传热学作业参考答案

第一篇：传热学作业参考答案

第九章

4．一工厂中采用0.1MPa的饱和水蒸气在—金属竖直薄壁上凝结，对置于壁面另一侧的物体进行加热处理。已知竖壁与蒸汽接触的表面的平均壁温为70 ℃，壁高1.2m，宽300 mm。在此条件下，一被加热物体的平均温度可以在半小时内升高30℃，试确定这一物体的平均热容量(不考虑散热损失)。

解:本题应注意热平衡过程，水蒸气的凝结放热量应等于被加热物体的吸热量。

P=0.1Mpa=105Pa,ts=100℃,r=2257.1kJ/kg, tm=

11(ts+ tw)=(100+70)℃=85℃。22查教材附录5，水的物性为：ρ=958.4kg/m3;λ=0.683 W／(m2·℃);µ=282.5×10-6N·s/m2 假设流态为层流：

grh1.13l(tstw)22314

331958.49.810.683225710421.13 W／(m·℃)6282.5101.2(10070)=5677 W／(m2·℃)Rec4hl(tstw)45677301.2=1282<1800 r282.51062257103流态为层流，假设层流正确

Φ=h(tstw)l

=5677×（100−70）×1.2×0.3W=61312W 凝结换热量=物体吸热量

Φ∆τ=mcp∆t mcp6131230603.68106J/℃ t3016．当液体在一定压力下做大容器饱和沸腾时，欲使表面传热系数增加10倍，沸腾温差应增加几倍?如果同一液体在圆管内充分发展段做单相湍流换热，为使表面传热系数增加10倍，流速应增加多少倍?维持流体流动所消耗的功将增加多少倍?设物性为常数。

解

①由米洛耶夫公式：

{h10.122t12.33p0.5h20.122t2.332p0.5

h2t(2)2.3310 h1t1所以

1t2102.332.69 t

1即当h增大10倍时，沸腾温差是原来的2.69倍。②如为单相流体对流换热，由D-B公式可知hum，即

0.80.80.8 h1cum1，h2cum2

1um20.8h2um2()10

故

100.817.8 h1um1um1即h2为h1的10倍时，um2是um1的17.8倍。③pflum

d214由布拉修斯公式，f0.3164Re故 p0.3164()(0.3164(umd)14

7l74)umcum4(c常数）dd27u7p2(m2)4(17.8)4154 p1um1即um2是um1的17.8倍时，压强增大了154倍。耗功量NPAum，故

N215417.82741 N1耗功量增大了2741倍。因此，以增大流速来提高表面传热系数将使耗功率增大了若干倍，从而增大了换热器的运行成本。第十章

11．—种玻璃对0.3~2.7µm波段电磁波的透射比为0.87，对其余波段电磁波的透射比为零，求该玻璃对5800 K和300 K黑体辐射的总透射比。

解:①温度为5800 K时: 0.3×5800＝1740，由教材表(10.1)查得Fb(00.3T)0.0361 2.7×5800＝15660，由教材表(10.1)查得Fb(02.7T)0.971 该玻璃对5800K黑体辐射的总投射率为：

0.87Fb(0.3T2.7T)0.87(0.9710.0361)0.813 ②温度为300 K时: 0.3×300＝90，由教材表(10.1)查得Fb(00.3T)0 2.7×300＝810，由教材表(10.1)查得Fb(02.7T)1.510

该玻璃对300K黑体辐射的总投射率为：0.87Fb(0.3T2.7T)0.871.5101.30510 14．表面的光谱发射率ελ曲线，如教材图10.16所示。求表面温度分别为500℃和1500℃时的总发射率ε。

解:表面温度为500 ℃时的发射率为：

55520Eb,d0Eb,d626

00.3Eb,d0.7Eb,d0.4Eb,d0Eb,d=0.3Fb(02T)0.7(Fb(06T)Fb(02T))0.4(1Fb(06T))

（1）当2T=2×(500+273)=1546时，由教材表10.1查得Fb(02T)=0.0165 当6T=6×(500+273)=4638时，由教材表10.1查得Fb(06T)=0.585 代入式（1）得ε=0.569 21．一直径为20 mm热流计探头，用以测定一微小表面积A1的辐射热流。该表面的面积为4×10−4m2，温度T1=1200K。探头与A1的相互位置，如图所示。探头测得的热流为2.14×10−3W。设A1是漫射表面，探头表面的吸收率可取为1。试确定A1的发射率(环境对探头的影响可忽略不计)。

解：由能量平衡得；

dIdAcosd

Eb5.6710812004I

（因为A1是漫射表面）

dA4104m2 coscos45

12dcos45dA d242rr1202（）cos451000=4 0.452d2.14103W

代入求得ε=0.149 第十一章

5．如图所示表面间的角系数可否表示为：X3,(12)X3,1X3,2,X(12),3X1,3X2,3?如有错误，请予更正。

答：分解性原理的基本形式为: AiXi,(jk)AiXi,jAiXi,k

利用互换性原理可改写为：AiXi,(jk)AjXj,iAkXk,i

对于X3,(12)X3,1X3,2，完整的书写形式为A3X3,(12)A3X3,1A3X3,2,化简后则为X3,(12)X3,1X3,2，故X3,(12)X3,1X3,2正确。

对于X(12),3X1,3X2,3，根据分解性原理，正确的书写形式为：

A(12),3X(12),3A1X1,3A2X2,3，故X(12),3X1,3X2,3不正确。

6．有2块平行放置的平板的表面发射率均为0.8，温度分别为：t1=527℃及t2＝27℃，板间距远小于板的宽度和高度。试计算：①板1的本身辐射；②对板l的投射辐射；③板1的反射辐射；④板1的有效辐射；⑤板2的有效辐射；⑥板1，2间的辐射换热量。

解：①板1的本身辐射：

E1Eb10.85.67108(527273)4W/m2=18579W/m2

②对板1的投射辐射，即为板2的有效辐射J2。为此，先求两板 间的辐射换热量：

q1,24(T14T24)Eb1Eb2 11111112125.67108(80043004)

=W/m2

1110.80.8

=15177 W/m2 因q1,2J2Eb2,则： 122 J2G1Eb2（= 5.671081b21)q1,2

11)15177W/m2 0.823004(W/m3794W/m

= 459

=4253 W/m

③板1的反射辐射：

G1J1E1 22J1Eb1(111)q1,2 8004(11)15177W/m2 0.8 5.67108

=19430W/m

2G119430W/m218579W/m2

W/m

851④板1的有效辐射:J1＝19430 W/m ⑤板2的有效辐射：J2＝4253W/m

⑥板1，2间的辐射换热量: q1,215177W/m

22228．有一3m ×4m的矩形房间，高2.5m，地表面温度为27℃，顶表面温度为12℃。房间四周的墙壁均是绝热的，所有表面的发射率均为0.8，试用网络法计算地板和顶棚的净辐射换热量和墙表面的温度。P163 解：设地面为表面1，顶面为表面2，四周为表面3，则： 辐射网络图如图所示：

由X4Y31.6,1.2,查教材图11.26得，X1,2X2,10.291 D2.5D2.5

由角系数的完整性

X2,3X1,31X1,210.2910.709 求个辐射热阻

R11110.80.020812

m1A10.834R1,2110.28612

mA1X1,2120.291

R21210.80.020812

m2A10.83 R1,3110.11712

mA1X1,3120.709110.11712

mA2X2,3120.709Eb3J30

知 Eb3J3

133A1

R2,3由于3面为绝热面，由 3网络图如下图所示：

进一步合并成如图;

其中R为R1,3与R2,3串联后再与R1,2并联的总热阻。

RR1,2(R1,3R2,3)0.286(0.1170.117)0.12912

mR1,2R1,3R2,30.2860.1170.117

Eb1T145.671083004459.27W/m2

Eb2T245.671082854374.08W/m顶板与地板之间的辐射换热量为

1,2

Eb1Eb2459.27374.08499.3W R1RR20.02080.1290.0208根据网络图及R1R2,R1,3R2,3 有

Eb1J1J2Eb2及J1J3J3J2

两式相加得

Eb3

即

T341(Eb1Eb2)214(T1T24)2

求出T3=292.8K 11．在7.5cm厚的金属板上钻一个直径为2.5cm的通孔，金属板的温度为260℃，孔之内表面加一层发射率为0.07的金属箔衬里。将一个425℃，发射率为0.5的加热表面放在金属板一侧，另一侧的孔仍是敞开的。425℃的表面同金属板无热传导换热。试计算从敞开的孔中辐射出去的能量。

11题图1

11题图2 解：金属块内打一个圆孔，此圆孔两侧表面和圆柱面构成一个三表面组成的封闭空腔，其中，1,2表面为灰表面，3表面视为黑表面。各表面的编号及其热网络图如图示所示。敞开的孔中辐射出去的能量应为3表面的净辐射换热量。开口面的发射率设为1，温度为0。由已知条件及其各表面间的换热关系可得：

10.07，20.5，31.0

T1260C533K, T2425C698K, T30K, d=2.5cm,x=7.5cm, A12.57.5cm258.9cm2

A2A34(2.5)2cm24.91cm2 根据角系数的性质：A1X1,2A2X2,1 则：X1,2A2X2,1 A1又因为：X2,1X2,31，则X2,11X2,3，X2,3=0.04（由本题图2查出）X2,10.96，故X1,20.08X1,3

网络图中的各热阻分别为：

12112256 , 2037

2A21A1

1112122,50916

A1X1,2A1X1,3A2X2,3Eb1T144575W/m2

Eb2T2413456W/m2，列节点方程式： 节点J1

Eb30

Eb1J1J2J1Eb3J10 1111A1X1,2A1X1,31A1Eb2J2J1J2Eb3J20 1211A1X1,2A2X2,32A2节点J2

代入数值，得：

4575J1J2J10J10

***56J2J1J20J20 节点J2

2037212250916节点J1

解此联立方程得：

J1=4484 W/m

J2=8879 W/m 各表面间的对流换热量为：

221,3J1J32.11W 1A1X1,3J2J30.174W 1A2X2,3

2,3故从开口中所辐射出去的能量为：31,22,32.284W

26在晴朗的夜晚，天空的有效辐射温度可取为−70℃。假定无风且空气与聚集在草上的露水间的对流换热表面传热系数为28W／(m2·℃)。试计算为防止产生霜冻，空气所必须具有的最低温度。计算时可略去露水的蒸发作用，且草与地面间无热传导，并取水的发射率为1.0

解：露水与太空间因辐射换热失去热量，与空气间因对流换热获得热量，热平衡时，得热量应等于失热量。为了防止霜冻，露水表面温度必须满足T1>0℃=273K的条件。已知：

℃),X1,21.0,T2=−70℃=203K。11.0,h=28W／(m2·

rA1(Eb1Eb2)11A1(12)11X1,22A2

bA1(T14T24)

5.67108A1(273)4(203)4

=218.62A1

空气对露水的加热量为：cvhA1T28A1(TfT1)

28A1(Tf273)因为：rcv

则：28A1(Tf273)218.64A1

空气必须具有的最低温度为：Tf=280.8K＝7.8 ℃

第十二章

10．一根横穿某大车间的水平蒸汽输送管，外径d2=50mm，表面温度tw2=150 ℃。管外包有一层厚75mm的保温材料，其导热系数λ＝0.11w／(m·℃)，发射率ε＝0.6。现已测得保温层外表面温度tw3=40 ℃，车间空气温度tf＝22℃，车间壁面温度tw4=20℃。试求：①蒸汽输送管单位管长的热损失q1；②保温层外表面的辐射换热表面传热系数；③保温层外表面与空气间的自然对流表面传热系数。

