傳熱學1-4章復習題(共29頁)

1、第一(dy)部分：必背的公式1. 通過(tnggu)單層平壁穩(wěn)態(tài)導熱熱流量的計算公式2. 通過(tnggu)單層圓筒壁穩(wěn)態(tài)導熱熱流量的計算公式3. 牛頓冷卻公式5. 傳熱方程式第二部分：必背的物理概念表達式或定義式1. 導熱的傅立葉定律數(shù)學表達式在直角坐標系中，x坐標方向上，或2. 肋片效率肋片的理想散熱量是指整個肋片均處在肋根溫度下的散熱量。3. 畢渥數(shù)、傅立葉數(shù)和時間常數(shù)的表達式， 第三部分：應掌握的傳熱學基本概念和基本理論溫度場、溫度梯度、等溫線。導熱微分方程式中各項的意義，對一個具體的導熱問題，如何描述？對常見的三類邊界條件如何描述？非穩(wěn)態(tài)導熱中的非正規(guī)狀況階段和正規(guī)狀況階段。采用集總

2、參數(shù)法分析非穩(wěn)態(tài)導熱的基本思想和方法。半無限大物體(wt)的概念。導熱問題數(shù)值求解的基本(jbn)思想和基本步驟。熱平衡法建立節(jié)點離散(lsn)方程。代數(shù)方程組迭代求解的基本過程。非穩(wěn)態(tài)導熱數(shù)值求解中顯示差分格式和隱式差分格式及其優(yōu)缺點。第四部分：應掌握的計算問題1. 通單層平壁或圓筒壁的穩(wěn)態(tài)導熱計算。應用熱阻概念對通過多層平壁或圓筒壁的導熱問題和傳熱過程的分析和計算。對于一維非穩(wěn)態(tài)導熱，采用海斯勒圖的計算。第一章 概 論名詞解釋1熱流量：單位時間內(nèi)所傳遞的熱量2熱流密度：單位傳熱面上的熱流量3導熱：當物體內(nèi)有溫度差或兩個不同溫度的物體接觸時，在物體各部分之間不發(fā)生相對位移的情況下，物質(zhì)微粒(

3、分子、原子或自由電子)的熱運動傳遞了熱量，這種現(xiàn)象被稱為熱傳導，簡稱導熱。 4對流傳熱：流體流過固體壁時的熱傳遞過程，就是熱對流和導熱聯(lián)合用的熱量傳遞過程，稱為表面對流傳熱，簡稱對流傳熱。5輻射傳熱：物體不斷向周圍空間發(fā)出熱輻射能，并被周圍物體吸收。同時，物體也不斷接收周圍物體輻射給它的熱能。這樣，物體發(fā)出和接收過程的綜合結果產(chǎn)生了物體間通過熱輻射而進行的熱量傳遞，稱為表面輻射傳熱，簡稱輻射傳熱。6總傳熱過程：熱量從溫度較高的流體經(jīng)過固體壁傳遞給另一側溫度較低流體的過程，稱為總傳熱過程，簡稱傳熱過程。 7對流傳熱系數(shù)：單位時間內(nèi)單位傳熱面當流體溫度與壁面溫度差為1K是的對流傳熱量，單位為W(m

4、2K)。對流傳熱系數(shù)表示對流傳熱能力的大小。8輻射傳熱系數(shù)：單位時間內(nèi)單位傳熱面當流體溫度與壁面溫度差為1K是的輻射傳熱量，單位為W(m2K)。輻射傳熱系數(shù)表示輻射傳熱能力的大小。9復合傳熱系數(shù)：單位時間內(nèi)單位傳熱面當流體溫度與壁面溫度差為1K是的復合傳熱量，單位為W(m2K)。復合傳熱系數(shù)表示復合傳熱能力的大小。10總傳熱系數(shù)：總傳熱過程中熱量傳遞能力的大小。數(shù)值上表示傳熱溫差為1K時，單位傳熱面積在單位時間內(nèi)的傳熱量。填空題熱量傳遞的三種基本方式為 、 、 。（熱傳導、熱對流、熱輻射）熱流量是指 ，單位是 。熱流密度是指 ，單位是 。（單位時間(shjin)內(nèi)所傳遞的熱量，W，單位傳熱(c

5、hun r)面上的熱流量，W/m2）總傳熱(chun r)過程是指 ，它的強烈程度用 來衡量。(熱量從溫度較高的流體經(jīng)過固體壁傳遞給另一側溫度較低流體的過程，總傳熱系數(shù))總傳熱系數(shù)是指 ，單位是 。（傳熱溫差為1K時，單位傳熱面積在單位時間內(nèi)的傳熱量，W(m2K)）導熱系數(shù)的單位是 ；對流傳熱系數(shù)的單位是 ；傳熱系數(shù)的單位是 。 （W(mK)，W(m2K)，W(m2K)）復合傳熱是指 ，復合傳熱系數(shù)等于 之和，單位是 。 （對流傳熱與輻射傳熱之和，對流傳熱系數(shù)與輻射傳熱系數(shù)之和，W(m2K)）單位面積熱阻rt的單位是 ；總面積熱阻Rt的單位是 。 （m2K/W，K/W）單位面積導熱熱阻的表達式

