第一篇：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？

第二篇：傳熱學知識點及思考題小結

1.夏季在維持20℃的室內工作，穿單衣感到舒適，而冬季在保持22℃的室內工作時，卻必須穿絨衣才覺得舒服。試從傳熱的觀點分析原因。

【要點】首先，冬季和夏季的最大區別是室外溫度的不同。夏季室外溫度比室內氣溫高，因此通過墻壁的熱量傳遞方向是出室外傳向室內。而冬季室外氣溫比室內低，通過墻壁的熱量傳遞方向是由室內傳向室外。因此冬季和夏季墻壁內表面溫度不同，夏季高而冬季低。因此，盡管冬季室內溫度(22℃)比夏季略高(20℃)，但人體在冬季通過輻射與墻壁的散熱比夏季高很多。人體對冷感的感受主要是散熱量，在冬季散熱量大，因此要穿厚一些的絨衣。2.工程中應用多孔性材料作保溫隔熱,使用時應注意什么問題?為什么? 【要點】保溫材料應注意防潮。保溫材料的一個共同特點是它們經常呈多孔狀，或者具有纖維結構，其中的熱量傳遞是導熱、對流傳熱、熱輻射三種傳熱機理聯合作用的綜合過程。如果保溫材料受潮，水分將替代孔隙中的空氣，這樣不僅水分的導熱系數高于空氣，而且對流傳熱強度大幅度增加，這樣材料保溫性能會急劇下降。

3.在寒冷的北方地區，建房用磚采用實心磚還是多孔的空心磚好？為什么？

【要點】采用空心磚較好，因為空心磚內部充滿著空氣，而空氣的導熱系數相對較小，熱阻較大，空心磚導熱性較之實心磚差，同一條件下空心磚的房間的散熱量小保溫性好。

4.工程中應用多孔性材料作保溫隔熱,使用時應注意什么問題?為什么? 【要點】保溫材料應注意防潮。保溫材料的一個共同特點是它們經常呈多孔狀，或者具有纖維結構，其中的熱量傳遞是導熱、對流傳熱、熱輻射三種傳熱機理聯合作用的綜合過程。如果保溫材料受潮，水分將替代孔隙中的空氣，這樣不僅水分的導熱系數高于空氣，而且對流傳熱強度大幅度增加，這樣材料保溫性能會急劇下降。

5.一塊被燒至高溫(超過400℃)的紅磚，迅速投入一桶冷水中，紅磚自行破裂，而鐵塊則不會出現此現象。試解釋其原因。

【要點】紅磚的導熱系數小，以致Bi較大，即在非穩態導熱現象中，內部熱阻較大，當一塊被燒至高溫的紅磚被迅速投入一桶冷水中后，其內部溫差較大，從而產生較大的熱應力，則紅磚會自行破裂。

6.在某廠生產的測溫元件說明書上，標明該元件的時間常數為1s。從傳熱學角度，你認為可信嗎？為什么？

【要點】根據時間常數定義???cVhA，在一定條件下，?、c、V、A可以認為是常數，但表面傳熱系數h確是與具體過程有關的過程量，與測溫元件安裝的具體環境的換熱條件有關。因此，其說法不可信。

7.在對流溫度差大小相同的條件下,在夏季和冬季,屋頂天花板內表面的自然對流傳熱表面傳熱系數是否相同?為什么? 【要點】冬季和夏季墻壁內表面溫度不同，夏季高而冬季低。在夏季室內空氣溫度低于屋頂天花板的溫度，tf ＜tw , 在冬季夏季室內空氣溫度高于屋頂天花板的溫度，tf ＞tw。因此夏季屋頂天花板內表面的自然對流傳熱為熱面朝下（或冷面朝上，而冬季為冷面朝下（或熱面朝上），因此兩者自然對流傳熱表面傳熱系數不相同，夏季自流對流傳熱表面傳熱系數低于冬季。

8.地面上按自然對流設計的換熱裝置，在太空中還能正常工作嗎？

【要點】因為自然對流傳熱必須在有重力的情況下才能進行，到了太空中，完全處于失重的狀態，因而該裝置在太空中無法正常工作 9.在計及入口效應時，管內流動時的入口效應修正系數大于1，而流體橫掠管束時的總管排修正系數卻小于1，為什么？

