第四章-6-集总参数法

工程传热学智慧树知到课后章节答案2023年下华中科技大学华中科技大学第一章测试1.传热学是研究温差作用下热量传递规律的科学。

（）答案:对2.传热系数与导热系数的单位不同。

（）答案:对3.物体的导热系数越大，热扩散率就一定越大。

（）答案:错4.导热系数的物理意义是什么？（）答案:表明材料导热能力的强弱。

5.以下材料中，导热系数较大的是（）答案:纯铜6.物体不论（）高低，都在相互辐射能量，只是辐射能量的大小不同。

答案:温度7.工程中常遇到热量从固体壁面一侧的高温流体，通过固体壁面传递给另一侧低温流体的过程，称为（）。

答案:传热过程8.热量传递的三种基本方式为（）答案:热传导;热对流;热辐射9.下列哪几种传热方式不需要有物体的宏观运动？（）答案:热传导;热辐射10.下列各参数中，属于物性参数的是？（）答案:密度;热导率;热扩散率第二章测试1.下列哪些种传热过程是由于物体的宏观运动导致? ( )答案:对流;复合传热2.热流密度方向与等温线的法线方向总是处在同一条直线上。

( )答案:对3.通过长圆筒壁导热时，圆筒壁内的温度呈分布规律。

( )答案:对数曲线4.在稳态导热中，已知三层平壁的内外表面温度差为60℃，三层热阻之比Rλ1 ：Rλ2 ：Rλ3=1：3：8，则各层的温度降为。

( )5℃、15℃、40℃5.若已知某种气体的密度为0.617kg/m3，比热为1.122kJ/(kg K)，导热系数为0.0484W/(m K) ，则其导温系数是89.9 错10-6m2／s。

( )答案:错6.稳态温度场中温度处处均匀。

( )答案:错7.第一类，第二类和第三类边界条件分别可以用下列哪些数学表达式表达。

①②③( )答案:①②③8.已知平壁的两个壁面的温差是30℃，材料的导热系数是50W/(m K)，通过的热流密度是600W/m2，则该平壁的壁厚是多少? ( )2.5m9.通过圆筒壁的一维稳态导热时，单位面积上的热流密度是处处相等的。

4. 非稳态导热4.1 知识结构1. 非稳态导热的特点；2. （恒温介质、第三类边界条件）一维分析解求解方法（分离变量，特解叠加）及解的形式（无穷级数求和）；3. 解的准则方程形式，各准则（无量纲过余温度、无量纲尺度、傅里叶准则、毕渥准则）的定义式及其物理涵义； 4. 查诺谟图求解方法；5. 多维问题的解(几个一维问题解（无量纲过余温度）的乘积)；6. 集总参数法应用的条件和解的形式；7. 半无限大物体的非稳态导热。

4.2 重点内容剖析4.2.1 概述在设备启动、停车、或间歇运行等过程中，温度场随时间发生变化，热流也随时间发生变化，这样的过程称为非稳态导热。

一．过程特点分类1. 周期性非稳态导热（比较复杂，本书不做研究） 如地球表面受日照的情况 （周期为24小时）对于内燃机气缸壁受燃气冲刷的情况，周期为几分之一秒，温度波动只在很浅的表层，一般作为稳态处理。

2. 非周期性非稳态导热：（趋于稳态的过程，非稳态 稳态） 例子：如图4-1，一个无限大平板，初始温度均匀，某一时刻左壁面突然受到一恒温热源的加热，分析平壁内非稳态温度场的变化过程： (1) 存在两个阶段初始阶段：温度变化到达右壁面之前（如曲线A-C-D ），右侧不参与换热，此时物体内分为两个区间，非稳态导热规律控制区A-C 和初始温度区C-D 。

正规状况阶段：温度变化到达右壁面之后，右侧参与换热，初始温度分布的tx1t 0t ABCDEF图4-1 非稳态导热过程的温度变化影响逐渐消失。

(2) 热流方向上热流量处处不等因为物体各处温度随时间变化而引起内能的变化，在热量传递路径中，一部分热量要用于（或来源于）这些内能，所以热流方向上的热流量处处不等。

二. 研究任务1. 确定物体内部某点达到预定温度所需时间以及该期间所需供给或取走的热量，以便合理拟定加热和冷却的工艺条件，正确选择传热工质；2. 计算某一时刻物体内的温度场及温度场随时间和空间的变化率，以便校核部件所承受的热应力，并根据它制定热工设备的快速启动与安全操作规程。

