傳熱學實際現(xiàn)象應用

1、傳熱學實際現(xiàn)象應用1. 熱傳導（1） 為什么冬天曬過的棉被蓋上去暖和，拍打后效果更好。要點：導熱系數(shù)小保溫材料答：棉被經(jīng)過晾曬后，可使棉花空隙中進入更多的空氣，而空氣在狹小的棉絮空間里熱量的傳遞方式主要是導熱，由于空氣的導熱系數(shù)小，具有良好的保溫性能，拍打后讓更多的空氣進入，效果明顯。（2） 在夏天，20的室溫感到舒適，而冬天同樣20的室溫感到冷。要點：熱傳導，輻射換熱，對流換熱答：冬夏最大的區(qū)別就是室外溫度不同。夏季室外溫度高，因此通過墻壁的傳熱方向是室外傳到室內(nèi)，而冬季室外氣溫比室內(nèi)低，通過墻壁熱量傳遞的方向是室內(nèi)到室外。因此冬季墻壁表面溫度低于夏季。人體在室內(nèi)主要是與周圍的空氣發(fā)生對流換

2、熱，和墻壁發(fā)生輻射換熱，人在冬季通過輻射換熱與墻壁的散熱比夏季高得多，因此冬季感覺到冷。（3） 用套管式溫度計測量管道中流體的溫度，為減小測量誤差，若有銅和不銹鋼兩種材料，哪一種做套管較好？套管溫度計安裝在那個位置好？要點：套筒式溫度計答：1.選擇不銹鋼。溫度計套管產(chǎn)生誤差的主要原因是由于沿肋高（即套管長度方向）有熱量導出和套管表面與流體之間存在換熱熱阻。因而要減小溫度計套管的誤差，要選擇導熱系數(shù)小的材料，增加導熱熱阻，故選擇不銹鋼。 2.安裝在拐角處位置好，因為拐角處由于離心力的作用，在橫截面上產(chǎn)生了二次環(huán)流，增加了擾動，從而強化了換熱，對應的換熱系數(shù)增加，從而使測溫誤差減小。 （4） 試解

3、釋冰箱結(jié)霜后耗電量增加。要點：傳熱熱阻答：冰箱工作是先吸入處于低壓常溫下的制冷劑，并壓縮到高溫高壓的蒸汽；然后制冷劑通過蛇形管冷凝器，向外界散熱，制冷劑從氣體變?yōu)橐后w；最后制冷劑通過更細的蛇形管蒸發(fā)器，由于節(jié)流作用，從液體變?yōu)闅怏w，這個過程需要吸熱。而這部分熱量來自于冰箱中的食物。當冰箱結(jié)霜后，蒸發(fā)器與冷藏室中增加了傳熱熱阻，那么如果希望冷藏室的溫度保持初始溫度，需要冰箱中的食物向制冷劑傳遞更多的能量，這就要求制冷劑的溫度能夠降得更低，這就要求增加壓縮機的功率，增加了耗電量。（5） 何為肋效率？在設計肋片時，是否肋片越長越好？要點：肋效率答：肋片效率指的是肋片的實際散熱量與假設整個肋片溫度都與

4、肋根溫度相同時的理想散熱量之比。設計的肋片越長當然能通過增加表面積來強化傳熱，但是同時增加了固體導熱熱阻，降低了肋效率。（6） 為什么玻璃測溫計測溫必須在測溫點放置一定的時間？如果設計體溫計，有哪些方法可以縮短測溫的放置時間？要點：非穩(wěn)態(tài)導熱、熱容量越小、時間常數(shù)越小反映溫度變化越快答:1.對于玻璃測溫計的分析可以簡化為分析玻璃體中水銀的非穩(wěn)態(tài)導熱問題，由于玻璃體中水銀較少，所以可以用集中參數(shù)法。根據(jù)集中參數(shù)法的分析，時間參數(shù)為：時間參數(shù)=p c v/h A,由此可知玻璃體中的物質(zhì)熱容量越小玻璃體的表面換熱條件越好，那么溫度變化越快。由于水銀的熱容量比較大，那么在表面換熱條件一定的條件下，溫度

