传热学思考题

第一篇：传热学思考题

第1章 《绪论》思考题

1、一维大平壁稳态导热傅里叶定律的形式与牛顿冷却公式颇相似，那么为什么导热系数是物性，表面

传热系数h却不是物性？

2、导热傅里叶定律的写法（指负号）与问题中坐标的方位有没有什么关系？思考题1.1附图中两种情形

所对应的热流方程是否相同？

3、试分析一只普通白炽灯泡点亮时的热量传递过程。

4、试分析一个灌满热水的暖水瓶的散热全过程中所有环节，应如何提高它的保温性能？

5、请说明“传热过程”和“复合换热过程”这两个概念的不同点和相同点？

6、对导热热流密度q和对对流换热时热流密度q的正负规定是否相同？为什么？

7、你能正确区别热量，热流量，热流密度（或称热流通量）几个不同称呼的准确含义吗？它们哪些是矢

量？在针对控制体积求和时，上述三个量是否处理方法相同？

8、把q写成 /A，需要附加什么条件，还是无条件？

9、你认为100 ℃的水和100 ℃的空气，哪个引起的烫伤更严重？为什么？

10、酷热的夏天，用打开冰箱门的方法能不能使室内温度有明显的下降？

11、热对流与对流换热有何根本的区别？

12、列举你所了解的生活中或工程领域中传热的若干应用实例，并分析他们的基本传热原理。

13、为什么针对控制容积和针对表面的能量平衡关系有根本的差别？

14、你认为传热学与热力学的研究对象和研究内容有什么相同和不同？

15、三十多年以前，一名叫姆贝巴（Mpemba）的非洲学生曾经发现，同等条件下放在冰箱中的热冰琪淋

汁反而比冷冰琪淋汁先开始结冰。他请一位物理系的教授解释这个现象。教授作了实测：用直径45 mm，容积 100 cm3 的玻璃杯放入温度不同的水在冰箱中冻结。实验结果证明，在初始温度30℃～80℃范围内，温度越高，结冰越早。你对这个问题如何认识？

16、一位家庭主妇告诉她的工程师丈夫说，站在打开门的冰箱前会感觉很冷。丈夫说不可能，理由是冰箱

内没有风扇，不会将冷风吹到她的身上。你觉得是妻子说得对，还是丈夫说得对？

17、夏季会议室中的空调把室温定在24℃，同一个房间在冬天供暖季内将室温也调到24℃。但是夏季室

内人们穿短裤、裙子感觉舒适，冬天则必须穿长袖长裤甚至毛衣。请问这是为什么？

第二篇：传热学知识点及思考题小结

1.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。

【要点】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。人体对冷感的感受主要是散热量，在冬季散热量大，因此要穿厚一些的绒衣。2.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? 【要点】保温材料应注意防潮。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、对流传热、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，而且对流传热强度大幅度增加，这样材料保温性能会急剧下降。

3.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？

【要点】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。

4.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? 【要点】保温材料应注意防潮。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、对流传热、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，而且对流传热强度大幅度增加，这样材料保温性能会急剧下降。

5.一块被烧至高温(超过400℃)的红砖，迅速投入一桶冷水中，红砖自行破裂，而铁块则不会出现此现象。试解释其原因。

【要点】红砖的导热系数小，以致Bi较大，即在非稳态导热现象中，内部热阻较大，当一块被烧至高温的红砖被迅速投入一桶冷水中后，其内部温差较大，从而产生较大的热应力，则红砖会自行破裂。

6.在某厂生产的测温元件说明书上，标明该元件的时间常数为1s。从传热学角度，你认为可信吗？为什么？

【要点】根据时间常数定义cVhA，在一定条件下，、c、V、A可以认为是常数，但表面传热系数h确是与具体过程有关的过程量，与测温元件安装的具体环境的换热条件有关。因此，其说法不可信。

7.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自然对流传热表面传热系数是否相同?为什么? 【要点】冬季和夏季墙壁内表面温度不同，夏季高而冬季低。在夏季室内空气温度低于屋顶天花板的温度，tf ＜tw , 在冬季夏季室内空气温度高于屋顶天花板的温度，tf ＞tw。因此夏季屋顶天花板内表面的自然对流传热为热面朝下（或冷面朝上，而冬季为冷面朝下（或热面朝上），因此两者自然对流传热表面传热系数不相同，夏季自流对流传热表面传热系数低于冬季。

8.地面上按自然对流设计的换热装置，在太空中还能正常工作吗？

【要点】因为自然对流传热必须在有重力的情况下才能进行，到了太空中，完全处于失重的状态，因而该装置在太空中无法正常工作 9.在计及入口效应时，管内流动时的入口效应修正系数大于1，而流体横掠管束时的总管排修正系数却小于1，为什么？