【要點】對管內流動，由于入口效應，入口段邊界層較薄，表面傳熱系數較高，因而乘以大于1的修正系數；而流體橫掠管束的流動，管排數越少，后排管束的擾動減小，因而應乘以小于1的修正系數。

10.摩托車手的膝蓋需要特別保溫，知道為什么嗎？ 【要點】因為膝蓋處的熱邊界層很薄(相當于外掠物體的前駐點),換熱能力較強,該處與空氣的熱交換量較大。

11.在電廠動力冷凝器中，主要冷凝介質是水蒸氣，而在制冷劑（氟利昂）的冷凝器中，冷凝介質是氟利昂蒸汽。在工程實際中，常常要強化制冷設備中的凝結傳熱，而對電廠動力設備一般無需強化。試從傳熱角度加以解釋? 【要點】相變對流傳熱主要依靠潛熱傳遞熱量，而氟里昂的汽化潛熱只有水的約1/10，因此電廠動力冷凝器中水蒸汽的凝結表面傳熱系數很大，凝結側熱阻不占主導地位。而制冷設備中氟里昂蒸汽的凝結傳熱表面傳熱系數較小，主要熱阻往往在凝結側，因而其強化就有更大現實意義。

12.兩滴完全相同的水滴在大氣壓下分別滴在表面溫度為120℃和400℃的鐵板上，試問滴在哪塊板上的水滴先被燒干?為什么? 【要點】在大氣壓下發生沸騰傳熱時，上述兩滴水的過熱度分別是△t=tw–ts=20℃和△t=300℃，由大容器飽和沸騰曲線，前者表面發生的是核態沸騰，后者發生膜態沸騰。雖然前者傳熱溫差小，但其表面傳熱系數大，從而表面熱流反而大于后者。所以水滴滴在120℃的鐵板上先被燒干。

13.北方深秋季節的清晨，樹葉葉面上常常結霜。試問樹葉上、下表面的哪一面上容易結霜？為什么？

【要點】霜會容易結在樹葉的上表面。因為樹葉上表面朝向太空，而太空表面的溫度會低于攝氏零度；下表面朝向地面，而地球表面的溫度一般在零度以上。相對于下表面來說，樹葉上表面向外輻射熱量較多，溫度下降的快，一旦低于零度時便會結霜。

14.窗玻璃對紅外線幾乎不透明，但為什么隔著玻璃曬太陽卻使人感到暖和？

【要點】窗玻璃對紅外線幾乎不透明，但對可見光卻是透明的，因而隔著玻璃曬太陽，太陽光可以穿過玻璃進入室內，而室內物體發出的紅外線卻被阻隔在窗內，因而房間內溫度越來越高，因而感到暖和。

15.簡述玻璃溫室保溫的原理。

【要點】玻璃對熱輻射有選擇性透射的特性，對太陽短波輻射透射率較大，而對室內物體的長波輻射不透明，所以玻璃房有溫室效應。

16.何謂“漫─灰表面”?有何實際意義? 【要點】“漫─灰表面”是研究實際物體表面時建立的理想體模型。漫輻射、漫反射指物體表面在輻射、反射時各方向相同。灰表面是指在同一溫度下表面的輻射光譜與黑體輻射光譜相似,吸收率也取定值.“漫─灰表面”的實際意義在于將物體的輻射、反射、吸收等性質理想化,可應用熱輻射的基本定律。大部分工程材料可作為漫輻射表面,并在紅外線波長范圍內近似看作灰體。從而可將基爾霍夫定律應用于輻射傳熱計算中。

17.實驗觀察發現（在球的體積比較大，而且觀察距離較近的情況下），金屬圓球當加熱到白熾溫度時在球的邊緣會出現一個明亮的光環。但是同樣的處理方法卻使非金屬球體變得中間亮，邊緣暗。試解釋此現象。

【要點】金屬的發射在半球向上的分布具有大角度定向發射率急速上升的特點。所以把金屬球加熱到白熾會看到邊緣亮，中間暗。而非金屬材料正相反，大角度時定向發射率銳減。所以看上去中間較亮，外緣較暗。

