傳熱學(xué)第一章習(xí)題

第一章緒論練習(xí)題思考題與典型題精解

[例1-1]人體為恒溫體。若房間里氣體的溫度在夏天和冬天都保持20攝氏度，那么在冬天與夏天、人在房間里所穿的衣服能否一樣？為什么?解：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)溫度高，因此通過墻壁的熱量傳遞方向是由室外傳向室內(nèi)。而冬季室外氣溫比室內(nèi)低，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)溫度比夏季高，但人體在冬季通過輻射與墻壁的散熱比夏季高很多。人體對(duì)冷的感受主要是散熱量高，因此在冬季比在夏季感覺冷。

[例1-2]夏天人在同樣溫度（如：25攝氏度）的空氣和水中的感覺不一樣。為什么？解：人體溫度一般為37℃，環(huán)境溫度為25℃，所以人體向外界散熱。

即人在空氣中散失的熱量比在水中散失的熱量小，所以在水中感覺更涼爽一些。因?yàn)閷?duì)流傳熱系數(shù)，空氣﹤水[例1-3]北方寒冷地區(qū)，建筑房屋都是雙層玻璃，以利于保溫。如何解釋其道理？解：熱量的傳遞過程：室內(nèi)→里層玻璃外壁→里層玻璃內(nèi)壁→夾層空氣→外層玻璃內(nèi)壁→外層玻璃外壁→室外

夾層空氣不流動(dòng)，只起導(dǎo)熱作用。：氣體﹤玻璃同樣厚度下通過夾層空氣向外散失的熱量比通過玻璃向外散失的熱量小，所以為了更好地保溫采用雙層玻璃代替一層厚玻璃。[例1-4]

有人將一碗熱稀飯置于一盆涼水中進(jìn)行冷卻。為使稀飯涼得更快一些，你認(rèn)為它應(yīng)該攪拌碗中的稀飯還是盆中的水？

解：從稀飯到?jīng)鏊且粋€(gè)傳熱過程。顯然這種換熱在不攪拌時(shí)屬自然對(duì)流。熱稀飯的換熱比水要差。因此要強(qiáng)化傳熱，增加散熱量，應(yīng)該用攪拌的方式強(qiáng)化稀飯側(cè)的傳熱。[例1-5]電影《泰坦尼克號(hào)》里，男主人公杰克在海水里被凍死而女主人公羅絲卻因躺在筏上而幸存下來。試從傳熱學(xué)的觀點(diǎn)解釋這一現(xiàn)象。解：杰克在海水里其身體與海水間由于自然對(duì)流交換熱量，而羅絲在筏上其身體與空氣之間產(chǎn)生自然對(duì)流。在其他條件相同時(shí)，水的自然對(duì)流強(qiáng)度要遠(yuǎn)大于空氣，因此杰克身體由于自然對(duì)流散失能量的速度比羅絲快得多。因此杰克被凍死而羅絲卻幸免于難。[例1-6]冬天，在相同的室外溫度條件下，為什么有風(fēng)比無風(fēng)感到更冷些？解：假定人體表面溫度相同時(shí)，人體的散熱在有風(fēng)時(shí)相當(dāng)于強(qiáng)制對(duì)流換熱，而在無風(fēng)時(shí)屬自然對(duì)流換熱（不考慮熱輻射或假定輻射換熱量相同時(shí)）。而空氣的強(qiáng)制對(duì)流換熱強(qiáng)度要比自然對(duì)流強(qiáng)烈。因而在有風(fēng)時(shí)從人體帶走的熱量更多，所以感到更冷一些。[例1-7]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、下表面的哪一面結(jié)霜？為什么？解：霜會(huì)結(jié)在樹葉的上表面。因?yàn)榍宄浚媳砻娉蛱?，下表面朝向地面。太空表面的溫度低于零攝氏度，而地球表面溫度一般在零攝氏度以上。由于相對(duì)樹葉下表面來說，上表面需要向太空輻射更多的能量，所以樹葉下表面溫度較高，而上表面溫度較低且可能低于零攝氏度，因而容易結(jié)霜。[例1-8]利用同一冰箱儲(chǔ)存相同食物時(shí)，試問結(jié)霜的冰箱耗電量大還是未結(jié)霜的冰箱耗電量大？

