《傳熱學(xué)》第四版課后習(xí)題答案

1、第一章思考題1 試用簡(jiǎn)練的語(yǔ)言說(shuō)明導(dǎo)熱、對(duì)流換熱及輻射換熱三種熱傳遞方式之間的聯(lián)系和區(qū)別。答：導(dǎo)熱和對(duì)流的區(qū)別在于：物體內(nèi)部依靠微觀粒子的熱運(yùn)動(dòng)而產(chǎn)生的熱量傳遞現(xiàn)象，稱為導(dǎo)熱；對(duì)流則是流體各部分之間發(fā)生宏觀相對(duì)位移及冷熱流體的相互摻混。聯(lián)系是：在發(fā)生對(duì)流換熱的同時(shí)必然伴生有導(dǎo)熱。導(dǎo)熱、對(duì)流這兩種熱量傳遞方式，只有在物質(zhì)存在的條件下才能實(shí)現(xiàn)，而輻射可以在真空中傳播，輻射換熱時(shí)不僅有能量的轉(zhuǎn)移還伴有能量形式的轉(zhuǎn)換。2 以熱流密度表示的傅立葉定律、牛頓冷卻公式及斯忒藩玻耳茲曼定律是應(yīng)當(dāng)熟記的傳熱學(xué)公式。試寫出這三個(gè)公式并說(shuō)明其中每一個(gè)符號(hào)及其意義。答： 傅立葉定律：，其中，熱流密度；導(dǎo)熱系數(shù)；沿x方

2、向的溫度變化率，“”表示熱量傳遞的方向是沿著溫度降低的方向。 牛頓冷卻公式：，其中，熱流密度；表面?zhèn)鳠嵯禂?shù)；固體表面溫度；流體的溫度。 斯忒藩玻耳茲曼定律：，其中，熱流密度；斯忒藩玻耳茲曼常數(shù)；輻射物體的熱力學(xué)溫度。3 導(dǎo)熱系數(shù)、表面?zhèn)鳠嵯禂?shù)及傳熱系數(shù)的單位各是什么？哪些是物性參數(shù)，哪些與過程有關(guān)？答： 導(dǎo)熱系數(shù)的單位是：W/(m.K)； 表面?zhèn)鳠嵯禂?shù)的單位是：W/(m2.K)； 傳熱系數(shù)的單位是：W/(m2.K)。這三個(gè)參數(shù)中，只有導(dǎo)熱系數(shù)是物性參數(shù)，其它均與過程有關(guān)。4 當(dāng)熱量從壁面一側(cè)的流體穿過壁面?zhèn)鹘o另一側(cè)的流體時(shí)，冷、熱流體之間的換熱量可以通過其中任何一個(gè)環(huán)節(jié)來(lái)計(jì)算（過程是穩(wěn)態(tài)的），

3、但本章中又引入了傳熱方程式，并說(shuō)它是“換熱器熱工計(jì)算的基本公式”。試分析引入傳熱方程式的工程實(shí)用意義。答：因?yàn)樵谠S多工業(yè)換熱設(shè)備中，進(jìn)行熱量交換的冷、熱流體也常處于固體壁面的兩側(cè)，是工程技術(shù)中經(jīng)常遇到的一種典型熱量傳遞過程。5 用鋁制的水壺?zé)_水時(shí)，盡管爐火很旺，但水壺仍然安然無(wú)恙。而一旦壺內(nèi)的水燒干后，水壺很快就燒壞。試從傳熱學(xué)的觀點(diǎn)分析這一現(xiàn)象。答：當(dāng)壺內(nèi)有水時(shí)，可以對(duì)壺底進(jìn)行很好的冷卻（水對(duì)壺底的對(duì)流換熱系數(shù)大），壺底的熱量被很快傳走而不至于溫度升得很高；當(dāng)沒有水時(shí)，和壺底發(fā)生對(duì)流換熱的是氣體，因?yàn)闅怏w發(fā)生對(duì)流換熱的表面換熱系數(shù)小，壺底的熱量不能很快被傳走，故此壺底升溫很快，容易被燒壞。

4、6 用一只手握住盛有熱水的杯子，另一只手用筷子快速攪拌熱水，握杯子的手會(huì)顯著地感到熱。試分析其原因。答：當(dāng)沒有攪拌時(shí)，杯內(nèi)的水的流速幾乎為零，杯內(nèi)的水和杯壁之間為自然對(duì)流換熱，自熱對(duì)流換熱的表面?zhèn)鳠嵯禂?shù)小，當(dāng)快速攪拌時(shí)，杯內(nèi)的水和杯壁之間為強(qiáng)制對(duì)流換熱，表面?zhèn)鳠嵯禂?shù)大，熱水有更多的熱量被傳遞到杯壁的外側(cè)，因此會(huì)顯著地感覺到熱。7 什么是串聯(lián)熱阻疊加原則，它在什么前提下成立？以固體中的導(dǎo)熱為例，試討論有哪些情況可能使熱量傳遞方向上不同截面的熱流量不相等。答：在一個(gè)串聯(lián)的熱量傳遞過程中，如果通過每個(gè)環(huán)節(jié)的熱流量都相同，則各串聯(lián)環(huán)節(jié)的總熱阻等于各串聯(lián)環(huán)節(jié)熱阻的和。例如：三塊無(wú)限大平板疊加構(gòu)成的平壁。

