傳熱學(xué)第五版答案

1、傳熱學(xué)習(xí)題解答與中國建筑工業(yè)出版社教材傳熱學(xué)配套中原工學(xué)院能環(huán)學(xué)院2006.5.30緒論1.冰雹落地后，即慢慢融化，試分析一下，它融化所需的熱量是由哪些途徑得到的？答：冰雹融化所需熱量主要由三種途徑得到：a、地面向冰雹導(dǎo)熱所得熱量；b、冰雹與周圍的空氣對(duì)流換熱所得到的熱量；c、冰雹周圍的物體對(duì)冰雹輻射所得的熱量。2.秋天地上草葉在夜間向外界放出熱量，溫度降低，葉面有露珠生成，請(qǐng)分析這部分熱量是通過什么途徑放出的？放到哪里去了？到了白天，葉面的露水又會(huì)慢慢蒸發(fā)掉，試分析蒸發(fā)所需的熱量又是通過哪些途徑獲得的？答：通過對(duì)流換熱，草葉把熱量散發(fā)到空氣中；通過輻射，草葉把熱量散發(fā)到周圍的物體上。白天，通

2、過輻射，太陽和草葉周圍的物體把熱量傳給露水；通過對(duì)流換熱，空氣把熱量傳給露水。3.現(xiàn)在冬季室內(nèi)供暖可以采用多種方法。就你所知試分析每一種供暖方法為人們提供熱量的主要傳熱方式是什么？填寫在各箭頭上。答：暖氣片內(nèi)的蒸汽或熱水對(duì)流換熱暖氣片內(nèi)壁導(dǎo)熱暖氣片外壁對(duì)流換熱和輻射室內(nèi)空氣對(duì)流換熱和輻射人體；暖氣片外壁輻射墻壁輻射人體電熱暖氣片：電加熱后的油對(duì)流換熱暖氣片內(nèi)壁導(dǎo)熱暖氣片外壁對(duì)流換熱和輻射室內(nèi)空氣對(duì)流換熱和輻射人體紅外電熱器：紅外電熱元件輻射人體；紅外電熱元件輻射墻壁輻射人體電熱暖機(jī)：電加熱器對(duì)流換熱和輻射加熱風(fēng)對(duì)流換熱和輻射人體冷暖兩用空調(diào)機(jī)（供熱時(shí)）：加熱風(fēng)對(duì)流換熱和輻射人體太陽照射：陽光輻

3、射人體4自然界和日常生活中存在大量傳熱現(xiàn)象，如加熱、冷卻、冷凝、沸騰、升華、凝固、融熔等，試各舉一例說明這些現(xiàn)象中熱量的傳遞方式？答：加熱：用炭火對(duì)鍋進(jìn)行加熱輻射換熱冷卻：烙鐵在水中冷卻對(duì)流換熱和輻射換熱凝固：冬天湖水結(jié)冰對(duì)流換熱和輻射換熱沸騰：水在容器中沸騰對(duì)流換熱和輻射換熱升華：結(jié)冰的衣物變干對(duì)流換熱和輻射換熱冷凝：制冷劑在冷凝器中冷凝對(duì)流換熱和導(dǎo)熱融熔：冰在空氣中熔化對(duì)流換熱和輻射換熱5.夏季在維持20的室內(nèi)，穿單衣感到舒服，而冬季在保持同樣溫度的室內(nèi)卻必須穿絨衣，試從傳熱的觀點(diǎn)分析其原因？冬季掛上窗簾布后頓覺暖和，原因又何在？答：夏季室內(nèi)溫度低，室外溫度高，室外物體向室內(nèi)輻射熱量，故在

4、20的環(huán)境中穿單衣感到舒服；而冬季室外溫度低于室內(nèi)，室內(nèi)向室外輻射散熱，所以需要穿絨衣。掛上窗簾布后，輻射減弱，所以感覺暖和。6.“熱對(duì)流”和“對(duì)流換熱”是否同一現(xiàn)象？試以實(shí)例說明。對(duì)流換熱是否為基本傳熱方式？答：熱對(duì)流和對(duì)流換熱不是同一現(xiàn)象。流體與固體壁直接接觸時(shí)的換熱過程為對(duì)流換熱，兩種溫度不同的流體相混合的換熱過程為熱對(duì)流，對(duì)流換熱不是基本傳熱方式，因?yàn)槠渲屑扔袩釋?duì)流，亦有導(dǎo)熱過程。7.一般保溫瓶膽為真空玻璃夾層，夾層內(nèi)兩側(cè)鍍銀，為什么它能較長時(shí)間地保持熱水的溫度？并分析熱水的熱量是如何通過膽壁傳到外界的？什么情況下保溫性能會(huì)變得很差？答：鍍銀減弱了水與內(nèi)壁的輻射換熱，而真空夾層阻止了空

5、氣與壁之間的對(duì)流換熱，兩層玻璃之間只有輻射換熱，外層的鍍銀則減弱了外壁與外界之間的輻射作用。如果真空中滲入空氣，則保溫性能將變得很差。熱水對(duì)流換熱內(nèi)壁輻射外壁對(duì)流換熱外界空氣8.面積為12m2的壁的總導(dǎo)熱熱阻與它單位面積上的份上熱阻r之比為多少？答：r=r/129.利用式（0-1）分析，在什么條件下圖0-2中平壁內(nèi)的溫度呈直線關(guān)系變化？什么條件下將呈曲線關(guān)系變化？答：當(dāng)與溫度無關(guān)時(shí)，平壁中的溫度呈直線關(guān)系變化；當(dāng)與溫度有關(guān)時(shí)，平壁中的溫度呈曲線變化。10.一燃?xì)饧訜釥t，爐子內(nèi)壁為耐火磚，外壁為普通紅磚，兩種磚之間有的填充保溫材料，而有的則為空氣夾層，試分析這兩種情況下由爐內(nèi)到爐外環(huán)境的散熱過程