6、為 。（/）單位面積對流傳熱熱阻的表達式為 。 （1/h）總傳熱系數(shù)K與單位面積傳熱熱阻rt的關系為 。 （rt=1/K）總傳熱系數(shù)K與總面積A的傳熱熱阻Rt的關系為 。 （Rt=1/KA）穩(wěn)態(tài)傳熱過程是指 。（物體中各點溫度不隨時間而改變的熱量傳遞過程。）非穩(wěn)態(tài)傳熱過程是指 。（物體中各點溫度隨時間而改變的熱量傳遞過程。）某燃煤電站過熱器中，煙氣向管壁傳熱的輻射傳熱系數(shù)為30W/(m2.K)，對流傳熱系數(shù)為70W/(m2.K),其復合傳熱系數(shù)為 。 （100 W/(m2.K)）15由爐膛火焰向水冷壁傳熱的主要方式是 。 （熱輻射）16由煙氣向空氣預熱器傳熱的主要方式是 。 （熱對流）17已知

7、一傳熱過程的熱阻為0.035K/W，溫壓為70，則其熱流量為 。 （2kW）18一大平壁傳熱過程的傳熱系數(shù)為100W/(m2.K)，熱流體側的傳熱系數(shù)為200W/(m2.K)，冷流體側的傳熱系數(shù)為250W(m2.K)，平壁的厚度為5mm，則該平壁的導熱系數(shù)為 ，導熱熱阻為 。 （5 W/(m.K)，0.001(m2.K)/W）19總傳熱方程式可表示為 或q 。 （KAt，Kt）20已知平壁厚0.02m，熱阻為0.02m2.K/W，其導熱(dor)系數(shù)為 。 （1 W/(mK)）三、選擇題1下列哪幾種傳熱過程(guchng)不需要有物體的宏觀運動? (1)導熱(dor) (2)對流 (3)輻射

8、(4)復合傳熱 2熱流密度q與熱流量的關系為（以下式子A為傳熱面積，為導熱系數(shù)，h為對流傳熱系數(shù)）： (1)qA (2)q/A (3)q= (4)qh3如果在水冷壁的管子里結了一層水垢，其他條件不變，管壁溫度與無水垢時相比將： (1)不變 (2)提高 (3)降低 (4)隨機改變4下列哪一種表達式是錯誤的? ( ) (1)qt/ (2)qht (3)qkt (4)qrtt5導熱系數(shù)的單位是： ( ) (1)W/(m2.K) (2)W/m2 (3)W/(mK) (4)m2.K/W6在傳熱過程中，系統(tǒng)傳熱量與下列哪一個參數(shù)成反比? ( ) (1)傳熱面積 (2)流體溫差 (3)傳熱系數(shù) (4)傳熱熱

9、阻7. 在穩(wěn)態(tài)傳熱過程中，傳熱溫差一定，如果希望系統(tǒng)傳熱量增大，則不能采用下述哪種手段? ( ) (1)增大系統(tǒng)熱阻 (2)增大傳熱面積 (3)增大傳熱系數(shù) (4)增大對流傳熱系數(shù)8. 試判斷下述幾種傳熱過程中哪一種的傳熱系數(shù)最小? (1)從氣體到氣體傳熱 (2)從氣體到水傳熱 (3)從油到水傳熱 (4)從凝結水蒸氣到水傳熱9若已知對流傳熱系數(shù)為78W(m2.K)，則其單位面積對流傳熱熱阻為多少?(1)78W/(mK) (2)1/78mK/W(3)1/78m2K/W (4)78W(m2K)10單位時間通過單位面積的熱量稱為什么?一般用什么符號表示? (1)熱流密度，q (2)熱流密度， (3)

10、熱流量，q (4)熱流量，11太陽與地球間的熱量傳遞屬于下述哪種傳熱方式? (1)導熱 (2)熱對流 (3)熱輻射 (4)以上幾種都不是12熱流量與溫差成正比，與熱阻成反比，此規(guī)律稱為什么? (1)導熱基本定律 (2)熱路歐姆定律 (3)牛頓冷卻公式 (4)傳熱方程式 13傳熱過程熱路圖的原理是什么? (1)傅里葉定律 (2)牛頓冷卻公式 (3)斯蒂芬-波爾茲曼定律 (4)熱路歐姆定律14某一傳熱過程的熱流密度q500W/m2，冷、熱流體間的溫差為10，其傳熱系數(shù)和單位面積的總傳熱熱阻各為多少？( ) (1)K50W/(m2.K)，rt0.05m2.K/W (2)K0.02W/(m2.K)，r

11、t50m2.K/W (3)K50W/(m2.K)，rt0.02m2.K/W (4)K50W/(m2.K)，rt0.05K/W15平板的單位面積導熱(dor)熱阻的計算式應為哪一個? (1)/ (2)/(KA) (3)1h (4)1/(KA)四、簡答題1試述三種(sn zhn)熱量傳遞基本方式的差別，并各舉12個實際例子(l zi)說明。（提示：從三種熱量傳遞基本方式的定義及特點來區(qū)分這三種熱傳遞方式）2請說明在傳熱設備中，水垢、灰垢的存在對傳熱過程會產(chǎn)生什么影響?如何防止? （提示：從傳熱過程各個環(huán)節(jié)的熱阻的角度，分析水垢、灰垢對換熱設備傳熱能力與壁面的影響情況）3. 試比較導熱系數(shù)、對流傳熱

12、系數(shù)和總傳熱系數(shù)的差別，它們各自的單位是什么? （提示：寫出三個系數(shù)的定義并比較，單位分別為W/(mK)，W/(m2K)，W/(m2K)）4在分析傳熱過程時引入熱阻的概念有何好處?引入熱路歐姆定律有何意義? （提示：分析熱阻與溫壓的關系，熱路圖在傳熱過程分析中的作用。）5結合你的工作實踐，舉一個傳熱過程的實例，分析它是由哪些基本熱量傳遞方式組成的。（提示：學會分析實際傳熱問題，如水冷式內(nèi)燃機等）6在空調(diào)房間內(nèi)，夏季與冬季室內(nèi)溫度都保持在22左右，夏季人們可以穿短袖襯衣，而冬季則要穿毛線衣。試用傳熱學知識解釋這一現(xiàn)象。 （提示：從分析不同季節(jié)時墻體的傳熱過程和壁溫，以及人體與墻表面的熱交換過程來

