传热学实际现象应用

1、传热学实际现象应用1. 热传导（1） 为什么冬天晒过的棉被盖上去温存，拍打后效果更好。要点：导热系数小保温材料答：棉被经过晾晒后，可使棉花空隙中进入更多的空气，而空气在狭小的棉絮空间里热量的传递方式主要是导热，由于空气的导热系数小，具有良好的保温性能，拍打后让更多的空气进入，效果明显。（2） 在夏天，20的室温感到舒适，而冬天同样20的室温感到冷。要点：热传导，辐射换热，对流换热答：冬夏最大的区分就是室外温度不同。夏季室外温度高，因此通过墙壁的传热方向是室外传到室内，而冬季室外气温比室内低，通过墙壁热量传递的方向是室内到室外。因此冬季墙壁表面温度低于夏季。人体在室内主要是与四周的空气发生对流换

2、热，和墙壁发生辐射换热，人在冬季通过辐射换热与墙壁的散热比夏季高得多，因此冬季感觉到冷。（3） 用套管式温度计测量管道中流体的温度，为减小测量误差，若有铜和不锈钢两种材料，哪一种做套管较好？套管温度计安装在那个位置好？要点：套筒式温度计答：1.选择不锈钢。温度计套管产生误差的主要缘由是由于沿肋高（即套管长度方向）有热量导出和套管表面与流体之间存在换热热阻。因而要减小温度计套管的误差，要选择导热系数小的材料，增加导热热阻，故选择不锈钢。 2.安装在拐角处位置好，由于拐角处由于离心力的作用，在横截面上产生了二次环流，增加了扰动，从而强化了换热，对应的换热系数增加，从而使测温误差减小。 （4） 试解

3、释冰箱结霜后耗电量增加。要点：传热热阻答：冰箱工作是先吸入处于低压常温下的制冷剂，并压缩到高温高压的蒸汽；然后制冷剂通过蛇形管冷凝器，向外界散热，制冷剂从气体变为液体；最终制冷剂通过更细的蛇形管蒸发器，由于节流作用，从液体变为气体，这个过程需要吸热。而这部分热量来自于冰箱中的食物。当冰箱结霜后，蒸发器与冷藏室中增加了传热热阻，那么假如期望冷藏室的温度保持初始温度，需要冰箱中的食物向制冷剂传递更多的能量，这就要求制冷剂的温度能够降得更低，这就要求增加压缩机的功率，增加了耗电量。（5） 何为肋效率？在设计肋片时，是否肋片越长越好？要点：肋效率答：肋片效率指的是肋片的实际散热量与假设整个肋片温度都与

4、肋根温度相同时的抱负散热量之比。设计的肋片越长当然能通过增加表面积来强化传热，但是同时增加了固体导热热阻，降低了肋效率。（6） 为什么玻璃测温计测温必需在测温点放置肯定的时间？假如设计体温计，有哪些方法可以缩短测温的放置时间？要点：非稳态导热、热容量越小、时间常数越小反映温度变化越快答:1.对于玻璃测温计的分析可以简化为分析玻璃体中水银的非稳态导热问题，由于玻璃体中水银较少，所以可以用集中参数法。依据集中参数法的分析，时间参数为：时间参数=p c v/h A,由此可知玻璃体中的物质热容量越小玻璃体的表面换热条件越好，那么温度变化越快。由于水银的热容量比较大，那么在表面换热条件肯定的条件下，温度

5、变化较慢，时间常数较大，所以玻璃温度计测量体温必需在测温点放置一段时间。 2.依据时间参数的定义可知，要缩短测温的放置时间必需从减小物质的热容量p c v和增大表面换热条件h A 以缩短测温的放置时间。（7） 解释什么叫做热电偶的热惯性？要点：时间常数答：热电偶是一种感温元件，是一种仪表。它直接测量温度，并把温度信号转变成热电动势信号, 通过电气仪表(二次仪表)转换成被测介质的温度。由于热接点的温度变化，在时间上总是滞后于被测介质的温度变化，热电偶这种现象称为热惯性。热电偶的时间常数越小表示热惯性越小，达到稳态的时间越短。（8） “热得快”为什么要准时清除水垢？要点：热阻答：水垢的存在相当于在