解:本题属于复合换热问题，保温层外表面以辐射换热和对流换热方式传递热量。

①求ql:

qltw2tw3150140W/m d31502751lnln23.140.1502d2

54.8W/m

②求hr：

rd33(Eb3Eb4)d33Cb(TTw34)(w4)4

100100 3.140.25.67( 47.6W/m

rhrd3(tw3tf)故hr202734402734)()W/m 100100r47.6W／(m2·℃)d3(tw3tf)3.140.2(4022)

=4.21 W／(m2·℃)

③求hc

qlhd3(tw3tf)(hrhc)(tw3tf)d3 hcql54.8℃)hr4.21 W／(m2·(tw3tf)d3(4022)3.140.2

=0.64 W／(m2·℃)11.一块边长为0.2m的正方形电热板，表面发射率ε=0.6，该板水平悬吊在室温为20℃的大房间内，通电加热稳态后测得电热板表面温度为60℃，大房间壁温为17℃。试求：①电热板表面的对流换热量；②辐射换热表面传热系数；③电热板消耗的功率。解：①求c

定性温度tm11(twtf)(6020)C40C。查空气的物性：2216.96106m2/s，2.76102W/(mC),pr0.699。11K13.195103K1 Tm40273gtl33.1951039.81400.230.699GrPrPr 221216.9610

2.4410

查教材表8.6，上表面加热：c=0.15,n故上表面：

Nu10.15(GrPr)13711;下表面加热：c=0.58, n。350.1529043.5

Nu143.52.76102W/(m2C)6W/(m2C)

h1l0.2下表面

Nu20.58(GrPr)1317.4

Nu217.42.76102W/(m2C)2.4W/(m2C)

h2l0.2

c(h1h2)(twtf)A(62.4)(6020)0.2W13.44W ②求hr

2TTr2CbA(w1)4(w2)420.65.670.22(3.33)4(2.9)414.22W100100 hrr14.22W/(m2C)22(twtf)A2(4022)0.22 =4.44W/(mC)③求电功率P: Prc(14.2213.44)W27.66W

12．某火墙采暖房间平面尺寸为6m×4m，房间高4m，火墙面积为4m ×4m，墙表面为石灰粉刷，发射率ε=0.87，已知表面温度tw=40℃，室温tf＝16℃，顶棚、地板及四周壁面的发射率相同，温度亦为16℃。求该火墙总散热量，其中辐射散热所占比例为多少?

解:火墙房间平面示意如图。由于除火墙外的其余5个表面均具有相同的温度和发射率，因此在辐射换热计算时可视为表面2。

A14416m2，A2(64444)m2112m2

①求r

TTA1Cb(w1)4(w2)4Eb1Eb2100100r1084W 11(12)11A21(1)1A1X1,2A12A21A12②求c

属大空间自然对流换热。

定性温度tm11(twtf)(4016)C28C。查空气的物性：2215.8106m2/s，2.654102W/(mC),pr0.7014。

11K13.322103K1 Tm28273gtl33.3221039.81(4016)430.7014GrPrPr

215.821011.410

查教材表8.6，属湍流： c=0.1,n

Nu0.1(GrPr)13111 3519.25 Nu519.252.654102W/(m2C)3.45W/(m2C)

hcl

4chc(twtf)A13.45(4016)16W132W5 ③求: rc(10841325)W2409W

r0.4545% 13.一所平顶屋，屋面材料厚δ＝0.2m，导热系数λ=0.60W／(m·℃)，屋面两侧的发射率ε均为0.9。冬初，室内温度维持tf1＝18℃，室内四周壁面温度亦为18℃，且它的面积远大于顶棚面积。天空有效辐射温度为−60℃，室内顶棚对流换热表面传热系数h1＝0.592W／(m2·℃)，屋顶h2＝21.1W／(m2·℃)。问当室外气温降到多少度时，屋面即开始结霜(tw2＝0℃)，此时室内顶棚温度为多少?本题是否可算出复合换热表面传热系数及其传热系数?

解;①求室内顶棚温度tw1：

稳态时由热平衡，应有如下关系式成立：

室内复合换热量=屋面导热量＝室外复合换热量

但h1(tf1tw1)A11A1Cb(TTw04)(w1)4

100100式中：Tw0为四周壁面温度，由题意知Tw0Tf。

(tt)A，由，结霜时tw20，所以： w1w21TTw04)(w1)4(tw10)

100100 h1(tf1tw1)A11Cb(tf1tw1 整理得： 1CbTw0h1Tw14tw14()()100100h11CbTw1h1(CT)4(1)tw1tf11b(w0)4 100h1h11000.95.67Tw140.60.95.67182734()(1)tw118()

0.5921000.20.5920.592100T4 8.62(w1)6.07tw1636.13

列表计算如下：

解得：tw1=11.6℃。

②求室外气温tf2：

Tsky4Th2(tw2tf2)A12A1Cb(w2)4()

100100由可得：

Tw24Tsky4tw1h2tf22Cb()() 100100tf22CbTw2h2Tsky44()()tw1 100100h20.95.670.6(2.73)4(2.13)4C11.6C

21.10.221.16.8C③求复合换热表面传热系数ht1和ht2：

注意到传热方向即可求得复合换热表面传热系数和传热系数。

Tw04Tw141Cbqr()()hr(tf1tw1)100100故hr1Cb(TTw04)(w1)4100100

(tf1tw1)0.95.67(2.91)4(2.846)4  W／(m2·℃)(1811.6)

=4.866 w／(m2·℃)hr(0.5924.866)W/(m2C)5.458ht1hcW/(m2C)

同理：

2Cb(

hrTw24Tsky4)()10010026.237 W／(m2·℃)(tw2tf2)hrh2hr(21.126.237)W/(m2C)5.137ht2hcW/(m2C)

④求传热系数：

k111ht1ht21 W／(m2·℃)

10.215.4580.65.137

=3.1 W／(m2·℃)14．某设备的垂直薄金属壁温度为tw1＝350℃，发射率ε1＝0.6。它与保温外壳相距δ2＝30 mm，构成一空气夹层，夹层高H=1m。保温材料厚δ3＝20mm，导热系数λ3=0.65W／(m·℃)。它的外表向温度tw3=50℃，内表面ε2＝0.85。夹层内空气物性为常数：λ＝0.04536 W／(m·℃)、ν=47.85×10-6m2／s，Pr＝07。试求解通过此设备保温外壳的热流通量及金属壁的辐射换热表面传热系数。

解：空气夹层及保温层如图。

热平衡方程为：

通过空气夹层的辐射换热量qr+对流换热量qc＝通过保温层的导热量qcd 即

1Eb1Eb2hc(tw1tw2)(tw2tw3)11312

本题由于tw2未知，需进行假设计算。设tw2＝170℃，则:

tm

111(tw1tw2)(350170)C260C,1.876103K1 22Tmg(tw1tw2)231.8761039.81(350170)0.0330.74GrPrP2.73410r247.8521012

查教材表8.7，c=0.197,m11, n,则 49

Nu0.197(GrPr)(41H)190.91712.860.6771.716

2Nu1.7160.04536W/(m2C)2.59W/(m2C)

hel0.03qc0.65(tw2tw3)(17050)W/m23900W/m2 30.025.67(6.23)4(4.43)4qrW/m23450W/m2 1110.60.85 qcqr(3450466)W/m23916W/m2

误差391639004.11030.41%

3916故tw2=170℃，假设正确。本题热平衡方程中仅有tw2未知，也可由热平衡方程通过试算法求出tw2。

qqcqr(3450466)W/m23916W/m2

hrqr34503900W/(m2C)19.17W/(m2C)

tw1tw235017018.90℃的水进入一个套管式换热器，将一定量的油从25℃加热到47.25℃，热流体离开换热器时的温度为44.5℃。求该换热器的效能和传热单元数。

解：教材图12.7已经给出了套管式换热器的示意图，一种流体在管内流动，另一种流体在两管间的环形空间内流动，其流动只有顺利和逆流方式。

t1)M2cp2(t2t2)M1cp1(t1M1cp1(9044.5)M2cp2(47.2525)45.5M1cp122.25M2cp2

故M2cp2M1cp12.045，M1cp1(Mcp)min

M1cp1t19044.5t10.7

Cr 0.489t2t19025M2cp2t1，可以肯定其流型为逆流，则： 套管式换热器，由于t21expNTU(1Cr)

1CrexpNTU(1Cr)1

1CrexpNTU(1Cr)ln故

NTU110.7ln1Cr10.70.4891.536 1Cr10.48921.某套管式换热器，内管内径为100 mm，外径为108mm，其导热系数λ＝36W／(m·℃)。热介质在内管内流过，温度从60 ℃降低到39℃，表面传热系数h1=1000 W／(m2·℃)；质量流量为0.2kg／s的冷水在套管间(内管外)流过，温度从15℃被加热到40℃，表面传热系数h2=1500 W／(m2·℃)。试求：①该换热器的管长；②换热器最大可能传热量；③该换热器的效能；④传热单元数。

解：①求管长l：

kl((d1111ln2)h1d12d1h2d2111081ln)1W/(mC)

10003.140.16.283610015003.140.108

182W/(mC)

t2)0.24187(4015)W20935M2cp2(t2W t1，流型必然为逆流 因t2t2(6040)C20C tt1t2(3915)C24C tt1tmtt2420C21.94C t24lnlnt2020935m5.24m kltm18221.94kltml，故l②求,max：

M2cp2(Mcp)min，故

maxt240155t2 t1t260159209359W3768W3 5③求NTU:

Cr(Mcp)min(Mcp)maxt16039t10.84 t24015t2由1expNTU(1Cr)

1CrexpNTU(1Cr)ln1Cr10.55560.84ln110.55561.142 推得：NTU1Cr10.84

26.一逆流式套管换热器，其中油从100 ℃冷却到60 ℃，水由20 ℃被加热到50℃，传热量为2.5×104w，传热系数为350 W／(m2·℃)，油的比定压热容为2.131KJ／(kg·K)。求换热面积。如使用后产生污垢，垢阻为0.004m·K／W，流体入口温度不变，问此时换热器的传热量和两流体出口温度各为多少?