13、解釋這一現(xiàn)象（主要是人體與墻面的輻射傳熱的不同）第二章 熱傳導一、名詞解釋1溫度場：某一瞬間物體內(nèi)各點溫度分布的總稱。一般來說，它是空間坐標和時間坐標的函數(shù)。2等溫面(線)：由物體內(nèi)溫度相同的點所連成的面（或線）。3溫度梯度：在等溫面法線方向上最大溫度變化率。4熱導率：物性參數(shù)，熱流密度矢量與溫度降度的比值，數(shù)值上等于1 Km的溫度梯度作用下產(chǎn)生的熱流密度。熱導率是材料固有的熱物理性質(zhì)，表示物質(zhì)導熱能力的大小。5導溫系數(shù)：材料傳播溫度變化能力大小的指標。6穩(wěn)態(tài)導熱：物體中各點溫度不隨時間而改變的導熱過程。7非穩(wěn)態(tài)導熱：物體中各點溫度隨時間而改變的導熱過程。8傅里葉定律(dngl)：在各向同性均

14、質(zhì)的導熱物體中，通過某導熱面積的熱流密度正比于該導熱面法向溫度變化率。9保溫(bown)(隔熱( r)材料：0.12 W/(mK)(平均溫度不高于350時)的材料。10肋效率：肋片實際散熱量與肋片最大可能散熱量之比。11接觸熱阻：材料表面由于存在一定的粗糙度使相接觸的表面之間存在間隙，給導熱過程帶來額外熱阻。12定解條件(單值性條件)：使微分方程獲得適合某一特定問題解的附加條件，包括初始條件和邊界條件。二、填空題導熱基本定律是_定律，可表述為 。（傅立葉，）非穩(wěn)態(tài)導熱時，物體內(nèi)的_場和熱流量隨_而變化。（溫度，時間）導溫系數(shù)的表達式為_，單位是_，其物理意義為_。（a=/c,m2/s,材料傳播

15、溫度變化能力的指標）肋效率的定義為_。（肋片實際散熱量與肋片最大可能散熱量之比。）按照導熱機理，水的氣、液、固三種狀態(tài)中_態(tài)下的導熱系數(shù)最小。（氣）一般，材料的導熱系數(shù)與_和_有關。（種類，溫度）保溫材料是指_的材料.（0.12 W/(mK)(平均溫度不高于350時)）已知材料的導熱系數(shù)與溫度的關系為0(1+bt)，當材料兩側壁溫分別為t1、t2時，其平均導熱系數(shù)可取 下的導熱系數(shù)。(（t1+t2）/2)發(fā)電機水冷、氫冷、空冷三種方式中，以 方式的效果最好， 方式的效果最差。(水冷、空冷)第三類邊界條件是指已知 。(物體邊界與周圍流體間的表面?zhèn)鳠嵯禂?shù)h及周圍流體的溫度tf) 及其單值性條件可以

16、完整地描述一個具體的導熱問題。(導熱微分方程)第一類邊界條件是 。（給定物體邊界上任何時刻的溫度分布）初始條件是指 。 （如以某時刻作為時間的起算點，在該時刻導熱物體內(nèi)的溫度分布）通過長圓筒壁導熱時，圓筒壁內(nèi)的溫度呈 分布規(guī)律. （對數(shù)曲線）溫度梯度表示溫度場內(nèi)的某一地點等溫面法線方向的 。 （溫度變化率）第二類邊界條件是指 。 （給定(i dn)物體邊界上任何時刻的熱流密度q w分布(fnb)）三、選擇題當采用(ciyng)加肋片的方法增強傳熱時，最有效的辦法是將肋片加在哪一側? ( )(1)傳熱系數(shù)較大的一側 （2）傳熱系數(shù)較小的一側(3)流體溫度較高的一側 （4）流體溫度較低的一側下列各

17、參數(shù)中，屬于物性參數(shù)的是：(1)肋化系數(shù) (2)導熱系數(shù) （3）導溫系數(shù) （4）傳熱系數(shù)導溫系數(shù)的物理意義是什么?表明材料導熱能力的強弱反映了材料的儲熱能力反映材料傳播溫度變化的能力表明導熱系數(shù)大的材料一定是導溫系數(shù)大的材料常溫下，下列物質(zhì)中哪一種材料的導熱系數(shù)較大?(1)純銅 (2)碳鋼(3)不銹鋼 (4)黃銅溫度梯度表示溫度場內(nèi)的某一點等溫面上什么方向的溫度變化率? (1)切線方向 (2)法線方向(3)任意方向 (4)溫度降低方向接觸熱阻的存在使相接觸的兩個導熱壁面之間產(chǎn)生什么影響?(1)出現(xiàn)溫差 (2)出現(xiàn)臨界熱流(3)促進傳熱 (4)沒有影響下述哪一點不是熱力設備與冷凍設備加保溫材料的