5、例如通過圓筒壁，對(duì)于各個(gè)傳熱環(huán)節(jié)的傳熱面積不相等，可能造成熱量傳遞方向上不同截面的熱流量不相等。8.有兩個(gè)外形相同的保溫杯A與B，注入同樣溫度、同樣體積的熱水后不久，A杯的外表面就可以感覺到熱，而B杯的外表面則感覺不到溫度的變化，試問哪個(gè)保溫杯的質(zhì)量較好？答：杯子的保溫質(zhì)量好。因?yàn)楸睾玫谋訜崃繌谋觾?nèi)部傳出的熱量少，經(jīng)外部散熱以后，溫度變化很小，因此幾乎感覺不到熱。能量平衡分析1-3淋浴器的噴頭正常工作時(shí)的供水量一般為每分鐘。冷水通過電熱器從15被加熱到43。試問電熱器的加熱功率是多少？為了節(jié)省能源，有人提出可以將用過后的熱水（溫度為38）送入一個(gè)換熱器去加熱進(jìn)入淋浴器的冷水。如果該換熱器

6、能將冷水加熱到27，試計(jì)算采用余熱回收換熱器后洗澡15min可以節(jié)省多少能源？1-12 在一次測(cè)定空氣橫向流過單根圓管的對(duì)流換熱實(shí)驗(yàn)中，得到下列數(shù)據(jù)：管壁平均溫度tw=69，空氣溫度tf=20，管子外徑 d=14mm，加熱段長(zhǎng) 80mm，輸入加熱段的功率8.5w，如果全部熱量通過對(duì)流換熱傳給空氣，試問此時(shí)的對(duì)流換熱表面?zhèn)鳠嵯禂?shù)多大？解：根據(jù)牛頓冷卻公式所以 49.33W/(m.k)第二章思考題1 試寫出導(dǎo)熱傅里葉定律的一般形式，并說(shuō)明其中各個(gè)符號(hào)的意義。答：傅立葉定律的一般形式為：，其中：為空間某點(diǎn)的溫度梯度；是通過該點(diǎn)的等溫線上的法向單位矢量，指向溫度升高的方向；為該處的熱流密度矢量。2 已

7、知導(dǎo)熱物體中某點(diǎn)在x,y,z三個(gè)方向上的熱流密度分別為及，如何獲得該點(diǎn)的 熱密度矢量？答：，其中分別為三個(gè)方向的單位矢量量。3 試說(shuō)明得出導(dǎo)熱微分方程所依據(jù)的基本定律。答：導(dǎo)熱微分方程式所依據(jù)的基本定律有：傅立葉定律和能量守恒定律。4 試分別用數(shù)學(xué)語(yǔ)言將傳熱學(xué)術(shù)語(yǔ)說(shuō)明導(dǎo)熱問題三種類型的邊界條件。答： 第一類邊界條件： 第二類邊界條件： 第三類邊界條件：5 試說(shuō)明串聯(lián)熱阻疊加原則的內(nèi)容及其使用條件。答：在一個(gè)串聯(lián)的熱量傳遞過程中，如果通過每個(gè)環(huán)節(jié)的熱流量都相同，則各串聯(lián)環(huán)節(jié)的總熱阻等于各串聯(lián)環(huán)節(jié)熱阻的和。使用條件是對(duì)于各個(gè)傳熱環(huán)節(jié)的傳熱面積必須相等。7.通過圓筒壁的導(dǎo)熱量?jī)H與內(nèi)、外半徑之比有關(guān)而

8、與半徑的絕對(duì)值無(wú)關(guān)，而通過球殼的導(dǎo)熱量計(jì)算式卻與半徑的絕對(duì)值有關(guān)，怎樣理解？答：因?yàn)橥ㄟ^圓筒壁的導(dǎo)熱熱阻僅和圓筒壁的內(nèi)外半徑比值有關(guān)，而通過球殼的導(dǎo)熱熱阻卻和球殼的絕對(duì)直徑有關(guān)，所以絕對(duì)半徑不同時(shí)，導(dǎo)熱量不一樣。6 發(fā)生在一個(gè)短圓柱中的導(dǎo)熱問題，在下列哪些情形下可以按一維問題來(lái)處理？答：當(dāng)采用圓柱坐標(biāo)系，沿半徑方向的導(dǎo)熱就可以按一維問題來(lái)處理。8 擴(kuò)展表面中的導(dǎo)熱問題可以按一維問題來(lái)處理的條件是什么？有人認(rèn)為，只要擴(kuò)展表面細(xì)長(zhǎng)，就可按一維問題來(lái)處理，你同意這種觀點(diǎn)嗎？答：只要滿足等截面的直肋，就可按一維問題來(lái)處理。不同意，因?yàn)楫?dāng)擴(kuò)展表面的截面不均時(shí)，不同截面上的熱流密度不均勻，不可看作一維問題

9、。9 肋片高度增加引起兩種效果：肋效率下降及散熱表面積增加。因而有人認(rèn)為，隨著肋片高度的增加會(huì)出現(xiàn)一個(gè)臨界高度，超過這個(gè)高度后，肋片導(dǎo)熱熱數(shù)流量反而會(huì)下降。試分析這一觀點(diǎn)的正確性。答：錯(cuò)誤，因?yàn)楫?dāng)肋片高度達(dá)到一定值時(shí)，通過該處截面的熱流密度為零。通過肋片的熱流已達(dá)到最大值，不會(huì)因?yàn)楦叨鹊脑黾佣l(fā)生變化。10 在式（2-57）所給出的分析解中，不出現(xiàn)導(dǎo)熱物體的導(dǎo)熱系數(shù)，請(qǐng)你提供理論依據(jù)。答：由于式（2-57）所描述的問題為穩(wěn)態(tài)導(dǎo)熱，且物體的導(dǎo)熱系數(shù)沿x方向和y方向的數(shù)值相等并為常數(shù)。11 有人對(duì)二維矩形物體中的穩(wěn)態(tài)無(wú)內(nèi)熱源常物性的導(dǎo)熱問題進(jìn)行了數(shù)值計(jì)算。矩形的一個(gè)邊絕熱，其余三個(gè)邊均與溫度為的流

