第一篇：傳熱學教案1

第1章 緒論

1.1 概 述

1.1.1、傳熱學研究內容

傳熱學是研究熱量傳遞規律的學科，研究熱量傳遞的機理、規律、計算和測試方法。

熱量傳遞過程的推動力：溫差

1)物體內只要存在溫差，就有熱量從物體的高溫部分傳向低溫部分； 2)物體之間存在溫差時，熱量就會自發的從高溫物體傳向低溫物體。1.1.2、傳熱學研究中的連續介質假設

將假定所研究的物體中的溫度、密度、速度、壓力等物理參數都是空間的連續函數。

1.1.3、傳熱學與工程熱力學的關系 相同點：

傳熱學以熱力學第一定律和第二定律為基礎。不同點 a）定義：

工程熱力學：熱能的性質、熱能與機械能及其他形式能量之間相互轉換的規律。

傳熱學：熱量傳遞過程的規律。b)狀態

工程熱力學：研究平衡態； 傳熱學：研究過程和非平衡態 c）時間

工程熱力學：不考慮熱量傳遞過程的時間。傳熱學：時間是重要參數。1.1.4、傳熱學的應用

? 自然界與生產過程到處存在溫差—傳熱很普遍

? 傳熱學在日常生活、生產技術領域中的應用十分廣泛。熱量傳遞中的三類問題 ? 強化傳熱 ? 削弱傳熱 ? 溫度控制 日常生活中的例子

a 人體為恒溫體。若房間里氣體的溫度在夏天和冬天都保持22度，那么在冬天與夏天、人在房間里所穿的衣服能否一樣？為什么？ b 夏天人在同樣溫度（如：25度）的空氣和水中的感覺不一樣。為什么？

c 北方寒冷地區，建筑房屋都是雙層玻璃，以利于保溫。如何解釋其道理？越厚越好？

d 冬天，經過在白天太陽底下曬過的棉被，晚上蓋起來為什么 感到很暖和？并且經過拍打以后，為什么效果更加明顯？ e 為什么水壺的提把要包上橡膠？

f 不同材質（塑料、金屬）的湯匙放入熱水中，哪個黃油融解更快？ 生產技術領域大量存在傳熱問題 a 航空航天：衛星與空間站熱控制；空間飛行器重返大氣層冷卻；超高音速飛行器冷卻； b 微電子： 電子芯片冷卻

c 生物醫學：腫瘤高溫熱療；生物芯片；組織與器官的冷凍保存 d 軍 事：飛機、坦克；激光武器；彈藥貯存

e 制 冷：跨臨界二氧化碳汽車空調/熱泵；高溫水源熱泵 f 新能源：太陽能；燃料電池 o 很多行業中如何讓熱量有效地傳遞成為解決問題的關鍵 o 大規模集成電路芯片的散熱問題 o 航天飛機的有效冷卻和隔熱 o 材料加工行業的散熱問題 傳熱學的研究方法 ? 實驗測定 ? 理論分析 ? 數值模擬

1.2 熱量傳遞的三種基本方式

熱能傳遞基本方式：導熱（熱傳導）、對流、熱輻射 1.2.1 導熱（熱傳導）概念

定義：物體各部分之間不發生相對位移時，依靠分子、原子及自由電子等微觀粒子的熱運動而產生的熱量傳遞稱導熱。

如：固體與固體之間及固體內部的熱量傳遞。

2、導熱的特點 ? 必須有溫差 ? 物體直接接觸

? 依靠分子、原子及自由電子等微觀粒子熱運動而傳遞熱量；不發生宏觀的相對位移 ? 沒有能量形式之間的轉化

3、導熱的基本規律 ? 1）傅立葉定律 ? 1822 年，法國物理學家

如圖 1-1 所示的兩個表面分別維持 均勻恒定溫度的平板，是個一維導熱問題。

考察x方向上任意一個厚度為 dx的微元層。

根據傅里葉定律，單位時間內通過該層的導熱熱量與當地的溫度變化率及平板面積A成正比，即

dt????Adx 1-1 式中λ是比例系數，稱為熱導率，又稱導熱系數，負號表示熱量傳遞的方向與溫度升高的方向相反。? 2）熱流量

單位時間內通過某一給定面積的熱量稱為熱流量，記為Φ，單位W。? 3）熱流密度（面積熱流量）單位時間內通過單位面積的熱量稱為熱流密度，記為q，單位 W/㎡。

當物體的溫度僅在 x 方向發生變化時，按傅立葉定律，熱流密度的表達式為:

q?? 4）導熱系數λ

?dt???Adx 1-2 λ表征材料導熱性能優劣的參數，是一種物性參數，單位： W/m·k。

不同材料的導熱系數值不同，即使同一種材料導熱系數值與溫度等因素有關。金屬材料最高，良導電體，也是良導熱體，液體次之，氣體最小。

例題1-1 有三塊分別由純銅（熱導率λ1=398W/(m·K)）、黃銅（熱導率λ2=109W/(m·K)）和碳鋼（熱導率λ3=40W/(m·K)）制成的大平板，厚度都為10mm，兩側表面的溫差都維持為tw1 – tw2 = 50℃不變，試求通過每塊平板的導熱熱流密度。