18你以為下述說法對嗎?為什么?“常溫下呈紅色的物體表示此物體在常溫下紅色光的光譜發射率較其它色光(黃、綠、蘭)的光譜發射率為高。”（注：指無加熱源條件下)【要點】這一說法不對。因為常溫下我們所見到的物體的顏色，是由于物體對可見光的反射造成的。紅色物體正是由于它對可見光中的黃、綠、藍等色光的吸收率較大,對紅光的吸收率較小,反射率較大形成的。根據基爾霍夫定律ε=α，故常溫下呈紅色的物體,其常溫下的紅色光光譜發射率較其他色光的光譜光發射率要小。

19.有一臺放置于室外的冷庫，從減小冷庫冷量損失的角度出發，冷庫外殼顏色應涂成深色還是淺色? 【要點】要減少冷庫冷損，須盡可能少地吸收外界熱量，而盡可能多地向外釋放熱量。因此冷庫敗取較淺的顏色，從而使吸收的可見光能量較少，而向外發射的紅外線較多。20.什么是臨界熱絕緣直徑？平壁外和圓管外敷設保溫材料是否一定能起到保溫的作用，為什么？

【要點】對應于總熱阻為極小值時的隔熱層外徑稱為臨界熱絕緣直徑。平壁外敷設保溫材料一定能起到保溫的作用，因為增加了一項導熱熱阻，從而增大了總熱阻，達到削弱傳熱的目的。圓筒壁外敷設保溫材料不一定能起到保溫的作用，雖然增加了一項熱阻，但外壁的換熱熱阻隨之減小，所以總熱阻有可能減小，也有可能增大。

第三篇：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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第四篇：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％

第五篇：中國科學技術大學傳熱學

中國科學技術大學2000年傳熱學

d2t

一、已知一根一維均質棒，在穩態、無內熱源條件下，試驗發現2?0（式中T為溫

dx度，x為空間坐標），試判斷棒材的導熱系數??t?隨T增大呢，還是減小？（10分）

解：q???dtdtdtq???0(1?bt)?(1?bt)?? dxdxdx?0??dt?2?d2tdtdtd2t(1?bt)2?b??0?2??b???/?1?bt??

dxdxdxdx??dx????兩邊對x求導：

?dt?因為

1+bt>0，???0

?dx?d2t所以2?0?b?0，即導熱系數??t?隨T增大。

dx

二、將直徑為D，初始均溫Ti的金屬圓球懸掛在四周壁溫為Tw，空氣溫度為T?的大房間內。已知圓球表面發射率?，空氣對流系數h。如果對流換熱和輻射換熱兩者數量級相同，1能應用集總熱容法（即集總參數法）的準則；○2在上述準則下，圓球溫度T隨時試建立○間?變化的微分方程。（10分）

解：（1）純對流換熱條件下應用集總參數法的條件：Bi?2hr??0.1。

本題中物體的熱交換有對流換熱和輻射換熱，且兩者數量級相同，所以考慮輻射后的當量換熱系數是原換熱系數的2倍，則反映內外熱阻之比的準則條件為Bi'?2hr??0.1?Bi?0.05

（2）在符合上述準則條件下，內熱阻可以忽略，溫度與空間位置無關，只是時間的函數，由此得導熱微分方程

?cVdT?hA?T??T????ATw4?T4 d???對于球體：

V/A=D/6 微分方程

?cDdT?h?T??T?????Tw4?T4?

6d?初始條件

??0，T?Ti 三、一無限大平壁厚?，導熱系數?=常量，內熱源產熱率?均勻，且為常數，已知兩

1出現在平壁內部的最高溫度t2壁面溫度分別保持t1、t2（t1>t2）。求○max；○從兩壁面傳出

?的熱流密度值（或熱流量）。（10分）解：由題意可列出微分方程如下：

dt??2??0?t??x?c1x?c2 2dx?2?邊界條件與積分常數

????1??2????x?0,t?t1?c1??t2?t1?????2??? ????x??,t?t2???c2?t12??溫度分布的無量綱參數方程

???t?t1???2?1?x/???x?1? t2?t1?2??t2?t1?????（1）平壁內部的最高溫度tmax出現在dt?0處，解得 dxx??2??????t2?t1?

代入上式得

???1????2?2tmax?t1?t2???t2?t1??

2?4??????（2）熱流密度

dtt1?t2????q????????x??

dx?2??x?0,q1???t1?t2???????2 x??,q2???t1?t2?????

