传热学问答题答案.docx

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传热学问答题答案

第一章

思虑题

1．试用精练的语言说明导热、对流换热及辐射换热三种热传达方式之间的联系和差别。

答：

导热和对流的差别在于：

物体内部依赖微观粒子的热运动而产生的热量传达现象，

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互相掺混。

联系是：

在发生对流换热的同时必定伴生有导热。

导热、对流这两种热量传达方式，只有在物质存在的条件下才能实现，而辐射能够在真

空中流传，辐射换热时不单有能

量的转移还伴有能量形式的变换。

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此中每一个符号及其意义。

答：

①傅立叶定律：

，此中，－热流密度；－导热系数；－沿x方向的温度变化率，“－”表示热量传达的方向是沿着温度降低的方向。

②牛顿冷却公式：

，此中，－热流密度；－表面传热系数；－固体表面温度；－流体的温度。

③斯忒藩－玻耳兹曼定律：

，此中，－热流密度；－斯忒藩－玻耳兹曼常数；－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导热系数的单位是：

W/；②表面传热系数的单位是：

W/；③传热系数的单位

是：

W/。

这三个参数中，只有导热系数是物性参数，其余均与过程相关。

4．当热量从壁面一侧的流体穿过壁面传给另一侧的流体时，冷、热流体之间的换热量能够

经过此中任何一个环节来计算（过程是稳态的），但本章中又引入了传热方程式，并说

它是“换热器热工计算的基本公式”。

试剖析引入传热方程式的工程适意图义。

答：

因为在很多工业换热设施中，进行热量互换的冷、热流体也常处于固体壁面的双侧，

是工程技术中常常碰到的一种典型热量传达过程。

5．用铝制的水壶烧开水时，只管炉火很旺，但水壶仍旧平安无事。

而一旦壶内的水烧干后，

水壶很快就烧坏。

试从传热学的看法剖析这一现象。

答：

当壶内有水时，能够对壶底进行很好的冷却（水对壶底的对流换热系数大），壶底

的热量被很快传走而不至于温度升得很高；当没有水时，和壶底发生对流换热的是气体，

因为气体发生对流换热的表面换热系数小，壶底的热量不可以很快被传走，故此壶底升温

很快，简单被烧坏。

6．用一只手握住盛有热水的杯子，另一只手用筷子快速搅拌热水，握杯子的手会明显地感觉热。

试剖析其原由。

答：

当没有搅拌时，杯内的水的流速几乎为零，杯内的水和杯壁之间为自然对流换热，

自热对流换热的表面传热系数小，当快速搅拌时，杯内的水和杯壁之间为强迫对流换热，表面传热系数大，热水有更多的热量被传达到杯壁的外侧，所以会明显地感觉到热。

7．什么是串连热阻叠加原则，它在什么前提下成立？

以固体中的导热为例，试议论有哪些状况可能使热量传达方向上不同截面的热流量不相等。

答：

在一个串连的热量传达过程中，假如经过每个环节的热流量都相同，则各串连环节的总热阻等于各串连环节热阻的和。

比如：

三块无穷大平板叠加构成的平壁。

比如经过圆筒壁，对于各个传热环节的传热面积不相等，可能造成热量传达方向上不同截面的热流量不相等。

8.有两个外形相同的保温杯A与B，注入相同温度、相同体积的热水后不久，A杯的表面面就能够感觉到热，而B杯的表面面则感觉不到温度的变化，试问哪个保温杯的质量较好？

答：

Ｂ：

杯子的保温质量好。

因为保温好的杯子热量从杯子内部传出的热量少，经外面散热此后，温度变化很小，所以几乎感觉不到热。

第二章

思虑题

试写出导热傅里叶定律的一般形式，并说明此中各个符号的意义。

答：

傅立叶定律的一般形式为：

，此中：

为空间某点的温度梯度；是经过该点的等温线上的

法向单位矢量，指向温度高升的方向；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及，如何获取该点的热密度

