傳熱學問答題答案

1、1第一章第一章思考題思考題1試用簡練的語言說明導熱、對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：答：導熱和對流的區(qū)別在于：物體內(nèi)部依靠微觀粒子的熱運動而產(chǎn)生的熱量傳遞現(xiàn)象，稱為導熱；對流則是流體各部分之間發(fā)生宏觀相對位移及冷熱流體的相互摻混。聯(lián)系是：在發(fā)生對流換熱的同時必然伴生有導熱。導熱、對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現(xiàn)，而輻射可以在真空中傳播，輻射換熱時不僅有能量的轉(zhuǎn)移還伴有能量形式的轉(zhuǎn)換。2以熱流密

2、度表示的傅立葉定律、牛頓冷卻公式及斯忒藩－玻耳茲曼定律是應當熟記的傳熱學公式。試寫出這三個公式并說明其中每一個符號及其意義。答：答：①傅立葉定律：dxdtq???，其中，q－熱流密度；?－導熱系數(shù)；dxdt－沿x方向的溫度變化率，“－”表示熱量傳遞的方向是沿著溫度降低的方向。②牛頓冷卻公式：)(fwtthq??，其中，q－熱流密度；h－表面?zhèn)鳠嵯禂?shù)；wt－固體表面溫度；ft－流體的溫度。③斯忒藩－玻耳茲曼定律：4Tq??，其中，q－熱流

3、密度；?－斯忒藩－玻耳茲曼常數(shù)；T－輻射物體的熱力學溫度。3導熱系數(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？答：答：①導熱系數(shù)的單位是：W(m.K)；②表面?zhèn)鳠嵯禂?shù)的單位是：W(m2.K)；③傳熱系數(shù)的單位是：W(m2.K)。這三個參數(shù)中，只有導熱系數(shù)是物性參數(shù)，其它均與過程有關。4當熱量從壁面一側(cè)的流體穿過壁面?zhèn)鹘o另一側(cè)的流體時，冷、熱流體之間的換熱量可以通過其中任何一個環(huán)節(jié)來計算（過程是穩(wěn)態(tài)的），但本

4、章中又引入了傳熱方程式，并說它是“換熱器熱工計算的基本公式”。試分析引入傳熱方程式的工程實用意義。答：答：因為在許多工業(yè)換熱設備中，進行熱量交換的冷、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用鋁制的水壺燒開水時，盡管爐火很旺，但水壺仍然安然無恙。而一旦壺內(nèi)的水燒干后，水壺很快就燒壞。試從傳熱學的觀點分析這一現(xiàn)象。答：答：當壺內(nèi)有水時，可以對壺底進行很好的冷卻（水對壺底的對流換熱系數(shù)大），壺底的熱量被很

5、快傳走而不至于溫度升得很高；當沒有水時，和壺底發(fā)生對流換熱的是氣體，因為氣體發(fā)生對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。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，握杯子的手會顯著地感到熱。試分析其原因。答：答：當沒有攪拌時，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流換熱，自熱對流換熱的表面?zhèn)鳠嵯禂?shù)小，當快速攪拌時，杯內(nèi)的水和杯壁之間為強制對流換熱，表面?zhèn)鳠嵯禂?shù)大，熱水有

6、更多的熱量被傳遞到杯壁的外側(cè)，因此會顯著地感覺到熱。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：答：在一個串聯(lián)的熱量傳遞過程中，如果通過每個環(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：三塊無限大平板疊加構(gòu)成的平壁。例如通過圓筒壁，對于各個傳熱環(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.有兩個外形相同

7、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3答：答：能，因為在一邊絕熱其余三邊為相同邊界條件時，矩形物體內(nèi)部的溫度分布應為關于絕熱邊的中心線對稱分布。第三章第三章思考題思考題1.試說明集總參數(shù)法的物理概念及數(shù)學處理的特點答：當內(nèi)外熱阻之比趨于零時，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，以至于不需要關心溫度在空間的分布，溫度只是時間的函數(shù)，數(shù)學描述上由偏微分方程轉(zhuǎn)化為常微分方程、大

8、大降低了求解難度。2.在用熱電偶測定氣流的非穩(wěn)態(tài)溫度場時怎么才能改善熱電偶的溫度響應特性答：要改善熱電偶的溫度響應特性，即最大限度降低熱電偶的時間常數(shù)hAcvc???形狀上要降低體面比，要選擇熱容小的材料，要強化熱電偶表面的對流換熱。3.試說明”無限大平板”物理概念并舉出一二個可以按無限大平板處理的非穩(wěn)態(tài)導熱問題答；所謂“無限大”平板，是指其長寬尺度遠大于其厚度，從邊緣交換的熱量可以忽略不計，當平板兩側(cè)換熱均勻時，熱量只垂直于板面方向流

9、動。如薄板兩側(cè)均勻加熱或冷卻、爐墻或冷庫的保溫層導熱等情況可以按無限大平板處理。4.什么叫非穩(wěn)態(tài)導熱的正規(guī)狀態(tài)或充分發(fā)展階段這一階段在物理過程及數(shù)學處理上都有些什么特點答：非穩(wěn)態(tài)導熱過程進行到一定程度初始溫度分布的影響就會消失，雖然各點溫度仍隨時間變化但過余溫度的比值已與時間無關，只是幾何位置(?x)和邊界條件(Bi數(shù))的函數(shù)，亦即無量綱溫度分布不變，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)學處理十分便利，溫度分布計算只需取

10、無窮級數(shù)的首項進行計算。5.有人認為當非穩(wěn)態(tài)導熱過程經(jīng)歷時間很長時采用圖37記算所得的結(jié)果是錯誤的.理由是：這個圖表明物體中各點的過余溫度的比值與幾何位置及Bi有關而與時間無關.但當時間趨于無限大時物體中各點的溫度應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明你的理由。答：我不同意這種看法，因為隨著時間的推移，雖然物體中各點過余溫度的比值不變但各點溫度的絕對值在無限接近。這與物體中各點溫度趨近流體溫度的事實并不矛盾。6.試說明