6、？如果是空氣夾層，空氣層的厚度對(duì)爐壁的保溫性能是否會(huì)有影響？答：中間為保溫材料的過程：兩壁與外界環(huán)境之間為對(duì)流和輻射換熱，兩壁與保溫材料之間均為導(dǎo)熱；如果是空氣夾層，則夾層中為對(duì)流換熱，空氣層的厚度與保溫性能無關(guān)，因?yàn)閷?duì)流換熱與厚度無關(guān)。第一章導(dǎo)熱理論基礎(chǔ)1.按20時(shí)，銅、碳鋼（1.5%c）、鋁和黃銅導(dǎo)熱系數(shù)的大小，排列它們的順序；隔熱保溫材料導(dǎo)熱系數(shù)的數(shù)值最大為多少？列舉膨脹珍珠巖散料、礦渣棉和軟泡沫塑料導(dǎo)熱系數(shù)的數(shù)值。答：銅>鋁>黃銅>碳鋼；隔熱保溫材料導(dǎo)熱系數(shù)最大值為0.12w/（mk）膨脹珍珠巖散料：2560-300kg/m3 0.021-0.062 w/（mk）礦渣

7、棉：30207 kg/m30.058 w/（mk）軟泡沫塑料：3041-162 kg/m30.043-0.056 w/（mk）2.推導(dǎo)導(dǎo)熱微分方程式的已知前提條件是什么？答：導(dǎo)熱物體為各向同性材料。3(1) , q=-2×105(w/m2). (2) , q=2×105(w/m2).4. (1) w/m2 (2) w/m35.已知物體的熱物性參數(shù)是、和c，無內(nèi)熱源，試推導(dǎo)圓柱坐標(biāo)系的導(dǎo)熱微分方程式。答：6.已知物體的熱物性參數(shù)是、和c，無內(nèi)熱源，試推導(dǎo)球坐標(biāo)系的導(dǎo)熱微分方程式。答：7.一半徑為的實(shí)心球，初始溫度均勻并等于t0，突然將其放入一溫度恒定并等于tf的液體槽內(nèi)冷卻。

8、已知球的熱物性參數(shù)是、和c，球壁表面的表面?zhèn)鳠嵯禂?shù)為h，試寫出描寫球體冷卻過程的完整數(shù)學(xué)描述。答：8.從宇宙飛船伸出一根細(xì)長散熱棒，以輻射換熱將熱量散發(fā)到外部空間去，已知棒的發(fā)射率（黑度）為，導(dǎo)熱系數(shù)為，棒的長度為l，橫截面面積為f，截面周長為，棒根部溫度為0。外部空間是絕對(duì)零度的黑體，試寫出描寫棒溫度分布的導(dǎo)熱微分方程式和相應(yīng)的邊界條件。答： x=0 , t+273=t0第二章 穩(wěn)態(tài)導(dǎo)熱1.為什么多層平壁中溫度分布曲線不是一條連續(xù)的直線而是一條折線？答：因?yàn)椴煌牧系钠奖趯?dǎo)熱系數(shù)不同。2.導(dǎo)熱系數(shù)為常數(shù)的無內(nèi)熱源的平壁穩(wěn)態(tài)導(dǎo)熱過程，若平壁兩側(cè)都給定第二類邊界條件，問能否惟一地確定平壁中的溫度

9、分布？為什么？答：不能。因?yàn)樵趯?dǎo)熱系數(shù)為常數(shù)的無內(nèi)熱源的平壁穩(wěn)態(tài)導(dǎo)熱中為常數(shù)，q為定值，由求解得常數(shù)c無法確定，所以不能惟一地確定平壁中的溫度分布。3.導(dǎo)熱系數(shù)為常數(shù)的無內(nèi)熱源的平壁穩(wěn)態(tài)導(dǎo)熱過程，試問（1）若平壁兩側(cè)給定第一類邊界條件tw1和tw2，為什么這一導(dǎo)熱過程的溫度分布與平壁的材料無關(guān)？為什么？（2）相同的平壁厚度，不同的平壁材料，仍給定第一類邊界條件，熱流密度是否相同。答：（1）因?yàn)樵谠搶?dǎo)熱過程中（2）不相同。因?yàn)?，為定值，而不同，則q隨之而變。4.如果圓筒壁外表面溫度較內(nèi)表面溫度高，這時(shí)壁內(nèi)溫度分布曲線的情形如何？答：圓筒壁內(nèi)的溫度分布曲線為5.參看圖2-19，已知球壁導(dǎo)熱系數(shù)為常

10、數(shù)，內(nèi)外表面分別保持tw1和tw2，度推導(dǎo)空心球壁導(dǎo)熱量計(jì)算公式和球壁的導(dǎo)熱熱阻。答：球體的當(dāng)r=r1時(shí)，t=tw1 當(dāng)r=r2時(shí)，t=tw2對(duì)上式進(jìn)行求解得 所以球體的溫度分布為球體的導(dǎo)熱量計(jì)算公式為q=aq=4 r2q,且空心球壁的導(dǎo)熱量為，導(dǎo)熱熱阻為6.同上題，若已知邊界條件改為第三類邊界條件，即已知tf1,h1和tf2,h2試推導(dǎo)通過空心球壁傳熱量的計(jì)算公式和球壁的傳熱熱阻。答：傳熱熱阻為7答：通過磚墻總散熱：=672（w）8答：內(nèi)表面溫度tw1=1.59答：加貼泡沫層厚度=0.091(m)=91(mm)10.答：保溫層厚度（m）=147(mm)11.答：紅磚層厚度應(yīng)改為500（mm）