5、變化較慢，時間常數(shù)較大，所以玻璃溫度計測量體溫必須在測溫點放置一段時間。 2.根據(jù)時間參數(shù)的定義可知，要縮短測溫的放置時間必須從減小物質(zhì)的熱容量p c v和增大表面換熱條件h A 以縮短測溫的放置時間。（7） 解釋什么叫做熱電偶的熱慣性？要點：時間常數(shù)答：熱電偶是一種感溫元件，是一種儀表。它直接測量溫度，并把溫度信號轉(zhuǎn)變成熱電動勢信號, 通過電氣儀表(二次儀表)轉(zhuǎn)換成被測介質(zhì)的溫度。由于熱接點的溫度變化，在時間上總是滯后于被測介質(zhì)的溫度變化，熱電偶這種現(xiàn)象稱為熱慣性。熱電偶的時間常數(shù)越小表示熱慣性越小，達到穩(wěn)態(tài)的時間越短。（8） “熱得快”為什么要及時清除水垢？要點：熱阻答：水垢的存在相當于在

6、傳熱過程中串聯(lián)了一個熱阻，如果不及時清除水垢，要達到相同的加熱效果（把水燒開）會使耗電量增加。(9)72的鐵和600的木頭摸上去的感覺是一樣的，為什么？要求：導溫系數(shù)a答：人手感覺到的冷暖實質(zhì)是熱量傳遞的快慢，鐵的導溫系數(shù)遠大于木頭的。（10） 為什么住新房子感覺冷？要點：導熱系數(shù)大，散熱量多。答：由于水的導熱系數(shù)遠遠大于空氣，新房子的墻壁含水較多，所以住新房子感覺冷。2. 對流換熱（1） 兩地完全相同的水珠分別落在120和400的鐵板上，那一滴先氣化掉？為什么？要點：沸騰曲線、核態(tài)沸騰區(qū)（溫壓小換熱強）、膜態(tài)沸騰區(qū)答：落在120的鐵板上的先氣化，因為120鐵板上的水珠在核態(tài)沸騰區(qū)換熱強，40

7、0鐵板上的水珠在穩(wěn)定的膜態(tài)沸騰區(qū)，熱量必須要經(jīng)過熱阻較大的氣膜，換熱系數(shù)非常小，換熱強度小。（2） 在燒開水的某個階段，在鍋底形成的氣泡在上升過程中會逐漸消失，試解釋其原因。要點：降溫冷卻熱脹冷縮答：氣泡在上升過程中，逐漸降溫、冷卻、熱脹冷縮，并有氣泡攜帶的水蒸氣在低于沸點時凝結(jié)為水，氣泡就會越來越小，逐漸消失。（3）一臺氟利昂冷凝器試驗臺再充氟利昂前沒有抽成真空，試問對于冷凝器運行的傳熱性能有什么影響為什么？要點：不凝結(jié)氣體對于膜狀凝結(jié)換熱的影響答：氟利昂在冷凝器中進行膜態(tài)凝結(jié)換熱，在沖入氟利昂前沒有抽成真空會使不凝結(jié)氣體的成分增加。一方面降低了氣液界面蒸汽的分壓力，即降低了蒸汽的飽和溫度，

8、從而減小了凝結(jié)換熱的驅(qū)動力t w - t s ;另一方面蒸汽在抵達液膜表面凝結(jié)前需要通過擴散的方式才能穿過不凝結(jié)氣體，從而增加了傳熱熱阻，使傳熱性能降低。（4） 安裝空調(diào)時在充灌制冷劑之前，往往要對系統(tǒng)抽成真空，簡述理由？要點：不凝結(jié)氣體對于膜狀凝結(jié)換熱的影響答：制冷劑在空調(diào)內(nèi)部要進行凝結(jié)換熱，凝結(jié)傳熱的效果會受到不凝結(jié)氣體的影響，若不將系統(tǒng)抽成真空，則會降低凝結(jié)傳熱的效果，影響空調(diào)正常工作。（5）為了強化豎管外凝結(jié)傳熱，在豎管外可以隔一段距離布置一些凝結(jié)液泄出罩，試簡述理由。要點：強化凝結(jié)換熱答：采用泄出罩可以減薄凝結(jié)液膜，使已經(jīng)凝結(jié)的液體盡快從凝結(jié)表面凝結(jié)表面排泄，從而減小凝結(jié)熱阻強化了傳