18、目的?(1)防止熱量(或冷量)損失 (2)提高熱負荷(3)防止燙傷(或凍傷) (4)保持流體溫度某熱力管道采用兩種導熱系數(shù)不同的保溫材料進行保溫，為了達到較好的保溫效果，應將哪種材料放在內(nèi)層?(1)導熱系數(shù)較大的材料 (2)導熱系數(shù)較小的材料(3)任選一種均可 (4)無法確定金屬含有較多的雜質(zhì)，則其導熱系數(shù)將如何變化?（1）變大 （2）變?。?）不變 （4）可能變大，也可能變小下列材料中，導熱材料較差的材料是什么？(1)鋁合金 (2)鑄鐵(3)不銹鋼 (4)普通玻璃 物體之間發(fā)生熱傳導的動力是什么?(1)溫度場 (2)溫差(3)等溫面 (4)微觀粒子運動 下面哪種物質(zhì)材料具有較大的導熱系數(shù)?（

19、1）水 （2）空氣（3）水蒸氣 （4）冰塊通過大平壁導熱時，大平壁內(nèi)的溫度分布規(guī)律是下述哪一種？(1)直線 (2)雙曲線(3)拋物線 (4)對數(shù)(du sh)曲線若已知某種氣體(qt)的密度為0.617kgm3，比熱(br)為1.122 kJ(kgK)，導熱系數(shù)為0.0484W(m.K)，則其導溫系數(shù)是多少? ( )(1)14.3m2s (2)69.910-6m2s(3)0.0699m2s (4)1.43104m2s 已知某一導熱平壁的兩側壁面溫差是30，材料的導熱系數(shù)是22W(m.K)，通過的熱流密度是300Wm2，則該平壁的壁厚是多少? ( )(1)220m (2)22m （3）2.2m

20、(4)0.22m第二類邊界條件是什么?已知物體邊界上的溫度分布。已知物體表面與周圍介質(zhì)之間的傳熱情況。已知物體邊界上的熱流密度。已知物體邊界上流體的溫度與流速。冬天用手分別觸摸置于同一環(huán)境中的木塊和鐵塊，感到鐵塊很涼，這是什么原因?(1)因為鐵塊的溫度比木塊低 (2)因為鐵塊摸上去比木塊硬(3)因為鐵塊的導熱系數(shù)比木塊大 (4)因為鐵塊的導溫系數(shù)比木塊大什么情況下圓筒壁導熱可以按平壁處理? (1)當其長度大于其外半徑的10倍時 (2)當其長度是其壁厚的10倍時(3)當其外徑大于2倍的內(nèi)徑時 (4)當其外徑大于其壁厚的4倍時溫度升高時，氣體的導熱系數(shù)一般隨溫度會發(fā)生怎樣的變化? ( )(1)增大

21、 (2)減小(3)不變 (4)可能增大也可能減小一般情況下，對于材料的導熱系數(shù)，下述哪種說法是錯誤的?（1）合金小于純金屬 (2)氣體小于固體(3)液體小于固體 (4)導電體小于非導電體21下列那種情況內(nèi)燃機汽缸溫度場不會隨時間發(fā)生變化？(1)內(nèi)燃機啟動過程 (2)內(nèi)燃機停機 （3）內(nèi)燃機變工況運行 (4)內(nèi)燃機定速運行22在穩(wěn)態(tài)導熱中，已知三層平壁的內(nèi)外表面溫度差為120，三層熱阻之比R1 、R2、 R3=1：2：3，則各層的溫度降為 。(1)60、40、20 (2)70、40、10 （3）20、40、60 (4)10、40、7023材料的導熱能力與吸熱能力之比稱為 。(1)放熱系數(shù) (2)

22、傳熱系數(shù) （3）導熱系數(shù) (4)導溫系數(shù)24蒸汽管道的內(nèi)外直徑分別為68mm和100mm，導熱系數(shù)1=63W/（m. ），內(nèi)表面溫度為140。今采用玻璃棉墊料保溫，2=0.053W/（m. ）。若要求保溫層外表面的溫度不超過50，且蒸汽管道允許的熱損失ql=50W/m，則玻璃棉墊料保溫層的厚度至少為 。(1)41mm (2)54mm （3）91mm (4) 104mm 導熱體中不同溫度的等溫面將 。(1)互相相交 (2) 互不相交（3）互相相切 (4)不定材料(cilio)的導溫系數(shù)是材料 和 的比值(bzh)。(1)吸熱(x r)能力/導熱能力 (2) 導熱能力/吸熱能力（3）比熱容/導熱系

23、數(shù) (4)導熱系數(shù)/比熱容固體壁面上敷設肋片后，其實際散熱量與假設整個肋表面處于肋基溫度下的散熱量的比值為 。(1)肋壁效率 (2) 肋化系數(shù) （3）肋片效率 (4)無明確的專用名稱忽略物體內(nèi)部導熱熱阻的分析方法稱為 。(1)正規(guī)狀況法(2)數(shù)學分析法 （3）數(shù)值解法 (4)集總參數(shù)法下列哪個是非穩(wěn)態(tài)導熱的表達式？ (1)t=f（x，y，z） (2)t=f（y，） （3）t=f（x，y） (4)t=f（z，x）下列那個表示非穩(wěn)態(tài)導熱過程的無因次時間？ (1)Bi (2)Fo （3）e (4)r四、簡答題試解釋材料的導熱系數(shù)與導溫系數(shù)之間有什么區(qū)別和聯(lián)系。 （提示：從兩者的概念、物理意義、表達式

24、方面加以闡述，如從表達式看，導溫系數(shù)與導熱系數(shù)成正比關系(a=/c)，但導溫系數(shù)不但與材料的導熱系數(shù)有關，還與材料的熱容量(或儲熱能力)也有關；從物理意義看，導熱系數(shù)表征材料導熱能力的強弱，導溫系數(shù)表征材料傳播溫度變化的能力的大小，兩者都是物性參數(shù)。）試用所學的傳熱學知識說明用溫度計套管測量流體溫度時如何提高測溫精度。 （提示：溫度計套管可以看作是一根吸熱的管狀肋(等截面直肋)，利用等截面直肋計算肋端溫度th的結果，可得采用溫度計套管后造成的測量誤差t為t=tf-th=，其中，欲使測量誤差t下降，可以采用以下幾種措施： (1)降低壁面與流體的溫差(tf-t0)，也就是想辦法使肋基溫度t0接近t