解：這是通過大平壁的一維穩態導熱問題。

1.2.2 熱對流 1 基本概念

1)熱對流：是指由于流體的宏觀運動，從而使流體各部分之間發生相對位移，冷熱流體相互摻混所引起的熱量傳遞過程。

熱對流僅發生在流體中，流體中有溫差——對流的同時必伴隨有導熱現象。自然界不存在單一的熱對流。

2)對流換熱：流體流過一個物體表面時的熱量傳遞過程，稱為對流換熱。、對流換熱的分類

1）根據對流換熱時是否發生相變分 ? 無相變的對流換熱 ? 有相變的對流換熱

沸騰換熱：液體在熱表面上沸騰的對流換熱。

凝結換熱：蒸汽在冷表面上凝結的對流換熱。2）根據引起流動的原因分：自然對流和強制對流。? 自然對流：

由于流體冷熱各部分的密度不同而引起流體的流動。如：暖氣片表面附近受熱空氣的向上流動。? 強制對流：

流體的流動是由于水泵、風機或其他壓差作用所造成的。3)根據流動狀態分為：層流和湍流。

3、對流換熱的特點

? 必須有流體的宏觀運動，必須有溫差；

? 對流換熱既有對流，也有導熱；對流換熱不是基本的熱量傳遞方式。

? 流體與壁面必須直接接觸； ? 沒有熱量形式之間的轉化。、對流換熱的基本規律 < 牛頓冷卻公式 > 流體被加熱時： q?h(tw?tf)流體被冷卻時： q?h(tf?tw)如果把溫差（亦稱溫壓）記為Δt，并約定永遠取正值，則牛頓冷卻公式可表示為

q?h?t??Ah?t表面傳熱系數（對流換熱系數）h?Φ(A(tw?t?))W(m2??C)??—— 當流體與壁面溫度相差1度時、每單位壁面面積上、單位時間內所傳遞的熱量

h是表征對流換熱過程強弱的物理量

影響h因素：流動原因、流動狀態、流體物性、有無相變、壁面形狀大小等。

一般地，就介質而言：水的對流換熱比空氣強烈；

就換熱方式而言：有相變的強于無相變的；強制對流強于自然對流。對流換熱研究的基本任務：用理論分析或實驗的方法推出各種場合下表面換熱導數的關系式。

1.2.3、熱輻射

1、基本概念

1）輻射和熱輻射

物體通過電磁波來傳遞能量的方式稱為輻射。因熱的原因而發出輻射能的現象稱為熱輻射。2）輻射換熱

輻射與吸收過程的綜合作用造成了以輻射方式進行的物體間的熱量傳遞稱輻射換熱。2.輻射換熱的特點

? 不需要物體直接接觸。可以在真空中傳遞，而且在真空中輻射能的傳遞最有效。

? 在輻射換熱過程中，不僅有能量的轉換，而且伴隨有能量形式的轉化。

輻射時：輻射體內熱能→輻射能； 吸收時，輻射能→受射體內熱能。? 只要溫度大于零就有能量輻射。

? 物體的輻射能力與其溫度性質有關。這是熱輻射區別于導熱，對流的基本特點。熱輻射的基本規律（斯蒂芬-玻爾茲曼定律）

黑體：能全部吸收投射到其表面輻射能的物體。或稱絕對黑體。（Black body）

黑體的輻射能力與吸收能力最強，黑體在單位時間內發出的輻射熱量由斯忒潘—玻耳茲曼定律獲得。

??A?T4其中 T ——黑體的熱力學溫度 K ；

1-7

5.67?10-8W/?m2?K4?σ——斯忒潘—玻耳茲曼常數（黑體輻射常數），其值為；

A——輻射表面積 m2。

一切實際物體的輻射能力都小于同溫度下的黑體，實際物體輻射熱流量也可以根據斯忒潘——玻耳茲曼定律求得： ???A?T4其中 Φ ——物體自身向外輻射的熱流量，而不是輻射換熱量； ε ——物體的發射率（黑度），其值總小于1，它與物體的種類及表面狀態有關。

要計算輻射換熱量，必須考慮投到物體上的輻射熱量的吸收過程，即收支平衡量，詳見第9章。

eg：表面積為A1、表面溫度為T1、發射率為ε1的一物體包容在一個很大的表面溫度為T2的空腔內，物體與空腔表面間的輻射換熱量

綜合分析

???1A1?(T14?T24)

1.3 傳熱過程和傳熱系數 1.3.1、傳熱方程式 1、概念

熱量由壁面一側的流體通過壁面傳到 另一側流體中去的過程稱傳熱過程。2、傳熱過程的組成 一般包括串聯的三個環節： ① 熱流體 → 壁面高溫側； ② 壁面高溫側 → 壁面低溫側； ③ 壁面低溫側 → 冷流體。

穩態過程通過串聯環節的熱流量相同。3、傳熱過程的計算

針對穩態的傳熱過程，即 Φ=const 傳熱環節有三種情況，則其熱流量的表達式如下：

??Ah1?tf1?tw1???A?tf1?tw1??Ah1??Ah2?tw2?tf2?

也可以表示成:: ??tw1?tw2??tw1?tw2??A/??tw2?tf2?Ah2A(tf1?tf2)??1?1??h1?h2??Ak(tf1?tf2)?Ak?t式中，k稱為傳熱系數，單位 W/?m2?K?

4、傳熱系數

概念

是指用來表征傳熱過程強烈程度的指標。數值上等于冷熱流體間溫差Δt=1 ℃，傳熱面積A=1m2時熱流量的值。K值越大，則傳熱過程越強，反之，則弱。K的影響因素

①與傳熱過程的兩種流體的種類； ②流速大小、傳熱過程是否有相變。傳熱系數的表達式為: k?