9、熱。（6） 就控制熱流和控制壁溫兩種加熱方式，說明確定臨界熱流密度的意義和實例。要點：臨界熱流密度q m a x答：1.對于控制熱流密度的加熱方式，當熱流密度超過臨界熱流密度時，工況將沿著虛線跳至穩(wěn)定的膜態(tài)沸騰線，過熱度飛升，壁面溫度迅速上升，導致設備燒毀。 控制加熱的熱流密度使其不至于燒毀。實例：電加熱器，冷卻水加熱的核反應堆。 2.對于控制壁溫的加熱方式，當熱流密度超過臨界熱流密度時 ，可能導致膜態(tài)沸騰使相同壁溫下傳熱量大大減小?？刂票跍貙е聜鳠嵝什粫陆?。實例：蒸發(fā)冷凝器。（7） 為什么電廠凝汽器中水蒸氣與管壁之間的換熱可以不考慮輻射換熱，而鍋爐的爐膛內(nèi)煙氣與水冷壁之間的換熱必須考慮輻

10、射換熱？要點：相變凝結(jié)換熱（凝結(jié)換熱）、輻射傳熱與溫差有關答：水蒸氣與管壁之間的換熱可以不考慮輻射換熱，因為水蒸氣與管壁之間的對流傳熱是伴隨有相變的凝結(jié)換熱，凝結(jié)換熱表面?zhèn)鳠嵯禂?shù)比較大，而水蒸氣與管壁之間的溫差比較小，兩者間的輻射傳熱量少，所以水蒸氣與管壁之間的換熱可以不考慮輻射換熱。 爐膛內(nèi)煙氣與水冷壁之間的換熱，由于火焰溫度高達1000以上，輻射換熱量很大，而爐膛煙氣流速小，對流換熱量相對較小，所以必須考慮輻射換熱。（8） 游泳者剛從游泳池上來，皮膚上有一層水，這事是陰天而且有風，分析皮膚上所有的傳熱過程；用傳熱學知識解釋為什么此時要比皮膚完全干時冷的多？如果此時太陽出來了，發(fā)生在他身上的

11、傳熱過程又會怎樣？要點：分析各種傳熱方式，考慮周到。答：1.游泳者出泳池后，皮膚發(fā)生的所有傳熱過程包括：（1）皮膚與水膜之間伴隨有相變的對流傳熱（2）水膜內(nèi)部的導熱（3）水膜外表面與空氣之間的對流換熱（4）皮膚與環(huán)境的輻射換熱。 2.伴隨有相變的對流傳熱表面?zhèn)鳠嵯禂?shù)的數(shù)量級為104，皮膚與空氣的對流換熱系數(shù)數(shù)量級為102，所以皮膚有水膜時對流換熱強烈，所以感到冷的多。 3.太陽出來后，（1）皮膚與水膜間伴隨有相變的對流傳熱（2）水膜內(nèi)部的導熱（3）水膜外表面與空氣之間的對流傳熱（4）皮膚與太陽的輻射換熱。因為太陽溫度較高，所以輻射傳熱吸收的熱量抵消了相變換熱放出的熱量，所以感覺溫暖。（9） 鋁

12、壺燒水時爐火很旺，水安然無恙，水燒干后水壺很快被燒壞：要點：對流換熱系數(shù)答：當壺內(nèi)有水時，水與壺底發(fā)生對流換熱，水側(cè)沸騰對流換熱系數(shù)大，可以對壺底進行很好的冷卻，壺底的溫度能夠很快被傳走，不至于溫度升得很高；當沒有水時，和壺底發(fā)生對流傳熱的是氣體，氣體的表面?zhèn)鳠嵯禂?shù)很小，壺底的熱量無法被很快得傳走，因此壺底溫度升高得很快，鋁壺被燒壞。（10） 為什么暖氣片一般都放置在窗戶的下面？要點：溫差大對流傳熱強度高答：1.可以提高換熱效率，在室內(nèi)，靠近窗戶處的空氣溫度較低，假設暖氣片的溫度一定，當暖氣片放在窗戶下面時，暖氣片于周圍空氣溫度的溫差最大，從而使換熱量增加，傳熱效率提高。 2.可以使室內(nèi)溫度分

