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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。
r dt dtq ——九——答：① 傅立叶定律：dx，其中，q —热流密度；导热系数；dx —沿x方向的温度变化率，“一”表示热量传递的方向是沿着温度降低的方向。
q = h(t w -tf)，其中，q —热流密度；h —表面传热系数；t w —固体表面温度；t f—流体的温度。
②牛顿冷却公式：4③斯忒藩—玻耳兹曼定律：q =°T，其中，q—热流密度；忘—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/(m2.K):③ 传热系数的单位是：W/(m2.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。
第四版传热学第⼀、⼆章习题解答传热学习题集第⼀章思考题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；wt －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。
![传热学第四版课后作业答案(杨世铭-陶文铨)]](https://img.taocdn.com/s1/m/5b92aceb9b89680203d8251d.png)
1-9 一砖墙的表面积为122m ，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：WtA9.207626.05)(25125.1=--⨯⨯=∆=Φδλ1-12 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 qh -=π＝49.33W/(m 2.k)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。
解：电子原件的发热量＝航天器的辐射散热量即：4T Q εσ=4A QT εσ=∴ =187K 热阻分析 ;;2-4 一烘箱的炉门由两种保温材料A 及B 组成，且B A δδ2=(见附图)。
已知)./(1.0K m W A =λ,)./(06.0K m W B =λ,烘箱内空气温度4001=f t ℃，内壁面的总表面传热系数)./(501K m W h =。
为安全起见，希望烘箱炉门的 外表面温度不得高于50℃。
设可把炉门导热作为一维问题处理，试决定所需保温材料的厚度。
环境温度=2f t 25℃，外表面总传热系数)./(5.922K m W h =。
解：热损失为()()22111f f BBA A fwf t t h t t h t t q -+-=+-=λδλδ又50=fw t ℃；B A δδ=联立得m m B A 039.0;078.0==δδ2-9 双层玻璃窗系由两层厚为6mm 的玻璃及其间的空气隙所组成，空气隙厚度为8mm 。
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 dtq 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；ft －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1章1-3 解：电热器的加热功率： kW W tcm QP 95.16.195060)1543(101000101018.4633==-⨯⨯⨯⨯⨯=∆==-ττ15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 BBA A w f t t h h t t -=++-λδλδ，得：)2550(5.906.01.0250150400-=++-B Bδδ，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℃。
设矿渣棉与媒灰泡沫砖交界面处的温度为t w ，则有 23212121ln 21ln 21)(d d l d d l t t πλπλ+-=Φ （a ） 23221211ln )(2ln )(2d d t t l d d t t l w w -=-=Φπλπλ （b ） 65110ln )50(12.02565ln )400(11.0:-⨯=-⨯w w t t 即由此可解得：4.167=w t ℃＜300℃又由式（a ）可知，在其他条件均不变的情况下，增加煤灰泡沫砖的厚度δ2对将使3d 增大，从而损失将减小；又由式（b ）左边可知t w 将会升高。
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==∂∂∂=><<∂∂∂=≤≤=∂>=-=-∂0,0dtr dr== 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。
外部空间是绝对零度的黑体，试写出描写棒温度分布的导热微分方程式和相应的边界条件。
答：0)273(422=+-∂∂f Ut b x t εσλ x=0 , t+273=T 041)273(,+=∂∂-==t xtx b x εσλ第二章 稳态导热1. 为什么多层平壁中温度分布曲线不是一条连续的直线而是一条折线？答：因为不同材料的平壁导热系数不同。
2. 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，问能否惟一地确定平壁中的温度分布？为什么？答：不能。
因为在导热系数为常数的无内热源的平壁稳态导热中tx∂∂为常数，q 为定值，由t q x λ∂=-∂求解得qt x c λ=-+常数c 无法确定，所以不能惟一地确定平壁中的温度分布。
3. 导热系数为常数的无内热源的平壁稳态导热过程，试问（1）若平壁两侧给定第一类边界条件t w1和t w2，为什么这一导热过程的温度分布与平壁的材料无关？为什么？（2）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。
答：（1）因为在该导热过程中12w w t t dtc dx δ-==-（2）不相同。
因为t q x λ∂=-∂，t x∂∂为定值，而λ不同，则q 随之而变。
4. 如果圆筒壁外表面温度较内表面温度高，这时壁内温度分布曲线的情形如何？答：圆筒壁内的温度分布曲线为11121221ln()()ln w w w w w d d t t t t t t d d =--<5. 参看图2-19，已知球壁导热系数λ为常数，内外表面分别保持t w1和t w2，度推导空心球壁导热量计算公式和球壁的导热热阻。
