傳熱學(xué)習(xí)習(xí)題及答案

1、1. 流動(dòng)邊界層固體壁面附近流體，由于粘性導(dǎo)致速度急劇變化的薄層稱為流動(dòng)邊界層（速度邊界層）2. 定性溫度用以確定特征數(shù)中流體物性的溫度稱為定性溫度。3. 灰體光譜吸收比與波長無關(guān)的物體稱為灰體。4. 輻射力指單位時(shí)間、單位面積的輻射表面向半球空間所有方向所發(fā)射的全部波長的總能量。1. 經(jīng)過白天太陽底下曬過的棉被，晚上蓋起來感到暖和，并且經(jīng)過拍打以后，效果更加明顯，試解釋原因。（6分）答：棉被經(jīng)過晾曬以后，可使棉花的空隙進(jìn)入更多的空氣，而空氣在狹小的棉絮空間里的熱量傳遞方式主要是導(dǎo)熱，由于空氣的導(dǎo)熱系數(shù)較小，具有良好的保溫性能。而經(jīng)過拍打的棉被可以讓更多的空氣進(jìn)入，因而效果更明顯。2. 寫出傅

2、立葉導(dǎo)熱定律表達(dá)式，并說明式中各量和符號的物理意義。（6分）答：其中q是熱流密度矢量；l是到導(dǎo)熱系數(shù)，表示物質(zhì)導(dǎo)熱本領(lǐng)的大小；gradt是空間某點(diǎn)的溫度梯度；n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，負(fù)號表示熱量沿溫度降低的方向傳遞。3. 寫出努塞爾數(shù)Nu與畢渥數(shù)Bi表達(dá)式并比較異同。（6分）答：從形式上看，Nu數(shù)（）與Bi數(shù)（）完全相同，但二者的物理意義卻不同。Nu數(shù)中l(wèi)為流體的導(dǎo)熱系數(shù)，而一般h未知，因而Nu數(shù)一般是待定準(zhǔn)則。Nu數(shù)的物理意義表示壁面附近流體的無量綱溫度梯度，它表示流體對流換熱的強(qiáng)弱。而Bi數(shù)中的l為導(dǎo)熱物體的導(dǎo)熱系數(shù)，且一般情況下h已知，Bi數(shù)一般是已定準(zhǔn)

3、則。Bi數(shù)的物理意義是導(dǎo)熱題內(nèi)部導(dǎo)熱熱阻（l/l）與外部對流熱阻（1/h）的相對大小。4. 厚度等于d 的常物性無限大平板，初始溫度均勻?yàn)閠0，過程開始后，左側(cè)有一定熱流密度qw的熱源加熱，右側(cè)與低溫流體tf相接觸（t0>tf），表面?zhèn)鳠嵯禂?shù)h等于常數(shù)，所有物性參數(shù)已知，寫出該導(dǎo)熱問題的數(shù)學(xué)描述。（6分）答：這是一個(gè)沿平板厚度方向的一維非穩(wěn)態(tài)導(dǎo)熱問題，其微分方程、邊界及初始條件為微分方程：初始條件：邊界條件： 1.導(dǎo)熱微分方程的一般形式為,當(dāng)熱物性參數(shù)為常數(shù)時(shí)，上式可表示為 ；對于常物性參數(shù)，無內(nèi)熱源的二維非穩(wěn)態(tài)導(dǎo)熱問題可表示為；對于常物性參數(shù)，無內(nèi)熱源的一維穩(wěn)態(tài)導(dǎo)熱可表示為。2. 多層

