傳熱學(xué)第一章習(xí)題

1、第一章緒論練習(xí)題思考題與典型題精解 例例1-11-1人體為恒溫體。若房間里氣體的溫度在夏天人體為恒溫體。若房間里氣體的溫度在夏天和冬天都保持和冬天都保持20攝氏度，那么在冬天與夏天、人在攝氏度，那么在冬天與夏天、人在房間里所穿的衣服能否一樣？為什么房間里所穿的衣服能否一樣？為什么?解：解：首先，冬季和夏季的最大區(qū)別是室外溫度的不同。首先，冬季和夏季的最大區(qū)別是室外溫度的不同。夏季室外溫度比室內(nèi)溫度高，因此通過墻壁的熱量傳遞夏季室外溫度比室內(nèi)溫度高，因此通過墻壁的熱量傳遞方向是由室外傳向室內(nèi)。而冬季室外氣溫比室內(nèi)低，通方向是由室外傳向室內(nèi)。而冬季室外氣溫比室內(nèi)低，通過墻壁的熱量傳遞方向是由室內(nèi)傳

2、向室外。因此冬季和過墻壁的熱量傳遞方向是由室內(nèi)傳向室外。因此冬季和夏季墻壁內(nèi)表面溫度不同，夏季高而冬季低。因此，盡夏季墻壁內(nèi)表面溫度不同，夏季高而冬季低。因此，盡管冬季室內(nèi)溫度比夏季高，但人體在冬季通過輻射與墻管冬季室內(nèi)溫度比夏季高，但人體在冬季通過輻射與墻壁的散熱比夏季高很多。人體對冷的感受主要是散熱量壁的散熱比夏季高很多。人體對冷的感受主要是散熱量高，因此在冬季比在夏季感覺冷。高，因此在冬季比在夏季感覺冷。 例例1-21-2夏夏天人在同樣溫度（如：天人在同樣溫度（如：25攝氏度）的空氣攝氏度）的空氣和水中的感覺不一樣。為什么？和水中的感覺不一樣。為什么？解：解：人體溫度一般為人體溫度一般為

3、3737，環(huán)境溫度為，環(huán)境溫度為25，所以，所以人體向外界散熱。人體向外界散熱。 即人在空氣中散失的熱量比在水中散失的熱量小，即人在空氣中散失的熱量比在水中散失的熱量小，所以在水中感覺更涼爽一些。所以在水中感覺更涼爽一些。因為對流傳熱系數(shù)，空氣水因為對流傳熱系數(shù)，空氣水 例例1-31-3北方寒冷地區(qū)，建筑房屋都是雙層玻璃，以北方寒冷地區(qū)，建筑房屋都是雙層玻璃，以利于保溫。如何解釋其道理？利于保溫。如何解釋其道理？解：解：熱量的傳遞過程：熱量的傳遞過程：室內(nèi)室內(nèi)里層玻璃外壁里層玻璃外壁里層玻璃內(nèi)壁里層玻璃內(nèi)壁夾層空氣夾層空氣外外層玻璃內(nèi)壁層玻璃內(nèi)壁外層玻璃外壁外層玻璃外壁室外室外 夾層空氣不流動

4、，只起導(dǎo)熱作用。夾層空氣不流動，只起導(dǎo)熱作用。：氣體玻璃氣體玻璃同樣厚度下通過夾層空氣向外散失的熱量比通過玻璃同樣厚度下通過夾層空氣向外散失的熱量比通過玻璃向外散失的熱量小，所以為了更好地保溫采用雙層玻向外散失的熱量小，所以為了更好地保溫采用雙層玻璃代替一層厚玻璃。璃代替一層厚玻璃。 例例1-41-4 有人將一碗熱稀飯置于一盆涼水中有人將一碗熱稀飯置于一盆涼水中進行冷卻。為使稀飯涼得更快一些，你認(rèn)為進行冷卻。為使稀飯涼得更快一些，你認(rèn)為它應(yīng)該攪拌碗中的稀飯還是盆中的水？它應(yīng)該攪拌碗中的稀飯還是盆中的水？ v解：從稀飯到?jīng)鏊且粋€傳熱過程。顯然這解：從稀飯到?jīng)鏊且粋€傳熱過程。顯然這種換熱在不攪

