2022年传热学杨世铭第四版第二章答案.doc

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1、传热学杨世铭第四版第二章答案 篇一：传热学第四版课后习题(杨世铭) 第一章 考虑题 1 试用简练的语言说明导热、对流换热及辐射换热三种热传递方式之间的联络和区别。 答：导热和对流的区别在于：物体内部依托微观粒子的热运动而产生的热量传递现象，称为导热；对流那么是流体各部分之间发生宏观相对位移及冷热流体的互相掺混。联络是：在发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式，只有在物质存在的条件下才能实现，而辐射可以在真空中传播，辐射换热时不仅有能 量的转移还伴有能量方式的转换。 2 以热流密度表示的傅立叶定律、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

2、式并说明其中每一个符号及其意义。 答： 傅立叶定律： “”表示热量传递的方向是沿着温度降低的方向。 q? dtdt dx，其中，q热流密度；?导热系数；dx沿x方向的温度变化率， 牛顿冷却公式：q?h(tw?tf)，其中，q热流密度；h外表传热系数；tw固体外表温度； tf流体的温度。 4 q?T 斯忒藩玻耳兹曼定律：，其中，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。 3 导热系数、外表传热系数及传热系数的单位各是什么？哪些是物性参数，哪些与过程有关？ 答： 导热系数的单位是：W/(m.K)； 外表传热系数的单位是：W/(m2.K)； 传热系数的单位是：W/(m2.K)。这三

3、个参数中，只有导热系数是物性参数，其它均与过程有关。 4 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通过其中任何一 个环节来计算（过程是稳态的），但本章中又引入了传热方程式，并说它是“换热器热工计算的根本公式”。试分析引入传热方程式的工程有意图义。 答：由于在许多工业换热设备中，进展热量交换的冷、热流体也常处于固体壁面的两侧，是工程技术中经常遇到的一种典型热量传递过程。 5 用铝制的水壶烧开水时，尽管炉火特别旺，但水壶仍然安稳无恙。而一旦壶内的水烧干后，水壶特别快就烧 坏。试从传热学的观点分析这一现象。 答：当壶内有水时，可以对壶底进展特别好的冷却（水对壶底的

4、对流换热系数大），壶底的热量被特别快传走而不至于温度升得特别高；当没有水时，和壶底发生对流换热的是气体，由于气体发生对流换热的外表换热系数小，壶底的热量不能特别快被传走，故此壶底升温特别快，容易被烧坏。 6 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感到热。试分析其 缘故。 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自然对流换热，自热对流换热的外表传热系数小，当快速搅拌时，杯内的水和杯壁之间为强迫对流换热，外表传热系数大，热水有更多的热量被传递到杯壁的外侧，因此会明显地感遭到热。 7 什么是串联热阻叠加原那么，它在什么前提下成立？以固体中的导

5、热为例，试讨论有哪些情况可能使热量 传递方向上不同截面的热流量不相等。 答：在一个串联的热量传递过程中，假设通过每个环节的热流量都一样，那么各串联环节的总热阻等于各串联环节热阻的和。例如：三块无限大平板叠加构成的平壁。例如通过圆筒壁，关于各个传热环节的传热面积不相等，可能造成热量传递方向上不同截面的热流量不相等。 8.有两个外形一样的保温杯A与B，注入同样温度、同样体积的热水后不久，A杯的外外表就可以感遭到热，而B杯的外外表那么感受不到温度的变化，试征询哪个保温杯的质量较好？ 答：杯子的保温质量好。由于保温好的杯子热量从杯子内部传出的热量少，经外部散热以后，温度变化特别小，因此几乎感受不到热。

6、 能量平衡分析 1-1夏天的早晨，一个大学生离开宿舍时的温度为20。他希望晚上回到房间时的温度可以低一些，因此早上离开时紧闭门窗，并打开了一个功率为15W的电风扇，该房间的长、宽、高分别为5m、3m、2.5m。假设该大学生10h以后回来，试估算房间的平均温度是多少？ 解：因关闭门窗户后，相当于隔绝了房间内外的热交换，但是电风扇要在房间内做工产生热量：为15?10?3600540000J全部被房间的空气吸收而升温，空气在20时的比热为：1.005KJ/Kg.K,密度为 540000?10?3 ?t?11.893 5?3?2.5?1.205?1.0051.205Kg/m,因此 当他回来时房间的温度

