件下才能实现,而辐射可以在真空中传播,辐射换热时不仅有能量的转移还伴有能量形式的转换。
2.以热流密度表示的傅立叶定律、牛顿冷却公式及斯忒藩一玻耳兹曼定律是应当熟记的传热学公式。
试写出这三个公式并说明其中每一个符号及其意义。
答:①傅立叶定律:向的温度变化率,“一”表示热量传递的方向是沿着温度降低的方向。
②牛顿冷却公式:—固体表而温度;qdtdtdx,其中,q —热流密度;一导热系数;dx —沿x方,其中,q —热流密度;h—表而传热系数;4qh(twtf)twtf —流体的温度。
③斯忒藩一玻耳兹曼定律:qT, 其中,q—热流密度;一斯忒藩一玻耳兹曼常数;T—辐射物体的热力学温度。
3.导热系数、表面传热系数及传热系数的单位各是什么?哪些是物性参数,哪些与过程有关?2答:①导热系数的单位是:W/(m.K);②表面传热系数的单位是:W/(m.K);③传热2系数的单位是:W/(m. K) o这三个参数中,只有导热系数是物性参数,其它均与过程有关。
4.当热量从壁面一侧的流体穿过壁面传给另一侧的流体时,冷、热流体之间的换热量可以通过其中任何一个环节来计算(过程是稳态的),但本章中又引入了传热方程式,并说它是“换热器热工计算的基本公式”。
试分析引入传热方程式的工程实用意义。
答:因为在许多工业换热设备中,进行热量交换的冷、热流体也常处于固体壁而的两侧,是工程技术中经常遇到的一种典型热量传递过程。
5.用铝制的水壶烧开水时,尽管炉火很旺,但水壶仍然安然无恙。
而一旦壶内的水烧干后,水壶很快就烧坏。
刘彦丰华北电力大学工程应用的两个基本目的:•能准确地预测所研究系统中的温度分布;•能准确地计算所研究问题中传递的热流。
要解决的问题:温度分布如何描述和表示?温度分布和导热的热流存在什么关系?如何得到导热体内部的温度分布?第二章导热基本定律及稳态导热刘彦丰华北电力大学本章内容简介2-1 导热基本定律2-2 导热微分方程式及定解条件2-3 通过平壁、圆筒壁、球壳和其它变截面物体的导热(一维稳态导热)2-4 通过肋片的导热分析2-5 具有内热源的导热及多维导热回答问题1和2回答问题3具体的稳态导热问题刘彦丰传热学Heat Transfer 华北电力大学一、温度分布的描述和表示像重力场、速度场等一样,物体中的温度分布称为温度场。
1、温度分布的文字描述和数学表示,如:在直角坐标系中非稳态温度场),,,(τz y x f t =稳态温度场),,(z y x f t =一维温度场二维温度场三维温度场)(x f t =),(τx f t =),(y x f t =),,(τy x f t =),,(z y x f t =),,,(τz y x f t =2-1 导热基本定律刘彦丰传热学Heat Transfer华北电力大学2、温度分布的图示法传热学Heat Transfer 2、温度分布的图示法等温线传热学Heat Transfer二、导热基本定律(傅立叶定律)1822年,法国数学家傅里叶(Fourier )在实验研究基础上,发现导热基本规律——傅里叶定律.法国数学家Fourier: 法国拿破仑时代的高级官员。
曾于1798-1801追随拿破仑去埃及。
后期致力于传热理论,1807年提交了234页的论文,但直到1822年才出版。
刘彦丰华北电力大学在导热现象中,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。
1、导热基本定律的文字表达:nntgradt q ∂∂−=−=λλ2、导热基本定律的数学表达:t+Δt tt-Δt刘彦丰华北电力大学3、意义已知物体内部的温度分布后,则由该定律求得各点的热流密度或热流量。