，出口温度为t1；水的进口温度为t2，出口温度为t2。解：设油的进口温度为t1①求换热面积A t2(10050)C50C tt1t2(6020)C40C tt1tmtt5040C44.81C t50lnlnt402.5104由ktmA，故Am21.594m2

ktm35044.81由M1cp1(10060)M2cp2(5020)

解得

M1cp162W5/K,M2cp2833.33W/K,M2cp2M1cp14 3，油的出口温度t2 ②求换热器的传热量和水的出口温度t1t1)M2cp2(t2t2)M1cp1(t1)M2cp2(t220)

M1cp1(100t1M2cp24100t1

20M1cp13t2由M2cp2M1cp14100t1，M1cp1(Mcp)min

203t2由式Rf11 其中k为有污垢热阻的传热系数，k0为洁净换热器的传热系数 kk01Rf1k010.0041350145.83 W／(m2·℃)解得

kNTUkA145.831.5940.372

(Mcp)min625Cr(Mcp)min(Mcp)maxt2t2203t2

（1）t1100t14t11expNTU(1Cr)1exp0.372(10.75)0.281

1CrexpNTU(1Cr)10.75exp0.372(10.75)t1100t1t178.93℃ 0.281

解得

t1t1t21002578.93℃代入（1）解得

t235.8℃ 将t1t2(10035.8)C64.2C tt1t2(78.9320)C58.93C tt1tmtt64.258.93C60.64C t64.28lnlnt58.93换热器的传热量ktmA145.8360.641.5941.4104W

第二篇：传热学答案

2-4 一烘箱的炉门由两种保温材料A及B组成，且A2B(见附图)。已知A0.1W/(m.K),B0.06W/(m.K),烘箱内空气温度tf1400℃，内壁面的总表面传热系数h150W/(m.K)。为安全起见，希望烘箱炉门的 外表面温度不得高于50℃。设可把炉门导热作为一维问题处理，试决定所需保温材料的厚度。环境温度tf225℃，外表面总传热系数h29.5W/(m.K)。

qtf1tfw2AABBh1tf1th2ttf2解：热损失为又tfw50

℃；AB

3联立得A0.078m;B0.039m

2-16 一根直径为3mm的铜导线，每米长的电阻为2.2210。导线外包有厚为1mm导热系数为0.15W/(m.K)的绝缘层。限定绝缘层的最高温度为65℃，最低温度为0℃。试确定在这种条件下导线中允许通过的最大电流。

Q2lq2l(t1t2)ln(r2/r1)210.15650ln2.5/1.5119.8W解：根据题意有：

119.86IR 解得：I232.36A

-40 试由导热微分方程出发，导出通过有内热源的空心柱体的稳态导热热量计算式及壁中的温度分布。为常数。

解：有内热源空心圆柱体导热系数为常数的导热微分方程式为

1tr0rrr

2经过积分得

tc1lnrc2rr

r3/t0tw0lnr01r3因为所以得 trr0,ttw;r0,tt0r3/t0tw0lnr01lnrt0对其求导得

2-53 过热蒸气在外径为127mm的钢管内流过，测蒸气温度套管的布置如附图所示。已知套管外径d=15mm，壁厚＝0.9mm，导热系数49.1W/(m.K)。蒸气与套管间的表面传热系数h=105有的长度。W/(m.K)2。为使测温误差小于蒸气与钢管壁温度差的0.6％，试确定套管应

h01chmh0.6100, 解：按题意应使h00.6%，chmh166.7，查附录得：mharcch(166.7)5.81，mhU。

3－7 如图所示，一容器中装有质量为m、比热容为c的流体，初始温度为tO。另一流体在管内凝结放热，凝结温度为t。容器外壳绝热良好。容器中的流体因有搅拌器的作用而可认为任一时刻整个流体的温度都是均匀的。管内流体与容器中流体间的总传热系数k及传热面积A均为以知，k为常数。试导出开始加热后任一时刻t时容器中流体温度的计算式。

解：按集总参数处理，容器中流体温度由下面的微分方程式描述 A10549.10.910348.75，H5.8148.750.119mhA(TT1)cvtt1dtd

kA此方程的解为 t0t1exp(c)

0

03－10 一热电偶热接点可近似地看成为球形，初始温度为25C，后被置于温度为200C地气流中。问欲使热电偶的时间常数c1s热接点的直径应为多大？以知热接点与气流间的表面传热系数为35W/(mK)，热接点的物性为：20W/(mk)，c400J/(kgk)，8500kg/m32，如果气流与热接点之间还有辐射换热，对所需的热接点直径有何影响？热电偶引线的影响忽略不计。

解：由于热电偶的直径很小，一般满足集总参数法，时间常数为：V/AR/3tch1350850040010.29105ccvhA

5 故cm

0.617m 热电偶的直径： d2R2310.2910 验证Bi数是否满足集总参数法 Bivh(V/A)35010.2910205 0.00180.0333

故满足集总参数法条件。

若热接点与气流间存在辐射换热，则总表面传热系数h（包括对流和辐射）增加，由ccvhA知，保持c不变，可使V/A增加，即热接点直径增加。

3－12 一块单侧表面积为A、初温为t0的平板，一侧表面突然受到恒定热流密度q0的加热，另一侧表面受到初温为t的气流冷却，表面传热系数为h。试列出物体温度随时间变化的微分方程式并求解之。设内阻可以不计，其他的几何、物性参数均以知。解：由题意，物体内部热阻可以忽略，温度只是时间的函数，一侧的对流换热和另一侧恒热流加热作为内热源处理，根据热平衡方程可得控制方程为: dtcvhA(tt)Aqw0d t/t0t0

引入过余温度tt则: cvddhAAqw0 /t00

hABecvqwh 上述控制方程的解为:B0qw 由初始条件有：

h，故温度分布为: tt0exp(hAcv)qwh(1exp(hAcv))

3－13 一块厚20mm的钢板，加热到5000C后置于200C的空气中冷却。设冷却过程中钢板两侧面的平均表面传热系数为35W/(mK),钢板的导热系数为45W/(mK)，若扩散率为1.37510522m/s。试确定使钢板冷却到空气相差100C时所需的时间。2 解：由题意知BihA0.00780.1

故可采用集总参数法处理。由平板两边对称受热，板内温度分布必以其中心对称，建立微分方程，引入过余温度，则得： dcvhA0d(0)tt0

 解之得：00exp(hAcv)exp(hc(V/A))exp(h)

当10C时，将数据代入得，＝3633s

3－24 一高H＝0.4m的圆柱体，初始温度均匀，然后将其四周曲面完全绝热，而上、下底面暴露于气流中，气流与两端面间的表面传热系数均为50W/(mK)。圆柱体导热系数20W/(mk)，热扩散率5.6106m2/s。试确定圆柱体中心过余温度下降到初值

2一半时间所需的时间。解：因四周表面绝热，这相当于一个厚为20.4m的无限大平壁的非稳态导热问题，m00.5,Bih500.2200.5 F01.7,F0由图3-6查得

2a1.70.2265.61012142s3.37h6－

11、已知：平均温度为100℃、压力为120kPa的空气，以1.5m/s的流速流经内径为25mm电加热管子。均匀热流边界条件下在管内层流充分发展对流换热区Nu=4.36。

求：估计在换热充分发展区的对流换热表面传热系数。

pRT1200002873731.121kg/m3解：空气密度按理想气体公式计算，空气的与压力关系甚小，仍可按一物理大气压下之值取用，100℃时：

21.9106

kg/ms,Re1.1211.521.90.025100.03210.025619192300，故为层流。按给定条件得：

h4.36d4.365.6W/mK2。

6－

13、已知：一直管内径为16cm，流体流速为1.5m/s，平均温度为10℃，换热进入充分发展阶段。管壁平均温度与液体平均温度的差值小于10℃，流体被加热。

求：试比较当流体分别为氟利昂134a及水时对流换热表面传热系数的相对大小。解：由附录10及13，10℃下水及R134a的物性参数各为：

R134a：0.0888W/mK,0.201810水：0.574W/mK,1.30610对R134a：

Re1.50.0160.2018100.86626m/s,Pr3.915；

2m/s,Pr9.52；

1.1893100.45,2531.3W/mKh0.0231189303.9150.08880.0162

对水：

Re1.50.0161.306100.8618376,0.4h0.023183769.520.5740.0165241W/mK2

对此情形，R134a的对流换热系数仅为水的38.2%。

25、已知：冷空气温度为0℃，以6m/s的流速平行的吹过一太阳能集热器的表面。该表面尺寸为1m1m，其中一个边与来流方向垂直。表面平均温度为20℃。

求：由于对流散热而散失的热量。

tf020210解：℃

610℃空气的物性 14.1610Reul61.014.1610112,2.511052,Pr0.705

x64.2372810

Nu0.664RehPr3384.68

2384.682.51101.0

29.655w(mk)2

s111.0m

hs(twt0)9.655(200)193.1

6-27、已知：一个亚音速风洞实验段的最大风速可达40m/s。设来流温度为30℃，平板壁温为70℃，风洞的压力可取1.01310Pa。

求：为了时外掠平板的流动达到510的Rex数，平板需多长。如果平板温度系用低

55压水蒸气在夹层中凝结来维持，平板垂直于流动方向的宽度为20cm时。试确定水蒸气的凝结量。

tm7030250解：℃，查附录8得：

6

0.0283W/mK,17.9510Re40x17.95100.56m/s,Pr0.698，1 x5105,x17.95104050.50.224m，416.5，Nu0.664RePr1/30.6645100.6981/h416.50,0283/0.22452.62W/mK, 2hAt52.620.20.224703094.3W，在t70℃时，气化潜热r2334.110J/kg，凝结水量G94.336002334.11030.1454kg/h。

6-33、已知：直径为0.1mm的电热丝与气流方向垂直的放置，来流温度为20℃，电热丝温度为40℃，加热功率为17.8W/m。略去其它的热损失。

求：此时的流速。

解：

qlhdtwtf,hdtwtf30ql17.80.110540202833W/mK2

定性温度tm20402℃，60.0267W/mK,1610Nu28330.02670.1101/0.4663m/s,Pr0.701

210.61。先按表5-5中的第三种情况计算，10.610.6836NuRe0.683侧u2.1459360，符合第二种情形的适用范围。

57.6m/sd故得：Re161036030.110。

34、已知：可以把人看成是高1.75m、直径为0.35m的圆柱体。表面温度为31℃，一个马拉松运动员在2.5h内跑完全程（41842.8m），空气是静止的，温度为15℃。不计柱体两端面的散热，不计出汗散失的部分。

求：此运动员跑完全程后的散热量。

u41842.842.536004.649m/s

解：平均速度，定性温度

62tm3115223℃，空气的物性为：0.0261W/mK,15.3410Re4.6490.3515.3416m/s,Pr0.702，1060724104，按表5-5.有：

0.02661060720.805 Nu0.0266Re0.805295.5，h295.50.0261/0.3522W/mK, Aht3.14160.351.75223115677.3W

在两个半小时内共散热2.53600677.360959606.09610J6-

37、已知：如图，最小截面处的空气流速为3.8m/s，tf2635℃，肋片的平均表面温度为65℃，98W/mK,肋根温度维持定值:s1/ds2/d2,d10mm,规定肋片的mH值不应大于1.5.在流动方向上排数大于10.求：肋片应多高

解：采用外掠管束的公式来计算肋束与气流间的对流换热，定性温度“

tm3565250℃，0.0283W/mK,17.951021176m/s，Re3.80.0117.95106，由表（5-7）查得C0.482,m0.556，34.050.02830.0196.4W/mKNu0.48221170.55634.05,h

，d980.018-

15、已知材料AB的光谱发射率与波长的关系如附图所示，试估计这两种材料的发射率m4h496.419.83,H1.随温度变化的特性，并说明理由。

解：A随稳定的降低而降低；B随温度的降低而升高。理由：温度升高，热辐射中的短波比例增加。9—30、已知：如图，（1）所有内表面均是500K的黑体；（2）所有内表面均是＝0.6的漫射体，温度均为500K。求：从小孔向外辐射的能量。解：设小孔面积为2A2，内腔总表面壁为

2A1，则：

2A2r13.14160.0168.0410m1，A1r2d1Hr2r12222223.14160.020.040.040.020.016x1,2A2A18.0410436.736103m，42

4x2,11，6.736100.11941,2A20T1T2。，4411/21x2,11/11x1,2211,28.0410（1）1,1,25.6752.85W4；

8.04105.6754（2）21，10.6，10.11941/0.612.64W9-

45、已知：用裸露的热电偶测定圆管气流的温度，热电偶的指示值为t1＝170℃。管壁温度tw＝90℃，气流对热节点的对流换热系数为h＝50W/（m·K），热节点表面发射率为＝0.6。求：气流的真实温度及测温误差。解：htft10T1Tw442