25、f，可以通過對流體通道的外表面采取保溫措施來實現(xiàn)。 (2)增大(mH)值，使分母ch(mH)增大。具體可以用以下手段實現(xiàn)：增加H，延長溫度計套管的長度；減小，采用導熱系數(shù)小的材料做溫度計套管，如采用不銹鋼管，不要用銅管。因為不銹鋼的導熱系數(shù)比銅和碳鋼小。降低，減小溫度計套管的壁厚，采用薄壁管。提高h增強溫度計套管與流體之間的熱交換。)試寫出直角坐標系中，一維非穩(wěn)態(tài)無內(nèi)熱源常導熱系數(shù)導熱問題的導熱微分方程表達式；并請說明導熱問題常見的三類邊界條件。 ( 提示：直角坐標系下一維非穩(wěn)態(tài)無內(nèi)熱源導熱(dor)問題的導熱微分方程式第一類邊界條件：0,tw=fw(x, )第二類邊界條件：0,第三類邊界條件

26、：0,在一根蒸汽管道上需要加裝一根測溫套管，有三種(sn zhn)材料可選：銅、鋁、不銹鋼。問選用哪種材料所引起的測溫誤差最小，為什么?為減小測量誤差，在套管(to un)尺寸的選擇上還應注意哪些問題?（提示：與簡答題2的第(2)點類似，套管材料應選用不銹鋼，因給出的三種材料中，不銹鋼的導熱系數(shù)最?。┦裁词墙佑|熱阻?減少固體壁面之間的接觸熱阻有哪些方法? （提示：材料表面由于存在一定的粗糙度使相接觸的表面之間存在間隙，給導熱過程帶來額外熱阻稱為接觸熱阻，接觸熱阻的存在使相鄰的兩個表面產(chǎn)生溫降(溫度不連續(xù))。接觸熱阻主要與表面粗糙度、表面所受壓力、材料硬度、溫度及周圍介質(zhì)的物性等有關，因此可以從

27、這些方面考慮減少接觸熱阻的方法，此外，也可在固體接觸面之間襯以導熱系數(shù)大的銅箔或鋁箔等以減少接觸熱阻。）傅里葉定律：單位時間內(nèi)通過單位截面積所傳遞的熱量，正比例于當?shù)卮怪庇诮孛娣较蛏系臏囟茸兓始倕?shù)法：忽略物體內(nèi)部導熱熱阻的簡化分析方法數(shù)值分析法的基本思想：對物理問題進行數(shù)值求解的基本思想可以概括為：把原來的時間、空間坐標系中連續(xù)的物理量的場，用有限個離散點上的值的集合來代替，通過求解按一定方法建立起來的關于這些值的代數(shù)方程，來獲得離散點上被求物理量的值。復習題 基本概念 : 傳熱 : 由熱力學第二定律 , 凡是有溫差的地方 , 就有熱量自發(fā)地從高溫物體向低溫物體轉移 , 這種由于溫差引起

28、的熱量轉移過程統(tǒng)稱為 -. 導熱 : 是指物體內(nèi)不同溫度的各部分之間或不同溫度的物體相接觸時 , 發(fā)生的熱量傳輸(chun sh)的現(xiàn)象 . 對流 : 指物體各部分之間發(fā)生相對位移而引起的熱量傳輸(chun sh)現(xiàn)象 . 計算題 : 1 有一直徑(zhjng)為 5cm 的鋼球，初始溫度為 450 ，將其突然置于溫度為 30 空氣中，設鋼球表面與周圍環(huán)境間的總換熱系數(shù)為 24w/( m 2 . ) ，試計算鋼球冷卻到 300 所需的時間。已知鋼球的 c =0.48kJ/(kg. ) , =7753kg/m 3 , =33w/(m. ). （ 8 分） 解 : 先驗算 Bi 準數(shù) , 鋼球的特

29、征尺寸為 : 故可以按薄材加熱處理 . =57.0s=0.158h 2 具有內(nèi)熱源并均勻分布的平壁，壁厚為 S ，假定平壁的長寬遠大于壁厚，平壁兩表面溫度恒為 t w ，內(nèi)熱源強度為 q v ，平壁材料的導熱系數(shù)為常數(shù)，試推出穩(wěn)態(tài)導熱時，平壁內(nèi)的溫度分布和中心溫度。分 解 : 因平壁的場 , 寬遠大于厚度 , 故此平壁的導熱可認為是一維穩(wěn)態(tài)導熱 . 導熱微分方程為 : 邊界條件為 : x=s ,t=t w x=-s , t=t 求解上述微分方程 , 得 由邊界條件確定(qudng)積分常數(shù) : 平壁內(nèi)的溫度(wnd)分布 : 當 X=0, 則得平壁中心(zhngxn)溫度 : 3. 將初始溫度

30、為 80 , 直徑為 20mm 的紫銅棒突然橫置于氣溫為 20 , 流速為 12m/s 的風道之中 , 五分鐘后 , 紫銅棒溫度降到 34 . 試計算氣體與紫銅棒之間的換熱系數(shù) . 已知紫銅棒密度 =8954kg/m 3 , 比熱 C=383.1J/(kg ), 導熱系數(shù) =386W/(m ) 解 : 先假定可以用集總系統(tǒng)法分析紫銅棒的散熱過程 其中 =5 60=300s 驗算 Bi: 4. 一蒸汽管道 , 內(nèi) , 外徑分別為 150mm 和 159mm. 為了減少熱損失 , 在管外包有三層保溫材料 : 內(nèi)層為 2 =0.11, 厚 2 =5mm 的石棉白云石 ; 中間為 3 =0.1, 厚