【要点】对管内流动，由于入口效应，入口段边界层较薄，表面传热系数较高，因而乘以大于1的修正系数；而流体横掠管束的流动，管排数越少，后排管束的扰动减小，因而应乘以小于1的修正系数。

10.摩托车手的膝盖需要特别保温，知道为什么吗？ 【要点】因为膝盖处的热边界层很薄(相当于外掠物体的前驻点),换热能力较强,该处与空气的热交换量较大。

11.在电厂动力冷凝器中，主要冷凝介质是水蒸气，而在制冷剂（氟利昂）的冷凝器中，冷凝介质是氟利昂蒸汽。在工程实际中，常常要强化制冷设备中的凝结传热，而对电厂动力设备一般无需强化。试从传热角度加以解释? 【要点】相变对流传热主要依靠潜热传递热量，而氟里昂的汽化潜热只有水的约1/10，因此电厂动力冷凝器中水蒸汽的凝结表面传热系数很大，凝结侧热阻不占主导地位。而制冷设备中氟里昂蒸汽的凝结传热表面传热系数较小，主要热阻往往在凝结侧，因而其强化就有更大现实意义。

12.两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? 【要点】在大气压下发生沸腾传热时，上述两滴水的过热度分别是△t=tw–ts=20℃和△t=300℃，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。

13.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？

【要点】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。

14.窗玻璃对红外线几乎不透明，但为什么隔着玻璃晒太阳却使人感到暖和？

【要点】窗玻璃对红外线几乎不透明，但对可见光却是透明的，因而隔着玻璃晒太阳，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窗内，因而房间内温度越来越高，因而感到暖和。

15.简述玻璃温室保温的原理。

【要点】玻璃对热辐射有选择性透射的特性，对太阳短波辐射透射率较大，而对室内物体的长波辐射不透明，所以玻璃房有温室效应。

16.何谓“漫─灰表面”?有何实际意义? 【要点】“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。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传热计算中。

17.实验观察发现（在球的体积比较大，而且观察距离较近的情况下），金属圆球当加热到白炽温度时在球的边缘会出现一个明亮的光环。但是同样的处理方法却使非金属球体变得中间亮，边缘暗。试解释此现象。

【要点】金属的发射在半球向上的分布具有大角度定向发射率急速上升的特点。所以把金属球加热到白炽会看到边缘亮，中间暗。而非金属材料正相反，大角度时定向发射率锐减。所以看上去中间较亮，外缘较暗。

18你以为下述说法对吗?为什么?“常温下呈红色的物体表示此物体在常温下红色光的光谱发射率较其它色光(黄、绿、兰)的光谱发射率为高。”（注：指无加热源条件下)【要点】这一说法不对。因为常温下我们所见到的物体的颜色，是由于物体对可见光的反射造成的。红色物体正是由于它对可见光中的黄、绿、蓝等色光的吸收率较大,对红光的吸收率较小,反射率较大形成的。根据基尔霍夫定律ε=α，故常温下呈红色的物体,其常温下的红色光光谱发射率较其他色光的光谱光发射率要小。

19.有一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? 【要点】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。20.什么是临界热绝缘直径？平壁外和圆管外敷设保温材料是否一定能起到保温的作用，为什么？

【要点】对应于总热阻为极小值时的隔热层外径称为临界热绝缘直径。平壁外敷设保温材料一定能起到保温的作用，因为增加了一项导热热阻，从而增大了总热阻，达到削弱传热的目的。圆筒壁外敷设保温材料不一定能起到保温的作用，虽然增加了一项热阻，但外壁的换热热阻随之减小，所以总热阻有可能减小，也有可能增大。

第三篇：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。

参考文献：

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第四篇：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％

第五篇：中国科学技术大学传热学

中国科学技术大学2000年传热学

d2t

一、已知一根一维均质棒，在稳态、无内热源条件下，试验发现20（式中T为温

dx度，x为空间坐标），试判断棒材的导热系数t随T增大呢，还是减小？（10分）

解：qdtdtdtq0(1bt)(1bt) dxdxdx0dt2d2tdtdtd2t(1bt)2b02b/1bt

dxdxdxdxdx两边对x求导：

dt因为

1+bt>0，0

dxd2t所以20b0，即导热系数t随T增大。

dx

二、将直径为D，初始均温Ti的金属圆球悬挂在四周壁温为Tw，空气温度为T的大房间内。已知圆球表面发射率，空气对流系数h。如果对流换热和辐射换热两者数量级相同，1能应用集总热容法（即集总参数法）的准则；○2在上述准则下，圆球温度T随时试建立○间变化的微分方程。（10分）

