传热学第二章热传导习题.pdf

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1、传热学第二章热传导习题 一、名词解释 1温度场：某一瞬间物体内各点温度分布的总称。一般来说，它是空间坐标和时间坐标的函数。2等温面(线)：由物体内温度相同的点所连成的面（或线）。3温度梯度：在等温面法线方向上最大温度变化率。4热导率：物性参数，热流密度矢量与温度降度的比值，数值上等于 1 Km 的温度梯度作用下产生的热流密度。热导率是材料固有的热物理性质，表示物质导热能力的大小。5导温系数：材料传播温度变化能力大小的指标。6稳态导热：物体中各点温度不随时间而改变的导热过程。7非稳态导热：物体中各点温度随时间而改变的导热过程。8傅里叶定律：在各向同性均质的导热物体中，通过某导热面积的热流密度正比

2、于该导热面法向温度变化率。9保温(隔热)材料：0.12 W/(mK)(平均温度不高于 350时)的材料。10肋效率：肋片实际散热量与肋片最大可能散热量之比。11接触热阻：材料表面由于存在一定的粗糙度使相接触的表面之间存在间隙，给导热过程带来额外热阻。12定解条件(单值性条件)：使微分方程获得适合某一特定问题解的附加条件，包括初始条件和边界条件。二、填空题 1 导热基本定律是_定律，可表述为 。（傅立叶，）2 非稳态导热时，物体内的_场和热流量随_而变化。（温度，时间）3 导温系数的表达式为_，单位是_，其物理意义为_。（a=/c,m2/s,材料传播温度变化能力的指标）4 肋效率的定义为_。（肋

3、片实际散热量与肋片最大可能散热量之比。）5 按照导热机理，水的气、液、固三种状态中_态下的导热系数最小。（气）6 一般，材料的导热系数与_和_有关。（种类，温度）7 保温材料是指_的材料.（0.12 W/(mK)(平均温度不高于 350时)）8 已知材料的导热系数与温度的关系为0(1+bt)，当材料两侧壁温分别为t1、t2时，其平均导热系数可取 下的导热系数。(（t1+t2）/2)9 发电机水冷、氢冷、空冷三种方式中，以 方式的效果最好，方式的效果最差。(水冷、空冷)10 第三类边界条件是指已知 。(物体边界与周围流体间的表面传热系数 h 及周围流体的温度 tf)11 及其单值性条件可以完整地

4、描述一个具体的导热问题。(导热微分方程)12 第一类边界条件是 。（给定物体边界上任何时刻的温度分布）13 初始条件是指 。（如以某时刻作为时间的起算点，在该时刻导热物体内的温度分布）14 通过长圆筒壁导热时，圆筒壁内的温度呈 分布规律.（对数曲线）15 温度梯度表示温度场内的某一地点等温面法线方向的 。（温度变化率）16 第二类边界条件是指 。（给定物体边界上任何时刻的热流密度 q w分布）三、选择题 1 当采用加肋片的方法增强传热时，最有效的办法是将肋片加在哪一侧?()(1)传热系数较大的一侧 （2）传热系数较小的一侧(3)流体温度较高的一侧 （4）流体温度较低的一侧 2 下列各参数中，属

5、于物性参数的是：(1)肋化系数 (2)导热系数 （3）导温系数 （4）传热系数 3 导温系数的物理意义是什么?（1）表明材料导热能力的强弱（2）反映了材料的储热能力（3）反映材料传播温度变化的能力（4）表明导热系数大的材料一定是导温系数大的材料 4 常温下，下列物质中哪一种材料的导热系数较大?(1)纯铜 (2)碳钢(3)不锈钢 (4)黄铜 5 温度梯度表示温度场内的某一点等温面上什么方向的温度变化率?(1)切线方向 (2)法线方向(3)任意方向 (4)温度降低方向 6 接触热阻的存在使相接触的两个导热壁面之间产生什么影响?(1)出现温差 (2)出现临界热流(3)促进传热 (4)没有影响 7 下