10、體發(fā)生對(duì)流換熱。你能預(yù)測(cè)他所得的溫度場(chǎng)的解嗎？答：能，因?yàn)樵谝贿吔^熱其余三邊為相同邊界條件時(shí)，矩形物體內(nèi)部的溫度分布應(yīng)為關(guān)于絕熱邊的中心線對(duì)稱分布。習(xí)題平板2-6一火箭發(fā)動(dòng)機(jī)燃燒室是直徑為130mm的圓筒體，厚2.1mm，導(dǎo)熱系數(shù)為23.2W/(m·K)。圓筒壁外用液體冷卻，外壁溫度為240。測(cè)得圓筒體的熱流密度為4.8×106W/，其材料的最高允許溫度為700。試判斷該燃燒室壁面是否工作于安全溫度范圍內(nèi)？解：2-14 外徑為100mm的蒸氣管道，覆蓋密度為20的超細(xì)玻璃棉氈保溫。已知蒸氣管道外壁溫度為400，希望保溫層外表面溫度不超過50。且每米長(zhǎng)管道上散熱量小于163W

11、，試確定所需的保溫層厚度。解：保溫材料的平均溫度為t=由附錄7查得導(dǎo)熱系數(shù)為代入數(shù)據(jù)得到 0.314mm所以 2-46 一厚為7cm的平壁，一側(cè)絕熱，另一側(cè)暴露于溫度為30的流體中，內(nèi)熱源0.3。對(duì)流換熱表面?zhèn)鳠嵯禂?shù)為450，平壁的導(dǎo)熱系數(shù)為18。試確定平壁中的最高溫度及其位置。第三章思考題1. 試說(shuō)明集總參數(shù)法的物理概念及數(shù)學(xué)處理的特點(diǎn) 答：當(dāng)內(nèi)外熱阻之比趨于零時(shí)，影響換熱的主要環(huán)節(jié)是在邊界上的換熱能力。而內(nèi)部由于熱阻很小而溫度趨于均勻，以至于不需要關(guān)心溫度在空間的分布，溫度只是時(shí)間的函數(shù)，數(shù)學(xué)描述上由偏微分方程轉(zhuǎn)化為常微分方程、大大降低了求解難度。2. 在用熱電偶測(cè)定氣流的非穩(wěn)態(tài)溫度場(chǎng)時(shí),

12、怎么才能改善熱電偶的溫度響應(yīng)特性?答：要改善熱電偶的溫度響應(yīng)特性，即最大限度降低熱電偶的時(shí)間常數(shù),形狀上要降低體面比，要選擇熱容小的材料，要強(qiáng)化熱電偶表面的對(duì)流換熱。3. 試說(shuō)明”無(wú)限大平板”物理概念,并舉出一二個(gè)可以按無(wú)限大平板處理的非穩(wěn)態(tài)導(dǎo)熱問題 答；所謂“無(wú)限大”平板，是指其長(zhǎng)寬尺度遠(yuǎn)大于其厚度，從邊緣交換的熱量可以忽略不計(jì)，當(dāng)平板兩側(cè)換熱均勻時(shí)，熱量只垂直于板面方向流動(dòng)。如薄板兩側(cè)均勻加熱或冷卻、爐墻或冷庫(kù)的保溫層導(dǎo)熱等情況可以按無(wú)限大平板處理。4. 什么叫非穩(wěn)態(tài)導(dǎo)熱的正規(guī)狀態(tài)或充分發(fā)展階段?這一階段在物理過程及數(shù)學(xué)處理上都有些什么特點(diǎn)? 答：非穩(wěn)態(tài)導(dǎo)熱過程進(jìn)行到一定程度,初始溫度分布

13、的影響就會(huì)消失，雖然各點(diǎn)溫度仍隨時(shí)間變化,但過余溫度的比值已與時(shí)間無(wú)關(guān)，只是幾何位置()和邊界條件(Bi數(shù))的函數(shù)，亦即無(wú)量綱溫度分布不變，這一階段稱為正規(guī)狀況階段或充分發(fā)展階段。這一階段的數(shù)學(xué)處理十分便利，溫度分布計(jì)算只需取無(wú)窮級(jí)數(shù)的首項(xiàng)進(jìn)行計(jì)算。5. 有人認(rèn)為,當(dāng)非穩(wěn)態(tài)導(dǎo)熱過程經(jīng)歷時(shí)間很長(zhǎng)時(shí),采用圖3-7記算所得的結(jié)果是錯(cuò)誤的.理由是： 這個(gè)圖表明,物體中各點(diǎn)的過余溫度的比值與幾何位置及Bi有關(guān),而與時(shí)間無(wú)關(guān).但當(dāng)時(shí)間趨于無(wú)限大時(shí),物體中各點(diǎn)的溫度應(yīng)趨近流體溫度,所以兩者是有矛盾的。你是否同意這種看法,說(shuō)明你的理由。 答：我不同意這種看法，因?yàn)殡S著時(shí)間的推移，雖然物體中各點(diǎn)過余溫度的比值不

14、變但各點(diǎn)溫度的絕對(duì)值在無(wú)限接近。這與物體中各點(diǎn)溫度趨近流體溫度的事實(shí)并不矛盾。6. 試說(shuō)明Bi數(shù)的物理意義。及各代表什么樣的換熱條件?有人認(rèn)為, 代表了絕熱工況,你是否贊同這一觀點(diǎn),為什么? 答；Bi數(shù)是物體內(nèi)外熱阻之比的相對(duì)值。時(shí)說(shuō)明傳熱熱阻主要在邊界，內(nèi)部溫度趨于均勻，可以用集總參數(shù)法進(jìn)行分析求解；時(shí)，說(shuō)明傳熱熱阻主要在內(nèi)部，可以近似認(rèn)為壁溫就是流體溫度。認(rèn)為代表絕熱工況是不正確的，該工況是指邊界熱阻相對(duì)于內(nèi)部熱阻較大，而絕熱工況下邊界熱阻無(wú)限大。7. 什么是分非穩(wěn)態(tài)導(dǎo)熱問題的乘積解法,他的使用條件是什么?答；對(duì)于二維或三維非穩(wěn)態(tài)導(dǎo)熱問題的解等于對(duì)應(yīng)幾個(gè)一維問題解的乘積，其解的形式是無(wú)量綱

