传热学知识重点

正比例于当地垂直于截面方向上的温度变化率2集总参数法：无视物体内部导热热阻的简化分析方法程的？的润湿壁面，它就在壁面上铺展成膜，这种分散形式称为膜状分散。不分散气体对分散换热过程的影响：在靠近液膜外表的蒸气侧，随着蒸气的分散，蒸气分压力减小而不分散气体的分压力增大。蒸气在抵达液膜外表进展分散前，必需以集中方式穿过聚拢在界面四周的不分散气体层。因此，不分散气体层的存在增加了传递过程的阻力。16过程中，随着流体在管内流淌局部外表传热系数如何变化的？外掠单管的流淌与管内的流淌有什么不同薄而具有比较充分的进展段高的外表传热系数。主流方向渐渐降低。充分进展段的局部外表传热系数较低。回流、漩涡和涡束。19为什么二氧化碳被称作“温室效应”气体？气体的辐射与吸取对波长具有选择性，二氧化碳等气体聚拢在地球的外侧就似乎给地球罩上了一层玻璃窗：以可见光为主的太阳能可以到达地球的外表，而地球上一般温度下的物体所辐射的红外范围内的热辐射则大量被这些气体吸取，无法散发到宇宙空间，使得地球外表的温度渐渐上升20量不凝性气体会对传热效果分别产生什么影响？缘由？对于分散，蒸气中的不行分散气体会降低外表传热系数，由于在靠近液膜外表的蒸气侧，随着蒸气的分散，蒸气分压力减小而不分散气体的分压力增大。蒸气在抵达液膜外表进展分散前，必需以集中方式穿过聚拢在界面四周的不分散气体层。因此，不分散气体层的存在增加了传递过程的阻力。沸腾传热得到某种强化，这是由于，随着工作液体温度的升高，不分散气体会从液体中逸出，使壁面四周的微小凹坑得q~ΔtΔt减小的方向移动，即在一样的Δt下产生更高的热流密度，强化了传热。21太阳能集热器的吸取板外表有时覆以一层选择性涂层，使外表吸取阳光的力气比本身辐射力气高出很多倍。请问这一现象与吉尔霍夫定律是否冲突？缘由？论是在“物体与黑体投入辐射处于热平衡”这样严格的条件下才成立的，而太阳能集热器的吸取板外表涂上选择性涂层，投入辐射既非黑体辐射，更不是处于热平衡，所以，表面吸取阳光的力气比本身辐射力气高出很多倍，这一现象与基尔霍夫定律不相冲突。22请说明Nu、Bi的物理意义，Bi趋于0和趋于无穷时各代表什么样的换热条件？Nu数说明壁面上流体的无量纲温度梯度Bi说明固体内部导热热阻与界面上换热热阻之比Bi趋于0时平板内部导热热阻几乎可以无视，因而任一时刻平板中各点的温度接近均匀，并随着时间的推移整体的下降，渐渐趋近于外界温度。Bi趋于无穷时，外表的对流换热热阻几乎可以无视，因而过程一开头平板的外表温度就被冷却到外界温度，随着时间的推移，平板内部各点的温度渐渐下降而趋近于外界温度。23举例说明什么是温室效应，以及产生温室效应的缘由位于太阳照耀下被玻璃封闭起来的空间，例如小轿车、培育植物的暖房等，其内的温度明显地高于外界温度，这种现象称为温室效应。这是由于玻璃对太阳辐射具有猛烈的选择性吸取性，从而大局部太阳辐射能穿过玻璃进入有吸热面的腔内，而吸热面发出的常温下的长波辐射却被玻璃阻隔在腔内，从而产生了所谓的温室效应。4N、R、P、B数的表达式，并说明其物理意u e r i义。〔1〕努塞尔(Nusselt)数，Nu温度梯度的大小。

hl，它表示外表上无量纲雷诺(Reynolds)数，

ulRe

，它表示惯性力和粘性力的相对大小。aPr，它表示动量集中厚度和能量集中厚a度的相对大小。毕渥数，Bi

hl，它表示导热体内部热阻与外部热阻的相对大小。8、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，物体内部的温度仅热是时间的函数，而与位置无关。20、写出时间常数的表达式，时间常数是从什么导热问题中定义出来的？它与哪些因素有关？答：时间常数的表达式为c