答：球体的22222222211()(2)020t t t t r r r r r r r r rt t r r r∂∂∂∂∇==+=∂∂∂∂∂∂+=∂∂当r=r 1时，t=t w1当r=r 2时，t=t w2对上式进行求解得212111dt dr c rt c c r==-+1211221211w w t c c r t c c r =-+=-+ ⇒22111212211111w w w w w r r c t t t t c t r r -=--=+-所以球体的温度分布为2212121111w w w w w t t t t t t r r r r r r --=-++-- 球体的导热量计算公式为Q=Aq=4πr 2q,且2122221121212211121214()14.411111()4w w w w w w t t dt q r r dr c rr r t t t t Q r c r c r r r r λλλπλπλλππλ-=-=-=----=-=-==--空心球壁的导热量为1212111()4w w t t r r πλ--，导热热阻为12111()4r r πλ-6. 同上题，若已知边界条件改为第三类边界条件，即已知t f1,h 1和t f2,h 2试推导通过空心球壁传热量的计算公式和球壁的传热热阻。
答：2111112222222212112212124()4()11111()4111()4w f f f w f w w Q r h t t t t Q r h t t Q r r r h r h t t Q r r πππλλπλ=--=-⇒=--+-=-传热热阻为2212112211111()4r r r h r h πλλ--+7．答：通过砖墙总散热：φ=672（W ） 8．答：内表面温度t w1=1.5℃9．答：加贴泡沫层厚度δ=0.091(m)=91(mm) 10. 答：保温层厚度147.0≥δ（m ）=147(mm) 11. 答：红砖层厚度应改为500（mm ） 12. 答：该双层玻璃窗的热损失41.66（W ）单层玻璃;其它条件不变时热损失2682.68（W ）13．答：第一层占总热阻比：22.2%第二层占总热阻比：51.9% 第三层占总热阻比：25.9%14．答：表面传热系数 K=30.23 W/（m 2·K ） 热流通量q=5687.2 W/m 2 15. 方案（1）K=29.96 W/（m 2·K ） 方案（2）K=29.99 W/（m 2·K ） 方案（3）K=37.4 W/（m 2·K ） 16．答：取修正系数96.0=ϕ单位面积导热阻：0.204（m 2·K ）/W 17．答:(1)单位长度管壁中：第一层材料导热阻：W m （kR /)1066.1241∙⨯=-λ 第二层材料导热阻：()W m k R /517.022∙=λ 第三层材料导热阻：()W m k R /2796.023∙=λ (2)每米蒸汽管热损失 q 1=314.0(W/m) (3)t w2=299.95℃ t w3=137.61℃18. 解：调换后是调换前的79 % 19．电流是6.935（A ） 20．解：保温层材料厚度71.5mm21．解：取保温材料外表面温度为室温25℃时，蒸发量m=1.85 kg/h 22. 解：有， 224h d c λ=23． 根据现有知识，试对肋壁可以使传热增强的道理作一初步分析。
答：肋壁加大了表面积，降低了对流换热的热阻，直到了增强传热的作用。
24. 一直径为d ，长度为l 的细长圆杆，两端分别与温度为t 1和t 2的表面紧密接触，杆的侧面与周围流体间有对流换热，已知流体的温度为t f ，而t f <t 1或t 2，杆侧面与流体间的表面传热系数为h ，杆材料的导热系数为λ，试写出表示细长杆内温度场的完整数学描述，并求解其温度分布。
答：把细长圆杆看作肋片来对待，那么单位时间单位体积的对流散热量就是内热源强度。
2()4()()2f f v h t t ddx h t t q d d dxππ--=-=- 224()0f d t ht t dx d λ--= 0<x<l x=0 t=t 1 x=l t=t令m =，则224()0f d t h t t dx d λ--=可化为222()f d tm t t dx=- 肋的过余温度为θ=t-t f ，则θ1=t 1-t f ，θ2=t 2-t f ，222d m dxθθ=12exp()exp()c mx c mx θ=+-根据边界条件，求得：211exp()exp()exp()ml c ml ml θθ--=--122exp()exp()exp()ml c ml ml θθ-=--所以该杆长的温度分布为：2112exp()exp()exp()exp()exp()exp()exp()exp()ml ml mx mx ml ml ml ml θθθθθ---=+-----25. 解：温度[]x ch 9.18472.088.44-=θ 散热量φ=321.33(W) 26． 解:t f =100℃测温误差：△t=16℃27. 解：材料改变后，测出t L =99.85% 误差：100-99.85=0.15℃ 28． 答：（1）铝材料961.0=f η (2) 钢材853.0=f η29． 答：总散热量包括肋表面管壁面散热之和：11.885kW 31. 答：散热量：484.29（W/m ）32. 答：γ3≥H ，()W 21.154=φ 34. 答：接触面上温差51.4℃第三章 非稳态导热1. 何谓正常情况阶段，这一阶段的特点是什么？ 答：正常情况阶段：物体内各处温度随时间的变化率具有一定的规律，该阶段为物体加热或冷却过程中温度分布变化的第二阶段。
2. 何谓集总参数分析，应用这种方法的条件是什么？应怎样选择定型尺寸？答：当Bi<0.1时，可以近似地认为物体的温度是均匀的，这种忽略物体内部导热热阻，认为物体温度均匀一致的分析方法称为集总参数法。
给出任意形态的物体，由于它的导热系数很大，或者它的尺寸很小，或者它的表面与周围流体间的表面传热系数很小，因此物体的Bi 准则小于0.1，可以采用集总参数法。
3. 试举例说明温度波的衰减和延迟性质。
答：综合温度的振幅为37.1℃，屋顶外表面温度振幅为28.6℃，内表面温度振幅为4.9℃，振幅是逐层减小的，这种现象称为温度波的衰减。
不同地点，温度最大值出现的时间是不同的，综合温度最大值出现时间为中午12点，而屋顶外表面最大值出现时间为12点半，内表面最大值出现时间将近16点，这种最大值出现时间逐层推迟的现象叫做时间延迟。
