2019年傳熱學(xué).doc

1、第一章1.1.試用簡練的語言說明導(dǎo)熱、對(duì)流換熱及輻射換熱三種熱傳遞方式之間的聯(lián)系和區(qū)別。 答：導(dǎo)熱和對(duì)流的區(qū)別在于：物體內(nèi)部依靠微觀粒子的熱運(yùn)動(dòng)而產(chǎn)生的熱量傳遞現(xiàn)象，稱為導(dǎo)熱；對(duì)流則是流體各部分之間發(fā)生宏觀相對(duì)位移及冷熱流體的相互摻混。聯(lián)系是：在發(fā)生對(duì)流換熱的同時(shí)必然伴生有導(dǎo)熱。導(dǎo)熱、對(duì)流這兩種熱量傳遞方式，只有在物質(zhì)存在的條件下才能實(shí)現(xiàn)，而輻射可以在真 空中傳播，輻射換熱時(shí)不僅有能量的轉(zhuǎn)移還伴有能量形式的轉(zhuǎn)換。2.2.以熱流密度表示的傅立葉定律、牛頓冷卻公式及斯忒藩-玻耳茲曼定律是應(yīng)當(dāng)熟記的傳 熱學(xué)公式。試寫出這三個(gè)公式并說明其中每一個(gè)符號(hào)及其意義。、dtdtq q = = _ _丸答： 傅

2、立葉定律：dx，其中，q熱流密度；導(dǎo)熱系數(shù)；dx沿 x x 方向的溫度變化率，“一”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：q=h(tw-tf)，其中，q熱流密度；h h 表面?zhèn)鳠嵯禂?shù)；tw固體表面溫度；tf流體的溫度。43斯忒藩玻耳茲曼定律：q，其中，q熱流密度；二斯忒藩玻耳茲曼常數(shù)；T-輻射物體的熱力學(xué)溫度。3.3.導(dǎo)熱系數(shù)、表面?zhèn)鳠嵯禂?shù)及傳熱系數(shù)的單位各是什么？哪些是物性參數(shù)，哪些與過程有關(guān)？答：導(dǎo)熱系數(shù)的單位是： W/(m.K)W/(m.K):表面?zhèn)鳠嵯禂?shù)的單位是：W/(mW/(m2K)K):傳熱系數(shù)的單位是：W/(mW/(m2.K).K)。這三個(gè)參數(shù)中，只有導(dǎo)熱系數(shù)是

3、物性參數(shù)，其它均與過程有 關(guān)。4.4.當(dāng)熱量從壁面一側(cè)的流體穿過壁面?zhèn)鹘o另一側(cè)的流體時(shí)，冷、熱流體之間的換熱量可以通過其中任何一個(gè)環(huán)節(jié)來計(jì)算(過程是穩(wěn)態(tài)的)，但本章中又引入了傳熱方程式，并說它是“換熱器熱工計(jì)算的基本公式”。試分析引入傳熱方程式的工程實(shí)用意義。答：因?yàn)樵谠S多工業(yè)換熱設(shè)備中，進(jìn)行熱量交換的冷、 熱流體也常處于固體壁面的兩側(cè)，是工程技術(shù)中經(jīng)常遇到的一種典型熱量傳遞過程。5.5.用鋁制的水壺?zé)_水時(shí)， 盡管爐火很旺，但水壺仍然安然無恙。 而一旦壺內(nèi)的水燒干后， 水壺很快就燒壞。試從傳熱學(xué)的觀點(diǎn)分析這一現(xiàn)象。答：當(dāng)壺內(nèi)有水時(shí)，可以對(duì)壺底進(jìn)行很好的冷卻(水對(duì)壺底的對(duì)流換熱系數(shù)大)，壺底的

