傳熱學(xué)復(fù)習(xí)題及其答案（Ⅰ部分）

1、傳熱學(xué)復(fù)習(xí)題及其答案（部分） 傳熱學(xué)復(fù)習(xí)題及其答案（部分） 一、 概念題 1、試分析室內(nèi)暖氣片的散熱過程，各個環(huán)節(jié)有哪些熱量傳遞方式？以暖氣片管內(nèi)走熱水為例。 答：有以下?lián)Q熱環(huán)節(jié)及傳熱方式： （1） 由熱水到暖氣片管道內(nèi)壁，熱傳遞方式為強(qiáng)制對流換熱； （2） 由暖氣片管道內(nèi)壁到外壁，熱傳遞方式為固體導(dǎo)熱； （3） 由暖氣片管道外壁到室內(nèi)空氣，熱傳遞方式有自然對流換熱和輻射換熱。 2、試分析冬季建筑室內(nèi)空氣與室外空氣通過墻壁的換熱過程，各個環(huán)節(jié)有哪些熱量傳遞方式？ 答：有以下?lián)Q熱環(huán)節(jié)及傳熱方式： （1） 室內(nèi)空氣到墻體內(nèi)壁，熱傳遞方式為自然對流換熱和輻射換熱； （2） 墻的內(nèi)壁到外壁，熱傳遞方式

2、為固體導(dǎo)熱； （3） 墻的外壁到室外空氣，熱傳遞方式有對流換熱和輻射換熱。 3、何謂非穩(wěn)態(tài)導(dǎo)熱的正規(guī)階段？寫出其主要特點(diǎn)。 答：物體在加熱或冷卻過程中，物體內(nèi)各處溫度隨時間的變化率具有一定的規(guī)律，物體初始溫度分布的影響逐漸消失，這個階段稱為非穩(wěn)態(tài)導(dǎo)熱的正規(guī)階段。 4、分別寫出 nu、re、pr、bi 數(shù)的表達(dá)式，并說明其物理意義。 答：（1）努塞爾(nusselt)數(shù)，它表示表面上無量綱溫度梯度的大小。（2）雷諾(reynolds)數(shù)，它表示慣性力和粘性力的相對大小。 （3）普朗特數(shù)，它表示動量擴(kuò)散厚度和能量擴(kuò)散厚度的相對大小。 （4）畢渥數(shù)，它表示導(dǎo)熱體內(nèi)部熱阻與外部熱阻的相對大小。 5、豎

3、壁傾斜后其凝結(jié)換熱表面?zhèn)鳠嵯禂?shù)是增加還是減?。繛槭裁?？。 答：豎壁傾斜后，使液膜順壁面流動的力不再是重力而是重力的一部分，液膜流 動變慢，從而熱阻增加，表面?zhèn)鳠嵯禂?shù)減小。另外，從表面?zhèn)鳠嵯禂?shù)公式知，公式中的亦要換成，從而 h 減小。 6、按照導(dǎo)熱機(jī)理，水的氣、液、固三種狀態(tài)中那種狀態(tài)的導(dǎo)熱系數(shù)最大？ 答： 根據(jù)導(dǎo)熱機(jī)理可知，固體導(dǎo)熱系數(shù)大于液體導(dǎo)熱系數(shù)；液體導(dǎo)熱系數(shù)大于氣體導(dǎo)熱系數(shù)。所以水的氣、液、固三種狀態(tài)的導(dǎo)熱系數(shù)依次增大。 7、熱擴(kuò)散系數(shù)是表征什么的物理量？它與導(dǎo)熱系數(shù)的區(qū)別是什么？ 答：熱擴(kuò)散率 ，與導(dǎo)熱系數(shù)一樣都是物性參數(shù)，它是表征物體傳遞溫度的能力大小，亦稱為導(dǎo)溫系數(shù)，熱擴(kuò)散率取決

4、于導(dǎo)熱系數(shù) 和 的綜合影響；而導(dǎo)熱系數(shù)是反映物體的導(dǎo)熱能力大小的物性參數(shù)。一般情況下，穩(wěn)態(tài)導(dǎo)熱的溫度分布取決于物體的導(dǎo)熱系數(shù)，但非穩(wěn)態(tài)導(dǎo)熱的溫度分布不僅取決于物體的導(dǎo)熱系數(shù)，還取決于物體的導(dǎo)溫系數(shù)。 8、集總參數(shù)法的適用條件是什么？滿足集總參數(shù)法的物體，其內(nèi)部溫度分布有何特點(diǎn)？ 答：集總參數(shù)法的適用條件是 bi0.1，應(yīng)用于物體的導(dǎo)熱系數(shù)相當(dāng)大，或者幾何尺寸很小，或表面?zhèn)鳠嵯禂?shù)極低；其特點(diǎn)是當(dāng)物體內(nèi)部導(dǎo)熱熱阻遠(yuǎn)小于外部對流換熱熱阻時，物體內(nèi)部在同一時刻均處于同一溫度，物體內(nèi)部的溫度僅是時間的函數(shù)，而與位置無關(guān)。 9、灰體的含義？ 答：灰體是指物體單色輻射力與同溫度黑體單色輻射力隨波長的變化曲線