，tft14C0T1h40.65.67Tw441704.433.6350100100

184.41704

17014.1℃84，测温误差：.4184.4100％7.8％

第三篇：传热学复习题及其答案经典总结

传热学复习题及其答案（Ⅰ部分）

一、概念题

1、试分析室内暖气片的散热过程，各个环节有哪些热量传递方式？以暖气片管内走热水为例。

答：有以下换热环节及传热方式：

（1）

由热水到暖气片管道内壁，热传递方式为强制对流换热；

（2）

由暖气片管道内壁到外壁，热传递方式为固体导热；

（3）

由暖气片管道外壁到室内空气，热传递方式有自然对流换热和辐射换热。

2、试分析冬季建筑室内空气与室外空气通过墙壁的换热过程，各个环节有哪些热量传递方式？

答：有以下换热环节及传热方式：

（1）

室内空气到墙体内壁，热传递方式为自然对流换热和辐射换热；

（2）

墙的内壁到外壁，热传递方式为固体导热；

（3）

墙的外壁到室外空气，热传递方式有对流换热和辐射换热。

3、何谓非稳态导热的正规阶段？写出其主要特点。

答：物体在加热或冷却过程中，物体内各处温度随时间的变化率具有一定的规律，物体初始温度分布的影响逐渐消失，这个阶段称为非稳态导热的正规阶段。

4、分别写出Nu、Re、Pr、Bi数的表达式，并说明其物理意义。

答：（1）努塞尔(Nusselt)数，它表示表面上无量纲温度梯度的大小。（2）雷诺(Reynolds)数，它表示惯性力和粘性力的相对大小。

（3）普朗特数，它表示动量扩散厚度和能量扩散厚度的相对大小。

（4）毕渥数，它表示导热体内部热阻与外部热阻的相对大小。

5、竖壁倾斜后其凝结换热表面传热系数是增加还是减小？为什么？。

答：竖壁倾斜后，使液膜顺壁面流动的力不再是重力而是重力的一部分，液膜流

动变慢，从而热阻增加，表面传热系数减小。另外，从表面传热系数公式知，公式中的亦要换成，从而h减小。

6、按照导热机理，水的气、液、固三种状态中那种状态的导热系数最大？

答：根据导热机理可知，固体导热系数大于液体导热系数；液体导热系数大于气体导热系数。所以水的气、液、固三种状态的导热系数依次增大。

7、热扩散系数是表征什么的物理量？它与导热系数的区别是什么？

答：热扩散率，与导热系数一样都是物性参数，它是表征物体传递温度的能力大小，亦称为导温系数，热扩散率取决于导热系数

和的综合影响；而导热系数是反映物体的导热能力大小的物性参数。一般情况下，稳态导热的温度分布取决于物体的导热系数，但非稳态导热的温度分布不仅取决于物体的导热系数，还取决于物体的导温系数。

8、集总参数法的适用条件是什么？满足集总参数法的物体，其内部温度分布有何特点？

答：集总参数法的适用条件是Bi<0.1，应用于物体的导热系数相当大，或者几何尺寸很小，或表面传热系数极低；其特点是当物体内部导热热阻远小于外部对流换热热阻时，物体内部在同一时刻均处于同一温度，物体内部的温度仅是时间的函数，而与位置无关。

9、灰体的含义？

答：灰体是指物体单色辐射力与同温度黑体单色辐射力随波长的变化曲线相似，或它的单色发射率不随波长变化的物体；或单色吸收比与波长无关的物体，即单色吸收比为常数的物体。

10、漫射表面？

答：通常把服从兰贝特定律的表面称为漫射表面，即该表面的定向辐射强度与方向无关。或物体发射的辐射强度与方向无关的性质叫漫辐射，具有这样性质的表面称为漫射表面。

11、气体的热边界层与流动边界层的相对大小？

答：由于，对于气体来说，所以气体的热边界层的厚度大于流动边界层的厚度。

12、沸腾换热的临界热流密度的含义是什么？

答：在泡态沸腾阶段时，液体温度与壁面温度之差若进一步增大，汽泡在表面上生成、长大，随后引因浮力作用而离开表面。沸腾的液体主体温度这时有一定的过热度，故汽泡通过液体层时还会继续被加热、膨胀，直到逸出液面，由于气泡的大量迅速生成和它的剧烈运动，换热强度剧增，热流密度随的提高而急剧增大，直到达到热流密度的峰值，此时的热流密度称为临界热流密度。当进一步增大时，热流密度又开始下降。

13、影响强制对流换热的表面换热系数的因素有哪些？

答：影响强制对流换热的表面换热系数的因素有流态、流体的物性、换热表面的几何因素等，用函数表示为。

14、；利用同一冰箱储存相同的物质时，试问结霜的冰箱耗电量大还是未结霜冰箱耗电量大？为什么？

答：在其它条件相同时，冰箱的结霜相当于在冰箱的蒸发器和冰箱的冷冻室（或冷藏室）之间增加了一个附加的热阻，因此，冷冻室（或冷藏室）要达到相同的温度，必须要求蒸发器处于更低的温度。所以，结霜的冰箱的耗电量要大。

16、圆管临界热绝缘直径与哪些因素有关？

答：圆管临界热绝缘直径，根据公式加以分析（略）。

17、为什么珠状凝结表面换热系数比膜状凝结表面换热系数大？

答：膜状凝结换热时

沿整个壁面形成一层液膜，并且在重力的作用下流动，凝结放出的汽化潜热必须通过液膜，因此，液膜厚度直接影响了热量传递。

珠状凝结换热时，凝结液体不能很好的浸润壁面，仅在壁面上形成许多小液珠，此时壁面的部分表面与蒸汽直接接触，因此，换热速率远大于膜状凝结换热。

18、不凝结气体对表面凝结换热强弱有何影响？

答：不凝结气体的存在，一方面使凝结表面附近蒸汽的分压力降低，从而蒸汽饱和温度降低，使得传热驱动力即温差减小；另一方面，凝结蒸汽穿过不凝结气体层到达壁面依靠的是扩散，从而增加了阻力。因此，上述两方面原因导致凝结换热时的表面传热系数降低。

19、空气横掠垂直管束时，沿流动方向管排数越多，换热越强，而蒸汽在水平管束外凝结时，沿液膜流动方向管排数越多，换热强度降低，为什么？

答：空气横掠垂直管束时，沿流动方向管排数越多，气流扰动越强，换热越强，而蒸汽在水平管束外凝结时，沿液膜流动方向管排数越多，凝结液膜越厚，凝结换热热阻越大，换热强度降低。

20、写出时间常数的表达式，时间常数是从什么导热问题中定义出来的？它与哪些因素有关？

答：时间常数的表达式为，是从非稳态导热问题中定义出来的，它不仅取决于几何参数和物性参数，还取决于换热条件h。

21、什么是物体表面的发射率？它与哪些因素有关？

答：实际物体的辐射力与同温度下黑体辐射力之比称为该物体的发射率，物体的发射率只取决于物体的表面特性（物体的种类、表面状况和温度），而与外界条件无关。

22、什么是物体表面的吸收比（率）？它与哪些因素有关？

答：物体对投入辐射所吸收的百分数称为该物体的吸收比（率），物体的吸收比（率）只取决于物体的表面特性（物体的种类、表面状况和温度），对于全波长的特性还与投射能量的波长分布有关关。

23、何谓遮热板（罩）？

答：插入两个辐射换热表面之间的用于削弱两个表面之间辐射换热的薄板或罩。

24、黑体辐射包括哪几个定律？

答：普朗克定律、维恩位移定律、斯蒂芬－玻尔兹曼定律、兰贝特定律。

25、其它条件相同时，同一根管子横向冲刷与纵向冲刷相比，哪个的表面换热系数大？为什么？

答：同一根管子横向冲刷比纵向冲刷相比的表面换热系数大。因为纵向冲刷时相当于外掠平板的流动，热边界层较厚，热阻较大；而横向冲刷时热边界层较薄且在边界层由于分离而产生的旋涡，增加了流体扰动，因而换热增强。

26、下列三种关联式描述的是那种对流换热？，答：描述的是无相变的强迫对流换热，且自然对流不可忽略；

描述的是自然对流可忽略的无相变的强迫对流换热；描述的是自然对流换热。

27、写出辐射换热中两表面间的平均角系数的表达式，并说明其物理意义。

答：平均角系数X1,2=，它表示A1表面发射出的辐射能中直接落到另一表面A2上的百分数。或者它表示离开A1表面的辐射能中直接落到另一表面A2上的百分数。

28、表面辐射热阻

答：当物体表面不是黑体时，该表面不能全部吸收外来投射的辐射能量，这相当于表面存在热阻，该热阻称为表面辐射热阻，常以表示。

29、有效辐射

答：单位时间内离开单位面积的总辐射能为该表面的有效辐射J，它包括辐射表面的自身的辐射E和该表面对投射辐射G的反射辐射，即。

30、换热器的污垢热阻

答：换热设备运行一段时间以后，在管壁产生污垢层，由于污垢的导热系数较小，热阻不可以忽略，这种由于污垢生成的产生的热阻称为污垢热阻。

31、在寒冷的北方地区，建房用砖采用实心砖还是多孔的空心砖好？为什么？

答：采用空心砖较好，因为空心砖内部充满着空气，而空气的导热系数相对较小，热阻较大，空心砖导热性较之实心砖差，同一条件下空心砖的房间的散热量小保温性好。

32、下列材料中导热系数最大的是

（纯铜）

(a)

纯铜

(b)纯铁

(c)黄铜

(d)天然金刚石

33、什么是雷诺类比律（写出表达式）？它的应用条件是什么？答：雷诺类比率：，条件：Pr=1，34、下列工质的普朗特数最小的是

（液态金属）

(a)水

(b)

空气

(c)液态金属

(d)变压器油

35、为什么多层平壁中的温度分布曲线不是一条连续的直线而是一条折线？

36、对管壳式换热器来说，两种工质在下列哪种情况下，何种工质走管内，何种工质走管外？

(1)

清洁的和不清洁的工质(2)腐蚀性大与小的工质(3)高温与低温的工质

(2)

答：（1）不清洁流体应在管内，因为壳侧清洗比较困难，而管内可以拆开端盖进行清洗；（2）腐蚀性大的流体走管内，因为更换管束的代价比更换壳体要低，且如将腐蚀性大的流体走壳程，被腐蚀的不仅是壳体，还有管子外侧。

（3）温度低的流体置于壳侧，这样可以减小换热器的散热损失。

37、北方深秋季节的清晨，树叶叶面上常常结霜。试问树叶上、下表面的哪一面上容易结霜？为什么？

答：霜会容易结在树叶的上表面，因为树叶上表面朝向太空，而太空表面的温度会低于摄氏零度；下表面朝向地面，而地球表面的温度一般在零度以上。相对于下表面来说，树叶上表面向外辐射热量较多，温度下降的快，一旦低于零度时便会结霜。

38、什么是物体的发射率和吸收率？二者在什么条件下相等？

答：实际物体的辐射力与同温度下黑体的辐射力之比称为该物体的发射率；投射到物体表面的总能量中被吸收的能量所占的份额是物体的吸收率。由基尔霍夫定律可知：当物体表面为漫灰表面时，二者相等。

39、窗玻璃对红外线几乎是不透过的，但为什么隔着玻璃晒太阳却使人感到暖和？

答：窗玻璃对红外线几乎不透过，但对可见光则是可透过的，当隔着玻璃晒太阳时，太阳光可以穿过玻璃进入室内，而室内物体发出的红外线却被阻隔在室内，因房间内温度越来越高，从而感到暖和。

40、对流换热过程微分方程式与导热过程的第三类边界条件表达式有什么不同之处？

答：对流换热过程微分方程式与导热过程的第三类边界条件表达式都可以用下式表示，但是，前者的导热系数为流体的导热系数，而且表面传热系数h是未知的；后者的导热系数为固体的导热系数，而且表面传热系数h是已知的。

41、写出竖平壁上膜状凝结的冷凝雷诺数的表达式。

答：冷凝雷诺数：,或者，其中

42、为什么用电加热时容易发生电热管壁被烧毁的现象？而采用蒸汽加热时则不会？

答：用电加热时，加热方式属于表面热流密度可控制的，而采用蒸汽加热时则属于壁面温度可控制的情形。由大容器饱和沸腾曲线可知，当热流密度一旦超过临界热流密度时，工况就有可能很快跳至稳定的膜态沸腾，使得表面温度快速上升，当超过壁面得烧毁温度时，就会导致设备的烧毁；采用蒸汽加热由于壁面温度可控制，就容易控制壁面的温升，避免设备壁面温度过度升高，使其温度始终低于设备的烧毁温度。