11?1??h125 ?h25、熱阻分析 1）類比方法

? 對各種轉移過程的規律進行分析與比較，充分揭示出相互之間的類同之處，并相互應用各自分析的結論，是研究轉移過程的一種行之有效方法。

? 熱電類比（熱阻分析）是傳熱學常用的研究方法：即將電學中的歐姆定律及電學中電阻的串并聯理論應用于傳熱學熱量傳遞現象的研究。熱路與電路的相似性

2）熱阻

a、熱阻定義：熱轉移過程的阻力稱為熱阻。

b、熱阻分類：不同的熱量轉移有不同的熱阻，其分類較多，如：導熱阻、輻射熱阻、對流熱阻等。對平板導熱而言又分：

面積熱阻RA：單位面積的導熱熱阻。熱阻R：整個平板導熱熱阻。c、熱阻的特點

串聯熱阻疊加原則：在一個串聯的熱量傳遞過程中，若通過各串聯環節的熱流量相同，則串聯過程的總熱阻等于各串聯環節的分熱阻之和。3）導熱熱阻

??t?tq??t?????R?單位面積平壁的導熱熱阻 面積為Ａ的平壁，導熱熱阻 4）對流換熱熱阻

R????m2?KW?(??A)KW?t?t

q??1hRh?t?t

q???1?11Rk1??K h1?1h2tf1-tf2

單位面積的傳熱熱阻：

Rk?1?1??h1?h2k越大，傳熱越好；熱阻越小，傳熱越好

例題1-

3、一房屋的混凝土外墻的厚度為?=200mm，混凝土的熱導率為?=1.5W/(m·K)，冬季室外空氣溫度為tf2=-10℃, 有風天和墻壁之間的表面傳熱系數為h2=20W/(m2·K)，室內空氣溫度為tf1= 25℃,和墻壁之間的表面傳熱系數為h1=5 W/(m2·K)。假設墻壁及兩側的空氣溫度及表面傳熱系數都不隨時間而變化，求單位面積墻壁的散熱損失及內外墻壁面的溫度。

解：由給定條件可知，這是一個穩態傳熱過程。通過墻壁的熱流密度，即單位面積墻壁的散熱損失為

1.4 傳熱學發展簡史

18世紀30年代工業化革命促進了傳熱學的發展 ? 導熱（Heat conduction）

– 鉆炮筒大量發熱的實驗（B.T.Rumford, 1798年）– 兩塊冰摩擦生熱化為水的實驗（H.Davy, 1799年）– 導熱熱量和溫差及壁厚的關系（J.B.Biot, 1804年）– Fourier 導熱定律(J.B.J.Fourier , 1822 年）– G.F.B.Riemann/ H.S.Carslaw/ J.C.Jaeger/ M.Jakob ? 對流換熱（Convection heat transfer）

– 不可壓縮流動方程（M.Navier,1823年)– 流體流動Navier-Stokes基本方程(G.G.Stokes,1845年）

– 雷諾數(O.Reynolds,1880年）– 自然對流的理論解（L.Lorentz, 1881年）

– 管內換熱的理論解（L.Graetz, 1885年；W.Nusselt,1916年）

– 凝結換熱理論解（W.Nusselt, 1916年）

– 強制對流與自然對流無量綱數的原則關系（W.Nusselt,1909年/1915年）

– 流體邊界層概念（L.Prandtl, 1904年）– 熱邊界層概念（E.Pohlhausen, 1921年）

– 湍流計算模型（L.Prandtl,1925年； Th.Von Karman, 1939年；R.C.Martinelli, 1947年）

本章小結：(1)導熱

Fourier 定律：(2)對流換熱

Newton 冷卻公式：(3)熱輻射

Stenfan-Boltzmann 定律：(4)傳熱過程

第二篇：傳熱學教案1

第1章 緒論、重點內容： ① 熱能傳遞的三種方式及熱量傳遞的速率方程；

② 傳熱過程及傳熱方程式； 2、掌握內容：黑體，傳熱系數，傳熱熱阻。3、了解內容：傳熱學的研究內容

第一章介紹傳熱學的研究內容，傳熱學中熱量傳遞的三種基本方式：導熱、對流、熱輻射。以及包含這三個基本方式的傳熱過程。

4、基本概念: 熱傳導、熱對流、熱輻射、黑體、傳熱過程、熱阻、熱流密度。

5、基本定律：傅里葉定律、牛頓冷卻公式、斯蒂凡-波爾茲曼常數。學習目標：

①

能確定物體的傳熱方式。

②

能利用熱量傳遞的速率方程計算熱流密度或熱流量。③ 能利用傳熱方程式計算傳熱過程的傳熱量。④ 掌握如黑體，傳熱系數等基本概念。

§1-1 熱能傳遞的三種基本方式

包括熱傳導、熱對流、熱輻射三種方式 一、熱傳導 1、概念

物體各部分之間不發生相對位移，而依靠分子、原子等微觀粒子的熱運動產生的熱能傳遞。

2、公式

由傅立葉定律知：單位時間通過一定面積的導熱熱流量與溫度變化率和面積有關：

?=—?Adt（1-1）dxλ為材料導熱系數，負號表明熱量傳遞方向與溫度升高方向相反。

通過單位面積的熱流量稱為熱流密度：

?dtq==-?（1-2）Adx二、熱對流

1、概念

由于流體宏觀運動而引起的流體各部分之間發生相對位移，冷熱流體相互摻混所導致的熱量傳遞。工程上主要研究流體流過一物體表面時流體與物體表面間的熱量傳遞過程，稱為對流傳熱。根據流動起因，對流傳熱可分為兩類：強制對流和自然對流。另外，液體相變時也伴有對流傳熱，一般分為沸騰傳熱和凝結換熱。

2、公式

q=h?t（1-3）?=hA?t（1-4）

h為表面傳熱系數，Δt為壁面與流體間溫差，永遠取正值。

三、熱輻射

1、概念

物體會因各種原因發出輻射能，其中因為熱的原因而發出輻射能的現象稱為熱輻射。

物體間通過輻射方式進行熱量傳遞成為輻射換熱。輻射傳熱的兩個特點：

① 能在真空中傳遞，而且在真空中傳遞最有效。② 不僅伴隨能量的轉移，而且有能量形式的轉換。

理想黑體：能吸收投入到其表面上的所有熱輻射能量的物體。

2、公式

斯蒂凡-波爾茲曼定律：黑體在單位時間內發出的熱輻射熱量

?=A?T4（1-5）

實際物體輻射熱流量采用發射率（黑度）修正：

?=?A?T4（1-6）

兩種簡單的情況：兩塊非常接近的互相平行黑體壁面間輻射傳熱、封閉空腔內物體表面輻射換熱。

（1-7）?=?1A1?（T14-T24）

§1-2 傳熱過程和傳熱系數

一、傳熱方程式

1、概念

傳熱過程：熱量由壁面一側流體通過壁面傳遞到另一側流體的過程。包括串聯著的三個環節：

① 熱流體與壁面高溫側的換熱 ② 壁面高溫側倒壁面低溫側的熱量傳遞 ③ 壁面低溫側與冷流體換熱。這三個過程中的熱流量應該是相等的。

?=A（tf1-tf2）（1-8）

1?1++h1?h2也可以表示成：

（1-9）?=Ak（tf1-tf2）K為傳熱系數，數值上等于冷熱流體見溫差為1℃、傳熱表面積1㎡時熱流量的值。

二、傳熱熱阻

由（1-8）和（1-9）式可得

11?1=++（1-10）kh1?h2兩邊同乘以1/A得：

11?1（1-11）=++AkAh1A?Ah2如此可以將（1-9）式寫成溫壓-熱阻形式。熱阻疊加原則與電學中的串聯法則相對應。即為傳熱過程熱阻。傳熱過程Ak 17