15、過余溫度，這就是非穩(wěn)態(tài)導(dǎo)熱問題的乘積解法，其使用條件是恒溫介質(zhì)，第三類邊界條件或邊界溫度為定值、初始溫度為常數(shù)的情況。8.什么是”半無(wú)限大”的物體?半無(wú)限大物體的非穩(wěn)態(tài)導(dǎo)熱存在正規(guī)階段嗎? 答：所謂“半大限大”物體是指平面一側(cè)空間無(wú)限延伸的物體：因?yàn)槲矬w向縱深無(wú)限延伸，初臉溫度的影響永遠(yuǎn)不會(huì)消除，所以半死限大物體的非穩(wěn)念導(dǎo)熱不存在正規(guī)狀況階段。9.冬天，72的鐵與600的木材摸上去的感覺一樣嗎，為什么？10.本章的討論都是對(duì)物性為常數(shù)的情形作出的,對(duì)物性溫度函數(shù)的情形,你認(rèn)為怎樣獲得其非穩(wěn)態(tài)導(dǎo)熱的溫度場(chǎng)? 答：從分析解形式可見，物體的無(wú)量綱過余溫度是傅立葉數(shù)（）的負(fù)指數(shù)函數(shù)，即表示在相同尺寸及

16、換熱條件下，導(dǎo)溫系數(shù)越大的物體到達(dá)指定溫度所需的時(shí)間越短、這正說(shuō)明導(dǎo)溫系數(shù)所代表的物理含義。習(xí)題集總參數(shù)法分析36 一初始溫度為t的物體，被置于室溫為t的房間中。物體表面的發(fā)射率為，表面與空氣間的換熱系數(shù)為h。物體的體集積為V，參數(shù)與換熱的面積為A，比熱容和密度分別為c及。物體的內(nèi)熱阻可忽略不計(jì)，試列出物體溫度隨時(shí)間變化的微分方程式。解：由題意知，固體溫度始終均勻一致，所以可按集總熱容系統(tǒng)處理 固體通過熱輻射散到周圍的熱量為： 固體通過對(duì)流散到周圍的熱量為： 固體散出的總熱量等于其焓的減小 即 315 一種火焰報(bào)警器采用低熔點(diǎn)的金屬絲作為傳熱元件，當(dāng)該導(dǎo)線受火焰或高溫?zé)煔獾淖饔枚蹟鄷r(shí)報(bào)警系統(tǒng)

17、即被觸發(fā)，一報(bào)警系統(tǒng)的熔點(diǎn)為5000C，初始溫度為250C。問當(dāng)它突然受到6500C煙氣加熱后，為在1min內(nèi)發(fā)生報(bào)警訊號(hào)，導(dǎo)線的直徑應(yīng)限在多少以下？設(shè)復(fù)合換熱器的表面換熱系數(shù)為。 解：采用集總參數(shù)法得： ，要使元件報(bào)警則 ，代入數(shù)據(jù)得D0.669mm驗(yàn)證Bi數(shù)：，故可采用集總參數(shù)法。3-51、已知：要在寒冷地區(qū)埋設(shè)水管，把地球簡(jiǎn)化成半無(wú)限大的物體，冬天用較長(zhǎng)時(shí)間內(nèi)地球表面突然處于較低的平均溫度這樣一種物理過程來(lái)模擬。某處地層的，地球表面溫度由原來(lái)均與的15突然下降到-20，并達(dá)50天之久。求：估算為使埋管上不出現(xiàn)霜凍而必須的最淺埋設(shè)深度。解：埋管的深度應(yīng)使五十天后該處的溫度仍大于等于零度。因

18、而得，由誤差函數(shù)表查得，所以。第四章離散方程的建立4-5、試將直角坐標(biāo)中的常物性無(wú)內(nèi)熱源的二維穩(wěn)態(tài)導(dǎo)熱微分方程化為顯式差分格式，并指出其穩(wěn)定性條件（。解：常物性無(wú)內(nèi)熱源二維非穩(wěn)態(tài)方程微分方程為 擴(kuò)散項(xiàng)取中心差分，非穩(wěn)態(tài)項(xiàng)取向前差分：所以有 穩(wěn)定性條件 第五章復(fù)習(xí)題1、試用簡(jiǎn)明的語(yǔ)言說(shuō)明熱邊界層的概念。答：在壁面附近的一個(gè)薄層內(nèi)，流體溫度在壁面的法線方向上發(fā)生劇烈變化，而在此薄層之外，流體的溫度梯度幾乎為零，固體表面附近流體溫度發(fā)生劇烈變化的這一薄層稱為溫度邊界層或熱邊界層。2、與完全的能量方程相比，邊界層能量方程最重要的特點(diǎn)是什么？答：與完全的能量方程相比，它忽略了主流方向溫度的次變化率，因此

19、僅適用于邊界層內(nèi)，不適用整個(gè)流體。3、式（54）與導(dǎo)熱問題的第三類邊界條件式（217）有什么區(qū)別？答：（54） （211）式（54）中的h是未知量，而式（217）中的h是作為已知的邊界條件給出，此外（217）中的為固體導(dǎo)熱系數(shù)而此式為流體導(dǎo)熱系數(shù)，式（54）將用來(lái)導(dǎo)出一個(gè)包括h的無(wú)量綱數(shù)，只是局部表面?zhèn)鳠嵯禂?shù)，而整個(gè)換熱表面的表面系數(shù)應(yīng)該把牛頓冷卻公式應(yīng)用到整個(gè)表面而得出。4、式（54）表面，在邊界上垂直壁面的熱量傳遞完全依靠導(dǎo)熱，那么在對(duì)流換熱中，流體的流動(dòng)起什么作用？答：固體表面所形成的邊界層的厚度除了與流體的粘性有關(guān)外還與主流區(qū)的速度有關(guān)，流動(dòng)速度越大，邊界層越薄，因此導(dǎo)熱的熱阻也就越小

