传热学第四版课后思考题答案(杨世铭-陶文铨)

1、第一章思虑题.试用简洁的说话解释导热.对流换热及辐射换热三种热传递方法之间的接洽和差别.答：导热和对流的差别在于：物体内部依附微不雅粒子的热活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产生宏不雅相对位移及冷热流体的互相掺混.接洽是：在产生对流换热的同时必定伴生有导热.导热.对流这两种热量传递方法，只有在物资消失的前提下才干实现，而辐射可以在真空中传播，辐射换热时不但有能量的转移还伴随能量情势的转换.以热流密度暗示的傅立叶定律.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解释个中每一个符号及其意义.dtq答：傅立叶定律：dx,个中，q热流密度；导热系

2、dt数；dX-沿x偏向的温度变更率，“-”暗示热量传递的偏向是沿着温度降低的偏向.牛顿冷却公式：qh(twtf),个中，q热流密度；h概况传热系数；却固体概况温度；tf流体的温度.斯忒藩玻耳兹曼定律：qT4,个中，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.导热系数.概况传热系数及传热系数的单位各是什么？哪些是物性参数，哪些与进程有关？答：导热系数的单位是：W/(m.K)；概况传热系数的单位是：W/(m2.K);传热系数的单位是：W/(m2.K).这三个参数中，只有导热系数是物性参数，其它均与进程有关.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可以

3、经由过程个中任何一个环节来盘算(进程是稳态的)，但本章中又引入了传热方程式，并说它是“换热器热工盘算的根本公式”.试剖析引入传热方程式的工程实用意义.答：因为在很多工业换热装备中，进行热量交流的冷.热流体也常处于固体壁面的两侧，是工程技巧中经常碰到的一种典范热 TOC o 1-5 h z 量传递进程.用铝制的水壶烧开水时,尽管炉火很旺,但水壶仍然安然无事.而一旦壶内的水烧干后,水壶很快就烧坏.试从传热学的不雅点剖析这一现象.答：当壶内有水时,可以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,和壶底产生对流换热的是气体,因为气体产生对流换热

4、的概况换热系数小,壶底的热量不克不及很快被传走,故此壶底升温很快,轻易被烧坏.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觉得热.试剖析其原因.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天然对流换热,自热对流换热的概况传热系数小,当快速搅拌时,杯内的水和杯壁之间为强迫对流换热,概况传热系数大热水有更多的热量被传递到杯壁的外侧,是以会明显地感到到热.什么是串联热阻叠加原则,它在什么前提下成立？以固体中的导热为例,试评论辩论有哪些情况可能使热量传递偏向上不合 TOC o 1-5 h z 截面的热流量不相等.答：在一个串联的热量传递进程中,假如经由过

5、程每个环节的热流量都雷同,则各串联环节的总热阻等于各串联环节热阻的和.例如：三块无穷大平板叠加构成的平壁.例如经由过程圆筒壁,对于各个传热环节的传热面积不相等,可能造成热量传递偏向上不合截面的热流量不相等.有两个外形雷同的保温杯A与B,注入同样温度.同样体积的热水后不久,A杯的外概况就可以感到到热，而B杯的外概况则感到不到温度的变更,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,经外部散热今后,温度变更很小,是以几乎感到不到热.第二章思虑题1试写出导热傅里叶定律的一般情势,并解释个中各个符号的意义.q=gradtn答：傅立叶定律的一般情势为：x

6、,个中：gra出为空间某点的温度梯度；n是经由过程该点的等温线上的法向单位矢量，指向温度升高的偏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三个偏向上的热流密度分离为qx，qy及qz,若何获得该点的热密度矢量？答：qqxiqyjqzk,个平分i，j，k离为三个偏向的单位矢量量3试解释得出导热微分方程所根据的根本定律.答：导热微分方程式所根据的根本定律有：傅立叶定律和能量守恒定律.4试分离用数学说话将传热学术语解释导热问题三种类型的鸿沟前提.答：第一类鸿沟前提:第二类鸿沟前提：第三类鸿沟前提：0 时，twfl（）0 时（J）wf2（）x（一）wh（tw t f ）x5试解释串联热阻叠