5、相似，或它的單色發(fā)射率不隨波長變化的物體；或單色吸收比與波長無關(guān)的物體，即單色吸收比為常數(shù)的物體。 10、漫射表面？ 答：通常把服從蘭貝特定律的表面稱為漫射表面，即該表面的定向輻射強(qiáng)度與方向無關(guān)?；蛭矬w發(fā)射的輻射強(qiáng)度與方向無關(guān)的性質(zhì)叫漫輻射，具有這樣性質(zhì)的表面稱為漫射表面。 11、氣體的熱邊界層與流動邊界層的相對大??？ 答：由于，對于氣體來說，所以氣體的熱邊界層的厚度大于流動邊界層的厚度。 12、沸騰換熱的臨界熱流密度的含義是什么？ 答：在泡態(tài)沸騰階段時，液體溫度與壁面溫度之差若進(jìn)一步增大，汽泡在表面上生成、長大，隨后引因浮力作用而離開表面。沸騰的液體主體溫度這時有一定的過熱度，故汽泡通過液體

6、層時還會繼續(xù)被加熱、膨脹，直到逸出液面，由于氣泡的大量迅速生成和它的劇烈運(yùn)動，換熱強(qiáng)度劇增，熱流密度隨的提高而急劇增大，直到達(dá)到熱流密度的峰值，此時的熱流密度稱為臨界熱流密度。當(dāng)進(jìn)一步增大時，熱流密度又開始下降。 13、影響強(qiáng)制對流換熱的表面換熱系數(shù)的因素有哪些？ 答：影響強(qiáng)制對流換熱的表面換熱系數(shù)的因素有流態(tài)、流體的物性、換熱表面的幾何因素等，用函數(shù)表示為。 14、；利用同一冰箱儲存相同的物質(zhì)時，試問結(jié)霜的冰箱耗電量大還是未結(jié)霜冰箱耗電量大？為什么？ 答：在其它條件相同時，冰箱的結(jié)霜相當(dāng)于在冰箱的蒸發(fā)器和冰箱的冷凍室（或冷藏室）之間增加了一個附加的熱阻，因此，冷凍室（或冷藏室）要達(dá)到相同的溫

7、度，必須要求蒸發(fā)器處于更低的溫度。所以，結(jié)霜的冰箱的耗電量要大。 16、圓管臨界熱絕緣直徑與哪些因素有關(guān)？ 答：圓管臨界熱絕緣直徑，根據(jù)公式加以分析（略）。 17、為什么珠狀凝結(jié)表面換熱系數(shù)比膜狀凝結(jié)表面換熱系數(shù)大？ 答：膜狀凝結(jié)換熱時 沿整個壁面形成一層液膜，并且在重力的作用下流動，凝結(jié)放出的汽化潛熱必須通過液膜，因此，液膜厚度直接影響了熱量傳遞。 珠狀凝結(jié)換熱時， 凝結(jié)液體不能很好的浸潤壁面，僅在壁面上形成許多小液珠，此時壁面的部分表面與蒸汽直接接觸，因此，換熱速率遠(yuǎn)大于膜狀凝結(jié)換熱。 18、不凝結(jié)氣體對表面凝結(jié)換熱強(qiáng)弱有何影響？ 答：不凝結(jié)氣體的存在，一方面使凝結(jié)表面附近蒸汽的分壓力降低

8、，從而蒸汽飽和溫度降低，使得傳熱驅(qū)動力即溫差減??；另一方面，凝結(jié)蒸汽穿過不凝結(jié)氣體層到達(dá)壁面依靠的是擴(kuò)散，從而增加了阻力。因此，上述兩方面原因?qū)е履Y(jié)換熱時的表面?zhèn)鳠嵯禂?shù)降低。 19、空氣橫掠垂直管束時，沿流動方向管排數(shù)越多，換熱越強(qiáng)，而蒸汽在水平管束外凝結(jié)時，沿液膜流動方向管排數(shù)越多，換熱強(qiáng)度降低，為什么？ 答：空氣橫掠垂直管束時，沿流動方向管排數(shù)越多，氣流擾動越強(qiáng)，換熱越強(qiáng)，而蒸汽在水平管束外凝結(jié)時，沿液膜流動方向管排數(shù)越多，凝結(jié)液膜越厚，凝結(jié)換熱熱阻越大，換熱強(qiáng)度降低。 20、寫出時間常數(shù)的表達(dá)式，時間常數(shù)是從什么導(dǎo)熱問題中定義出來的？它與哪些因素有關(guān)？ 答：時間常數(shù)的表達(dá)式為，是從非穩(wěn)

9、態(tài)導(dǎo)熱問題中定義出來 的，它不僅取決于幾何參數(shù)和物性參數(shù)，還取決于換熱條件 h。 21、什么是物體表面的發(fā)射率？它與哪些因素有關(guān)？ 答：實(shí)際物體的輻射力與同溫度下黑體輻射力之比稱為該物體的發(fā)射率，物體的發(fā)射率只取決于物體的表面特性（物體的種類、表面狀況和溫度），而與外界條件無關(guān)。 22、什么是物體表面的吸收比（率）？它與哪些因素有關(guān)？ 答：物體對投入輻射所吸收的百分?jǐn)?shù)稱為該物體的吸收比（率），物體的吸收比（率）只取決于物體的表面特性（物體的種類、表面狀況和溫度），對于全波長的特性還與投射能量的波長分布有關(guān)關(guān)。 23、何謂遮熱板（罩）？ 答：插入兩個輻射換熱表面之間的用于削弱兩個表面之間輻射換熱