20、，因此起到影響傳熱大小5、對(duì)流換熱問題完整的數(shù)字描述應(yīng)包括什么內(nèi)容？既然對(duì)大多數(shù)實(shí)際對(duì)流傳熱問題尚無(wú)法求得其精確解，那么建立對(duì)流換熱問題的數(shù)字描述有什么意義？ 答：對(duì)流換熱問題完整的數(shù)字描述應(yīng)包括：對(duì)流換熱微分方程組及定解條件，定解條件包括，（1）初始條件 （2）邊界條件 （速度、壓力及溫度）建立對(duì)流換熱問題的數(shù)字描述目的在于找出影響對(duì)流換熱中各物理量之間的相互制約關(guān)系，每一種關(guān)系都必須滿足動(dòng)量，能量和質(zhì)量守恒關(guān)系，避免在研究遺漏某種物理因素。比擬理論5-13來(lái)流溫度為20、速度為4m/s空氣沿著平板流動(dòng)，在距離前沿點(diǎn)為2m處的局部切應(yīng)力為多大？如果平板溫度為50，該處的對(duì)流傳熱表面?zhèn)鳠嵯禂?shù)是

21、多少？第六章復(fù)習(xí)題1、什么叫做兩個(gè)現(xiàn)象相似，它們有什么共性？答：指那些用相同形式并具有相同內(nèi)容的微分方程式所描述的現(xiàn)象，如果在相應(yīng)的時(shí)刻與相應(yīng)的地點(diǎn)上與現(xiàn)象有關(guān)的物理量一一對(duì)于成比例，則稱為兩個(gè)現(xiàn)象相似。凡相似的現(xiàn)象，都有一個(gè)十分重要的特性，即描述該現(xiàn)象的同名特征數(shù)（準(zhǔn)則）對(duì)應(yīng)相等。（1） 初始條件。指非穩(wěn)態(tài)問題中初始時(shí)刻的物理量分布。（2） 邊界條件。所研究系統(tǒng)邊界上的溫度（或熱六密度）、速度分布等條件。（3） 幾何條件。換熱表面的幾何形狀、位置、以及表面的粗糙度等。（4） 物理?xiàng)l件。物體的種類與物性。2試舉出工程技術(shù)中應(yīng)用相似原理的兩個(gè)例子3當(dāng)一個(gè)由若干個(gè)物理量所組成的試驗(yàn)數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)換成數(shù)目較

22、少的無(wú)量綱以后，這個(gè)試驗(yàn)數(shù)據(jù)的性質(zhì)起了什么變化？4外掠單管與管內(nèi)流動(dòng)這兩個(gè)流動(dòng)現(xiàn)象在本質(zhì)上有什么不同？5、對(duì)于外接管束的換熱，整個(gè)管束的平均表面?zhèn)鳠嵯禂?shù)只有在流動(dòng)方向管排數(shù)大于一定值后才與排數(shù)無(wú)關(guān)，試分析原因。答：因后排管受到前排管尾流的影響（擾動(dòng)）作用對(duì)平均表面?zhèn)鳠嵯禂?shù)的影響直到10排管子以上的管子才能消失。6、試簡(jiǎn)述充分發(fā)展的管內(nèi)流動(dòng)與換熱這一概念的含義。答：由于流體由大空間進(jìn)入管內(nèi)時(shí)，管內(nèi)形成的邊界層由零開始發(fā)展直到管子的中心線位置，這種影響才不發(fā)生變法，同樣在此時(shí)對(duì)流換熱系數(shù)才不受局部對(duì)流換熱系數(shù)的影響。7、什么叫大空間自然對(duì)流換熱？什么叫有限自然對(duì)流換熱？這與強(qiáng)制對(duì)流中的外部流動(dòng)和內(nèi)

23、部流動(dòng)有什么異同？答：大空間作自然對(duì)流時(shí)，流體的冷卻過程與加熱過程互不影響，當(dāng)其流動(dòng)時(shí)形成的邊界層相互干擾時(shí)，稱為有限空間自然對(duì)流。這與外部流動(dòng)和內(nèi)部流動(dòng)的劃分有類似的地方，但流動(dòng)的動(dòng)因不同，一個(gè)由外在因素引起的流動(dòng)，一個(gè)是由流體的溫度不同而引起的流動(dòng)。 8簡(jiǎn)述射流沖擊傳熱時(shí)被沖擊表面上局部表面?zhèn)鳠嵯禂?shù)的分布規(guī)律9簡(jiǎn)述的物理意義數(shù)有什么區(qū)別？10對(duì)于新遇到的一種對(duì)流傳熱現(xiàn)象，在從參考資料中尋找換熱的特征數(shù)方程時(shí)要注意什么？相似原理與量綱分析61 、在一臺(tái)縮小成為實(shí)物1/8的模型中，用200C的空氣來(lái)模擬實(shí)物中平均溫度為2000C空氣的加熱過程。實(shí)物中空氣的平均流速為6.03m/s，問模型中的流