31、3 =80mm 的石棉白云石互狀預制板 ; 外殼為 4 =0.14, 厚 4 =5mm 的石棉硅藻土灰泥 ; 鋼管壁的 1 =52, 管內(nèi)表面和保溫層外表面的溫度分別為 170 和 30 . 求該蒸汽管每米管長的散熱量 ? 解 : 已知 d 1 =0.15m, d 2 =0.159m, d 3 =0.169m, d 4 =0.339m 各層每米管長熱阻分別(fnbi)為 : 管壁(un b) : 石棉(shmin)內(nèi)層 : 石棉預制瓦 : 灰泥外殼 : 蒸汽管道每米長散熱量為 傳熱學導熱部分習題課之一1 試分析室內(nèi)暖氣片的散熱過程，各環(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

32、換熱環(huán)節(jié)及傳熱方式：由熱水到暖氣片管道內(nèi)壁，熱傳遞方式是對流(duli)換熱（強制對流）； 由暖氣片管道內(nèi)壁至外壁，熱傳遞方式(fngsh)為導熱； 由暖氣片外壁至室內(nèi)環(huán)境和空氣，熱傳遞(chund)方式有輻射換熱和對流換熱。 2、寫出導熱問題常見的三類邊界條件。答：規(guī)定了邊界上的溫度值的第一類邊界條件； 規(guī)定了邊界上的熱流密度值的第二類邊界條件； 規(guī)定了邊界上物體和周圍流體間的傳熱系數(shù)及周圍流體的溫度的第三類邊界條件。3、在東北地區(qū)，建房用磚采用實心磚還是多孔空心磚好？為什么？（僅考慮傳熱問題）答：在其他條件相同時，實心磚材料如紅磚的導熱系數(shù)為0.5，而多孔空心磚中充滿著不動的空氣，空氣在純

33、導熱時，其導熱系數(shù)很低，是很好的絕熱材料。因而用多孔空心磚好。4、在某廠生產(chǎn)的測溫元件說明書上，標明該元件的時間常數(shù)為1s。從傳熱學角度，你認為可信嗎？為什么？答：根據(jù)時間常數(shù)定義，在一定條件下，可以認為是常數(shù)，但表面?zhèn)鳠嵯禂?shù)確是與具體過程有關的過程量，與測溫元件安裝的具體環(huán)境的換熱條件有關。因此，其說法不可信。5、根據(jù)下列條件，寫出導熱微分方程？直角坐標系，一維，非穩(wěn)態(tài)，無內(nèi)熱源，常物性。答：6、熱量(rling)傳遞的三種基本方式是什么?答：導熱(dor)、對流、熱輻射7、絕熱邊界(binji)是第幾類邊界條件？答：第二類邊界條件8、穩(wěn)態(tài)導熱答：發(fā)生在穩(wěn)態(tài)溫度場內(nèi)的導熱過程稱為穩(wěn)態(tài)導熱。（

34、或：物體中的溫度分布不隨時間而變化的導熱稱為穩(wěn)態(tài)導熱。）9、穩(wěn)態(tài)溫度場答：溫度場內(nèi)各點的溫度不隨時間變化。（或溫度場不隨時間變化。）10、寫出直角坐標系中導熱微分方程的一般表達式，它是根據(jù)什么原理建立起來的？它在導熱問題的分析計算中有何作用？答：（1）直角坐標系中導熱微分方程的一般表達式為：（2）它是根據(jù)導熱基本定律（或傅里葉定律）和能量守恒定律建立起來的。（3）作用：確定導熱體內(nèi)的溫度分布（或溫度場）。11、溫度場答：某瞬時導熱體內(nèi)各點的溫度分布。12、溫度梯度：答：在等溫面（線）的法線方向上溫度的變化率。13、什么是導熱系數(shù)和導溫系數(shù)（熱擴散率）？它們各自反映了物質(zhì)的什么特性？答：導熱系數(shù)

35、是單位溫度梯度作用下物體內(nèi)產(chǎn)生的熱流密度值。它反映了物質(zhì)導熱能力的大小。導溫系數(shù)（熱擴散率），是物性參數(shù)。它反映了物質(zhì)的導熱能力與儲熱能力之間的關系。14、在穩(wěn)態(tài)、常物性、無內(nèi)熱源的導熱中，物體內(nèi)部某一點的溫度是否會低于其表面上任意一點的溫度，為什么?答：不會。如果物體內(nèi)某一點溫度低于其表面上任意一點的溫度，則在該點必然有一個負的熱源，或者叫熱匯，這與命題不符，所以不會。15：為什么說用集總參數(shù)法解非穩(wěn)態(tài)問題是近似解法？對于非穩(wěn)態(tài)導熱來說，什么情況下可以用集總參數(shù)法來解？答：因為(yn wi)集總參數(shù)法忽略了導熱體的導熱熱阻，所以是近似解法；對于非穩(wěn)態(tài)導熱來說，當畢渥數(shù)Bi0.1的時候可以(k