矢量？

答：

，此中分别为三个方向的单位矢量量。

试说明得出导热微分方程所依照的基本定律。

答：

导热微分方程式所依照的基本定律有：

傅立叶定律和能量守恒定律。

试分别用数学语言将传热学术语说明导热问题三种种类的界限条件。

答：

①第一类界限条件：

②第二类界限条件：

③第三类界限条件：

试说明串连热阻叠加原则的内容及其使用条件。

答：

在一个串连的热量传达过程中，假如经过每个环节的热流量都相同，则各串连环节的总热阻等于各串连环节热阻的和。

使用条件是对于各个传热环节的传热面积一定相等。

7.经过圆筒壁的导热量仅与内、外半径之比相关而与半径的绝对值没关，而经过球壳的导热量计算式却与半径的绝对值相关，如何理解？

答：

因为经过圆筒壁的导热热阻仅和圆筒壁的内外半径比值相关，而经过球壳的导热热阻却和球壳的绝对直径相关，所以绝对半径不同时，导热量不相同。

发生在一个短圆柱中的导热问题，在以下哪些情况下能够按一维问题来办理？

答：

当采纳圆柱坐标系，沿半径方向的导热就能够按一维问题来办理。

8扩展表面中的导热问题能够按一维问题来办理的条件是什么？

有人以为，只需扩展表面修长，便可按一维问题来办理，你赞成这类看法吗？

答：

只需知足等截面的直肋，便可按一维问题来办理。

不赞成，因为当扩展表面的截面不均时，不同截面上的热流密度不均匀，不行看作一维问题。

9肋片高度增添惹起两种成效：

肋效率降落及散热表面积增添。

因此有人以为，跟着肋片高

度的增添会出现一个临界高度，超出这个高度后，肋片导热热数流量反而会降落。

试剖析这

一看法的正确性。

答：

错误，因为当肋片高度达到必定值时，经过该处截面的热流密度为零。

经过肋片的热流

已达到最大值，不会因为高度的增添而发生变化。

在式（2-57）所给出的剖析解中，不出现导热物体的导热系数，请你供给理论依照。

答：

因为式（2-57）所描绘的问题为稳态导热，且物体的导热系数沿x方向和y方向的数值相等并为常数。

有人对二维矩形物体中的稳态无内热源常物性的导热问题进行了数值计算。

矩形的一个边绝热，其余三个边均与温度为的流体发生对流换热。

你能展望他所得的温度场的解吗？

答：

能，因为在一边绝热其余三边为相同界限条件时，矩形物体内部的温度散布应为对于绝热边的中心线对称散布。

第三章

思虑题

试说明集总参数法的物理看法及数学办理的特色

答：

当内外热阻之比趋于零时，影响换热的主要环节是在界限上的换热能力。

而内部由

于热阻很小而温度趋于均匀，以致于不需要关怀温度在空间的散布，温度不过时间的函数，

数学描绘上由偏微分方程转变为常微分方程、大大降低了求解难度。

2.在用热电偶测定气流的非稳态温度场时,怎么才能改良热电偶的温度响应特征?

答：

要改良热电偶的温度响应特征，即最大限度降低热电偶的时间常数,形状

上要降低风光比，要选择热容小的资料，要加强热电偶表面的对流换热。

试说明”无穷大平板”物理看法,并举出一二个能够按无穷大平板办理的非稳态导热问

题

答；所谓“无穷大”平板，是指其长宽尺度远大于其厚度，从边沿互换的热量能够忽视不计，当平板双侧换热均匀时，热量只垂直于板面方向流动。

如薄板双侧均匀加热或冷却、炉墙或冷库的保温层导热等状况能够按无穷大平板办理。

什么叫非稳态导热的正规状态或充足发展阶段?

这一阶段在物理过程及数学办理上都有

些什么特色?

答：

非稳态导热过程进行到必定程度,初始温度散布的影响就会消逝，固然各点温度仍

随时间变化,但过余温度的比值已与时间没关，不过几何地点（）和界限条件（Bi数）

的函数，亦即无量纲温度散布不变，这一阶段称为正规状况阶段或充足发展阶段。

这一阶段

的数学办理十分便利，温度散布计算只需取无量级数的首项进行计算。

5.有人以为,当非稳态导热过程经历时间很长时,采纳图3-7记算所得的结果是错误的.理

由是：

这个图表示,物体中各点的过余温度的比值与几何地点及Bi相关,而与时间没关.

但当时间趋于无穷大时,物体中各点的温度应趋近流体温度,所以二者是有矛盾的。

你是

否赞成这类见解,说明你的原由。

答：

我不赞成这类见解，因为跟着时间的推移，固然物体中各点过余温度的比值不变

但各点温度的绝对值在无穷靠近。

这与物体中各点温度趋近流体温度的事实其实不矛盾。

6.试说明Bi数的物理意义。

及各代表什么样的换热条件?

有人以为,代表了绝热工况,你

能否赞成这一看法,为何?