6、传热过程中串联了一个热阻，假如不准时清除水垢，要达到相同的加热效果（把水烧开）会使耗电量增加。(9)72的铁和600的木头摸上去的感觉是一样的，为什么？要求：导温系数a答：人手感觉到的冷暖实质是热量传递的快慢，铁的导温系数远大于木头的。（10） 为什么住新居子感觉冷？要点：导热系数大，散热量多。答：由于水的导热系数远远大于空气，新居子的墙壁含水较多，所以住新居子感觉冷。2. 对流换热（1） 两地完全相同的水珠分别落在120和400的铁板上，那一滴先气化掉？为什么？要点：沸腾曲线、核态沸腾区（温压小换热强）、膜态沸腾区答：落在120的铁板上的先气化，由于120铁板上的水珠在核态沸腾区换热强，40

7、0铁板上的水珠在稳定的膜态沸腾区，热量必需要经过热阻较大的气膜，换热系数格外小，换热强度小。（2） 在烧开水的某个阶段，在锅底形成的气泡在上升过程中会渐渐消逝，试解释其缘由。要点：降温冷却热胀冷缩答：气泡在上升过程中，渐渐降温、冷却、热胀冷缩，并有气泡携带的水蒸气在低于沸点时分散为水，气泡就会越来越小，渐渐消逝。（3）一台氟利昂冷凝器试验台再充氟利昂前没有抽成真空，试问对于冷凝器运行的传热性能有什么影响为什么？要点：不分散气体对于膜状分散换热的影响答：氟利昂在冷凝器中进行膜态分散换热，在冲入氟利昂前没有抽成真空会使不分散气体的成分增加。一方面降低了气液界面蒸汽的分压力，即降低了蒸汽的饱和温度，

8、从而减小了分散换热的驱动力t w - t s ;另一方面蒸汽在抵达液膜表面分散前需要通过集中的方式才能穿过不分散气体，从而增加了传热热阻，使传热性能降低。（4） 安装空调时在充灌制冷剂之前，往往要对系统抽成真空，简述理由？要点：不分散气体对于膜状分散换热的影响答：制冷剂在空调内部要进行分散换热，分散传热的效果会受到不分散气体的影响，若不将系统抽成真空，则会降低分散传热的效果，影响空调正常工作。（5）为了强化竖管外分散传热，在竖管外可以隔一段距离布置一些分散液泄出罩，试简述理由。要点：强化分散换热答：接受泄出罩可以减薄分散液膜，使已经分散的液体尽快从分散表面分散表面排泄，从而减小分散热阻强化了传

9、热。（6） 就把握热流和把握壁温两种加热方式，说明确定临界热流密度的意义和实例。要点：临界热流密度q m a x答：1.对于把握热流密度的加热方式，当热流密度超过临界热流密度时，工况将沿着虚线跳至稳定的膜态沸腾线，过热度飞升，壁面温度快速上升，导致设备烧毁。 把握加热的热流密度使其不至于烧毁。实例：电加热器，冷却水加热的核反应堆。 2.对于把握壁温的加热方式，当热流密度超过临界热流密度时 ，可能导致膜态沸腾使相同壁温下传热量大大减小。把握壁温导致传热效率不会下降。实例：蒸发冷凝器。（7） 为什么电厂凝汽器中水蒸气与管壁之间的换热可以不考虑辐射换热，而锅炉的炉膛内烟气与水冷壁之间的换热必需考虑辐

10、射换热？要点：相变分散换热（分散换热）、辐射传热与温差有关答：水蒸气与管壁之间的换热可以不考虑辐射换热，由于水蒸气与管壁之间的对流传热是伴随有相变的分散换热，分散换热表面传热系数比较大，而水蒸气与管壁之间的温差比较小，两者间的辐射传热量少，所以水蒸气与管壁之间的换热可以不考虑辐射换热。 炉膛内烟气与水冷壁之间的换热，由于火焰温度高达1000以上，辐射换热量很大，而炉膛烟气流速小，对流换热量相对较小，所以必需考虑辐射换热。（8） 游泳者刚从游泳池上来，皮肤上有一层水，这事是阴天而且有风，分析皮肤上全部的传热过程；用传热学学问解释为什么此时要比皮肤完全干时冷的多？假如此时太阳出来了，发生在他身上的