10、的薄板或罩。 24、黑體輻射包括哪幾個定律？ 答：普朗克定律、維恩位移定律、斯蒂芬玻爾茲曼定律、蘭貝特定律。 25、其它條件相同時，同一根管子橫向沖刷與縱向沖刷相比，哪個的表面換熱系數(shù)大？為什么？ 答：同一根管子橫向沖刷比縱向沖刷相比的表面換熱系數(shù)大。因?yàn)榭v向沖刷時相當(dāng)于外掠平板的流動，熱邊界層較厚，熱阻較大；而橫向沖刷時熱邊界層較薄且在邊界層由于分離而產(chǎn)生的旋渦，增加了流體擾動，因而換熱增強(qiáng)。 26、下列三種關(guān)聯(lián)式描述的是那種對流換熱？， 答：描述的是無相變的強(qiáng)迫對流換熱，且自然對流不可忽略； 描述的是自然對流可忽略的無相變的強(qiáng)迫對流換熱；描述的是自然對流換熱。 27、寫出輻射換熱中兩表面間

11、的平均角系數(shù)的表達(dá)式，并說明其物理意義。 答：平均角系數(shù) x1,2= ，它表示 a1 表面發(fā)射出的輻射能中直接落到另一表面 a2 上的百分?jǐn)?shù)?；蛘咚硎倦x開 a1 表面的輻射能中直接落到另一表面 a2 上的百分?jǐn)?shù)。 28、表面輻射熱阻 答：當(dāng)物體表面不是黑體時，該表面不能全部吸收外來投射的輻射能量，這相當(dāng)于表面存在熱阻，該熱阻稱為表面輻射熱阻，常以表示。 29、有效輻射 答：單位時間內(nèi)離開單位面積的總輻射能為該表面的有效輻 射 j ，它包括輻射表面的自身的輻射 e 和該表面對投射輻射 g 的反射輻射，即。 30、換熱器的污垢熱阻 答：換熱設(shè)備運(yùn)行一段時間以后，在管壁產(chǎn)生污垢層，由于污垢的導(dǎo)熱系

12、數(shù)較小，熱阻不可以忽略，這種由于污垢生成的產(chǎn)生的熱阻稱為污垢熱阻。 31、在寒冷的北方地區(qū)，建房用磚采用實(shí)心磚還是多孔的空心磚好？為什么？ 答：采用空心磚較好，因?yàn)榭招拇u內(nèi)部充滿著空氣，而空氣的導(dǎo)熱系數(shù)相對較小，熱阻較大，空心磚導(dǎo)熱性較之實(shí)心磚差，同一條件下空心磚的房間的散熱量小保溫性好。 32、下列材料中導(dǎo)熱系數(shù)最大的是 （ 純銅 ） (a) 純銅 (b)純鐵 (c)黃銅 (d)天然金剛石 33、什么是雷諾類比律（寫出表達(dá)式）？它的應(yīng)用條件是什么？答：雷諾類比率：，條件：pr=1， 34、下列工質(zhì)的普朗特數(shù)最小的是 （液態(tài)金屬） (a)水 (b) 空氣 (c)液態(tài)金屬 (d)變壓器油 35、

13、為什么多層平壁中的溫度分布曲線不是一條連續(xù)的直線而是一條折線？ 36、對管殼式換熱器來說，兩種工質(zhì)在下列哪種情況下，何種工質(zhì)走管內(nèi)，何種工質(zhì)走管外？ (1) 清潔的和不清潔的工質(zhì)(2)腐蝕性大與小的工質(zhì)(3)高溫與低溫的工質(zhì) (2) 答：（1）不清潔流體應(yīng)在管內(nèi)，因?yàn)闅?cè)清洗比較困難，而管內(nèi)可以拆開端蓋進(jìn)行清洗；（2）腐蝕性大的流體走管內(nèi)，因?yàn)楦鼡Q管束的代價比更換殼體要低，且如將腐蝕性大的流體走殼程，被腐蝕的不僅是殼體，還有管子外側(cè)。 （3）溫度低的流體置于殼側(cè)，這樣可以減小換熱器的散熱損失。 37、北方深秋季節(jié)的清晨，樹葉葉面上常常結(jié)霜。試問樹葉上、下表面的哪一面上容易結(jié)霜？為什么？ 答：霜

14、會容易結(jié)在樹葉的上表面，因?yàn)闃淙~上表面朝向太空，而太空表面的溫度會低于攝氏零度；下表面朝向地面，而地球表面的溫度一般在零度以上。相對于下表面來說，樹葉上表面向外輻射熱量較多，溫度下降的快，一旦低于零度時便會結(jié)霜。 38、什么是物體的發(fā)射率和吸收率？二者在什么條件下相等？ 答：實(shí)際物體的輻射力與同溫度下黑體的輻射力之比稱為該物體的發(fā)射率；投射到物體表面的總能量中被吸收的能量所占的份額是物體的吸收率。由基爾霍夫定律可知：當(dāng) 物體表面為漫灰表面時，二者相等。 39、窗玻璃對紅外線幾乎是不透過的，但為什么隔著玻璃曬太陽卻使人感到暖和？ 答：窗玻璃對紅外線幾乎不透過，但對可見光則是可透過的，當(dāng)隔著玻璃曬

15、太陽時，太陽光可以穿過玻璃進(jìn)入室內(nèi)，而室內(nèi)物體發(fā)出的紅外線卻被阻隔在室內(nèi)，因房間內(nèi)溫度越來越高，從而感到暖和。 40、對流換熱過程微分方程式與導(dǎo)熱過程的第三類邊界條件表達(dá)式有什么不同之處？ 答：對流換熱過程微分方程式與導(dǎo)熱過程的第三類邊界條件表達(dá)式都可以用下式表示，但是，前者的導(dǎo)熱系數(shù)為流體的導(dǎo)熱系數(shù)，而且表面?zhèn)鳠嵯禂?shù)h 是未知的；后者的導(dǎo)熱系數(shù)為固體的導(dǎo)熱系數(shù)，而且表面?zhèn)鳠嵯禂?shù) h 是已知的。 41、寫出豎平壁上膜狀凝結(jié)的冷凝雷諾數(shù)的表達(dá)式。 答：冷凝雷諾數(shù)：, 或者，其中 42、為什么用電加熱時容易發(fā)生電熱管壁被燒毀的現(xiàn)象？而采用蒸汽加熱時則不會？ 答：用電加熱時，加熱方式屬于表面熱流密度