11、12.答：該雙層玻璃窗的熱損失41.66（w） 單層玻璃;其它條件不變時(shí)熱損失2682.68（w）13答：第一層占總熱阻比：22.2%第二層占總熱阻比：51.9%第三層占總熱阻比：25.9%14答：表面?zhèn)鳠嵯禂?shù) k=30.23 w/（m2·k） 熱流通量q=5687.2 w/m215.方案（1）k=29.96 w/（m2·k）方案（2）k=29.99 w/（m2·k）方案（3）k=37.4 w/（m2·k）16答：取修正系數(shù)單位面積導(dǎo)熱阻：0.204（m2·k）/w17答:(1)單位長度管壁中：第一層材料導(dǎo)熱阻：第二層材料導(dǎo)熱阻：第三層材料導(dǎo)熱

12、阻：(2)每米蒸汽管熱損失 q1=314.0(w/m)(3)tw2=299.95 tw3=137.6118.解：調(diào)換比調(diào)換前減少13.41 %19電流是6.935（a）20解：保溫層材料厚度71.5mm21解：取保溫材料外表面溫度為室溫25時(shí)，蒸發(fā)量m=1.85 kg/h22.解：有， 23根據(jù)現(xiàn)有知識(shí)，試對(duì)肋壁可以使傳熱增強(qiáng)的道理作一初步分析。答：肋壁加大了表面積，降低了對(duì)流換熱的熱阻，直到了增強(qiáng)傳熱的作用。24.一直徑為d，長度為l的細(xì)長圓桿，兩端分別與溫度為t1和t2的表面緊密接觸，桿的側(cè)面與周圍流體間有對(duì)流換熱，已知流體的溫度為tf，而tf<t1或t2，桿側(cè)面與流體間的表面?zhèn)鳠嵯?/p>

13、數(shù)為h，桿材料的導(dǎo)熱系數(shù)為，試寫出表示細(xì)長桿內(nèi)溫度場(chǎng)的完整數(shù)學(xué)描述，并求解其溫度分布。答：把細(xì)長圓桿看作肋片來對(duì)待，那么單位時(shí)間單位體積的對(duì)流散熱量就是內(nèi)熱源強(qiáng)度。0<x<lx=0 t=t1x=l t=t2令，則可化為肋的過余溫度為=t-tf，則1=t1-tf，2=t2-tf，根據(jù)邊界條件，求得：所以該桿長的溫度分布為：25.解：溫度 散熱量=321.33(w)26解:tf=100測(cè)溫誤差：t=1627.解：材料改變后，測(cè)出tl=99.85% 誤差：100-99.85=0.1528答：（1）鋁材料 (2) 鋼材29答：總散熱量包括肋表面管壁面散熱之和：11.885kw31.答：散熱

14、量：484.29（w/m）32.答：，34.答：接觸面上溫差51.4第三章 非穩(wěn)態(tài)導(dǎo)熱1.何謂正常情況階段，這一階段的特點(diǎn)是什么？答：正常情況階段：物體內(nèi)各處溫度隨時(shí)間的變化率具有一定的規(guī)律，該階段為物體加熱或冷卻過程中溫度分布變化的第二階段。2.何謂集總參數(shù)分析，應(yīng)用這種方法的條件是什么？應(yīng)怎樣選擇定型尺寸？答：當(dāng)bi<0.1時(shí)，可以近似地認(rèn)為物體的溫度是均勻的，這種忽略物體內(nèi)部導(dǎo)熱熱阻，認(rèn)為物體溫度均勻一致的分析方法稱為集總參數(shù)法。給出任意形態(tài)的物體，由于它的導(dǎo)熱系數(shù)很大，或者它的尺寸很小，或者它的表面與周圍流體間的表面?zhèn)鳠嵯禂?shù)很小，因此物體的bi準(zhǔn)則小于0.1，可以采用集總參數(shù)法。

15、3. 試舉例說明溫度波的衰減和延遲性質(zhì)。答：綜合溫度的振幅為37.1，屋頂外表面溫度振幅為28.6，內(nèi)表面溫度振幅為4.9，振幅是逐層減小的，這種現(xiàn)象稱為溫度波的衰減。不同地點(diǎn)，溫度最大值出現(xiàn)的時(shí)間是不同的，綜合溫度最大值出現(xiàn)時(shí)間為中午12點(diǎn)，而屋頂外表面最大值出現(xiàn)時(shí)間為12點(diǎn)半，內(nèi)表面最大值出現(xiàn)時(shí)間將近16點(diǎn)，這種最大值出現(xiàn)時(shí)間逐層推遲的現(xiàn)象叫做時(shí)間延遲。4.用不銹鋼作底板的家用電熨斗初始時(shí)處于室溫tf。當(dāng)開關(guān)接通后，電熱器在底板內(nèi)以qv/m3的強(qiáng)度發(fā)熱。不銹鋼的熱物性參數(shù)、和c均為已知，不銹鋼的體積為，暴露于空氣中的表面面積為，該表面與空氣之間的表面?zhèn)鳠嵯禂?shù)為h，試用集總參數(shù)法分析電熨斗底