24、速應(yīng)為若干？若模型中的平均表面?zhèn)鳠嵯禂?shù)為195W/(m2K)，求相應(yīng)實(shí)物中的值。在這一實(shí)物中，模型與實(shí)物中流體的Pr數(shù)并不嚴(yán)格相等，你認(rèn)為這樣的?；囼?yàn)有無(wú)實(shí)用價(jià)值？ 614、已知：下的空氣在內(nèi)徑為76mm的直管內(nèi)流動(dòng)，入口溫度為65，入口體積流量為，管壁的平均溫度為180。 求：管子多長(zhǎng)才能使空氣加熱到115。 解：定性溫度，相應(yīng)的物性值為： 在入口溫度下，故進(jìn)口質(zhì)量流量：，先按計(jì)， 空氣在115 時(shí)，65時(shí)，。故加熱空氣所需熱量為： 采用教材P165上所給的大溫差修正關(guān)系式：。所需管長(zhǎng)： ，需進(jìn)行短管修正。采用式（5-64）的關(guān)系式：，所需管長(zhǎng)為2.96/1.0775=2.75m。6-33

25、、已知：直徑為0.1mm的電熱絲與氣流方向垂直的放置，來(lái)流溫度為20，電熱絲溫度為40，加熱功率為17.8W/m。略去其它的熱損失。 求：此時(shí)的流速。解：定性溫度，。先按表5-5中的第三種情況計(jì)算，側(cè)，符合第二種情形的適用范圍。故得：。第七章思考題1.什么叫膜狀凝結(jié)，什么叫珠狀凝結(jié)?膜狀凝結(jié)時(shí)熱量傳遞過程的主要阻力在什么地方？答：凝結(jié)液體在壁面上鋪展成膜的凝結(jié)叫膜狀凝結(jié)，膜狀凝結(jié)的主要熱阻在液膜層，凝結(jié)液體在壁面上形成液珠的凝結(jié)叫珠狀凝結(jié)。2在努塞爾關(guān)于膜狀凝結(jié)理論分析的8條假定中，最主要的簡(jiǎn)化假定是哪兩條?答：第3條，忽略液膜慣性力，使動(dòng)量方程得以簡(jiǎn)化；第5條，膜內(nèi)溫度是線性的，即膜內(nèi)只有導(dǎo)

26、熱而無(wú)對(duì)流，簡(jiǎn)化了能量方程。3有人說(shuō)，在其他條件相同的情況下水平管外的凝結(jié)換熱一定比豎直管強(qiáng)烈，這一說(shuō)法一定成立？答；這一說(shuō)法不一定成立，要看管的長(zhǎng)徑比。4為什么水平管外凝結(jié)換熱只介紹層流的準(zhǔn)則式？常壓下的水蒸氣在的水平管外凝結(jié)，如果要使液膜中出現(xiàn)湍流，試近似地估計(jì)一下水平管的直徑要多大?答：因?yàn)閾Q熱管徑通常較小，水平管外凝結(jié)換熱一般在層流范圍。對(duì)于水平橫圓管：臨界雷諾數(shù)由,查表：由，查表： 即水平管管徑達(dá)到2.07m時(shí)，流動(dòng)狀態(tài)才過渡到湍流。5試說(shuō)明大容器沸騰的曲線中各部分的換熱機(jī)理。6對(duì)于熱流密度可控及壁面溫度可控的兩種換熱情形，分別說(shuō)明控制熱流密度小于臨界熱流密度及溫差小于臨界溫差的意義

27、，并針對(duì)上述兩種情形分別舉出一個(gè)工程應(yīng)用實(shí)例。答：對(duì)于熱流密度可控的設(shè)備，如電加熱器，控制熱流密度小于臨界熱流密度，是為了防止設(shè)備被燒毀，對(duì)于壁溫可控的設(shè)備，如冷凝蒸發(fā)器，控制溫差小于臨界溫差，是為了防止設(shè)備換熱量下降。7試對(duì)比水平管外膜狀凝結(jié)及水平管外膜態(tài)沸騰換熱過程的異同。答：穩(wěn)定膜態(tài)沸騰與膜狀凝結(jié)在物理上同屬相變換熱，前者熱量必須穿過熱阻較大的汽膜，后者熱量必須穿過熱阻較大的液膜，前者熱量由里向外，后者熱量由外向里。8從換熱表面的結(jié)構(gòu)而言，強(qiáng)化凝結(jié)換熱的基本思想是什么?強(qiáng)化沸騰換熱的基本思想是什么？答：從換熱表面的結(jié)構(gòu)而言，強(qiáng)化凝結(jié)換熱的基本思想是盡量減薄粘滯在換熱表面上液膜的厚度，強(qiáng)化

28、沸騰換熱的基本思想是盡量增加換熱表面的汽化核心數(shù)。9在你學(xué)習(xí)過的對(duì)流換熱中表面?zhèn)鳠嵯禂?shù)計(jì)算式中顯含換熱溫差的有哪幾種換熱方式？其他換熱方式中不顯含溫差是否意味著與溫差沒有任何關(guān)系?答：表面?zhèn)鳠嵯禂?shù)計(jì)算式中顯含換熱溫差的有凝結(jié)換熱和沸騰換熱。不顯含溫差并不意味著與溫差無(wú)關(guān)，溫差的影響隱含在公式適用范圍和物件計(jì)算中。10在圖7-14所示的沸騰曲線中，為什么穩(wěn)定膜態(tài)沸騰部分的曲線會(huì)隨t的增加而迅速上升?答：因?yàn)殡S著壁面過熱度的增加，輻射換熱的作用越加明顯。習(xí)題7-10、工廠中采用0.1MPa的飽和水蒸汽在一金屬豎直薄壁上凝結(jié)，對(duì)置于壁面另側(cè)的物體進(jìn)行加熱處理。已知豎壁與蒸汽接觸的表面的平均壁溫為70

