熱工基礎(chǔ)習(xí)題集傳熱學(xué)部分

1、1-1 試列舉生活中熱傳導(dǎo)、對(duì)流傳熱核輻射傳熱的事例。1-2 冬天，上午曬被子，晚上睡覺(jué)為什么還感到暖和？答：被子散熱可是為無(wú)限大平面導(dǎo)熱。曬被子使被子變得蓬松，含有更多的空氣，而空氣熱導(dǎo)率較小，使被子的表現(xiàn)電導(dǎo)率變小。另外，被子曬后厚度增加。總之，被子曬后，其導(dǎo)熱熱阻/a變大，人體熱量不易向外散失，睡在被子里感到暖和（被子蓄熱不必考慮：被子蓄熱不多；上午曬被子，晚上蓄熱早已散光）。1-3 通過(guò)實(shí)驗(yàn)測(cè)定夾層中流體的熱導(dǎo)率時(shí)，應(yīng)采用圖1-6種哪個(gè)裝置？為什么？答：左邊一種。這種裝置熱面在上，冷面在下，使流體對(duì)流傳熱減少到零，由這種裝置測(cè)得的熱導(dǎo)率不受對(duì)流傳熱的影響。如果采用右邊一種裝置，由于對(duì)流

2、傳熱的影響而測(cè)得的熱導(dǎo)率偏大。1-4 在思考題1-3中，流體為空氣時(shí)熱導(dǎo)率可用式（1-1）計(jì)算，式中t為熱、冷面的溫度差，為空氣夾層的厚度，為通過(guò)空氣夾層的熱流量，a為空氣夾層的導(dǎo)熱面積。實(shí)踐證明，t不能太大，否則測(cè)得的熱導(dǎo)率比真實(shí)熱導(dǎo)率大。試分析其原因。答：熱面和冷面的傳熱熱流量=c+d+r=ta/。由思考題1-3可見(jiàn)，左邊一種裝置雖然減少了對(duì)流傳熱的影響，但如t較大，輻射傳熱量r對(duì)測(cè)量氣體熱導(dǎo)率的影響卻不能忽略，會(huì)影響熱導(dǎo)率測(cè)定的準(zhǔn)確性。這時(shí)，熱傳導(dǎo)率實(shí)質(zhì)上是以導(dǎo)熱和輻射傳熱兩種方式傳遞熱量形式的表現(xiàn)熱導(dǎo)率e。顯然，e（其中為氣體的真實(shí)熱導(dǎo)率）。由于輻射傳熱量r正比于熱面和冷面溫度的四次方

3、之差（t14-t24），只有在熱面和冷面溫度之差（t1-t2）較小時(shí)，輻射傳熱的影響才可忽略，d=ta/。1-5 從傳熱的角度出發(fā)，采暖散熱器和冷風(fēng)機(jī)應(yīng)放在什么高度最合適？答：采暖器和冷風(fēng)機(jī)主要通過(guò)對(duì)流傳熱的方式使周?chē)諝庾儫岷妥兝?，使人生活在合適的溫度范圍中，空氣對(duì)流實(shí)在密度差的推動(dòng)下流動(dòng)，如采暖器放得太高，房間里上部空氣被加熱，但無(wú)法產(chǎn)生自然對(duì)流使下部空氣也變熱，這樣人仍然生活在冷空氣中。為使房間下部空氣變熱，使人感到舒適，應(yīng)將采暖器放在下面，同樣的道理，冷風(fēng)機(jī)應(yīng)放在略比人高的地方，天熱時(shí)，人才能完全生活在冷空氣中。1-6 從表1-1對(duì)流傳熱系數(shù)的大致范圍，你可以得出哪些規(guī)律性的結(jié)論？答：

4、從表1-1可看出如下規(guī)律：空氣的對(duì)流傳熱系數(shù)小于水的對(duì)流傳熱系數(shù)；同一種流體，強(qiáng)迫對(duì)流傳熱系數(shù)大于自然對(duì)流傳熱系數(shù)；同一種流體有變相時(shí)的對(duì)流傳熱系數(shù)大于無(wú)變相識(shí)的對(duì)流傳熱系數(shù)；水變相時(shí)的對(duì)流傳熱系數(shù)大于有機(jī)介質(zhì)相變對(duì)流傳熱系數(shù)。1-7 多層熱絕熱有鋁箱和玻璃纖維紙、玻璃布、尼龍網(wǎng)等依次包扎而成，并且整個(gè)系統(tǒng)處在高真空下。在20300k的溫度下它的熱導(dǎo)率可抵達(dá)（0.10.6）10-4w/(mk)，試分析其原因。答：由于系統(tǒng)處于高真空，導(dǎo)熱和對(duì)流傳熱的作用減少到很小，多層鋁箱間用熱導(dǎo)率很小的玻璃纖維紙、玻璃布、尼龍網(wǎng)隔開(kāi)，導(dǎo)熱作用較??；鋁箱的玻璃作用使輻射傳熱也很小（詳見(jiàn)第八章）。這樣，這個(gè)系統(tǒng)使

5、三種傳熱方式傳遞的熱流量都大大減少，所以其表現(xiàn)熱導(dǎo)率就很小。1-8 在晴朗無(wú)風(fēng)的夜晚，草地會(huì)披上一身白霜，可是氣象臺(tái)的天氣報(bào)告卻說(shuō)清晨最低溫度為2。試解釋這種現(xiàn)象。但在陰天或有風(fēng)的夜晚（其它條件不變），草地卻不會(huì)披上白霜，為什么？答：深秋草已枯萎，其熱導(dǎo)率很小，草與地面可近似認(rèn)為絕熱。草接受空氣的對(duì)流傳熱量，又以輻射的方式向天空傳遞熱量，其熱阻串聯(lián)情況見(jiàn)右圖。所以，草表面溫度tgr介于大氣溫度tf和天空溫度tsk接近，tgr較低，披上“白霜”。如有風(fēng)，hc增加，對(duì)流傳熱熱阻r1減小，使tgr向tf靠近，即tgr升高，無(wú)霜。陰天，天空有云層，由于云層的遮熱作用，使草對(duì)天空的輻射熱阻r2增加，tg

6、r向tf靠近，無(wú)霜（或陰天，草直接對(duì)云層輻射，由于天空溫度低可低達(dá)-40），而云層溫度較高可達(dá)10左右，即tsk在陰天較高，tgr上升，不會(huì)結(jié)霜）。1-9 在一有空調(diào)的房間內(nèi)，夏天和冬天的室溫均控制在20，但冬天得穿毛線(xiàn)衣，而夏天只需穿襯衫。這是為什么？（提示：參考圖1-8，先畫(huà)出夏天和冬天墻壁傳熱的溫度分布曲線(xiàn)，在解釋這種現(xiàn)象。）答：人體在房間里以對(duì)流傳熱和輻射傳熱的方式散失熱量，有空調(diào)時(shí)室內(nèi)tfi不變，冬天和夏天人在室內(nèi)對(duì)流散熱不變。由于夏天室外溫度比室內(nèi)溫度高，冬天比低，墻壁內(nèi)溫度分布不同，墻壁內(nèi)表面溫度在夏天和冬天不一樣。顯然，這樣人體與墻壁間的輻射傳遞的熱量冬天比夏天多。在室溫20的

