传热学第四章思考题答案

第二章

思考题

1 试写出导热傅里叶定律的一般形式，并说明其中各个符号的意义。

?t??q＝－?gradt???n?x，其中：gradt为空间某点答：傅立叶定律的一般形式为：

??q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；为该处的

热流密度矢量。

2 已知导热物体中某点在x,y,z三个方向上的热流密度分别为qx,qy及qz，如何获得该

点的 热密度矢量？

???????q?q?i?q?j?q?kxyz答：，其中i,j,k分别为三个方向的单位矢量量。

3 试说明得出导热微分方程所依据的基本定律。

答：导热微分方程式所依据的基本定律有：傅立叶定律和能量守恒定律。 4 试分别用数学语言将传热学术语说明导热问题三种类型的边界条件。 答：① 第一类边界条件：??0时，tw?f1(?) ② 第二类边界条件：

??0时??(??(?t)w?f2(?)?x

③ 第三类边界条件：

5 试说明串联热阻叠加原则的内容及其使用条件。

答：在一个串联的热量传递过程中，如果通过每个环节的热流量都相同，则各串联环节的总热阻等于各串联环节热阻的和。使用条件是对于各个传热环节的传热面积必须相等。

7.通过圆筒壁的导热量仅与内、外半径之比有关而与半径的绝对值无

1、 烧开水时，为什么一旦水烧干了，铝壶就很容易烧坏？

答案：水侧沸腾的表面传热系数远大于火焰侧的表面传热系数，没烧干时，壶底更接近于水的温度，所以不会达到铝的熔点。

2、 同样是25°C的房子，为什么夏天可以穿衬衫，而冬天却要穿毛衣？ 答案：墙壁内侧温度夏天比冬天高。所以，人体向外辐射的能量冬天比夏天多，而自然对流和辐射换热处于同一数量级。

3、 电影《泰坦尼克号》里，为什么Jack冻死了，而Rose没有？

答案：一般来说，在相同温度和压力状态下，水的换热能力比空气强，所以Jack身体散热比Rose快。（物性的影响）

4、 中央电视台1999年9月5日的《科技博览》指出：72°C的铁和600°C

的木头摸上去的感觉是一样的，您知道为什么吗？ 答案：人手感觉到的冷暖实际上是热量传递的快慢，而铁的导（吸）热系数远大于木头的。

5、 摩托车手的膝盖需要特别的保温,你知道为什么吗?

答案：因为膝盖处的热边界层很薄（相当于外掠物体的前驻点），换热能力较强，该处与空气的换热量较大。

6、 冬天，隔着玻璃晒太阳感觉更暖和，为什么？

答案：普通玻璃对太阳辐射的光几乎完全穿透，而对常温下室内物体的红外辐射能量被阻挡在房间内，这一现象类似于“温室效应”。

7、

1、 烧开水时，为什么一旦水烧干了，铝壶就很容易烧坏？

答案：水侧沸腾的表面传热系数远大于火焰侧的表面传热系数，没烧干时，壶底更接近于水的温度，所以不会达到铝的熔点。

2、 同样是25°C的房子，为什么夏天可以穿衬衫，而冬天却要穿毛衣？ 答案：墙壁内侧温度夏天比冬天高。所以，人体向外辐射的能量冬天比夏天多，而自然对流和辐射换热处于同一数量级。

3、 电影《泰坦尼克号》里，为什么Jack冻死了，而Rose没有？

答案：一般来说，在相同温度和压力状态下，水的换热能力比空气强，所以Jack身体散热比Rose快。（物性的影响）

4、 中央电视台1999年9月5日的《科技博览》指出：72°C的铁和600°C

的木头摸上去的感觉是一样的，您知道为什么吗？ 答案：人手感觉到的冷暖实际上是热量传递的快慢，而铁的导（吸）热系数远大于木头的。

5、 摩托车手的膝盖需要特别的保温,你知道为什么吗?

答案：因为膝盖处的热边界层很薄（相当于外掠物体的前驻点），换热能力较强，该处与空气的换热量较大。

6、 冬天，隔着玻璃晒太阳感觉更暖和，为什么？

答案：普通玻璃对太阳辐射的光几乎完全穿透，而对常温下室内物体的红外辐射能量被阻挡在房间内，这一现象类似于“温室效应”。

7、

教材上的思考题

第8章 思考题

1．试说明热传导（导热）、热对流和热辐射三种热量传递基本方式之间的联系与区别。 区别：它们的传热机理不同。导热是由于分子、原子和电子等微观粒子的热运动而产生的热量传递现象，其本质是介质的微观粒子行为。热对流是由于流体的宏观运动，致使不同温度的流体相对位移而产生的热量传递现象，其本质是微观粒子或微团的行为。辐射是由于物体内部微观粒子的热运动而使物体向外发射辐射能的现象，其本质是电磁波，不需要直接接触并涉及能量形式的转换。 联系：经常同时发生。 2．试说明热对流与对流换热之间的联系与区别。 热对流是由于流体的宏观运动，致使不同温度的流体相对位移而产生的热量传递现象。对流换热是流体与固体表面之间由热对流和导热两种传热方式共同作用导致的传热结果。 3. 从传热的角度出发，采暖散热器和冷风机应放在什么高度最合适？ 答：采暖器和冷风机主要通过对流传热的方式使周围空气变热和变冷，使人生活在合适的温度范围中，空气对流实在密度差的推动下流动，如采暖器放得太高，房间里上部空气被加热，但无法产生自然对流使下部空气也变热，这样人仍然生活在冷空气中。为使房间下部空气变热，使人感到舒适，应将采暖器放在下面，同样的道理，冷风机