答；Bi数是物体内外热阻之比的相对值。

时说明传热热阻主要在界限，内部温度趋于均

匀，能够用集总参数法进行剖析求解；时，说明传热热阻主要在内部，能够近似以为壁温就

是流体温度。

以为代表绝热工况是不正确的，该工况是指界限热阻相对于内部热阻较大，而

绝热工况下界限热阻无穷大。

什么是分非稳态导热问题的乘积解法,他的使用条件是什么?

答；对于二维或三维非稳态导热问题的解等于对应几个一维问题解的乘积，其解的形式

是无量纲过余温度，这就是非稳态导热问题的乘积解法，其使用条件是恒温介质，第三类界限条件或界限温度为定值、初始温度为常数的状况。

8.什么是”半无穷大”的物体?

半无穷大物体的非稳态导热存在正规阶段吗?

答：

所谓“半大限大”物体是指平面一侧空间无穷延长的物体：

因为物体向纵深无穷延长，初脸温度的影响永久不会除去，所以半死限大物体的非稳念导热不存在正规状况阶段。

本章的议论都是对物性为常数的情况作出的,对物性温度函数的情况,你以为如何获取其

非稳态导热的温度场?

答：

从剖析解形式可见，物体的无量纲过余温度是傅立叶数（）的负指数函数，

即表示在相同尺寸及换热条件下，导温系数越大的物体抵达指定温度所需的时间越短、这正

说明导温系数所代表的物理含义。

第五章

复习题

1、试用简洁的语言说明热界限层的看法。

答：

在壁面邻近的一个薄层内，流体温度在壁面的法线方向上发生激烈变化，而在此

薄层以外，流体的温度梯度几乎为零，固体表面邻近流体温度发生激烈变化的这一薄层称为温度界限层或热界限层。

2、与完好的能量方程对比，界限层能量方程最重要的特色是什么？

答：

与完好的能量方程对比，它忽视了主流方向温度的次变化率，所以仅合用于界限层内，不合用整个流体。

3、式（5—4）与导热问题的第三类界限条件式（2—17）有什么差别？

答：

（5—4）（2—11）

式（5—4）中的h是未知量，而式（2—17）中的h是作为已知的界限条件给出，

别的（2—17）中的为固体导热系数而此式为流体导热系数，式（5—4）将用来导出一

个包含h的无量纲数，不过局部表面传热系数，而整个换热表面的表面系数应当把牛

顿冷却公式应用到整个表面而得出。

4、式（5—4）表面，在界限上垂直壁面的热量传达完好依赖导热，那么在对流换热衷，流

体的流动起什么作用？

答：

固体表面所形成的界限层的厚度除了与流体的粘性相关外还与主流区的速度相关，

流动速度越大，界限层越薄，所以导热的热阻也就越小，所以起到影响传热大小

5、对流换热问题完好的数字描绘应包含什么内容？

既然对大部分实质对流传热问题还没有法

求得其精准解，那么成立对流换热问题的数字描绘有什么意义？

答：

对流换热问题完好的数字描绘应包含：

对流换热微分方程组及定解条件，定解条件

包含，

（1）初始条件

（2）界限条件（速度、压力及温度）成立对流换热问题的数字描绘目的在于找出影响对流换热衷各物理量之间的互相限制关系，每一种关系都一定知足动量，能量和质量守恒关系，防止在研究遗漏某种物理要素。

第六章

复习题

1、什么叫做两个现象相像，它们有什么共性？

答：

指那些用相同形式并拥有相同内容的微分方程式所描绘的现象，假如在相应的时

刻与相应的地址上与现象相关的物理量一一对于成比率，则称为两个现象相像。

凡相像的现象，都有一个十分重要的特征，即描绘该现象的同名特色数（准则）对应

相等。

（1）初始条件。

指非稳态问题中初始时辰的物理量散布。

（2）界限条件。

所研究系统界限上的温度（或热六密度）、速度散布等条件。

3）几何条件。

换热表面的几何形状、地点、以及表面的粗拙度等。

4）物理条件。

物体的种类与物性。

5、对于外接收束的换热，整个管制的均匀表面传热系数只有在流动方向管排数大于一

定值后才与排数没关，试剖析原由。

答：

因后排管遇到前排管尾流的影响（扰动）作用对均匀表面传热系数的影响直到10

排管子以上的管子才能消逝。

6、试简述充足发展的管内流动与换热这一看法的含义。

答：

因为流体由大空间进入管内时，管内形成的界限层由零开始发展直到管子的中心线

地点，这类影响才不发生变法，相同在此时对流换热系数才不受局部对流换热系数的影响。

7、什么叫大空间自然对流换热？

什么叫有限自然对流换热？

这与强迫对流中的外面流

动和内部流动有什么异同？

答：

大空间作自然对流时，流体的冷却过程与加热过程互不影响，当其流动时形成的边

界层互相扰乱时，称为有限空间自然对流。

这与外面流动和内部流动的区分有近似的地方，但流动的动因不同，一个由外在要素引

起的流动，一个是由流体的温度不同而惹起的流动。

第七章

思虑题

1.什么叫膜状凝固，什么叫珠状凝固

?