7、房間內(nèi)，冬天人體向外散熱比夏天多而感到冷，加強(qiáng)保溫可使人體散熱量減少，如夏天只穿襯衫，冬天加毛線(xiàn)衣，人就不會(huì)感到冷。1-10 飽和水蒸氣管道外包保溫材料，試分析三種傳熱方式怎樣組成由水蒸氣經(jīng)管道壁和保溫層到空氣的傳遞過(guò)程，并畫(huà)出熱阻串并聯(lián)圖。答：（凝結(jié)）蒸汽管內(nèi)表面管外表面保溫層外表面空氣對(duì)流導(dǎo)熱導(dǎo)熱對(duì)流輻射r4ct汽或tf1tw1tw2tw3t氣或tf2r1cr2dr3dr4r1-11 在思考題1-10中，管道外壁的溫度近似等于飽和水蒸氣的溫度。試用熱阻分析解釋這一現(xiàn)象。答：蒸汽凝結(jié)很大，熱阻很小。金屬管道熱導(dǎo)率較大，而其厚度很小，導(dǎo)熱熱阻也很小。管道保濕時(shí)，管道散熱量很小，管壁外表面。1-

8、12 某雙層壁中的溫態(tài)溫度分布如圖1-7所示，問(wèn)哪一層材料的熱導(dǎo)率大？哪一層材料的導(dǎo)熱熱阻大？答：由，穩(wěn)態(tài)時(shí)，而，所以。二熱阻串聯(lián)，由，所以。1-13 某傳熱過(guò)程的溫度分布如圖1-8所示，是分別畫(huà)出其在下列情況下的溫度分布曲線(xiàn)：（1）；（2）；（3）；（4），。1-14 一碗稀飯放在盛有自來(lái)水的面盆中冷卻。為了使稀飯冷卻得快一些，用湯勺攪動(dòng)。問(wèn)用湯勺攪動(dòng)稀飯時(shí)稀飯冷卻得快，還是攪動(dòng)自來(lái)水時(shí)稀飯冷卻得快？為什么？答：稀飯放在冷水中冷卻時(shí)，熱量由稀飯經(jīng)碗壁傳給碗外盆中水。由經(jīng)驗(yàn)判斷，水側(cè)表面對(duì)流傳熱系數(shù)要大于稀飯側(cè)表面對(duì)流傳熱系數(shù)，即稀飯側(cè)熱阻大于水側(cè)熱阻。用湯勺攪動(dòng)來(lái)使表面對(duì)流傳熱系數(shù)增加即減少

9、對(duì)流傳熱熱阻，減少最大熱阻效果最佳，所以用湯勺攪動(dòng)稀飯時(shí)冷卻效果較好。1-15 圖1-9為三種太陽(yáng)能熱水器的元件：圖a為充滿(mǎn)水的金屬管；圖b為在圖a的管外加一玻璃罩，玻璃罩和金屬管間有空氣；圖c為在管外加一玻璃罩，但罩與金屬管間抽真空。試分析用框圖表示三元件的傳熱過(guò)程，并論述其效率由圖a向圖c逐步提高的原因。答：a中水管接受太陽(yáng)能后，直接向周?chē)矬w（天空等）輻射散熱，又向周?chē)諝鈱?duì)流散熱。b中水管接受太陽(yáng)能后，直接向玻璃管輻射散熱。玻璃管的溫度要比天空溫度高得多，使輻射散熱減少。水管向夾層中空氣對(duì)流散熱，夾層中空氣比外界空氣溫度高，而且封閉的夾層也使對(duì)流傳熱系數(shù)減少，對(duì)流散熱也減少。c中水管接

10、受太陽(yáng)能后，直接向玻璃管輻射散熱，情況用b，由于夾層中真空，沒(méi)有空氣，使對(duì)流散熱為零。所以，由a至c散熱量逐漸減少，效率逐步提高。1-16 有兩幢形狀和大小相同的房屋，室內(nèi)保持相同的溫度。早晨發(fā)現(xiàn)一幢房屋屋頂有霜，另一幢屋頂無(wú)霜。試分析哪一幢房屋屋頂隔熱性能好。答：屋頂有霜，表示屋頂外表面溫度較低，而屋頂散熱系數(shù)較?。ㄗ兓淮螅?，即屋頂?shù)膶?dǎo)熱量也小，這表明有霜的屋頂保溫性能好。為便于觀(guān)察，將屋頂轉(zhuǎn)至垂直位置，其傳熱過(guò)程溫度分布曲線(xiàn)畫(huà)在右圖，有霜屋頂和都小，表示散熱小，無(wú)霜屋頂保溫性能不好有兩種可能性：屋頂較??；屋頂材料熱導(dǎo)率較高。這兩種可能性都會(huì)使提高而無(wú)霜。1-17 由4種材料組成圖1-10

11、所示的復(fù)合壁，界面接觸良好，左面維持均勻恒定的溫度，右面維持均勻恒定的溫度。如比大得多，能否用熱阻并串聯(lián)的方法求復(fù)合壁的總熱阻？為什么？答：利用熱阻并、串聯(lián)規(guī)律求總熱阻，再模仿電路歐姆定律求出熱流量，必須符合下列條件：穩(wěn)態(tài)導(dǎo)熱；一維；無(wú)內(nèi)熱源。當(dāng)時(shí)，abcd中均不是一維穩(wěn)態(tài)導(dǎo)熱，按上法計(jì)算偏差較大。當(dāng)與相差不顯著時(shí)，abcd中近似一維穩(wěn)態(tài)導(dǎo)熱，按上法計(jì)算偏差不大。1-18 某電路板上有4只晶體管，其金屬管殼與支架相連，支架與一隔板相連（如圖1-11所示），晶體管產(chǎn)生的熱量經(jīng)管殼和支架傳給隔板。假設(shè)：4只晶體管溫度均勻且相同，本身熱阻也相同；管殼與支架接觸良好；支架為鋁材，橫斷面足夠大，使支架上

12、幾乎沒(méi)有溫度降；支架與隔板間連接處有熱阻；晶體管產(chǎn)生熱量的一部分由管殼和支架散失，一部分由隔板散失。試畫(huà)出晶體管熱量散失時(shí)熱阻并串聯(lián)情況。答：由于4r晶體管溫度相同，右圖中用虛線(xiàn)相連，是各只晶體管功耗產(chǎn)生的熱流量。經(jīng)各自?xún)?nèi)部導(dǎo)熱熱阻到外殼和支架上。由于支架和外殼熱阻可以忽略，支架溫度相同，即，4個(gè)點(diǎn)用實(shí)線(xiàn)相連。管殼和支架成為一體，部分熱量由它們向外界對(duì)流散熱和輻射散熱，表面熱阻分別為和，還有部分熱量通過(guò)支架與隔板連接處的接觸電阻流入隔板，由隔板表面向外界進(jìn)行對(duì)流散熱和輻射散熱，其表面熱阻分別為和。顯然，表面對(duì)流熱阻和表面輻射熱阻均為并聯(lián)。習(xí)題一1-1 平板導(dǎo)熱儀試用來(lái)測(cè)量板狀材料熱導(dǎo)率的一種儀

13、器，如圖1-12所示。設(shè)被測(cè)試件為厚20mm、直徑為300mm的圓盤(pán)，一側(cè)表面的溫度為250，另一側(cè)表面的溫度為220，四周絕熱，通過(guò)試件的熱流量為63.6。試確定試件材料的熱導(dǎo)率。答：由得1-8 某鍋爐爐墻，內(nèi)層是厚7.5cm、的耐火磚，外層是厚0.64cm、的鋼板，且在每平方米的爐墻表面上有18只直徑為1.9cm的螺栓。假設(shè)爐墻內(nèi)、外表面溫度均勻，內(nèi)表面溫度為920k，爐外是300k的空氣，爐墻外表面的表面?zhèn)鳠嵯禂?shù)為，求爐墻的總熱阻和熱流密度。解：設(shè)爐壁面積為a，螺栓總面積 螺栓熱阻 耐火磚熱阻 鋼板熱阻 表面?zhèn)鳠釤嶙?總熱阻1-12 有一熱導(dǎo)率、厚度的磚墻，其內(nèi)側(cè)表面溫度為30，外側(cè)為溫

