工程传热学第一版完整答案

传热学总复习

一、概念

1．热流量：单位时间内所传递的热量，单位？ 2．热流密度：单位传热面上的热流量，单位？

3．时间常数：采用集总参数法分析时，物体中过余温度随时间变化的关系式中的?cV/(hA)具有时间的量纲，称为时间常数。

时间常数的数值越小表示测温元件越能迅速地反映流体的温度变化。 4．毕渥数：Bi?h????/?1/ha??物体内部导热热阻

物体表面对流换热热阻5．傅里叶数Fo：：Fo?6．Nu, Re, Pr, Gr准数：

?2,是非稳态导热过程的无量纲时间

Nu?Re?Pr?hl?ul，表征壁面法向无量纲过余温度梯度的大小，由此梯度反映对流换热的强弱； ，表征流体流动时惯性力与粘滞力的相对大小，Re的大小能反映流态；

??a，物性准则，反映了流体的动量传递能力与热量传递能力的相对大小；

Gr?g?t?l3?2，表征浮升力与粘滞力的相对大小，Gr表示自然对流流态对换热的影响。

7．对流传热系数：单位时间内单位传热面当流体温度与壁面温度差为1K是的对流传热量，单位为W／(m2·K)。对流传热系数表示对流传热能力的大小。 8．温度梯度：在等温面法线方向上最大温度变化率。 9．热导率（导热系数）：物性参数，热流密度矢量与温度降度的比值

传热学第四版课后习题详解

第一章

思考题

1． 试用简练的语言说明导热、对流换热及辐射换热三种热传递方式之间的联系和区别。

答：导热和对流的区别在于：物体内部依靠微观粒子的热运动而产生的热量传递现象，称为导热；对流则是流体各部分之间发生宏观相对位移及冷热流体的相互掺混。联系是：在发生对流换热的同时必然伴生有导热。

导热、对流这两种热量传递方式，只有在物质存在的条件下才能实现，而辐射可以在真空中传播，辐射换热时不仅有能 量的转移还伴有能量形式的转换。

2． 以热流密度表示的傅立叶定律、牛顿冷却公式及斯忒藩－玻耳兹曼定律是应当熟记的传

热学公式。试写出这三个公式并说明其中每一个符号及其意义。

答：① 傅立叶定律：向的温度变化率，“－”表示热量传递的方向是沿着温度降低的方向。

② 牛顿冷却公式：固体表面温度；

q???dtdtdx，其中，q－热流密度；?－导热系数；dx－沿x方

q?h(tw?tf)，其中，q－热流密度；h－表面传热系数；tw－

4tf－流体的温度。

③ 斯忒藩－玻耳兹曼定律：q??T，其中，q－热流密度；?－斯忒藩－玻耳兹曼常数；T－辐射物体的热力学温度。

3． 导热系数、表面传热系数及传热系数的单位各是什么？哪些是物性参数，哪些与过程有

传热学试题

（环境科学与工程学院2003级使用）

班级 姓名 学号 成绩

一、概念题（34分）

得分 1.（6分）非周期性的加热或冷却过程可以分为哪两个阶段，它们各自有什么特征? 答：非周期性的加热或冷却过程可以分为初始状况阶段和正规状况阶段（2分）。前者的温度分布依然受着初始温度分布的影响，也就是说热扰动还没有扩散到整个系统，系统中仍然存在着初始状态，此时的温度场必须用无穷级数加以描述（2分）；而后者却是热扰动已经扩散到了整个系统，系统中各个地方的温度都随时间变化，此时温度分布可以用初等函数加以描述（2分）。 得分 2.（6分）时间常数是从什么导热问题中定义出来的？它与哪些因素有关？同一种物体导热过程中的时间常数是不是不变的？ 答：时间常数是从导热问题的集总参数系统分析中定义出来的，为

不难看出，它与系统（物体）的物性、形状大小相关，且与环境状况（换热状况）紧密相联（3分）。因此，同一物体处于不同环境其时间常数是不一样的（2分）。 3.（10分）写出对流换热过程中的无量纲准则Re数、Pr数、Pe数和Gr数的物理量组得分 成，指出它们各自表