43、用热电偶监测气流温度随时间变化规律时，应如何选择热电偶节点的大小？

答：在其它条件相同时，热电偶节点越大，它的温度变化一定幅度所需要吸收（或放出）的热量越多，此时虽然节点换热表面积也有所增大，但其增大的幅度小于体积增大的幅度。故综合地讲，节点大的热电偶在相同的时间内吸收热量所产生的温升要小一些。由定义知，为节点的半径，显然，节点半径越小，时间常数越小，热电偶的相应速度越快。

44、由导热微分方程可知，非稳态导热只与热扩散率有关，而与导热系数无关。你认为对吗？

答：由于描述一个导热问题的完整数学表达，不仅包括控制方程，还包括定解条件。虽然非稳态导热控制方程只与热扩散率有关，但边界条件中却有可能包括导热系数。因此，上述观点不正确。

45、由对流换微分方程可知，该式中没有出现流速，有人因此认为表面传热系数与流体速度场无关。你认为对吗？

答：这种说法不正确，因为在描述流动的能量方程中，对流项含有流体速度，要获得流体的温度场，必须先获得流体的速度场，在对流换热中流动与换热是密不可分的。因此，对流换热的表面传热系数与流体速度有关。

46、什么是等温线？在连续的温度场中，等温线的特点是什么？

47.大平壁在等温介质中冷却的冷却率与哪些因素有关

48、何谓集总参数法？其应用的条件是什么？应怎样选择定型尺寸？

答：集总参数法是忽略物体内部导热热阻的简化分析方法。应用于物体的导热系数相当大，或者几何尺寸很小，或表面传热系数极低。集总参数法的适用条件是对于平板Bi<0.1，对于圆柱Bi<0.05，对于球Bi<0.033。

49、写出计算一维等截面直肋散热量的公式。

50、简述遮热罩削弱辐射换热的基本思想。

51、判定两个物理现象相似的条件是什么？

1.同名的以定特征数相等；2.单值性条件相似

52、试述强化管内流体对流换热采用的方法，并简述理由。

54、影响膜状凝结换热的主要热阻是什么？

55、大空间饱和沸腾有哪三种状态？什么是沸腾换热的临界热负荷？

答：核态沸腾、过渡沸腾、稳定膜态沸腾。由大容器饱和沸腾曲线可知，当热流密度一旦超过临界热流密度时，工况就有可能很快跳至稳定的膜态沸腾，使得表面温度快速上升，当超过壁面得烧毁温度时，就会导致设备的烧毁，这个临界热负荷为沸腾换热的临界热负荷。

56、写出傅立叶定律的数学表达式，并解释其物理意义。

57、简要说明太阳能集热器采用的选择性表面应具备的性质和作用原理。

58、试用传热学理论解释热水瓶的保温原理。

59、无内热源，常物性二维导热物体在某一瞬时的温度分布为t＝2y2cosx。试说明该导热物体在x＝0，y=1处的温度是随时间增加逐渐升高，还是逐渐降低。

答：由导热控制方程，得：

当时，故该点温度随时间增加而升高。

60、工程中应用多孔性材料作保温隔热,使用时应注意什么问题?为什么?

答：应注意防潮。保温材料的一个共同特点是它们经常呈多孔状，或者具有纤维结构，其中的热量传递是导热、对流换热、热辐射三种传热机理联合作用的综合过程。如果保温材料受潮，水分将替代孔隙中的空气，这样不仅水分的导热系数高于空气，而且对流换热强度大幅度增加，这样材料保温性能会急剧下降。

61、用套管温度计测量容器内的流体温度，为了减小测温误差，套管材料选用铜还是不锈钢?

答：由于套管温度计的套管可以视为一维等截面直助，要减小测温误差(即使套管顶部温度tH尽量接近流体温度tf)，应尽量减小沿套管长度流向容器壁面的热量，即增大该方向的热阻。所以，从套管树料上说应采用导热系数更小的不锈钢。

62、两种几何尺寸完全相同的等截面直肋，在完全相同的对流环境(即表面传热系数和流体温皮均相同)下，沿肋高方向温度分布曲线如图所示。请判断两种材料导热系数的大小和肋效率的高低?

答：对一维肋片，导热系数越高时，沿肋高方向热阻越小，因而沿肋高方向的温度变化(降落或上升)越小。因此曲线1对应的是导热系数大的材料．曲线2对应导热系数小的材料。而且，由肋效率的定义知，曲线1的肋效率高于曲线2。

63、一维无内热源、平壁稳态导热的温度场如图所示。试说明它的导热系数λ是随温度增加而增加，还是随温度增加而减小?

答:由傅立叶里叶定律，图中随x增加而减小，因而随2增加x而增加，而温度t随x增加而降低，所以导热系数随温度增加而减小。

64、夏季在维持20℃的室内工作，穿单衣感到舒适，而冬季在保持22℃的室内工作时，却必须穿绒衣才觉得舒服。试从传热的观点分析原因。

答：首先，冬季和夏季的最大区别是室外温度的不同。夏季室外温度比室内气温高，因此通过墙壁的热量传递方向是出室外传向室内。而冬季室外气温比室内低，通过墙壁的热量传递方向是由室内传向室外。因此冬季和夏季墙壁内表面温度不同，夏季高而冬季低。因此，尽管冬季室内温度(22℃)比夏季略高(20℃)，但人体在冬季通过辐射与墙壁的散热比夏季高很多。根据上题人体对冷感的感受主要是散热量的原理，在冬季散热量大，因此要穿厚一些的绒衣。

65、冬天，经过在白天太阳底下晒过的棉被，晚上盖起来感到很暖和，并且经过拍打以后，效果更加明显。试解释原因。

答：棉被经过晾晒以后，可使棉花的空隙里进人更多的空气。而空气在狭小的棉絮空间里的热量传递方式主要是导热，由于空气的导热系数较小(20℃，1.01325×105Pa时，空气导热系数为0.0259W/(m·K)，具有良好的保温性能。而经过拍打的棉被可以让更多的空气进入，因而效果更明显。

66、由对流换热微分方程知，该式中没有出现流速，有人因此得出结论：表面传热系数h与流体速度场无关。试判断这种说法的正确性?

答：这种说法不正确，因为在描述流动的能量微分方程中，对流项含有流体速度，即要获得流体的温度场，必须先获得其速度场，“流动与换热密不可分”。因此表面传热系数必与流体速度场有关。

67、在流体温度边界层中，何处温度梯度的绝对值最大?为什么?有人说对一定表面传热温差的同种流体，可以用贴壁处温度梯度绝对值的大小来判断表面传热系数h的大小，你认为对吗?

答：在温度边界层中，贴壁处流体温度梯度的绝对值最大，因为壁面与流体间的热量交换都要通过贴壁处不动的薄流体层，因而这里换热最剧烈。由对流换热微分方程，对一定表面传热温差的同种流体λ与△t均保持为常数，因而可用绝对值的大小来判断表面传热系数h的大小。

68、简述边界层理论的基本论点。

答：边界层厚度δ、δt与壁的尺寸l相比是极小值；

边界层内壁面速度梯度及温度梯度最大；

边界层流动状态分为层流与紊流,而紊流边界层内,紧贴壁面处仍将是层流,称为层流底层；

流场可以划分为两个区：边界层区（粘滞力起作用）和主流区，温度同样场可以划分为两个区：边界层区（存在温差）和主流区（等温区域）；

对流换热热阻主要集中在热边界层区域的导热热阻。层流边界层的热阻为整个边界层的导热热阻。紊流边界层的热阻为层流底层的导热热阻

69、有若干个同类物理现象,怎样才能说明其单值性条件相似。试设想用什么方法对以实现物体表面温度恒定、表面热流量恒定的边界条件?

答：所谓单值条件是指包含在准则中的各已知物理量，即影响过程特点的那些条件──时间条件、物理条件、边界条件。所谓单值性条件相似,首先是时间条件相似(稳态过程不存在此条件)。然后,几何条件、边界条件及物理条件要分别成比例。采用饱和蒸汽（或饱和液体）加热（或冷却）可实现物体表面温度恒定的边界条件，而采用电加热可实现表面热流量恒定的边界条件。

70、对皆内强制对流换热，为何采用短管和弯管可以强化流体的换热?

答：采用短管，主要是利用流体在管内换热处于入口段温度边界层较薄，因而换热强的特点，即所谓的“入口效应”，从而强化换热。而对于弯管，流体流经弯管时，由于离心力作用，在横截面上产生二次环流，增加了扰动，从而强化了换热。

71、在地球表面某实验室内设计的自然对流换热实验，到太空中是否仍然有效，为什么？

答：该实验到太空中无法得到地面上的实验结果。因为自然对流是由流体内部的温度差从而引起密度差并在重力的作用下引起的。在太空中实验装置格处于失重状态，因而无法形成自然对流，所以无法得到顶期的实验结果。

72、在对流温度差大小相同的条件下,在夏季和冬季,屋顶天花板内表面的对流放热系数是否相同?为什么?

答：在夏季和冬季两种情况下,虽然它们的对流温差相同,但它们的内表面的对流放热系数却不一定相等。原因:在夏季tf＜tw,在冬季tf＞tw,即在夏季,温度较高的水平壁面在上,温度较低的空气在下,自然对流不易产生,因此放热系数较低.反之,在冬季,温度较低的水平壁面在上,而温度较高的空气在下,自然对流运动较强烈,因此,放热系数较高。

73、试述沸腾换热过程中热量传递的途径。

答：半径R≥Rmin的汽泡在核心处形成之后,随着进一步地的加热,它的体积将不断增大,此时的热量是以导热方式输入,其途径一是由汽泡周围的过热液体通过汽液界面输入,另一是直接由汽泡下面的汽固界面输入,由于液体的导热系数远大于蒸汽,故热量传递的主要途径为前者。

当汽泡离开壁面升入液体后,周围过热液体继续对它进行加热,直到逸出液面,进入蒸汽空间。

74、两滴完全相同的水滴在大气压下分别滴在表面温度为120℃和400℃的铁板上，试问滴在哪块板上的水滴先被烧干，为什么?

答：在大气压下发生沸腾换热时，上述两水滴的过热度分别是℃和℃，由大容器饱和沸腾曲线，前者表面发生的是核态沸腾，后者发生膜态沸腾。虽然前者传热温差小，但其表面传热系数大，从而表面热流反而大于后者。所以水滴滴在120℃的铁板上先被烧干。

75、有—台放置于室外的冷库，从减小冷库冷量损失的角度出发，冷库外壳颜色应涂成深色还是浅色?

答：要减少冷库冷损，须尽可能少地吸收外界热量，而尽可能多地向外释放热量。因此冷库败取较浅的颜色，从而使吸收的可见光能量较少，而向外发射的红外线较多。

76、何谓“漫─灰表面”?有何实际意义?

答：“漫─灰表面”是研究实际物体表面时建立的理想体模型.漫辐射、漫反射指物体表面在辐射、反射时各方向相同.灰表面是指在同一温度下表面的辐射光谱与黑体辐射光谱相似,吸收率也取定值.“漫─灰表面”的实际意义在于将物体的辐射、反射、吸收等性质理想化,可应用热辐射的基本定律了。大部分工程材料可作为漫辐射表面,并在红外线波长范围内近似看作灰体.从而可将基尔霍夫定律应用于辐射换热计算中。

77、某楼房室内是用白灰粉刷的,但即使在晴朗的白天,远眺该楼房的窗口时,总觉得里面黑洞洞的,这是为什么?