膜状凝固时热量传达过程的主要阻力在什么地方？

答：

凝固液体在壁面上铺展成膜的凝固叫膜状凝固，

膜状凝固的主要热阻在液膜层，

凝固液

体在壁面上形成液珠的凝固叫珠状凝固。

2．在努塞尔对于膜状凝固理论剖析的

8条假定中，最主要的简化假定是哪两条?

答：

第3条，忽视液膜惯性力，使动量方程得以简化；第

5条，膜内温度是线性的，即

膜内只有导热而无对流，简化了能量方程。

3．有人说，在其余条件相同的状况下．水平管外的凝固换热必定比竖直管激烈，这一说法

必定成立？

答；这一说法不必定成立，要看守的长径比。

4．为何水平管外凝固换热只介绍层流的准则式？

常压下的水蒸气在℃的水平管外凝固，

假如要使液膜中出现湍流，试近似地预计一下水平管的直径要多大

?

答：

因为换热管径往常较小，水平管外凝固换热一般在层流范围。

对于水平横圆管：

临界雷诺数

由℃,查表：

由℃，查表：

即水平管管径达到时，流动状态才过渡到湍流。

6．对于热流密度可控及壁面温度可控的两种换热忱况，分别说明控制热流密度小于临界热

流密度及温差小于临界温差的意义，并针对上述两种情况分别举出一个工程应用实例。

答：

对于热流密度可控的设施，如电加热器，控制热流密度小于临界热流密度，是为了防备

设施被烧毁，对于壁温可控的设施，如冷凝蒸发器，控制温差小于临界温差，是为了防备设施换热量降落。

7．试对照水平管外膜状凝固及水平管外膜态沸腾换热过程的异同。

答：

稳固膜态沸腾与膜状凝固在物理上同属相变换热，前者热量一定穿过热阻较大的汽膜，后者热量一定穿过热阻较大的液膜，前者热量由里向外，后者热量由外向里。

8．从换热表面的构造而言，加强凝固换热的基本思想是什么?

加强沸腾换热的基本思想是什么？

答：

从换热表面的构造而言，加强凝固换热的基本思想是尽量减薄粘滞在换热表面上液膜的厚度，加强沸腾换热的基本思想是尽量增添换热表面的汽化中心数。

9．在你学习过的对流换热衷．表面传热系数计算式中显含换热温差的有哪几种换热方式？

其余换热方式中不显含温差能否意味着与温差没有任何关系?

答：

表面传热系数计算式中显含换热温差的有凝固换热和沸腾换热。

不显含温差其实不意味着

与温差没关，温差的影响隐含在公式合用范围和物品计算中。

10．在图7-14所示的沸腾曲线中，为何稳固膜态沸腾部分的曲线会随△t的增添而快速

上涨?

答：

因为跟着壁面过热度的增添，辐射换热的作用越加显然。

第九章

思虑题

1、试述角系数的定义。

“角系数是一个纯几何因子”的结论是在什么前提下得出的?

答：

表面1发出的辐射能落到表面2上的份额称为表面]对表面2的角系数。

“角系数是一

个纯几何因子”的结论是在物体表面性质及表面湿度均匀、物体辐射听从兰贝特定律的前提

下得出的。

2、角系数有哪些特征?

这些特征的物理背景是什么?

答：

角系数有相对性、完好性和可加性。

相对性是在两物体处于热均衡时，净辐射换热量

为零的条件下导得的；完好性反应了一个由几个表面构成的关闭系统中。

任一表面所发生的

辐射能必所有落到关闭系统的各个表面上；可加性是说明从表面1发出而落到表面2上的总

能量等于落到表面2上各部份的辐射能之和。

3、为何计算—个表面与外界之间的净辐射换热量时要采纳关闭腔的模型?

答：

因为任一表面与外界的辐射换热包含了该表面向空间各个方向发出的辐射能和从各个

方向投入到该表面上的辐射能。

4、实质表面系统与黑系统统对比，辐射换热计算增添了哪些复杂性?