7、近似为32。 1-2理发吹风器的构造示意图如附图所示，风道的流通面积A2?60cm，进入吹风器的空气压力 2 p?100kPa，温度t1?25。要求吹风器出口的空气温度t2?47，试确定流过吹风器的空气的质量流 量以及吹风器出口的空气平均速度。电加热器的功率为1500W。 解： cm。冷水通过电热器从15被加热到43。试征询1-3淋浴器的喷头正常工作时的供水量一般为每分钟1000 电热器的加热功率是多少？为了节约能源，有人提出可以将用过后的热水（温度为38）送入一个换热器去加热进入淋浴器的冷水。假设该换热器能将冷水加热到27，试计算采纳余热回收换热器后洗澡15min可以节约多少能源？ 解：电热

8、器的加热功率： P? 3 Q ? ? cm?t ? 4.18?103?103?1000?10?6?(43?15)?1950.6W?1.95kW 60 15分钟可节约的能量： Q?cm?t?4.18?103?103?1000?10?6?15?(27?15)?752400J?752.4kJ 1-4关于附图所示的两种水平夹层，试分析冷、热外表间热量交换的方式有何不同？假设要通过实验来测定夹层中流体的导热系数，应采纳哪一种布置？解：（a）中热量交换的方式主要为热传导。 （b）热量交换的方式主要有热传导和自然对流。 因此假设要通过实验来测定夹层中流体的导热系数，应采纳（a）布置。 1-5 一个内部发热的

9、圆球悬挂于室内，关于附图所示的三种情况，试分析：（1）圆球外表散热的方式；（2）圆球外表与空气之间的换热方式。 解：（2）圆球为外表传热方式散热。 （1）换热方式：（a）自然对流换热；（b）自然对流与强迫对流换热相当的过渡流传热；（c）强迫对流换热； 1-6 一宇宙飞船的外形示于附图中，其中外遮光罩是凸出于飞船体之外的一个光学窗口，其外表的温度状态直截了当阻碍到飞船的光学遥感器。船体外表各部分的外表温度与遮光罩的外表温度不同。试分析，飞船在太空中飞行时与遮光罩外表发生热交换的对象可能有哪些？换热的方式是什么？ 解：一遮光罩与外界发生辐射换热及遮光罩外表与船体外表进展辐射。传热方式为（辐射） 1

10、-7 热电偶常用来测量气流温度。如附图所示，用热电偶来测量管道中高温气流的温度Tf ,壁管温度Tw?Tf。试分析热电偶结点的换热方式。 解：具有管道内流体对节点的对流换热，沿偶丝到节点的导热和管道内壁到节点的热辐射。 1-8 热水瓶胆剖面的示意图如附图所示。瓶胆的两层玻璃之间抽成真空，内胆外壁及外胆内壁涂了反射率特别低的银。试分析热水瓶具有保温作用的缘故。假设不小心破坏了瓶胆上抽气口处的密闭性，这会阻碍保温效果吗？ 解：保温作用的缘故：内胆外壁外胆内壁涂了反射率特别低的银，那么通过内外胆向外辐射的热量特别少，抽真空是为了减少内外胆之间的气体介质，以减少其对流换热的作用。假设密闭性破坏，空气进入

11、两层夹缝中构成了内外胆之间的对流传热，从而保温瓶的保温效果降低。 导热1-9 一砖墙的外表积为12m，厚为260mm，平均导热系数为1.5W/（m.K）。设面向室内的外表温度为25，而外外表温度为-5，试确定次砖墙向外界散失的热量。 解：按照傅立叶定律有： 2 25?(?)5 ?2076.9W ?0.26 2 1-10 一炉子的炉墙厚13cm，总面积为20m，平均导热系数为1.04w/m.k，内外壁温分别是520及50。 ?A ?1.5?12? 试计算通过炉墙的热损失。假设所燃用的煤的发热量是2.09104kJ/kg，征询每天因热损失要用掉多少千克煤？ 解：按照傅利叶公式 每天用煤 ?t Q?