6、述哪一点不是热力设备与冷冻设备加保温材料的目的?(1)防止热量(或冷量)损失 (2)提高热负荷(3)防止烫伤(或冻伤)(4)保持流体温度 8 某热力管道采用两种导热系数不同的保温材料进行保温，为了达到较好的保温效果，应将哪种材料放在内层?(1)导热系数较大的材料 (2)导热系数较小的材料(3)任选一种均可 (4)无法确定 9 金属含有较多的杂质，则其导热系数将如何变化?（1）变大 （2）变小（3）不变 （4）可能变大，也可能变小 10 下列材料中，导热材料较差的材料是什么？(1)铝合金 (2)铸铁(3)不锈钢 (4)普通玻璃 11 物体之间发生热传导的动力是什么?(1)温度场 (2)温差(3)

7、等温面 (4)微观粒子运动 12 下面哪种物质材料具有较大的导热系数?（1）水 （2）空气（3）水蒸气 （4）冰块 13 通过大平壁导热时，大平壁内的温度分布规律是下述哪一种？(1)直线 (2)双曲线(3)抛物线 (4)对数曲线 14 若已知某种气体的密度为 0.617kgm3，比热为 1.122 kJ(kgK)，导热系数为 0.0484W(m.K)，则其导温系数是多少?()(1)14.3m2s (2)69.910-6m2s(3)0.0699m2s (4)1.43104m2s 15 已知某一导热平壁的两侧壁面温差是 30，材料的导热系数是 22W(m.K)，通过的热流密度是 300Wm2，则该

8、平壁的壁厚是多少?()(1)220m (2)22m （3）2.2m (4)0.22m 16 第二类边界条件是什么?（1）已知物体边界上的温度分布。（2）已知物体表面与周围介质之间的传热情况。（3）已知物体边界上的热流密度。（4）已知物体边界上流体的温度与流速。17 冬天用手分别触摸置于同一环境中的木块和铁块，感到铁块很凉，这是什么原因?(1)因为铁块的温度比木块低 (2)因为铁块摸上去比木块硬(3)因为铁块的导热系数比木块大 (4)因为铁块的导温系数比木块大 18 什么情况下圆筒壁导热可以按平壁处理?(1)当其长度大于其外半径的 10 倍时 (2)当其长度是其壁厚的 10 倍时(3)当其外径大

9、于 2 倍的内径时 (4)当其外径大于其壁厚的4倍时 19 温度升高时，气体的导热系数一般随温度会发生怎样的变化?()(1)增大 (2)减小(3)不变 (4)可能增大也可能减小 20 一般情况下，对于材料的导热系数，下述哪种说法是错误的?（1）合金小于纯金属 (2)气体小于固体(3)液体小于固体 (4)导电体小于非导电体 21下列那种情况内燃机汽缸温度场不会随时间发生变化？(1)内燃机启动过程 (2)内燃机停机（3）内燃机变工况运行(4)内燃机定速运行 22在稳态导热中，已知三层平壁的内外表面温度差为 120，三层热阻之比 R1、R2、R3=1：2：3，则各层的温度降为 。(1)60、40、2

10、0 (2)70、40、10 （3）20、40、60 (4)10、40、70 23材料的导热能力与吸热能力之比称为 。(1)放热系数 (2)传热系数 （3）导热系数 (4)导温系数 24蒸汽管道的内外直径分别为 68mm 和 100mm，导热系数1=63W/（m.），内表面温度为 140。今采用玻璃棉垫料保温，2=0.053W/（m.）。若要求保温层外表面的温度不超过 50，且蒸汽管道允许的热损失 ql=50W/m，则玻璃棉垫料保温层的厚度至少为 。(1)41mm (2)54mm （3）91mm (4)104mm 25 导热体中不同温度的等温面将 。(1)互相相交 (2)互不相交（3）互相相切