11、传热过程又会怎样？要点：分析各种传热方式，考虑周到。答：1.游泳者出泳池后，皮肤发生的全部传热过程包括：（1）皮肤与水膜之间伴随有相变的对流传热（2）水膜内部的导热（3）水膜外表面与空气之间的对流换热（4）皮肤与环境的辐射换热。 2.伴随有相变的对流传热表面传热系数的数量级为104，皮肤与空气的对流换热系数数量级为102，所以皮肤有水膜时对流换热猛烈，所以感到冷的多。 3.太阳出来后，（1）皮肤与水膜间伴随有相变的对流传热（2）水膜内部的导热（3）水膜外表面与空气之间的对流传热（4）皮肤与太阳的辐射换热。由于太阳温度较高，所以辐射传热吸取的热量抵消了相变换热放出的热量，所以感觉暖和。（9） 铝

12、壶烧水时炉火很旺，水平稳无恙，水烧干后水壶很快被烧坏：要点：对流换热系数答：当壶内有水时，水与壶底发生对流换热，水侧沸腾对流换热系数大，可以对壶底进行很好的冷却，壶底的温度能够很快被传走，不至于温度升得很高；当没有水时，和壶底发生对流传热的是气体，气体的表面传热系数很小，壶底的热量无法被很快得传走，因此壶底温度上升得很快，铝壶被烧坏。（10） 为什么暖气片一般都放置在窗户的下面？要点：温差大对流传热强度高答：1.可以提高换热效率，在室内，靠近窗户处的空气温度较低，假设暖气片的温度肯定，当暖气片放在窗户下面时，暖气片于四周空气温度的温差最大，从而使换热量增加，传热效率提高。 2.可以使室内温度分

13、布均匀，靠近窗户处的温度较低，暖气片放在窗户下可以使室内的温度均匀。（11） 用空气冷却高温设备的内通道壁，为了提高冷却效果，在通道内紧插一块沿轴向放置的金属平板，能否使同道内壁的冷却加强壁温下降？要点：肋片散热、辐射换热、破坏了边界层减小了传热热阻。答：可以使设备内通道壁的冷却加强。相当于增加了肋片强化了散热。同时也增加了辐射换热；加上平板后，也增加了流体的扰动，破坏了边界层，减小了对流传热热阻，强化了对流传热。（12） 一台冷油器，管内的油被管外的冷却水冷却，为了强化传热，管内加装一个细的螺旋状金属丝。另有一台暖风器，以热水在管内流淌来加热管外的空气，同样在管内加装一细的螺旋状金属丝，比较

14、这两种方案强化换热的效果，为什么？要点：强化对流换热系数以强化对流传热、加金属丝破坏边界层强化对流传热答：1对于冷油器。由于油的粘度较大对流换热表面传热系数较小，占整个传热过程中热阻的主要部分，在管内加装一细化螺旋金属丝，可以破坏边界层，减小油侧热阻，从而强化传热效果明显。 2.对于暖风机，空气的对流换热系数比热水要小，占整个传热过程中热阻的主要部份，但管内是水，管内加装金属丝，只能强化热水侧换热，对于总热阻则减小很少，强化效果不明显。（13） 为了强化一台冷油器的传热，有人用提高冷却水流速的方法但发觉效果不明显，试分析缘由？要点：冷油器主要热阻在内部的油答：冷油器由于油的粘度大，对流传热表面

15、传热系数较小，占整个传热过程热阻的主要部分，而冷却水的对流传热热阻较小，不占主导地位，因而接受提高水速的方法，只能减小不占主导地位的水侧热阻，效果不明显。应当试图减小内部油的热阻，如加装一根细化螺旋金属丝破坏油的边界层。（14）温度同为20的空气和水，假设流淌速度相同，当你把两只手分别放倒水和空气中，为什么感觉却不一样？要点：密度不同-雷诺数不同-努塞尔数不同+导热系数不同=h不同答：尽管空气和水的流速和温度相同，但是由于水的密度约为空气的1000倍，而动力黏度则相差不多，在相同的特征尺度下，雷诺数为R e=u*l/v,所以将手放入水中的雷诺数要远远大于放入空气中的雷诺数，因此放入水中的努塞尔