第三篇：傳熱學思考題

第1章 《緒論》思考題

1、一維大平壁穩態導熱傅里葉定律的形式與牛頓冷卻公式頗相似，那么為什么導熱系數?是物性，表面

傳熱系數h卻不是物性？

2、導熱傅里葉定律的寫法（指負號）與問題中坐標的方位有沒有什么關系？思考題1.1附圖中兩種情形

所對應的熱流方程是否相同？

3、試分析一只普通白熾燈泡點亮時的熱量傳遞過程。

4、試分析一個灌滿熱水的暖水瓶的散熱全過程中所有環節，應如何提高它的保溫性能？

5、請說明“傳熱過程”和“復合換熱過程”這兩個概念的不同點和相同點？

6、對導熱熱流密度q和對對流換熱時熱流密度q的正負規定是否相同？為什么？

7、你能正確區別熱量，熱流量，熱流密度（或稱熱流通量）幾個不同稱呼的準確含義嗎？它們哪些是矢

量？在針對控制體積求和時，上述三個量是否處理方法相同？

8、把q寫成 ?/A，需要附加什么條件，還是無條件？

9、你認為100 ℃的水和100 ℃的空氣，哪個引起的燙傷更嚴重？為什么？

10、酷熱的夏天，用打開冰箱門的方法能不能使室內溫度有明顯的下降？

11、熱對流與對流換熱有何根本的區別？

12、列舉你所了解的生活中或工程領域中傳熱的若干應用實例，并分析他們的基本傳熱原理。

13、為什么針對控制容積和針對表面的能量平衡關系有根本的差別？

14、你認為傳熱學與熱力學的研究對象和研究內容有什么相同和不同？

15、三十多年以前，一名叫姆貝巴（Mpemba）的非洲學生曾經發現，同等條件下放在冰箱中的熱冰琪淋

汁反而比冷冰琪淋汁先開始結冰。他請一位物理系的教授解釋這個現象。教授作了實測：用直徑45 mm，容積 100 cm3 的玻璃杯放入溫度不同的水在冰箱中凍結。實驗結果證明，在初始溫度30℃～80℃范圍內，溫度越高，結冰越早。你對這個問題如何認識？

16、一位家庭主婦告訴她的工程師丈夫說，站在打開門的冰箱前會感覺很冷。丈夫說不可能，理由是冰箱

內沒有風扇，不會將冷風吹到她的身上。你覺得是妻子說得對，還是丈夫說得對？

17、夏季會議室中的空調把室溫定在24℃，同一個房間在冬天供暖季內將室溫也調到24℃。但是夏季室

內人們穿短褲、裙子感覺舒適，冬天則必須穿長袖長褲甚至毛衣。請問這是為什么？

第四篇：傳熱學論文

地球的溫室效應分析：原因及其對策

內燃1301趙坤

摘要：地球自有人類出現至今，已為人類的生存提供了維持生命所必須的條件,但人類社會的發展和對地球的開發利用，使得地球正遭受著毀滅性破壞。工業化革命以來，人類的活動增加了大氣中的溫室氣體，導致了地球升溫，全球氣候不斷惡化??

關鍵詞：全球變暖 溫室效應 二氧化碳 對策

何為溫室效應

溫室效應，是指“大氣中的溫室氣體通過對長波輻射的吸收而阻止地表熱能耗散，從而導致地表溫度增高的現象”。溫室效應，又稱“花房效應”，是大氣保溫效應的俗稱。大氣中的二氧化碳濃度增加，阻止地球熱量的散失，使地球發生可感覺到的氣溫升高，這就是有名的“溫室效應”。破壞大氣層與地面間紅外線輻射正常關系，吸收地球釋放出來的紅外線輻射，就像“溫室”一樣，促使地球氣溫升高的氣體稱為“溫室氣體”。

溫室效應的一般機理

溫室效應是由太陽——大氣——地球系的物理學相互作用造成的,包含以下關鍵因素。

（1）太陽的溫度大約為5800K它外發射光線,產生許多波長的光,波譜范圍從紫外線到紅外線,在550μm左右的可見光部分最大。

（2）這些光線的大部分通過大氣傳到地面,其中一部分被陸地或海洋表面吸收。

（3）地球表面也發射輻射,地球輻射的波長范圍從接近紅外線區域到遠離紅外線區域,峰值大約為10μm,比太陽光的波長長得多。如果沒有大氣存在,這個通量將與太陽入射通量平衡。

（4）無云的大氣層對太陽光是相當透明的,但對于地球的紅外輻射的透明程度則小得多,因此,大氣被加熱了,隨后地球表面也顯著增暖。

（5）大氣中含有吸收紅外輻射的所謂“溫室氣體”,包括水汽、二氧化碳、甲烷、氧化氮、臭氧和一些濃度更低但仍強烈吸引紅外輻射的氣體,如氯氟烴類。所有這些溫室氣體都在一個或多個狹窄的波長范圍內吸收紅外輻射,形成紅外吸收帶。由于含有自然吸收紅外輻射氣體的大氣造成了大氣的整個較低部分變暖,升溫幅度超過30K,這一現象常常被稱為自然溫室效應。這種增溫還可以被認為是由于發射紅外輻射的有效高度增加而產生的。大氣低層對于紅外輻射不再是透明的,所以地球向外輻射就從更高的高度上發射,結果使得地球表面變得更暖。