16、板溫度變化t().答：根據(jù)物體熱平衡方程式得，又當(dāng)=0時(shí)，（0）=0，所以，5.該熱電偶外形為球形，定性尺寸 s s6.7.此答案取熱電偶球形直徑d=0.5mm,則=14.43 s t=119.058.9.10.h=83.2 w/(m2·k)1112. 13.14. 15.16.10分鐘后棒中心及表面均為油溫 s, kj17.18.tw=30.85 tx=0.1=21.5321.22.23.磚墻x=0.618 m 木墻x=0.25 m24.x=0.1m tmin=-1.883 x=0.5 m,tmin=0.681 第五章 對(duì)流換熱分析1. 影響對(duì)流換熱的因素有流體種類、速度、物理性質(zhì)

17、、表面溫度、環(huán)境溫度、形狀、尺寸、位置、表面狀況.等等，試以你的感性認(rèn)識(shí)舉例說明這些因素的存在。答：日常生活中，蒸汽換熱與水換熱，其種類不同，物理性質(zhì)也不同，則換熱效果也明顯不同。在晴朗無風(fēng)的天氣里與有風(fēng)的天氣里曬衣服，其流體速度不同，衣服曬干的時(shí)間也是不同的，說明換熱效果有不同。一杯水放在空氣裝配能夠與放在冰箱里，環(huán)境溫度不同，其換熱效果有是不同的。板式換熱器與肋片式換熱器形狀不同，定性尺寸也不同，換熱效果也不同。粗糙管與光滑管的換熱效果也是不一樣的。換熱器放在窗下面與放在墻角換熱效果是不一樣的。2.試設(shè)想用什么方法可以實(shí)現(xiàn)物體表面溫度恒定、表面熱流恒定的邊界條件？答：加熱水使其在沸騰狀態(tài)，

18、放一物體在沸騰水中，此狀況下物體表面溫度可認(rèn)為是恒定的。將一物體外層包裹一層絕熱材料，再將物體連入一恒定電流的加熱器中，則其物體可認(rèn)為是表面熱流恒定。3.試就自然界和日常生活中的對(duì)流換熱現(xiàn)象舉例，說明哪些現(xiàn)象可以作為常壁溫或者常熱流邊界條件來處理？哪些現(xiàn)象可以近似地按常壁溫或常熱流處理？答：在冰箱內(nèi)層結(jié)了一層冰，與冰箱內(nèi)物體換熱，此時(shí)，冰箱內(nèi)壁是常壁溫的。電爐加熱可視為常熱流。水壺?zé)_水，可近似認(rèn)為是恒熱流的加熱方式。暖壺裝滿熱水內(nèi)壁可近似認(rèn)為是常壁溫的。5. 沸騰水與常溫水的溫度有沒有數(shù)量級(jí)差別？如果厚度相比是否可以認(rèn)為是1與§之比？答：沸騰水與常溫水的溫度沒有數(shù)量級(jí)差別。如果流體

19、外掠長度只有1mm的平板，那么它的板長與邊界厚度相比是可以認(rèn)為是1與§之比。6.對(duì)流換熱過程微分方程式與導(dǎo)熱過程的第三類邊界條件表達(dá)式兩者有什么不同之處？答：對(duì)流換熱過程微分方程式： 導(dǎo)熱過程的第三類邊界條件表達(dá)式為：h（t- t）=- 式中為x點(diǎn)貼壁處流體的溫度梯度，k/m。由近壁面的溫度場(chǎng)確定，為流體的導(dǎo)熱系數(shù)，q為對(duì)流換熱量，是隨著x的變化而變化的，而中是確定的。式中的是傳熱體的導(dǎo)熱系數(shù)，由傳熱材料決定。7.流體外掠平板，在溫度條件不變的情況下，主流速度增加時(shí)，它的局部和平均表面?zhèn)鳠嵯禂?shù)都增加，試從換熱原理進(jìn)行分解釋。答：主流速度增加時(shí)，速度邊界層厚度減小，在溫度條件不變時(shí)即使

20、溫度條件不變，熱邊界層厚度減小，增加了邊界層內(nèi)的溫度梯度，從而局部和平均表面?zhèn)鳠嵯禂?shù)都增加。8在相同溫度及速度條件下，不同pr流體外掠平板時(shí)的溫度及速度邊界層厚度、速度及溫度梯度及平均表面?zhèn)鳠嵯禂?shù)等有何差異？答：pr大的流體，溫度邊界層厚度小于速度邊界層厚度，溫度梯度速度大于速度梯度，則平均表面?zhèn)鳠嵯禂?shù)將較大。10.導(dǎo)出外掠平板層流邊界層在距前緣距離內(nèi)的平均厚度表達(dá)式。11. 為什么pr1時(shí)，則t，試分析在t>區(qū)域內(nèi)的流動(dòng)及換熱的機(jī)制。答：，此時(shí)在邊界層內(nèi)熱量擴(kuò)散強(qiáng)度遠(yuǎn)大于動(dòng)量擴(kuò)散。121314.局部表面?zhèn)鳠嵯禂?shù)： w/(m2·k) w/(m2·k) w/(m2