解：當(dāng)其他條件相同時(shí)，冰箱的結(jié)霜相當(dāng)于在冰箱蒸發(fā)器和冰箱冷凍室之間增加了一個(gè)附加熱阻，因此，要達(dá)到相同的制冷室溫度，必然要求蒸發(fā)器處于更低的溫度。所以，結(jié)霜的冰箱耗電量更大。[例1-9]

一雙層玻璃窗，寬1.1m，高1.2m，厚3mm，導(dǎo)熱系數(shù)為1.05；中間空氣層厚度為5mm，設(shè)空氣間隙僅起導(dǎo)熱作用，導(dǎo)熱系數(shù)為。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(jì)算通過雙層玻璃窗的散熱量，并與同樣厚度單層玻璃窗相比較。假定在兩種情況下，室內(nèi)、室外空氣溫度及表面?zhèn)鳠嵯禂?shù)相同。②單層玻璃窗情形：顯然，單層玻璃窗的散熱量是雙層玻璃窗的2.5倍。因此，北方的冬天常常采用雙層玻璃窗使室內(nèi)保溫。

=146.8W

W解：①雙層玻璃窗情形，由傳熱過程計(jì)算式:[例1-10]

白天，地球表面接受來自太陽的輻射熱流密度為。設(shè)地表空氣與地面間的表面?zhèn)鳠嵯禂?shù)為，空氣溫度為20℃。設(shè)地球可以看成黑體表面，且地球?qū)μ盏妮椛淇煽闯墒菍?duì)0K黑體空間的輻射，試確定地球表面的平衡溫度。解：由熱平衡關(guān)系，地球接受來自太陽的輻射熱量以兩種方式散掉，即與空氣的對(duì)流換熱及與太空的輻射換熱，設(shè)過程為穩(wěn)態(tài)，有，將已知條件代入，得[例1-11]

一塊厚50mm的大平板，兩側(cè)表面分別維持在和。試求不同材料時(shí)的熱流密度：(1)的銅材，(2)的鑄鐵，(3)的石棉。解：按平壁導(dǎo)熱計(jì)算公式（1）（2）（3）[例1-12]

熱平面周圍的環(huán)境度，壁面敷設(shè)厚=30mm的隔熱層。隔熱材料的導(dǎo)熱系數(shù)

隔熱層與平壁接觸面的溫度其外表面溫度。求隔熱層外表面和環(huán)境間對(duì)流換熱的表面?zhèn)鳠嵯禂?shù)h。

解：根據(jù)題意，如右圖，穿過隔熱層的熱量為導(dǎo)熱熱量，于是：隔熱層外表面與環(huán)境間的換熱為對(duì)流換熱：穩(wěn)態(tài)時(shí)，，即

tf[例1-13]

表面溫度為95℃的蒸汽管道在廠房?jī)?nèi)通過，若管道表面的發(fā)射率=0.85，試計(jì)算蒸汽管道輻射出的熱流密度（不計(jì)對(duì)流）。解：蒸汽管道輻射出的熱流密度即為單位面積發(fā)射出的輻射熱流量，有[例1-14]

上例中的蒸汽管道除本身發(fā)射出輻射放熱外，（1）還有什么其它散熱方式？（2）已知h＝5.6，廠房的空氣溫度為27℃時(shí)，求蒸汽管道自然對(duì)流散熱的熱流密度。

解：（1）還有自然對(duì)流散熱方式；（2）自然對(duì)流換熱按牛頓冷卻公式計(jì)算討論

對(duì)大空間內(nèi)的熱