溫室效應加劇的原因

人類活動使溫室氣體含量增加

大氣中的溫室氣體,主要有六種,包括:二氧化碳、一氧化二氟烴類物質。關于每種溫室氣體含量增加的原因,具體分析如下:（1）二氧化碳(CO2)。在對大氣釋放CO2方面,最重要的人類活動是交通、電力等部門對化石燃料的消耗,全球每年因此接受到的碳量19世紀中期為1億噸左右,到本世紀80年代已達57億噸。CO2增加的另一個原因是地球陸地植物系統的破壞,近幾十年來,森林的砍伐和破壞日益嚴重,導致大氣中CO2濃度增加。

（2）一氧化二氮(N2O)。海洋是一氧化二氮的一個重要來源。無機氮肥的大量使用和石化燃料及生物體的燃燒也能釋放出一定量的一氧化二氮。工業革命前一氧化二氮的濃度為288cm3·m-3,目前已增加到310cm3·m-3。據以往的觀測結果進行推斷,大氣中一氧化二氮的年增加率仍將保持在0.25%左右。

（3）甲烷最重要的來源是沼澤、稻田和反芻動物,這三項占總排放量的60%左右。天然氣、煤的采掘和有機廢棄物的燃燒等人類活動也產生甲烷。

（4）臭氧(O3)臭氧在大氣層的上部濃度最高,并且形成我們所熟悉的臭氧層，其可以吸收大氣中過量的紫外輻射,使生物的免疫系統免受損害。然而,近年來,在大氣層的下部,一定數量的人造物質聚集起來,生成了低空臭氧,并且還在不斷生成。

（5）氯氟烴(CFCS)氯氟烴完全是人工合成物質,因其無毒、有惰性,而被廣泛應用于滅火劑、制冷劑等化工產品的制造。從上個世紀來,人工合成的鹵素碳化物不斷大量排入大氣,使其在大氣中的濃度迅速上升, 它們不僅濃度高,保留時間也很長,因而其對環境的影響也是長期的。

人類活動導致溫室氣體被吸收量的減少

大氣中任何氣體的含量,都是由其排放量與被吸收量之間的平衡來決定的。但是,人類活動破壞了這種平衡,導致溫室氣體含量增加。如對CO2氣體,自然界主要是通過植物的光合作用進行吸收的。而人類對森林的大規模砍伐,卻降低了自然界對CO2的吸收能力,破壞了CO2的排放量與被吸收量之間的平衡,導致CO2大氣含量增加。

溫室效應帶來的后果

自然災害

溫室效應加速，地球升溫，大氣惡化，必然氣候帶遷移，冰川消融，海面上漲，自然災害頻頻發生。一系列變化，人類和地球面臨嚴峻的威脅。溫室效應帶來的自然災害現總結為以下幾點：

(一)海平面上升今后50或100年內，全球溫度升高幾攝氏度，海洋發生膨脹，山地冰川融化，和格林蘭冰原南緣可能后退，海平面會升高0.2一1.5米。海平面升高，嚴重危及沿海地區的居住條件和生態系統。

(二)颶風和大風暴頻繁 海洋升溫，使其逐漸增多的水蒸氣在大氣中產生更強烈的對流，其結果咫風和大風暴更為頻繁。已知太平洋周圍易受臺風襲擊的地區在過去20年間大約增加了1/6。

（三）干旱地區增加 地球升溫加速水份蒸發而減少河流流量，也就是說大氣中水蒸氣增多，意味著某些地區干早概率增加，預計2030年，低緯地區酷暑季節干早的概率增加到每3年一次，而50年代僅20年一次。

（四）地震 環境因子太陽活動和氣象與地震之間存在某些聯系，對地震的發生常常起有調制和觸發的作用。溫度效應的加速，地溫升高大氣變化，以及太陽表面劇烈活動釋放的能量，無疑影響到地震發生的頻度和強度。

對生態的影響

有人曾經說過,環境的污染和生態的破壞比戰爭給人類帶來的威脅更大,而由溫室效應引起的地球表面溫度上升正在破壞著地球上的生態平衡,這主要表現在植物、動物和昆蟲出現遷移現象,以適應氣候變化;一些動植物因不適應環境而被毀滅，嚴重的影響著生物多樣性。另外，一些農作物的產量由于氣溫上升而下降,甚至無收;沙漠地區由此不斷擴大;森林面積不斷減小;干旱連年發生。這種生態平衡的破壞對人類社會的發展勢必產生不良影響。

促進疾病的蔓延

溫室效應造成的氣溫升高和臭氧層變薄而引起的紫外線輻射加強會使某些疾病蔓延,同時也會損害人體自身對疾病的預防能力。紫外線的輻射不僅會導致癌癥,而且還會改變或消除免疫系統,加劇了一些與皮膚有關的疾病的產生,如麻瘋病、天花、皮膚潰瘍和皰疹等。例如，由于氣溫升高,在南美洲和中美洲由吸血蝙蝠傳染的狂犬病、登萊熱和黃熱病有可能傳播到北美洲。例外據證實,臭氧層的臭氧量減少1%,放射到地面的紫外線則增多2%,皮膚癌的發病率相應增多4%—6%,過量的紫外線還可以加速艾滋病的發病率,甚至引起天然電磁場的變化,影響人類的整個健康。

溫室效應的應對策略

溫室效應已引起全世界的密切關注并就此展開了熱烈討論。近年來各有關專家已相繼展開了一系列的地區性和國際性會議，共同商討具體措施和對策。現總結如下：

（1）減少CO2的排放量 此是最有生命力的預防，能措施、替代能源(太陽能如光電池、生物質能)，或從煤、石油改為天然氣和其他含碳量低的然料，停止焚燒和砍伐森林并大面植樹造林。提出并制定“空氣法”，即向每個國家規定污染權，使二氧化碳等的排放量保持在一個全球標準之下。