12、 ?A?t1.04?20?(520?50) ?75.2KW?0.13 24?3600?75.2 ?310.9Kg/d4 2.09?10 ?t 1-11 夏天，阳光照耀在一厚度为40mm的用层压板制成的木门外外表上，用热流计测得木门内外表热流密度 为15W/m2。外变面温度为40，内外表温度为30。试估算此木门在厚度方向上的导热系数。 ?，解： 1-12 在一次测定空气横向流过单根圆管的对流换热实验中，得到以下数据：管壁平均温度tw=69，空气温度tf=20，管子外径 d=14mm，加热段长 80mm，输入加热段的功率8.5w，假设全部热量通过对流换热传给空气，试征询现在的对流换热外表传热系数多

13、大？ 解：按照牛顿冷却公式 q?2?rlh?tw?tf? q h? ?dtw?tf49.33W/(m2.k) 因此 q? q?15?0.04 ?0.06W/(m.K)?t40?30 1-13 对置于水中的不锈钢束采纳电加热的方法进展压力为1.013?10Pa的饱和水沸腾换热实验。测得加热 功率为50W，不锈钢管束外径为4mm，加热段长10mm，外表平均温度为109。试计算现在沸腾换热的外表传热系数。 解：按照牛顿冷却公式有?Ah?t 5 A?t W/(m.K) 1-14 一长宽各为10mm的等温集成电路芯片安装在一块地板上，温度为20的空气在风扇作用下冷却芯片。 芯片最高同意温度为85，芯片与

14、冷却气流间的外表传热系数为175 W/(m.K)。试确定在不考虑辐射时芯片最大同意功率时多少？芯片顶面高出底板的高度为1mm。 2 ?(85-20) ?hA?t?175W/m.K?0.01?0.01?4?0.01?0.001max解： 2 ?h?4423.2 2 ? 1.5925W 1-15 用均匀的绕在圆管外外表上的电阻带作加热元件，以进展管内流体对流换热的实验，如附图所示。用功率表测得外外表加热的热流密度为3500W/m；用热电偶测得某一截面上的空气温度为45，内管壁温度为80。设热量沿径向传递，外外表绝热良好，试计算所讨论截面上的部分外表传热系数。圆管的外径为36mm，壁厚为2mm。 2

15、 解：由题意3500W/m?2?Rl?h?2?rl?（80-45） 2 又r=R?=(18-2)mm=16mm ?h?112.5 W/(m.K) 1-16为了说明冬天空气的温度以及风速对人体冷暖感受的阻碍，欧美国家的天气预告中普遍采纳风冷温度的概念（wind-chill temperature）。风冷温度是一个当量的环境温度，当人处于静止空气的风冷温度下时其散热量与人处于实际气温、实际风速下的散热量一样。从散热计算的角度可以将人体简化为直径为25cm、高175cm、 2 W/mK时人体在温度为20的静止空气中的散热外表温度为30的圆柱体，试计算当外表传热系数为15 量。假设在一个有风的日子，外

16、表传热系数增加到50W/mK，人体的散热量又是多少？现在风冷温度是 ? 2 ? ? 2 ?多少？ 辐射 1-17 有两块无限靠近的黑体平行平板，温度分别为T1,T2。试按黑体的性质及斯藩-玻尔兹曼定律导出单位面积上辐射换热量的计算式。（提示：无限靠近意味着每一块板发出的辐射能全部落到另一块板上。） 4 q?Tq?T2f21f1解：由题意 ; ; 4 两板的换热量为 q?(T1?T2) 1-18 宇宙空间可近似地看成为0K的真空空间。一航天器在太空中飞行，其外外表平均温度为250，外表发射率为0.7，试计算航天器单位外表上的换热量。 解：q?T=0.7?5.67?10W/(m.K)?250?15