5、拌時屬自然對流。熱稀飯的換種換熱在不攪拌時屬自然對流。熱稀飯的換熱比水要差。因此要強化傳熱，增加散熱量，熱比水要差。因此要強化傳熱，增加散熱量，應(yīng)該用攪拌的方式強化稀飯側(cè)的傳熱。應(yīng)該用攪拌的方式強化稀飯側(cè)的傳熱。 例例1-51-5電影電影泰坦尼克號泰坦尼克號里，男主人公杰里，男主人公杰克在海水里被凍死而女主人公羅絲卻因躺在克在海水里被凍死而女主人公羅絲卻因躺在筏上而幸存下來。試從傳熱學(xué)的觀點解釋這筏上而幸存下來。試從傳熱學(xué)的觀點解釋這一現(xiàn)象。一現(xiàn)象。解：解：杰克在海水里其身體與海水間由于自然對杰克在海水里其身體與海水間由于自然對流交換熱量，而羅絲在筏上其身體與空氣之間流交換熱量，而羅絲在筏上其

6、身體與空氣之間產(chǎn)生自然對流。在其他條件相同時，水的自然產(chǎn)生自然對流。在其他條件相同時，水的自然對流強度要遠大于空氣，因此杰克身體由于自對流強度要遠大于空氣，因此杰克身體由于自然對流散失能量的速度比羅絲快得多。因此杰然對流散失能量的速度比羅絲快得多。因此杰克被凍死而羅絲卻幸免于難?？吮粌鏊蓝_絲卻幸免于難。 例例1-61-6冬天，在相同的室外溫度條件下，為冬天，在相同的室外溫度條件下，為什么有風(fēng)比無風(fēng)感到更冷些？什么有風(fēng)比無風(fēng)感到更冷些？解：解：假定人體表面溫度相同時，人體的散熱在假定人體表面溫度相同時，人體的散熱在有風(fēng)時相當(dāng)于強制對流換熱，而在無風(fēng)時屬自有風(fēng)時相當(dāng)于強制對流換熱，而在無風(fēng)時屬自

7、然對流換熱（不考慮熱輻射或假定輻射換熱量然對流換熱（不考慮熱輻射或假定輻射換熱量相同時）。而空氣的強制對流換熱強度要比自相同時）。而空氣的強制對流換熱強度要比自然對流強烈。因而在有風(fēng)時從人體帶走的熱量然對流強烈。因而在有風(fēng)時從人體帶走的熱量更多，所以感到更冷一些。更多，所以感到更冷一些。 例例1-71-7北方深秋季節(jié)的清晨，樹葉葉面上常北方深秋季節(jié)的清晨，樹葉葉面上常常結(jié)霜。試問樹葉上、下表面的哪一面結(jié)霜常結(jié)霜。試問樹葉上、下表面的哪一面結(jié)霜？為什么？為什么？解：解：霜會結(jié)在樹葉的上表面。因為清晨，上表霜會結(jié)在樹葉的上表面。因為清晨，上表面朝向太空，下表面朝向地面。太空表面的溫面朝向太空，下表