13、布均勻，靠近窗戶處的溫度較低，暖氣片放在窗戶下可以使室內(nèi)的溫度均勻。（11） 用空氣冷卻高溫設備的內(nèi)通道壁，為了提高冷卻效果，在通道內(nèi)緊插一塊沿軸向放置的金屬平板，能否使同道內(nèi)壁的冷卻加強壁溫下降？要點：肋片散熱、輻射換熱、破壞了邊界層減小了傳熱熱阻。答：可以使設備內(nèi)通道壁的冷卻加強。相當于增加了肋片強化了散熱。同時也增加了輻射換熱；加上平板后，也增加了流體的擾動，破壞了邊界層，減小了對流傳熱熱阻，強化了對流傳熱。（12） 一臺冷油器，管內(nèi)的油被管外的冷卻水冷卻，為了強化傳熱，管內(nèi)加裝一個細的螺旋狀金屬絲。另有一臺暖風器，以熱水在管內(nèi)流動來加熱管外的空氣，同樣在管內(nèi)加裝一細的螺旋狀金屬絲，比較

14、這兩種方案強化換熱的效果，為什么？要點：強化對流換熱系數(shù)以強化對流傳熱、加金屬絲破壞邊界層強化對流傳熱答：1對于冷油器。由于油的粘度較大對流換熱表面?zhèn)鳠嵯禂?shù)較小，占整個傳熱過程中熱阻的主要部分，在管內(nèi)加裝一細化螺旋金屬絲，可以破壞邊界層，減小油側(cè)熱阻，從而強化傳熱效果明顯。 2.對于暖風機，空氣的對流換熱系數(shù)比熱水要小，占整個傳熱過程中熱阻的主要部份，但管內(nèi)是水，管內(nèi)加裝金屬絲，只能強化熱水側(cè)換熱，對于總熱阻則減小很少，強化效果不明顯。（13） 為了強化一臺冷油器的傳熱，有人用提高冷卻水流速的方法但發(fā)現(xiàn)效果不明顯，試分析原因？要點：冷油器主要熱阻在內(nèi)部的油答：冷油器由于油的粘度大，對流傳熱表面

15、傳熱系數(shù)較小，占整個傳熱過程熱阻的主要部分，而冷卻水的對流傳熱熱阻較小，不占主導地位，因而采用提高水速的方法，只能減小不占主導地位的水側(cè)熱阻，效果不明顯。應該試圖減小內(nèi)部油的熱阻，如加裝一根細化螺旋金屬絲破壞油的邊界層。（14）溫度同為20的空氣和水，假設流動速度相同，當你把兩只手分別放倒水和空氣中，為什么感覺卻不一樣？要點：密度不同-雷諾數(shù)不同-努塞爾數(shù)不同+導熱系數(shù)不同=h不同答：盡管空氣和水的流速和溫度相同，但是由于水的密度約為空氣的1000倍，而動力黏度則相差不多，在相同的特征尺度下，雷諾數(shù)為R e=u*l/v,所以將手放入水中的雷諾數(shù)要遠遠大于放入空氣中的雷諾數(shù)，因此放入水中的努塞爾

16、數(shù)大；另一方面，又由于水的導熱系數(shù)大于空氣的導熱系數(shù)，Nu=h l/入，所以將手放入水中時的對流換熱系數(shù)遠遠大于放入空氣中的對流換熱系數(shù)，所以感覺不同。（15）空調(diào)和制冷器用的冷卻器其管外裝的肋片往往制成百葉窗式的肋片，試問肋片做成這樣的意義？要點：百葉窗，破壞邊界層強化傳熱。答：空氣通過平直肋片時，隨著流程的增長，邊界層會增厚，傳熱熱阻增大，表面?zhèn)鳠嵯禂?shù)會減小。將其做成百葉窗式，可以使流體流經(jīng)肋片的邊界層破壞，使邊界層減薄。同時，流體脫離百葉窗式肋片后產(chǎn)生分離狀擾動，這些均能強化傳熱。（16） 地面上按自然對流設計的換熱裝置，在太空中還能正常工作嗎？為什么？要點：自然對流換熱答：不能。因為自