传热学试题库

一、填空题

1、根据导热机理，水的气、液和固三态中 状态下的导热系数最小。 2、导热系数的主要影响因素是 和 。

3、二维、常物性、无内热源、直角坐标系中稳态导热微分方程式为 。 4、傅里叶定律的数学表达式是 ，式中负号表

示 。

5、如果测得通过一块厚为50mm的大木板的热流密度为40W/m2，木板两侧的表面温度分别为40℃和20℃，则该木板的导热系数为 _____________ ；若将加热热流密度提高到80W/m2，该木板的一侧表面温度为25℃，则另一侧的表面温度应为_____________。

6、一无内热源的无限大平板中的温度分布可表示成t?c1x2?c2x?c3的形式，其中c1、c2和c3 为已知的常数，导热系数为?。 此时可在x?10的表面处的热流密度为 。

7、通过单圆筒壁导热的热阻表达式为

8、一个含有内热源的大平板，其导热系数为50 W/(m?K)，测得在稳定情况下，

其内部温度分布为：t?50?2500x2，

传热学

摘要：

传热学是研究由温度差异引起的热量传递过程的科学。生成生活中，传热学应用广泛存在。对传热学的研究虽然由来已久，但其任然有着活力，虽然目前在一些行业取得了一定的成功，但是任然任重而道远，特别是当今基础工业，装备行业快速发展的时代犹是如此。

关键词：传热学 温度差 装备

一 传热学的发展

传热现象在我们的日常生活中十分普遍，不管是冬天取暖，还是夏天吹凉，不管是家里烧水，亦或是工厂炼油换热等，所有的这些现象无不包涵着传热学的相关知识。

早在1822年, 傅里叶根据大量的实验观察总结出了著名的导热公式即傅里叶导热定理，并在他的划时代名著—《热的解析理论》中通过严密的数学演绎奠定了现有热传导理论基础。从傅里叶导热定理出发,可以导出多维稳态和瞬态热传导方程[1]。由于对流换热的复杂性,人们更多的是采用实验的方法,其主要思路是利用N一S方程和能量方程,导出一些无量纲参数,利用大量的实验数据,拟合出无量纲数之间的准则关系式,并且根据相似理论,对相似理论进行推广使用来求解。 Prandil观察到对流过程中在贴近壁面处有一蠕动的薄层,大胆提出了边界层理论,使得流体力学基本问题得到解决,对流换热的研究从而进人了理论化阶段。

热传递的三种基本方式

① Nu准则数的表达式为（A ）

② 根据流体流动的起因不同，把对流换热分为（ A）

A．强制对流换热和自然对流换热B．沸腾换热和凝结换热 C．紊流换热和层流换热D．核态沸腾换热和膜态沸腾换热 ③ 雷诺准则反映了（ A）

A．流体运动时所受惯性力和粘性力的相对大小

B．流体的速度分布与温度分布这两者之间的内在联系 C．对流换热强度的准则

D．浮升力与粘滞力的相对大小

④ 彼此相似的物理现象，它们的（ D）必定相等。

A．温度B．速度

C．惯性力D．同名准则数

⑤ 高温换热器采用下述哪种布置方式更安全？（ D）

A．逆流B．顺流和逆流均可 C．无法确定D．顺流

⑥ 顺流式换热器的热流体进出口温度分别为100℃和70℃，冷流体进出口温度分别为20℃和40℃，则其对数平均

温差等于（ ）

A．60.98℃B．50.98℃ C．44.98℃D．40.98℃

⑦ 7．为了达到降低壁温的目的，肋片应装在（ D）

A．热流体一侧B．换热系数较大一侧 C．冷流体一侧D．换热系数较小一侧

⑧ 黑体表面的有效辐射（ D）对应温度下黑体的辐射力。

A．大于B．小于 C．无法比较D．等于

⑨ 通过单位长度圆筒壁的热流密度的单位

传热学试题库

一、填空题

1、根据导热机理，水的气、液和固三态中 状态下的导热系数最小。 2、导热系数的主要影响因素是 和 。

3、二维、常物性、无内热源、直角坐标系中稳态导热微分方程式为 。 4、傅里叶定律的数学表达式是 ，式中负号表

示 。

5、如果测得通过一块厚为50mm的大木板的热流密度为40W/m2，木板两侧的表面温度分别为40℃和20℃，则该木板的导热系数为 _____________ ；若将加热热流密度提高到80W/m2，该木板的一侧表面温度为25℃，则另一侧的表面温度应为_____________。