4、平壁熱流密度計(jì)算公式為 。3.供暖系統(tǒng)中暖氣片內(nèi)的熱水通過 對流 方式把熱量傳到管子內(nèi)壁,然后以. 導(dǎo)熱 方式熱量傳到管子外壁，最后通過 對流+熱輻射 方式，使室內(nèi)環(huán)境溫度升高。4. 已知等截面直肋中沿肋高x過余溫度分布與肋根部過余溫度0之間關(guān)系為 由此可得肋端部H過余溫度為5. 對流換熱的種類按照流動(dòng)的動(dòng)力不同可分為 強(qiáng)制 對流和 自然 對流。6.二維穩(wěn)態(tài)導(dǎo)熱的有限差分方程。1. 用裝有油的鐵套和玻璃水銀溫度計(jì)測量蒸汽管道中的溫度，溫度計(jì)讀數(shù)為100，套筒根部溫度為60，套筒高度H=140mm，壁厚1mm，鐵套導(dǎo)熱系數(shù)為，鐵套外表面與蒸汽間的換熱系數(shù)為(W/m2K)，試分析溫度計(jì)讀數(shù)誤差有多

5、大(10分)解：溫度計(jì)讀得的溫度tH與壓縮空氣真實(shí)溫度tf間的聯(lián)系可表示為：當(dāng)x=H時(shí)， 于是周長U=d，套管壁橫截面Af=d。所以由附表查得ch=, 測試獲得的溫度和實(shí)際溫度相差3.8。2 一直徑為10cm，長60cm的鋼圓柱體，初始溫度為30，將其放入爐溫為1200的加熱爐中加熱，升溫到800后方可取出，設(shè)圓柱體與爐內(nèi)煙氣之間的復(fù)合表面?zhèn)鳠嵯禂?shù)為110W/，鋼的物性參數(shù)分別為c=，=7753(kg/m3)，（W/）需要多長時(shí)間(10分)解：首先采用集總參數(shù)法判據(jù)可以采用集總參數(shù)法。解：定性溫度：tm(17030)/2=100查附錄5得：lm×10-2W/(m)nm=×1

6、0-6m2/sPrm空氣的體脹系數(shù)av1/T1/373K-1由此計(jì)算出：按表6-1處于紊流流態(tài)，C，n1/3Num=(Grm Prm)1/3=××1011×1/3=4. 有一圓柱體，如下圖所示，表面1溫度，發(fā)射率，表面2溫度，發(fā)射率，圓柱面3為重輻射表面，角系數(shù)。求表面1和表面2間的輻射換熱量 (10分)解：熱阻網(wǎng)絡(luò)圖如下 , , , 優(yōu)先看上面這一部分1. 導(dǎo)溫系數(shù)，式中式物體的導(dǎo)熱系數(shù)，和分別為物體的密度和定壓比熱容。是材料傳播溫度變化能力大小的指標(biāo)。2. 流動(dòng)邊界層固體壁面附近流體，由于粘性導(dǎo)致速度急劇變化的薄層稱為流動(dòng)邊界層（速度邊界層）3. 角系數(shù)表面1

7、發(fā)出的輻射能中落到表面2上的百分?jǐn)?shù)稱為表面1對表面2的角系數(shù)。4. 發(fā)射率實(shí)際物體的輻射力與同溫度下黑體輻射力的比值稱為實(shí)際物體的發(fā)射率。1. 寫出熱擴(kuò)散率的表達(dá)式，并說明其物理意義。（6分）答：熱擴(kuò)散率（導(dǎo)溫系數(shù)），反映了導(dǎo)熱過程中材料的導(dǎo)熱能力（）與沿途物質(zhì)儲(chǔ)熱能力（c ）之間的關(guān)系。a值大，說明物體的某一部分一旦獲得熱量，該熱量能在整個(gè)物體中很快擴(kuò)散。2. 經(jīng)過白天太陽底下曬過的棉被，晚上蓋起來感到暖和，并且經(jīng)過拍打以后，效果更加明顯，試解釋原因。（6分）答：棉被經(jīng)過晾曬以后，可使棉花的空隙進(jìn)入更多的空氣，而空氣在狹小的棉絮空間里的熱量傳遞方式主要是導(dǎo)熱，由于空氣的導(dǎo)熱系數(shù)較小，具有良好