cVhA

，是从非稳态导热问题中定V/A参数和物性参数c，还取h。23、何谓遮热板〔罩〕？答：插入两个辐射换热外表之间的用于减弱两个外表之间辐射换热的薄板或罩。、在严寒的北方地区，建房用砖承受实心砖还是多孔的空心砖好？为什么？答：承受空心砖较好，由于空心砖内部布满着空气，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。北方深秋季节的早晨，树叶叶面上常常结霜。试问树叶上、下外表的哪一面上简洁结霜？为什么？而太空外表的温度会低于摄氏零度；下外表朝向地面，而地球外表的温度一般在零度以上。相对于下外表来说，树叶上外表对外辐射热量较多，温度下降的快，一旦低于零度时便会结霜。38、什么是物体的放射率和吸取率？二者在什么条件下相等？答：实际物体的辐射力与同温度下黑体的辐射力之比称为该物体的放射率；投射到物体外表的总能量中被吸取的能量所占的份额是物体的吸取率。由基尔霍夫定律可知：当物体表面为漫灰外表时，二者相等。39、窗玻璃对红外线几乎是不透过的，但为什么隔着玻璃晒太阳却使人感到温存？当隔着玻璃晒太阳时，太阳光可以穿过玻璃进入室内，而室内物体发出的红外线却被阻隔在室内，因房间内温度越来越高，从而感到温存。42、为什么用电加热时简洁发生电热管壁被烧毁的现象？而承受蒸汽加热时则不会？答：用电加热时，加热方式属于外表热流密度可把握的，而承受蒸汽加热时则属于壁面温度可把握的情形。由大容器饱和沸腾曲线可知，当热流密度一旦超过临界热流密度时，工况就有可能很快跳至稳定的膜态沸腾，使得外表温度快速上升，当超过壁面得烧毁温度时，就会导致设备的烧毁；承受蒸汽加热由于壁面温度可把握，就简洁把握壁面的温升，避免设备壁面温度过度上升，使其温度始终低于设备的烧毁温度。43、用热电偶监测气流温度随时间变化规律时，应如何选择热电偶节点的大小？答：在其它条件一样时，热电偶节点越大，它的温度变化一定幅度所需要吸取〔或放出〕的热量越多，此时虽然节点换热外表积也有所增大，但其增大的幅度小于体积增大的幅度。故综合地讲，节点大的热电偶在一样的时间内吸取热量所产生的温升要小一些。由c