7、加原则的内容及其运用前提.答：在一个串联的热量传递进程中，假如经由过程每个环节的热流量都雷同，则各串联环节的总热阻等于各串联环节热阻的和.运用前提是对于各个传热环节的传热面积必须相等.7.经由过程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关，而经由过程球壳的导热量盘算式却与半径的绝对值有关如何懂得？答：因为经由过程圆筒壁的导热热阻仅和圆筒壁的表里半径比值有关，而经由过程球壳的导热热阻却和球壳的绝对直径有关，所以绝对半径不合时，导热量不一样.6产生在一个短圆柱中的导热问题，鄙人列哪些情况下可以按一维问题来处理？答：当采取圆柱坐标系，沿半径偏向的导热就可以按一维问题来处理.8扩大概况中

8、的导热问题可以按一维问题来处理的前提是什么？有人以为，只要扩大概况修长，就可按一维问题来处理，你赞成这种不雅点吗？答：只要知足等截面的直肋，就可按一维问题来处理.不合意，因为当扩大概况的截面不均时,不合截面上的热流密度不平均，不成看作一维问题.肋片高度增长引起两种后果：肋效力降低及散热概况积增长.因而有人以为,跟着肋片高度的增长会消失一个临界高度,超出这个高度后,肋片导热热数流量反而会降低.试剖析这一不雅点的准确性.答：错误,因为当肋片高度达到必定值时,经由过程该处截面的热流密度为零.经由过程肋片的热流已达到最大值,不会因为高度的增 TOC o 1-5 h z 长而产生变更.在式（2-57）所

9、给出的剖析解中,不消失导热物体的导热系数,请你供给理论根据.答：因为式（2-57）所描写的问题为稳态导热,且物体的导热系数沿x偏向和y偏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盘算.矩形的一个边绝热,其余三个边均与温度为tf的流体产生对流换热.你能猜测他所得的温度场的解吗？答：能,因为在一边绝热其余三边为雷同鸿沟前提时,矩形物体内部的温度散布应为关于绝热边的中间线对称散布.第三章思虑题试解释集总参数法的物理概念及数学处理的特色答：当表里热阻之比趋于零时,影响换热的重要环节是在鸿沟上的换热才能.而内部因为热阻很小而温度趋于平均,以至于不须要关怀温度在空间

10、的散布,温度只是时光的函数,数学描写上由偏微分方程转化为常微分方程.大大降低了求解难度.在用热电偶测定气流的非稳态温度场时,怎么才干改良热电偶的温度响应特点?答：要改良热电偶的温度响应特点,即最大限度降低热电偶的cv时光常数c而，外形上要降低面子比，要选择热容小的材料，要强化热电偶概况的对流换热.试解释无穷大平板”物理概念，并举出一二个可以按无穷大平板处理的非稳态导热问题答；所谓“无穷大”平板，是指其长宽尺度弘远于其厚度，从边沿交流的热量可以疏忽不计，当平板两侧换热平均时,热量只垂直于板面偏向流淌.如薄板两侧平均加热或冷却.炉墙或冷库的保温层导热等情况可以按无穷大平板处理什么叫非稳态导热的正规

11、状况或充分成长阶段？这一阶段在物理进程及数学处理上都有些什么特色？答：非稳态导热进程进行到必定程度，初始温度散布的影响就会消掉，固然各点温度仍随时光变更，但过余温度的比值已与时光无关，只是几何地位（X/）和鸿沟前提（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分成长阶段.这一阶段的数学处理十分便当，温度散布盘算只需取无穷级数的首项进行盘算.有人以为，当非稳态导热进程阅历时光很长时,采取图3-7记算所得的成果是错误的.来由是：这个图标明，物体中各点的过余温度的比值与几何地位及Bi有关，而与时光无关.但当时光趋于无穷大时，物体中各点的温度应趋近流体温度，所以两者是有抵触的.