17、5W/m 1-19 在1-14标题中，假设把芯片及底板置于一个封闭的机壳内，机壳的平均温度为20，芯片的外表黑度为0.9，其余条件不变，试确定芯片的最大同意功率。 2 44 4?8244 ?844 ?A?T?T0.9?5.67?10(85?273)?(20?273)?0.00014 12解：辐射 ? 44 ? P?对流?辐射1.657W 1-20 半径为0.5 m的球状航天器在太空中飞行，其外表发射率为0.8。航天器内电子元件的散热总共为175W。假设航天器没有从宇宙空间接受任何辐射能量，试估算其外表的平均温度。 解：电子原件的发热量航天器的辐射散热量即：Q?T 4 A =187K 热阻分析

18、2 1-21 有一台气体冷却器，气侧外表传热系数h195W/(m.K)，壁面厚?2.5mm，?46.5W/(m.K)水侧 ?T?外表传热系数h2?5800W/(m.K)。设传热壁可以看成平壁，试计算各个环节单位面积的热阻及从气到水的总传热系数。你能否指出，为了强化这一传热过程，应首先从哪一环节着手？ 2 111?0.010526;R2?0.0025?5.376?10?5;R3?1.724?10?4;h1h25800?46.5解： 1 K? 11?hh?94.7W/(m2.K)，应强化气体侧外表传热。 12那么 W/(m.K);水侧结了一层厚为1mm的水垢1-22 在上题中，假设气侧结了一层厚为

19、2mm的灰，?0.116 ?1.15W/(m.K)。其他条件不变。试征询现在的总传热系数为多少？ R1? 解：由题意得 K? 1 11231?h1?1?2?3h2 2 ? 1 10.0020.00250.0011?950.11646.51.155800 34.6W/(m.K) 1-23 在锅炉炉膛的水冷壁管子中有沸腾水流过，以吸收管外的火焰及烟气辐射给管壁的热量。试针对以下三种情况，画出从烟气到水的传热过程的温度分布曲线： （1） 管子内外均干净； （2） 管内结水垢，但沸腾水温与烟气温度保持不变； （3） 管内结水垢，管外结灰垢，沸腾水温及锅炉的产气率不变。 解：1-24 在附图所示的稳态热

20、传递过程中，已经明白： tw1?460，tf2?300，?1?5mm，?2?0.5mm， ?1?46.5W/(m.K)，?2?1.16W/(m.K),h2?5800W/(m2.K)。试计算单位面积所传递的热量。 解：由题意得 =225.35KW 1-25 在工程传热征询题的分析中定性地估算换热壁面的温度工况是特别有用的。关于一个稳态的传热过程，试概括出通过热阻以可能壁面温度工况的简明法那么。 解：由于稳态传热因此通过每个截面的热流量都相等，热阻越小的串联环节温降小，那么换热壁面温度越趋于接近，否那么温差较大。 传热过程及综合分析 1-26 有一台传热面积为12m的氨蒸发器，氨液的蒸发温度为0，

21、被冷却水的进口温度为9.7，出口温度为5，蒸发器中的传热量为69000W，试计算总传热系数。 解：由题意得 2 1?1?2 ?0.00071h1?1?2 ?ttw?tf ?q? RZRZ RZ? ?t1?t227.35 又?KA?t ? ?t 2 782.3W/(m.K) 1-27 设冬天室内的温度为f1，室外温度为f2，试在该两温度保持不变的条件下，画出以下三种情形从室内空气到室外大气温度分布的示意性曲线： （1）室外平静无风； （2）室外冷空气以一定流速吹过砖墙外表； （3）除了室外刮风以外，还要考虑砖墙与四周环境间的辐射换热。 解1-28 关于图1-4所示的穿过平壁的传热过程，试分析以下