答：窗口相对于室内面积来说较小,当射线(可见光射线等)从窗口进入室内时在室内经过多次反复吸收、反射,只有极少的可见光射线从窗口反射出来,由于观察点距离窗口很远,故从窗口反射出来的可见光到达观察点的份额很小,因而就很难反射到远眺人的眼里,所以我们就觉得窗口里面黑洞洞的.78、黑体表面与重辐射面相比，均有J=Eb。这是否意味着黑体表面与重辐射面具有相同的性质？

答：虽然黑体表面与重辐射面均具有J=Eb的特点，但二者具有不同的性质。黑体表面的温度不依赖于其他参与辐射的表面，相当于源热势。而重辐射面的温度则是浮动的，取决于参与辐射的其他表面。

79、要增强物体间的辐射换热，有人提出用发射率ε大的材料。而根据基尔霍夫定律，对漫灰表面ε＝α，即发射率大的物体同时其吸收率也大。有人因此得出结论：用增大发射率ε的方法无法增强辐射换热。请判断这种说法的正确性，并说明理由。

答：在其他条件不变时，由物体的表面热阻可知，当ε越大时，物体的表面辐射热阻越小，因而可以增强辐射换热。因此，上述说法不正确。

80、对壳管式换热器来说，两种流体在下列情况下，何种走管内，何种走管外？

(1)清洁与不清洁的；(2)腐蚀性大与小的；(3)温度高与低的；(4)压力大与小的；(5)流量大与小的；(6)粘度大与小的。

答：(1)不清洁流体应在管内，因为壳侧清洗比较困难，而管内可定期折开端盖清洗；(2)腐蚀性大的流体走管内，因为更换管束的代价比更换壳体要低，且如将腐蚀性强的流体置于壳侧，被腐蚀的不仅是壳体，还有管子；(3)温度低的流体置于壳侧，这样可以减小换热器散热损失；(4)压力大的流体置于管内，因为管侧耐压高，且低压流体置于壳侧时有利于减小阻力损；(5)流量大的流体放在管外，横向冲刷管束可使表面传热系数增加；(6)粘度大的流体放在管外，可使管外侧表面传热系数增加。

二、计算题

（一）计算题解题方略

1、稳态导热问题

（1）截面直肋肋片的传热量和肋端温度的求解。

（1）

（2）

（3）

（4）

（5）

（6）

（2）单层及多层平壁在第三类边界条件

（7）

（8）

（9）

下导热问题的计算，（3）单层及多层圆筒壁在第三类边界条件下导热

每米供热管道的散热损失。

2、非稳态导热问题

（1）集总参数法求解任意形状物体（如热电偶）的瞬态冷却或加热问题。

（2）公式法或诺谟图法求解任意形状物体（如热电偶或平板）的瞬态冷却或加热问题。

3、对流换热问题

（1）外掠平板或管内强制对流换热问题在不同流态下的换热分析及计算。

（2）横掠单管或管束的自然或强制对流换热问题的计算。

4、辐射换热问题

（1）两个和三个非凹面组成的封闭腔体，各个表面之间的辐射换热问题的计算，（2）两个平行平板之间的辐射换热问题的计算。

5、注意事项

（1）

对流换热问题中，当流体为气流时，有时需要同时考虑对流和辐射换热；

（2）

对于长直的园管换热问题，往往要计算单位管长的换热量；

（3）

对于管内强迫对流换热问题，应注意层流和紊流时的实验关联式的选取，而且流体定性温度的在不同边界条件下（如常壁温和常热流边界条件）确定方法有两种：算数平均法和对数平均法。

（4）

注意多个非凹面组成的封闭腔体，各个表面之间的辐射换热问题的计算中的某个表面的净辐射热量与任意两个表面之间的辐射换热量的区别与联系。

（二）计算题例题

1、室内一根水平放置的无限长的蒸汽管道，其保温层外径d=583

mm，外表面实测平均温度及空气温度分别为，此时空气与管道外表面间的自然对流换热的表面传热系数h=3.42

W

/(m2

K),墙壁的温度近似取为室内空气的温度，保温层外表面的发射率

问：（1）

此管道外壁的换热必须考虑哪些热量传递方式；

（2）计算每米长度管道外壁的总散热量。(12分)

解：

（1）此管道外壁的换热有辐射换热和自然对流换热两种方式。

（2）把管道每米长度上的散热量记为

当仅考虑自然对流时，单位长度上的自然对流散热

近似地取墙壁的温度为室内空气温度，于是每米长度管道外表面与室内物体及墙壁之间的辐射为：

总的散热量为

x

t

O2、如图所示的墙壁，其导热系数为50W/(m·K),厚度为50mm，在稳态情况下的墙壁内的一维温度分布为：t=200-2000x2，式中t的单位为0C，x单位为m。试求：

(1)墙壁两侧表面的热流密度；

(2)墙壁内单位体积的内热源生成的热量。

解：(1)由傅立叶定律：

所以墙壁两侧的热流密度：

(3)

由导热微分方程得：

3、一根直径为1mm的铜导线，每米的电阻为。导线外包有厚度为0.5mm，导热系数为0.15W/(m·K)的绝缘层。限定绝缘层的最高温度为650C，绝缘层的外表面温度受环境影响，假设为400C。试确定该导线的最大允许电流为多少？

解：(1)以长度为L的导线为例，导线通电后生成的热量为,其中的一部分热量用于导线的升温，其热量为：一部分热量通过绝热层的导热传到大气中，其热量为：。

根据能量守恒定律知：

即

(2)当导线达到最高温度时，导线处于稳态导热，，4、解：以长度为L的导线为例，通电后生成的热量为I2RL。所生成的热量，一部分通过绝缘层以导热方式传递到大气中，另一部分热量则用于导线温度的升高。

(1)

导热热量

(2)

温度的升高所需要的热量

(3)根据能量守恒定律有：

(4)当时，导线处于最高温度。于是，即

4、初温为250C的热电偶被置于温度为2500C的气流中，设热电偶节点可以近似看成球形，要使其时间常数，问热节点的直径为多大？忽略热电偶引线的影响，且热节点与气流间的表面传热系数为h=300W

/(m2

K)，热节点材料的物性参数为：导热系数为20W/(m·K)，如果气流与热节点间存在着辐射换热，且保持热电偶时间常数不变，则对所需热节点直径大小有和影响？

解：（1）

解：由于热电偶的直径较小，一般满足集总参数条件，时间常数为,故热电偶直径：

验证毕渥数Bi是否满足集总参数法：

满足集总参数法条件。

(2)若热节点与气流间存在辐射换热，则总的表面传热系数h（包括对流和辐射）将增加，由知，要保持不变，可以使增加，即热节点的直径增加。

5、空气以10m/s速度外掠0.8m长的平板，故热电偶的直径：

验证Bi数是否满足集总参数法：

说明上述假设是正确的。

5、空气以10m/s速度外掠0.8m的长平板，,，计算该平板在临界雷诺数下的、全板平均表面传热系数以及换热量。（层流时平板表面局部努塞尔数，紊流时平板表面局部努塞尔数，板宽为1m，已知，定性温度时的物性参数为：，）

解：(1)根据临界雷诺数求解由层流转变到紊流时的临界长度,此时空气得物性参数为：，由于板长是0.8m，所以，整个平板表面的边界层的流态皆为层流

(2)板长为0.8m时，整个平板表面的边界层的雷诺数为：

解：临界长度

由于板长为0.8m，所以整个平板表面的流动边界层流态皆为层流。此时

当平板长度为0.8m时，雷诺数

全板平均表面传热系数:

全板平均表面换热量

6、一厚度为2δ的无限大平壁，导热系数λ为常量，壁内具有均匀的内热源Φ(单位为W/m3)，边界条件为x＝0，t=tw1；x=2δ，t=tw2；tw1＞tw2。试求平壁内的稳态温度分布t(x)及最高温度的位置xtmax，并画出温度分布的示意图。

解建立数学描述如下：，，据可得最高温度的位置xtmax，即。

温度分布的示意图见图。

7、金属实心长棒通电加热,单位长度的热功率等于Φl(单位是W/m)，材料的导热系数λ，表面发射率ε、周围气体温度为tf，辐射环境温度为Tsur，表面传热系数h均已知，棒的初始温度为t0。试给出此导热问题的数学描述。

解：此导热问题的数学描述

8、热处理工艺中，常用银球来测定淬火介质的冷却能力。今有两个直径均为20mm的银球，加热到650℃后分别置于20℃的静止水和20℃的循环水容器中。当两个银球中心温度均由650℃变化到450℃时，用热电偶分别测得两种情况下的降温速率分别为180℃／s及360℃／s。在上述温度范围内银的物性参数ρ＝10

500

kg／m3，c＝2．62×102J／(kg·K)，＝360w／(m·K)。试求两种情况下银球与水之间的表面传热系数。

解：本题表面传热系数未知，即Bi数为未知参数，所以无法判断是否满足集总参数法条件。为此．先假定满足集总参数法条件，然后验算。

(1)对静止水情形，由

且，故：

验算Bi数：

满足集总参数条件。

(2)对循环水情形，同理，验算，不满足集总参数法条件。改用诺谟图。

此时。

查图得，故：

9、初始温度为300℃，直径为12cm，高为12cm的短钢柱体，被置于温度为30℃的大油槽中，其全部表面均可受到油的冷却，冷却过程中钢柱体与油的表面传热系数为300w／(m2·K)。钢柱体的导热系数＝48W／(m·K)，热扩散率a=1×10-5

m2/s。试确定5min后钢柱体中的最大温差。

解：本题属二维非稳态导热问题，可采用相应的无限长圆柱体和无限大平板的乘积解求解。显然，圆柱体内最高温度位于柱体中心，最低温度位于柱体的上、下边角处。

对无限长圆柱：，查教材附录2图l，得：，由附录2图2，得：，其中表示表面过于温度。

所以：

对无限大平板：

由教材图3—6得：，由教材图3—7得：

所以

所以短圆柱中的最低温度：

即：℃

短圆柱中最高温度：

℃

故5min后钢柱体中最大温差：℃

10、温度为50℃，压力为1.01325×105Pa的空气，平行掠过一块表面温度为100℃的平板上表面，平板下表面绝热。平板沿流动方向长度为0.2m，宽度为0.1m。按平板长度计算的Re数为4×l04。试确定：

(1)平板表面与空气间的表面传热系数和传热量；

(2)如果空气流速增加一倍，压力增加到10.1325×105Pa，平板表面与空气的表面传热系数和传热量。

解：本题为空气外掠平板强制对流换热问题。

(1)由于Re＝4×104＜5×105，属层流状态。故：

空气定性温度：℃

空气的物性参数为，Pr=0.70

故：

W/（m2.K）

散热量W

(2)若流速增加一倍，压力，则，而：，故：

所以：，属湍流。

据教材式(5—42b)=961

W/（m2·K）

散热量：W11、用热线风速仪测定气流速度的试验中．将直径为0.1mm的电热丝与来流方向垂直放置，来流温度为25℃，电热丝温度为55℃，测得电加热功率为20W／m。假定除对流外其他热损失可忽略不计。试确定此时的来流速度。

解本题为空气外掠圆柱体强制对流换热问题。

由题意，＝20

W/m，由牛顿冷却公式

W/（m2·K）

定性温度：℃

空气的物性值：，m2/s，由此得：

假设Re数之值范围在40-4000，有：，其中C=0.683，n=0.466

即：，得Re=233.12符合上述假设范围。

故：m/s12、一所平顶屋，屋面材料厚δ＝0.2m，导热系数λw=0.6W/(m·K)，屋面两侧的材料发射率ε均为0.9。冬初，室内温度维持tf1＝18℃，室内四周墙壁亦为18℃，且它的面积远大于顶棚面积。天空有效辐射温度为-60℃。室内顶棚表面对流表面传热系数h1＝0.529W/(m2·K)，屋顶对流表面传热系数h2=21.1W/(m2·K)，问当室外气温降到多少度时，屋面即开始结霜(tw2＝0℃)，此时室内顶棚温度为多少?此题是否可算出复合换热表面传热系数及其传热系数?