16、可控制的，而采用蒸汽加熱時則屬于壁面溫度可控制的情形。由大容器飽和沸騰曲線可知，當(dāng)熱流密度一旦超過臨界熱流密度時，工況就有可能很快跳至穩(wěn)定的膜態(tài)沸騰，使得表面溫度快速上升，當(dāng)超過壁面得燒毀溫度時，就會導(dǎo)致設(shè)備的燒毀；采用蒸汽加熱由于壁面溫度可控制，就容易控制壁面的溫升，避免設(shè)備壁面溫度過度升高，使其溫度始終低于設(shè)備的燒毀溫度。 43、用熱電偶監(jiān)測氣流溫度隨時間變化規(guī)律時，應(yīng)如何選擇熱電偶節(jié)點(diǎn)的大小？ 答：在其它條件相同時，熱電偶節(jié)點(diǎn)越大，它的溫度變化一定幅度所需要吸收（或放出）的熱量越多，此時雖然節(jié)點(diǎn)換熱表面積也有所增大，但其增大的幅度小于體積增大的幅度。故綜合地講，節(jié)點(diǎn)大的熱電偶在相同的時間

17、內(nèi)吸收熱量所產(chǎn)生的溫升要小一些。由定義知，為節(jié)點(diǎn)的半徑，顯然，節(jié)點(diǎn)半徑越小，時間常數(shù)越小，熱電偶的相應(yīng)速度越快。 44、由導(dǎo)熱微分方程可知，非穩(wěn)態(tài)導(dǎo)熱只與熱擴(kuò)散率有關(guān)，而與導(dǎo)熱系數(shù)無關(guān)。你認(rèn)為對嗎？ 答：由于描述一個導(dǎo)熱問題的完整數(shù)學(xué)表達(dá)，不僅包括控制方程，還包括定解條件。雖然非穩(wěn)態(tài)導(dǎo)熱控制方程只與熱擴(kuò)散率有關(guān)，但邊界條件中卻有可能包括導(dǎo)熱系數(shù)。因此，上述觀點(diǎn)不正確。 45、由對流換微分方程可知，該式中沒有出現(xiàn)流速，有人因此認(rèn)為表面?zhèn)鳠嵯禂?shù)與流體速度場無關(guān)。你認(rèn)為對嗎？ 答：這種說法不正確，因?yàn)樵诿枋隽鲃拥哪芰糠匠讨?，對流?xiàng)含有流體速度，要獲得流體的溫度場，必須先獲得流體的速度場，在對流換熱中

18、流動與換熱是密不可分的。因此，對流換熱的表面?zhèn)鳠嵯禂?shù)與流體速度有關(guān)。 46、什么是等溫線？在連續(xù)的溫度場中，等溫線的特點(diǎn)是什么？ 47.大平壁在等溫介質(zhì)中冷卻的冷卻率與哪些因素有關(guān) 48、何謂集總參數(shù)法？其應(yīng)用的條件是什么？應(yīng)怎樣選擇定型尺寸？ 答：集總參數(shù)法是忽略物體內(nèi)部導(dǎo)熱熱阻的簡化分析方法。應(yīng)用于物體的導(dǎo)熱系數(shù)相當(dāng)大，或者幾何尺寸很小，或表面?zhèn)鳠嵯禂?shù)極低。集總參數(shù)法的適用條件是對于平板 bi0.1，對于圓柱 bi0.05，對于球 bi0.033。 49、寫出計算一維等截面直肋散熱量的公式。 50、簡述遮熱罩削弱輻射換熱的基本思想。 51、判定兩個物理現(xiàn)象相似的條件是什么？ 1.同名的以定

19、特征數(shù)相等；2.單值性條件相似 52、試述強(qiáng)化管內(nèi)流體對流換熱采用的方法，并簡述理由。 54、影響膜狀凝結(jié)換熱的主要熱阻是什么？ 55、大空間飽和沸騰有哪三種狀態(tài)？什么是沸騰換熱的臨界熱負(fù)荷？ 答：核態(tài)沸騰、過渡沸騰、穩(wěn)定膜態(tài)沸騰。由大容器飽和沸騰曲線可知，當(dāng)熱流密度一旦超過臨界熱流密度時，工況就有可能很快跳至穩(wěn)定的膜態(tài)沸騰，使得表面溫度快速上升，當(dāng)超過壁面得燒毀溫度時，就會導(dǎo)致設(shè)備的燒毀，這個臨界熱負(fù)荷為沸騰換熱的臨界熱負(fù)荷。 56、寫出傅立葉定律的數(shù)學(xué)表達(dá)式，并解釋其物理意義。 57、簡要說明太陽能集熱器采用的選擇性表面應(yīng)具備的性質(zhì)和作用原理。 58、試用傳熱學(xué)理論解釋熱水瓶的保溫原理。