12、你是否赞成这种意见，解释你的来由.答：我不合意这种意见,因为跟着时光的推移,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接近.这与物体中各点温度趋近流体温度的事实其实不抵触.试解释Bi数的物理意义.Bio及Bi各代表什么样的换热前提?有人以为,Bi代表了绝热工况,你是否赞成这一不雅点,为什么?答;Bi数是物体表里热阻之比的相对值.Bio时解释传热热阻重要在鸿沟,内部温度趋于平均,可以用集总参数法进行剖析求解;Bi时,解释传热热阻重要在内部,可以近似以为壁温就是流体温度.以为Bio代表绝热工况是不准确的,该工况是指鸿沟热阻相对于内部热阻较大,而绝热工况下鸿沟热阻无穷大.什么是分非稳态

13、导热问题的乘积解法,他的运用前提是什么?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,其解的情势是无量纲过余温度,这就长短稳态导热问题的乘积解法,其运用前提是恒温介质,第三类边界前提或鸿沟温度为定值.初始温度为常数的情况.什么是”半无穷大”的物体?半无穷大物体的非稳态导热消失正规阶段吗?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伸,初脸温度的影响永久不会清除,所以半逝世限大物体的非稳念导热不消失正规状况阶段.冬天,72的铁与600的木材摸上去的感到一样吗,为什么？本章的评论辩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

14、得其非稳态导热的温度场？答：从剖析解情势可见，物体的无量纲过余温度是傅立叶数（/12）的负指数函数，即暗示在雷同尺寸及换热前提下，导温系数越大的物体到达指定温度所需的时光越短.这正解释导温系数所代表的物理寄义.第五章温习题.试用简明的说话解释热鸿沟层的概念.答：在壁面邻近的一个薄层内，流体温度在壁面的法线偏向上产生激烈变更，而在此薄层之外，流体的温度梯度几乎为零，固体概况邻近流体温度产生激烈变更的这一薄层称为温度鸿沟层或热鸿沟层.与完全的能量方程比拟，鸿沟层能量方程最重要的特色是什么？答：与完全的能量方程比拟，它疏忽了主流偏向温度的次变更、2.2率A/x，是以仅实用于鸿沟层内，不实用全部流体.

15、式（54）与导热问题的第三类鸿沟前提式（217）有什么差h答：tly 0t y （5-4）别？（1）h（twtf）/ch（211）式（54）中的h是未知量，而式（2-17）中的h是作为已知的鸿沟前提给出，此外（217）中的为固体导热系数而此式为流体导热系数，式（54）将用来导出一个包含h的无量纲数，只是局部概况传热系数，而全部换热概况的概况系数应当把牛顿冷却公式运用到全部概况而得出.式（54）概况,在鸿沟上垂直壁面的热量传递完全依附导热那么在对流换热中,流体的流淌起什么感化？答：固体概况所形成的鸿沟层的厚度除了与流体的粘性有关外还与主流区的速度有关,流淌速度越大,鸿沟层越薄,是以导热的热阻也就

16、越小,是以起到影响传热大小.对流换热问题完全的数字描写应包含什么内容？既然对大多半现实对传播热问题尚无法求得其准确解,那么树立对流换热问题的数字描写有什么意义？答：对流换热问题完全的数字描写应包含：对流换热微分方程组及定解前提,定解前提包含,（1）初始前提（2）鸿沟前提（速度.压力及温度）树立对流换热问题的数字描写目标在于找出影响对流换热中各物理量之间的互相制约关系,每一种关系都必须知足动量能量和质量守恒关系,防止在研讨漏掉某种物理身分.第六章温习题什么叫做两个现象类似,它们有什么共性？答：指那些用雷同情势并具有雷同内容的微分方程式所描写的现象,假如在响应的时刻与响应的地点上与现象有关的物理量

17、一一 TOC o 1-5 h z 对于成比例,则称为两个现象类似.凡类似的现象,都有一个十分重要的特点,即描写该现象的同名特点数（准则）对应相等.初始前提.指非稳态问题中初始时刻的物理量散布.鸿沟前提.所研讨体系鸿沟上的温度（或热六密度）.速度散布等前提.几何前提.换热概况的几何外形.地位.以及概况的光滑度等.4）物理前提.物体的种类与物性.2试举出工程技巧中运用类似道理的两个例子当一个由若干个物理量所构成的实验数据转换成数量较少的无量纲今后,这个实验数据的性质起了什么变更？外掠单管与管内流淌这两个流淌现象在本质上有什么不合？.对于外接牵制的换热,全部牵制的平均概况传热系数只有在流淌偏向管排数