6、一无内热源的无限大平板中的温度分布可表示成t?c1x2?c2x?c3的形式，其中c1、c2和c3 为已知的常数，导热系数为?。 此时可在x?10的表面处的热流密度为 。

7、通过单圆筒壁导热的热阻表达式为

8、一个含有内热源的大平板，其导热系数为50 W/(m?K)，测得在稳定情况下，

其内部温度分布为：t?50?2500x2，

第一章

思考题

1． 试用简练的语言说明导热、对流换热及辐射换热三种热传递方式之间的联系和区别。

答：导热和对流的区别在于：物体内部依靠微观粒子的热运动而产生的热量传递现象，称为导热；对流则是流体各部分之间发生宏观相对位移及冷热流体的相互掺混。联系是：在发生对流换热的同时必然伴生有导热。

导热、对流这两种热量传递方式，只有在物质存在的条件下才能实现，而辐射可以在真空中传播，辐射换热时不仅有能

量的转移还伴有能量形式的转换。

2． 以热流密度表示的傅立叶定律、牛顿冷却公式及斯忒藩－玻耳兹曼定律是应当熟记的传热学公

式。试写出这三个公式并说明其中每一个符号及其意义。

答：① 傅立叶定律：度变化率，“－”表示热量传递的方向是沿着温度降低的方向。

q???dtdtdx，其中，q－热流密度；?－导热系数；dx－沿x方向的温

② 牛顿冷却公式：q?h(tw?tf)，其中，q－热流密度；h－表面传热系数；tw－固体表面温度；tf－流体的温度。

③ 斯忒藩－玻耳兹曼定律：q??T，其中，q－热流密度；?－斯忒藩－玻耳兹曼常数；T－辐射物体的热力学温度。

3． 导热系数、表面传热系数及传热系数的单位各是什么？哪些是物性参数，哪些与过程有关？

答：① 导热系数的单位

一、（10分）如图所示的墙壁，其导热系数为50W/(m·K),厚度为50mm，在稳态情况下的墙壁内的一维温度分布为：t?200?2000x2，式中t的单位为℃，x单位为m．试求：

(1)墙壁两侧表面的热流密度；

(2)墙壁内单位体积的内热源生成的热量。

解：(1)由傅立叶定律：

q?Φdt??????(?4000x)?4000?xW/m2 AdxO x t ??50mm t?200?2000x2(2分)

所以墙壁两侧的热流密度：

(2)由导热微分方程

qx?0?4000??0?0W/m2 qx???4000?50?0.05?10000W/m2

d2tqv??0 dx2?(2分) (2分) (2分)

得：

d2tqv???2???(?4000)?4000?50?200000 W/m3

dx(2分)

二、（10分）用热电偶来测量气流的温度，热电偶结点可近似看作圆球，若气流和热电偶结点间的对流表面传热系数h?400W/(m2·K)，比定压热容CP?400 J/(kg·K)，密度??8000kg/m3。

（1）若时间常数为一秒，求热电偶结点的直径？

（2）若将初温为25℃、时间常数为1秒的热电偶放入200℃

华科版工程传热学课后习题答案做题的话也按照有答案的这些做就足够了。

第一章：1-3 一大平板，高2.5 m，宽2 m，厚 0.03m，导热系数为45 W/(m K)，两侧表面温度分别为t1 = 100 ℃， t2 = 80 ℃，试求该板的热阻、热流量、热流密度。

解: R

0.03

1.3 10 4K/W A 2.5 2 45

t

A

45 2.5 2

100 80

150KW 0.03

150 103

30KW/m2 q

A2.5 2

1-6一单层玻璃窗，高1.2m，宽1.5 m，玻璃厚0.3 mm，玻璃导热系数为 = 1.05

W/(m K)，室内外的空气温度分别为20 ℃和5 ℃，室内外空气与玻璃窗之间对流换热的表面传热系数分别为h1 = 5.5 W/(m2 K) 和h2 = 20 W/(m2 K)，试求玻璃窗的散热损失及玻璃的导热热阻、两侧的对流换热热阻。

解：q

tf1 tf211 h1 h2

20 5

63W/m2

10.0031 5.50.520

Q A q 113.5W R

0.003 3.3 10 3K/W A 1.2 1.5 0.5

11 0.101K/W Ah11.2 1.5