14、度為5的空氣，外側(cè)表面和內(nèi)側(cè)表面的傳熱系數(shù)分別為和。室外側(cè)同時(shí)受到太陽(yáng)照射，功率為每平方米600w。設(shè)壁面對(duì)陽(yáng)光只吸收80%，試求通過(guò)磚墻的熱流密度q和室溫。答：設(shè)壁墻內(nèi)側(cè)溫度小于其外側(cè)溫度因是穩(wěn)態(tài)導(dǎo)熱，即解得室內(nèi)溫度。2-1 不同溫度的等溫面（線(xiàn)）不能相交，熱流線(xiàn)能相交嗎？熱流線(xiàn)為什么與等溫線(xiàn)垂直？答：熱流線(xiàn)垂直于等溫線(xiàn)，不同溫度的等溫線(xiàn)不能相交，熱流線(xiàn)也不能相交。如熱流線(xiàn)不垂直等溫線(xiàn)，則等溫線(xiàn)上必有一熱流分量。而等溫線(xiàn)上無(wú)溫差，q=0，只有熱流線(xiàn)垂直于等溫線(xiàn)才能使等溫線(xiàn)上的分熱流為零。2-2 一無(wú)內(nèi)熱量平壁穩(wěn)態(tài)導(dǎo)熱時(shí)的溫度場(chǎng)如圖2-28所示。試說(shuō)明它的熱導(dǎo)率是隨溫度增加而增加，還是隨溫度增

15、加而減少？答：穩(wěn)態(tài)無(wú)內(nèi)熱源時(shí)不變，由傅里葉定律，平壁a為常數(shù)，由圖從左向右變大，這表明熱導(dǎo)率從左到右減小，而溫度自左向右減小，故熱導(dǎo)率隨溫度t的增加而增加。2-3 根據(jù)對(duì)熱導(dǎo)率主要影響因素分析，試說(shuō)明在選擇和安裝保溫隔熱材料時(shí)要注意哪些問(wèn)題？答：選擇熱導(dǎo)率小的材料，最好其密度在最佳密度附近，使其具有最佳保溫性能；進(jìn)行保溫計(jì)算時(shí)必須考慮溫度對(duì)保溫材料熱導(dǎo)率的影響；保溫材料保溫性能受水分的影響，必須采取防水措施，外加保護(hù)層，如材料中已加憎水劑，不易含水分，不受水的影響，應(yīng)首選該種材料；為防止保溫材料（或絕熱材料）層結(jié)冰，要采取防凍措施，不讓外界水分滲入，無(wú)法防止時(shí)，可適當(dāng)加厚，以彌補(bǔ)結(jié)冰使材料性能

16、下降；采用各向異性材料時(shí)要注意導(dǎo)熱方向?qū)釋?dǎo)率的影響。2-4 金屬材料的熱導(dǎo)率很大，而發(fā)泡金屬為什么又能做保溫隔熱材料？答：發(fā)泡材料的熱導(dǎo)率是固體骨架和孔隙中氣體導(dǎo)熱，對(duì)流傳熱和輻射傳熱綜合的當(dāng)量熱導(dǎo)率，發(fā)泡金屬以金屬為骨架，但其橫截面尺寸很小，而孔隙中氣體導(dǎo)熱率較小，各孔隙中氣體被封閉在各個(gè)小孔中，對(duì)流傳熱作用較小。多孔結(jié)構(gòu)對(duì)輻射傳熱起著遮擋作用，使其大大削弱。由此，發(fā)泡金屬的當(dāng)量熱導(dǎo)率較小，比密實(shí)金屬要小得多，可以做保溫材料。2-5 冰箱長(zhǎng)期使用后外殼上易結(jié)露，這表明其隔熱材料性能下降。你知道其道理嗎？（提示：冰箱隔熱材料用氟里昂發(fā)泡，長(zhǎng)期使用后氟利昂會(huì)逸出，代之以空氣。）答：冰箱隔熱材料

17、用氟里昂作發(fā)泡劑的聚氨酯泡沫塑料，其熱導(dǎo)率要比一般保溫材料小，這是由于孔中氟里昂氣體熱導(dǎo)率較低，使用時(shí)間較長(zhǎng)，氣孔中氟里昂逐步逸出，環(huán)境中的空氣取而代之，由于空氣的熱導(dǎo)率是氟里昂的23倍，進(jìn)入空氣的隔熱材料熱導(dǎo)率大大提高，使其保冷性能下降。2-6 冰箱冷凍室內(nèi)結(jié)霜使冰箱耗電量增加，試分析這是什么原因？答：冰箱中的制冷劑在冷凍室隔熱材料內(nèi)側(cè)（見(jiàn)右圖）蒸發(fā)管中蒸發(fā)，吸收冷凍室的熱量，使冷凍室降低到指定的溫度后，壓縮機(jī)停止工作。冷凍室內(nèi)結(jié)霜后，使蒸發(fā)管和冷凍室間增加一層熱阻，而霜有顆粒狀的水組成，中間夾雜著不流動(dòng)的空氣，使其當(dāng)量熱導(dǎo)率比密實(shí)的冰小得多，熱阻較大，要使冷凍室達(dá)到指定溫度必須增加壓縮機(jī)工

18、作時(shí)間，耗電量增加。2-8 物體中的溫度分布曲線(xiàn)與絕熱邊界的關(guān)系如何？答：由傅里葉定律，絕熱邊界=0，而和不為零，所以=0，即絕熱邊界溫度變化率為零，溫度分布曲線(xiàn)垂直于絕熱邊界。2-9 無(wú)內(nèi)熱源穩(wěn)態(tài)導(dǎo)熱的導(dǎo)熱微分方程式（2-7）變成式中沒(méi)有熱導(dǎo)率，所以有人認(rèn)為無(wú)內(nèi)熱源穩(wěn)態(tài)導(dǎo)熱物體的溫度分布與熱導(dǎo)率無(wú)關(guān)。你同意這種看法嗎？答：不同意，因?yàn)闊釋?dǎo)率問(wèn)題的完整數(shù)學(xué)描述包括導(dǎo)熱微分方程和定解條件。無(wú)內(nèi)熱源穩(wěn)態(tài)導(dǎo)熱問(wèn)題，雖然導(dǎo)熱微分方程中不包含有熱導(dǎo)率，但第二類(lèi)邊界條件和第三類(lèi)邊界條件中都含有熱導(dǎo)率，即邊界條件為第二類(lèi)或第三類(lèi)的無(wú)內(nèi)熱源穩(wěn)態(tài)導(dǎo)熱與熱導(dǎo)率有關(guān)，只有第一類(lèi)邊界條件下無(wú)內(nèi)熱源穩(wěn)態(tài)導(dǎo)熱物體的溫度分