29、，壁高1.2m寬30cm。在此條件下，一被加熱物體的平均溫度可以在半小時(shí)內(nèi)升高30，熱確定這物體的平均效容量。不考慮散熱損失。解：近似地取ts=100，。，設(shè)為層流h=，與假設(shè)一致。平均熱容量.7-35、水在1.013x105Pa的壓力下作飽和沸騰時(shí)，要使直徑為0.1mm及1mm的汽泡能在水中存在并長(zhǎng)大，加熱面附近水的過熱度各為多少?(利用克拉貝龍方程導(dǎo)出最小汽泡半徑算式的過程，可見本書第一版44節(jié)。)解：氣泡內(nèi)介質(zhì)與周圍流體達(dá)到熱平衡時(shí)，有，即，要使氣泡長(zhǎng)大，應(yīng)使，100時(shí)，有：，因而：當(dāng)R1mm，第八章1什么叫黑體？在熱輻射理論中為什么要引入這一概念？2溫度均勻得空腔壁面上的小孔具有黑體輻

30、射的特性，那么空腔內(nèi)部壁面的輻射是否也是黑體輻射？3試說(shuō)明，為什么在定義物體的輻射力時(shí)要加上半球空間及全部波長(zhǎng)的說(shuō)明？4黑體的輻射能按波長(zhǎng)是怎樣分布的？光譜吸收力的單位中分母的代表什么意義？5黑體的輻射按空間方向是怎樣分布的？定向輻射強(qiáng)度與空間方向無(wú)關(guān)是否意味著黑體的輻射能在半球空間各方向上是均勻分布的？6什么叫光譜吸收比？在不同光源的照耀下，物體常呈現(xiàn)不同的顏色，如何解釋？7對(duì)于一般物體，吸收比等于發(fā)射率在什么條件下才成立？8，說(shuō)明灰體的定義以及引入灰體的簡(jiǎn)化對(duì)工程輻射傳熱計(jì)算的意義9黑體的輻射具有漫射特性如何理解從黑體模型（溫度均勻的空腔器壁上的小孔）發(fā)出的輻射能也具有漫射特性呢？8-11

31、、把地球作為黑體表面，把太陽(yáng)看成是T=5800的黑體，試估算地球表面溫度。已知地球直徑為太陽(yáng)直徑為1.39m,兩者相距。地球?qū)μ盏妮椛淇梢暈?K黑體空間的輻射。解：如圖所示。地球投影面積對(duì)太陽(yáng)球心的張角為：（球面角）。地球表面的空間輻射熱平衡為：， 。8-13、從太陽(yáng)投射到地球大氣層外表面的輻射能經(jīng)準(zhǔn)確測(cè)定為1353W/。太陽(yáng)直徑為兩者相距m。若認(rèn)為太陽(yáng)是黑體，試估計(jì)其表面溫度。解：太陽(yáng)看成一個(gè)點(diǎn)熱源，太陽(yáng)投射在地球上的輻射總量為又所以T=5774K第九章思考題1、試述角系數(shù)的定義?！敖窍禂?shù)是一個(gè)純幾何因子”的結(jié)論是在什么前提下得出的? 答：表面1發(fā)出的輻射能落到表面2上的份額稱為表面對(duì)表面

32、2的角系數(shù)?！敖窍禂?shù)是一個(gè)純幾何因子” 的結(jié)論是在物體表面性質(zhì)及表面濕度均勻、物體輻射服從蘭貝特定律的前提下得出的。2、角系數(shù)有哪些特性?這些特性的物理背景是什么? 答：角系數(shù)有相對(duì)性、完整性和可加性。相對(duì)性是在兩物體處于熱平衡時(shí)，凈輻射換熱量為零的條件下導(dǎo)得的；完整性反映了一個(gè)由幾個(gè)表面組成的封閉系統(tǒng)中。任一表面所發(fā)生的輻射能必全部落到封閉系統(tǒng)的各個(gè)表面上；可加性是說(shuō)明從表面1發(fā)出而落到表面2上的總能量等于落到表面2上各部份的輻射能之和。3、為什么計(jì)算個(gè)表面與外界之間的凈輻射換熱量時(shí)要采用封閉腔的模型? 答：因?yàn)槿我槐砻媾c外界的輻射換熱包括了該表面向空間各個(gè)方向發(fā)出的輻射能和從各個(gè)方向投入到

33、該表面上的輻射能。4、實(shí)際表面系統(tǒng)與黑體系統(tǒng)相比，輻射換熱計(jì)算增加了哪些復(fù)雜性? 答：實(shí)際表面系統(tǒng)的輻射換熱存在表面間的多次重復(fù)反射和吸收，光譜輻射力不服從普朗克定律，光譜吸收比與波長(zhǎng)有關(guān)，輻射能在空間的分布不服從蘭貝特定律，這都給輻射換熱計(jì)算帶來(lái)了復(fù)雜性。5、什么是一個(gè)表面的自身輛射、投入輻射及有效輻射?有效輻射的引入對(duì)于灰體表面系統(tǒng)輻射換熱的計(jì)算有什么作用？ 答：由物體內(nèi)能轉(zhuǎn)變成輻射能叫做自身輻射，投向輻射表而的輻射叫做投入輻射，離開輻射表面的輻射叫做有效輻射，有效輻射概念的引入可以避免計(jì)算輻射換熱計(jì)算時(shí)出現(xiàn)多次吸收和反射的復(fù)雜性。6、對(duì)于溫度已知的多表面系統(tǒng)，試總結(jié)求解每一表面凈輻射換熱

34、量的基本步驟。 答：(1)畫出輻射網(wǎng)絡(luò)圖，寫出端點(diǎn)輻射力、表面熱阻和空間熱阻；(2)寫出由中間節(jié)點(diǎn)方程組成的方程組；(3)解方程組得到各點(diǎn)有效輻射；(4)由端點(diǎn)輻射力，有效輻射和表面熱阻計(jì)算各表面凈輻射換熱量。7、什么是輻射表面熱阻？什么是輻射空間熱阻？網(wǎng)絡(luò)法的實(shí)際作用你是怎樣認(rèn)識(shí)的？ 答：出輻射表面特性引起的熱阻稱為輻射表面熱阻，由輻射表面形狀和空間位置引起的熱阻稱為輻射空間熱阻，網(wǎng)絡(luò)法的實(shí)際作用是為實(shí)際物體表面之間的輻射換熱描述了清晰的物理概念和提供了簡(jiǎn)潔的解題方法。8、什么是遮熱板?試根據(jù)自己的切身經(jīng)歷舉出幾個(gè)應(yīng)用遮熱板的例子。 答：所謂遮熱板是指插人兩個(gè)輻射表面之間以削弱換熱的薄板。如