cVhA

V/Af(r)r为节点的半径，明显，节点半径越小，时间常数越小，热电偶的相应速度越快。44、由导热微分方程可知，非稳态导热只与热集中率有关，而与导热系数无关。你认为对吗？答：由于描述一个导热问题的完整数学表达，不仅包括把握方程，还包括定解条件。虽然非稳态导热把握方程只与热扩散率有关，但边界条件中却有可能包括导热系数。因此，上述观点不正确。58、试用传热学理论解释热水瓶的保温原理。50、简述遮热罩减弱辐射换热的根本思想。57、简要说明太阳能集热器承受的选择性外表应具备的性质和作用原理。15．导热系数是表征材料导热性能优劣的系数，是一种物性参数，不同材料的导热系数的数值不同，即使是同一种材料，其值还与温度等参数有关。对于各向异性的材料，还与方向有关。水垢：水垢：1-3；烟垢：0.1-0.3。5、保温瓶散热过程分析。热量从保温瓶内的热水散失到四周环境中去的过程包括以下各个环节：(1)热量q0由热水通过自然对流换热传递到内层瓶胆的内壁；(2)通过内层瓶胆的导热，热量q1由内层瓶胆内壁传到其外壁；由内层瓶胆的外壁通过辐射换热把热量q2传递到外层瓶胆的内壁；热量q3由外层瓶胆的内壁通过导热传到其外壁；外层瓶胆的外壁通过辐射换热把一局部热量q4传给外壳内侧；外层瓶胆外壁通过自然对流换热把热量q5传给空气，空气又与外壳内侧发生自然对流换热把热量q5传递给外壳内侧；(7)通过导热，热量q6由外壳内壁传递到其外壁；外壳外侧通过自然对流把一局部热量q7传递给室内空气；外壳外侧与四周物体间进展辐射换热，换热量为q8。这里要特别指出，保温瓶之所以可以保温的缘由主要在于，制造保温瓶时在上述第3个环节上实行了以下减弱传热的措施：1〕瓶胆夹层中抽成真空，从而排解了夹层中空气的导热与对流；2〕在夹层的两壁上涂有一层辐射黑度ε很小的硝酸银层(即银白色涂层)，从而大大削减了夹层两壁面间的辐射换热。使用保温瓶时，假设不留神破坏了瓶胆下部抽气封口的密封，空气进入夹层后将使保温性能大大下降。6、用水壶将盛装的开水放在地面上渐渐冷却，开水以哪些方式散发热量?翻开水壶盖和盖上水壶盖，开水的冷却速度有何区分?答：水壶与地面间以导热方式传递热量；水壶与四周空气间以自然对流换热方式传递热量，与四周环境以辐射换热方式传递热量；壶嘴以蒸发方式散发热量。翻开壶盖后，开水的蒸发速度加快，开水由此冷却得更快。7、冬天，经过在白天太阳底下晒过的棉被，晚上盖起来为什么感到很温存？并且经过拍打以后，为什么效果更加明显？答：棉被经过晾晒以后，可使棉花的空隙里进入更多的空气。而空气在狭小的棉絮空间里的热量传递方式主要是导热，由于空气的导热系数较小，具有良好的保温性能。而经过拍打的棉被可以让更多的空气进入，因而效果更明显。8、冬天，在一样的室外温度条件下，为什么有风比无风时感到更冷些？答：假定人体外表温度一样时，人体的散热在有风时相当于强制对流换热，而在无风时属自然对流换热〔不考虑热辐射或假定辐射换热量一样时。而空气的强制对流换热强度要比自然对流猛烈。因而在有风时从人体带走的热量更多，所以感到更冷一些。持在22℃的室内工作时，为什么必需穿绒衣才觉得舒适？答：首先，冬季和夏季的最大区分是室外温度不同。夏季室外温度比室内温度高，因此通过墙壁的热量传递方向是由室外传向室内。而冬季室外气温比室内气温低，通过墙壁的热量传递方向是由室内传向室外。因此冬季和夏季墙壁内外表温度不同，夏季高而冬季低。因此，尽管冬季室内温度比夏季高很多。依据上题人体对冷暖的感受主要是散热量的原理，在冬季散热量大，因此要穿厚一些的绒衣。1020而冬季在同样温度的同一教室内听课却必需穿绒衣。假设湿度不是影响的因素，试从传热的观点分析这种反常的“舒适温度”现象。答：夏季人体的散热量为：11、利用同一冰箱储存一样的物质时，试问结霜的冰箱耗电量大还是未结霜的冰箱耗电量大？答复：当其它条件一样时，冰箱的结霜相当于在冰箱蒸发器和冰箱冷冻室〔或冷藏室〕之间增加了一个附加热阻，因此，要到达一样的制冷室温度，必定要求蒸发器处于更低的温度。所以，结霜的冰箱耗电量更大。12、有人将一碗热稀饭置于一盆凉水中进展冷却。为使稀饭凉得更快一些，你认为他应当搅拌碗中的稀饭还是盆中的凉水？为什么？答：从稀饭到凉水是一个传热过程。明显，稀饭和水的换热在不搅动时属自然对流。而稀饭的换热比水要差。因此要强化传热增加散热量，应当用搅拌的方式强化稀饭侧的传热。13、用铝制的水壶烧开水时，尽管炉火很旺，但水壶仍平稳无恙。但一旦壶内的水烧干后，水壶很快就被烧坏。试从传热学的观点分析这一现象。水干后，壶壁得不到充分冷却，使壁温接近火焰温度，水壶就会被烧坏。或：水侧〔沸腾〕的外表传热系数远大于火焰侧的外表传热系数，没烧干时，壶底更接近水的温度，所以一般不会到达铝的熔点。14、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，捏杯子的手会显著地感到热。试分析其缘由。答：杯中水由于被搅动而强化了与杯壁的传热，使杯壁温度接近水温，所以手会感到杯子变热。15、北方深秋季节的早晨，树叶叶面上常常结霜，试问树叶上、下外表的哪一面结霜？为什么？答：霜会结在树叶上的外表。由于早晨，上外表朝向太空，下外表朝向地面。而太空外表的温度低于摄氏零度，而地球外表温度一般在零度以上。由于相对树叶下外表来说，其上外表需要向太空辐射更多的能量，所以树叶下外表温度较高，而上外表温度较低且可能低于零度，因而简洁结霜。16、在冬季的晴天，白天和晚上空气温度一样，但白天感觉温存，晚上却感觉冷。试解释这种现象。答：白天和晚上人体向空气传递的热量一样，且均要向温度很低的太空辐射热量。但白天和晚上的差异在于：白天可以吸取来自太阳的辐射能量，而晚上却不能。因而晚上感觉会更冷一些。17Ta高于0℃，有人(假设不考虑水外表的蒸发)。答：如以以下图。假定地面温度为Te。太空温度为Tsky，设过程已达稳态，空气与地面的外表传热系数为h，地球外表近似看成温度为Te的黑体，太空可看成温度为Tsky的黑体．则由热平衡：h(T