11、(4)不定 26 材料的导温系数是材料 和 的比值。(1)吸热能力/导热能力 (2)导热能力/吸热能力（3）比热容/导热系数 (4)导热系数/比热容 27 固体壁面上敷设肋片后，其实际散热量与假设整个肋表面处于肋基温度下的散热量的比值为 。(1)肋壁效率 (2)肋化系数 （3）肋片效率 (4)无明确的专用名称 28 忽略物体内部导热热阻的分析方法称为 。(1)正规状况法(2)数学分析法 （3）数值解法 (4)集总参数法 29 下列哪个是非稳态导热的表达式？(1)t=f（x，y，z）(2)t=f（y，）（3）t=f（x，y）(4)t=f（z，x）30 下列那个表示非稳态导热过程的无因次时间？(1

12、)Bi (2)Fo （3）e (4)r 四、简答题 1 试解释材料的导热系数与导温系数之间有什么区别和联系。（提示：从两者的概念、物理意义、表达式方面加以阐述，如从表达式看，导温系数与导热系数成正比关系(a=/c)，但导温系数不但与材料的导热系数有关，还与材料的热容量(或储热能力)也有关；从物理意义看，导热系数表征材料导热能力的强弱，导温系数表征材料传播温度变化的能力的大小，两者都是物性参数。）2 试用所学的传热学知识说明用温度计套管测量流体温度时如何提高测温精度。（提示：温度计套管可以看作是一根吸热的管状肋(等截面直肋)，利用等截面直肋计算肋端温度 th的结果，可得采用温度计套管后造成的测量

13、误差t 为t=tf-th=)(0mHchttf，其中HhHAhPmH，欲使测量误差t 下降，可以采用以下几种措施：(1)降低壁面与流体的温差(tf-t0)，也就是想办法使肋基温度 t0接近 tf，可以通过对流体 通道的外表面采取保温措施来实现。(2)增大(mH)值，使分母 ch(mH)增大。具体可以用以下手段实现：增加 H，延长温度计套管的长度；减小，采用导热系数小的材料做温度计套管，如采用不锈钢管，不要用铜管。因为不锈钢的导热系数比铜和碳钢小。降低，减小温度计套管的壁厚，采用薄壁管。提高 h 增强温度计套管与流体之间的热交换。)3 试写出直角坐标系中，一维非稳态无内热源常导热系数导热问题的导

14、热微分方程表达式；并请说明导热问题常见的三类边界条件。(提示：直角坐标系下一维非稳态无内热源导热问题的导热微分方程式xtat22 第一类边界条件：0,tw=fw(x,)第二类边界条件：0,),(xfntww 第三类边界条件：0,fwwstthnt 4 在一根蒸汽管道上需要加装一根测温套管，有三种材料可选：铜、铝、不锈钢。问选用哪种材料所引起的测温误差最小，为什么?为减小测量误差，在套管尺寸的选择上还应注意哪些问题?（提示：与简答题 2 的第(2)点类似，套管材料应选用不锈钢，因给出的三种材料中，不锈钢的导热系数最小）5 什么是接触热阻?减少固体壁面之间的接触热阻有哪些方法?（提示：材料表面由于

15、存在一定的粗糙度使相接触的表面之间存在间隙，给导热过程带来额外热阻称为接触热阻，接触热阻的存在使相邻的两个表面产生温降(温度不连续)。接触热阻主要与表面粗糙度、表面所受压力、材料硬度、温度及周围介质的物性等有关，因此可以从这些方面考虑减少接触热阻的方法，此外，也可在固体接触面之间衬以导热系数大的铜箔或铝箔等以减少接触热阻。）6.管外包两种不同导热系数材料以减少热损失，若21，试问如何布置合理？7.某一维导热平板，平板两侧表面温度分别为1T和2T，厚度为。在这个温度范围内导热系数与温度的关系为T/1，求平板内的温度分布？8.有人认为，傅里叶定律并不显含时间，因此不能用来计算非稳态导热的热量。你认