35、屋頂隔熱板、遮陽(yáng)傘都是我們生活中應(yīng)用遮熱板的例子。9、試述氣體輻射的基本特點(diǎn)。10、什么是氣體輻射的平均射線程長(zhǎng)？離開了氣體所處的幾何空間而談?wù)摎怏w的發(fā)射率與吸熱比有沒有實(shí)際意義？11、按式（9-29）當(dāng)s很大時(shí)氣體的趨近于1.能否認(rèn)為此時(shí)的氣體層具有黑體的性質(zhì)？12、9.5.1節(jié)中關(guān)于控制表面熱阻的討論是對(duì)圖9-37所示的同心圓柱面系統(tǒng)進(jìn)行的，其結(jié)論對(duì)于像圖9-15a所示的兩表面封閉系統(tǒng)是否也成立？13、圖9-39所示的電子器件機(jī)箱冷卻系統(tǒng)中，印制板上大功率元件布置在機(jī)箱出口處，試分析其原因。習(xí)題9-6、 試用簡(jiǎn)捷方法確定本題附圖中的角系數(shù)X1,2。 實(shí)際物體表面的輻射換熱9-23、兩塊平行

36、放置的平板表面發(fā)射率均為0.8，溫度t1=5270C及t2=270C，板間遠(yuǎn)小于板的寬度與高度。試計(jì)算：（1）板1的自身輻射；（2）對(duì)板1的投入輻射；（3）板1的反射輻射；（4）板1的有效輻射；（5）板2的有效輻射（6）板1、2間的輻射換熱量。9-45、已知：用裸露的熱電偶測(cè)定圓管氣流的溫度，熱電偶的指示值為170。管壁溫度90，氣流對(duì)熱節(jié)點(diǎn)的對(duì)流換熱系數(shù)為50W/（m2·K），熱節(jié)點(diǎn)表面發(fā)射率為0.6。求：氣流的真實(shí)溫度及測(cè)溫誤差。解：， ，測(cè)溫誤差：。9-60、已知：在一個(gè)刮風(fēng)的日子里，太陽(yáng)投射到一幢大樓的平屋頂上的輻射能為，屋頂與溫度為25的氣流間的對(duì)流換熱的表面?zhèn)鳠嵯禂?shù)為。天

37、空可以看著為-10的黑體。屋頂材料對(duì)太陽(yáng)能的吸收比為0.6，自身發(fā)射率為0.2。 求：屋頂表面在穩(wěn)態(tài)下的溫度。 解：穩(wěn)態(tài)下屋頂所吸收的太陽(yáng)能等于其向環(huán)境的字讓對(duì)流及輻射換熱量， 即：,由此得：， 解得： 。第十章思考題1、 所謂雙側(cè)強(qiáng)化管是指管內(nèi)側(cè)與管外側(cè)均為強(qiáng)化換熱表面得管子。設(shè)一雙側(cè)強(qiáng)化管用內(nèi)徑為di、外徑為d0的光管加工而成，試給出其總傳熱系數(shù)的表達(dá)式，并說(shuō)明管內(nèi)、外表面?zhèn)鳠嵯禂?shù)的計(jì)算面積。 2、 在圓管外敷設(shè)保溫層與在圓管外側(cè)設(shè)置肋片從熱阻分析的角度有什么異同？在什么情況下加保溫層反而會(huì)強(qiáng)化其傳熱而肋片反而會(huì)削弱其傳熱？答：在圓管外敷設(shè)保溫層和設(shè)置肋片都使表面換熱熱阻降低而導(dǎo)熱熱阻增加

38、，而一般情況下保溫使導(dǎo)熱熱阻增加較多，使換熱熱阻降低較少，使總熱阻增加，起到削弱傳熱的效果；設(shè)置肋片使導(dǎo)熱熱阻增加較少，而換熱熱阻降低較多，使總熱阻下降，起到強(qiáng)化傳熱的作用。但當(dāng)外徑小于臨界直徑時(shí)，增加保溫層厚度反而會(huì)強(qiáng)化傳熱。理論上只有當(dāng)肋化系數(shù)與肋面總效率的乘積小于1時(shí)，肋化才會(huì)削弱傳熱。3、 重新討論傳熱壁面為平壁時(shí)第二題中提出的問題。答：傳熱壁面為平壁時(shí)，保溫總是起削弱傳熱的作用，加肋是否起強(qiáng)化傳熱的作用還是取決于肋化系數(shù)與肋面總效率的乘積是否人于1。4、推導(dǎo)順流或逆流換熱器的對(duì)數(shù)平均溫差計(jì)算式時(shí)做了一些什么假設(shè)，這些假設(shè)在推導(dǎo)的哪些環(huán)節(jié)中加以應(yīng)用？討論對(duì)大多數(shù)間壁式換熱器這些假設(shè)的適用情形。5、對(duì)于三種情形，畫出順流與逆流時(shí)冷、熱流體溫度沿流動(dòng)方向的變化曲線，注意曲線的凹向與相對(duì)大小的關(guān)系。6、進(jìn)行傳熱器設(shè)計(jì)時(shí)所以據(jù)的基本方程是哪些？有人認(rèn)為傳熱單元數(shù)法不需要用到傳熱方程式，你同意嗎？答：換熱器設(shè)計(jì)所依據(jù)的