18、大于必定值后才与排数无关,试剖析原因.答：因后排管受到前排管尾流的影响（扰动）感化对平均概况传热系数的影响直到10排管子以上的管子才干消掉.试简述充分成长的管内流淌与换热这一概念的寄义.答：因为流体由大空间进入管内时,管内形成的鸿沟层由零开端成长直到管子的中间线地位,这种影响才不产生变法,同样在此时对流换热系数才不受局部对流换热系数的影响.什么叫大空间天然对流换热？什么叫有限天然对流换热？这与强迫对流中的外部流淌和内部流淌有什么异同？答：大空间作天然对流时,流体的冷却进程与加热进程互不影响,当其流淌时形成的鸿沟层互相干扰时,称为有限空间天然对流.这与外部流淌和内部流淌的划分有类似的地方,但流淌

19、的动因不合,一个由外在身分引起的流淌,一个是由流体的温度不合而引起的流淌.简述射流冲击传热时被冲击概况上局部概况传热系数的散布纪律.简述Nu数,pr数，Gr数的物理意义.Nu数与Bi数有什么差别？.对于新碰到的一种对传播热现象，在从参考资估中查找换热的特点数方程时要留意什么?第七章思虑题.什么叫膜状凝聚，什么叫珠状凝聚？膜状凝聚时热量传递进程的重要阻力在什么地方？答：凝聚液体在壁面上铺展成膜的凝聚叫膜状凝聚，膜状凝聚的重要热阻在液膜层，凝聚液体在壁面上形成液珠的凝聚叫珠状凝聚.在努塞尔关于膜状凝聚理论剖析的8条假定中，最重要的简化假定是哪两条？答：第3条，疏忽液膜惯性力，使动量方程得以简化；第

20、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.有人说，在其他前提雷同的情况下.程度管外的凝聚换热必定比竖直管强烈，这一说法必定成立？答；这一说法不必定成立，要把守的长径比.为什么程度管外凝聚换热只介绍层流的准则式？常压下的水蒸 TOC o 1-5 h z 气在ttstw10c的程度管外凝聚，假如要使液膜中消失湍流，试近似地估量一下程度管的直径要多大？答：因为换热管径平日较小，程度管外凝聚换热一般在层流规模.4dhtstw-、-.,Re对于程度横圆管：r临界雷诺数由ts100C,查表：r2257kJ/kg由tp95c,查表：961.85kg/m30.6815W/m?K即程度管管

21、径达到2.07m时，流淌状况才过渡到湍流.试解释大容器沸腾的qt曲线中各部分的换热机理.对于热流密度可控及壁面温度可控的两种换热忱况，分离解释掌握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离举出一个工程运用实例.答：对于热流密度可控的装备，如电加热器，掌握热流密度小于临界热流密度，是为了防止装备被销毁，对于壁温可控的装备，如冷凝蒸发器，掌握温差小于临界温差，是为了防止装备换热量降低.试比较程度管外膜状凝聚及程度管外膜态沸腾换热进程的异同.答：稳固膜态沸腾与膜状凝聚在物理上同属相变换热,前者热量必须穿过热阻较大的汽膜,后者热量必须穿过热阻较大的液膜,前者热量由里向外,

22、后者热量由外向里.8从换热概况的构造而言,强化凝聚换热的根本思惟是什么?强化沸腾换热的根本思惟是什么？答：从换热概况的构造而言,强化凝聚换热的根本思惟是尽量减薄粘滞在换热概况上液膜的厚度,强化沸腾换热的根本思惟是尽量增长换热概况的汽化焦点数.9在你进修过的对流换热中概况传热系数盘算式中显含换热温差的有哪几种换热方法？其他换热方法中不显含温差是否意味着与温差没有任何干系?答：概况传热系数盘算式中显含换热温差的有凝聚换热和沸腾换热不显含温差其实不料味着与温差无关,温差的影响隐含在公式实用规模和物件盘算中.10在图7-14所示的沸腾曲线中,为什么稳固膜态沸腾部分的曲线会随At的增长而敏捷上升？答：因

23、为跟着壁面过热度的增长,辐射换热的感化越加明显.第八章1什么叫黑体？在热辐射理论中为什么要引入这一概念？温度平均得空腔壁面上的小孔具有黑体辐射的特点,那么空腔内部壁面的辐射是否也是黑体辐射？试解释,为什么在界说物体的辐射力时要加上半球空间及全体波长的解释？黑体的辐射能按波长是如何散布的？光谱接收力Eb的单位平分母的m3代表什么意义？5黑体的辐射按空间偏向是如何散布的？定向辐射强度与空间偏向无关是否意味着黑体的辐射能在半球空间各偏向上是平均散布的？6什么叫光谱接收比？在不合光源的照射下,物体常呈现不合的色彩,若何解释？7对于一般物体,接收比等于发射率在什么前提下才成立？8,解释灰体的界说以及引入