4、熱量被很快傳走而不至于溫度升得很高；當(dāng)沒有水時(shí)，和壺底發(fā)生對(duì)流換熱的是氣體，因?yàn)闅怏w發(fā)生對(duì)流換熱的表面換熱系數(shù)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。6.6.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(huì)顯著地感到熱。試分析其原因。答：當(dāng)沒有攪拌時(shí)，杯內(nèi)的水的流速幾乎為零，杯內(nèi)的水和杯壁之間為自然對(duì)流換熱， 自熱對(duì)流換熱的表面?zhèn)鳠嵯禂?shù)小，當(dāng)快速攪拌時(shí)，杯內(nèi)的水和杯壁之間為強(qiáng)制對(duì)流換熱，表面?zhèn)鳠嵯禂?shù)大，熱水有更多的熱量被傳遞到杯壁的外側(cè)，因此會(huì)顯著地感覺到熱。7.7.什么是串聯(lián)熱阻疊加原則，它在什么前提下成立？以固體中的導(dǎo)熱為例，試討論有哪些 情況可能

5、使熱量傳遞方向上不同截面的熱流量不相等。答：在一個(gè)串聯(lián)的熱量傳遞過程中，如果通過每個(gè)環(huán)節(jié)的熱流量都相同，則各串聯(lián)環(huán)節(jié) 的總熱阻等于各串聯(lián)環(huán)節(jié)熱阻的和。例如：三塊無限大平板疊加構(gòu)成的平壁。例如通過 圓筒壁，對(duì)于各個(gè)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。8.8.有兩個(gè)外形相同的保溫杯 A A 與 B B,注入同樣溫度、同樣體積的熱水后不久，A A 杯的外表面就可以感覺到熱，而 B B 杯的外表面則感覺不到溫度的變化，試問哪個(gè)保溫杯的質(zhì)量較好？答：E:杯子的保溫質(zhì)量好。因?yàn)楸睾玫谋訜崃繌谋觾?nèi)部傳出的熱量少，經(jīng)外部 散熱以后，溫度變化很小，因此幾乎感覺不到熱。

6、第二章1 1 試寫出導(dǎo)熱傅里葉定律的一般形式，并說明其中各個(gè)符號(hào)的意義。_tq=扎gradt =九nlx答：傅立葉定律的一般形式為：x，其中：gradt為空間某點(diǎn)的溫度梯度；n是通過該點(diǎn)的等溫線上的法向單位矢量，指向溫度升高的方向；q為該處的熱流密度矢量。4 4 試分別用數(shù)學(xué)語言將傳熱學(xué)術(shù)語說明導(dǎo)熱問題三種類型的邊界條件。答：第一 -類邊界條件：.0時(shí)，tw = f1 ( ).0時(shí):t-()w= f2()第二一類邊界條件：:X-（匕（匕）w=h(tw-tf)第三類邊界條件：；x5 5 試說明串聯(lián)熱阻疊加原則的內(nèi)容及其使用條件。答：在一個(gè)串聯(lián)的熱量傳遞過程中，如果通過每個(gè)環(huán)節(jié)的熱流量都相同，則各

7、串聯(lián)環(huán)節(jié)的總熱阻等于各串聯(lián)環(huán)節(jié)熱阻的和。使用條件是一維穩(wěn)態(tài)，沒有內(nèi)熱源。8 8 擴(kuò)展表面中的導(dǎo)熱問題可以按一維問題來處理的條件是什么？有人認(rèn)為，只要擴(kuò)展表面 細(xì)長，就可按一維問題來處理，你同意這種觀點(diǎn)嗎？答：只要滿足 113和 H H，肋寬度方向溫度均勻，入大，H H 3認(rèn)為溫度沿厚度方向均勻， 肋端絕熱，就可按一維問題來處理。不同意，因?yàn)楫?dāng)擴(kuò)展表面的截面不均時(shí)，不同截 面上的熱流密度不均勻，不可看作一維問題。9 9 肋片高度增加引起兩種效果：肋效率下降及散熱表面積增加。因而有人認(rèn)為，隨著肋片 高度的增加會(huì)出現(xiàn)一個(gè)臨界高度，超過這個(gè)高度后，肋片導(dǎo)熱熱數(shù)流量反而會(huì)下降。試分 析這一觀點(diǎn)的正確性。