22、情形下温度曲线的变化趋向：（1）?/?0；（2） ?K?tt h1?h?篇二：传热学杨世铭第四版第二章答案 第二章 考虑题 ?t? q?gradt?n ?x，其中：gradt为空间某点的1 答：傅立叶定律的一般方式为： ?q温度梯度；n是通过该点的等温线上的法向单位矢量，指向温度升高的方向；为该处的热 流密度矢量。 ? 2 答：q?qx?i?qy?j?qz?k，其中i,j,k分别为三个方向的单位矢量量。 3答：导热微分方程式所按照的根本定律有：傅立叶定律和能量守恒定律。 4答： 第一类边界条件：?0时，tw?f1(?) 第二类边界条件： ?0时 ?( ?( ?t )w?f2(?)?x 第三类边

23、界条件： 5 答：在一个串联的热量传递过程中，假设通过每个环节的热流量都一样，那么各串联环节的总热阻等于各串联环节热阻的和。使用条件是关于各个传热环节的传热面积必须相等。 6答：当采纳圆柱坐标系，沿半径方向的导热就可以按一维征询题来处理。 7. 答：由于通过圆筒壁的导热热阻仅和圆筒壁的内外半径比值有关，而通过球壳的导热热阻却和球壳的绝对直径有关，因此绝对半径不同时，导热量不一样。 8 答：只要满足等截面的直肋，就可按一维征询题来处理。不同意，由于当扩展外表的截面不均时，不同截面上的热流密度不均匀，不可看作一维征询题。 9答：错误，由于当肋片高度到达一定值时，通过该处截面的热流密度为零。通过肋片

24、的热流已到达最大值，不会由于高度的增加而发生变化。 10答：由于式（2-57）所描绘的征询题为稳态导热，且物体的导热系数沿x方向和y方向的数值相等并为常数。 11答：能，由于在一边绝热其余三边为一样边界条件时，矩形物体内部的温度分布应为关于绝热边的中心线对称分布。 习题 平板 2-1解：由题意得 ?t )w?h(tw?tf)?x q? 因此t=238.2 2-2 解：由题意得 tw?111 ?42400 0.0031w/m2 ?A? 357.14W 357.1436001285.6KJ 2-3解：按照题意，有 30?(?2) ?37.211?1?2?3110.0007940.1520.0095

25、? h1h2?1?2?31.52.5450.070.1 t1?t2q? t1?t2 12 ?1?2 ? 750?55 ?1500 0.0202 ?1.30.12m ，解得：?2?0.05375 q? tf1?tfw 2-4解：热损失为 AB ?A?B ?h1?tf1?t?h2?t?tf2? 又tfw?50；?A?B 联立得?A?0.078m;?B?0.039m 2-5解：两侧面的第一类边界条件；一侧面的第一类边界条件和第二类边界条件；一侧面的第一类边界条件和另一侧面的第三类边界条件；一侧面的第一类边界条件和另一侧面的第三类边界条件。 平壁导热 2-9解 q1? ： t1?t2 123 ? ?1

26、?2?3116.53W/m2 q2? t1?t2 1?1 ?5200w/m ?Q?Aq?41.95W q25200?44.62q116.53 因此 1 2-12解：按照公式q?K?t得 60?30 ?60?30?1800W/m2 0.0010.06 12 q?60?20?1142.8W/m 10.2?10?3 ?400.02 qZ?q?q?2942.8W/m2 ?2 2-13解：查附表8得t1?180，?1?3.72?10W/(m.K); q? ?2 t2?30，?2?2.67?10W/(m.K); ? 无空气时 t1?t2 ?f 180?30?d2A? 4 ?f ? 有空气隙时 ? ?0.0

27、29315?f?34.32?f t1?t2 ? 12?1?2?f A ?43.98? 得f ?f?f ?28.1%?f因此相对误差为 圆筒体 2-14解：保温材料的平均温度为 400?50 ?2252t= ?0.08475W/(m.K) 由附录7查得导热系数为?0.033?0.?ln d12? ?t1?t2?d2 代入数据得到 d20.314mm 因此 2-15解：由题意多层蒸气管总热流量 ? d2?d1 ?107mm2 ?Z? 2?l?t1?t2? lnd1d2/?1?lnd3d2/?2 W 代入数据得到 ?Z?168.25 由附录知粉煤灰泡沫砖材料最高同意温度为300 由此设在300时 2