第一章思考题1. 试用简练的语言说明导热、对流换热及辐射换热三种热传递方式之间的联系和区别。
答:导热和对流的区别在于:物体内部依靠微观粒子的热运动而产生的热量传递现象,称为导热;对流则是流体各部分之间发生宏观相对位移及冷热流体的相互掺混。
联系是:在发生对流换热的同时必然伴生有导热。
导热、对流这两种热量传递方式,只有在物质存在的条件下才能实现,而辐射可以在真空中传播,辐射换热时不仅有能量的转移还伴有能量形式的转换。
2. 以热流密度表示的傅立叶定律、牛顿冷却公式及斯忒藩-玻耳兹曼定律是应当熟记的传热学公式。
试写出这三个公式并说明其中每一个符号及其意义。
答:①傅立叶定律:dx dt q λ-=,其中,q -热流密度;λ-导热系数;dx dt -沿*方向的温度变化率,"-”表示热量传递的方向是沿着温度降低的方向。
②牛顿冷却公式:)(f w t t h q -=,其中,q -热流密度;h -表面传热系数;w t -固体表面温度;f t -流体的温度。
③斯忒藩-玻耳兹曼定律:4T q σ=,其中,q -热流密度;σ-斯忒藩-玻耳兹曼常数;T -辐射物体的热力学温度。
3. 导热系数、表面传热系数及传热系数的单位各是什么?哪些是物性参数,哪些与过程有关?答:①导热系数的单位是:W/(m.K);②表面传热系数的单位是:W/(m 2.K);③传热系数的单位是:W/(m 2.K)。
这三个参数中,只有导热系数是物性参数,其它均与过程有关。
4. 当热量从壁面一侧的流体穿过壁面传给另一侧的流体时,冷、热流体之间的换热量可以通过其中任何一个环节来计算(过程是稳态的),但本章中又引入了传热方程式,并说它是"换热器热工计算的基本公式”。
试分析引入传热方程式的工程实用意义。
答:因为在许多工业换热设备中,进行热量交换的冷、热流体也常处于固体壁面的两侧,是工程技术中经常遇到的一种典型热量传递过程。
5. 用铝制的水壶烧开水时,尽管炉火很旺,但水壶仍然安然无恙。
绪论1.冰雹落地后,即慢慢融化,试分析一下,它融化所需的热量是由哪些途径得到的?答:冰雹融化所需热量主要由三种途径得到:a 、地面向冰雹导热所得热量;b 、冰雹与周围的空气对流换热所得到的热量;c 、冰雹周围的物体对冰雹辐射所得的热量。
2.秋天地上草叶在夜间向外界放出热量,温度降低,叶面有露珠生成,请分析这部分热量是通过什么途径放出的?放到哪里去了?到了白天,叶面的露水又会慢慢蒸发掉,试分析蒸发所需的热量又是通过哪些途径获得的?答:通过对流换热,草叶把热量散发到空气中;通过辐射,草叶把热量散发到周围的物体上。
白天,通过辐射,太阳和草叶周围的物体把热量传给露水;通过对流换热,空气把热量传给露水。
3.现在冬季室内供暖可以采用多种方法。
就你所知试分析每一种供暖方法为人们提供热量的主要传热方式是什么?填写在各箭头上。
答:暖气片内的蒸汽或热水对流换热暖气片内壁导热暖气片外壁对流换热和辐射室内空气对流换热和辐射人体;暖气片外壁辐射墙壁辐射人体电热暖气片:电加热后的油对流换热暖气片内壁导热暖气片外壁对流换热和辐射室内空气对流换热和辐射人体红外电热器:红外电热元件辐射人体;红外电热元件辐射墙壁辐射人体 电热暖机:电加热器对流换热和辐射加热风对流换热和辐射人体 冷暖两用空调机(供热时):加热风对流换热和辐射人体太阳照射:阳光辐射人体4.自然界和日常生活中存在大量传热现象,如加热、冷却、冷凝、沸腾、升华、凝固、融熔等,试各举一例说明这些现象中热量的传递方式?答:加热:用炭火对锅进行加热——辐射换热冷却:烙铁在水中冷却——对流换热和辐射换热凝固:冬天湖水结冰——对流换热和辐射换热沸腾:水在容器中沸腾——对流换热和辐射换热升华:结冰的衣物变干——对流换热和辐射换热冷凝:制冷剂在冷凝器中冷凝——对流换热和导热融熔:冰在空气中熔化——对流换热和辐射换热5.夏季在维持20℃的室内,穿单衣感到舒服,而冬季在保持同样温度的室内却必须穿绒衣,试从传热的观点分析其原因?冬季挂上窗帘布后顿觉暖和,原因又何在?答:夏季室内温度低,室外温度高,室外物体向室内辐射热量,故在20℃的环境中穿单衣感到舒服;而冬季室外温度低于室内,室内向室外辐射散热,所以需要穿绒衣。