解：（1）纯对流换热条件下应用集总参数法的条件：Bi2hr0.1。

本题中物体的热交换有对流换热和辐射换热，且两者数量级相同，所以考虑辐射后的当量换热系数是原换热系数的2倍，则反映内外热阻之比的准则条件为Bi'2hr0.1Bi0.05

（2）在符合上述准则条件下，内热阻可以忽略，温度与空间位置无关，只是时间的函数，由此得导热微分方程

cVdThATTATw4T4 d对于球体：

V/A=D/6 微分方程

cDdThTTTw4T4

6d初始条件

0，TTi 三、一无限大平壁厚，导热系数=常量，内热源产热率均匀，且为常数，已知两

1出现在平壁内部的最高温度t2壁面温度分别保持t1、t2（t1>t2）。求○max；○从两壁面传出

的热流密度值（或热流量）。（10分）解：由题意可列出微分方程如下：

dt20txc1xc2 2dx2边界条件与积分常数

12x0,tt1c1t2t12 x,tt2c2t12温度分布的无量纲参数方程

tt121x/x1 t2t12t2t1（1）平壁内部的最高温度tmax出现在dt0处，解得 dxx2t2t1

代入上式得

122tmaxt1t2t2t1

24（2）热流密度

dtt1t2qx

dx2x0,q1t1t22 x,q2t1t2

2四、何谓管内层流流动的入口段及充分发展段？求出密度，常物性的流体在半径r0的圆管内，进行稳定不可压流动的平均速度um及平均温度Tm的表达式；回答管内流动的短管换热器效率是否高于同管径的长管换热器？为什么？（10分）

答：（1）当流体与管壁之间有热交换时，管子壁面上的热边界层有一个从零开始增长，直到汇合于管子中心线的过程，当流动边界层及热边界层汇合于管子中心线后称流动及换热已经充分发展，此后的换热强度将保持不变，从进口到边界层汇合点称为入口段，其后称为充分发展段。

（2）平均速度umqmr02（qm为质量流量）平均温度TmT1T2（T1为进口温度，T2为出口温度）

（3）管内流动的短管换热器效率高于同管径的长管换热器，这是因为在短管换热器中，入口段的影响相对较大，而入口段边界层较薄使得平均表面传热系数较大。

五、假定不可压，牛顿型流体，常物性，无内热源，忽略摩擦产生的耗散热，试写出二维、稳态对流换热方程组，并说明其中各项的物理意义。（10）

解：换热微分方程htty|y0（对流换热量等于壁面处的导热量）

tt2t2t能量方程

ua(2)2xyxy（微元体的内能变化量等于其边界的导热量）连续性方程u0（进出微元体的质量守恒）xyuuP2u2u)Fx(22)(uxyxxy动量方程 22(u)Fp()yxyy2xy2(惯性力=体积力+压力+粘滞力)

六、画出如下各加热表面的自然对流流动示意图：（1）两平板倾斜，热面在下，冷面在上；

（2）两倾斜平板，上下面等温Ts，置于大气温度T（Ts>T）中；

（3）两竖壁组成的封闭有限矩形空间（上下表面绝热）。（10分）答：见附录B10图1。

七、写出黑体辐射能的光谱分布表达式，写出辐射强度L的定义式，并证明L与方向无关的表面（即兰贝特表面），其辐射力（即发射功率）E为πL。（10分）

答：黑体光谱辐射力Eb,c15c2

e(T)1d()辐射强度定义式L()

dAdcos兰内特表面：半球空间各个方向上的定向辐射强度相等。

E 2E()dLcosdL22cossinddL20d2cossindL201L

2八、在一个晴朗初冬也夜晚，有效天空温度Tsky70℃，微风引起的对流换热系数h=28/(mK),发现湖面上有一层薄冰出现，但检测空气温度T高于0℃，[假定为干空气，水的长波发射率为1，水与大地绝热，不计水蒸发，5.6710W/(mK)]，试理论

8242估算T。（10分）

解：由题意知湖面与空气的对流换热量和湖面与天空的辐射换热量相等。

44hTTice(TiceTsky)

28(T273)5.6710827342034T280.8K

九、两种不透明的漫射涂层，其光谱吸收率分布a()如附录B10图2所示。试从中选择屋顶材料，问那种涂层适合用夏天？那种适合用冬天？并示出理想的a()的分布。

答：a()为水平线的涂层适合冬天用，a()为折线的涂层适合夏天用。理想分布：冬天a()=1，夏天a()=0。

十、相距很小，平行放置的两块很大的漫射一灰表面，如果发射率是0.8，为使两块表面的辐射传热速率减小到原来的1/10，需要放入一个薄防辐射层（遮热板），其发射率应为多少？

解：设遮热板的发射率为2。在未放防辐射层前系统黑度

s11111111

1111.50.80.81放入防辐射层后系统黑度

s211 11220.5111122由

s2120.138 s110