8、面朝向地面。太空表面的溫度低于零攝氏度，而地球表面溫度一般在零攝度低于零攝氏度，而地球表面溫度一般在零攝氏度以上。由于相對樹葉下表面來說，上表面氏度以上。由于相對樹葉下表面來說，上表面需要向太空輻射更多的能量，所以樹葉下表面需要向太空輻射更多的能量，所以樹葉下表面溫度較高，而上表面溫度較低且可能低于零攝溫度較高，而上表面溫度較低且可能低于零攝氏度，因而容易結(jié)霜。氏度，因而容易結(jié)霜。 例例1-81-8 利用同一冰箱儲存相同食物時，試?yán)猛槐鋬Υ嫦嗤澄飼r，試問結(jié)霜的冰箱耗電量大還是未結(jié)霜的冰箱耗問結(jié)霜的冰箱耗電量大還是未結(jié)霜的冰箱耗電量大？電量大？ v解：解：當(dāng)其他條件相同時，冰箱的結(jié)霜相當(dāng)

9、于當(dāng)其他條件相同時，冰箱的結(jié)霜相當(dāng)于在冰箱蒸發(fā)器和冰箱冷凍室之間增加了一個在冰箱蒸發(fā)器和冰箱冷凍室之間增加了一個附加熱阻，因此，要達到相同的制冷室溫度，附加熱阻，因此，要達到相同的制冷室溫度，必然要求蒸發(fā)器處于更低的溫度。所以，結(jié)必然要求蒸發(fā)器處于更低的溫度。所以，結(jié)霜的冰箱耗電量更大。霜的冰箱耗電量更大。 例例1-91-9 一雙層玻璃窗，寬一雙層玻璃窗，寬1.1m，高，高1.2m，厚厚3mm，導(dǎo)熱系數(shù)為，導(dǎo)熱系數(shù)為1.05 ；中間空；中間空氣層厚度為氣層厚度為5mm，設(shè)空氣間隙僅起導(dǎo)熱作用，設(shè)空氣間隙僅起導(dǎo)熱作用，導(dǎo)熱系數(shù)為導(dǎo)熱系數(shù)為 。室內(nèi)空氣溫度。室內(nèi)空氣溫度為為25，表面?zhèn)鳠嵯禂?shù)為，表

10、面?zhèn)鳠嵯禂?shù)為20 ；室外；室外空氣溫度為空氣溫度為-10，表面?zhèn)鳠嵯禂?shù)為，表面?zhèn)鳠嵯禂?shù)為15 試計算通過雙層玻璃窗的散熱量，并與同樣厚試計算通過雙層玻璃窗的散熱量，并與同樣厚度單層玻璃窗相比較。假定在兩種情況下，室度單層玻璃窗相比較。假定在兩種情況下，室內(nèi)、室外空氣溫度及表面?zhèn)鳠嵯禂?shù)相同。內(nèi)、室外空氣溫度及表面?zhèn)鳠嵯禂?shù)相同。K)W/(m 22.6010W/(m K)K)W/(m22W /(m K ).v單層玻璃窗情形：v顯然，單層玻璃窗的散熱量是雙層玻璃窗的2.5倍。因此，北方的冬天常常采用雙層玻璃窗使室內(nèi)保溫。 23322111212332211121111)(11hhttAAhAAAAht

11、tffff15105.1103026.010505.1103201)10(252 .11 .133337.36315105.11011201)10(252.11.111)(3211212hhttAff=146.8 W Wv解：解：雙層玻璃窗情形，由傳熱過程計算式: 例例1-101-10 白天，地球表面接受來自太陽的輻射熱白天，地球表面接受來自太陽的輻射熱流密度為流密度為 。設(shè)地表空氣與地面間的表面?zhèn)鳠帷ＴO(shè)地表空氣與地面間的表面?zhèn)鳠嵯禂?shù)為系數(shù)為 ，空氣溫度為，空氣溫度為2020。設(shè)地球可以看。設(shè)地球可以看成黑體表面，且地球?qū)μ盏妮椛淇煽闯墒菍Τ珊隗w表面，且地球?qū)μ盏妮椛淇煽闯墒菍? K0 K