21、83;k) w/(m2·k)平均表面 h =2142.4 w/(m2·k)15.16. 注：17.m/s18.xc=0.923 m全板長為層流： h=13.9 w/(m2.k)19.xc=0.026 m 紊流換熱系數(shù)關(guān)聯(lián)式：h=24289 w/(m2·k) 20.xc=8.265m,全板長流動(dòng)層流 h=325.5 w/（m2·k），2122. 23.5-24 由邊界層能量微分方程式直接導(dǎo)出能量積分方程式。解：常物性不可壓縮流體，忽略粘性耗散，二維的邊界層能量微分方程表示為：225.26. q=120.5w27. h=104 w/(m2·k)28

22、. h2=8.24 w/(m2·k)29.30.使31. h=31.4 w/(m2·k)第六章 單相流體對(duì)流換熱及準(zhǔn)則關(guān)聯(lián)式1.試定性分析下列問題：（1）夏季與冬季頂棚內(nèi)壁的表面?zhèn)鳠嵯禂?shù)是否一樣？（2）夏季與冬季房屋外墻外表面的表面?zhèn)鳠嵯禂?shù)是否相同？（3）普通熱水或蒸汽散熱器片型高或矮對(duì)其外壁的表面?zhèn)鳠嵯禂?shù)是否有影響？（4）從傳熱觀點(diǎn)看，為什么散熱器一般都放在窗戶的下面？（5）相同流速或者相同的流量情況下，大管和小管（管內(nèi)或管外）的表面?zhèn)鳠嵯禂?shù)會(huì)有什么變化？答：（1）夏季與冬季頂棚內(nèi)壁的表面?zhèn)鳠嵯禂?shù)是不一樣的。因?yàn)橄募九c冬季頂棚內(nèi)壁與室內(nèi)的空氣溫度的溫差是不一樣的。（2）同

23、（1）夏季與冬季房屋外墻外表面的表面?zhèn)鳠嵯禂?shù)也是不一樣的。（3）普通熱水或蒸汽散熱器片型高或矮對(duì)其外壁的表面?zhèn)鳠嵯禂?shù)是有影響的。因?yàn)樗麄兊亩ㄐ猿叽缡遣灰粯拥?。?）因?yàn)榇皯舾浇?fù)荷大，散熱器放在窗戶的下面可以在窗戶附近形成一熱幕，使冷負(fù)荷盡可能少的進(jìn)入房間。這樣使室內(nèi)溫度更均勻。（5）相同流速或者相同的流量情況下，大管的對(duì)流傳熱系數(shù)小，小管的對(duì)流傳熱系數(shù)較大些。2.傳熱學(xué)通常把“管內(nèi)流動(dòng)”稱為內(nèi)部流動(dòng)，將“外掠平板，外掠圓管”等稱為外部流動(dòng)，請(qǐng)說明它們的流動(dòng)機(jī)制有什么差別。這些對(duì)流換熱問題的數(shù)學(xué)描寫有什么不同？答：管內(nèi)流動(dòng)對(duì)流換熱的熱阻主要在邊界層。為旺盛湍流區(qū)，=2300為過度區(qū)。無論層流還

24、是湍流，都存在入口段，且入口段的換熱很強(qiáng)。管內(nèi)充分發(fā)展的流動(dòng)與換熱，表面?zhèn)鳠嵯禂?shù)h為常數(shù)。管內(nèi)流動(dòng)的換熱邊界條件有兩種，即恒壁溫及恒熱流條件。對(duì)層流和低數(shù)介質(zhì)的流動(dòng)，兩種邊界條件結(jié)果不同。但隊(duì)湍流和高數(shù)介質(zhì)的換熱，兩種邊界條件的影響可以忽略不計(jì)，即換熱的是一樣的。管內(nèi)流動(dòng)與外部流動(dòng)其邊界層也是不同的。內(nèi)部湍流數(shù)學(xué)描寫 外掠單管關(guān)聯(lián)式為5.答：第一種散熱器進(jìn)出口方法是最不利的，熱水根本就不進(jìn)入管內(nèi)。第二種比較可靠，穩(wěn)定。其要是受迫對(duì)流是更可靠和穩(wěn)定。第三種只能是受迫對(duì)流，其可靠性和穩(wěn)定性不及第二種的受迫對(duì)流。6-12 答：（1）.先計(jì)算管內(nèi)流體的出口溫度。（2）由于管壁為常熱流邊界條件。根據(jù)管內(nèi)

25、流體進(jìn)出口溫度的算術(shù)平均值計(jì)算出管內(nèi)流體平均溫度。（3.）由查表得流體的熱物性參數(shù)值。（4.）根據(jù)質(zhì)量流量m及管子斷面積，求出管內(nèi)流體速度（5.）計(jì)算雷諾數(shù)，并判斷流動(dòng)狀態(tài)并根據(jù)常熱流的邊界條件，選擇相應(yīng)的換熱關(guān)聯(lián)式。計(jì)算（6.）由數(shù)，可計(jì)算出h。（7.）由常熱流的邊界條件，在熱充分發(fā)展段，流體與壁面間的溫度差沿管長保持不變。6-13 關(guān)于管內(nèi)對(duì)流換熱的熱進(jìn)口段的長度有幾種表達(dá)方式，它們各適應(yīng)什么條件？（1）從管子入口到熱邊界層在管中心閉合前的一段長度；（2）當(dāng)答：對(duì)第一種表達(dá)方式，為熱進(jìn)口段長度的定義。適用于粘性流體在管內(nèi)進(jìn)行對(duì)流換熱的任何情形。對(duì)第二種表達(dá)方式，適用于常物性流體，在管內(nèi)的流

