《傳熱學》第四版課后習題答案

1、第一章第一章思考題思考題1試用簡練的語言說明導熱、對流換熱及輻射換熱三種熱傳遞方式之間的聯系和區(qū)別。答：答：導熱和對流的區(qū)別在于：物體內部依靠微觀粒子的熱運動而產生的熱量傳遞現象，稱為導熱；對流則是流體各部分之間發(fā)生宏觀相對位移及冷熱流體的相互摻混。聯系是：在發(fā)生對流換熱的同時必然伴生有導熱。導熱、對流這兩種熱量傳遞方式，只有在物質存在的條件下才能實現，而輻射可以在真空中傳播，輻射換熱時不僅有能量的轉移還伴有能量形式的轉換。2以熱流密度

2、表示的傅立葉定律、牛頓冷卻公式及斯忒藩－玻耳茲曼定律是應當熟記的傳熱學公式。試寫出這三個公式并說明其中每一個符號及其意義。答：答：①傅立葉定律：dxdtq???，其中，q－熱流密度；?－導熱系數；dxdt－沿x方向的溫度變化率，“－”表示熱量傳遞的方向是沿著溫度降低的方向。②牛頓冷卻公式：)(fwtthq??，其中，q－熱流密度；h－表面?zhèn)鳠嵯禂?；wt－固體表面溫度；ft－流體的溫度。③斯忒藩－玻耳茲曼定律：4Tq??，其中，q－熱流密

3、度；?－斯忒藩－玻耳茲曼常數；T－輻射物體的熱力學溫度。3導熱系數、表面?zhèn)鳠嵯禂导皞鳠嵯禂档膯挝桓魇鞘裁?？哪些是物性參數，哪些與過程有關？答：答：①導熱系數的單位是：W(m.K)；②表面?zhèn)鳠嵯禂档膯挝皇牵篧(m2.K)；③傳熱系數的單位是：W(m2.K)。這三個參數中，只有導熱系數是物性參數，其它均與過程有關。4當熱量從壁面一側的流體穿過壁面?zhèn)鹘o另一側的流體時，冷、熱流體之間的換熱量可以通過其中任何一個環(huán)節(jié)來計算（過程是穩(wěn)態(tài)的），但本章

4、中又引入了傳熱方程式，并說它是“換熱器熱工計算的基本公式”。試分析引入傳熱方程式的工程實用意義。答：答：因為在許多工業(yè)換熱設備中，進行熱量交換的冷、熱流體也常處于固體壁面的兩側，是工程技術中經常遇到的一種典型熱量傳遞過程。5用鋁制的水壺燒開水時，盡管爐火很旺，但水壺仍然安然無恙。而一旦壺內的水燒干后，水壺很快就燒壞。試從傳熱學的觀點分析這一現象。答：答：當壺內有水時，可以對壺底進行很好的冷卻（水對壺底的對流換熱系數大），壺底的熱量被很快

5、傳走而不至于溫度升得很高；當沒有水時，和壺底發(fā)生對流換熱的是氣體，因為氣體發(fā)生對流換熱的表面換熱系數小，壺底的熱量不能很快被傳走，故此壺底升溫很快，容易被燒壞。6用一只手握住盛有熱水的杯子，另一只手用筷子快速攪拌熱水，握杯子的手會顯著地感到熱。試分析其原因。答：答：當沒有攪拌時，杯內的水的流速幾乎為零，杯內的水和杯壁之間為自然對流換熱，自熱對流換熱的表面?zhèn)鳠嵯禂敌。斂焖贁嚢钑r，杯內的水和杯壁之間為強制對流換熱，表面?zhèn)鳠嵯禂荡?，熱水有?/p>

6、多的熱量被傳遞到杯壁的外側，因此會顯著地感覺到熱。7什么是串聯熱阻疊加原則，它在什么前提下成立？以固體中的導熱為例，試討論有哪些情況可能使熱量傳遞方向上不同截面的熱流量不相等。答：答：在一個串聯的熱量傳遞過程中，如果通過每個環(huán)節(jié)的熱流量都相同，則各串聯環(huán)節(jié)的總熱阻等于各串聯環(huán)節(jié)熱阻的和。例如：三塊無限大平板疊加構成的平壁。例如通過圓筒壁，對于各個傳熱環(huán)節(jié)的傳熱面積不相等，可能造成熱量傳遞方向上不同截面的熱流量不相等。8.有兩個外形相同的

7、保溫杯A與B，注入同樣溫度、同樣體積的熱水后不久，A杯的外表面就可以感覺到熱，而B杯的外表面則感覺不到溫度的變化，試問哪個保溫杯的質量較好？答：Ｂ：杯子的保溫質量好。因為保溫好的杯子熱量從杯子內部傳出的熱量少，經外部散熱以后，溫度變化很小，因此幾乎感覺不到熱。能量平衡分析能量平衡分析13淋浴器的噴頭正常工作時的供水量一般為每分鐘31000cm。冷水通過電熱器從15℃被加熱到43℃。試問電熱器的加熱功率是多少？為了節(jié)省能源，有人提出可以將

8、用過后的熱水（溫度為38℃）送入一個換熱答：答：能，因為在一邊絕熱其余三邊為相同邊界條件時，矩形物體內部的溫度分布應為關于絕熱邊的中心線對稱分布。習題習題平板平板26一火箭發(fā)動機燃燒室是直徑為130mm的圓筒體，厚2.1mm，導熱系數為23.2W(mK)。圓筒壁外用液體冷卻，外壁溫度為240℃。測得圓筒體的熱流密度為4.8106W㎡，其材料的最高允許溫度為700℃。試判斷該燃燒室壁面是否工作于安全溫度范圍內？解：解：214外徑為100m

9、m的蒸氣管道，覆蓋密度為203mkg的超細玻璃棉氈保溫。已知蒸氣管道外壁溫度為400℃，希望保溫層外表面溫度不超過50℃。且每米長管道上散熱量小于163W，試確定所需的保溫層厚度。解：解：保溫材料的平均溫度為t=225250400??℃由附錄7查得導熱系數為).(08475.00023.0033.0KmWt??????21212lnttldd??????代入數據得到2d＝0.314mm所以mmdd107212????246一厚為7cm的

10、平壁，一側絕熱，另一側暴露于溫度為30℃的流體中，內熱源??＝0.33610mW?。對流換熱表面?zhèn)鳠嵯禂禐?50).(2KmW，平壁的導熱系數為18).(KmW。試確定平壁中的最高溫度及其位置。第三章第三章思考題思考題1.試說明集總參數法的物理概念及數學處理的特點答：當內外熱阻之比趨于零時，影響換熱的主要環(huán)節(jié)是在邊界上的換熱能力。而內部由于熱阻很小而溫度趨于均勻，以至于不需要關心溫度在空間的分布，溫度只是時間的函數，數學描述上由偏微分方

11、程轉化為常微分方程、大大降低了求解難度。2.在用熱電偶測定氣流的非穩(wěn)態(tài)溫度場時怎么才能改善熱電偶的溫度響應特性答：要改善熱電偶的溫度響應特性，即最大限度降低熱電偶的時間常數hAcvc???形狀上要降低體面比，要選擇熱容小的材料，要強化熱電偶表面的對流換熱。3.試說明”無限大平板”物理概念并舉出一二個可以按無限大平板處理的非穩(wěn)態(tài)導熱問題答；所謂“無限大”平板，是指其長寬尺度遠大于其厚度，從邊緣交換的熱量可以忽略不計，當平板兩側換熱均勻時，