傳熱學后習題答案楊世銘 陶文銓1

1、第一章第一章.2第二章第二章.錯誤！未定義書簽。錯誤！未定義書簽。小論文題目.錯誤！未定義書簽。錯誤！未定義書簽。第三章第三章.錯誤！未定義書簽。錯誤！未定義書簽。習題.錯誤！未定義書簽。錯誤！未定義書簽。小論文題目.錯誤！未定義書簽。錯誤！未定義書簽。第四章第四章.錯誤！未定義書簽。錯誤！未定義書簽。綜合分析與分析、論述題.錯誤！未定義書簽。錯誤！未定義書簽。第五章第五章.錯誤！未定義書簽。錯誤！未定義書簽。第六章第六章.錯誤！未定義書簽。錯誤！未定義書簽。第七章第七章.錯誤！未定義書簽。錯誤！未定義書簽。習題.錯誤！未定義書簽。錯誤！未定義書簽。第八章第八章.錯誤！未定義書簽。錯誤！未定義

2、書簽。第九章第九章.錯誤！未定義書簽。錯誤！未定義書簽。第十章第十章.錯誤！未定義書簽。錯誤！未定義書簽。小論文題目.錯誤！未定義書簽。錯誤！未定義書簽。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(lián)系和區(qū)別。答：答：導熱和對流的區(qū)別在于：物體內(nèi)部依靠微觀粒子的熱運動而產(chǎn)生的熱量傳遞現(xiàn)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(lián)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(xiàn)，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 以熱流密度表

3、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： 傅立葉定律：dxdtq，其中，q熱流密度；導熱系數(shù)；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。 牛頓冷卻公式：)(fwtthq，其中，q熱流密度；h表面?zhèn)鳠嵯禂?shù)；wt固體表面溫度；ft流體的溫度。 斯忒藩玻耳茲曼定律：4Tq，其中，q熱流密度；斯忒藩玻耳茲曼常數(shù)；T輻射物體的熱力學溫度。3 導熱系數(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？答：答： 導熱系數(shù)的單位是：W/(m.K)； 表面?zhèn)鳠嵯禂?shù)的單位是

4、：W/(m2.K)； 傳熱系數(shù)的單位是：W/(m2.K)。這三個參數(shù)中，只有導熱系數(shù)是物性參數(shù)，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(jīng)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(nèi)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(xiàn)象。答：

5、答：當壺內(nèi)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(shù)大） ，壺底的熱量被很快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(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 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(nèi)的水的流速幾乎為零，杯內(nèi)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?shù)小，當快速攪拌時，杯內(nèi)的水和杯壁之間為強制對流換熱，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，因此會顯著地感覺到熱。7 什么是串聯(lián)熱阻

6、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(lián)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(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：杯子的保溫質量好。因為保溫好的杯子熱量從杯子內(nèi)部傳出的熱量少，經(jīng)外部散

7、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1-1 夏天的早晨，一個大學生離開宿舍時的溫度為 20。他希望晚上回到房間時的溫度能夠低一些，于是早上離開時緊閉門窗，并打開了一個功率為 15W 的電風扇，該房間的長、寬、高分別為 5m、3m、2.5m。如果該大學生 10h 以后回來，試估算房間的平均溫度是多少？解：解：因關閉門窗戶后，相當于隔絕了房間內(nèi)外的熱交換，但是電風扇要在房間內(nèi)做工產(chǎn)生熱量：為J54000036001015全部被房間的空氣吸收而升溫，空氣在 20時的比熱為：1.005KJ/Kg.K,密度為 1.205Kg/m3,所以89.11005. 1205. 15

8、. 235105400003t當他回來時房間的溫度近似為 32。1-2 理發(fā)吹風器的結構示意圖如附圖所示，風道的流通面積2260cmA ，進入吹風器的空氣壓力kPap100，溫度251t。要求吹風器出口的空氣溫度472t，試確定流過吹風器的空氣的質量流量以及吹風器出口的空氣平均速度。電加熱器的功率為 1500W。解：解：1-3 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，有人提出可以將用過后的熱水（溫度為 38）送入一個換熱器去加熱進入淋浴器的冷水。如果該換熱器能將冷水加熱到 27，試計算采用余熱回收

9、換熱器后洗澡 15min 可以節(jié)省多少能源？解：解：1-4 對于附圖所示的兩種水平夾層，試分析冷、熱表面間熱量交換的方式有何不同？如果要通過實驗來測定夾層中流體的導熱系數(shù)，應采用哪一種布置？解解： （a）中熱量交換的方式主要為熱傳導。（b）熱量交換的方式主要有熱傳導和自然對流。所以如果要通過實驗來測定夾層中流體的導熱系數(shù)，應采用（a）布置。1-5 一個內(nèi)部發(fā)熱的圓球懸掛于室內(nèi)，對于附圖所示的三種情況，試分析： （1）圓球表面散熱的方式； （2）圓球表面與空氣之間的換熱方式。解解： （2）圓球為表面?zhèn)鳠岱绞缴?。?）換熱方式： （a）自然對流換熱； （b）自然對流與強制對流換熱相當?shù)倪^渡流傳熱