8、答：錯(cuò)誤，因?yàn)楫?dāng)肋片高度達(dá)到一定值時(shí)，通過該處截面的熱流密度為零。通過肋片的熱流已達(dá)到最大值，不會(huì)因?yàn)楦叨鹊脑黾佣l(fā)生變化。1010 在式（2-572-57）所給出的分析解中，不出現(xiàn)導(dǎo)熱物體的導(dǎo)熱系數(shù)，請(qǐng)你提供理論依據(jù)。答：由于式（2-572-57）所描述的問題為穩(wěn)態(tài)導(dǎo)熱，且物體的導(dǎo)熱系數(shù)沿x x 方向和 y y 方向的數(shù)值相等并為常數(shù)。1111 有人對(duì)二維矩形物體中的穩(wěn)態(tài)無內(nèi)熱源常物性的導(dǎo)熱問題進(jìn)行了數(shù)值計(jì)算。矩形的一個(gè) 邊絕熱，其余三個(gè)邊均與溫度為tf的流體發(fā)生對(duì)流換熱。你能預(yù)測(cè)他所得的溫度場(chǎng)的解嗎？ 答：能，因?yàn)樵谝贿吔^熱其余三邊為相同邊界條件時(shí)，矩形物體內(nèi)部的溫度分布應(yīng)為關(guān)于絕熱邊的中

9、心線對(duì)稱分布。第五章1 1、試用簡明的語言說明熱邊界層的概念。答：在壁面附近的一個(gè)薄層內(nèi)，流體溫度在壁面的法線方向上發(fā)生劇烈變化，而在此薄層之外，流體的溫度梯度幾乎為零，固體表面附近流體溫度發(fā)生劇烈變化的這一薄層稱為溫度邊 界層或熱邊界層。2 2、與完全的能量方程相比，邊界層能量方程最重要的特點(diǎn)是什么? 答：與完全的能量方程相比，它忽略了主流方向溫度的次變化率 于邊界層內(nèi)，不適用整個(gè)流體。3 3、式（5 54 4）與導(dǎo)熱問題的第三類邊界條件式（2 21717）有什么區(qū)別?式（5 54 4）中的 h h 是未知量，而式（2 2 1717）中的 h h 是作為已知的邊界條件給出,2八2 _-A X

10、二，因此僅適用(5(5 4 4)- (*) = h& -tf):h(2(21111)此外（2 2 1717）中的為固體導(dǎo)熱系數(shù)而此式為流體導(dǎo)熱系數(shù)，式（5 5 4 4）將用來導(dǎo)出一個(gè)包括 h h 的無量綱數(shù)，只是局部表面?zhèn)鳠嵯禂?shù)，而整個(gè)換熱表面的表面系數(shù)應(yīng)該把 牛頓冷卻公式應(yīng)用到整個(gè)表面而得出。4 4、 式（5 54 4）表面，在邊界上垂直壁面的熱量傳遞完全依靠導(dǎo)熱，那么在對(duì)流換熱中，流 體的流動(dòng)起什么作用？答：固體表面所形成的邊界層的厚度除了與流體的粘性有關(guān)外還與主流區(qū)的速度有關(guān)，流動(dòng)速度越大，邊界層越薄，因此導(dǎo)熱的熱阻也就越小，因此起到影響傳熱大小5 5、 對(duì)流換熱問題完整的數(shù)字描