16、数大；另一方面，又由于水的导热系数大于空气的导热系数，Nu=h l/入，所以将手放入水中时的对流换热系数远远大于放入空气中的对流换热系数，所以感觉不同。（15）空调和制冷器用的冷却器其管外装的肋片往往制成百叶窗式的肋片，试问肋片做成这样的意义？要点：百叶窗，破坏边界层强化传热。答：空气通过平直肋片时，随着流程的增长，边界层会增厚，传热热阻增大，表面传热系数会减小。将其做成百叶窗式，可以使流体流经肋片的边界层破坏，使边界层减薄。同时，流体脱离百叶窗式肋片后产生分别状扰动，这些均能强化传热。（16） 地面上按自然对流设计的换热装置，在太空中还能正常工作吗？为什么？要点：自然对流换热答：不能。由于自

17、然对流换热是由于流体各部分温度不均匀而形成密度差，从而在重力场作用下产生浮升力所引起的对流换热现象。因此到了太空中完全处于失重状态，因而该装置在太空中无法正常工作。（17） 转变暖气中的水的流速是否可以显著地增加换热？要点：暖气水侧、气侧内外热阻的比较答：不能。由于暖气里的水是强制对流换热，而外部是空气的自然对流散热，由于空气侧对流换热表面传热系数远小于水侧，因此转变水的流速以进一步减小水的热阻对于传热量贡献不大。（18） 摩托车手的膝盖为什么需要特殊的保温？要点：热边界层很薄，换热强。答：由于膝盖处的热边界层很薄，换热力量较强，该处与空气的热交换量较大，因此要特殊保温。(19) 为什么只可以

18、烧开水？要点：对流传热的热阻答：水侧的热阻远远小于加热侧的热阻，纸的温度更接近与水的温度，所以不会达到纸的着火点.3. 辐射换热（1） 简述玻璃温室保温的原理？要点：选择透过性。答：保温室里的温度明显高于外界温度，玻璃对太阳辐射具有猛烈的选择性吸取，它对可见光为主的太阳光透射率大，但对室内物体红外范围内的（长波辐射）热辐射透射率低，所以产生温室效应。（2） 金属工件在炉内加热时表面颜色随温度上升而变化做出解释？要点：热辐射光谱具有选择性。答：金属工件在炉内加热时，其热辐射光谱具有选择性，不同温度时选择辐射的光谱不同，所以呈现不同的颜色。金属在不同温度下呈现的各种颜色说明随着温度上升热辐射中可见

19、光中短波的比例不断增加。（3） 指出热射线主要由哪两种射线组成？为什么钢锭在炉中加热时随着温度上升颜色会依次消灭黑红橙白的变化？要点：实际物体的光谱辐射力随着波长做不规章变化。答：热射线主要由红外线（波长0.76-20微米）和可见光（波长0.38-0.76微米）组成。 随着温度上升，钢锭辐射能量中重要部分的能量向波长较小的方向移动，所以钢锭的颜色会依次消灭黑红橙白的变化。（4） 何为灰体？这种物体表面现实中不存在，为什么可以用于实际表面间的辐射换热计算？要点：灰体答：灰体是物体的光谱吸取比为常数物体。光谱辐射特性不随着波长而变化的假想物体。 灰体是对实际物体的吸取比进行抽象简化后的抱负模型，只

20、要在所争辩的辐射能掩盖的波长范围内光谱吸取比为常数即可，不必要求对全部波长都严格成立。工业上遇到的热辐射，其主要波长区段位于红外线范围内，把大多数工程材料当作灰体处理引起的误差是允许的，给辐射传热的计算带来了很大的便利。（5） 常温下树叶为什么呈现绿色？常温下呈绿色的树叶其对绿光的光谱放射率较对其他颜色的可见光（红，黄）的光谱放射率是大是小？要点:反射、放射率=吸取比、基尔霍夫定律：反射率+吸取比=1答：树叶呈现绿色是由于物体对可见光中的绿色反射较多的原因，而几乎全部吸取了其他可见光。也就是说该物体在常温下绿色光比其他单色光的吸取比低，依据基尔霍夫定律，在热平衡条件下任意物体对黑体投入辐射的吸