19、布才與熱導(dǎo)率無(wú)關(guān)，詳見(jiàn)例題4-1，題中未給出定熱導(dǎo)率，其溫度分布與無(wú)關(guān)。2-10 在多層壁導(dǎo)熱中，當(dāng)某一層有內(nèi)熱源時(shí)式（2-17）和式（2-21）仍能適用嗎？為什么？答：不能用，因串聯(lián)各環(huán)節(jié)不相同，違背了式（2-17）和式（2-21）推導(dǎo)的條件。2-11 說(shuō)明圓筒壁一維穩(wěn)態(tài)導(dǎo)熱的溫度分布曲線(xiàn)為什么隨半徑增加而變得平坦？試畫(huà)出無(wú)內(nèi)熱源的單層圓筒壁在內(nèi)壁面溫度高于或低于外壁面溫度時(shí)的溫度分布曲線(xiàn)。答：由傅里葉定律，穩(wěn)態(tài)且無(wú)內(nèi)熱源時(shí)（常數(shù)）， ，溫度分布曲線(xiàn)變得平一些，由此得右圖：時(shí)，得上凹的曲線(xiàn)；為上凸的曲線(xiàn)。2-12 等截面延伸體穩(wěn)態(tài)導(dǎo)熱和一維穩(wěn)態(tài)導(dǎo)熱有何區(qū)別？答：一維穩(wěn)態(tài)導(dǎo)熱只有一個(gè)方向上有熱

20、流，而在其它方向無(wú)熱流。等截面延伸體穩(wěn)態(tài)導(dǎo)熱不但沿高度方向上有導(dǎo)熱，而且在垂直于高度方向上也有熱流，所以一般研究（）很小且有一定高度（低肋除外）的延伸體，這時(shí)熱流主要沿高度方向上的熱流密度不大。人們常稱(chēng)為準(zhǔn)一維穩(wěn)態(tài)導(dǎo)熱，一維穩(wěn)態(tài)導(dǎo)熱時(shí)各個(gè)導(dǎo)熱面上熱流量相等，而準(zhǔn)一維穩(wěn)態(tài)導(dǎo)熱各個(gè)導(dǎo)熱面上熱流量不等，沿著導(dǎo)熱方向逐漸減少。另外，等截面一維穩(wěn)態(tài)導(dǎo)熱（熱導(dǎo)率為常數(shù)且無(wú)內(nèi)熱源）沿導(dǎo)熱方向溫度分布為一直線(xiàn)，而等截面準(zhǔn)一維穩(wěn)態(tài)導(dǎo)熱在同樣的條件下沿導(dǎo)熱方向溫度分布為一曲線(xiàn)，沿導(dǎo)熱方向曲線(xiàn)變得越來(lái)越平。2-13 試用微元體熱平衡法建立矩形直肋導(dǎo)熱微分方程（2-27）。答：由書(shū)中圖2-18，在處取微元體，能量守恒

21、方程，即 （a） （b） （c） （d）（b）（d）代入（a）化簡(jiǎn)得 （e）令，式（e）變成，即得式（2-27b）。2-14 工程上采用加肋片來(lái)強(qiáng)化傳熱。何時(shí)一側(cè)加肋？何時(shí)兩側(cè)同時(shí)加肋？答：由例2-13可以得到啟發(fā)，當(dāng)傳熱壁一側(cè)0，即，測(cè)值比流體溫度偏高，這與側(cè)高溫流體（蒸汽、熱水、熱空氣）溫度正好相反。2-16 當(dāng)把測(cè)溫套管由鋼材改為紫銅后，材料導(dǎo)熱性能變好，使熱量由流體經(jīng)套管傳給溫度計(jì)的熱阻減少，測(cè)溫誤差應(yīng)減少，但為什么實(shí)踐證明適得其反呢？答：測(cè)溫套管導(dǎo)熱主要延長(zhǎng)度方向，而題中所述熱流量很小，是次要方面。不銹鋼改為紫銅后，大大增加，套管軸向?qū)釤嶙璐蟠鬁p少，其端部溫度與根部溫度差別減少，即

22、更接近于，測(cè)溫誤差將增加。2-17 從熱阻角度分析，為什么在表面?zhèn)鳠嵯禂?shù)小的一側(cè)加肋片效果較好？為什么用熱導(dǎo)率大的材料做肋片？答：h小的一側(cè)熱阻大，它在總熱阻中起的作用大，減少這樣的熱阻使熱流量增加的效果好，加肋片使表面熱阻減少，用熱導(dǎo)率大的材料做肋片，使肋片本身的附加熱阻不大，不會(huì)因此而使總熱阻增加?；颍簾釋?dǎo)率增加，參量，肋片效率，使肋壁效率，熱阻。由加肋對(duì)傳熱有利（見(jiàn)例題2-13）也可以看出，肋片應(yīng)裝在h小的一側(cè)，肋片材料熱導(dǎo)率應(yīng)較大，否則會(huì)使，加肋對(duì)傳熱不利。2-18 減少接觸熱阻的主要方法有哪些？這些方法為什么能減少接觸熱阻？答：如有可能的話(huà)，降低接觸面的硬度，使加壓后形變?cè)黾樱佑|面

23、增大，且間隙變小，都使接觸部分的熱阻減少；增加接觸面的壓力，形變?cè)黾?，熱阻減少；增加接觸面的光潔度和平行度，使接觸面增加，間隙變小，熱阻變??；間隙處加軟金屬或?qū)嶂?，使間隙的熱導(dǎo)率增加，使接觸熱阻減少。2-4 習(xí)題1-1中的平板導(dǎo)熱儀，由于安裝不好，被測(cè)試件和冷、熱板間有0.1mm的空隙。忽略空隙的輻射傳熱，試計(jì)算由此造成的熱導(dǎo)率的測(cè)量誤差（空隙中空氣的熱導(dǎo)率分別取250和220時(shí)的熱值）。答：查250時(shí)空氣，220時(shí)空氣，解得，誤差16.7%。2-5 厚200mm 的耐火磚墻，熱導(dǎo)率。為使每平方爐墻的熱損失不超過(guò)600，在墻外覆蓋一層熱導(dǎo)率的材料。已知爐墻兩側(cè)的溫度分別為1300和60，試確

24、定覆蓋材料應(yīng)有的厚度。答：由題意，則2-6 用比較法測(cè)定材料熱導(dǎo)率的裝置如圖2-29所示。標(biāo)準(zhǔn)試件厚度，熱導(dǎo)率。待測(cè)試件為厚度的玻璃板，且四周絕熱良好。穩(wěn)態(tài)時(shí)測(cè)得各壁面的溫度分別為，試求玻璃板的熱導(dǎo)率。答：試件內(nèi)近似為一維穩(wěn)態(tài)導(dǎo)熱 待測(cè)試件 2-7 冷藏箱由兩層鋁板中間夾一層厚100mm的礦棉組成，內(nèi)外壁面的溫度分別為-5和25，礦棉的熱導(dǎo)率。求散冷損失的熱流密度q。大氣溫度為30，相對(duì)濕度為70%，由于水分滲透是礦棉變濕，且內(nèi)層結(jié)冰，設(shè)含水層和結(jié)冰層的熱導(dǎo)率分別為和，問(wèn)冷藏箱的冷損失增加多少？解：有熱阻分析，兩層鋁板熱阻可以忽略不計(jì)，干燥時(shí)冷損失 由30查的水蒸氣的飽和壓力，水蒸氣的分壓力，

