传热学第四版第10章

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-====⨯⨯⨯30.2 4.4441045t 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。

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，其中，q －热流密度；－导热系数；dxdt－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：，其中，q－热流密度；h－表面传热系数；wt－固体表面温度；ft－流体的温度。

③斯忒藩－玻耳兹曼定律：，其中，q －热流密度；－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。

而一旦壶内的水烧干后，水壶很快就烧坏。

试从传热学的观点分析这一现象。

答：当壶内有水时，可以对壶底进行很好的冷却（水对壶底的对流换热系数大），壶底的热量被很快传走而不至于温度升得很高；当没有水时，和壶底发生对流换热的是气体，因为气体发生对流换热的表面换热系数小，壶底的热量不能很快被传走，故此壶底升温很快，容易被烧坏。

《传热学》第一章思考题1． 试用简练的语言说明导热、对流换热与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；对流如此是流体各局部之间发生宏观相对位移与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、牛顿冷却公式与斯忒藩－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与其意义。

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 －外表传热系数；w t －固体外表温度；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、外表传热系数与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外表传热系数的单位是：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“换热器热工计算的根本公式〞。

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，进展热量交换的冷、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；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。

《传热学》课程教学大纲课程名称：传热学英文名称：Heat Transfer课程编码：CJX0120课程学时：56学分：3.5适用对象：机械系能动和建环专业先修课程：高等数学，物理，流体力学使用教材：戴锅生编，《传热学》，第二版，北京：高等教育出版社，1999主要参考书：[1]杨世铭、陶文铨主编，《传热学》，第四版，北京：高等教育出版社，2006[2]傅秦生主编，《热工基础与应用》，第三版，北京：机械工业出版社，2015一、课程性质、目的和任务传热学是研究热量传递规律及其应用，以提高热能利用经济性的一门学科。

传热学是我院机械系能动和建环专业的一门必修的主干专业基础课程。

本课程不仅为学生学习有关的专业课程提供基本的理论知识，而且也为学生以后从事热能的合理利用、热工设备效能的提高及换热器的设计和开发研究等方面的工作打下必要的基础。

通过本课程的学习1. 应使学生获得比较宽广和巩固的热量传递规律的基础知识，具备分析工程传热问题的基本能力；2. 掌握计算工程传热问题的基本方法，并具有相应的计算（包括理论分析和数值计算）能力。

二、教学基本要求要求学生熟练掌握导热、对流和热辐射三种热量传递方式的物理概念、特点和基本规律，并能综合应用这些基础知识正确分析工程实际中的传热问题。

掌握计算各类热量传递过程的基本方法，能对典型的工程传热问题进行计算，能对间壁式换热器进行热设计。

掌握强化或削弱热量传递过程的方法，并能提出工程实际中切实可行的强化或削弱传热的措施。

三、课程内容第一章绪论了解传热学与工程热力学在研究内容和方法上的区别，掌握传热学的研究对象、任务、方法及其在工程中的应用。

作为一门研究热量传递基本规律及其应用的技术基础课，学习目的在于掌握一般工程技术中热量传递的基本规律和处理传热问题的基本方法，以提高热能直接利用的经济性；能够应用这些知识来解决遇到的实际问题；并为学习有关的工程技术课程提供必要的理论基础。

掌握热量传递的基本方式：导热、对流和热辐射的概念和所传递热量的基本计算公式。

传热学(第四版)-------中国建筑工业出版社会教材习题答案绪论8．1/12；9． 若λ不随温度变化，则呈直线关系变化；反之，呈曲线关系变化。

11． 37.5W/m 2 13.7℃ -8.5℃；12． 4104.7-⨯℃/W 3104.4-⨯ m 2℃/W 30.4KW/ m 2 182.4KW 13． 155℃ 2 KW14． 139.2 W/ m 2 1690.3 W/ m 2 辐射换热量增加了11倍。

15． 83.6 W/ (m 2K) 1.7% 管外热阻远大于管内及管壁，加热器热阻主要由其构成，故此例忽略管内热阻及管壁热阻对加热器传热系数影响不大。

第一章2．傅立叶定律及热力学第一定律，及能量守恒与转化定律。

3．⑴梯度2000，-2000。

⑵热流-5102-⨯,5102-⨯。

4．⑴4.5 KW/ m 2 ⑵由040002≠-=∇t 可知有内热源。

⑶202.5 KW/ m 3 7．)(22rt r r r a t ∂∂∂∂=∂∂τ 00><<τR r0),(t r t =τ 00=≤≤τR r)(f t t h rt-=∂∂-λ0>=τR r0=∂∂rt00>=τr8. p b C f U T xT a T ρεστ422+∂∂=∂∂ 00><<τl x0T T = 00>=τx0=∂∂xT0>=τl x第二章1． 由热流温差的关系式可以看出：由于通过多层平壁的热流相同，层厚相同的条件下，导热系数小的层温差大，温度分布曲线（直线）的斜率大。