11、述應(yīng)包括什么內(nèi)容？既然對(duì)大多數(shù)實(shí)際對(duì)流傳熱問題尚無法 求得其精確解，那么建立對(duì)流換熱問題的數(shù)字描述有什么意義？答：對(duì)流換熱問題完整的數(shù)字描述應(yīng)包括：對(duì)流換熱微分方程組及定解條件，定解條件包括，（1 1 ）初始條件 （2 2 ）邊界條件 （速度、壓力及溫度）建立對(duì)流換熱問題的數(shù)字描述目的在 于找出影響對(duì)流換熱中各物理量之間的相互制約關(guān)系，每一種關(guān)系都必須滿足動(dòng)量，能量和質(zhì)量守恒關(guān)系，避免在研究遺漏某種物理因素。4 4 外掠單管與管內(nèi)流動(dòng)這兩個(gè)流動(dòng)現(xiàn)象在本質(zhì)上有什么不同？答：外掠單管熱邊界層的發(fā)展不受限制，管內(nèi)流動(dòng)熱邊界層的發(fā)展受到限制，最多發(fā)展到管子中心線。5 5、 對(duì)于外接管束的換熱，整個(gè)管束

12、的平均表面?zhèn)鳠嵯禂?shù)只有在流動(dòng)方向管排數(shù)大于一定值 后才與排數(shù)無關(guān)，試分析原因。答：因后排管受到前排管尾流的影響（擾動(dòng)）作用對(duì)平均表面?zhèn)鳠嵯禂?shù)的影響直到1010 排管子以上的管子才能消失。6 6、 試簡述充分發(fā)展的管內(nèi)流動(dòng)與換熱這一概念的含義。答：由于流體由大空間進(jìn)入管內(nèi)時(shí)，管內(nèi)形成的邊界層由零開始發(fā)展直到管子的中心線位置，這種影響才不發(fā)生變法，同樣在此時(shí)對(duì)流換熱系數(shù)才不受局部對(duì)流換熱系數(shù)的影響。7 7、 什么叫大空間自然對(duì)流換熱？什么叫有限自然對(duì)流換熱？這與強(qiáng)制對(duì)流中的外部流動(dòng)和 內(nèi)部流動(dòng)有什么異同？答：大空間作自然對(duì)流時(shí)， 流體的冷卻過程與加熱過程互不影響，當(dāng)其流動(dòng)時(shí)形成的邊界層相互干擾時(shí)，

13、稱為有限空間自然對(duì)流。9 9、 簡述Nu數(shù)，Pr數(shù)，Gr數(shù)的物理意義.Nu數(shù)與Bi數(shù)有什么區(qū)別？NuNu 數(shù)：壁面上流體的無量綱溫度梯度（入為流體的導(dǎo)熱系數(shù)）。PrPr 數(shù)：動(dòng)量擴(kuò)散能力與熱量擴(kuò)散能力的一種量度。GrGr 數(shù)：浮升力與粘性力之比的一種量度。BiBi 數(shù)：固體內(nèi)部導(dǎo)熱熱阻與界面上換熱熱阻之比（入為固體的導(dǎo)熱系數(shù)）。10.10. 對(duì)于新遇到的一種對(duì)流傳熱現(xiàn)象，在從參考資料中尋找換熱的特征數(shù)方程時(shí)要注意什 么？答：1 1、特征長度應(yīng)按準(zhǔn)則試規(guī)定的方式選取2 2、特征速度應(yīng)按規(guī)定方式選取 3 3、定性溫度應(yīng)按準(zhǔn)則試規(guī)定的方式選取 4 4、準(zhǔn)則方程不能任意推廣得到該方程的試驗(yàn)參數(shù)的范圍以