2四、何謂管內層流流動的入口段及充分發展段？求出密度?，常物性的流體在半徑r0的圓管內，進行穩定不可壓流動的平均速度um及平均溫度Tm的表達式；回答管內流動的短管換熱器效率是否高于同管徑的長管換熱器？為什么？（10分）

答：（1）當流體與管壁之間有熱交換時，管子壁面上的熱邊界層有一個從零開始增長，直到匯合于管子中心線的過程，當流動邊界層及熱邊界層匯合于管子中心線后稱流動及換熱已經充分發展，此后的換熱強度將保持不變，從進口到邊界層匯合點稱為入口段，其后稱為充分發展段。

（2）平均速度um?qm??r02（qm為質量流量）平均溫度Tm?T1?T2（T1為進口溫度，T2為出口溫度）

（3）管內流動的短管換熱器效率高于同管徑的長管換熱器，這是因為在短管換熱器中，入口段的影響相對較大，而入口段邊界層較薄使得平均表面傳熱系數較大。

五、假定不可壓，牛頓型流體，常物性，無內熱源，忽略摩擦產生的耗散熱，試寫出二維、穩態對流換熱方程組，并說明其中各項的物理意義。（10）

解：換熱微分方程h????t?t?y|y?0（對流換熱量等于壁面處的導熱量）

?t?t?2t?2t能量方程

u???a(2?)2?x?y?x?y（微元體的內能變化量等于其邊界的導熱量）連續性方程?u????0（進出微元體的質量守恒）?x?y??u?u?P?2u?2u??)?Fx???(2?2)??(u?x?y?x?x?y?動量方程? 22??(u??????)?F??p??(?????)y??x?y?y?2x?y2?(慣性力=體積力+壓力+粘滯力)

六、畫出如下各加熱表面的自然對流流動示意圖：（1）兩平板傾斜，熱面在下，冷面在上；

（2）兩傾斜平板，上下面等溫Ts，置于大氣溫度T?（Ts>T?）中；

（3）兩豎壁組成的封閉有限矩形空間（上下表面絕熱）。（10分）答：見附錄B10圖1。

七、寫出黑體輻射能的光譜分布表達式，寫出輻射強度L的定義式，并證明L與方向無關的表面（即蘭貝特表面），其輻射力（即發射功率）E為πL。（10分）

答：黑體光譜輻射力Eb,??c1??5c2

e(?T)?1d?(?)輻射強度定義式L(?)?

dAd?cos?蘭內特表面：半球空間各個方向上的定向輻射強度相等。

E?? ??2?E(?)d???Lcos?d??L???2???2?cos?sin?d?d??L?2???0d??2cos?sin?d??L?2????0?1?L?

2八、在一個晴朗初冬也夜晚，有效天空溫度Tsky??70℃，微風引起的對流換熱系數h=28/(m?K),發現湖面上有一層薄冰出現，但檢測空氣溫度T?高于0℃，[假定為干空氣，水的長波發射率為1，水與大地絕熱，不計水蒸發，??5.67?10W/(m?K)]，試理論

?8242估算T?。（10分）

解：由題意知湖面與空氣的對流換熱量和湖面與天空的輻射換熱量相等。

44h?T??Tice???(Tice?Tsky)

28?(T??273)?5.67?10?8?2734?2034?T??280.8K

九、兩種不透明的漫射涂層，其光譜吸收率分布a?(?)如附錄B10圖2所示。試從中選擇屋頂材料，問那種涂層適合用夏天？那種適合用冬天？并示出理想的a?(?)的分布。

答：a?(?)為水平線的涂層適合冬天用，a?(?)為折線的涂層適合夏天用。理想分布：冬天a?(?)=1，夏天a?(?)=0。

十、相距很小，平行放置的兩塊很大的漫射一灰表面，如果發射率是0.8，為使兩塊表面的輻射傳熱速率減小到原來的1/10，需要放入一個薄防輻射層（遮熱板），其發射率應為多少？

解：設遮熱板的發射率為?2。在未放防輻射層前系統黑度

???s1?1?1?11??1?11

11??11.50.80.8?1放入防輻射層后系統黑度

?s2?11 ??11??2?2?0.5??????1???????1??1?1??2??2由

?s21???2?0.138 ?s110