传热学简答题及答案

一、基本概念

主要包括导热、对流换热、辐射换热的特点及热传递方式辨析。

1、冬天，经过在白天太阳底下晒过的棉被，晚上盖起来感到很暖和，并且经过拍打以后，效果更加明显。试解释原因。

答：棉被经过晾晒以后，可使棉花的空隙里进人更多的空气。而空气在狭小的棉絮空间里的热量传递方式主要是导热，由于空气的导热系数较小(20℃，1.01325×10Pa时，空气导热系数为0.0259W/(m·K)，具有良好的保温性能。而经过拍打的棉被可以让更多的空气进入，因而效果更明显。

2、夏季在维持20℃的室内工作，穿单衣感到舒适，而冬季在保持22℃的室内工作时，却必须穿绒衣才觉得舒服。试从传热的观点分析原因。

答：首先，冬季和夏季的最大区别是室外温度的不同。夏季室外温度比室内气温高，因此通过墙壁的热量传递方向是出室外传向室内。而冬季室外气温比室内低，通过墙壁的热量传递方向是由室内传向室外。因此冬季和夏季墙壁内表面温度不同，夏季高而冬季低。因此，尽管冬季室内温度(22℃)比夏季略高(20℃)，但人体在冬季通过辐射与墙壁的散热比夏季高很多。根据上题人体对冷感的感受主要是散热量的原理，在冬季散热量大，因此要穿厚一些的绒衣。

3、试分析室内暖气片的散热过程，各环节有哪些热量传

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

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. 流动边界层

固体壁面附近流体，由于粘性导致速度急剧变化的薄层称为流动边界层（速度边界层）

2. 定性温度

用以确定特征数中流体物性的温度称为定性温度。 3. 灰体

光谱吸收比与波长无关的物体称为灰体。 4. 辐射力 指单位时间、单位面积的辐射表面向半球空间所有方向所发射的全部波长的总能量。

1. 经过白天太阳底下晒过的棉被，晚上盖起来感到暖和，并且经过拍打以后，效果更加明显，试解释原因。（6分）

答：棉被经过晾晒以后，可使棉花的空隙进入更多的空气，而空气在狭小的棉絮空间里的热量传递方式主要是导热，由于空气的导热系数较小，具有良好的保温性能。而经过拍打的棉被可以让更多的空气进入，因而效果更明显。 2. 写出傅立叶导热定律表达式，并说明式中各量和符号的物理意义。（6分）

?t答：q???gradt???n

?n其中q是热流密度矢量；?是到导热系数，表示物质导热本领的大小；gradt是 空间某点的温度梯度；n是通过该点的等温线上的法向单位矢量，指向温度升高的方向，负号表示热量沿温度降低的方向传递。

3. 写出努塞尔数Nu与毕渥数Bi表达式并比较异同。（6分）

hlhl答：从形式上看，Nu数（Nu?）与Bi数（Bi?）完全相同，但二者的物

??理

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

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℃

传热学基础试题

一、选择题

1．对于燃气加热炉：高温烟气→内炉壁→外炉壁→空气的传热过程次序为

A.复合换热、导热、对流换热 B.对流换热、复合换热、导热 C.导热、对流换热、复合换热 D.复合换热、对流换热、导热 2．温度对辐射换热的影响（ ）对对流换热的影响。

A.等于 B.大于 C.小于

D.可能大于、小于

3．对流换热系数为1000W/（m2·K）、温度为77℃的水流经27℃的壁面，其对流换热的热流密度为（ ）

A.8×104W/m2 B.6×104 W/m2 C.7×104 W/m2 D.5×104 W/m2

4．在无内热源、物性为常数且温度只沿径向变化的一维圆筒壁(t1 >t2,r1

A.

dtdtdtdtdtdt B. C. ???drr?r1drr?r2drr?r1drr?r2drr?r1drr?r25．黑体的有效辐射____其本身辐射,而灰体的有效辐射（ ）其本身辐射。 A．等于 等于 B.等于 大于 C.大于 大于 D.大于 等于 6．有一个由四个

号学 名姓 级班 称名程课 )院(系

课程名称: 传热学 ( A卷 闭开卷) 三、计算题（共70分） 适用专业年级 : 过控06级 考试时间: 120 分钟 1、某房间墙壁（从外到内）由一层厚度为的砖和一层厚度为的灰泥构成。冬季外 壁面温度为℃，内壁面温度为18℃时。求①通过该墙体的热流密度是多少？②两层材料接题号 一 二 三 四 五 六 七 八 九 十 总分 触面的温度是多少？已知砖的导热系数，灰泥的导热系数。统分人 题分 12 15 73 100 签名 （共14分，每小题7分） 得分 2、热电偶的热接点近似认为是直径0.5 的球形，热电偶材料的，，。热电偶初始温度为25℃，突然将其放入120℃的气流中， 考生注意事项：1、本试卷共 1 页，试卷如有缺页或破损，请立即举手报告以便更换。 热电偶表面与气流间对流换热的表面传热系数，试求①热电偶的过余温度达到 2、考试结束后，考生不得将试卷、答题纸和草稿纸带出考场。(答案请写在密封线内和纸卷正面，否则不记

第一章

1-3 宇宙飞船的外遮光罩是凸出于飞船船体之外的一个光学窗口，其表面的温度状态直接影响到飞船的光学遥感器。船体表面各部分的表明温度与遮光罩的表面温度不同。试分析，飞船在太空中飞行时与遮光罩表面发生热交换的对象可能有哪些？换热方式是什么？ 解：遮光罩与船体的导热

遮光罩与宇宙空间的辐射换热

1-4 热电偶常用来测量气流温度。用热电偶来测量管道中高温气流的温度，管壁温度小于气流温度，分析热电偶节点的换热方式。 解：结点与气流间进行对流换热 与管壁辐射换热 与电偶臂导热

1-6 一砖墙表面积为12m2，厚度为260mm，平均导热系数为1.5 W/(m·K)。设面向室内的表面温度为25℃，而外表面温度为－5℃，确定此砖墙向外散失的热量。

1-9 在一次测量空气横向流过单根圆管对的对流换热试验中，得到下列数据：管壁平均温度69℃，空气温度20℃，管子外径14mm，加热段长80mm，输入加热段的功率为8.5W。如果全部热量通过对流换热传给空气，此时的对流换热表面积传热系数为？

1-17 有一台气体冷却器，气侧表面传热系数95 W/(m2·K)，壁面厚2.5mm，导热系数46.5 W/(m·K)，

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传热学课后习题答案

第一章 1-3 宇宙飞船的外遮光罩是凸出于飞船船体之外的一个光学窗口，其表面的温度状态直接影响到飞船的光学遥感器。船体表面各部分的表明温度与遮光罩的表面温度不同。试分析，飞船在太空中飞行时与遮光罩表面发生热交换的对象可能有哪些？换热方式是什么？ 解：遮光罩与船体的导热 遮光罩与宇宙空间的辐射换热 1-4 热电偶常用来测量气流温度。用热电偶来测量管道中高温气流的温度，管壁温度小于气流温度，分析热电偶节点的换热方式。 解：结点与气流间进行对流换热 与管壁辐射换热 与电偶臂导热 1-6 一砖墙表面积为12m2，厚度为260mm，平均导热系数为 W/(m·K)。设面向室内的表面温度为25℃，而外表面温度为－

5℃，确定此砖墙向外散失的热量。

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