20、59、無內(nèi)熱源，常物性二維導(dǎo)熱物體在某一瞬時的溫度分布為 t2y2cosx。試說明該導(dǎo)熱物體在x0，y=1處的溫度是隨時間增加逐漸升高，還是逐漸降低。 答：由導(dǎo)熱控制方程，得： 當(dāng)時，故該點(diǎn)溫度隨時間增加而升高。 60、工程中應(yīng)用多孔性材料作保溫隔熱,使用時應(yīng)注意什么問題?為什么? 答： 應(yīng)注意防潮。保溫材料的一個共同特點(diǎn)是它們經(jīng)常呈多孔狀，或者具有纖維結(jié)構(gòu)，其中的熱量傳遞是導(dǎo)熱、對流換熱、熱輻射三種傳熱機(jī)理聯(lián)合作用的綜合過程。如果保溫材料受潮，水分將替代孔隙中的空氣，這樣不僅水分的導(dǎo)熱系數(shù)高于空氣，而且對流換熱強(qiáng)度大幅度增加，這樣材料保溫性能會急劇下降。 61、用套管溫度計測量容器內(nèi)的流體溫

21、度，為了減小測溫誤差，套管材料選用銅還是不銹鋼? 答：由于套管溫度計的套管可以視為一維等截面直助，要減小測溫誤差(即使套管頂部溫度 th 盡量接近流體溫度 tf)，應(yīng)盡量減小沿套管長度流向容器壁面的熱量，即增大該方向的熱阻。所以，從套管樹料上說應(yīng)采用導(dǎo)熱系數(shù)更小的不銹鋼。 62、兩種幾何尺寸完全相同的等截面直肋，在完全相同的對流環(huán)境(即表面?zhèn)鳠嵯禂?shù)和流體溫皮均相同)下，沿肋高方向溫度分布曲線如圖所示。請判斷兩種材料導(dǎo)熱系數(shù)的大小和肋效率的高低? 答：對一維肋片，導(dǎo)熱系數(shù)越高時，沿肋高方向熱阻越小，因而沿肋高方向的溫度變化(降落或上升)越小。因此曲線 1對應(yīng)的是導(dǎo)熱系數(shù)大的材料曲線 2 對應(yīng)導(dǎo)熱

22、系數(shù)小的材料。而且，由肋效率的定義知，曲線 1 的肋效率高于曲線 2。 63、一維無內(nèi)熱源、平壁穩(wěn)態(tài)導(dǎo)熱的溫度場如圖所示。試說明它的導(dǎo)熱系數(shù)是隨溫度增加而增加，還是隨溫度增加而減小? 答:由傅立葉里葉定律， 圖中隨 x 增加而減小，因而隨 2 增加 x 而增加，而溫度 t 隨 x 增加而降低，所以導(dǎo)熱系數(shù)隨溫度增加而減小。 64、夏季在維持 20的室內(nèi)工作，穿單衣感到舒適，而冬季在保持 22的室內(nèi)工作時，卻必須穿絨衣才覺得舒服。試從傳熱的觀點(diǎn)分析原因。 答：首先，冬季和夏季的最大區(qū)別是室外溫度的不同。夏季室外溫度比室內(nèi)氣溫高，因此通過墻壁的熱量傳遞方向是出室外傳向室內(nèi)。而冬季室外氣溫比室內(nèi)低，

23、通過墻壁的熱量傳遞方向是由室內(nèi)傳向室外。因此冬季和夏季墻壁內(nèi)表面溫度不同，夏季高而冬季低。因此，盡管冬季室內(nèi)溫度(22)比夏季略高(20)，但人體在冬季通過輻射與墻壁的散熱比夏季高很多。根據(jù)上題人體對冷感的感受主要是散熱量的原理，在冬季散熱量大，因此要穿厚一些的絨衣。 65、冬天，經(jīng)過在白天太陽底下曬過的棉被，晚上蓋起來感到很暖和，并且經(jīng)過拍打以后，效果更加明顯。試解釋原因。 答：棉被經(jīng)過晾曬以后，可使棉花的空隙里進(jìn)人更多的空氣。而空氣在狹小的棉絮空間里的熱量傳遞方式主要是導(dǎo)熱，由于空氣的導(dǎo)熱系數(shù)較小(20，1.01325105pa 時，空氣導(dǎo)熱系數(shù)為 0.0259w/(mk)，具有良好的保溫

24、性能。而經(jīng)過拍打的棉被可以讓更多的空氣進(jìn)入，因而效果更明顯。 66、由對流換熱微分方程知，該式中沒有出現(xiàn)流速，有人因此得出結(jié)論：表面?zhèn)鳠嵯禂?shù) h 與流體速度場無關(guān)。試判斷這種說法的正確性? 答：這種說法不正確，因?yàn)樵诿枋隽鲃拥哪芰课⒎址匠讨?，對流?xiàng)含有流體速度，即要獲得流體的溫度場，必須先獲得其速度場，"流動與換熱密不可分'。因此表面?zhèn)鳠嵯禂?shù)必與流體速度場有關(guān)。 67、在流體溫度邊界層中，何處溫度梯度的絕對值最大?為什么?有人說對一定表面?zhèn)鳠釡夭畹耐N流體，可以用貼壁處溫度梯度絕對值的大小來判斷表面?zhèn)鳠嵯禂?shù) h 的大小，你認(rèn)為對嗎? 答：在溫度邊界層中，貼壁處流體溫度梯度的絕

25、對值最大，因?yàn)楸诿媾c流體間的熱量交換都要通過貼壁處不動的薄流體層，因而這里換熱最劇烈。由對流換熱微分方程，對一定表面?zhèn)鳠釡夭畹耐N流體與t 均保持為常數(shù)，因而可用絕對值的大小來判斷表面?zhèn)鳠嵯禂?shù) h 的大小。 68、簡述邊界層理論的基本論點(diǎn)。 答：邊界層厚度、t 與壁的尺寸 l 相比是極小值； 邊界層內(nèi)壁面速度梯度及溫度梯度最大； 邊界層流動狀態(tài)分為層流與紊流,而紊流邊界層內(nèi),緊貼壁面處仍將是層流,稱為層流底層； 流場可以劃分為兩個區(qū)：邊界層區(qū)（粘滯力起作用）和主流區(qū)，溫度同樣場可以劃分為兩個區(qū)：邊界層區(qū)（存在溫差）和主流區(qū)（等溫區(qū)域）； 對流換熱熱阻主要集中在熱邊界層區(qū)域的導(dǎo)熱熱阻。層流邊界層