28、?l?t1?t2? ?1?72.33W lnd1d2/?12?l?t1?t2? ?2?358.29W lnd3d2/?2 ?2?z 由于1 因此不会超过同意温度。当增加煤灰泡沫砖的厚度会使热损失增加，从而边界面处温度下降。 Q?2?l?q? 2-16解：按照题意有： 2 119.86?IR 解得：I?232.36A 2-17 解： 2?l(t1?t2)2?1?0.15?65?0?119.8Wln(r2/r1)ln2.5/1.5 ? 2?l(t1?t2)2?1?1000?200?12532.98W ln(r2/r1)1ln52/40111 ? 5000?0.02420.026?100r1h1?1

29、h2r2 ? 2?l(t1?t2)ln(r0/r2)ln(r2/r1)11?h1r0?0?1h2r2 ? 2?1?1000?200?5852.94W 1ln54/52ln52/401 ? 0.02?50000.08420.027?100 ? 2?l(t1?t2) ln(r0/r2)ln(r2/r1)l1/ri11?h1r0?0?1?ih2ri ? 2?1?1000?200?5207.06W 1ln54/52ln52/40ln40/361 ? 5000?0.0180.08421100?0.027 2-18解：将导热系数小的材料紧贴壁管 ? 将导热系数大的材料紧贴壁管那么 t1?t22?l?t1?

30、t2? 19.19?50?75?50?75?75? ln?ln?50?50?75?2?l?12?2l 2?l?t1?t2?2?l?t1?t2?ln2.5ln1.615.47 ? ? 故导热系数大的材料紧贴管壁其保温效果好。 ?2?1 q? 假设为平壁，那么平壁 t1?t2 ?1?2 ?1?2 由于?1?2因此不存在此征询题。 2-19解：按照题意有： ?1?h(100?20)?100，解得 h13.2696?2?rlh(t1?t2)?0.03 按题意有：将导热系数大的放在内侧， ?(r12?0.0152)?3.14?10?3 解方程组得： r1?0.035m，?(r22?r12)?4?10?3

31、r2?0.049m ? ? 2?100?20?76.1 ln0.035/0.015ln0.049/0.0351 ? 0.50.113.26?0.049 2?l?t1?t2?l1/r0l2/r11 ?1?2hr2 ?(r12?0.0152)?4?10?3 r2?0.049 r1?0.03871m，?(r22?r12)?3.14?10?3? ? 2-20 2?100?20?43.72 ln0.03871/0.015ln0.049/0.038711 ? 0.10.513.26?0.049 2?l?t1?t2?l1/r0l2/r11 ?1?2hr2 ?t?d2?1?2? ?x4解： ， ?2t ?02

32、x?l,t?t2 方程为：?x，边界条件为：x?0,t?t1 t?t t?21x?t1 l解微分方程得： ?3?ddxh(t?tf)?1?2?3 ，按照条件有： ?(t? ?t dx)2 ?d?x4，在侧面绝热时，有?1?2得微分 ?2t4h ?(t?tf)?02 d?得微分方程为：?x，边界条件为：x?0,t?t1 f 解微分方程得： 代入边界条件得： x?l,t?t2 t?t?C1e (2 h)xd? ?C2e ?(2 h)xd? 2hl?d t?tf? (t2?tf)?(t1?tf)e e h2l?d ?2 hl?d ?e h?2l ?d e h2x?d ? e (t1?tf)?(t2?

33、tf) h2l?d e?e h?2l ?d e ?2 hx?d 2-21解：按照上题结果得： ?t2tf?(t1?tf)e?mlmxeml?t1?tf?t2?tf?mx?t ?me?eml?mlml?ml e?ee?e ?x h10 m?22?7.07 ?d40?0.02其中： ml?2.12m 1549.1 ?t(60?30)?(250?30)?e?2.12e2.12(250?30)?(60?30)|x?0?7.07?2.12?2.12?xe?ee2.12?e?2.12 =-162.89 ?t?d2?d2Q0?40?(?1549.1)?19.46W dx44 ?mlml ?t2tf?(t1?

