傳熱學習習題及答案

1、1. 流動邊界層固體壁面附近流體，由于粘性導致速度急劇變化的薄層稱為流動邊界層（速度邊界層）2. 定性溫度用以確定特征數(shù)中流體物性的溫度稱為定性溫度。3. 灰體光譜吸收比與波長無關的物體稱為灰體。4. 輻射力指單位時間、單位面積的輻射表面向半球空間所有方向所發(fā)射的全部波長的總能量。1. 經(jīng)過白天太陽底下曬過的棉被，晚上蓋起來感到暖和，并且經(jīng)過拍打以后，效果更加明顯，試解釋原因。（6分）答：棉被經(jīng)過晾曬以后，可使棉花的空隙進入更多的空氣，而空氣在狹小的棉絮空間里的熱量傳遞方式主要是導熱，由于空氣的導熱系數(shù)較小，具有良好的保溫性能。而經(jīng)過拍打的棉被可以讓更多的空氣進入，因而效果更明顯。2. 寫出傅

2、立葉導熱定律表達式，并說明式中各量和符號的物理意義。（6分）答：其中q是熱流密度矢量；l是到導熱系數(shù)，表示物質導熱本領的大??；gradt是空間某點的溫度梯度；n是通過該點的等溫線上的法向單位矢量，指向溫度升高的方向，負號表示熱量沿溫度降低的方向傳遞。3. 寫出努塞爾數(shù)Nu與畢渥數(shù)Bi表達式并比較異同。（6分）答：從形式上看，Nu數(shù)（）與Bi數(shù)（）完全相同，但二者的物理意義卻不同。Nu數(shù)中l(wèi)為流體的導熱系數(shù)，而一般h未知，因而Nu數(shù)一般是待定準則。Nu數(shù)的物理意義表示壁面附近流體的無量綱溫度梯度，它表示流體對流換熱的強弱。而Bi數(shù)中的l為導熱物體的導熱系數(shù)，且一般情況下h已知，Bi數(shù)一般是已定準

3、則。Bi數(shù)的物理意義是導熱題內部導熱熱阻（l/l）與外部對流熱阻（1/h）的相對大小。4. 厚度等于d 的常物性無限大平板，初始溫度均勻為t0，過程開始后，左側有一定熱流密度qw的熱源加熱，右側與低溫流體tf相接觸（t0>tf），表面?zhèn)鳠嵯禂?shù)h等于常數(shù)，所有物性參數(shù)已知，寫出該導熱問題的數(shù)學描述。（6分）答：這是一個沿平板厚度方向的一維非穩(wěn)態(tài)導熱問題，其微分方程、邊界及初始條件為微分方程：初始條件：邊界條件： 1.導熱微分方程的一般形式為,當熱物性參數(shù)為常數(shù)時，上式可表示為 ；對于常物性參數(shù)，無內熱源的二維非穩(wěn)態(tài)導熱問題可表示為；對于常物性參數(shù)，無內熱源的一維穩(wěn)態(tài)導熱可表示為。2. 多層

4、平壁熱流密度計算公式為 。3.供暖系統(tǒng)中暖氣片內的熱水通過 對流 方式把熱量傳到管子內壁,然后以. 導熱 方式熱量傳到管子外壁，最后通過 對流+熱輻射 方式，使室內環(huán)境溫度升高。4. 已知等截面直肋中沿肋高x過余溫度分布與肋根部過余溫度0之間關系為 由此可得肋端部H過余溫度為5. 對流換熱的種類按照流動的動力不同可分為 強制 對流和 自然 對流。6.二維穩(wěn)態(tài)導熱的有限差分方程。1. 用裝有油的鐵套和玻璃水銀溫度計測量蒸汽管道中的溫度，溫度計讀數(shù)為100，套筒根部溫度為60，套筒高度H=140mm，壁厚1mm，鐵套導熱系數(shù)為，鐵套外表面與蒸汽間的換熱系數(shù)為(W/m2K)，試分析溫度計讀數(shù)誤差有多

5、大(10分)解：溫度計讀得的溫度tH與壓縮空氣真實溫度tf間的聯(lián)系可表示為：當x=H時， 于是周長U=d，套管壁橫截面Af=d。所以由附表查得ch=, 測試獲得的溫度和實際溫度相差3.8。2 一直徑為10cm，長60cm的鋼圓柱體，初始溫度為30，將其放入爐溫為1200的加熱爐中加熱，升溫到800后方可取出，設圓柱體與爐內煙氣之間的復合表面?zhèn)鳠嵯禂?shù)為110W/，鋼的物性參數(shù)分別為c=，=7753(kg/m3)，（W/）需要多長時間(10分)解：首先采用集總參數(shù)法判據(jù)可以采用集總參數(shù)法。解：定性溫度：tm(17030)/2=100查附錄5得：lm×10-2W/(m)nm=×1