26、的熱阻為整個邊界層的導(dǎo)熱熱阻。紊流邊界層的熱阻為層流底層的導(dǎo)熱熱阻 69、有若干個同類物理現(xiàn)象,怎樣才能說明其單值性條件相似。試設(shè)想用什么方法對以實(shí)現(xiàn)物體表面溫度恒定、表面熱流量恒定的邊界條件? 答：所謂單值條件是指包含在準(zhǔn)則中的各已知物理量，即影響過程特點(diǎn)的那些條件時間條件、 物理?xiàng)l件、邊界條件。所謂單值性條件相似,首先是時間條件相似(穩(wěn)態(tài)過程不存在此條件)。然后,幾何條件、邊界條件及物理?xiàng)l件要分別成比例。采用飽和蒸汽（或飽和液體）加熱（或冷卻）可實(shí)現(xiàn)物體表面溫度恒定的邊界條件，而采用電加熱可實(shí)現(xiàn)表面熱流量恒定的邊界條件。 70、對皆內(nèi)強(qiáng)制對流換熱，為何采用短管和彎管可以強(qiáng)化流體的換熱? 答

27、：采用短管，主要是利用流體在管內(nèi)換熱處于入口段溫度邊界層較薄，因而換熱強(qiáng)的特點(diǎn)，即所謂的"入口效應(yīng)'，從而強(qiáng)化換熱。而對于彎管，流體流經(jīng)彎管時，由于離心力作用，在橫截面上產(chǎn)生二次環(huán)流，增加了擾動，從而強(qiáng)化了換熱。 71、在地球表面某實(shí)驗(yàn)室內(nèi)設(shè)計的自然對流換熱實(shí)驗(yàn)，到太空中是否仍然有效，為什么？ 答：該實(shí)驗(yàn)到太空中無法得到地面上的實(shí)驗(yàn)結(jié)果。因?yàn)樽匀粚α魇怯闪黧w內(nèi)部的溫度差從而引起密度差并在重力的作用下引起的。在太空中實(shí)驗(yàn)裝置格處于失重狀態(tài)，因而無法形成自然對流，所以無法得到頂期的實(shí)驗(yàn)結(jié)果。 72、在對流溫度差大小相同的條件下,在夏季和冬季,屋頂天花板內(nèi)表面的對流放熱系數(shù)是否相同

28、?為什么? 答：在夏季和冬季兩種情況下,雖然它們的對流溫差相同,但它們的內(nèi)表面的對流放熱系數(shù)卻不一定相等。原因:在夏季 tftw,在冬季 tftw,即在夏季,溫度較高的水平壁面在上,溫度較低的空氣在下,自然對流不易產(chǎn)生,因此放熱系數(shù)較低.反之,在冬季,溫度較低的水平壁面在上,而溫度較高的空氣在下,自然對流運(yùn)動較強(qiáng)烈,因此,放熱系數(shù)較高。 73、試述沸騰換熱過程中熱量傳遞的途徑。 答：半徑 rrmin 的汽泡在核心處形成之后,隨著進(jìn)一步地的加熱,它的體積將不斷增大,此時的熱量是以導(dǎo)熱方式輸入, 其途徑一是由汽泡周圍的過熱液體通過汽液界面輸入, 另一是直接由汽泡下面的汽固界面輸入,由于液體的導(dǎo)熱系

29、數(shù)遠(yuǎn)大于蒸汽,故熱量傳遞的主要途徑為前者。 當(dāng)汽泡離開壁面升入液體后,周圍過熱液體繼續(xù)對它進(jìn)行加熱,直到逸出液面,進(jìn)入蒸汽空間。 74、兩滴完全相同的水滴在大氣壓下分別滴在表面溫度為 120和 400的鐵板上，試問滴在哪塊板上的水滴先被燒干，為什么? 答：在大氣壓下發(fā)生沸騰 換熱時，上述兩水滴的過熱度分別是和，由大容器飽和沸騰曲線，前者表面發(fā)生的是核態(tài)沸騰，后者發(fā)生膜態(tài)沸騰。雖然前者傳熱溫差小，但其表面?zhèn)鳠嵯禂?shù)大，從而表面熱流反而大于后者。所以水滴滴在 120的鐵板上先被燒干。 75、有臺放置于室外的冷庫，從減小冷庫冷量損失的角度出發(fā)，冷庫外殼顏色應(yīng)涂成深色還是淺色? 答：要減少冷庫冷損，須盡

30、可能少地吸收外界熱量，而盡可能多地向外釋放熱量。因此冷庫敗取較淺的顏色，從而使吸收的可見光能量較少，而向外發(fā)射的紅外線較多。 76、何謂"漫灰表面'?有何實(shí)際意義? 答："漫灰表面'是研究實(shí)際物體表面時建立的理想體模型.漫輻射、漫反射指物體表面在輻射、反射時各方向相同. 灰表面是指在同一溫度下表面的輻射光譜與黑體輻射光譜相似,吸收率也取定值."漫灰表面'的實(shí)際意義在于將物體的輻射、反射、吸收等性質(zhì)理想化,可應(yīng)用熱輻射的基本定律了。大部分工程材料可作為漫輻射表面,并在紅外線波長范圍內(nèi)近似看作灰體.從而可將基爾霍夫定律應(yīng)用于輻射換熱計算中。 7