34、tf)emle?t1?tf?t2?tf?ml?t |x?l?me?eml?mlml?ml?xe?ee?e ?2.122.12 ?t(60?30)?(250?30)?ee(250?30)?(60?30)?2.122.12 |x?l?7.07?ee2.12?2.122.12?2.12?xe?ee?e Qx?l?40?(162.89) ?d2 4 ?2.05W篇三：传热学第四版课后习题答案(杨世铭-陶文铨) 第一章 考虑题 1 试用简练的语言说明导热、对流换热及辐射换热三种热传递方式之间的联络和区别。 答：导热和对流的区别在于：物体内部依托微观粒子的热运动而产生的热量传递现象，称为导热；对流那么是流

35、体各部分之间发生宏观相对位移及冷热流体的互相掺混。联络是：在发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式，只有在物质存在的条件下才能实现，而辐射可以在真空中传播，辐射换热时不仅有能 量的转移还伴有能量方式的转换。 2 以热流密度表示的傅立叶定律、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 出这三个公式并说明其中每一个符号及其意义。 q? 答：傅立叶定律： “”表示热量传递的方向是沿着温度降低的方向。 牛顿冷却公式： dtdt dx，其中，q热流密度；?导热系数；dx沿x方向的温度变化率， ，其中，热流密度；h外表传热系数； q?h(tw?tf) q tw固

36、体外表温度； tf 流体的温度。 4 ?T斯忒藩玻耳兹曼定律：，其中，热流密度；?斯忒藩玻耳兹曼常数；T辐 射物体的热力学温度。 3 导热系数、外表传热系数及传热系数的单位各是什么？哪些是物性参数，哪些与过程有关？ 答：导热系数的单位是：W/(m.K)；外表传热系数的单位是：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，其它均与过程有关。 4 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通过其中任何一 个环节来计算（过程是稳态的），但本章中又引入了传热方程式，并说它是“换热器热工计算的根本公式”。试分析引入传热方程式

37、的工程有意图义。 答：由于在许多工业换热设备中，进展热量交换的冷、热流体也常处于固体壁面的两侧，是工程技术中经常遇到的一种典型热量传递过程。 5 用铝制的水壶烧开水时，尽管炉火特别旺，但水壶仍然安稳无恙。而一旦壶内的水烧干后，水壶特别快就烧 坏。试从传热学的观点分析这一现象。 答：当壶内有水时，可以对壶底进展特别好的冷却（水对壶底的对流换热系数大），壶底的热量被特别快传走而不至于温度升得特别高；当没有水时，和壶底发生对流换热的是气体，由于气体发生对流换热的外表换热系数小，壶底的热量不能特别快被传走，故此壶底升温特别快，容易被烧坏。 6 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

38、杯子的手会明显地感到热。试分析其 缘故。 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自然对流换热，自热对流换热的外表传热系数小，当快速搅拌时，杯内的水和杯壁之间为强迫对流换热，外表传热系数大，热水有更多的热量被传递到杯壁的外侧，因此会明显地感遭到热。 7 什么是串联热阻叠加原那么，它在什么前提下成立？以固体中的导热为例，试讨论有哪些情况可能使热量 传递方向上不同截面的热流量不相等。 答：在一个串联的热量传递过程中，假设通过每个环节的热流量都一样，那么各串联环节的总热阻等于各串联环节热阻的和。例如：三块无限大平板叠加构成的平壁。例如通过圆筒壁，关于各个传热环节的传热面积不相等