答：

实质表面系统的辐射换热存在表面间的多次重复反射和汲取，光谱辐射力不听从普朗

克定律，光谱汲取比与波长相关，辐射能在空间的散布不听从兰贝特定律，这都给辐射换热

计算带来了复杂性。

5、什么是一个表面的自己辆射、投入辐射及有效辐射?

有效辐射的引入对于灰体表面系统辐

射换热的计算有什么作用？

答：

由物体内能转变为辐射能叫做自己辐射，投向辐射表而的辐射叫做投入辐射，走开辐

射表面的辐射叫做有效辐射，有效辐射看法的引入能够防止计算辐射换热计算时出现多次吸

收和反射的复杂性。

6、对于温度已知的多表面系统，试总结求解每一表面净辐射换热量的基本步骤。

答：

（1）

画出辐射网络图，写出端点辐射力、表面热阻和空间热阻；

（2）写出由中间节点方

程构成的方程组；

（3）解方程组获取各点有效辐射；

（4）由端点辐射力，有效辐射和表面热阻

计算各表面净辐射换热量。

7、什么是辐射表面热阻？

什么是辐射空间热阻？

网络法的实质作用你是如何认识的？

答：

出辐射表面特征惹起的热阻称为辐射表面热阻，由辐射表面形状和空间地点惹起的热

阻称为辐射空间热阻，网络法的实质作用是为实质物体表面之间的辐射换热描绘了清楚的物

理看法和供给了简短的解题方法。

8、什么是遮热板?

试依据自己的亲身经历举出几个应用遮热板的例子。

答：

所谓遮热板是指插人两个辐射表面之间以削弱换热的薄板。

如屋顶隔热板、遮阳伞都

是我们生活中应用遮热板的例子。

第十章

思虑题

1、所谓双侧加强管是指管内侧与管外侧均为加强换热表面得管子。

设一双侧加强管用内径

为di、外径为d0的光管加工而成，试给出其总传热系数的表达式，并说明管内、表面面传热系数的计算面积。

2、在圆管外服设保温层与在圆管外侧设置肋片从热阻剖析的角度有什么异同？

在什么情

况下加保温层反而会加强其传热而肋片反而会削弱其传热？

答：

在圆管外服设保温层和设置肋片都使表面换热热阻降低而导热热阻增添，而一

般状况下保温使导热热阻增添许多，使换热热阻降低较少，使总热阻增添，起到削弱传

热的成效；设置肋片使导热热阻增添较少，而换热热阻降低许多，使总热阻降落，起到

加强传热的作用。

但当外径小于临界直径时，增添保温层厚度反而会加强传热。

理论上

只有当肋化系数与肋面总效率的乘积小于1时，肋化才会削弱传热。

3、从头议论传热壁面为平壁时第二题中提出的问题。

答：

传热壁面为平壁时，保温老是起削弱传热的作用，加肋能否起加强传热的作用

仍是取决于肋化系数与肋面总效率的乘积能否人于1。

6、进行传热器设计时所以据的基本方程是哪些？

有人以为传热单元数法不需要用到传热方程式，你赞成吗？

答：

换热器设计所依照的基本方程有：

传热单元法将传热方程隐含在传热单元和效能之中。

7、在传热单元数法中有否用到推导对数均匀温差时所做的基本假定，试以顺水换热器

效能的计算式推导过程为例予以说明。

答：

传热单元数法中也用到了推导均匀温差时的基本假定，说明略o

8、什么叫换热器的设计计算，什么叫校核计算？

答：

已知流体及换热参数，设计一个新的换热器的过程叫做设计计算，对已有的换热器，依据流体参数计算其换热量和流体出口参数的过程叫做校核计算。

9、在进行换热器的校核计算时，不论采纳均匀温差法仍是采纳传热单元数法都需要假定一种介质的出口温度，为何此时使用传热单元数法较为方便？

答：

用传热单元数法计算过程中，出口温度对传热系数的影响是经过定性温度来表现的，远没有对均匀温差的影响大，所以该法用于校核计算时简单获取收敛的计算结果。

10、试用简洁语言说明加强单相强迫对流换热、核态沸腾及膜状凝固的基本思想。

答：

无相变强迫对流换热的加强思路是努力减薄界限层．加强流体的扰动与混淆；

核态沸腾换热的加强重点在于增添汽化中心数；膜状凝固换热加强举措是使液膜减薄温顺利排出凝固液。