一、名词解释
稳态温度场:物体内各点温度不随时间变化的温度场。
等温面 :温度场中同一瞬间温度相同点组成的面。
热扩散率(或导温系数):表征物体内部温度趋于一致的能力,为c
ρλα= 肋效率:肋片的实际散热量与假设整个肋片表面处于肋基温度下的散热量之比。
二、解答题和分析题
1.写出傅里叶定律的一般形式的数学表达式,并说明其中各个符号的意义。
答:傅里叶的一般表达式为:n n
t gradt q ∂∂-=-=λλ。
其中:q 是热流密度矢量;λ为导热系数,它表示物质导热本领的大小;gradt 是空间某点的温度梯度;n 是通过该点的等温线上的法向单位矢量,指向温度升高的方向,“-”号表示热量沿温度降低的方向传递。
2、写出傅里叶定律的文字表达式。
答:在导热中,单位时间内通过给定截面面积的导热量,正比于垂直该截面方向上的温度变化率和截面面积,而热量传递的方向则与温度升高的方向相反。
3、等温面与等温线的特点,不同温度的等温面(线)能相交不?
答:1) 温度不同的等温面或等温线彼此不能相交;
2) 在连续的温度场中,等温面或等温线不会中断,它们或者是物体中完全封闭的曲面(曲线),或者就终止与物体的边界上;
3)物体的温度场通常用等温面或等温线表示,若每条等温线间的温度间隔相等时,等温线越密反映出该区域导热热流密度的越大。
不同温度的等温面(线)不能相交
4.得出导热微分方程所依据的是什么基本定律?
答:傅里叶定律和能量守恒定律。
5.解释材料的导热系数λ和导温系数α之间的区别和联系? (或热扩散率α的定义及物理意义。
)
答:从表达式看,导温系数c ρλ/a =与导热系数成正比关系,但导温系数不但与材料的导热系数有关,还与材料的热容量(或储热能力)也有关;从物理意义看,导热系数表征材料导热能力的强弱,导温系数表征材料传播温度变化的能力的大小,两者都是物性参数。
6.将一根铁棒一端置于火炉中,另一端很快烫手,而在冬天将手置于温度相同的铁板或木板上时,铁板感觉更冰凉一些,用传热学的知识解释这些原因。
答:一根铁棒一端置于火炉中,另一端很快烫手,这是由于铁棒的热扩散率c ρλα=
较大的原因,而在冬天将手置于温度相同的铁板或木板上时,铁板感觉更冰凉一些,则是由于铁板的吸热系数λρc 较木板的大的缘故。
7.写出稳态导热问题3种类型的边界条件。
答: 第一类边界条件:已知物体边界上的温度值;第二类边界条件:已知物体边界上的热流密度值;第三类边界条件:已知物体边界与周围流体间的对流换热换热系数h 和周围流体的温度。
8、通过大平壁、圆筒壁的稳态导热,二者的温度分布规律分别是什么? 答:大平壁内的温度分布为直线;圆筒壁内的温度分布为对数曲线。
9、常物性、直角坐标系下、有内热源的三维非稳态导热微分方程的表达式? 答:φλτρ +∂∂+∂∂+∂∂=∂∂)(222222z
t y t x t t c 10、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? 答:用多孔空心砖好。
原因:为了提高建筑节能的效果,必须尽量减少砖墙的散热损失。
在其他条件相同时,实心砖的热量传递只是砖的导热。
而多孔空心砖中充满着不动的空气,其导热包括砖的导热和空气的导热,空气在纯导热时,其导热系数很低,是很好的绝热材料,是提高砖墙导热阻力的有效方法。