36、y)用集總參數(shù)法來解。16、圖1圖1示出了常物性、有均勻(jnyn)內(nèi)熱源 、二維穩(wěn)態(tài)導熱問題局部邊界區(qū)域的網(wǎng)格配置，試用熱平衡法建立節(jié)點0的有限差分方程式（設）。答：17、一塊厚度為的大平板，與溫度為的流體處于熱平衡。當時間時，左側流體溫度升高并保持為恒定溫度。假定平板兩側表面?zhèn)鳠嵯禂?shù)相同，當時，試確定達到新的穩(wěn)態(tài)時平板中心及兩側表面的溫度，畫出相應的板內(nèi)及流體側溫度分布的示意性曲線，并做簡要說明。答：時，內(nèi)熱阻0，2tf tw1tctw2tft18、試用簡練的語言說明導熱、對流換熱及輻射換熱三種熱傳遞方式之間的聯(lián)系和區(qū)別。答：導熱和對流的區(qū)別在于：物體內(nèi)部依靠微觀粒子的熱運動而產(chǎn)生的熱量傳

37、遞現(xiàn)象，稱為導熱；對流則是流體各部分之間發(fā)生宏觀(hnggun)相對位移及冷熱流體的相互摻混。聯(lián)系是：在發(fā)生對流換熱的同時必然伴生有導熱。導熱、對流這兩種熱量傳遞方式，只有在物質(zhì)存在的條件下才能實現(xiàn)，而輻射可以在真空中傳播，輻射換熱時不僅(bjn)有能量的轉移還伴有能量形式的轉換。19、以熱流密度(md)表示的傅立葉定律、牛頓冷卻公式及斯忒藩玻耳茲曼定律是應當熟記的傳熱學公式。試寫出這三個公式并說明其中每一個符號及其意義。答： 傅立葉定律：，其中，熱流密度；導熱系數(shù)；沿x方向的溫度變化率，“”表示熱量傳遞的方向是沿著溫度降低的方向。 牛頓冷卻公式：，其中，熱流密度；表面?zhèn)鳠嵯禂?shù)；固體表面溫度；

38、流體的溫度。 斯忒藩玻耳茲曼定律：，其中，熱流密度；斯忒藩玻耳茲曼常數(shù)；輻射物體表面的熱力學溫度。20、導熱系數(shù)、表面?zhèn)鳠嵯禂?shù)及傳熱系數(shù)的單位各是什么？哪些是物性參數(shù)，哪些與過程有關？答： 導熱系數(shù)的單位是：W/(m.K)； 表面?zhèn)鳠嵯禂?shù)的單位是：W/(m2.K)； 傳熱系數(shù)的單位是：W/(m2.K)。這三個參數(shù)中，只有導熱系數(shù)是物性參數(shù)，其它均與過程有關。21、用鋁制的水壺燒開水時，盡管爐火很旺，但水壺仍然安然無恙(n rn w yng)。而一旦壺內(nèi)的水燒干后，水壺很快就燒壞。試從傳熱學的觀點分析這一現(xiàn)象。答：當壺內(nèi)有水時，可以對壺底進行很好的冷卻（水對壺底的對流換熱系數(shù)大），壺底的熱量被很

39、快傳走而不至于溫度升得很高；當沒有(mi yu)水時，和壺底發(fā)生對流換熱的是氣體，因為氣體發(fā)生對流換熱的表面換熱系數(shù)小，壺底的熱量不能很快被傳走，故此壺底升溫很快，容易被燒壞。22、用一只手握住盛有熱水的杯子，另一只手用筷子快速攪拌熱水，握杯子的手會顯著地感到熱。試分析(fnx)其原因。答：當沒有攪拌時，杯內(nèi)的水的流速幾乎為零，杯內(nèi)的水和杯壁之間為自然對流換熱，自熱對流換熱的表面?zhèn)鳠嵯禂?shù)小，當快速攪拌時，杯內(nèi)的水和杯壁之間為強制對流換熱，表面?zhèn)鳠嵯禂?shù)大，熱水有更多的熱量被傳遞到杯壁的外側，因此會顯著地感覺到熱。23、什么是串聯(lián)熱阻疊加原則，它在什么前提下成立？以固體中的導熱為例，試討論有哪些情

40、況可能使熱量傳遞方向上不同截面的熱流量不相等。答：在一個串聯(lián)的熱量傳遞過程中，如果通過每個環(huán)節(jié)的熱流量都相同，則各串聯(lián)環(huán)節(jié)的總熱阻等于各串聯(lián)環(huán)節(jié)熱阻的和。例如：三塊無限大平板疊加構成的平壁。例如通過圓筒壁，對于各個傳熱環(huán)節(jié)的傳熱面積不相等，可能造成熱量傳遞方向上不同截面的熱流量不相等。24、有兩個外形相同的保溫杯A與B，注入同樣溫度、同樣體積的熱水后不久，A杯的外表面就可以感覺到熱，而B杯的外表面則感覺不到溫度的變化，試問哪個保溫杯的質(zhì)量較好？答：杯子的保溫質(zhì)量好。因為保溫好的杯子熱量從杯子內(nèi)部傳出的熱量少，經(jīng)外部散熱以后，溫度變化很小，因此幾乎感覺不到熱。25、夏天的早晨，一個大學生離開宿舍

41、時的溫度為20。他希望晚上回到房間時的溫度能夠低一些，于是早上離開時緊閉門窗，并打開了一個功率為15W的電風扇，該房間的長、寬、高分別為5m、3m、2.5m。如果該大學生10h以后回來，試估算房間的平均溫度是多少？解：因關閉門窗戶后，相當于隔絕了房間內(nèi)外的熱交換，但是(dnsh)電風扇要在房間內(nèi)做工產(chǎn)生熱量：為全部被房間的空氣(kngq)吸收而升溫，空氣在20時的比熱(br)為：1.005KJ/(Kg.K),密度為1.205Kg/m3,所以當他回來時房間的溫度近似為32。26、一維無內(nèi)熱源、平壁穩(wěn)態(tài)導熱的溫度場如圖所示。試說明它的導熱系數(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