各层斜率不同，形成了一条折线。

2． 不能。

任意给定一条温度分布曲线，则与其平行的温度分布曲线都具有同样的第二类边界条件。

3． ⑴因为描述温度分布的导热微分方程及边界条件中均未出现λ值，其解自然与λ值无关。

⑵不一定相同。

4． 上凸曲线。

5． 参见6。

6． 22221121212141441h r r r r r h r t t f f ππλπ+-+-=Φ W222211212141441h r r r r r h r R ππλπ+-+=℃／W 7． 672W ； 8． 15.08℃； 9． 90.6mm ；10． 147.4mm ；11． 500mm ； 12． 41.66W 64倍； 13． 22.2%, 51.9%, 25.9%；14． 29.9 W/ (m 2K) 5.7KW ；15． 0.75‰， 2‰， 25.9％；16． 0.204 m 2℃/W ； 17． 分别为41066.1-⨯ m 2℃/W ， 0.28m 2℃/W ， 0.17m 2℃/W ，231R R R << 555.4W/m ，299.9℃，144.4℃；18． 减少21.7%；19． 123.7A ；20． 大于等于243.7mm ； 21． 3.38 kg/h ；22． 有。

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 zτφ∂∂∂∂∂=++∂∂∂∂∂ 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。

传热学课程教学大纲英文名称：Heattransfer课程编号：62000208学时数：64其中实验学时数：8课外学时数：0学分数：4.0适用专业：热能与动力工程一、课程的性质、目的和任务本课程为热能与动力工程专业的专业技术基础课之一，必修课，总学时为64学时，4.0学分。

课程分为课堂教学与实验两部分。

本课程的任务是使学生明确传热研究对象，掌握传热传质基本原理、基本规律，为后续专业课的学习提供充分的理论准备；也为学生以后应用基本规律解决生产实际问题、将来从事科学研究打下必要的理论基础。

在教学中要注重培养学生运用技术基础课的能力，培养其分析和解决实际问题的综合素质。

二、课程教学内容的基本要求、重点和难点第1章绪论重点：传热过程的基本概念及其传热量的计算公式1.1 热能传递的三种基本方式了解传热学的发展简史、现状及发展方向和趋势掌握热量传递的三种基本方式及传热过程1.2 传热过程和传热系数理解传热系数的物理意义第2章稳态热传导重点：导热的基本定律和稳态导热问题的分析解法难点：稳态导热问题的分析解法1.1导热基本定律理解温度场、等温面（线）、热扩散率、导热系数、热流密度等基本概念的物理意义及特点1.2导热问题的数学描写掌握导热的基本定律及导热微分方程2.3 典型一维稳态导热问题的分析解熟练掌握工程中常见的三种典型几何形状物体的热流量及温度分布的计算方法3.4 通过肋片的导热理解肋片导热的分析方法和肋片效率2.5 具有内热源的一维导热问题理解具有内热源的导热问题的分析解法第3章非稳态热传导重点：非稳态导热的基本概念难点：非稳态导热问题的分析解法3.1 非稳态导热的基本概念理解毕渥数、傅立叶数等准则数和非稳态导热、半无限大物体等基本概念的物理意义3.2集总参数法掌握集总参数法的分析解法3.3 典型一维物体非稳态导热的分析解理解一-维非稳态导热稳态的分析解法3.4 半无限大物体的非稳态导热了解半无限大物体非稳态导热问题的分析解法第4章热传导问题的数值解法重点：导热问题数值解法的基本思想和基本方法。

第十章思考题1、 所谓双侧强化管是指管内侧与管外侧均为强化换热表面得管子。

设一双侧强化管用内径为d i 、外径为d 0的光管加工而成，试给出其总传热系数的表达式，并说明管内、外表面传热系数的计算面积。

01100001101111000010111112)/l n (1112)/l n (1βπβπηβληβηβππληβπo d d d h d d d d h k d h d d d h t算面积为管外表面传热系数得计算面积为管内表面传热系数得计传热系数：得以管内表面为基准得＝答：由传热量公式：++=++∆Θ 2、 在圆管外敷设保温层与在圆管外侧设置肋片从热阻分析的角度有什么异同？在什么情况下加保温层反而会强化其传热而肋片反而会削弱其传热？答：在圆管外敷设保温层和设置肋片都使表面换热热阻降低而导热热阻增加，而一般情况下保温使导热热阻增加较多，使换热热阻降低较少，使总热阻增加，起到削弱传热的效果；设置肋片使导热热阻增加较少，而换热热阻降低较多，使总热阻下降，起到强化传热的作用。

但当外径小于临界直径时，增加保温层厚度反而会强化传热。

理论上只有当肋化系数与肋面总效率的乘积小于1时，肋化才会削弱传热。

3、 重新讨论传热壁面为平壁时第二题中提出的问题。

答：传热壁面为平壁时，保温总是起削弱传热的作用，加肋是否起强化传热的作用还是取决于肋化系数与肋面总效率的乘积是否人于1。

4、推导顺流或逆流换热器的对数平均温差计算式时做了一些什么假设，这些假设在推导的哪些环节中加以应用？讨论对大多数间壁式换热器这些假设的适用情形。

5、对于22112211221m1q c q c q c q c q c c q m m m m m =<≥及、三种情形，画出顺流与逆流时冷、热流体温度沿流动方向的变化曲线，注意曲线的凹向与c q m 相对大小的关系。

6、进行传热器设计时所以据的基本方程是哪些？有人认为传热单元数法不需要用到传热方程式，你同意吗？答：换热器设计所依据的基本方程有：m m m t KA t t c q t t c q ∆="-'="-'=)()(22221111φ 传热单元法将传热方程隐含在传热单元和效能之中。