26、動(dòng)狀態(tài)為層流，且邊界條件為常壁溫的情形。6-14答：對(duì)外掠平板，隨層流邊界層增厚，局部表面?zhèn)鳠嵯禂?shù)有較快的降低。當(dāng)層流想紊流轉(zhuǎn)變后，因紊流傳遞作用而一迅速增大，并且明顯高于層流，隨后，由于紊流邊界層厚度增加。再呈緩慢下降之勢(shì)。對(duì)紊流情況下的管內(nèi)受迫流動(dòng)，在進(jìn)口段，隨著邊界層厚度的增加。局部表面?zhèn)鳠嵯禂?shù)沿主流方向逐漸降低。在進(jìn)口處，邊界層最厚，具有最高值，當(dāng)邊界層轉(zhuǎn)變?yōu)槲闪骱?，因湍流的擾動(dòng)與混合作用又會(huì)使有所提高，但只有少量回升，其仍小于層流。少量回升。再逐漸降低并趨向于一個(gè)定值，該定值為熱充分發(fā)展段的。6-15解：令為管內(nèi)流動(dòng)氣體與不銹鋼管內(nèi)壁之間的對(duì)流表面?zhèn)鳠嵯禂?shù)。為室內(nèi)空氣與不銹鋼管外壁之

27、間的對(duì)流表面?zhèn)鳠嵯禂?shù)。室內(nèi)溫度為，微元段處不銹鋼管壁溫度為，管內(nèi)微元段處流體的平均溫度為，管徑為 d.則熱平均式為 17h=9541.4 w/(m2·k)18. d=114mm,l=23.1m19.出口水流 tf=6720.出口21.h=3328.2 w/(m2·k) tm=10.922. w23.24.類比定律;h=7051 w/(m2·k) 光滑管：西得一塔特公式8026 w/(m2·k) 迪圖斯貝爾特式 7033 w/(m2·k)25h=5.2 w/(m2·k)26. h=16.3 w/(m2·k)27. h=2051

28、3 w/(m2·k)28. tw=65.24 h=31.42 w/(m2·k) 29相差百分比：18.7%31.tw=158.532.pmax=50.463(kw)33.h=131.7 w/(m2·k)34.h=157.2 w/(m2·k)35.h=20157 w/(m2·k)36.h=70.4 w/(m2·k) h順=69.5 w/(m2·k)37 h=73.7 w/(m2·k)38.n=79.42(w) q=6559.3 w/(m2·k) 功耗比82.639 比例 0.85 0.95 1 1.05 1

29、.25 1.5 功耗 50.87 70.02 80.09 90.21 133.18 190.6440換熱量 n功耗=65.5（w）42h=5.16 w/(m2·k)43. 44.45. h=4.233 w/(m2·k) 46.tw,max=55.548.n=779.2(w)52h=7.07 w/(m2·k) 53. w/(m2·k) q=13.25 w/(m2·k)54. q=23.9 w/m2第七章 凝結(jié)與沸騰換熱1凝液量：m=0.0116(kg/s)2.水平放置時(shí)，凝水量m=0.0166(kg/s)3.壁溫tw=1000 , h=12029

30、 w/(m2·k)4.向下高度局部換熱系數(shù)w/(m2·k)平均換熱系數(shù)w/(m2·k)x=0.1mx=0.5mx=1.0m97636529549013015870473195.此時(shí)管下端液膜內(nèi)已出現(xiàn)紊流。 h=6730 w/(m2·k)6.豎壁高 h=9.2 mm7.單管與管束平均表面?zhèn)鳠嵯禂?shù)之比：=2.18凝結(jié)水量 m=5.1410-3 (kg/s)9.考慮過冷度時(shí)，m=5.1210-3(kg/s) 相差：10管長 ,管長減少量11凝結(jié)表面?zhèn)鳠嵯禂?shù) h=700.2 w/(m2·k) 凝液量：m=5.24210-3(kg/s)12. 管長能縮短

31、13用于水時(shí)， h=5341.1 w/(m2·k) 與11題相比換熱系數(shù)倍率15氟利昂 12： =42143（w） 氟利昂 22： =50810（w） 差異：20.6%16用電加熱時(shí)，加熱方式是控制表面的熱流密度。而采用蒸汽加熱則是壁面溫度可控的情形。由大容器飽和沸騰曲線可知，當(dāng)加熱功率q稍超過值時(shí)，工況將沿虛線跳至穩(wěn)定膜態(tài)沸騰線，使壁面溫度飛升，導(dǎo)致設(shè)備燒壞。總之，電加熱等依靠控制熱流來改變工況的設(shè)備，一旦熱流密度超過峰值，工況超過熱流密度峰值后，沸騰溫差將劇烈上升到1000左右，壁溫也急劇升高，發(fā)生器壁燒毀現(xiàn)象。采用蒸氣加熱時(shí)，工況點(diǎn)沿沸騰曲線依次變化。不會(huì)發(fā)生壁面溫度急劇上升情

32、況。18由式（7）,在一定的五個(gè)量中，只有隨壓強(qiáng)變化最大，p增加時(shí)，的增加值將超過ts的增值和的減少，最終使rmin隨p的增加而減小。19h=1.51104 w/(m2·k)20. h=67140 w/(m2·k)21.溫度降為183 h=1585 w/(m2·k) 與自然對(duì)流相比較， 22q=3077.18 w/(m2·k) ,tw=106.623.第八章 熱輻射的基本定律1熱輻射和其他形式的電磁輻射有何相同之點(diǎn)？有何區(qū)別？答：物質(zhì)是由分子、原子、電子等基本粒子組成。當(dāng)原子內(nèi)部的電子受到激發(fā)或振動(dòng)時(shí)，產(chǎn)生交替變化的電場(chǎng)和磁場(chǎng)，發(fā)出電磁波向空間傳播，這就