10、； （c）強制對流換熱；1-6 一宇宙飛船的外形示于附圖中，其中外遮光罩是凸出于飛船體之外的一個光學窗口，其表面的溫度狀態(tài)直接影響到飛船的光學遙感器。船體表面各部分的表面溫度與遮光罩的表面溫度不同。試分析，飛船在太空中飛行時與遮光罩表面發(fā)生熱交換的對象可能有哪些？換熱的方式是什么？解：解：一遮光罩與外界發(fā)生輻射換熱及遮光罩外表與船體外表進行輻射。傳熱方式為（輻射）1-7 熱電偶常用來測量氣流溫度。如附圖所示，用熱電偶來測量管道中高溫氣流的溫度 Tf,壁管溫度fwTT 。試分析熱電偶結點的換熱方式。解：具有管道內(nèi)流體對節(jié)點的對流換熱，沿偶絲到節(jié)點的導熱和管道內(nèi)壁到節(jié)點的熱輻射。1-8 熱水瓶膽剖

11、面的示意圖如附圖所示。瓶膽的兩層玻璃之間抽成真空，內(nèi)膽外壁及外膽內(nèi)壁涂了反射率很低的銀。試分析熱水瓶具有保溫作用的原因。如果不小心破壞了瓶膽上抽氣口處的密閉性，這會影響保溫效果嗎？解：保溫作用的原因：內(nèi)膽外壁外膽內(nèi)壁涂了反射率很低的銀，則通過內(nèi)外膽向外輻射的熱量很少，抽真空是為了減少內(nèi)外膽之間的氣體介質，以減少其對流換熱的作用。如果密閉性破壞，空氣進入兩層夾縫中形成了內(nèi)外膽之間的對流傳熱，從而保溫瓶的保溫效果降低。導熱導熱1-9 一磚墻的表面積為 122m，厚為 260mm，平均導熱系數(shù)為 1.5W/（m.K） 。設面向室內(nèi)的表面溫度為 25，而外表面溫度為-5，試確定次磚墻向外界散失的熱量。

12、解：解：根據(jù)傅立葉定律有：WtA9 .207626. 05)(25125 . 11-10 一爐子的爐墻厚 13cm，總面積為 202m，平均導熱系數(shù)為 1.04w/m.k，內(nèi)外壁溫分別是 520及 50。試計算通過爐墻的熱損失。如果所燃用的煤的發(fā)熱量是 2.09104kJ/kg，問每天因熱損失要用掉多少千克煤？解：解：根據(jù)傅利葉公式KWtAQ2 .7513. 0)50520(2004. 1每天用煤dKg /9 .3101009. 22 .7536002441-11 夏天，陽光照耀在一厚度為 40mm 的用層壓板制成的木門外表面上，用熱流計測得木門內(nèi)表面熱流密度為 15W/m2。外變面溫度為 4

13、0，內(nèi)表面溫度為 30。試估算此木門在厚度方向上的導熱系數(shù)。解：解：tq，)./(06. 0304004. 015KmWtq1-12 在一次測定空氣橫向流過單根圓管的對流換熱實驗中，得到下列數(shù)據(jù)：管壁平均溫度tw=69，空氣溫度 tf=20，管子外徑 d=14mm，加熱段長 80mm，輸入加熱段的功率8.5w，如果全部熱量通過對流換熱傳給空氣，試問此時的對流換熱表面?zhèn)鳠嵯禂?shù)多大？解：解：根據(jù)牛頓冷卻公式fwttrlhq2所以fwttdqh49.33W/(m2.k)1-13 對置于水中的不銹鋼束采用電加熱的方法進行壓力為 1.013Pa510的飽和水沸騰換熱實驗。測得加熱功率為 50W，不銹鋼管束外徑為 4mm，加熱段長 10mm，表面平均溫度為 109。試計算此時沸騰換熱的表面?zhèn)鳠嵯禂?shù)。解：解：根據(jù)牛頓冷卻公式有tAh2 .4423tAhW/(m2.K)1-14 一長寬各為 10mm 的等溫集成電路芯片安裝在一塊地板上，溫度為 20的空氣在風扇作用下冷卻芯片。芯片最高允許溫度為 85，芯片與冷卻氣流間的表面?zhèn)鳠嵯禂?shù)為 175W/(m2.K)。試確定在不考慮輻射時芯片最大允許功率時多少？芯片頂面高出底板的高度為1mm。解：解：001. 001.