4T 4)由于 a e而

ky

因此地球外表温度有可Ta0℃，T 0℃0sky面可能结冰。1．试写出傅里叶定律的一般形式的数学表达式，并说明其中各个符号的意义。22、试写出傅里叶定律的文字表达式。在导热现象中，单位时间内通过给定截面的热流量〔热流在截面法线方向的重量(不愿定是等温面)法线方向上的温度变化率〔方向导数〕和截面面积。1、通过常物性、无内热源、一维单层平壁的稳态导热微分方程式和定解条件d2t0dx2x0时，tt1x时，tt21tt1

t t2 1xq(t 1

t)22、通过一维、常物性、稳态、无内热源的平板的导热，已知第一类和第三类边界条件：备注：平板厚5mm,15W/(mk)，环境温度t 25℃,板与环

h80W/(m2k)

x0时，t538，0x时-dthtt )dx 求：温度分布及x时的温度值。解： d2t0dx2x0时，t538℃0x时-dthtt )dx 解得：

t2664.9x538t 52℃x3、通过、常物性、无内热源、一维多层平壁层〕的稳态导热量计算公式：qt1

tn1inii1 i4、通过常物性、无内热源、一维单层圆筒壁的稳态导热微分方程式和定解条件:d(rdt)0dr drrr时，tt1 1rr时，tt2 2温度分布：

tt

t 2

1 ln(r/r)1 ln(r2

/r) 11q

tt1 2rln(r2

/r)1

2l

t)ln(r2

/r) 1 215、传热过程计算方程式：Ak(t

t )

A(tf1

t )f2f1 f2

1 1hh1 27量准确度的影响。

？试分析测量恒定的流体温度时对测c c答：c

cV,具有时间的量纲，称为时间常数，chAc

数值上等于36.8%c越小，表示物体热惯性越小，到达流体温度的时间越短。测温元件的时间常数大小对恒温流体的测量准确度没有影响，对变温流体的测量准确度有影响，c越小，准确度越高。8、在用热电偶测定气流的非稳态温度场时，怎样才能改善热电偶的温度响应特性？答：要改善热电偶的温度响应特性，需最大限度降低热电偶的时间常数，外形上要降低风光比，要选择热容小的材料，要强化热电偶外表的对流换热。三、计算局部非稳态导热计算公式 tt

hA)exp(BiFo) t t0 0

cV首先推断Bi数假设特征长度ll，厚度为2的平板lR，圆柱 定义的Bi数需满足Bihl

0.1

lR，球假设以lc

V为特征长度，此时 平板A Bi0.1BiA Bi0.1Bi0.033 球用热平衡法对各类节点离散方程的建立用热平衡法对各类节点离散方程的建立——理论依据：用傅里叶定律直接写出能量守恒的表达式xyqw是边界上的热流密度值，是内热源。2-16一根直径为3mm的铜导线，每米长的电阻为2.221031mm0.15W/(m.K)的绝缘层。限定绝缘层的最高温度为65℃，最低温度为0℃。试确定在这种条件下导线中允许通过的最大电流。 2l(tt) 210.15650Q2lq

1 2 ln(r

119.8W解：依据题意有：119.86I2RI232.36A

/r) ln2.5/1.52 166、：如图，有人通过试验得了以下数据： u 1

u 20m/sh50W/m2K NuCRemPrn。特征长度为l。求：对于外形相像但l1m的柱体试确定当空气流速为15m/s及20m/s时的平均外表传热系数。四种情形下定性温度之值均一样。Nu

,

u1L

7.5;解：(1) 1 f f

1 f f fNu

25

,

u2L

200.510;(2) 2 f f

2 f f f(3)Nu3Nu

hl33fh h

, Re, Re

151f20

15;f(4) 4 f

4 。fNuCRemPrnC、Prn2两情形得：

、m1、20 7.5m C Prn f ff 25

10m

20 7.5mC Prn

，由此得：

，m=0.766。f f

25 10h 150.7663C

Prn由〔3〕f

f

，与〔1〕相除得：h/3 f

0.766 f0.766

h 150.766, 3 ,

,h 2020.76634.25W/m2K20/f

7.5/f

0.766

20 7.5 3 ； h 20 由〔4〕

4 C

，与〔1〕相除得：h /

f0.766

fh 200.766 4 f

f , 4

,h 202.1410.76642.81W/m2K20/f

7.5/f

0.766

207.5 4 h 34.3W/3

m2K

h 42.8W/m2K。46-191.2m/s20mm〔1〕管子壁温为75℃，水从20℃加热到0157020℃。求：两种情形下的外表传热系数，并争论造成差异的缘由。解：w1.2m/s 1〔1〕tf