17、然對流換熱是由于流體各部分溫度不均勻而形成密度差，從而在重力場作用下產(chǎn)生浮升力所引起的對流換熱現(xiàn)象。因此到了太空中完全處于失重狀態(tài)，因而該裝置在太空中無法正常工作。（17） 改變暖氣中的水的流速是否可以顯著地增強換熱？要點：暖氣水側(cè)、氣側(cè)內(nèi)外熱阻的比較答：不能。因為暖氣里的水是強制對流換熱，而外部是空氣的自然對流散熱，由于空氣側(cè)對流換熱表面?zhèn)鳠嵯禂?shù)遠小于水側(cè)，因此改變水的流速以進一步減小水的熱阻對于傳熱量貢獻不大。（18） 摩托車手的膝蓋為什么需要特別的保溫？要點：熱邊界層很薄，換熱強。答：因為膝蓋處的熱邊界層很薄，換熱能力較強，該處與空氣的熱交換量較大，因此要特別保溫。(19) 為什么只可以

18、燒開水？要點：對流傳熱的熱阻答：水側(cè)的熱阻遠遠小于加熱側(cè)的熱阻，紙的溫度更接近與水的溫度，所以不會達到紙的著火點.3. 輻射換熱（1） 簡述玻璃溫室保溫的原理？要點：選擇透過性。答：保溫室里的溫度明顯高于外界溫度，玻璃對太陽輻射具有強烈的選擇性吸收，它對可見光為主的太陽光透射率大，但對室內(nèi)物體紅外范圍內(nèi)的（長波輻射）熱輻射透射率低，所以產(chǎn)生溫室效應。（2） 金屬工件在爐內(nèi)加熱時表面顏色隨溫度升高而變化做出解釋？要點：熱輻射光譜具有選擇性。答：金屬工件在爐內(nèi)加熱時，其熱輻射光譜具有選擇性，不同溫度時選擇輻射的光譜不同，所以呈現(xiàn)不同的顏色。金屬在不同溫度下呈現(xiàn)的各種顏色說明隨著溫度升高熱輻射中可見

19、光中短波的比例不斷增加。（3） 指出熱射線主要由哪兩種射線組成？為什么鋼錠在爐中加熱時隨著溫度升高顏色會依次出現(xiàn)黑紅橙白的變化？要點：實際物體的光譜輻射力隨著波長做不規(guī)則變化。答：熱射線主要由紅外線（波長0.76-20微米）和可見光（波長0.38-0.76微米）組成。 隨著溫度升高，鋼錠輻射能量中重要部分的能量向波長較小的方向移動，所以鋼錠的顏色會依次出現(xiàn)黑紅橙白的變化。（4） 何為灰體？這種物體表面現(xiàn)實中不存在，為什么可以用于實際表面間的輻射換熱計算？要點：灰體答：灰體是物體的光譜吸收比為常數(shù)物體。光譜輻射特性不隨著波長而變化的假想物體。 灰體是對實際物體的吸收比進行抽象簡化后的理想模型，只

20、要在所研究的輻射能覆蓋的波長范圍內(nèi)光譜吸收比為常數(shù)即可，不必要求對所有波長都嚴格成立。工業(yè)上遇到的熱輻射，其主要波長區(qū)段位于紅外線范圍內(nèi)，把大多數(shù)工程材料當作灰體處理引起的誤差是允許的，給輻射傳熱的計算帶來了很大的方便。（5） 常溫下樹葉為什么呈現(xiàn)綠色？常溫下呈綠色的樹葉其對綠光的光譜發(fā)射率較對其他顏色的可見光（紅，黃）的光譜發(fā)射率是大是?。恳c:反射、發(fā)射率=吸收比、基爾霍夫定律：反射率+吸收比=1答：樹葉呈現(xiàn)綠色是由于物體對可見光中的綠色反射較多的緣故，而幾乎全部吸收了其他可見光。也就是說該物體在常溫下綠色光比其他單色光的吸收比低，根據(jù)基爾霍夫定律，在熱平衡條件下任意物體對黑體投入輻射的吸