14、外。第七章1.1.什么叫膜狀凝結(jié)，什么叫珠狀凝結(jié) ？膜狀凝結(jié)時(shí)熱量傳遞過程的主要阻力在什么地方？答：凝結(jié)液體在壁面上鋪展成膜的凝結(jié)叫膜狀凝結(jié)，膜狀凝結(jié)的主要熱阻在液膜層，凝結(jié)液體在壁面上形成液珠的凝結(jié)叫珠狀凝結(jié)。2 2在努塞爾關(guān)于膜狀凝結(jié)理論分析的8 8 條假定中，最主要的簡化假定是哪兩條？答：第 3 3 條，忽略液膜慣性力，使動(dòng)量方程得以簡化；第5 5 條，膜內(nèi)溫度是線性的，即膜內(nèi)只有導(dǎo)熱而無對(duì)流，簡化了能量方程。3 3 有人說，在其他條件相同的情況下水平管外的凝結(jié)換熱一定比豎直管強(qiáng)烈，這一說法 一定成立？答；這一說法不一定成立，要看管的長徑比。4 4為什么水平管外凝結(jié)換熱只介紹層流的準(zhǔn)則式

15、？常壓下的水蒸氣在厶t二ts=10c的水平管外凝結(jié)，如果要使液膜中出現(xiàn)湍流，試近似地估計(jì)一下水平管的直徑要多大？答：因?yàn)閾Q熱管徑通常較小，水平管外凝結(jié)換熱一般在層流范圍。對(duì)于水平橫圓Re4二dh ts-twh =0.729臨界雷諾數(shù)廣grP2扎34Jd(ts-tw )丿丿9.161d%(ts-tw汽gP2丸3卜V34r4由ts=100c, ,查表：r=2257kJ /kg由tp=95c,查表：P= 961.85kg/m3扎=0.6815W/(m K )r =298.7 10%/ m *sT1 %rd =976.3-12.07m(ts twIgP2皤滬即水平管管徑達(dá)到 2.07m2.07m 時(shí)，

16、流動(dòng)狀態(tài)才過渡到湍流。5 5試說明大容器沸騰的q：t曲線中各部分的換熱機(jī)理。答：1 1、自然對(duì)流區(qū)：壁面過熱度較小時(shí)，壁面上沒有氣泡產(chǎn)生，傳熱屬于自然對(duì)流工況；2 2、核態(tài)沸騰區(qū)：傳熱系數(shù)和熱流密度急劇增大，具有溫壓小、傳熱強(qiáng)的特點(diǎn)；3 3、過渡沸騰區(qū)：熱流密度不僅不隨 t t 的升高而升高，反而越來越低，這是由于氣泡匯聚在加熱面上， 導(dǎo)致蒸汽排除過程趨近惡化；4 4、膜態(tài)沸騰區(qū)：加熱膜上形成穩(wěn)定的蒸汽膜層，產(chǎn)生的蒸汽有規(guī)則的排離膜層，q q 隨厶 t t 的增加而增大，傳熱系數(shù)比凝結(jié)小得多。6 6 對(duì)于熱流密度可控及壁面溫度可控的兩種換熱情形，分別說明控制熱流密度小于臨界熱 流密度及溫差小于

17、臨界溫差的意義，并針對(duì)上述兩種情形分別舉出一個(gè)工程應(yīng)用實(shí)例。答：對(duì)于熱流密度可控的設(shè)備， 如電加熱器，控制熱流密度小于臨界熱流密度，是為了防止 設(shè)備被燒毀，對(duì)于壁溫可控的設(shè)備， 如冷凝蒸發(fā)器，控制溫差小于臨界溫差，是為了防止設(shè) 備換熱量下降。7 7 試對(duì)比水平管外膜狀凝結(jié)及水平管外膜態(tài)沸騰換熱過程的異同。答：穩(wěn)定膜態(tài)沸騰與膜狀凝結(jié)在物理上同屬相變換熱，前者熱量必須穿過熱阻較大的汽膜，后者熱量必須穿過熱阻較大的液膜，前者熱量由里向外，后者熱量由外向里。&從換熱表面的結(jié)構(gòu)而言，強(qiáng)化凝結(jié)換熱的基本思想是什么？強(qiáng)化沸騰換熱的基本思想是什么？答：從換熱表面的結(jié)構(gòu)而言，強(qiáng)化凝結(jié)換熱的基本思想是盡量