42、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，所以導熱系數(shù)隨溫度增加而減小。27、如圖所示的雙層平壁中，導熱系數(shù)1，2為定值，假定過程為穩(wěn)態(tài)，試分析圖中三條溫度分布曲線所對應的1和2的相對大小。答：由于(yuy)過程是穩(wěn)態(tài)的，因此在三種情況下，熱流量分別(fnbi)為常數(shù)，即：所以(suy)對情形：；同理，對情形：；對情形：。計算題：一、兩層平壁穩(wěn)態(tài)導熱(dor)溫度場，如圖所示，已知t1/t2=2，1/2=1/3，求，1/2，R1/R2？解： 二、將初始(ch sh)溫度為400，重量(zhngling)為40g的鋁球突然拋入15的空氣中。已知對流換熱表面?zhèn)鳠嵯?/p>

43、數(shù)h=40 W/m2K，鋁的物性參數(shù)為=2700kg/m3，c=0.9 kJ/kg，=240W/mK。試用集總參數(shù)法確定該鋁球由400降至100所需的時間。（忽略輻射換熱）解：可以用集總參數(shù)法來求解：三、一雙層玻璃窗，寬1.1m，高1.2m，厚3mm，導熱(dor)系數(shù)為1.05；中間(zhngjin)空氣層厚5 mm，設空氣隙僅起導熱(dor)作用，導熱系數(shù)為0.026。室內(nèi)空氣溫度為25，表面?zhèn)鳠嵯禂?shù)為20；室外空氣溫度為-10，表面?zhèn)鳠嵯禂?shù)為15。試計算通過雙層玻璃窗的散熱量和只有單層玻璃窗的散熱量，并比較。（假定在兩種情況下室內(nèi)、外空氣溫度及表面?zhèn)鳠嵯禂?shù)相同）解：雙層玻璃窗的情形，由傳

44、熱過程計算式：單層玻璃窗的情形：顯然，單層玻璃窗的散熱量是雙層玻璃窗的2.6倍。四、用熱電偶測量管道中氣體的溫度，熱電偶的初始溫度為20，與氣體的表面?zhèn)鳠嵯禂?shù)為10。熱電偶近似為球形，直徑為0.2mm。試計算插入10s后，熱電偶的過余溫度為初始溫度的百分之幾？要使溫度計過余溫度不大于初始過余溫度的1%，至少需要多少時間？解：先判斷本題能否利用集總參數(shù)法：可用集總參數(shù)法。時間常數(shù)則10s的相對(xingdu)過余溫度熱電偶過余溫度(wnd)不大于初始溫度1%所需的時間(shjin)，由題意解得五、一半徑為的長導線具有均勻內(nèi)熱源，導熱系數(shù)為。導線外包有一層絕緣材料，其外半徑為，導熱系數(shù)為。絕緣材料

45、與周圍環(huán)境間的表面?zhèn)鳠嵯禂?shù)為，環(huán)境溫度為。過程是穩(wěn)態(tài)的。試：列出導線與絕緣層中溫度分布的微分方程式及邊界條件；求解導線與絕緣材料中的溫度分布提示：在導線與絕緣材料的界面上，熱流密度及溫度都是連續(xù)的。解：導線中溫度場的控制方程為環(huán)形絕緣層中溫度的控制方程為0邊界條件為：對t1,r=0時，t1為有限r(nóng)=r1時，t1=t2,對t2,r=r1時，t1=t2, r=r2時，(t2-tf)第一(dy)式的通解為第二(d r)式的通解為。常數(shù)(chngsh)，有邊界條件確定。跟據(jù)處為有限的條件，得，其余三個條件的表達式為：，；,由此三式解得：，六、一外徑(wi jn)為50mm的鋼管(gnggun)，外包一

46、層10mm 厚、導熱(dor)系數(shù)1=0.12 w/(m)的石棉保溫層，然后又包一層22mm 厚、導熱系數(shù)2=0.045 w/(m)的玻璃棉。鋼管外側壁溫為300，玻璃棉外側壁溫為38。試求每米管長的散熱量及石棉與玻璃棉層之間的溫度；畫出換熱網(wǎng)絡圖。 解：; 七、一爐子的爐墻厚13cm，總面積為20，平均導熱系數(shù)為1.04w/m.k，內(nèi)外壁溫分別是520及50。試計算通過爐墻的熱損失。如果所燃用的煤的發(fā)熱量是2.09104kJ/kg，問每天因熱損失要用掉多少千克煤？解：根據(jù)傅利葉公式 每天用煤 八、夏天，陽光照耀在一厚度為40mm的用層壓板制成的木門外表面上，用熱流計測得木門內(nèi)表面熱流密度為15W/m2。外變面溫度為40，內(nèi)表面溫度為30。試估算此木門在厚度方向上的導熱系數(shù)。解： ，九、在一次測定空氣橫向流過單根圓管的對流換熱實驗中，得到下列數(shù)據(jù)：管壁平均溫度tw=69，空氣溫度tf=20，管子外徑 d=14mm，加熱段長 80mm，輸入加熱段的功率8.5w，如果全部熱量通過對流換熱傳給空氣，試問此時的對流換熱表面?zhèn)鳠嵯禂?shù)多大？解：根據(jù)牛頓冷卻(lngqu)公式所以(suy) 49.33W/(m.k)十、半徑(bnjng)為0.5 m的球狀航天器在太空中飛行，其表面發(fā)射率為0.8。航天器內(nèi)電子元件的散熱總共為175W。假設航天