2(2070)45℃Re

ud

1.20.02

39506.17f v 0.675106Nu 0.023Ref

0.8Prf

0.4

0.02339506.170.83.9520.4

189.05h Nu

19.0564.15102 6063.77W/(m2k)m d 0.02〔2〕N

3.9250.3

u e r164.89664.15102h 5289.05W/(m2k)m 0.02由于加热，近壁处温度高，流体粘度减小，对传热有强化作用，冷却时，近壁处温度低，流体粘度增加，对传热有减弱作用。实际物体外表的辐射换热0.8t=527C1及t=270C〔1〕板12〔2〕对板1〔3〕板1的反射辐射；4〕板1〔5〕板2的有效辐射6〕板12间的辐射换热量。1

b1

0.85.67108(527273)418579.5W/m2对板的投入辐射：q Eb1Eb2

5.67108(80043004)12

1/1

1/2

1 2/0.8115176.7W/m2由JG1 1

q12

JE1

G(1)1则G(E1 1

q12

)/(18579.515176.7)/0.84253.5W/m2板的反射辐射：G(1)＝4253.5(10.8)850.7W/m21板的有效辐射JE1 1

)＝18579.5850.719430.2W/1板2的有效辐射：J G2 1

4253.5W/m2间的辐射换热量：q ＝15176.7W/12t1及t2，放射及1率分别为 及12

。其间遮热板的放射率为。2求：稳态时三板之间辐射换热的网络图。解：9-38〔1两个同心圆筒壁的温度分别为-196℃及直径分别为10cm15cm0.8〔2〕在其间12.5cm，两外表的放射率均为0.05。〔1〕〔2〕射换热的网络图，并计算套筒壁间的辐射换热量。〔1〕单位长度上的换热量为：dE E

b1b2 l 1/A/A1 1 2

1/12 3.14160.15.67 0.7743.04105.54W/。 1/0.810/151/0.81〔1〕31的一侧记为3L，面对外表2的一侧记为3R，则相当的辐射网络图如以以以下图所示。有遮热罩后，单位长度上的换热量为：E El1 1

1b2 1

11AAx 1

3A

A2，11 1

1,3

3 3

2,3 2 211

0.2

0.7958

1 1

3.183A 0.83.14160.1 ，Ax A1 3.14160.1 ，1 1 11,3 113

10.05

48.38

1 1

1 2.5465A 0.053.14160.125 x

Ax 3.14160.1251 ，3 3 22,3

33,21 .22A 22 2

0.83.14160.15

0.5305，代入上式得： 475.9

475.9

4.584W/m。l 0.79583.183248.382.54650.5305 103.82仅为原来的4.34％。9-45指示值为t

＝170t1

＝90℃，气流对热节点的对流w换热系数为h＝50W〔2，热节点外表放射率为＝0.6求：气流的真实温度及测温误差。 解：ht t T4T4 ，f 1 0 1 wC T 4

T 4

0.65.67 t t 0 1 w170

4.4343.634f 1 h 100 100 5017 14.

184.4170100％7.8％，测温误差： 184 184.4，测温误差： 10-15、：在一台1-2型管壳式换热器中，管内冷却水从16℃上升到35℃，管外空气从119℃下降到45℃，空气流量为19.6kg/min，换热器的总传热系数K=84w/(m2*k)求：所需的传热面积式多少。

tmaf

8429 51.72 ℃，ln ℃，3516p11916

0.1 8411945R3516

3.899-15，0.92t 51.720.9247.58℃m1194582 空气平均温差为2 ℃，cp1009J/

kg*k6024391W，600243910A

47.5884

6.1m2。10-27运行：t,

360℃，t,,

300℃，t

,30℃，t

,,200℃，1 1 2 2q c=2500W/K,K=800W

m2k

.q

cq c、m11

m11

m22及t、t1 2

,保持不变的情形下，冷流体只能被加热到162℃，而热流体的出口温度则高于300℃。求：此状况下的污垢热阻及热流体的出口温度。解：不结垢时，270160 300t m

ln270/160210.2℃,A360300 60

kt m

800210.2

0.892m2q cm22

q cm11

20030

2500170

882.4W/K.qm2又

ct2

q c t

16230 2550 1 m112

2 2.833,t,,

360

313.4q