（2）改變交通工具,完善機動車輛 汽車尾氣是大氣中CO2的主要來源,因而改變交通工具由機械代替機動對控制溫室效應將起重大作用；另外加速研究新的裝置安裝在各種機動車輛上來吸收、凈化其所排放的廢氣也是控制溫室效應的重要措施。

（3）限制氯氟烴的生產,研制新的制冷劑,代替傳統的氣霧劑,是緩解溫室效應的途徑之一。另外，面對著如此嚴重的挑戰，僅僅是某一個個人或國家的努力是不可能取得成功的，它需要我們全世界全人類的共同努力，通力合作。溫室效應和臭氧層的破壞是全球性的“災難”,因此,各國有關的專家、學者應通力合作,共同研究,并制定出科學的方法,緩解現存問題,控制未來新的溫室效應的再形成。（4）保護森林的對策方案

今日以熱帶雨林為生的全球森林，正在遭到人為持續不斷的急劇破壞。有效的因應對策，便是趕快停止這種毫無節制的森林破壞，另一方面實施大規模的造林工作，努力促進森林再生。目前由於森林破壞而被釋放到大氣中的二氧化碳，根據估計每年約在1～2gt.碳量左右。倘若各國認真推動節制砍伐與森林再生計劃，到了二○五○年，可能會使整個生物圈每年吸收相當於0.7gt.碳量的二氧化碳。具結果得以降低七%左右的溫室效應。

（5）改善其他各種場合的能源使用效率 是要改善其他各種場合的能源使用效率。今日人類生活，到處都在大量使用能源，其中尤以住宅和辦公室的冷暖氣設備為最。因此，對於提升能源使用效率方面，仍然具有大幅改善余地，這對二○五○年為止的地球溫暖化，預計可以達到八%左右的抑制效果。

（6）鼓勵使用天然瓦斯作為當前的主要能源 因為天然瓦斯較少排放二氧化碳。最近日本都市也都普遍改用天然瓦斯取代液化瓦斯，此案則是希望更進一步推廣這種運動。惟其抑制溫暖化的效果并不太大，頂多只有一%的程度左右。（7）鼓勵使用太陽能

譬如推動所謂「陽光計劃」之類。這方面的努力能使化石燃料用量相對減少，因此對於降低溫室效應具備直接效果。不過，就算積極推動此項方案，對於二○五○年為止的溫暖化，只具四%左右的抑制效果。其效果似乎未如人們的期待。

（8）開發替代能源

利用生物能源(Biomass Energy)作為新的乾凈能源。亦即利用植物經由光合作用制造出來的有機物充當燃料，藉以取代石油等既有的高污染性能源。燃燒生物能源也會產生二氧化碳，這點固然是和化石燃料相同，不過生物能源系從大自然中不斷吸取二氧化碳作為原料，故可成為重覆循環的再生能源，達到抑制二氧化碳濃度增長的效果。

結論

伴隨著人類社會文明進步而來的溫室效應已在無聲無息地危及著人類的生存環境，因此加速對其形成原因及后果的研究對實施合理的對策來緩和清除由此而產生的后果具有重要的實際意義。控制溫室氣體排放,保護大氣環境,不僅與我國經濟可持續發展的戰略目標是一致，同時也是全世界人民的共同愿望。我們每個人的手里都緊握著珍貴的資源、能源,掌握著一份民族生息發展的“命脈”。已有52位諾貝爾獎獲得者和700多名美國權威科學家簽名上書政府，力促聯合各國通力合作，采取對策，以“穩定”全球的氣候，“遏住”地球的危機。成之毀之、愛損之在于我們的一舉一動。為了我們的今天更為了我們后代的明天，為了地球的長久，全世界人民更應該團結起來，共同應對日益嚴重的溫室效應。

參考文獻：

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第五篇：傳熱學答案

2-4 一烘箱的爐門由兩種保溫材料A及B組成，且?A?2?B(見附圖)。已知?A?0.1W/(m.K),?B?0.06W/(m.K),烘箱內空氣溫度tf1?400℃，內壁面的總表面傳熱系數h1?50W/(m.K)。為安全起見，希望烘箱爐門的 外表面溫度不得高于50℃。設可把爐門導熱作為一維問題處理，試決定所需保溫材料的厚度。環境溫度tf2?25℃，外表面總傳熱系數h2?9.5W/(m.K)。

q?tf1?tfw2?A?A??B?B?h1?tf1?t??h2?t?tf2?解：熱損失為又tfw?50

℃；?A??B

?3聯立得?A?0.078m;?B?0.039m

2-16 一根直徑為3mm的銅導線，每米長的電阻為2.22?10?。導線外包有厚為1mm導熱系數為0.15W/(m.K)的絕緣層。限定絕緣層的最高溫度為65℃，最低溫度為0℃。試確定在這種條件下導線中允許通過的最大電流。

Q?2?l?q?2??l(t1?t2)ln(r2/r1)?2??1?0.15?65?0?ln?2.5/1.5??119.8W解：根據題意有：

119.86?IR 解得：I?232.36A

-40 試由導熱微分方程出發，導出通過有內熱源的空心柱體的穩態導熱熱量計算式及壁中的溫度分布。?為常數。

解：有內熱源空心圓柱體導熱系數為常數的導熱微分方程式為

1???t????r????0r?r??r?

2經過積分得

t?c1lnr?c2?r?r??