31、7、某樓房室內(nèi)是用白灰粉刷的, 但即使在晴朗的白天, 遠(yuǎn)眺該樓房的窗口時, 總覺得里面黑洞洞的, 這是為什么? 答：窗口相對于室內(nèi)面積來說較小, 當(dāng)射線(可見光射線等)從窗口進(jìn)入室內(nèi)時在室內(nèi)經(jīng)過多次反復(fù)吸收、反射, 只有極少的可見光射線從窗口反射出來, 由于觀察點(diǎn)距離窗口很遠(yuǎn), 故從窗口反射出來的可見光到達(dá)觀察點(diǎn)的份額很小, 因而就很難反射到遠(yuǎn)眺人的眼里, 所以我們就覺得窗口里面黑洞洞的. 78、黑體表面與重輻射面相比，均有 j=eb。這是否意味著黑體表面與重輻射面具有相同的性質(zhì)？ 答：雖然黑體表面與重輻射面均具有 j=eb 的特點(diǎn)，但二者具有不同的性質(zhì)。黑體表面的溫度不依賴于其他參與輻射的表

32、面，相當(dāng)于源熱勢。而重輻射面的溫度則是浮動的，取決于參與輻射的其他表面。 79、要增強(qiáng)物體間的輻射換熱，有人提出用發(fā)射率大的材料。而根據(jù)基爾霍夫定律，對漫灰表面，即發(fā)射率大的物體同時其吸收率也大。有人因此得出結(jié)論：用增大發(fā)射率的方法無法增強(qiáng)輻射換熱。請判斷這種說法的正確性，并說明理由。 答：在其他條件不變時，由物體的表面熱阻可知，當(dāng)越大時，物體的表面輻射熱阻越小，因而可以增強(qiáng)輻射換熱。因此，上述說法不正確。 80、對殼管式換熱器來說，兩種流體在下列情況下，何種走管內(nèi)，何種走管外？ (1)清潔與不清潔的；(2)腐蝕性大與小的；(3)溫度高與低的；(4)壓力大與小的；(5)流量大與小的；(6)粘度

33、大與小的。 答：(1)不清潔流體應(yīng)在管內(nèi)，因?yàn)闅?cè)清洗比較困難，而管內(nèi)可定期折開端蓋清洗；(2)腐蝕性大的流體走管內(nèi)，因?yàn)楦鼡Q管束的代價比更換殼體要低，且如將腐蝕性強(qiáng)的流體置于殼側(cè)，被腐蝕的不僅是殼體，還有管子；(3)溫度低的流體置于殼側(cè)，這樣可以減小換熱器散熱損失；(4)壓力大的流體置于管內(nèi)，因?yàn)楣軅?cè)耐壓高，且低壓流體置于殼側(cè)時有利于減小阻力損；(5)流量大的流體放在管外，橫向沖刷管束可使表面?zhèn)鳠嵯禂?shù)增加；(6)粘度大的流體放在管外，可使管外側(cè)表面?zhèn)鳠嵯禂?shù)增加。 二、計算題 （一）計算題解題方略 1、穩(wěn)態(tài)導(dǎo)熱問題 （1）截面直肋肋片的傳熱量和肋端溫度的求解。 （1） （2） （3） （4）

34、（5） （6） （2）單層及多層平壁在第三類邊界條件 （7） （8） （9） 下導(dǎo)熱問題的計算， （3）單層及多層圓筒壁在第三類邊界條件下導(dǎo)熱 每米供熱管道的散熱損失。 2、非穩(wěn)態(tài)導(dǎo)熱問題 （1）集總參數(shù)法求解任意形狀物體（如熱電偶）的瞬態(tài)冷卻或加熱問題。 （2）公式法或諾謨圖法求解任意形狀物體（如熱電偶或平板）的瞬態(tài)冷卻或加熱問題。 3、對流換熱問題 （1）外掠平板或管內(nèi)強(qiáng)制對流換熱問題在不同流態(tài)下的換熱分析及計算。 （2）橫掠單管或管束的自然或強(qiáng)制對流換熱問題的計算。 4、輻射換熱問題 （1）兩個和三個非凹面組成的封閉腔體，各個表面之間的輻射換熱問題的計算，（2）兩個平行平板之間的輻射換熱

35、問題的計算。 5、注意事項(xiàng) （1） 對流換熱問題中，當(dāng)流體為氣流時，有時需要同時考慮 對流和輻射換熱； （2） 對于長直的園管換熱問題，往往要計算單位管長的換熱量； （3） 對于管內(nèi)強(qiáng)迫對流換熱問題，應(yīng)注意層流和紊流時的實(shí)驗(yàn)關(guān)聯(lián)式的選取，而且流體定性溫度的在不同邊界條件下（如常壁溫和常熱流邊界條件）確定方法有兩種：算數(shù)平均法和對數(shù)平均法。 （4） 注意多個非凹面組成的封閉腔體，各個表面之間的輻射換熱問題的計算中的某個表面的凈輻射熱量與任意兩個表面之間的輻射換熱量的區(qū)別與聯(lián)系。 （二）計算題例題 1、室內(nèi)一根水平放置的無限長的蒸汽管道， 其保溫層外徑 d=583 mm，外表面實(shí)測平均溫度及空氣溫

