传热学学生复习题.docx

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传热学学生复习题

绪论

一、填空题

1、厚度δ，导热系数λ为常数的大平壁的单位面积导热热阻是________________。

2、在地球引力场作用的范围内，单纯的导热只能发生在密实的固体中。

因为，当有温差时，液体和气体就会出现________________，难以维持单纯的导热。

 二、选择题

1、单位面积的热阻总可以写作________________。

（a）q/⊿t；（b）⊿t/q；（c）δ/λ；（d）δ/（λA）

2、列叙述中________________正确。

（a）导热只能发生在密实的固体中。

（b）导热可以在固体、液体及气体中发生。

（c）导热只能在固体和静止的流体中发生。

（d）导热只能在固体和上面温度高、下面温度低的流体层中发生。

填空题1、δ/λ；2、对流现象。

选择题1、（b）；2、（b）

三、名词解释

1、热传导：

物体中温度不同的各部分无相对位移或不同温度的物体直接接触时，依靠分子、原子及自由电子的热运动而进行的热量传递现象。

或：

物体各部分相对静止或不同物体紧密接触时，由于温度不同而发生的热量传递现象。

2、传热过程：

热量由固体壁面一侧的流体穿过壁面传到另一侧的流体中的过程。

两种温度不同的流体通过固体壁面交换热量的过程。

3、热对流：

依靠流体的运动，将热量从一处传递到另一处的现象。

或：

流体各部分之间发生相对位移时所引起的热量传递现象。

4、热辐射：

依靠物体表面对外发射可见或不可见的射线（电磁波）来传递热量的过程。

或：

因热的原因通过电磁波发出辐射能的过程。

5、对流换热：

流体与直接接触的固体表面有相互运动时，由于二者的温度不同，所发生的换热过程。

或：

流体与固体直接接触时的换热过程。

6、辐射换热：

温度不同的表面之间以热辐射的方式进行热量交换的现象。

7、传热热阻：

传热过程热流量及传热系数的计算式为：

则传热热阻为

℃/W。

8、传热系数：

冷热流体温差1℃时，通过单位固壁面积传递的热量值。

单位是w/m2℃。

它反映传热过程激烈的程度。

表示传热过程强弱程度的物理量。

9、热流量：

单位时间所传递的热量称为热流量，以Φ表示，其单位为w。

四、问答题

1、试分析室内暖气片的散热过程，各个环节有哪些热量传递方式？

以暖气片管内走热水为例。

答：

有以下换热环节及传热方式：

（1）由热水到暖气片管道内壁，热传递方式为强制对流换热；

（2）由暖气片管道内壁到外壁，热传递方式为固体导热；

（3）由暖气片管道外壁到室内空气，热传递方式有自然对流换热和辐射换热。

2、试分析冬季建筑室内空气与室外空气通过墙壁的换热过程，各个环节有哪些热量传递方式？

答：

有以下换热环节及传热方式：

（1）室内空气到墙体内壁，热传递方式为自然对流换热和辐射换热；

（2）墙的内壁到外壁，热传递方式为固体导热；

（3）墙的外壁到室外空气，热传递方式有对流换热和辐射换热。

稳态热传导

一、填空题

1、等温面之间________________相交。

2、物质的导热系数不但因物质的种类而异，而且还和物质的________________等因素有关。

3、通常把室温下导热系数小于________________w/m℃的材料称为隔热保温材料。

4、热流通量是指________________，它的单位是________________。

5、导热系数的单位是________________，它的物理意义是________________。

6、纯铜的导热系数比黄铜的导热系数值________________。

7、气体的导热是由于________________和________________时所发出的能量传递。

8、在一般工程条件下，可以认为气体的导热系数λ与其________________无关，而却随其温度的升高而________________。