6、0-6m2/sPrm空氣的體脹系數(shù)av1/T1/373K-1由此計算出：按表6-1處于紊流流態(tài)，C，n1/3Num=(Grm Prm)1/3=××1011×1/3=4. 有一圓柱體，如下圖所示，表面1溫度，發(fā)射率，表面2溫度，發(fā)射率，圓柱面3為重輻射表面，角系數(shù)。求表面1和表面2間的輻射換熱量 (10分)解：熱阻網(wǎng)絡圖如下 , , , 優(yōu)先看上面這一部分1. 導溫系數(shù)，式中式物體的導熱系數(shù)，和分別為物體的密度和定壓比熱容。是材料傳播溫度變化能力大小的指標。2. 流動邊界層固體壁面附近流體，由于粘性導致速度急劇變化的薄層稱為流動邊界層（速度邊界層）3. 角系數(shù)表面1

7、發(fā)出的輻射能中落到表面2上的百分數(shù)稱為表面1對表面2的角系數(shù)。4. 發(fā)射率實際物體的輻射力與同溫度下黑體輻射力的比值稱為實際物體的發(fā)射率。1. 寫出熱擴散率的表達式，并說明其物理意義。（6分）答：熱擴散率（導溫系數(shù)），反映了導熱過程中材料的導熱能力（）與沿途物質儲熱能力（c ）之間的關系。a值大，說明物體的某一部分一旦獲得熱量，該熱量能在整個物體中很快擴散。2. 經(jīng)過白天太陽底下曬過的棉被，晚上蓋起來感到暖和，并且經(jīng)過拍打以后，效果更加明顯，試解釋原因。（6分）答：棉被經(jīng)過晾曬以后，可使棉花的空隙進入更多的空氣，而空氣在狹小的棉絮空間里的熱量傳遞方式主要是導熱，由于空氣的導熱系數(shù)較小，具有良好

8、的保溫性能。而經(jīng)過拍打的棉被可以讓更多的空氣進入，因而效果更明顯。3. 寫出努塞爾數(shù)Nu與畢渥數(shù)Bi表達式并比較異同。（6分）答：從形式上看，Nu數(shù)（）與Bi數(shù)（）完全相同，但二者的物理意義卻不同。Nu數(shù)中l(wèi)為流體的導熱系數(shù)，而一般h未知，因而Nu數(shù)一般是待定準則。Nu數(shù)的物理意義表示壁面附近流體的無量綱溫度梯度，它表示流體對流換熱的強弱。而Bi數(shù)中的l為導熱物體的導熱系數(shù)，且一般情況下h已知，Bi數(shù)一般是已定準則。Bi數(shù)的物理意義是導熱體內部導熱熱阻（l/l）與外部對流熱阻（1/h）的相對大小。4. 厚度等于d 的常物性無限大平板，初始溫度均勻為t0，過程開始后，左側有一定熱流密度qw的熱源

9、加熱，右側與低溫流體tf相接觸（t0>tf），表面?zhèn)鳠嵯禂?shù)h等于常數(shù)，所有物性參數(shù)已知，寫出該導熱問題的數(shù)學描述。（6分）答：這是一個沿平板厚度方向的一維非穩(wěn)態(tài)導熱問題，其微分方程、邊界及初始條件為微分方程：初始條件：邊界條件： 1.供暖系統(tǒng)中暖氣片內的熱水通過 對流 方式把熱量傳到管子內壁,然后以. 導熱 方式熱量傳到管子外壁，最后通過 對流+熱輻射 方式，使室內環(huán)境溫度升高。2. 多層平壁熱流密度計算公式為 。3.導熱微分方程的一般形式為,當熱物性參數(shù)為常數(shù)時，上式可表示為 ；對于常物性參數(shù)，無內熱源的二維非穩(wěn)態(tài)導熱問題可表示為；對于常物性參數(shù)，無內熱源的一維穩(wěn)態(tài)導熱可表示為。4.

10、已知等截面直肋中沿肋高x過余溫度分布與肋根部過余溫度0之間關系為 由此可得肋端部H過余溫度為5. 對流換熱的種類按照流動的動力不同可分為 強制 對流和 自然 對流。6.二維穩(wěn)態(tài)導熱的有限差分方程。1. 某房間墻壁（從外到內）由一層厚度為240mm的磚層和一層厚度為20mm的灰泥構成。冬季外壁面溫度為-10，內壁面溫度為18時。求1）通過該墻體的熱流密度是多少2）兩層材料接觸面的溫度是多少已知磚的導熱系數(shù)l=(mK)，灰泥的導熱系數(shù)l=(mK)。解：令磚層為1層，灰泥層為2層。外壁面為1，內壁面為2，中間接觸面為3。2 一直徑為10cm，長60cm的鋼圓柱體，初始溫度為30，將其放入爐溫為1200的加熱爐中加熱，升溫到800后方可取出，設圓柱體與爐內煙氣之間的復合表面?zhèn)鳠嵯禂?shù)為110W/，鋼的物性參數(shù)分別為c=，=7753(kg/m3)，（W/）需要多長時間解：首先采用集總參數(shù)法判據(jù)可以采用集總參數(shù)法。3.某窯爐，側墻高3m，總長12m，爐墻外壁壁溫tw=170。已知周圍空氣溫度tf=30,試求此側墻的自然對流散熱量。解：定性溫度：tm(17030)/2=100查附錄5得：lm×10-2W/(m)nm=×10-6m2/sPrm空氣的體脹系數(shù)av1/T1/373K-1由此計算出：按表6-1處于紊流