?r3/?t0?tw??0lnr0?1?r3?因為所以得 t?r?r0,t?tw;r?0,t?t0?r3/?t0?tw??0lnr0?1lnr?t0???對其求導得

2-53 過熱蒸氣在外徑為127mm的鋼管內流過，測蒸氣溫度套管的布置如附圖所示。已知套管外徑d=15mm，壁厚?＝0.9mm，導熱系數??49.1W/(m.K)。蒸氣與套管間的表面傳熱系數h=105有的長度。W/(m.K)2。為使測溫誤差小于蒸氣與鋼管壁溫度差的0.6％，試確定套管應

?h?0?1ch?mh??0.6100, 解：按題意應使?h?0?0.6%，ch?mh??166.7，查附錄得：mh?arc?ch(166.7)??5.81，m?hU。

3－7 如圖所示，一容器中裝有質量為m、比熱容為c的流體，初始溫度為tO。另一流體在管內凝結放熱，凝結溫度為t?。容器外殼絕熱良好。容器中的流體因有攪拌器的作用而可認為任一時刻整個流體的溫度都是均勻的。管內流體與容器中流體間的總傳熱系數k及傳熱面積A均為以知，k為常數。試導出開始加熱后任一時刻t時容器中流體溫度的計算式。

解：按集總參數處理，容器中流體溫度由下面的微分方程式描述 ?A??10549.1?0.9?10?3?48.75，?H?5.8148.75?0.119mhA(T?T1)???cvt?t1dtd?

kA此方程的解為 t0?t1?exp(??c?)

0

03－10 一熱電偶熱接點可近似地看成為球形，初始溫度為25C，后被置于溫度為200C地氣流中。問欲使熱電偶的時間常數?c?1s熱接點的直徑應為多大？以知熱接點與氣流間的表面傳熱系數為35W/(m?K)，熱接點的物性為：??20W/(m?k)，c?400J/(kg?k)，??8500kg/m32，如果氣流與熱接點之間還有輻射換熱，對所需的熱接點直徑有何影響？熱電偶引線的影響忽略不計。

解：由于熱電偶的直徑很小，一般滿足集總參數法，時間常數為：V/A?R/3?tch?1?3508500?400?10.29?10?5?c??cvhA

?5 故?cm

?0.617m 熱電偶的直徑： d?2R?2?3?10.29?10 驗證Bi數是否滿足集總參數法 Biv?h(V/A)?350?10.29?1020?5 ??0.0018??0.0333

故滿足集總參數法條件。

若熱接點與氣流間存在輻射換熱，則總表面傳熱系數h（包括對流和輻射）增加，由?c??cvhA知，保持?c不變，可使V/A增加，即熱接點直徑增加。

3－12 一塊單側表面積為A、初溫為t0的平板，一側表面突然受到恒定熱流密度q0的加熱，另一側表面受到初溫為t?的氣流冷卻，表面傳熱系數為h。試列出物體溫度隨時間變化的微分方程式并求解之。設內阻可以不計，其他的幾何、物性參數均以知。解：由題意，物體內部熱阻可以忽略，溫度只是時間的函數，一側的對流換熱和另一側恒熱流加熱作為內熱源處理，根據熱平衡方程可得控制方程為: dt??cv?hA(t?t?)?Aqw?0?d??? ?t/t?0?t0

引入過余溫度??t?t?則: ?cvd?d??hA??Aqw?0 ?/t?0??0

?hA??Be?cv??qwh 上述控制方程的解為:B??0?qw 由初始條件有：

h，故溫度分布為: ??t?t???0exp(?hA?cv?)?qwh(1?exp(?hA?cv?))

3－13 一塊厚20mm的鋼板，加熱到5000C后置于200C的空氣中冷卻。設冷卻過程中鋼板兩側面的平均表面傳熱系數為35W/(m?K),鋼板的導熱系數為45W/(m?K)，若擴散率為1.375?10?522m/s。試確定使鋼板冷卻到空氣相差100C時所需的時間。2 解：由題意知Bi?hA??0.0078?0.1

故可采用集總參數法處理。由平板兩邊對稱受熱，板內溫度分布必以其中心對稱，建立微分方程，引入過余溫度，則得： d???cv?hA??0?d????(0)?t?t???0

?? 解之得：?00?exp(?hA?cv?)?exp(?h??c(V/A)?)?exp(?h????)

當??10C時，將數據代入得，?＝3633s

3－24 一高H＝0.4m的圓柱體，初始溫度均勻，然后將其四周曲面完全絕熱，而上、下底面暴露于氣流中，氣流與兩端面間的表面傳熱系數均為50W/(m?K)。圓柱體導熱系數??20W/(m?k)，熱擴散率??5.6?10?6m2/s。試確定圓柱體中心過余溫度下降到初值

2一半時間所需的時間。解：因四周表面絕熱，這相當于一個厚為2??0.4m的無限大平壁的非穩態導熱問題，?m?0?0.5,Bi?h??50?0.220?0.5 ?F0?1.7,???F0由圖3-6查得

?2a?1.7?0.22?65.6?10?12142s?3.37h6－

11、已知：平均溫度為100℃、壓力為120kPa的空氣，以1.5m/s的流速流經內徑為25mm電加熱管子。均勻熱流邊界條件下在管內層流充分發展對流換熱區Nu=4.36。

求：估計在換熱充分發展區的對流換熱表面傳熱系數。

??pRT?120000287?373?1.121kg/m3解：空氣密度按理想氣體公式計算，空氣的?與壓力關系甚小，仍可按一物理大氣壓下之值取用，100℃時：

??21.9?10?6

kg/?m?s?,?Re?1.121?1.521.9?0.025?100.03210.0256?1919?2300，故為層流。按給定條件得：

h?4.36??d?4.36??5.6W/m?K?2?。

6－

13、已知：一直管內徑為16cm，流體流速為1.5m/s，平均溫度為10℃，換熱進入充分發展階段。管壁平均溫度與液體平均溫度的差值小于10℃，流體被加熱。

求：試比較當流體分別為氟利昂134a及水時對流換熱表面傳熱系數的相對大小。解：由附錄10及13，10℃下水及R134a的物性參數各為：

R134a：??0.0888W/?m?K?,??0.2018?10水：??0.574W/?m?K?,??1.306?10對R134a：

Re?1.5?0.0160.2018?100.86?62?6m/s,Pr?3.915；

2m/s,Pr?9.52；

?1.1893?100.45,?2531.3W/m?Kh?0.023?118930?3.915?0.08880.016?2?

對水：

Re?1.5?0.0161.306?100.86?18376,0.4h?0.023?18376?9.52?0.5740.016?5241W/m?K?2?