36、度分別為 ，此時空氣與管道外表面間的自然對流換熱的表面?zhèn)鳠嵯禂?shù) h=3.42 w /(m2 k), 墻壁的溫度近似取為室內(nèi)空氣的溫度，保溫層外表面的發(fā)射率 問：（1） 此管道外壁的換熱必須考慮哪些熱量傳遞方式； （2）計算每米長度管道外壁的總散熱量。(12 分) 解： （1）此管道外壁的換熱有輻射換熱和自然對流換熱兩種方式。 （2）把管道每米長度上的散熱量記為 當(dāng)僅考慮自然對流時，單位長度上的自然對流散熱 近似地取墻壁的溫度為室內(nèi)空氣溫度，于是每米長度管道外表面與室內(nèi)物體及墻壁之間的輻射為： 總的散熱量為 x t o 2、如圖所示的墻壁，其導(dǎo)熱系數(shù)為 50w/(mk),厚度為 50mm，在穩(wěn)態(tài)

37、情況下的墻壁內(nèi)的一維溫度分布為：t=200-2021x2，式中 t 的單位為 0c，x 單位為 m。試求： (1)墻壁兩側(cè)表面的熱流密度； (2)墻壁內(nèi)單位體積的內(nèi)熱源生成的熱量。 解：(1)由傅立葉定律： 所以墻壁兩側(cè)的熱流密度： (3) 由導(dǎo)熱微分方程得： 3、一根直徑為 1mm 的銅導(dǎo)線，每米的電阻為。導(dǎo)線外包有厚度為 0.5mm，導(dǎo)熱系數(shù)為 0.15w/(mk)的絕緣層。限定絕緣層的最高溫度為 650c，絕緣層的外表面溫度受環(huán)境影響，假設(shè)為 400c。試確定該導(dǎo)線的最大允許電流為多少？ 解：(1)以長度為 l 的導(dǎo)線為例，導(dǎo)線通電后生成的熱量為,其中的一部分熱量用于導(dǎo)線的升溫，其熱量為

38、：一部分熱量通過絕熱層的導(dǎo)熱傳到大氣中，其熱量為：。 根據(jù)能量守恒定律知： 即 (2)當(dāng)導(dǎo)線達(dá)到最高溫度時，導(dǎo)線處于穩(wěn)態(tài)導(dǎo)熱， ， 4、 解：以長度為 l 的導(dǎo)線為例，通電后生成的熱量為 i2rl。所生成的熱量，一部分通過絕緣層以導(dǎo)熱方式傳遞到大氣中，另一部分熱量則用于導(dǎo)線 溫度的升高。 (1) 導(dǎo)熱熱量 (2) 溫度的升高所需要的熱量 (3)根據(jù)能量守恒定律有： (4)當(dāng)時，導(dǎo)線處于最高溫度。于是，即 4、初溫為 250c 的熱電偶被置于溫度為 2500c的氣流中，設(shè)熱電偶節(jié)點(diǎn)可以近似看成球形，要使其時間常數(shù)，問熱節(jié)點(diǎn)的直徑為多大？忽略熱電偶引線的影響，且熱節(jié)點(diǎn)與氣流間的表面?zhèn)鳠嵯禂?shù)為 h=

39、300w /(m2 k)，熱節(jié)點(diǎn)材料的物性參數(shù)為：導(dǎo)熱系數(shù)為 20w/(mk)，如果氣流與熱節(jié)點(diǎn)間存在著輻射換熱，且保持熱電偶時間常數(shù)不變，則對所需熱節(jié)點(diǎn)直徑大小有和影響？ 解：（1） 解：由于熱電偶的直徑較小，一般滿足集總參數(shù)條件，時間常數(shù)為 , 故熱電偶直徑： 驗(yàn)證畢渥數(shù) bi 是否滿足集總參數(shù)法： 滿足集總參數(shù)法條件。 (2)若熱節(jié)點(diǎn)與氣流間存在輻射換熱，則總的表面?zhèn)鳠嵯禂?shù) h（包括對流和輻射）將增加，由知，要保持不變，可以使增加，即熱節(jié)點(diǎn)的直徑增加。 5、空氣以 10m/s 速度外掠 0.8m 長的平板， 故熱電偶的直徑： 驗(yàn)證 bi 數(shù)是否滿足集總參數(shù)法： 說明上述假設(shè)是正確的。 5

40、、空氣以 10m/s 速度外掠 0.8m 的長平板，,，計算該平板在臨界雷諾數(shù)下的、全板平均表面?zhèn)鳠嵯禂?shù)以及換熱量。（層流時平板表面局部努塞爾數(shù)，紊流時平板表面局部努塞爾數(shù)，板寬為 1m，已知，定性溫度時的物性參數(shù)為：，） 解：(1)根據(jù)臨界雷諾數(shù)求解由層流轉(zhuǎn)變到紊流時的臨界長度 ,此時空氣得物性參數(shù)為： ， 由于板長是 0.8m，所以，整個平板表面的邊界層的流態(tài)皆為層流 (2)板長為 0.8m 時，整個平板表面的邊界層的雷諾數(shù)為： 解：臨界長度 由于板長為0.8m，所以整個平板表面的流動邊界層流態(tài)皆為層流。此時 當(dāng)平板長度為0.8m時，雷諾數(shù) 全板平均表面?zhèn)鳠嵯禂?shù): 全板平均表面換熱量 6、一厚度為 2的無限大平壁，導(dǎo)熱系數(shù)為常量，壁內(nèi)具有均勻的內(nèi)熱源(單位為 w/m3)，邊界條件為 x0，t=tw1；x=2，t=tw2；tw1tw2。試求平壁內(nèi)的穩(wěn)態(tài)溫度分布 t(x)及最高溫度的位置 xtmax，并畫出溫度分布的示意圖。 解