《传热学》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。

《热工基础及应用》第3版知识点第一章 热能转换的基本概念本章要求：1.掌握研究热能转换所涉及的基本概念和术语；2.掌握状态参数及可逆过程的体积变化功和热量的计算；3.掌握循环的分类与不同循环的热力学指标。

知识点：1.热力系统：根据研究问题的需要和某种研究目的，人为划定的一定范围内的研究对象称为热力系统，简称热力系或系统。

热力系可以按热力系与外界的物质和能量交换情况进行分类。

2.工质：用来实现能量相互转换的媒介物质称为工质。

3.热力状态：热力系在某瞬时所呈现的宏观物理状态称为热力状态。

对于热力学而言，有意义的是平衡状态。

其实现条件是：0,0,0p T μ∆=∆=∆=。

4. 状态参数和基本状态参数：描述系统状态的宏观物理量称为热力状态参数，简称状态参数。

状态参数可按与系统所含工质多少有关与否分为广延量（尺度量）参数和强度量状态参数；按是否可直接测量可分为基本和非基本状态参数。

5. 准平衡（准静态）过程和可逆过程：准平衡过程是基于对热力过程的描述而提出的。

实现准平衡过程的条件是推动过程进行的不平衡势差要无限小，即0p ∆→，0T ∆→（0μ∆→）。

6、热力循环：为了实现连续的能量转换，就必须实施热力循环，即封闭的热力过程。

热力循环按照不同的方法可以分为：可逆循环和不可逆循环；动力循环（正循环）和制冷（热）循环（逆循环）等。

动力循环的能量利用率的热力指标是热效率：0=t H W Q η；制冷循环能量利用率的热力学指标是制冷系数：L 0=Q W ε。

第二章 热力学第一定律本章要求：1. 深入理解热力学第一定律的实质；2. 熟练掌握热力学第一定律的闭口系统和稳定流动系统的能量方程。

知识点：1. 热力学第一定律：是能量转换与守恒定律在涉及热现象的能量转换过程中的应用。

热力学第一定律揭示了能量在传递和转换过程中数量守恒这一实质。

2. 闭口系统的热力学第一定律表达式，即热力学第一定律基本表达式：Q U W =∆+。

第一章习题解1-1.水流进高为h =0.2m 的两块宽平板之间的通道，如图1-52所示。

已知：通道截面具有速度分布2007575x u ..y =-。

求：通道截面平均速度U 。

解：由式（1-3）得通道截面平均速度()0.1220.0757.510.210.05m /s-⨯=⨯=⎰⎰x Au dA U =Ay dy1-2.如图1-53所示，在一密闭容器内装有水及油，密度分别为ρ水＝998.1kg /m 3,，ρ油＝850kg /m 3，油层高度h 1=350mm ，容器底部装有水银(ρ水银＝13600 kg /m 3)液柱压力计，读数为R =700mm，水银面的高度差h 2=150mm ，求容器上方空间的压力p 。

解：在图1-53中，U 型管上取控制面Ⅰ，两侧压力相等。

由式（1-20）流体静力学的平衡定律得 ()1210油水水银p+ρgh +ρg R+h -h =p +ρgR将大气压50 1.013310Pa =⨯p 和其它已知数据代入上式，可得容器上方空间的压力51.8710Pa =⨯p1-3.如图1-54所示，已知容器 A 中水面上的压力为p A =1.25大气压，压力计中水银面的差值 h 1=0.2m ,h 2=0.25m ,h =0.5m, ρH 2O =1000kg/m 3,ρHg =13550kg/m 3。

求：容器B 中压力p B 。

解：在图1-54中，各U 型管上取控制面Ⅰ、Ⅱ，各控制面两侧压力相等。

设中间管中空气压力为p ，并忽略空气密度。

由式（1-20）流体静力学的平衡定律得 ()2A H O 1Hg 1B Hg 2⎧⎪⎨⎪⎩p +ρg h+h =p+ρgh p =p +ρgh ()()2B A H O 1Hg 12p =p +ρg h+h -ρg h +h将55A 1.25 1.013310 1.26710Pa =⨯⨯=⨯p 和其它已知数据代入上式，可得容器B 中压力4B 7.3810Pa =⨯p1-4.证明：单位时间单位面积动量的量纲与单位面积力的量纲相同。