對此情形，R134a的對流換熱系數僅為水的38.2%。

25、已知：冷空氣溫度為0℃，以6m/s的流速平行的吹過一太陽能集熱器的表面。該表面尺寸為1m?1m，其中一個邊與來流方向垂直。表面平均溫度為20℃。

求：由于對流散熱而散失的熱量。

tf?0?202?10解：℃

?610℃空氣的物性 ??14.16?10Re?ul?6?1.014.16?10112,??2.51?105?2,Pr?0.705

x??6?4.23728?10

Nu?0.664Reh?Pr3?384.68

?2384.68?2.51?101.0

2?9.655w(m?k)2

s?1?1?1.0m

??h?s(tw?t0)?9.655?(20?0)?193.1

6-27、已知：一個亞音速風洞實驗段的最大風速可達40m/s。設來流溫度為30℃，平板壁溫為70℃，風洞的壓力可取1.013?10Pa。

求：為了時外掠平板的流動達到5?10的Rex數，平板需多長。如果平板溫度系用低

55壓水蒸氣在夾層中凝結來維持，平板垂直于流動方向的寬度為20cm時。試確定水蒸氣的凝結量。

tm?70?302?50解：℃，查附錄8得：

?6

??0.0283W/?m?K?,??17.95?10Re?40x17.95?100.5?6m/s,Pr?0.698，?1 x?5?105,x?17.95?104050.50.224m，?416.5，Nu?0.664RePr1/3?0.664??5?10??0.6981/h?416.5?0,0283/0.224?52.62W/?m?K?, ??2hA?t?52.62?0.2?0.224??70?30??94.3W，在t?70℃時，氣化潛熱r?2334.1?10J/?kg?，?凝結水量G?94.3?36002334.1?103?0.1454kg/h。

6-33、已知：直徑為0.1mm的電熱絲與氣流方向垂直的放置，來流溫度為20℃，電熱絲溫度為40℃，加熱功率為17.8W/m。略去其它的熱損失。

求：此時的流速。

解：

ql?h?d?tw?tf?,h??d?tw?tf?30ql??17.8??0.1?10?5??40?20??2833W/m?K?2?

定性溫度tm?20?402℃，?6??0.0267W/?m?K?,??16?10Nu?28330.0267?0.1?101/0.466?3m/s,Pr?0.701

2?10.61。先按表5-5中的第三種情況計算，?10.61????0.683???6?Nu?Re???0.683??側u?2.1459?360，符合第二種情形的適用范圍。

?57.6m/s?d故得：Re?16?10?360?30.1?10。

34、已知：可以把人看成是高1.75m、直徑為0.35m的圓柱體。表面溫度為31℃，一個馬拉松運動員在2.5h內跑完全程（41842.8m），空氣是靜止的，溫度為15℃。不計柱體兩端面的散熱，不計出汗散失的部分。

求：此運動員跑完全程后的散熱量。

u?41842.842.5?3600?4.649m/s

解：平均速度，定性溫度

?62tm?31?152?23℃，空氣的物性為：??0.0261W/?m?K?,??15.34?10Re?4.649?0.3515.34?1?6m/s,Pr?0.702，?106072??4?104，按表5-5.有：

?0.0266?1060720.805 Nu?0.0266Re0.805?295.5，h?295.5?0.0261/0.35?22W/m?K, ??Ah?t?3.1416?0.35?1.75?22??31?15??677.3W

在兩個半小時內共散熱2.5?3600?677.3?6095960?6.096?10J6-

37、已知：如圖，最小截面處的空氣流速為3.8m/s，tf?2?6?35℃，肋片的平均表面溫度為65℃，??98W/?m?K?,肋根溫度維持定值:s1/d?s2/d?2,d?10mm,規定肋片的mH值不應大于1.5.在流動方向上排數大于10.求：肋片應多高

解：采用外掠管束的公式來計算肋束與氣流間的對流換熱，定性溫度“

tm?35?652?50℃，??0.0283W/?m?K?,??17.95?10?2117?6m/s，Re?3.8?0.0117.95?10?6，由表（5-7）查得C?0.482,m?0.556，34.05?0.02830.01?96.4W/?m?KNu?0.482?21170.556?34.05,h?

?，?d98?0.018-

15、已知材料AB的光譜發射率????與波長的關系如附圖所示，試估計這兩種材料的發射率?m?4h?4?96.4?19.83,?H?1.隨溫度變化的特性，并說明理由。

解：A隨穩定的降低而降低；B隨溫度的降低而升高。理由：溫度升高，熱輻射中的短波比例增加。9—30、已知：如圖，（1）所有內表面均是500K的黑體；（2）所有內表面均是?＝0.6的漫射體，溫度均為500K。求：從小孔向外輻射的能量。解：設小孔面積為2A2，內腔總表面壁為

2A1，則：

2A2??r1?3.1416?0.016?8.04?10m?1，A1??r2??d1H???r2?r12222?22?3.1416?0.02?0.04?0.04??0.02?0.016?x1,2?A2A1?8.04?10?4?3?6.736?10????3m，42

4x2,1?1，6.736?10?0.1194?1,2?A2?0?T1?T2?。，?441??1/?2?1?x2,1??1/?1?1?x1,2???2?1??1,2?8.04?10（1）1,??1,2??5.67?5?2.85W?4；

8.04?10?5.67?54（2）?2?1，?1?0.6，1?0.1194?1/0.6?1??2.64W9-

45、已知：用裸露的熱電偶測定圓管氣流的溫度，熱電偶的指示值為t1＝170℃。管壁溫度tw＝90℃，氣流對熱節點的對流換熱系數為h＝50W/（m·K），熱節點表面發射率為?＝0.6。求：氣流的真實溫度及測溫誤差。解：h?tf?t1????0?T1?Tw442

?，tf?t1?4?C0??T1?h40.6?5.67?Tw??44??170???4.43?3.63???????50?100??????100?

184.4?1704

?170?14.?1℃84，測溫誤差：.4184.4?100％?7.8％