39、，可能造成热量传递方向上不同截面的热流量不相等。 8.有两个外形一样的保温杯A与B，注入同样温度、同样体积的热水后不久，A杯的外外表就可以感遭到热，而B杯的外外表那么感受不到温度的变化，试征询哪个保温杯的质量较好？ 答：杯子的保温质量好。由于保温好的杯子热量从杯子内部传出的热量少，经外部散热以后，温度变化特别小，因此几乎感受不到热。 能量平衡分析 1-1夏天的早晨，一个大学生离开宿舍时的温度为20。他希望晚上回到房间时的温度可以低一些，因此早上离开时紧闭门窗，并打开了一个功率为15W的电风扇，该房间的长、宽、高分别为5m、3m、2.5m。假设该大学生10h以后回来，试估算房间的平均温度是多少？

40、 解：因关闭门窗户后，相当于隔绝了房间内外的热交换，但是电风扇要在房间内做工产生热量：为15?10?3600540000J全部被房间的空气吸收而升温，空气在20时的比热为：1.005KJ/Kg.K,密度为 540000?10?3 ?t?11.8935?3?2.5?1.205?1.0051.205Kg/m,因此 当他回来时房间的温度近似为32。 2 A?60cm21-2理发吹风器的构造示意图如附图所示，风道的流通面积，进入吹风器的空气压力p?100kPa， 温度t1?25。要求吹风器出口的空气温度t2?47，试确定流过吹风器的空气的质量流量以及吹风器出 口的空气平均速度。电加热器的功率为1500

41、W。 解： cm。冷水通过电热器从15被加热到43。试征询1-3淋浴器的喷头正常工作时的供水量一般为每分钟1000 电热器的加热功率是多少？为了节约能源，有人提出可以将用过后的热水（温度为38）送入一个换热器去加热进入淋浴器的冷水。假设该换热器能将冷水加热到27，试计算采纳余热回收换热器后洗澡15min可以节约多少能源？ 解： 1-4关于附图所示的两种水平夹层，试分析冷、热外表间热量交换的方式有何不同？假设要通过实验来测定夹层中流体的导热系数，应采纳哪一种布置？ 3 解：（a）中热量交换的方式主要为热传导。 （b）热量交换的方式主要有热传导和自然对流。 因此假设要通过实验来测定夹层中流体的导热

42、系数，应采纳（a）布置。 1-5 一个内部发热的圆球悬挂于室内，关于附图所示的三种情况，试分析：（1）圆球外表散热的方式；（2）圆球外表与空气之间的换热方式。 解：（2）圆球为外表传热方式散热。 （1）换热方式：（a）自然对流换热；（b）自然对流与强迫对流换热相当的过渡流传热；（c）强迫对流换热； 1-6 一宇宙飞船的外形示于附图中，其中外遮光罩是凸出于飞船体之外的一个光学窗口，其外表的温度状态直截了当阻碍到飞船的光学遥感器。船体外表各部分的外表温度与遮光罩的外表温度不同。试分析，飞船在太空中飞行时与遮光罩外表发生热交换的对象可能有哪些？换热的方式是什么？ 解：一遮光罩与外界发生辐射换热及遮光

43、罩外表与船体外表进展辐射。传热方式为（辐射） 1-7 热电偶常用来测量气流温度。如附图所示，用热电偶来测量管道中高温气流的温度Tf f ,壁管温度w。试分析热电偶结点的换热方式。 解：具有管道内流体对节点的对流换热，沿偶丝到节点的导热和管道内壁到节点的热辐射。 1-8 热水瓶胆剖面的示意图如附图所示。瓶胆的两层玻璃之间抽成真空，内胆外壁及外胆内壁涂了反射率特别低的银。试分析热水瓶具有保温作用的缘故。假设不小心破坏了瓶胆上抽气口处的密闭性，这会阻碍保温效果吗？ 解：保温作用的缘故：内胆外壁外胆内壁涂了反射率特别低的银，那么通过内外胆向外辐射的热量特别少，抽真空是为了减少内外胆之间的气体介质，以减少其对流换热的作用。假设密闭性破坏，空气进入两层夹缝中构成了内外胆之间的对流传热，从而保温瓶的保温效果降低。 导热 T?T 1-9 一砖墙的外表积为12m，厚为260mm，平均导热系数为1.5W/（m.K