传热学主要知识点1. 热量传递的三种基本方式。

热量传递的三种基本方式：导热（热传导）、对流（热对流）和热辐射。

2．导热的特点。

a 必须有温差；b 物体直接接触;c 依靠分子、原子及自由电子等微观粒子热运动而传递热量；d 在引力场下单纯的导热一般只发生在密实的固体中。

3.对流（热对流）（Convection ）的概念。

流体中（气体或液体)温度不同的各部分之间，由于发生相对的宏观运动而把热量由一处传递到另一处的现象。

4对流换热的特点。

当流体流过一个物体表面时的热量传递过程，它与单纯的对流不同，具有如下特点：a 导热与热对流同时存在的复杂热传递过程b 必须有直接接触（流体与壁面）和宏观运动;也必须有温差c 壁面处会形成速度梯度很大的边界层5。

牛顿冷却公式的基本表达式及其中各物理量的定义。

h 是对流换热系数单位 w/（m 2 k) q ''是热流密度（导热速率），单位（W/m 2） φ是导热量W6。

热辐射的特点.a 任何物体，只要温度高于0 K ，就会不停地向周围空间发出热辐射；b 可以在真空中传播;c 伴随能量形式的转变；d 具有强烈的方向性;e 辐射能与温度和波长均有关;f 发射辐射取决于温度的4次方。

7。

导热系数, 表面传热系数和传热系数之间的区别.导热系数:表征材料导热能力的大小，是一种物性参数，与材料种类和温度关.表面传热系数：当流体与壁面温度相差1度时、每单位壁面面积上、单位时间内所传递的热量.影响h 因素：流速、流体物性、壁面形状大小等传热系数：是表征传热过程强烈程度的标尺,不是物性参数，与过程有关。

(w))(∞-=''t t h q w 2/)(m w t t Ah A q w ∞-=''=φ第一章 导热理论基础1傅立叶定律的基本表达式及其中各物理量的意义.傅立叶定律（导热基本定律)：dx dT k q x ∂∂-='' )(zT y T x T k T k q ∂∂+∂∂+∂∂-=∇-=''k j i T(x,y ，z)为标量温度场nT k q n ∂∂-='' 圆筒壁表面的导热速率drdT rL k dr dT kA q r )2(π-=-= 垂直导过等温面的热流密度，正比于该处的温度梯度，方向与温度梯度相反。

一、 单选题1、胀塑性流体随着剪切速率的增加，表观粘度 。

（A ）A 、增加B 、减少C 、不变D 、不一定2、假塑性流体随着剪切速率的增加，表观粘度 。

（B ）A 、增加B 、减少C 、不变D 、不一定3、边界层是流体在运动边界处流速 99%主体流速的一层。

（C ）A 、=B 、>C 、≤D 、≈4、边界层内流体的惯性力 粘性力。

（D ）A 、=B 、>C 、<D 、≈5、牛顿冷却定律是描述 机理的定律。

(A )A 、对流传热B 、热传导C 、热辐射D 、流体层流流动6、傅里叶传热定律是描述 机理的定律。

(B )A 、对流传热B 、热传导C 、热辐射D 、气体分子运动7、费克定律是描述 机理的定律。

(B )A 、分子传热B 、分子扩散C 、热辐射D 、分子动量传递8、牛顿粘性定律是描述 机理的定律。

（D ）A 、分子传热B 、分子扩散C 、热辐射D 、分子动量传递9、热传导的基本定律是 。

（C ）A 、牛顿冷却定律B 、牛顿粘性定律C 、傅里叶传热定律D 、费克定律10、对流传热的基本定律是 。

（A ）A 、牛顿冷却定律B 、牛顿粘性定律C 、傅里叶传热定律D 、费克定律11、描述分子动量传递的基本定律是 。

(B )A 、牛顿冷却定律B 、牛顿粘性定律C 、傅里叶传热定律D 、费克定律12、描述分子扩散过程的基本定律是 。

(D )A 、牛顿冷却定律B 、牛顿粘性定律C 、傅里叶传热定律D 、费克定律13、当毕奥准数 时，可以采用集总参数法描述非定常导热过程。

（C ）A 、=0.1B 、>0.1C 、<0.1D 、<10014、质量通量的单位是 。

（C ）A 、s m s m kg ⋅⋅2B 、2s m kg ⋅C 、s m kg ⋅2D 、sm J ⋅2 15、所谓理想流体是指条件符合 。

（D ）A 、pV=nRTB 、γi =0C 、ρ=0D 、μ=016、冰箱冷冻室结霜使得冰箱耗电增加的原因是由于 。