工程热物理

赵凯强 201310141

T1 T2 T3 T4 4-1

解：采用区域离散方法A时；网格划分如右图。内点采用中心差分

T?78.8T2?77T32?69.9

T?2Ti+Ti?1d2T 2?T=0 有 i+1?Ti?0 2dx?x将2点,3点带入

T3?2T2+T11 即?T?0?T?2T2?0 232?x9T?2T3+T2T4?2T3+T211 4 即?T?0?T?0?T?2T3?T2?0 334?x2?x29

边界点4

dT1?1，得 T4?T3? dx3q?x?x?x （2）二阶截差 TM1?TM?1?S?B

（1）一阶截差 由x=1

??111.1. 所以 T4?T3?36T4?3

11 即 2T4?2T3? 采用区域离散方法B

dT??dT?d2T 2?T=0 由控制容积法 ???????T?x?0 dx?dT?w?dT?e1923 所以

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。

dx，其中，q－热流密度；?－导热系数；dx－沿x方向的温度变答：① 傅立叶定律：

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：面温度；

q???dtdtq?h(tw?tf)，其中，q－热流密度；h－表面传热系数；

tw－固体表

tf－流体的温度。

4③ 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

第四章 血液循环（复习思考题）

一、填空

1、心肌细胞分为两类：一类是构成心房和心室壁的普通心肌细胞，细胞内含有排列有序的丰富肌原纤维，具有 兴奋性 、 传导性 和 收缩性 ，执行收缩功能，称为 工作 心肌细胞；另一类是具有 自动节律性 的心肌细胞，在没有外来刺激的条件下，会自发地发出节律性兴奋冲动，它们也具有 兴奋性 和 传导性 ，这类细胞的主要功能是产生和传播兴奋，控制心脏活动的节律。这一类细胞包括窦房结、房室交界区、房室束、左右束支和浦肯野纤维，其自律性高低依次递减，合称为 心脏的特殊传导组织 。正常心脏的自律性兴奋由 窦房结 发出，传播到右、左心房，然后经 房室束 、 房室交界 、 左右束支 传播到左、右心室，引起心房、心室先后有序的节律性收缩。这样，两类心肌细胞各司其职，相互配合，共同完成心脏的有效的泵血功能。

2、心肌细胞的生理特性有 兴奋性 、 传导性 、 节律性 和 收缩性 。 3、决定和影响自律性的最重要的因素是 4期自动去极化速度和最大舒张电位与与电位之间的电位差距 。

4、心率加快时，心动周期缩短，其中主要缩短的是 舒张期 。 5、每搏输出量与心舒末期容积的百分比称为 射血分数 。 6、影响血流阻力的

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。

dx，其中，q－热流密度；?－导热系数；dx－沿x方向的温度变答：① 傅立叶定律：

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：面温度；

q???dtdtq?h(tw?tf)，其中，q－热流密度；h－表面传热系数；

tw－固体表

tf－流体的温度。

4③ 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

第四章 传热习题答案

4-1一炉壁由三层不同材料组成，第一层为耐火砖，导热系数为1.7 W/(m·℃)，允许最高温度为1450℃，第二层为绝热砖，导热系数为0.35 W/(m·℃)，允许最高温度为1100℃，第三层为铁板，导热系数为40.7W/(m·℃)，其厚度为6mm，炉壁内表面温度为1350℃，外表面温度为220℃。在稳定状态下通过炉壁的热通量为4652 W/m2，试问各层应该多厚时才能使壁的总厚度最小？

解：当绝热材料达到最高允许温度时，总壁厚为最小

q???t?t ，b??

qbb1?1.7??1350?1100?/4652?0.09136m?92mm 4652?1100?220

b2/0.35?0.006/40.7b2?0.066m?66mm

因第二层绝热砖已达到最高温度，故第一层耐火砖的厚度不可再小，所以现在所得总厚为其最小厚度：

?min?b1?b2?b3?92?66?6?164mm

4-2一根直径为φ60mm×3mm的铝铜合金钢管，导热系数为45 W/(m·℃)。用30mm厚的软木包扎，其外又用30mm厚的保温灰包扎作为绝热层。现测得钢管内壁面温度为-110℃，绝热层外表面温度10℃。求每米管每小时散失的冷量。如将两层绝

第四章 传热习题答案

4-1一炉壁由三层不同材料组成，第一层为耐火砖，导热系数为1.7 W/(m·℃)，允许最高温度为1450℃，第二层为绝热砖，导热系数为0.35 W/(m·℃)，允许最高温度为1100℃，第三层为铁板，导热系数为40.7W/(m·℃)，其厚度为6mm，炉壁内表面温度为1350℃，外表面温度为220℃。在稳定状态下通过炉壁的热通量为4652 W/m2，试问各层应该多厚时才能使壁的总厚度最小？

解：当绝热材料达到最高允许温度时，总壁厚为最小

q???t?t ，b?? bqb1?1.7??1350?1100?/4652?0.09136m?92mm

4652?1100?220

b2/0.35?0.006/40.7b2?0.066m?66mm

因第二层绝热砖已达到最高温度，故第一层耐火砖的厚度不可再小，所以现在所得总厚为其最小厚度：

?min?b1?b2?b3?92?66?6?164mm

4-2一根直径为φ60mm×3mm的铝铜合金钢管，导热系数为45 W/(m·℃)。用30mm厚的软木包扎，其外又用30mm厚的保温灰包扎作为绝热层。现测得钢管内壁面温度为-110℃，绝热层外表面温度10℃。求每米管每小时散失的冷量。如将两层绝热