25、對(duì)應(yīng)飽和溫度（露點(diǎn)溫度），結(jié)冰厚，含水層厚，干燥層厚，。，即，即，即，解得，增加4.03倍。2-8 某管道外徑為2r，外壁溫度為，外包兩層厚度均為（即）、熱導(dǎo)率分別為和（）的保溫材料，外層表面溫度。如將兩層保溫材料的位置對(duì)調(diào)，其他條件不變，保溫情況變化如何？由此能得出什么結(jié)論？解：設(shè)兩層保溫層直徑分別為、和，則，。熱導(dǎo)率大的在里面：熱導(dǎo)率大的放在外面：，或結(jié)論：熱導(dǎo)率大的材料放在外層，熱導(dǎo)率小的材料放在外層，對(duì)保溫有利。2-9 一外徑的水蒸氣管道，水蒸汽溫度為400。管道外包了一層厚0.065m的材料a，測(cè)得其外表面溫度為40，但材料a的熱導(dǎo)率無(wú)數(shù)據(jù)可查。為了知道熱損失情況，在材料a外又包了一

26、層厚0.02m，熱導(dǎo)率的材料b。測(cè)得材料b的外表面溫度為30，內(nèi)表面溫度為180。試推算未包材料b時(shí)的熱損失和材料a的熱導(dǎo)率。答：蒸汽凝結(jié)傳熱熱阻和金屬壁導(dǎo)熱熱阻可以忽略，對(duì)于絕熱材料b單位長(zhǎng)度材料a熱阻為，則解得： 未包b層時(shí)， ，解得：2-10 一叢內(nèi)半徑，外半徑為、長(zhǎng)為的圓筒切下的中心角為的鍥形體，半徑為和的兩表面及長(zhǎng)度方向上的兩個(gè)端面絕熱，其余兩個(gè)面的溫度分別保持和，求單位時(shí)間內(nèi)的導(dǎo)熱量。答：積分得4-1 如何理解一階微商中心差分的精確度比向前差分和向后差分的精確度高？答：線(xiàn)1斜率與中心差分線(xiàn)4和5斜率較接近，與向前差分線(xiàn)2和向后差分線(xiàn)3相差較遠(yuǎn)。進(jìn)一步理解可有臺(tái)勞級(jí)數(shù)展開(kāi)時(shí)來(lái)理解。+

27、. （a）則=.= +o()式中o()表示舍去尾項(xiàng)引起的誤差是的量級(jí)。又，+ (b)則=+。=+o()由式（a）-式(b) ，得=+.整理得=-=+o由于oo()，所以中心差分較準(zhǔn)確。4-2 為什么高斯-賽德?tīng)柕諗枯^快？答：高斯-賽德?tīng)柕捎昧吮扰f值更準(zhǔn)確的新值，使下一步計(jì)算值更接近于真值。在一定誤差范圍內(nèi)迭代次數(shù)可以減少，即迭代收斂快。4-3 顯示差分格式在什么情況下不穩(wěn)定？為什么？如何防止？答：前的系數(shù)出現(xiàn)負(fù)值時(shí)存在不穩(wěn)定性。因出現(xiàn)負(fù)值，則該店該時(shí)刻溫度越高，下一時(shí)刻溫度降越低，甚至出現(xiàn)比周?chē)?jié)點(diǎn)溫度還要低的現(xiàn)象，這違背了熱力學(xué)第二定律。為防止這種不穩(wěn)定現(xiàn)象，必須使前的系數(shù)均大于零。

28、這樣，選定后，的選定就受到制約。4-8 某矩形界面管道，管道內(nèi)、外壁分別維持450 和 50。管道材料的熱導(dǎo)率=1.05 w/（m.k），取=1單位，求節(jié)點(diǎn)a，b,.j的溫度，并求每米長(zhǎng)管道的熱損失。答：ta=t2,1=(t1,1+t3,1+2t2,2)/4 tb,tc,td=(t1,j+t3,j+t2,j+1)/4 (j=24)te,tf,tg,th,ti=ti,4=(ti-1,4+ti+1,4+ti,3+ti,5)/4 (i=37)tj=t8,4=(t8,3+t8,5+2t7,4)/45-1 為什么電廠(chǎng)發(fā)電機(jī)用氫氣冷卻比空氣冷卻效果好？為什么用水冷卻比氫氣冷卻效果更好？答：對(duì)流傳熱是貼壁層

29、流體導(dǎo)熱和邊界層流體對(duì)流的綜合影響，流體熱導(dǎo)率和攜帶熱量能力和影響著對(duì)流傳熱系數(shù)?？諝狻錃夂退?、詳見(jiàn)下表冷卻介質(zhì) 空氣 氫氣 水 相 對(duì) 值空氣氫氣水熱導(dǎo)率/w/（m2.k）0.02780.19420.64316.9923.1密度/kg/m31.0930.075598811/14.5904比熱容/j/kg.k0.2413.491.161116.54.8/j/（m3.k）0.2630.301114711.144361由和、都可看出：水優(yōu)于氫氣，更優(yōu)于空氣。電機(jī)冷卻情況證實(shí)了這一點(diǎn)。5-2 什么是流動(dòng)邊界層？什么是熱邊界層？為什么它們的厚度之比與普朗特?cái)?shù)pr有關(guān)？答：流動(dòng)邊界層是由于流體粘度造

30、成速度變化的區(qū)域，熱邊界層是由于流體的熱擴(kuò)散率造成溫度變化的區(qū)域。它們的厚度之比應(yīng)與形成流體邊界層和邊界層的流體黏度和熱擴(kuò)散率a之比有關(guān)，即與普朗特?cái)?shù)pr有關(guān)。理論上已證明。5-3 粘性油的pr數(shù)很大，液態(tài)金屬的pr數(shù)很小。圖5-9為這兩種流體的邊界層過(guò)余溫度場(chǎng)和速度場(chǎng)。試指出哪一幅圖是粘性油的，哪一幅圖是液態(tài)金屬的？為什么？答：圖中a 為粘性油的u和分布。因粘性油很大，pr=較大，而，所以，即圖a。5-4 試根據(jù)圖5-3粗略地畫(huà)出局部對(duì)流傳熱系數(shù)hx的沿程變化。答：開(kāi)始時(shí)，隨著層流邊界層厚度的增加，局部對(duì)流傳熱系數(shù)hx下降。過(guò)渡區(qū)，由于層流向湍流邊界層過(guò)渡，擾動(dòng)增加，雖然邊界層厚度增加更快，

31、但hx由于流體橫向（垂直于壁面方向）摻合，hx反而增加。以后由于層流底層厚度和湍流邊界厚度的增加，hx稍有下降，并逐步接近于恒定值。5-5 邊界層中溫度變化率的絕對(duì)值何處最大？對(duì)于一定表面?zhèn)鳠釡夭畹耐涣黧w，為何能用（）y=0絕對(duì)值得大小來(lái)判斷對(duì)流傳熱系數(shù)h的大??？答：邊界層中貼壁層最大。由，得。對(duì)于一定的流體，為常數(shù)，在和不變的情況下，。所以，對(duì)于同一對(duì)熱流傳熱溫差的同一流體，可用的大小來(lái)判斷該處對(duì)流傳熱系數(shù)的大小。5-6 從對(duì)對(duì)流傳熱過(guò)程的了解，解釋物性值對(duì)對(duì)流傳熱系數(shù)h的影響。答：對(duì)流傳熱是先通過(guò)貼壁層流體的導(dǎo)熱，以后由流體將熱量攜帶走，所以對(duì)流傳熱與流動(dòng)的熱導(dǎo)率以及流體攜帶熱量的能力、