解：⑴求室内顶棚温度tw1

稳态时由热平衡，应有如下关系式成立：

室内复合换热量Φ’=导热量Φ=室内复合换热量Φ”；

因Φ’=Φ，且结霜时℃，可得：，即

解得：℃。

⑵求室外气温tf2

因Φ”=Φ，可得：，即：

℃

⑶注意到传热方向，可以求出复合换热系数hf1、hf2

依据，得

依据，得

⑷求传热系数K13、一蒸汽冷凝器，内侧为ts=110℃的干饱和蒸汽，汽化潜热r=2230，外侧为冷却水，进出口水温分别为30℃和80℃，已知内外侧换热系数分别为104，及3000，该冷凝器面积A=2m2，现为了强化传热在外侧加肋，肋壁面积为原面积的4倍，肋壁总效率η=0.9，若忽略冷凝器本身导热热阻，求单位时间冷凝蒸汽量。

解：对数平均温差：℃，℃

℃

传热系数

单位时间冷凝蒸汽量：

14、一台逆流套管式换热器在下列条件下运行，传热系数保持不变，冷流体质流量0.125kg/s，定压比热为4200J/kg℃，入口温度40℃，出口温度95℃。热流体质流量0.125kg/s，定压比热为2100J/kg℃，入口温度210℃，(1)该换热器最大可能的传热量及效能分别是多少？(2)若冷、热流体侧的对流换热系数及污垢热阻分别为2000W/m2℃、0.0004m2℃/W、120W/m2℃、0.0001m2℃/W，且可忽略管壁的导热热阻，试利用对数平均温差法确定该套管式换热器的换热面积。

解：（1）确定换热器最大可能的传热量：

确定换热器的效能：

根据热平衡方程式确定热流体出口温度，即：

℃

确定换热器的面积：

对数平均温差：℃，℃

℃

1．热交换器的总传热系数与传热方程：。

能量守恒方程(不计散热损失)：

该式与一般传热方程的区别在于传热温差是沿程变化的。

2．对数平均温差是在若干简化假设条件下得出的换热器沿程传热温差的积分平均值。对各种不同流动布置形式的换热器有，ε△t称为温差修正系数。

第四篇：南昌大学传热学网络教学平台作业汇总

1.传热的基本方式是（A）。

（A)导热、对流和辐射；（B）导热、对流换热和辐射；

（C）导热、对流和辐射换热；（D）导热、对流换热和辐射换热。2.按照导热机理，水的三种状态下(C)的导热系数最小。（A）冰；（B）液态水；（C）水蒸汽；（D）不确定。

3.当外径为d2的管道采取保温措施时，应当选用临界热绝缘直径dc（C）的材料。（A）大于d2；（B）dc没有要求；（C）小于d2；（D）不确定。4.通过有内热源的大平壁的导热，其内的温度分布为(D)，热流密度()。（A）直线，常量；（B）曲线，常量；（C）直线，变量；（D）曲线，变量。5.热力管道外用导热系数大和小两层保温材料保温, 下列说法正确的是（A）。

（A）将导热系数小的材料放在内测，则保温效果好；（B）将导热系数大的材料放在内测，则保温效果好；（C）无论保温材料怎么放置，保温效果一样；（D）无法确定。

6.凡平均温度不高于350℃，导热系数不大于(B)W／m·℃的材料称为保温材料。（A）0.2；（B）0.12；（C）0.02；（D）0.18 7.一维常物性稳态导热物体中，温度分布与导热系数无关的条件是（A）。（A）无内热源；（B）内热源为定值；（C）负内热源；（D）正内热源。

8.物性参数为常数的一圆柱导线，通过的电流均匀发热，导线与空气间的表面传热系数恒定，建立导线的导热微分方程采用（C）。

（A）直角坐标下一维有内热源的稳态导热微分方程；（B）直角坐标下一维有内热源的不稳态导热微分热方程；（C）柱坐标下一维有内热源的稳态导热微分热方程；（D）柱坐标下一维有内热源的不稳态导热微分热方程。

9.冬天时节，被子经过白天晾晒，晚上人盖着感觉暖和，是因为（C）。（A）被子中蓄存了热量，晚上释放出来了；（B）被子变厚了；（C）被子的导热系数变小了；（D）被子外表面的对流换热减小了。

1．下列那种情况内燃机汽缸温度场不会随时间发生变化？ D A.内燃机启动过程 B.内燃机停机 C.内燃机变工况运 D.内燃机定速运行

2．冬天用手分别触摸置于同一环境中的木块和铁块，感到铁块很凉，这是什么原因? D A.因为铁块的温度比木块低 B.因为铁块摸上去比木块硬 C.因为铁块的导热系数比木块大 D.因为铁块的导温系数比木块大 3．忽略物体内部导热热阻的分析方法称为(D)。

A.正规状况法 B.数学分析法 C.数值解法 D.集总参数法 4．下列哪个是非稳态导热的表达式？ B A.t=f（x，y，z）B.t=f（y，τ）C.t=f（x，y）D.t=f（z，x）5．下列那个表示非稳态导热过程的无因次时间？B A.Bi B.Fo C.Ｒe D.Ｐr

1.影响强制对流换热的主要因素有、、、。

2.温度边界层越 对流换热系数越大，流体刚流入管道作层流换热，其局部对流换热系数沿管长逐渐。这是由于。

3.减小管内湍流对流传热热阻的方法有、、、。4.反映对流换热强度的准则为。其数学表达式为。二.选择题：

1.流体在管内流动进行对流换热，当进入充分发展段时，沿程表面传热系数hx将（）。A．增大； B.不变； C.减大； D.不确定。

2.一种流体以相同的速度在相同的温度及边界条件下沿管内作受迫紊流换热，两个管子的直径分别是d1和d2，其中d1

A.Nu=f(Re,Pr)； B.Nu=f(Re)； C.Nu=f(Gr,Pr)； D.Nu=f(Gr)5.无限空间自然对流，在常壁温或常热流边界条件下，当流态达到旺盛紊流时，沿程对流换热系数hx将（）。

A.增大； B.不变； C.减小； D.不确定

6.什么条件下，热边界层厚度与流动边界层厚度是相等的（）。A.Pr<1； B.Pr=1； C.Pr>1； D.不确定。

7.无限空间自然对流，在常壁温或常热流边界条件下，当流态达到旺盛紊流时，沿程对流换热系数hx将（）。

（A）增大；（B）不变；（C）减小；（D）不确定。

8.由于蒸汽中存在空气，会使水蒸汽凝结时换热系数()。（A）增大；（B）不变；（C）减小；（D）不确定。

9.什么条件下，热边界层厚度与流动边界层厚度是相等的（）。（A）Pr<1；（B）Pr>1；（C）Pr=1；（D）不确定。

（一、1 液体有无相变 流体的流动状态 换热表面的几何因素 流体的物理性质 2 薄 减小 边界层厚度沿管长逐渐增厚 3 增加流速 使用短管 改变流体物性 增加换热面积 4努赛尔准则 Nu=hl/λ

二、1B 2D 3A 4C 5B 6B 7.B 8.C 9.C）

0.10.20.21.纯净饱和蒸汽膜状凝结的主要热阻是。2.大容器饱和沸腾曲线可分为、、、四个区域，其中 具有温差小，热流大的传热特点。

3.在蒸汽凝结过程中，凝结的传热系数大于 凝结。

二、名词解释

1.黑体 2.辐射力 3.灰体 4.有效辐射 5.定向辐射力 6.重辐射面

1.液膜的导热热阻

2.自然对流、核态沸腾、过渡沸腾、膜态沸腾 核态沸腾 3.珠状 膜状

1.黑体：吸收比a=1的物体。

2.辐射力：单位时间内物体的单位辐射面积向外界发射的全部波长的辐射能。3.灰体：光谱吸收比与波长无关的理想物体。

4.有效辐射：单位时间内从单位面积离开的总辐射能，包括发射辐射和反射辐射。5.定向辐射力：单位时间内，单位可见辐射面积在某一方向p的单位立体角内所发出的总辐射能。

6.重辐射面：辐射传热系统中表面温度未定而净辐射传热量为0的表面。

一.选择题: 1.面积为A2的空腔2与面积为A1的内包小凸物1之间的角系数X2,1为（）。

（A）1；（B）A1/A2；（C）A2/A1；（D）A1×A2。

2.两表面发射率均为ε的无限大平行平板，若在其间加入两个表面发射率也为ε的遮热板，则传热量减少为原来的（）。

（A）1/5；（B）1/4；（C）1/3；（D）1/2。

3.北方深秋季节的清晨，树叶常常结霜。问树叶结霜的表面是()。（A）上表面；（B）下表面；（C）上、下表面；（D）不确定。4.等边三角形无限长柱孔，任意两表面之间的角系数为（）。（A）1／3；（B）1／4；（C）1／8；（D）1／2。

5.黑体的有效辐射 其本身辐射，而灰体的有效辐射 其本身辐射。（）A.等于 等于 B.等于 大于 C.大于 大于 D.大于 等于 6.下列哪种气体可以看作热辐射透明体?()（A）二氧化碳；（B）空气；（C）水蒸气；（D）二氧化硫。7.黑体的绝对温度之比为2,则其辐射力之比为()（A）2；（B）4；（C）8；（D）16。

8.描述黑体表面的辐射能量按空间方向的分布规律为()（A）普朗克定律；（B）兰贝特定律；（C）斯蒂芬-玻尔兹曼定律；（D）基尔霍夫定律。二。问答题：

为什么一般不能将气体当作灰体处理？

B C A D B B D B 因为气体辐射对波长具有选择性，只有辐射与波长无关的物体才可以称为灰体,所以一般不能将气体当成灰体来处理。

单选第一章

1．下列哪几种传热过程不需要有物体的宏观运动?(A)导热(B)对流(C)辐射(D)复合传热

2．热流密度q与热流量的关系为（以下式子A为传热面积，λ为导热系数，h为对流传热系数）：

(A)q＝φA(B)q＝φ/A(C)q=λφ(D)q＝hφ

3．如果在水冷壁的管子里结了一层水垢，其他条件不变，管壁温度与无水垢时相比将：(A)不变(B)提高(C)降低(D)随机改变 4．下列哪一种表达式是错误的?()(A)q＝λΔt/δ(B)q＝hΔt(C)q＝kΔt(D)q＝rtΔt 5．导热系数的单位是：()(A)W/(m2.K)(B)W/m2(C)W/(m·K)(D)m2.K/W 6．在传热过程中，系统传热量与下列哪一个参数成反比?()(A)传热面积(B)流体温差(C)传热系数(D)传热热阻

7.在稳态传热过程中，传热温差一定，如果希望系统传热量增大，则不能采用下述哪种手段?()(A)增大系统热阻(B)增大传热面积(C)增大传热系数(D)增大对流传热系数 8.试判断下述几种传热过程中哪一种的传热系数最小?