18、減薄粘滯在換熱表面上液膜的 厚度，強(qiáng)化沸騰換熱的基本思想是盡量增加換熱表面的汽化核心數(shù)。9 9 在你學(xué)習(xí)過的對(duì)流換熱中表面?zhèn)鳠嵯禂?shù)計(jì)算式中顯含換熱溫差的有哪幾種換熱方式？其他換熱方式中不顯含溫差是否意味著與溫差沒有任何關(guān)系？答：表面?zhèn)鳠嵯禂?shù)計(jì)算式中顯含換熱溫差的有凝結(jié)換熱和沸騰換熱。不顯含溫差并不意味著與溫差無關(guān)，溫差的影響隱含在公式適用范圍和物件計(jì)算中。1010 在圖 7-147-14 所示的沸騰曲線中，為什么穩(wěn)定膜態(tài)沸騰部分的曲線會(huì)隨t t 的增加而迅速上升? ?答：因?yàn)殡S著壁面過熱度的增加，輻射換熱的作用越加明顯。第八章3 3試說明，為什么在定義物體的輻射力時(shí)要加上半球空間及全部波長的說

19、明？ 答：單位時(shí)間內(nèi)單位表面積向其上的半球空間的所有方向輻射出去的全部波長范圍內(nèi)的能量 稱為輻射力，因?yàn)槿我馕⒃娣e都將空間劃分為對(duì)稱的兩部分，該表面之上與之下每一部分都是一個(gè)半球空間，微元面能向其上的半球空間發(fā)射輻射能，也能接受來自該半球空間的輻射能，所以。5 5.黑體的輻射按空間方向是怎樣分布的？定向輻射強(qiáng)度與空間方向無關(guān)是否意味著黑體 的輻射能在半球空間各方向上是均勻分布的？答：按某方向的經(jīng)度角與緯度角來表示的； 由于黑體定向輻射強(qiáng)度與空間方向無關(guān)， 但是黑 體單位面積輻射出去的能量在空間的不同方向分布是不均勻的，是按空間維度角角0的余弦規(guī)律變化的。6 6什么叫光譜吸收比？在不同光源的照

20、耀下，物體常呈現(xiàn)不同的顏色，如何解釋？ 答：物體吸收某一特定波長輻射能的百分?jǐn)?shù)稱為光譜吸收比；不同的光源會(huì)有不同的波長， 而且物體對(duì)各種波長的光的吸收不同，所以它呈現(xiàn)被反射的輻射顏色不同。7 7對(duì)于一般物體，吸收比等于發(fā)射率在什么條件下才成立？ 答：在熱平衡條件下，一般物體吸收比等于發(fā)射率。Rec=16008,8,說明灰體的定義以及引入灰體的簡化對(duì)工程輻射傳熱計(jì)算的意義.答：在熱輻射分析中，把光譜吸收比與波長無關(guān)的物體稱為灰體。對(duì)工程計(jì)算而言，只要在所研究的波長范圍內(nèi)光譜吸收比基本上與波長無關(guān)，則灰體的假定即可成立，而不必要求在全波段范圍內(nèi)a為常數(shù)。第九章2 2、角系數(shù)有哪些特性？這些特性的物理背景是什么 ？答：角系數(shù)有相對(duì)性、完整性和可加性。相對(duì)性是在兩物體處于熱平衡時(shí)，凈輻射換熱量為 零的條件下導(dǎo)得的；完整性反映了一個(gè)由幾個(gè)表面組成的封閉系統(tǒng)中。 任一表面所發(fā)生的輻 射能必全部落到封閉系統(tǒng)的各個(gè)表面上；可加性是說明從表面1 1 發(fā)出而落到表面 2 2 上的總能量等于落到表面 2 2 上各部份的輻射能之和。3 3、 為什么計(jì)算一個(gè)表面與外界之間的凈輻射換熱量時(shí)要采用封閉腔的模型？答：因