32、有關(guān)。對(duì)流傳熱與流體流動(dòng)情況有關(guān)，雷諾數(shù)與黏度有關(guān)，所以對(duì)流傳熱與黏度有關(guān)。自然對(duì)流傳熱時(shí)，同一溫差下流體流動(dòng)情況還與體膨脹系數(shù)有關(guān)。5-7 試論述固體導(dǎo)熱微分方程與邊界能量微分方程的關(guān)系。答：它們都是能量微分方程，但邊界層能量微分方程考慮了流體對(duì)流攜帶的熱量，而固體導(dǎo)熱微分方程不考慮對(duì)流攜帶的熱量。如邊界層內(nèi)流體速度均為零，則邊界層能量微分方程變成固體的導(dǎo)熱微分方程。習(xí)題五5-1 試證明，對(duì)于平板上的不可壓層流邊界層，當(dāng)壓力梯度為零時(shí)在壁面上=0。答：常物性層流邊界層動(dòng)量微分方程：，對(duì)平壁，y=0，=0。所以=05-2 為了用實(shí)驗(yàn)的方法確定直徑d=400mm的鋼棒熱導(dǎo)率=42w/（m.k），

33、熱擴(kuò)散率a=1.1810-5m2/s, 表面?zhèn)鳠嵯禂?shù)h=116 w/（m2.k）放入爐內(nèi)時(shí)間=2.5h時(shí)的溫度分布，現(xiàn)用幾何形狀相似的合金鋼棒=16 w/（m.k），am=0.5310-5m2/s，hm=150 w/（m2.k）在不大的爐中加熱。求模型的直徑dm和模型放入爐內(nèi)多少時(shí)間后測(cè)量模型中溫度分布。答：模型與實(shí)物相似的溫度場(chǎng)發(fā)生在它們對(duì)應(yīng)的相似特征數(shù)相等的情況下，即，（m模型，p實(shí)物），= =2.66=0.552 dm=2rm= =0.1175=2.66, = =1732s=0.28h由此看來(lái)，采用模型，尺寸可縮為實(shí)物的1/3.4，加熱時(shí)間可縮短為1/5.2。5-3 現(xiàn)用模型來(lái)研究某變壓

34、器油冷卻系統(tǒng)的傳熱性能。假如基本的傳熱機(jī)理是圓管內(nèi)強(qiáng)迫對(duì)流傳熱，變壓器原耗散100kw的熱流量。變壓器油的=131.510-3 w/（m.k），pr=80。模型的直徑為0.5cm，線(xiàn)形尺寸為變壓器的1/20，表面積為變壓器的1/400。模型和變壓器中的平均溫差相同，模型用乙二醇作流體，雷諾數(shù)re=2200。乙二醇的=25610-3 w/（m.k），pr=80，=0.86810-5m/s。試確定模型中的能耗率（散熱熱流量）和流速。答：耗功比，nup=num，=9.73kw又rep=rem , 5-4 20的空氣橫掠直徑為12mm的圓管。不同空氣流速時(shí)對(duì)流傳熱系數(shù)h見(jiàn)下表。試用作圖法和最小二乘方法

35、把表中數(shù)據(jù)整理成下列形式的特征數(shù)關(guān)聯(lián)式：序 號(hào)123456786.88.4510.111.914.219.124.825.8h/ w/（m2.k）83.8594.7106.75119.3131.4158.16180.2188.4答：本題可上機(jī)計(jì)算，如用手算，可先列下表序號(hào)h/w/（m2.k）rem10-3nuixi=lgreiyi=lgnui16.883.855.41838.843.73381.589428.4594.76.73343.883.82821.6422310.1106.758.04749.463.90951.6942411.9119.39.48255.273.97691.74255

36、14.2131.411.31560.884.05361.7844619.1158.1615.21973.284.18241.8649724.8180.219.76183.494.29581.9216825.8188.420.55887.294.31301.9410n=8， =57.4271= r= = =-0.6597，c=er=e-0.6597=0.219nu=0.219re0.60266-1 管內(nèi)湍流強(qiáng)迫對(duì)流傳熱時(shí)，流速增加一倍，其它條件不變，對(duì)流傳熱系數(shù)h如何變化？管徑縮小一半、流速等其他條件不變時(shí)h如何變化答： 流速增加一倍，由 得直徑縮小一半(v不變)，直徑縮小一半(qv不變)，6-

37、2 管內(nèi)強(qiáng)迫對(duì)流傳熱時(shí)，短管修正系數(shù)cl1，彎管修正系數(shù)cr1，流體橫掠管束時(shí)管排修正系數(shù)cz1，為什么？答：短管：入口段邊界層厚度從零開(kāi)始增加，到 很大時(shí)， 由于入口段邊界層較薄，hx較大，使彎管：二次環(huán)流使彎管處管排：由于尾流的作用，渦旋強(qiáng)化傳熱，使 z4時(shí)，hz增加不多，基本上穩(wěn)定達(dá)到最大值hmax,管排修正系數(shù) （注腳為管排數(shù)），6-3 湍流強(qiáng)迫對(duì)流傳熱時(shí)，在其他條件相同的情況下粗糙管的對(duì)流傳熱系數(shù)大于光滑管的對(duì)流傳熱系數(shù)，為什么？答： 湍流時(shí)層流底層很薄，粗糙管突起物露出層流底層，使流體流過(guò)時(shí)產(chǎn)生擾動(dòng)，強(qiáng)化了傳熱，所以粗糙管湍流強(qiáng)迫對(duì)流傳熱系數(shù)與粗糙程度有關(guān)，且比光滑管大。6-4 由

38、圖6-8可見(jiàn)，橫掠單管時(shí)=0或=180處的局部對(duì)流傳熱系數(shù)h可能較大。這在鍋爐對(duì)流傳熱設(shè)計(jì)中有何意義？答： 由圖6-8和式（6-22）可見(jiàn)，流體沖刷單管時(shí)=0處h最大，鍋爐過(guò)熱器第一排管束受沖刷情況與煙氣沖刷單管相仿，所以a點(diǎn)對(duì)流傳熱最強(qiáng)烈，加上過(guò)熱器前煙氣空間中煙氣的輻射傳熱，使第一排管a點(diǎn)熱流密度很大而引起超溫，甚至爆管而被迫停爐。最后一排管子的b點(diǎn)對(duì)流傳熱系數(shù)也很大，后面的煙氣空間也很大，雖然煙溫有所下降，最后一排管子的b點(diǎn)也有超溫的可能。所以，鍋爐設(shè)計(jì)中必須對(duì)過(guò)熱器第一排管子a點(diǎn)（前駐點(diǎn)）和最后一排管束b點(diǎn)進(jìn)行過(guò)熱器壁溫校核，檢查是否超溫，如有超溫的現(xiàn)象，必須采取措施或重新設(shè)計(jì)。6-5

39、 管內(nèi)充分發(fā)展段中（twtf）流體的速度和溫度都不沿軸向變化，對(duì)嗎？為什么？答： 進(jìn)入流動(dòng)充分發(fā)展段后，速度v(r,x)不沿軸向x變化，但此刻流體一邊流動(dòng)一邊吸熱或放熱，流體溫度t(r,x)不僅沿徑向r變化，而且沿軸向x變化，但由于截面平均溫度tf也在作同樣的變化，所以其相對(duì)過(guò)余溫度 不沿x方向變化稱(chēng)為熱定型段或熱充分發(fā)展段。6-6 流體斜掠單管時(shí)，h隨著（角為流速與管軸線(xiàn)間的夾角）的減小而降低，為什么？答： 流體斜向沖刷（斜掠）單管或管束時(shí)，前半段管子受到流體流體垂直沖擊作用減小，使前半部局部對(duì)流傳熱系數(shù)h減小，斜向沖刷相當(dāng)于垂直沖刷橢圓管，橢圓管曲率變小，圓管后半部流體分離作用減弱，后半部