8、的保溫性能。而經(jīng)過拍打的棉被可以讓更多的空氣進(jìn)入，因而效果更明顯。3. 寫出努塞爾數(shù)Nu與畢渥數(shù)Bi表達(dá)式并比較異同。（6分）答：從形式上看，Nu數(shù)（）與Bi數(shù)（）完全相同，但二者的物理意義卻不同。Nu數(shù)中l(wèi)為流體的導(dǎo)熱系數(shù)，而一般h未知，因而Nu數(shù)一般是待定準(zhǔn)則。Nu數(shù)的物理意義表示壁面附近流體的無量綱溫度梯度，它表示流體對流換熱的強(qiáng)弱。而Bi數(shù)中的l為導(dǎo)熱物體的導(dǎo)熱系數(shù)，且一般情況下h已知，Bi數(shù)一般是已定準(zhǔn)則。Bi數(shù)的物理意義是導(dǎo)熱體內(nèi)部導(dǎo)熱熱阻（l/l）與外部對流熱阻（1/h）的相對大小。4. 厚度等于d 的常物性無限大平板，初始溫度均勻?yàn)閠0，過程開始后，左側(cè)有一定熱流密度qw的熱源

9、加熱，右側(cè)與低溫流體tf相接觸（t0>tf），表面?zhèn)鳠嵯禂?shù)h等于常數(shù)，所有物性參數(shù)已知，寫出該導(dǎo)熱問題的數(shù)學(xué)描述。（6分）答：這是一個(gè)沿平板厚度方向的一維非穩(wěn)態(tài)導(dǎo)熱問題，其微分方程、邊界及初始條件為微分方程：初始條件：邊界條件： 1.供暖系統(tǒng)中暖氣片內(nèi)的熱水通過 對流 方式把熱量傳到管子內(nèi)壁,然后以. 導(dǎo)熱 方式熱量傳到管子外壁，最后通過 對流+熱輻射 方式，使室內(nèi)環(huán)境溫度升高。2. 多層平壁熱流密度計(jì)算公式為 。3.導(dǎo)熱微分方程的一般形式為,當(dāng)熱物性參數(shù)為常數(shù)時(shí)，上式可表示為 ；對于常物性參數(shù)，無內(nèi)熱源的二維非穩(wěn)態(tài)導(dǎo)熱問題可表示為；對于常物性參數(shù)，無內(nèi)熱源的一維穩(wěn)態(tài)導(dǎo)熱可表示為。4.

10、已知等截面直肋中沿肋高x過余溫度分布與肋根部過余溫度0之間關(guān)系為 由此可得肋端部H過余溫度為5. 對流換熱的種類按照流動(dòng)的動(dòng)力不同可分為 強(qiáng)制 對流和 自然 對流。6.二維穩(wěn)態(tài)導(dǎo)熱的有限差分方程。1. 某房間墻壁（從外到內(nèi)）由一層厚度為240mm的磚層和一層厚度為20mm的灰泥構(gòu)成。冬季外壁面溫度為-10，內(nèi)壁面溫度為18時(shí)。求1）通過該墻體的熱流密度是多少2）兩層材料接觸面的溫度是多少已知磚的導(dǎo)熱系數(shù)l=(mK)，灰泥的導(dǎo)熱系數(shù)l=(mK)。解：令磚層為1層，灰泥層為2層。外壁面為1，內(nèi)壁面為2，中間接觸面為3。2 一直徑為10cm，長60cm的鋼圓柱體，初始溫度為30，將其放入爐溫為1200的加熱爐中加熱，升溫到800后方可取出，設(shè)圓柱體與爐內(nèi)煙氣之間的復(fù)合表面?zhèn)鳠嵯禂?shù)為110W/，鋼的物性參數(shù)分別為c=，=7753(kg/m3)，（W/）需要多長時(shí)間解：首先采用集總參數(shù)法判據(jù)可以采用集總參數(shù)法。3.某窯爐，側(cè)墻高3m，總長12m，爐墻外壁壁溫tw=170。已知周圍空氣溫度tf=30,試求此側(cè)墻的自然對流散熱量。解：定性溫度：tm(17030)/2=100查附錄5得：lm×10-2W/(m)nm=×10-6m2/sPrm空氣的體脹系數(shù)av1/T1/373K-1由此計(jì)算出：按表6-1處于紊流