33、是電磁波。它是熱輻射和其他電磁輻射的相同點(diǎn)。但由于激發(fā)的方法不同，所產(chǎn)生的電磁波長就不相同，它們投射到物體上產(chǎn)生的效應(yīng)也不相同。如果由于自身溫度或熱運(yùn)動(dòng)的原因而激發(fā)產(chǎn)生的電磁波傳播就稱為熱輻射。2為什么太陽灶的受熱表面要作成粗糙的黑色表面，而輻射采暖板不需要作成黑色？ 答：太陽灶和輻射采暖板的區(qū)別主要源于它們對(duì)溫度的不同要求：太陽灶的溫度一般都在幾百度以上，為了更有效吸收來自太陽的光熱，其受熱表面要做成粗糙的黑色表面。輻射采暖板的用處是用來采暖的，氣溫度一般不會(huì)太高，所以不需要做成黑色。3窗玻璃對(duì)紅外線幾乎是不透明的，但為什么隔著玻璃曬太陽卻使人感到暖和？ 答：隔著玻璃曬太陽時(shí)，太陽通過熱輻射

34、給玻璃熱量，而玻璃也對(duì)室內(nèi)進(jìn)行導(dǎo)熱，對(duì)流換熱，輻射等，使得人感到暖和，同時(shí)透過玻璃的光在穿過玻璃后衰減為長波輻射，產(chǎn)生溫室效應(yīng)，使得人感到更加的暖和。4深秋及初冬季節(jié)的清晨在屋面上常常會(huì)看到結(jié)霜，試從換熱與輻射換熱的觀點(diǎn)分析a有霜的早上總是晴天；b室外氣溫是否一定要低于零度；c結(jié)霜屋面的熱阻（表面對(duì)流換熱熱阻及屋面材料導(dǎo)熱熱阻）對(duì)結(jié)霜有何影響？ 答：（1）當(dāng)溫度低于某一值時(shí)，空氣中的水分便會(huì)凝結(jié)成霜，這樣就使得空氣中的水蒸氣減少，并且在凝結(jié)時(shí)，水蒸氣會(huì)消耗空氣中的固體粉塵，用其作為凝結(jié)核，這樣又使得空氣中的灰塵減少了，同時(shí)水蒸氣和固體粉塵的減少也降低了云形成的可能性，所以有霜的早上總是晴天。

35、（2）不一定要低于零度，因?yàn)榻Y(jié)霜溫度不光與當(dāng)時(shí)水蒸氣的含量有關(guān)，而且凝結(jié)核的多少也對(duì)其有一定的影響。但溫度應(yīng)該是接近于零度。 （3）在結(jié)霜時(shí)的主要換熱方式是熱輻射。屋面的熱阻越小越有利于將表面的熱傳走，越有利于結(jié)霜。5.實(shí)際物體表面在某一定溫度t下的單色輻射力e隨波長的變化曲線與它的單色吸收率的變化曲線有何聯(lián)系？如已知其單色輻射力變化曲線如圖8-11所示，試定性地畫出它的單色吸收率變化曲線。解：，在溫度t下，6.在什么條件下物體表面的發(fā)射率等于它的吸收率（）？在什么情況下？當(dāng)時(shí)，是否意味著物體的輻射違反了基爾霍夫定律？答：在熱平衡條件下，溫度不平衡條件下的幾種不同層次：（1）無條件成立；（2）

36、漫表面成立；（3）灰表面成立；（4）漫-灰表面成立。當(dāng)時(shí)，并沒有違反基爾霍夫定律，因?yàn)榛鶢柣舴蚨墒怯星疤釛l件的，如果沒有以上條件，則。7.試從普朗克定律推導(dǎo)出維恩位移定律。解：普朗克定律的表達(dá)式為：則8黑體溫度t1=1500k 時(shí)，透過百分?jǐn)?shù)：43.35% t2=2000k 時(shí)，透過百分?jǐn)?shù)：63.38% t3=6000k 時(shí)，透過百分?jǐn)?shù)：82.87%9.在1m-4m范圍內(nèi)，黑體輻射份額：69.9%10t=2000k時(shí)，份額1.49%太陽，t=5762k，份額：44.62%11（1）輻射強(qiáng)度：3500w/（m2·sr） (2)a1中心對(duì)a2表面張開立體角：3.46410-4（sr）

37、a1中心對(duì)a3表面張開立體角：410-4（sr） a1中心對(duì)a4表面張開立體角：410-4（sr）12.太陽輻射能透過玻璃部分：80.17% 室內(nèi)輻射透過比例：013全波長總發(fā)射率： 總輻射力：7.911104 w/m214.該表面吸收率15發(fā)射率0.1；800k黑體，；5800k黑體，16e=7.127105（w/m2），發(fā)光效率：7.03%17發(fā)射率18，熱平衡溫度tw=260.4k 時(shí)，熱平衡溫度tw=273.85k第九章 輻射換熱計(jì)算1任意位置兩表面之間的角系數(shù)來計(jì)算輻射換熱，這對(duì)物體表面作了那些基本假設(shè)？ 答：角系數(shù)表示表面發(fā)射出的輻射能量中直接落到另一表面上的百分?jǐn)?shù)。與另一表面的吸