40、h也減小?？傊?，與垂直沖刷圓管相比，平均對(duì)流傳熱系數(shù)h減小，斜掠時(shí)修正系數(shù)6-7 仿照管內(nèi)強(qiáng)迫對(duì)流傳熱強(qiáng)化措施的分析，試說(shuō)明流體橫掠管束對(duì)流傳熱時(shí)應(yīng)采取哪些強(qiáng)化措施。答： 橫掠管束： 由于所以代入上式改為 強(qiáng)化橫掠管束對(duì)流傳熱的措施 ； ； 垂直沖刷；加隔板（如殼管式換熱器），減少流體縱掠，同時(shí)可使 ；選用 大的流體；選用粘度小的流體（n h順。）6-8 混合對(duì)流傳熱系數(shù)會(huì)小于同樣情況下按純強(qiáng)迫對(duì)流傳熱計(jì)算得到的傳熱系數(shù)，為什么？答：在豎管內(nèi)流體如自上向下流動(dòng)且被加熱時(shí)，壁面附近流體有由于受熱而有上升的趨勢(shì)，使這些流體向下流動(dòng)的速度減慢，如流體自管內(nèi)自下而上流動(dòng)且被管子冷卻，也使壁面附近流體流

41、速減小，這兩種情況都減小了流體的沖刷作用而使混合對(duì)流體自上而下流動(dòng)且被加熱，自然對(duì)流方向與強(qiáng)迫流動(dòng)方向一致，使流體在壁面附近速度增加，混合對(duì)流傳熱時(shí)對(duì)流傳熱系數(shù)大于純強(qiáng)迫對(duì)流傳熱系數(shù)，流體在水平管內(nèi)混合對(duì)流傳熱系數(shù)總大于純強(qiáng)迫對(duì)流傳熱系數(shù)，如 二者近似相等。6-9 管內(nèi)強(qiáng)迫對(duì)流傳熱考慮溫度修正系數(shù)時(shí)，為什么液體用粘度來(lái)修正，而氣體用溫度來(lái)修正？答： 流體邊界層溫度場(chǎng)影響著流體的物性值。對(duì)于液體，主要影響著動(dòng)力粘度，對(duì)密度影響不大，所以對(duì)于液體進(jìn)行粘度修正，即溫度修正系數(shù)ct用 對(duì)于氣體邊界層溫度場(chǎng)6-10 摩托車(chē)內(nèi)燃機(jī)氣缸外的肋片有時(shí)被割開(kāi)，如圖6-15所示，割開(kāi)后對(duì)散熱有什么影響？答： 摩托

42、車(chē)開(kāi)動(dòng)后，空氣縱掠內(nèi)燃車(chē)氣缸肋片，這是流體縱掠平壁。由于肋片不大，空氣在肋片上基本上只是形成層流邊界層，沿著空氣流動(dòng)方向上層流邊界層厚度增加，使局部對(duì)流傳熱系數(shù)h減小。將肋片割開(kāi)后，形成幾道裂紋，相當(dāng)于使平壁長(zhǎng)度l減小，邊界層厚度減小，對(duì)流傳熱系數(shù)增加，另裂縫處空氣產(chǎn)生一定的俄程度的擾動(dòng)，也強(qiáng)化了對(duì)流傳熱。6-11 對(duì)于有限空間自然對(duì)流傳熱，nu會(huì)小于1嗎？為什么？答： 即使不考慮輻射傳熱，總傳熱量也大于僅靠導(dǎo)熱傳遞的熱流量，如仍用傅里葉定律來(lái)計(jì)算，則 式中e為當(dāng)量熱導(dǎo)率，顯然e（為流體真實(shí)熱導(dǎo)率，而有限空間自然對(duì)流傳熱時(shí)， ，所以nu1。如自然對(duì)流作用小到可以忽略，nu將等以1，但無(wú)論如何不

43、會(huì)小于1。習(xí)題六6-1 一冷凝器內(nèi)有1000根內(nèi)徑為0.05m、長(zhǎng)10m的管子，其內(nèi)壁溫度為39。初溫為10、流量為6m3/s的冷凝水在管內(nèi)流動(dòng)。求平均對(duì)流傳熱系數(shù)和水的溫升。答：總流動(dòng)截面積 流速設(shè)冷卻水出口溫度 水的平均溫度查得水的物性值：由 查得 屬于湍流 熱平衡式：解得或與設(shè)值相近，以上計(jì)算有效，水的溫升6-11 平均溫度tf=23.5的水以v=0.309m/s的速度在內(nèi)徑為10mm的管內(nèi)流動(dòng)，管壁溫度tw=48.3，管長(zhǎng)l=100di。試計(jì)算對(duì)流傳熱系數(shù)h。答： 由 查得水的物性值：由 查得 在過(guò)渡區(qū)6-12 空氣以1m/s的速度在寬1m、長(zhǎng)1.5m的薄平板上沿長(zhǎng)度方向流動(dòng)，遠(yuǎn)離板面

44、的空氣溫度t=10，板面溫度tw=50。試求平板單面的對(duì)流傳熱散熱量。答： 查得空氣物性值： 層流第七章 凝結(jié)與沸騰傳熱思考題七7-1 豎壁傾斜后凝結(jié)傳熱系數(shù)減小，如何解釋?zhuān)看穑捍筘Q壁傾斜后，凝結(jié)液向下流動(dòng)變慢，使液膜加厚，液膜熱阻增加，凝結(jié)傳熱系數(shù)減少。7-2 空氣從上向下橫掠過(guò)管束時(shí)，平均對(duì)流傳熱系數(shù)隨著豎直方向 上的管排數(shù)的增加而增加。而蒸汽在水平管束外凝結(jié)傳熱時(shí)，豎直方向上管排數(shù)越多，平均凝結(jié)傳熱系數(shù)卻越低。你如何理解這兩種相反的結(jié)論？ 答： 空氣自上向下橫掠過(guò)管束時(shí)隨著管排數(shù)增加，擾動(dòng)強(qiáng)度增加，各排管對(duì)流傳熱系數(shù)增加。蒸汽在水平管束外凝結(jié)時(shí)，自上向下隨著管排數(shù)的增加，凝結(jié)液膜越來(lái)越厚

45、，凝結(jié)傳熱熱阻越來(lái)越大，凝結(jié)傳熱系數(shù)逐漸減小，平均凝結(jié)傳熱系數(shù)越來(lái)越小。7-3 水蒸氣在管外凝結(jié)傳熱時(shí)，一般將管束水平放置而不豎直放置，為什么？答：由于管長(zhǎng)ld，而層流時(shí)h(l為定型尺寸)，水平放置時(shí)l=d0l，所以h水平h豎直。在同樣情況下，要凝結(jié)同樣數(shù)量蒸汽，管子水平放置所需對(duì)流傳熱面比豎直放置時(shí)小，所以蒸汽在管束凝結(jié)時(shí)管束應(yīng)盡量水平放置。7-4 圖7-15所示的泄液裝置能提高凝結(jié)傳熱系數(shù)，原因何在？答： 洩液盤(pán)使豎管高度h下降，液膜厚度變小，熱阻變小，凝結(jié)傳熱系數(shù)h增加；洩液板使豎直方向上管排數(shù)nm減小，h。7-5 為什么冷凝器上要裝抽氣器將其中的不凝結(jié)氣體抽出？答： 由于冷凝器處于真空