(A)从气体到气体传热(B)从气体到水传热(C)从油到水传热(D)从凝结水蒸气到水传热

9．若已知对流传热系数为78W／(m2.K)，则其单位面积对流传热热阻为多少?(A)78W/(m·K)(B)1/78m·K/W(C)1/78m2·K/W(D)78W／(m2·K)10．单位时间通过单位面积的热量称为什么?一般用什么符号表示?(A)热流密度，q(B)热流密度，φ(C)热流量，q(D)热流量，φ 11．太阳与地球间的热量传递属于下述哪种传热方式?(A)导热(B)热对流(C)热辐射(D)以上几种都不是 12．热流量与温差成正比，与热阻成反比，此规律称为什么?（A）导热基本定律(B)热路欧姆定律(C)牛顿冷却公式(D)传热方程式

第五篇：传热学论文

地球的温室效应分析：原因及其对策

内燃1301赵坤

摘要：地球自有人类出现至今，已为人类的生存提供了维持生命所必须的条件,但人类社会的发展和对地球的开发利用，使得地球正遭受着毁灭性破坏。工业化革命以来，人类的活动增加了大气中的温室气体，导致了地球升温，全球气候不断恶化„„

关键词：全球变暖 温室效应 二氧化碳 对策

何为温室效应

温室效应，是指“大气中的温室气体通过对长波辐射的吸收而阻止地表热能耗散，从而导致地表温度增高的现象”。温室效应，又称“花房效应”，是大气保温效应的俗称。大气中的二氧化碳浓度增加，阻止地球热量的散失，使地球发生可感觉到的气温升高，这就是有名的“温室效应”。破坏大气层与地面间红外线辐射正常关系，吸收地球释放出来的红外线辐射，就像“温室”一样，促使地球气温升高的气体称为“温室气体”。

温室效应的一般机理

温室效应是由太阳——大气——地球系的物理学相互作用造成的,包含以下关键因素。

（1）太阳的温度大约为5800K它外发射光线,产生许多波长的光,波谱范围从紫外线到红外线,在550μm左右的可见光部分最大。

（2）这些光线的大部分通过大气传到地面,其中一部分被陆地或海洋表面吸收。

（3）地球表面也发射辐射,地球辐射的波长范围从接近红外线区域到远离红外线区域,峰值大约为10μm,比太阳光的波长长得多。如果没有大气存在,这个通量将与太阳入射通量平衡。

（4）无云的大气层对太阳光是相当透明的,但对于地球的红外辐射的透明程度则小得多,因此,大气被加热了,随后地球表面也显著增暖。

（5）大气中含有吸收红外辐射的所谓“温室气体”,包括水汽、二氧化碳、甲烷、氧化氮、臭氧和一些浓度更低但仍强烈吸引红外辐射的气体,如氯氟烃类。所有这些温室气体都在一个或多个狭窄的波长范围内吸收红外辐射,形成红外吸收带。由于含有自然吸收红外辐射气体的大气造成了大气的整个较低部分变暖,升温幅度超过30K,这一现象常常被称为自然温室效应。这种增温还可以被认为是由于发射红外辐射的有效高度增加而产生的。大气低层对于红外辐射不再是透明的,所以地球向外辐射就从更高的高度上发射,结果使得地球表面变得更暖。

温室效应加剧的原因

人类活动使温室气体含量增加

大气中的温室气体,主要有六种,包括:二氧化碳、一氧化二氟烃类物质。关于每种温室气体含量增加的原因,具体分析如下:（1）二氧化碳(CO2)。在对大气释放CO2方面,最重要的人类活动是交通、电力等部门对化石燃料的消耗,全球每年因此接受到的碳量19世纪中期为1亿吨左右,到本世纪80年代已达57亿吨。CO2增加的另一个原因是地球陆地植物系统的破坏,近几十年来,森林的砍伐和破坏日益严重,导致大气中CO2浓度增加。

（2）一氧化二氮(N2O)。海洋是一氧化二氮的一个重要来源。无机氮肥的大量使用和石化燃料及生物体的燃烧也能释放出一定量的一氧化二氮。工业革命前一氧化二氮的浓度为288cm3·m-3,目前已增加到310cm3·m-3。据以往的观测结果进行推断,大气中一氧化二氮的年增加率仍将保持在0.25%左右。

（3）甲烷最重要的来源是沼泽、稻田和反刍动物,这三项占总排放量的60%左右。天然气、煤的采掘和有机废弃物的燃烧等人类活动也产生甲烷。

（4）臭氧(O3)臭氧在大气层的上部浓度最高,并且形成我们所熟悉的臭氧层，其可以吸收大气中过量的紫外辐射,使生物的免疫系统免受损害。然而,近年来,在大气层的下部,一定数量的人造物质聚集起来,生成了低空臭氧,并且还在不断生成。

（5）氯氟烃(CFCS)氯氟烃完全是人工合成物质,因其无毒、有惰性,而被广泛应用于灭火剂、制冷剂等化工产品的制造。从上个世纪来,人工合成的卤素碳化物不断大量排入大气,使其在大气中的浓度迅速上升, 它们不仅浓度高,保留时间也很长,因而其对环境的影响也是长期的。

人类活动导致温室气体被吸收量的减少

大气中任何气体的含量,都是由其排放量与被吸收量之间的平衡来决定的。但是,人类活动破坏了这种平衡,导致温室气体含量增加。如对CO2气体,自然界主要是通过植物的光合作用进行吸收的。而人类对森林的大规模砍伐,却降低了自然界对CO2的吸收能力,破坏了CO2的排放量与被吸收量之间的平衡,导致CO2大气含量增加。

温室效应带来的后果

自然灾害

温室效应加速，地球升温，大气恶化，必然气候带迁移，冰川消融，海面上涨，自然灾害频频发生。一系列变化，人类和地球面临严峻的威胁。温室效应带来的自然灾害现总结为以下几点：

(一)海平面上升今后50或100年内，全球温度升高几摄氏度，海洋发生膨胀，山地冰川融化，和格林兰冰原南缘可能后退，海平面会升高0.2一1.5米。海平面升高，严重危及沿海地区的居住条件和生态系统。

(二)飓风和大风暴频繁 海洋升温，使其逐渐增多的水蒸气在大气中产生更强烈的对流，其结果咫风和大风暴更为频繁。已知太平洋周围易受台风袭击的地区在过去20年间大约增加了1/6。

（三）干旱地区增加 地球升温加速水份蒸发而减少河流流量，也就是说大气中水蒸气增多，意味着某些地区干早概率增加，预计2030年，低纬地区酷暑季节干早的概率增加到每3年一次，而50年代仅20年一次。

（四）地震 环境因子太阳活动和气象与地震之间存在某些联系，对地震的发生常常起有调制和触发的作用。温度效应的加速，地温升高大气变化，以及太阳表面剧烈活动释放的能量，无疑影响到地震发生的频度和强度。

对生态的影响

有人曾经说过,环境的污染和生态的破坏比战争给人类带来的威胁更大,而由温室效应引起的地球表面温度上升正在破坏着地球上的生态平衡,这主要表现在植物、动物和昆虫出现迁移现象,以适应气候变化;一些动植物因不适应环境而被毁灭，严重的影响着生物多样性。另外，一些农作物的产量由于气温上升而下降,甚至无收;沙漠地区由此不断扩大;森林面积不断减小;干旱连年发生。这种生态平衡的破坏对人类社会的发展势必产生不良影响。

促进疾病的蔓延

温室效应造成的气温升高和臭氧层变薄而引起的紫外线辐射加强会使某些疾病蔓延,同时也会损害人体自身对疾病的预防能力。紫外线的辐射不仅会导致癌症,而且还会改变或消除免疫系统,加剧了一些与皮肤有关的疾病的产生,如麻疯病、天花、皮肤溃疡和疱疹等。例如，由于气温升高,在南美洲和中美洲由吸血蝙蝠传染的狂犬病、登莱热和黄热病有可能传播到北美洲。例外据证实,臭氧层的臭氧量减少1%,放射到地面的紫外线则增多2%,皮肤癌的发病率相应增多4%—6%,过量的紫外线还可以加速艾滋病的发病率,甚至引起天然电磁场的变化,影响人类的整个健康。

温室效应的应对策略

温室效应已引起全世界的密切关注并就此展开了热烈讨论。近年来各有关专家已相继展开了一系列的地区性和国际性会议，共同商讨具体措施和对策。现总结如下：

（1）减少CO2的排放量 此是最有生命力的预防，能措施、替代能源(太阳能如光电池、生物质能)，或从煤、石油改为天然气和其他含碳量低的然料，停止焚烧和砍伐森林并大面植树造林。提出并制定“空气法”，即向每个国家规定污染权，使二氧化碳等的排放量保持在一个全球标准之下。

（2）改变交通工具,完善机动车辆 汽车尾气是大气中CO2的主要来源,因而改变交通工具由机械代替机动对控制温室效应将起重大作用；另外加速研究新的装置安装在各种机动车辆上来吸收、净化其所排放的废气也是控制温室效应的重要措施。

（3）限制氯氟烃的生产,研制新的制冷剂,代替传统的气雾剂,是缓解温室效应的途径之一。另外，面对着如此严重的挑战，仅仅是某一个个人或国家的努力是不可能取得成功的，它需要我们全世界全人类的共同努力，通力合作。温室效应和臭氧层的破坏是全球性的“灾难”,因此,各国有关的专家、学者应通力合作,共同研究,并制定出科学的方法,缓解现存问题,控制未来新的温室效应的再形成。（4）保护森林的对策方案

今日以热带雨林为生的全球森林，正在遭到人为持续不断的急剧破坏。有效的因应对策，便是赶快停止这种毫无节制的森林破坏，另一方面实施大规模的造林工作，努力促进森林再生。目前由於森林破坏而被释放到大气中的二氧化碳，根据估计每年约在1～2gt.碳量左右。倘若各国认真推动节制砍伐与森林再生计划，到了二○五○年，可能会使整个生物圈每年吸收相当於0.7gt.碳量的二氧化碳。具结果得以降低七%左右的温室效应。

（5）改善其他各种场合的能源使用效率 是要改善其他各种场合的能源使用效率。今日人类生活，到处都在大量使用能源，其中尤以住宅和办公室的冷暖气设备为最。因此，对於提升能源使用效率方面，仍然具有大幅改善余地，这对二○五○年为止的地球温暖化，预计可以达到八%左右的抑制效果。

（6）鼓励使用天然瓦斯作为当前的主要能源 因为天然瓦斯较少排放二氧化碳。最近日本都市也都普遍改用天然瓦斯取代液化瓦斯，此案则是希望更进一步推广这种运动。惟其抑制温暖化的效果并不太大，顶多只有一%的程度左右。（7）鼓励使用太阳能

譬如推动所谓「阳光计划」之类。这方面的努力能使化石燃料用量相对减少，因此对於降低温室效应具备直接效果。不过，就算积极推动此项方案，对於二○五○年为止的温暖化，只具四%左右的抑制效果。其效果似乎未如人们的期待。

（8）开发替代能源

利用生物能源(Biomass Energy)作为新的乾净能源。亦即利用植物经由光合作用制造出来的有机物充当燃料，藉以取代石油等既有的高污染性能源。燃烧生物能源也会产生二氧化碳，这点固然是和化石燃料相同，不过生物能源系从大自然中不断吸取二氧化碳作为原料，故可成为重覆循环的再生能源，达到抑制二氧化碳浓度增长的效果。

结论

伴随着人类社会文明进步而来的温室效应已在无声无息地危及着人类的生存环境，因此加速对其形成原因及后果的研究对实施合理的对策来缓和清除由此而产生的后果具有重要的实际意义。控制温室气体排放,保护大气环境,不仅与我国经济可持续发展的战略目标是一致，同时也是全世界人民的共同愿望。我们每个人的手里都紧握着珍贵的资源、能源,掌握着一份民族生息发展的“命脉”。已有52位诺贝尔奖获得者和700多名美国权威科学家签名上书政府，力促联合各国通力合作，采取对策，以“稳定”全球的气候，“遏住”地球的危机。成之毁之、爱损之在于我们的一举一动。为了我们的今天更为了我们后代的明天，为了地球的长久，全世界人民更应该团结起来，共同应对日益严重的温室效应。

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