傳熱學(xué)問(wèn)答題答案

1、1第一章第一章思考題思考題1試用簡(jiǎn)練的語(yǔ)言說(shuō)明導(dǎo)熱、對(duì)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(dǎo)熱和對(duì)流的區(qū)別在于：物體內(nèi)部依靠微觀粒子的熱運(yùn)動(dòng)而產(chǎn)生的熱量傳遞現(xiàn)象，稱為導(dǎo)熱；對(duì)流則是流體各部分之間發(fā)生宏觀相對(duì)位移及冷熱流體的相互摻混。聯(lián)系是：在發(fā)生對(duì)流換熱的同時(shí)必然伴生有導(dǎo)熱。導(dǎo)熱、對(duì)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(shí)現(xiàn)，而輻射可以在真空中傳播，輻射換熱時(shí)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(yīng)當(dāng)熟記的傳熱學(xué)公式。試寫出這三個(gè)公式并說(shuō)明其中每一個(gè)符號(hào)及其意義。答：答：①傅立葉定律：dxdtq???，其中，q－熱流密度；?－導(dǎo)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(xué)溫度。3導(dǎo)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(guò)程有關(guān)？答：答：①導(dǎo)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(gè)參數(shù)中，只有導(dǎo)熱系數(shù)是物性參數(shù)，其它均與過(guò)程有關(guān)。4當(dāng)熱量從壁面一側(cè)的流體穿過(guò)壁面?zhèn)鹘o另一側(cè)的流體時(shí)，冷、熱流體之間的換熱量可以通過(guò)其中任何一個(gè)環(huán)節(jié)來(lái)計(jì)算（過(guò)程是穩(wěn)態(tài)的），但本

4、章中又引入了傳熱方程式，并說(shuō)它是“換熱器熱工計(jì)算的基本公式”。試分析引入傳熱方程式的工程實(shí)用意義。答：答：因?yàn)樵谠S多工業(yè)換熱設(shè)備中，進(jìn)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(guò)程。5用鋁制的水壺?zé)_水時(shí)，盡管爐火很旺，但水壺仍然安然無(wú)恙。而一旦壺內(nèi)的水燒干后，水壺很快就燒壞。試從傳熱學(xué)的觀點(diǎn)分析這一現(xiàn)象。答：答：當(dāng)壺內(nèi)有水時(shí)，可以對(duì)壺底進(jìn)行很好的冷卻（水對(duì)壺底的對(duì)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(dāng)沒(méi)有水時(shí)，和壺底發(fā)生對(duì)流換熱的是氣體，因?yàn)闅怏w發(fā)生對(duì)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(huì)顯著地感到熱。試分析其原因。答：答：當(dāng)沒(méi)有攪拌時(shí)，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(duì)流換熱，自熱對(duì)流換熱的表面?zhèn)鳠嵯禂?shù)小，當(dāng)快速攪拌時(shí)，杯內(nèi)的水和杯壁之間為強(qiáng)制對(duì)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(huì)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(dǎo)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(gè)串聯(lián)的熱量傳遞過(guò)程中，如果通過(guò)每個(gè)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(wú)限大平板疊加構(gòu)成的平壁。例如通過(guò)圓筒壁，對(duì)于各個(gè)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(gè)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?yàn)樵谝贿吔^熱其余三邊為相同邊界條件時(shí)，矩形物體內(nèi)部的溫度分布應(yīng)為關(guān)于絕熱邊的中心線對(duì)稱分布。第三章第三章思考題思考題1.試說(shuō)明集總參數(shù)法的物理概念及數(shù)學(xué)處理的特點(diǎn)答：當(dāng)內(nèi)外熱阻之比趨于零時(shí)，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(guān)心溫度在空間的分布，溫度只是時(shí)間的函數(shù)，數(shù)學(xué)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(cè)定氣流的非穩(wěn)態(tài)溫度場(chǎng)時(shí)怎么才能改善熱電偶的溫度響應(yīng)特性答：要改善熱電偶的溫度響應(yīng)特性，即最大限度降低熱電偶的時(shí)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(qiáng)化熱電偶表面的對(duì)流換熱。3.試說(shuō)明”無(wú)限大平板”物理概念并舉出一二個(gè)可以按無(wú)限大平板處理的非穩(wěn)態(tài)導(dǎo)熱問(wèn)題答；所謂“無(wú)限大”平板，是指其長(zhǎng)寬尺度遠(yuǎn)大于其厚度，從邊緣交換的熱量可以忽略不計(jì)，當(dāng)平板兩側(cè)換熱均勻時(shí)，熱量只垂直于板面方向流

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

10、無(wú)窮級(jí)數(shù)的首項(xiàng)進(jìn)行計(jì)算。5.有人認(rèn)為當(dāng)非穩(wěn)態(tài)導(dǎo)熱過(guò)程經(jīng)歷時(shí)間很長(zhǎng)時(shí)采用圖37記算所得的結(jié)果是錯(cuò)誤的.理由是：這個(gè)圖表明物體中各點(diǎn)的過(guò)余溫度的比值與幾何位置及Bi有關(guān)而與時(shí)間無(wú)關(guān).但當(dāng)時(shí)間趨于無(wú)限大時(shí)物體中各點(diǎn)的溫度應(yīng)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(shuō)明你的理由。答：我不同意這種看法，因?yàn)殡S著時(shí)間的推移，雖然物體中各點(diǎn)過(guò)余溫度的比值不變但各點(diǎn)溫度的絕對(duì)值在無(wú)限接近。這與物體中各點(diǎn)溫度趨近流體溫度的事實(shí)并不矛盾。6.試說(shuō)明