24、灰体的简化对工程辐射传热盘算的意义8黑体的辐射具有漫射特点若何懂得从黑体模子（温度平均的空腔器壁上的小孔）发出的辐射能也具有漫射特点呢？第九章思虑题试述角系数的界说.“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：概况1发出的辐射能落到概况2上的份额称为概况对概况2的角系数.“角系数是一个纯几何因子”的结论是在物体概况性质及概况湿度平均.物体辐射屈服兰贝特定律的前提下得出的.角系数有哪些特点?这些特点的物理布景是什么?答：角系数有相对性.完全性和可加性.相对性是在两物体处于热均衡时,净辐射换热量为零的前提下导得的;完全性反应了一个由几个概况构成的关闭体系中.任一概况所产生的辐射能必全

25、体落到关闭体系的各个概况上;可加性是解释从概况1发出而落到概况2上的总能量等于落到概况2上各部分的辐射能之和.为什么盘算个概况与外界之间的净辐射换热量时要采取关闭腔的模子?答：因为任一概况与外界的辐射换热包含了该概况向空间各个偏向发出的辐射能和从各个偏向投入到该概况上的辐射能.现实概况体系与黑体系统比拟,辐射换热盘算增长了哪些庞杂性?答：现实概况体系的辐射换热消失概况间的多次反复反射和接收光谱辐射力不屈服普朗克定律,光谱接收比与波长有关,辐射能在空间的散布不屈服兰贝特定律,这都给辐射换热盘算带来了庞杂性.什么是一个概况的自身辆射.投入辐射及有用辐射?有用辐射的引入对于灰体概况体系辐射换热的盘算

26、有什么感化？答：由物体内能转变成辐射能叫做自身辐射,投向辐射表而的辐射叫做投入辐射,分开辐射概况的辐射叫做有用辐射,有用辐射概念的引入可以防止盘算辐射换热盘算时消失多次接收和反射的庞杂性.对于温度已知的多概况体系,试总结求解每一概况净辐射换热量的根本步调.答：(1)画出辐射收集图,写出端点辐射力.概况热阻和空间热阻;(2)写出由中央节点方程构成的方程组;(3)解方程组得到各点有用辐射;(4)由端点辐射力,有用辐射和概况热阻盘算各概况净辐射换热量.什么是辐射概况热阻？什么是辐射空间热阻？收集法的现实感化你是如何熟悉的？答：出辐射概况特点引起的热阻称为辐射概况热阻,由辐射概况外形和空间地位引起的热

27、阻称为辐射空间热阻,收集法的现实感化是为现实物体概况之间的辐射换热描写了清楚的物理概念和供给了 TOC o 1-5 h z 简洁的解题办法.什么是遮热板?试根据本身的亲身阅历举出几个运用遮热板的例子.答：所谓遮热板是指插人两个辐射概况之间以减弱换热的薄板.如屋顶隔热板.遮阳伞都是我们生涯中运用遮热板的例子.试述气体辐射的根本特色.什么是气体辐射的平均射线程长？分开了气体所处的几何空间而谈论气体的发射率与吸热比有没有现实意义？按式(9-29)当s很大时气体的，s趋近于1.可否定为此时的气体层具有黑体的性质？节中关于掌握概况热阻的评论辩论是对图9-37所示的齐心圆柱面体系进行的,其结论对于像图9-15a所示的两概况关闭体系是否也成立？图9-39所示的电子器件机箱冷却体系中,印制板上大功率元件安插在机箱出口处,试剖析其原因.第十章思虑题所谓双侧强化管是指管内侧与管外侧均为强化换热概况得管子设一双侧强化管用内径为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,并解释管内.外概况传热系数的盘算面积.在圆管外敷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强化其传热而肋片反而会减弱其传热？答：在圆管外敷设保温层和设置肋片都使概况换热热阻降低而导热热阻增长,而一般情况下保温使导热热阻增长较多,