38、收能力無關(guān)，僅取決于表面的大小和相互位置。在推導(dǎo)中應(yīng)用了兩個(gè)假設(shè)條件：物體表面為漫反射面；物體表面物性均勻。2為了測(cè)量管道中的氣流溫度，在管道中設(shè)置溫度計(jì)。試分析由于溫度計(jì)頭部和壁面之間的輻射換熱而引起的測(cè)溫誤差，并提出減少測(cè)溫誤差的措施。 答：當(dāng)管道的溫度高于氣流的溫度時(shí)，溫度計(jì)所測(cè)得的溫度高于氣流的實(shí)際溫度；當(dāng)管道的溫度低于氣流的溫度時(shí)，溫度計(jì)所測(cè)得的溫度低于氣流的實(shí)際溫度。改造措施是：輻射隔熱：將溫度計(jì)頭部用遮熱板罩住。3在安裝有輻射采暖板的室內(nèi)測(cè)量空氣溫度計(jì)時(shí)，為了消除熱輻射帶來的誤差，用高反射率材料分別做筒狀和不開口的球殼狀遮熱罩。試分析這兩種方法的效果，它們測(cè)得的溫度是否一樣，為什

39、么？如將它們的表面涂黑或者刷白，是否影響測(cè)溫結(jié)果？答：兩種測(cè)量方法的效果是不一樣的。相比之下筒狀遮熱罩內(nèi)流體與溫度計(jì)頭部直接接觸，所得的值比較精確。不影響測(cè)溫結(jié)果。5.（1）=128658（w/m2） （2）=98080（w/m2） =30578，減少23.8% （3） 時(shí)，=57181（w/m2） 時(shí)，=43591（w/m2）6=1.72（w）8.正確 錯(cuò)誤，應(yīng)改為 9. 10. 11. 12.(1)23224(w/m2) (2)367.42(w/m2) (3)73.48(w/m2) (4)18579.2(w/m2) (5)293.94(w/m2) (6)18285.3(w/m2)13. 1

40、70.43(w/m)1415. =498w tw=19.816.高溫表面 =11145.5(w) 低溫表面 =191.5(w)17. =50.7(w)18. =50.7(w)19.達(dá)到穩(wěn)態(tài)時(shí)，表面溫度20.解： 由于外表面存在輻射，21q1,2=69.77 w/m2 ,t3=453.3k無遮熱板：q1,2=924.5 w/m222-105.54(w/m) ,4.584(w/m)23.24.(w/m)25.ql=1640(w/m),t3=74 不用遮熱罩：ql=3925(w/m)26.tf=470.6327t1=416.528. 煙氣發(fā)射率：0.379,輻射換熱量: .30.輻射換熱量：qk=4

41、77(w/m)32.地球t196k33.(1)t=393.5k (2) t=263.2k(3) t=588.5k第十章 傳熱和換熱器1計(jì)算肋壁的傳熱系數(shù)的公式和平壁的有何不同？式（10-3）可否用于肋壁？ 答：平壁的傳熱系數(shù) k。=； 肋壁的傳熱系數(shù) ； 或 。 、不同點(diǎn)在于它們的計(jì)算傳熱量的面積基準(zhǔn)不同。 書本中的(10-3) 即 是可以用于肋壁的2在什么具體情況下：；。答：具體情況如下： ：表示輻射換熱面的傳熱系數(shù)為負(fù)值，輻射熱量由環(huán)境傳向物體表面, 對(duì)流換熱量由物體表面?zhèn)飨蛭矬w周圍的流體； ：表示輻射換熱面的傳熱系數(shù)為正值，輻射熱量由環(huán)境傳向物體表面, 對(duì)流換熱量由物體表面?zhèn)飨蛭矬w周圍的

42、流體； ：表示輻射換熱面的傳熱系數(shù)為正值，輻射熱量由環(huán)境傳向物體表面, 對(duì)流換熱量由物體表面?zhèn)飨蛭矬w周圍的流體； ：表示輻射換熱面的傳熱系數(shù)為負(fù)值，輻射熱量由環(huán)境傳向物體表面, 對(duì)流換熱量由物體表面?zhèn)飨蛭矬w周圍的流體。 3若兩換熱器冷熱流體進(jìn)出口溫度相同，但效能不同，是否可以說效能大者設(shè)計(jì)一定合理？怎樣才能提高效能？答：效能大的并不一定是合理的。因?yàn)閾Q熱器的的大小受傳熱面、流動(dòng)狀態(tài)、表面狀況、換熱面的形狀和大小、能量傳遞方式的影響。通過提高上述因素提高，而使得成本增加。有時(shí)的提高不明顯，但成本資金的浪費(fèi)卻很大，所以要有優(yōu)化的思想，一個(gè)合理的是最好的。 提高的方法：擴(kuò)大傳熱面的面積、改變流體狀況、改變流體物性、改變表面狀況、改變換熱面的形狀和大小、改變能量傳遞方式、靠外力產(chǎn)生振蕩，強(qiáng)化換熱。4為什么逆流換熱器的效能極限可接近1，而順流不可能？答：逆流的換熱比順流的充分。在相同的進(jìn)出口溫度下，逆流比順流平均溫差大。此外，順流時(shí)冷流體的出口溫度必然低于熱流體的出口溫度，而逆流不受此限制。工程上換熱器一般都盡可能采用逆流布置。5目前市場(chǎng)出售的電熱取暖器，一種是紅外線加熱取暖器（通電加熱玻璃管式或磁管式紅外加熱元件取暖），一種是加熱油浴散熱器（散熱器外殼為普通暖