21、收比等于同溫度下該物體的發(fā)射率，因此實際上該物體在常溫下綠色光的光譜發(fā)射率較其他單色光的光譜發(fā)射率低。（6） 深秋以及初冬季節(jié)的清晨常常會看到層面結(jié)霜，分析：1為什么霜出現(xiàn)的早晨一定是晴天？或者說為什么陰天不容易結(jié)霜而晴天容易結(jié)霜？要點：輻射換熱、云層反射。答：屋面結(jié)霜的一個重要原因是，在晴天無云的條件下屋面能與太空進行輻射換熱，由于太空溫度較低，使得屋面上的水（汽）失去了大量的熱，溫度降低，低于冰點形成霜。所以有霜出現(xiàn)必然是晴天。 當陰天地面發(fā)出去的熱量有一部分會被空中的云層給反射回來，這在一定程度上降低了地面熱量的減少，使地面溫度不會太低。因此冬天陰天不易結(jié)霜而晴天容易結(jié)霜。2室外溫度是否

22、一定要低于0？要點：輻射傳熱，電磁波答：不是一定要低于0，因為結(jié)霜的主要原因是由于屋面與太空之間的輻射傳熱，輻射傳熱是通過電磁波來傳遞能量，并不是借助于物質(zhì)傳遞能量。3結(jié)霜屋面與不結(jié)霜屋面誰的保溫效果好？答：結(jié)霜屋面的保溫效果好。因為如果保溫效果不好，那么屋面溫度受到室內(nèi)溫度的影響較大，這樣很難達到較低溫度形成結(jié)霜的條件。（7） 在深秋晴朗無風的夜晚，草地也會結(jié)霜，可氣象臺說清晨的最低溫度為2，解釋此現(xiàn)象。（假設草地與地面絕熱）要點：草地與空氣對流換熱、草地與太空輻射答：因為草地與地面近似于絕熱，所以草地接受空氣的對流換熱量等于他對太空的輻射。h（T空-T草）=5.67*10-8（T草四次方-

23、T天四次方）所以T天T草T空。1晴天草地直接向天空熱輻射，輻射換熱量增加，T草與T空的差值增加，結(jié)霜。2并且無風導致對流傳熱系數(shù)h減小，T草與T空的差值增大，所以結(jié)霜。（8） 何為漫-灰表面？將實際表面視為漫-灰表面有何實際意義？要點：漫-灰表面答：漫射表面是指服從蘭貝特定律的（定向輻射強度與方向無關）的表面灰體表面是指光譜吸收比是常數(shù)與波長無關的物體表面漫-灰表面是一種理想的表面，可以直接應用基爾霍夫定律(發(fā)射率等于吸收比)；蘭貝特定律（輻射力等于定向輻射力的倍）；這種簡化處理給輻射換熱的分析與計算帶來了很大的方便。（9） 太陽能集熱器采用選擇性表面涂層對太陽輻射的吸收比為0.9本身的發(fā)射率

24、為0.3這一現(xiàn)象是否違背了基爾霍夫定律？為什么？要點：基爾霍夫定律的適用條件答：基爾霍夫定律是指熱平衡時，任意物體對黑體投入輻射的吸收比等于同溫度下該物體的發(fā)射率。對于漫灰體，不論投入輻射是否來自黑體，也不論是否處于熱平衡條件，其吸收比恒等于同溫度下的發(fā)射率。太陽能集熱器的吸收板表面具有對太陽輻射的高吸收比，而又希望減少涂層本身的發(fā)射率以減少散熱損失。太陽能集熱器的吸收板表面覆蓋的選擇性涂層，他所吸收的陽光來源與太陽，他對陽光的吸收比是針對于太陽而言的，而他本身的發(fā)射率是針對其自身的溫度。太陽的溫度與太陽能集熱器的吸收板表面的溫度不同，溫度不同使陽光與太陽能集熱器吸收版表面自身輻射的光譜分布也不同，所以選擇性涂層能使表面吸收陽光的能力與自身輻射的能力不一樣，與基爾霍夫定律不矛盾。（10） 為什么在研究物體表面對太陽能的吸收時不能把物體當作灰體？為什么夏