46、狀態(tài)，易漏入空氣，加上蒸汽中原來(lái)帶有極少空氣，在冷凝器內(nèi)隨著蒸汽凝結(jié)，空氣濃度增加，使h。為此，在冷凝器上裝上抽氣器，及時(shí)將空氣抽掉，以保證冷凝器維持較高的凝結(jié)傳熱系數(shù)。7-6 在大氣壓下將同樣的兩滴水滴在表面溫度分別為120和400的鍋上，試問(wèn)滴在哪種鍋上的水先被燒干，為什么？答： 120鍋上的水滴先被燒干，大氣壓下，鍋表面的過(guò)熱度（tw -ts）分別為20和300，對(duì)照?qǐng)D7-10，前者表面發(fā)生核態(tài)沸騰，后者發(fā)生膜態(tài)沸騰，雖然后者傳熱溫差比前者大得多，但前者傳熱系數(shù)更比后者大得多，使后者傳熱量反而低于前者，所以120鍋上水滴先被燒干。7-7 使流體振動(dòng)可提高單相流體對(duì)流體傳熱系數(shù)。用此法使水

47、振動(dòng)，能否提高水在大空間沸騰的傳熱系數(shù)？答： 太空間水沸騰傳熱時(shí)，汽泡在極短的時(shí)間內(nèi)成千倍的長(zhǎng)大，有人稱(chēng)之為“爆炸式”的成長(zhǎng)，成長(zhǎng)后汽泡脫離加熱面，這些都是強(qiáng)烈地?cái)_動(dòng)著壁面附近的水，使沸騰傳熱系數(shù)較大，這時(shí)如再設(shè)法使水振動(dòng)，效果將不會(huì)太好，沸騰傳熱系數(shù)增加不明顯。7-8 氟利昂的沸騰和凝結(jié)傳熱系數(shù)比水沸騰和凝結(jié)的傳熱系數(shù)小得多，你能說(shuō)明原因嗎？答：?jiǎn)蜗嘟橘|(zhì)對(duì)流傳熱靠顯熱傳遞熱量，相變對(duì)流傳熱靠汽化潛熱傳遞熱量，氟利昂和水的汽化潛熱之比約為1：10，所以氟利昂沸騰和凝結(jié)傳熱系數(shù)比水的相應(yīng)值要小得多。7-9 從大容量飽和沸騰傳熱曲線(xiàn)（見(jiàn)圖7-10）可看出，用電流加熱（恒熱流）的情況下，水沸騰時(shí)沸騰

48、曲線(xiàn)會(huì)從c點(diǎn)躍到e點(diǎn)，而常使設(shè)備燒毀。用水壺?zé)_(kāi)水也可近似視為恒熱流加熱，但為什么不必?fù)?dān)心燒干前水壺會(huì)燒毀？答： 由圖7-10可以看出，大氣壓下大容器沸騰危機(jī)時(shí)臨界熱流密度=1.1106 w/m2,而水壺?zé)_(kāi)水時(shí)的熱流密度一般只有2104 1105 w/m2，遠(yuǎn)小于，不可能產(chǎn)生膜狀沸騰。所以，只要壺中有水就不必?fù)?dān)心它會(huì)被燒壞。第八章：輻射傳熱思考題八8-1 一個(gè)物體，只要溫度t0 k就會(huì)不斷地向外界輻射能量。試問(wèn)它的溫度為什么不會(huì)因其熱輻射而降至0 k?答：t0k，e0，它向外界輻射能量，但它也接受外界物體對(duì)它輻射能量，而處于輻射熱平衡狀態(tài)，其溫度不變。8-2 什么叫黑體、灰體和白體？它們分別

49、與黑色物體、灰色物體和白色物體有什么區(qū)別？答： 黑體能全部吸收投射輻射，灰體對(duì)光譜輻射的輻射能吸收比等于常數(shù)，即對(duì)投射輻射的吸收比與投射輻射的波長(zhǎng)無(wú)關(guān)。白體對(duì)投射輻射起完全反射作用，而且是漫反射。上述定義在工程上應(yīng)用時(shí)一般僅指紅外線(xiàn)范圍內(nèi)，而日常指的黑色物體、灰色物體和白色物體都是針對(duì)可見(jiàn)光而言的。黑色物體能吸收絕大部分可見(jiàn)光，灰色物體能按比例的吸收部分可見(jiàn)光，白色物體反射絕大部分可見(jiàn)光。黑體不一定是黑色的，雪較接近于黑體，但它在陽(yáng)光下是白色物體。8-3 圖8-8所示的黑體模型、空腔表面溫度為t，直徑為d，空腔上小孔直徑為d，其小孔具有黑體性質(zhì)，試寫(xiě)出小孔單位時(shí)間內(nèi)向外界輻射能量的計(jì)算式。答：

50、 =bt4=d25.6710-8w/(m2k4)t4,式中t為空腔壁溫，a為小孔面積，不可用空腔面積。8-4 表面發(fā)射率是物體表面的特性參數(shù)，表面吸收比是否也是物體表面的特性參數(shù)？為什么？答： 表面吸收比不僅取決于該表面本身情況，而且還取決于輻射源的情況（表面溫度和表面性質(zhì)），所以它不能被稱(chēng)為該表面的特性參數(shù)。8-5 從減少冷藏車(chē)?yán)淞繐p失出發(fā)，試分析冷藏車(chē)外殼上的油漆顏色深一點(diǎn)好還是淺一點(diǎn)好？為什么？答： 冷藏車(chē)一方面與周?chē)矬w進(jìn)行輻射傳熱，與空氣進(jìn)行對(duì)流傳熱（一般情況下都是冷藏車(chē)吸收熱量）；另一方面它常在太陽(yáng)下走，大量吸收太陽(yáng)輻射能，前者與顏色關(guān)系不大，后者與顏色關(guān)系密切。眾所周知，淺色物體

51、吸收太陽(yáng)能少，深色物體吸收太陽(yáng)能多，所以夏天宜穿淺色衣服。冷藏車(chē)也有類(lèi)似現(xiàn)象，淺色吸收太陽(yáng)能少，冷損失少。8-6 一半球形真空輻射爐，球心處有一個(gè)尺寸不大的圓盤(pán)形黑體輻射加熱元件，如圖8-46所示。時(shí)指出a、b、c三處中何處定向輻射最大？何處輻射熱流密度最大？答：黑體輻射為漫反射，輻射度與方向無(wú)關(guān)，所以la=lb=lc，由，得，在abc三處，相同，但cosacosbcosc,所以abc，即qaqbqc。8-7 在輻射傳熱中假想灰體有何實(shí)際意義？答： 由于實(shí)際物體與黑體相差較遠(yuǎn)（1，1，()c），用黑體規(guī)律來(lái)計(jì)算實(shí)際物體輻射能量有困難，而灰體（一般1，()=c）與實(shí)際物體接近（實(shí)際物體與灰體相比，()c）。在紅外線(xiàn)范圍內(nèi)實(shí)際物體()變化不大，可是為常數(shù)（近似），即實(shí)際物體在紅外線(xiàn)范圍內(nèi)可視為灰體（有時(shí)稱(chēng)為準(zhǔn)灰體）。這對(duì)實(shí)際物體輻射傳熱計(jì)算帶來(lái)很大的方便。由此看來(lái)，引用灰體概念具有很大的現(xiàn)實(shí)意義。8-8 表8-2（黑體輻射函數(shù)）也適用于灰體嗎？為什么？答：=fb（）8-9 有n個(gè)表面組成的封閉系統(tǒng)，求證其中某一表面k的投射輻射。答：gk=8-10 何為表面發(fā)射率？實(shí)際物體的表面發(fā)射率與哪些因素有關(guān)？粗糙表面的發(fā)射率為什么比光滑表面的發(fā)射率大？答：表面發(fā)射率為該物體輻射力（發(fā)射輻