21、取比等于同温度下该物体的放射率，因此实际上该物体在常温下绿色光的光谱放射率较其他单色光的光谱放射率低。（6） 深秋以及初冬季节的早晨经常会看到层面结霜，分析：1为什么霜消灭的早晨肯定是晴天？或者说为什么阴天不简洁结霜而晴天简洁结霜？要点：辐射换热、云层反射。答：屋面结霜的一个重要缘由是，在晴天无云的条件下屋面能与太空进行辐射换热，由于太空温度较低，使得屋面上的水（汽）失去了大量的热，温度降低，低于冰点形成霜。所以有霜消灭必定是晴天。 当阴天地面发出去的热量有一部分会被空中的云层给反射回来，这在肯定程度上降低了地面热量的削减，使地面温度不会太低。因此冬天阴天不易结霜而晴天简洁结霜。2室外温度是否

22、肯定要低于0？要点：辐射传热，电磁波答：不是肯定要低于0，由于结霜的主要缘由是由于屋面与太空之间的辐射传热，辐射传热是通过电磁波来传递能量，并不是借助于物质传递能量。3结霜屋面与不结霜屋面谁的保温效果好？答：结霜屋面的保温效果好。由于假如保温效果不好，那么屋面温度受到室内温度的影响较大，这样很难达到较低温度形成结霜的条件。（7） 在深秋晴朗无风的夜晚，草地也会结霜，可气象台说早晨的最低温度为2，解释此现象。（假设草地与地面绝热）要点：草地与空气对流换热、草地与太空辐射答：由于草地与地面近似于绝热，所以草地接受空气的对流换热量等于他对太空的辐射。h（T空-T草）=5.67*10-8（T草四次方-

23、T天四次方）所以T天<T草<T空。1晴天草地直接向天空热辐射，辐射换热量增加，T草与T空的差值增加，结霜。2并且无风导致对流传热系数h减小，T草与T空的差值增大，所以结霜。（8） 何为漫-灰表面？将实际表面视为漫-灰表面有何实际意义？要点：漫-灰表面答：漫射表面是指听从兰贝特定律的（定向辐射强度与方向无关）的表面灰体表面是指光谱吸取比是常数与波长无关的物体表面漫-灰表面是一种抱负的表面，可以直接应用基尔霍夫定律(放射率等于吸取比)；兰贝特定律（辐射力等于定向辐射力的倍）；这种简化处理给辐射换热的分析与计算带来了很大的便利。（9） 太阳能集热器接受选择性表面涂层对太阳辐射的吸取比为0

24、.9本身的放射率为0.3这一现象是否违反了基尔霍夫定律？为什么？要点：基尔霍夫定律的适用条件答：基尔霍夫定律是指热平衡时，任意物体对黑体投入辐射的吸取比等于同温度下该物体的放射率。对于漫灰体，不论投入辐射是否来自黑体，也不论是否处于热平衡条件，其吸取比恒等于同温度下的放射率。太阳能集热器的吸取板表面具有对太阳辐射的高吸取比，而又期望削减涂层本身的放射率以削减散热损失。太阳能集热器的吸取板表面掩盖的选择性涂层，他所吸取的阳光来源与太阳，他对阳光的吸取比是针对于太阳而言的，而他本身的放射率是针对其自身的温度。太阳的温度与太阳能集热器的吸取板表面的温度不同，温度不同使阳光与太阳能集热器吸取版表面自身辐射的光谱分布也不同，所以选择性涂层能使表面吸取阳光的力量与自身辐射的力量不一样，与基尔霍夫定律不冲突。（10） 为什么在争辩物体表面对太阳能的吸取时不能把物体当作灰体？为什么夏天人们爱穿