16、为对吗？9.导热是由于微观粒子的扩散作用形成的。迄今为止，描述物质内部导热机理的物理模型有哪些？用它们可以分别描述哪些物质内部的导热过程？10.用稳定法平板导热仪对某厂提供的保温试材的导热系数进行测定，试验时从低温开始，依次在 6 个不同温度下测得 6 个导热系数值。这些数据表明该材料的导热系数随温度升高而下降，这一规律与绝热保温材料的导热机理不符，经检查未发现实验装置有问题，试分析问题可能出在哪里？11.在超低温工程中要使用导热系数很低的超级保温材料。如果要你去研制一种这样的新保温材料，试从导热机理出发设计一种超级保温材料，列出你为降低导热系数采取了哪些措施？并解释其物理原因？12.试对比分

17、析在气体中由分子热运动产生的热量迁移与在金属中自由电子热运动产生的能量迁移这两个物理模型的共同点和差异之处。13.在任意直角坐标系下，对于以下两种关于第三类边界条件的表达形式，你认为哪个对，哪个不对，或者无法判别？陈述你的判断和理由。)(00 xfxTThxT )(00fxxTThxT 14.一维常物性稳态导热中，温度分布与导热系数无关的条件有哪些？15.发生在一个短圆柱中的导热问题，在哪些情况下可以按一维导热问题来处理？16.扩展表面中的导热问题可以按一维处理的条件什么？有人认为，只要扩展表面细长，就可以按一维问题处理，你同意这种观点吗？17.某材料导热系数与温度的关系为)1(20bT，式中

18、b,0为常数，若用这种材料制成平板，试求其单位面积的热阻表达式。18.对于如图所示的两种水平夹层，试分析冷、热表面间热量交换的方式有何不同？如果要通过实验来测定夹层中流体的导热系数，应采用哪一种布置？热面 冷面 (a)夹层冷面在下 (b)夹层热面在下 19.在测量金属导热系数的实验中，为什么通常把试件制作成细而长的棒？20.高温下气体导热系数的测定有何困难？在实际中能否用常温下的数据来替代？21.肋化系数，肋效率和肋壁效率是如何定义的？在选用和设计肋片时它们有何用途？22.有两根材料不同，厚度均为 2的等截面直肋 A 和 B，处于相同的换热环境中，肋基温度均为0T，肋端绝热，它们的表面均被温度

19、为fT、对流换热系数h 为常数的流体所冷却，且h1。现测得材料 A 和 B 内的温度分布如图所示，试分析材料 A 和 B 导热系数的大小。T T T0 T0 B A Tf Tf x x 23.为测量管道内流体的温度，可采用温度计套管。实用中常常布置成如图所示的斜插形式，试从传热学的角度解释其合理性。24.覆盖热绝缘层是否在任何情况下都能减少热损失？保温层是否越厚越好？25.对室内冷冻管道和热力管道的保温层设计有何不同？26.在管道内部贴上一层保温材料，是否存在某一临界绝热直径？为什么？27.非稳态导热的正规状况阶段或充分发展阶段在物理过程及数学处理上有什么特点？28.有人认为，当非稳态导热过程经历时间很长时，采用诺模图计算所得到的结果是错误的。理由是：这个图表明，物体中各点的过余温度与中心截面过余温度的比值仅与几何位置和毕渥数Bi有关，而与时间无关。但当时间趋于无限大时，物体中各点的温度应趋于流体温度，所以两者是有矛盾的。你如何看待这一问题？29.有人这样分析：在一维无限大平板中心温度的诺模图中，当越小时，)/(h越小，此时其他参数不变时，ic/越小，即表明c越小，平板中心温度就越接近于流体温度。这说明物体被流体加热时，其 越小（PC一定）反而温升越快，与事实不符。请指出上述分析错误在什么地方？30.试分析当 Fo0.2 时，能否用诺模图求解有关的非稳态导热问题？