12、黑體空間的輻射，試確定地球表面的平衡溫度。黑體空間的輻射，試確定地球表面的平衡溫度。v解：解：由熱平衡關(guān)系，地球接受來自太陽的輻射熱量以兩種方式散掉，即與空氣的對流換熱及與太空的輻射換熱，設(shè)過程為穩(wěn)態(tài)， 有，將已知條件代入，得2669 W/m23 0 W /(mK )()(44skyefeTTTThq300KeT 例例1-111-11 一塊厚50mm的大平板，兩側(cè)表面分別維持在 和 。試求不同材料時的熱流密度：(1) 的銅材，(2) 的鑄鐵，(3) 的石棉。v解解： 按平壁導(dǎo)熱計算公式12wwtttqA（1）25mW/1089.305.0100150389q（2）24W/m100.505.01

13、0015050q（3）22W/m103.105.010015013.0q1150 Cwt2100 Cwt389W/(m K)50W/(m K)0.13W/(m K)例例1-12 熱平面周圍的環(huán)境度熱平面周圍的環(huán)境度 ，壁面敷設(shè)，壁面敷設(shè)厚厚 =30 mm=30 mm的隔熱層。隔熱材料的導(dǎo)熱系數(shù)的隔熱層。隔熱材料的導(dǎo)熱系數(shù) 隔熱層與平壁接觸面的溫度隔熱層與平壁接觸面的溫度 其外表面溫度其外表面溫度 。求隔熱層外表面和環(huán)境間。求隔熱層外表面和環(huán)境間對流換熱的表面?zhèn)鳠嵯禂?shù)對流換熱的表面?zhèn)鳠嵯禂?shù)h。 解解：根據(jù)題意，如右圖，穿過隔熱層的熱量為導(dǎo)熱熱根據(jù)題意，如右圖，穿過隔熱層的熱量為導(dǎo)熱熱量，于是：量

14、，于是： 隔熱層外表面與環(huán)境間的換熱為對流換熱：隔熱層外表面與環(huán)境間的換熱為對流換熱： 穩(wěn)態(tài)時，穩(wěn)態(tài)時， ，即，即 121wwtttAA 22()wfhAthA tt2 12()wfhA tt12wwttAw1w2w2f(t -t )h=63.3(t -t )KmW/2t f20ftCKmW/2 . 01230wtC240 Cwt例例1-13 表面溫度為表面溫度為95的蒸汽管道在廠房內(nèi)的蒸汽管道在廠房內(nèi)通過，若管道表面的發(fā)射率通過，若管道表面的發(fā)射率 =0.85，試計算蒸，試計算蒸汽管道輻射出的熱流密度（不計對流）。汽管道輻射出的熱流密度（不計對流）。v解解：蒸汽管道輻射出的熱流密度即為單位面

15、積蒸汽管道輻射出的熱流密度即為單位面積發(fā)射出的輻射熱流量，有發(fā)射出的輻射熱流量，有48420.85 5.67 10(95 273)883.9(W m )qTA例例1-14 上例中的蒸汽管道除本身發(fā)射出輻射上例中的蒸汽管道除本身發(fā)射出輻射放熱外，（放熱外，（1）還有什么其它散熱方式？（）還有什么其它散熱方式？（2）已知已知h5.6 ，廠房的空氣溫度為，廠房的空氣溫度為27時，求蒸汽管道自然對流散熱的熱流密度。時，求蒸汽管道自然對流散熱的熱流密度。 解解：（1）還有自然對流散熱方式；）還有自然對流散熱方式； （2）自然對流換熱按牛頓冷卻公式計算）自然對流換熱按牛頓冷卻公式計算2W /(m K)2() 5.6 (95 27) 380.8(Wm )wfq h thtt 討論討論 對大空間內(nèi)的熱物體的散熱，輻射與對流散對大空間內(nèi)的熱物體的散熱，輻射與對流散熱在同一數(shù)量級，輻射是不可忽略的。熱在同一數(shù)量級，輻射是不可忽略