9、导热理论是从________________进行现象分析的，它并不研究物质的微观结构，而把物质看作是________________。

10、据傅立叶定律表达式可知，要确定热流通量的大小，就必须知道________________，亦即知道物体内的________________。

11、对于许多工程材料，在一定的温度范围内，导热系数可以认为是温度的线性函数，即λ=________________。

12、同一时刻，温度场中________________所构成的面叫做等温面。

13、________________等温面与________________平面相交，则在此平面上构成一簇曲线称为等温线。

14、因为等温面上________________，故不可能有热量的传递，热量的传递只发生在________________等温面之间。

15、导热理论的任务就是要找出________________物体中各处的________________。

16、温度梯度是一个________________量，________________朝着温度增加的方向。

17、温度降度是温度梯度的________________，它的数值与温度梯度相等而方向________________。

18、热流通量是一个向量，它的方向与________________的方向相同。

19、对于任何导热过程，完整的数学描写包括________________和________________。

20、稳态导热问题第三类边界条件的数学表达式为________________。

21、导温系数a称作________________，它的单位是________________。

22、在同样的加热或冷却条件下，物体导温系数的数值越________________，物体内部各处的温度差则越________________。

23、如果温度只随其________________变化，而不随________________而变化，则该温度场称之为稳态温度场。

24、如果温度不仅随其________________变化，而且还随________________而变化，则该温度场称之为不稳态温度场。

二、选择题

1、温度梯度是向量，它朝向温度_________的方向。

（1）不变；

（2）升高；（3）降低

2、傅立叶定律的适用条件为_________。

（1）适用于稳态导热和不稳态导热

（2）只适用于稳态导热

（3）只适用于非稳态导热

3、不同温度的等温面是_________。

（1）不能相交的；

（2）不须相交的；（3）可以相交或不相交。

4、在稳定的温度场中，温度_________。

（1）不必均匀；

（2）一定不均匀；（3）可以均匀或不均匀

一、填空题答案

1、不能相交

2、温度、湿度、压力、密度等

3、0.2w/（m℃）或0.17－0.25w/（m℃）

4、单位时间内通过单位面积的热量；w/m2

5、瓦/米·度；w/（m℃）；w/（mk）；，物体中温度降度为1℃/m时，单位时间内通过单位面积的导热量。

它表征物质导热能力的大小。

6、大

7、分子的热运动相互碰撞

8、压力增大

9、宏观角度,连续介质

10、温度梯度温度场

11、λ0（1+bt）

12、所有温度相同点的连接

13、不同的同一

14、不存在温度差异不同的

15、任何时刻温度

16、向正向

17、负值相反

18、温度降度

19、导热微分方程单值性条件

20、

21、热扩散系数；米2/秒或ｍ2／ｓ

22、愈大（或愈小）愈小（或愈大）

23、空间时间

24、空间时间

 二、选择题答案

1、

（2）；2、

（1）；3、

（1）；4、（3）

三、名词解释

1、导热系数:

物体中温度降度为1℃/m时，单位时间内通过单位面积的导热量。

它表征物质导热能力的大小，单位是w/（m℃）。

2、温度场:

物体中各点温度值的总和。

3、等温面:

同一时刻，温度场中所有温度相同的点连接所构成的面叫做等温面。

4、等温线:

不同的等温面与同一平面相交，则在此平面上构成一簇曲线，称为等温线。

5、温度梯度:

两等温面之间的温度差△t与其法线方向的距离△n的比值的极限，称为温度梯度。

记为gradt，它是一个向量，正向超着温度增加的方向。

6、热流通量：

单位时间，通过单位面积所传递的热量称为热流通量，以q表示，其单位为w/m2。

7、温度降度：

温度梯度的负值“-gradt”叫做温度降度，它的数值与温度梯度相等而方向相反。

8、导温系数：

物体内各部分温度趋于均匀一致的能力。

a=λ/（ρ·c）单位m2/s

9、复合换热：

壁面与流体之间除存在对流换热外，还同时存在辐射换热时，称之为复合换热过程，是几种传热方式同时存在的传热现象。

四、问答题

1、何为傅立叶定律？

答：

单位时间内以导热方式传递的热量，与温度梯度及垂直于导热方向的表面积A成正比，方向指向温度降度。

即：

Φ=-λAgradt（w），对于单位面积而言q=Φ/A=-λgradt（w/m2）。

2、傅立叶定律表达式为Φ=-λAgradt，其中的负号“-”表示什么物理意义？

答：

“-”表示热流量Φ的方向与温度梯度gradt的方向相反，即其热量传递的方向永远顺着温度降低的方向。

3、何谓导热系数？

其物理意义是什么？

答：

傅立叶定律表达式q=-λgradt（w/m2），其中的比例系数λ称为导热系数。

它是物质的一个重要热物性参数，其单位为w/m2℃。

其物理意义为:

物体中温度降度为1℃/m时，单位时间内通过单位面积的导热量。

导热系数的数值表征物质导热能力的大小。

4各向均为常物性物体，二维稳态导热时，物体中任意一点可否具有两个温度梯度？

为什么？

答：

任意一点只能具有一个温度梯度。

因为不同温度的等温面是不能相交的，而任意点的温度梯度是沿该点等温面正法向的，故只有一个。

5、为什么大多数纯金属的导热系数随其温度的升高而减小？

答：

因为这些金属的导热是依靠自由电子的迁移和晶格的振动来实现的，而且主要是依靠前者。

当温度升高时，晶格的振动加强了，这就干扰了自由电子的运动，使导热系数减小。

6、何谓稳态温度场？

何谓不稳态温度场？

答：

如果温度只随其空间变化而不随时间变化，即

，则该温度场称之为稳态温度场，其一般表达式为t=f（x.y.z）；如果温度不仅随空间变化，而且还随时间变化，即

，则该温度场称之为不稳态温度场，其一般表达式为t=f（x.y.z.τ）。

7、何谓稳态导热？

何谓不稳态导热？

答：

具有稳态温度场的导热过程叫稳态导热。

.温度场随时间变化的导热过程叫做不稳态导热。

8、推导导热微分方程式的前提条件是什么？

答：

傅立叶定律；热力学第一、第二定律；各向同性，均匀连续介质；物性已知。

9、求解不稳定导热问题的单值性条件有哪些？

答：

几何条件、物理条件、时间条件、边界条件。

10描述导热现象有傅立叶定律，为什么还要导热微分方程式？

答：

傅立叶定律确定了热流通量和温度梯度之间的关系，但要确定温度梯度必须知道物体内的温度场。

导热微分方程是建立温度场的通用微分方程。

11有一个由导热系数都是常数的三种不同材料组成的多层平壁，它在稳态时的温度分布如图所示；

（1）试说明q的特点及其计算式；；

（2）试说明导热系数的相对大小。

答：

（1）q1=q2=q3；其计算式为

（2）由图知

，根据

（1），知

。

非稳态导热

一、填空题

1、无限长方柱加热或冷却时，其导热过程属于_________导热问题，其导热微分方程式为_________。

2、判别物体是否为集总热容系统的条件是_________。

答案：

1、二维不稳态

2、Bi<0.1

二、问答题

1、试绘出Bi→0，Bi→∞和0＜Bi＜∞时厚度为2δ无限大平壁在温度tf、对流换热系数为h的环境中冷却时，温度随时间的变化情况。

2、何谓非稳态导热的正规阶段？

写出其主要特点。

答：

物体在加热或冷却过程中，物体内各处温度随时间的变化率具有一定的规律，物体初始温度分布的影响逐渐消失，这个阶段称为非稳态导热的正规阶段。

3、分别写出Nu、Re、Pr、Bi数的表达式，并说明其物理意义。

答：

（1）努塞尔（Nusselt）数，

，它表示表面上无量纲温度梯度的大小。

（2）雷诺（Reynolds）数，

，它表示惯性力和粘性力的相对大小。

（3）普朗特数，

，它表示动量扩散厚度和能量扩散厚度的相对大小。

（4）毕渥数，

，它表示导热体内部热阻与外部热阻的相对大小。

4、热扩散系数是表征什么的物理量？

它与导热系数的区别是什么？

答：

热扩散率

，与导热系数一样都是物性参数，它是表征物体传递温度的能力大小，亦称为导温系数，热扩散率取决于导热系数

和

的综合影响；而导热系数是反映物体的导热能力大小的物性参数。

一般情况下，稳态导热的温度分布取决于物体的导热系数，但非稳态导热的温度分布不仅取决于物体的导热系数，还取决于物体的导温系数。

5、集总参数法的适用条件是什么？

满足集总参数法的物体，其内部温度分布有何特点？

答：

集总参数法的适用条件是Bi<0.1，其特点是当物体内部导热热阻远小于外部对流换热热阻时，物体内部在同一时刻均处于同一温度，物体内部的温度仅是时间的函数，而与位置无关。

对流传热的理论基础

一、填空题

1、流体掠过平板紊流换热时，其对流换热热阻仍集中在_______________。

因此，_______________________是强化对流换热的主要途径之一。

2、边界层理论的基本依据为：

在流动边界层内，流体的运动由___________方程来描述，而在主流区内，流体的运动由_________________方程来描述。

3、动量微分方程是从分析微元体的_______________中建立起来的，它描述了流体的______________。

4、对流换热微分方程式描述了_________________________________之间的关系，对于给定流体和已定的换热温差，则对流换热系数h取决于____________________________。

5、能量微分方程是从分析微元体的______________中建立起来的，它描述流体的________________。

6、雷诺类比律反映了_________________________之间的关系，它只适用于Pr____________________的流体。

7、格拉晓夫准则的数值反映______________________与________________之比。

8、如果两对流换热现象相似，必然是_________________准则相等。

填空答案：

1、层流底层，通过改善流动状况，使层流底层的厚度减小

2、粘性流体运动微分方程（N，S方程），无粘性理想流体运动方程（伯努利方程）

3、动量守恒，速度场

4、对流换热系数h与流体温度场，壁面处流体的温度梯度

5、能量守恒，温度场

6、对流换热系数和摩擦系数，=1

7、浮升力，粘性力

8、Nu同名相似

二、名词解释

1、层流边界层:

流体在边界层内的流动完全处于层流状态时的边界层，称为层流边界层。

在层流边界层中，流体的运动有秩序且分层，相邻层间无流体的宏观运动。

流动中粘性力起主要作用。

4、层流底层：

在紊流边界层中，在紧贴壁面附近的一薄层内，由于粘滞应力较大，流体速度很低，仍然处于层流状态，这个极薄层称之为紊流边界层的层流底层。

5、努谢尔特准则Nu：

，它反映了对流换热的强弱程度，是换热表面层内的无因次温度梯度。

7、雷诺类比律：

雷诺类比律反映了换热系数和摩擦系数之间的定量关系，即已知摩擦系数，就可以由类比律算出对流换热系数。

对于纵掠平板紊流换热St=Cf/2。

这种类比关系建立在动量传递和热量传递的类比。

雷诺类比律只适用于Pr=1的流体。

8、普朗特准则Pr：

，它是一个完全由物性参数构成的准则，反映流体物性对换热的影响。

Pr数反映了流体中分子的动量扩散和热量扩散的相对比值。

Pr=1时，ν=a，速度边界层和温度边界层的厚度相等，δ=δt。

Pr＜1即ν＜a，温度场的传递速度比速度场快，则δt>δ。

Pr>1时情况相反，δt＜δ。

9、格拉晓夫准则Gr：

，它反映流体在自由流动过程中浮升力和粘滞力之间的相对大小。

Gr数的增大，表明浮升力作用增长。

在准则方程式中，Gr数反映在自由流动中流体运动状态对换热的影响。

10、柯尔朋类比律：

雷诺类比律只适用于Pr=1的流体，为使类比关系能用于较广泛的Pr≠1范围内则必须修正雷诺类比律。

柯尔朋提出用Pr2/3考虑物性影响来修正St准则，对于纵掠平板紊流换热

，该式称之为柯尔朋类比律。

三、问答题

1、简述边界层理论的基本论点。

答：

当流体流过壁面时由于摩擦力的作用，使壁面附近的流体速度减低，直至到零。

我们把减速的区域称为流动边界层，流动边界层的特征为：

⑴边界层厚度δ与壁的尺寸l相比是极小值；⑵边界层内壁面法线方向速度变化率最大，即

很大；⑶边界层流动状态分为层流与紊流，而紊流边界层内，紧贴壁面处仍将是层流，称为层流底层；⑷流场可以划分为两个区：

边界层区和主流区。

边界层区是流体粘性起作用的区域，它的运动可由粘性流体运动微分方程描述。

主流区速度梯度为0，可视为无粘性的理想流体，它的运动由伯努利方程描述。

以上四点就是边界层理论的基本论点。

2、流动边界层的意义是指什么？

热边界层的意义是什么？

边界层厚度是怎样定义的？

答：

流动边界层的意义是指流体经壁面时，由于流体的粘性，使流体在靠近壁面处产生了较大的流速的变化，这个区域就是流动边界层，在流动边界层中粘性起作用。

热边界层是指流体流经壁面时，由于流体的导热性能以及流体的温度与壁温的不同，使流体在靠近壁面处产生了较大的温度变化，这个区域称热边界层。

流动边界层厚度是指速度达到主流速度的99%的点到壁面的距离。

温度边界层厚度是指边界层中温度达到主流温度的99%的点到壁处面的距离。

3、导温系数和导热系数对对流换热系数的影响有什么不同？

答：

导热系数λ值增大，对换热有利。

因为λ大，边界层（特别是层流底层）内的热阻减小，从而增大换热系数。

导温系数a值增大，对换热不利，因为a的增大，使温度分布均匀，减少边界层内的温度梯度

，从而减小换热系数。

4、何谓定性温度？

通常如何取法？

答：

在无因次准则数中的物性参数λ、α、ρ（ν）、cp等是随流体温度而变化。

用于决定这些物性的温度称为定性温度。

定性温度的取法大致有以下三种：

（1）流体的平均温度：

ｔf=（tf’+tf”）/2；

（2）壁面的平均温度：

ｔw；（3）流体和壁面的平均温度：

ｔm=（tw+tf）/2；

5、定义普朗特数，为什么它是很重要的？

答：

普朗特数是运动粘度与导温系数之比，即Pr=ν/a。

首先，它的数值只与流体的物性有关，反映了流体的重要物性，即反映了流体传递动量与传递热量的能力的相对大小。

6、对流换热过程微分方程式与导热过程的第三类边界条件表达式有什么不同之处？

答：

对流换热过程微分方程式与导热过程的第三类边界条件表达式都可以用下式表示

，但是，前者的导热系数

为流体的导热系数，而且表面传热系数h是未知的；后者的导热系数

为固体的导热系数，而且表面传热系数h是已知的。

7、由对流换微分方程

可知，该式中没有出现流速，有人因此认为表面传热系数与流体速度场无关。

你认为对吗？

答：

这种说法不正确，因为在描述流动的能量方程中，对流项含有流体速度，要获得流体的温度场，必须先获得流体的速度场，在对流换热中流动与换热是密不可分的。

因此，对流换热的表面传热系数与流体速度有关。

8、在寒冷的北方地区，建房用砖采用实心砖还是多孔的空心砖好？

为什么？

答：

采用空心砖较好，因为空心砖内部充满着空气，而空气的导热系数相对较小，热阻较大，空心砖导热性较之实心砖差，同一条件下空心砖的房间的散热量小保温性好。