傳熱學(xué)復(fù)習(xí)資料終結(jié)篇

1、。1. 試寫(xiě)出普朗克定律，蘭貝格定律的數(shù)學(xué)表達(dá)式，并說(shuō)明其物理意義及數(shù)學(xué)表達(dá)式中各符號(hào)的意義與單位。答：（1）、普朗克定律：；物理意義：?jiǎn)挝粫r(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在包含波長(zhǎng)在內(nèi)的單位波長(zhǎng)內(nèi)的能量稱為光譜輻射力，記為22Eb 單位為 W/（ m × m）或 W/（ m × m）E-3黑體光譜輻射力，W/m ； - 波長(zhǎng)， m；T-黑體熱力學(xué)溫度， kb -e- 自然對(duì)數(shù)的底；C1- 第一輻射常量，-1623.7419 × 10W· mC2- 第二輻射常量 1.4388 ×10-2 m· k（2）、蘭貝特定律

2、：；物理意義：面積為的 dA 的黑體微元面積內(nèi)圍繞空間結(jié)構(gòu)角方向的微元立體角d內(nèi)輻射出去的能量為d（）；I-常數(shù)，與方向無(wú)關(guān)；d（） - 輻射出去的能量， WdAcos - 可以視為從方向看過(guò)去的面積稱為可見(jiàn)面積，m2d - 微元立體角， sr2試闡述導(dǎo)熱、對(duì)流傳熱及輻射傳熱三種傳遞方式之間的聯(lián)系與區(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)

3、不僅有能量的轉(zhuǎn)移還伴有能量形式的轉(zhuǎn)換。3試寫(xiě)出以熱流密度表示的傅里葉定律、牛頓冷卻定律及斯忒藩- 玻爾茲曼定律的數(shù)學(xué)表達(dá)式，并寫(xiě)出表達(dá)式中各符號(hào)的意義與單位。答：傅里葉定律： qdt，其中， q- 熱流密度； - 導(dǎo)熱系數(shù) - 表征材料導(dǎo)熱dxdt - 沿 x 方向的溫度變化率 -能力的大小， 是一種物理參數(shù)， 與材料種類和溫度有關(guān)；dx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： q=wf), 其中 q- 熱流密度； h- 表面?zhèn)鳠嵯禂?shù) - 當(dāng)流體與壁h(t-t面溫度相差 1°時(shí)，每單位壁面面積上、 單位時(shí)間內(nèi)所傳遞的熱量； t w- - 固體表面溫度； t f - 流體

4、的溫度。斯忒藩 - 玻爾茲曼定律： q= T4，其中， q- 熱流密度； - 斯忒藩 - 玻爾茲曼常數(shù)； T- 輻射物體的熱力學(xué)溫度。4由對(duì)流換熱微分方程式表明，在邊界值上垂直于壁面的熱量傳遞完全依靠導(dǎo)熱，那么在對(duì)流換熱過(guò)程中流體的流動(dòng)起什么作用？答：（ 1）、在描述對(duì)流換熱的能量微分方程中，對(duì)流項(xiàng)含有流體速度，即要獲得流體的溫度場(chǎng)，必須先獲得速度場(chǎng)，只有流體流動(dòng)，才能建立流動(dòng)速度場(chǎng)；（ 2）、流體流動(dòng)可帶來(lái)熱量，亦可帶走熱量，流動(dòng)與換熱密不可分。5. 家用熱水器， 瓶膽的兩層玻璃之間抽成真空， 內(nèi)膽外壁及外膽內(nèi)壁涂了發(fā)射率很低的銀。試應(yīng)用傳熱學(xué)的理論分析熱水瓶具有保溫作用的原因。如果不小心破

5、壞了瓶膽上抽氣口的-可編輯修改 -qmax。密封，這會(huì)影響保溫效果嗎？答：由于瓶膽的兩層玻璃間抽成真空，真空使通過(guò)導(dǎo)熱的熱損失降到最低，真空情況下不存在對(duì)流換熱。 涂了反射率很低的銀， 減少了熱輻射換熱。 抽氣口破壞極大地影響保溫效果。6. 試畫(huà)出大容器沸騰的 q- t 曲線，并對(duì)熱流密度可控及壁面溫度可控的兩種情形，分別說(shuō)明控制熱流密度小于臨界流體密度及溫差小于臨界溫差的意義。對(duì)于依靠控制熱流密度來(lái)改變工況的加熱設(shè)備，一旦熱流密度超過(guò)峰值，工況將沿點(diǎn)的虛線跳至穩(wěn)定膜態(tài)沸騰線，溫度將猛升至1000 度，可能導(dǎo)致設(shè)備的燒毀，所以必須嚴(yán)格監(jiān)視和控制熱流密度， 確保在安全工作范圍之內(nèi)。 對(duì)于壁溫可控

6、的設(shè)備， 一旦 q 超過(guò)轉(zhuǎn)折點(diǎn)之值，就可能導(dǎo)致膜態(tài)沸騰，在相同的壁溫下使熱量大大減少。7. 用套管溫度計(jì)測(cè)量容器內(nèi)的熱流密度，為了減小測(cè)量誤差，套管材料是選用銅還是不銹鋼？說(shuō)明原因。答：由于套管溫度計(jì)的套管可視為一維截面直肋，要減小測(cè)量誤差 （即使套管頂部溫度盡量接近流體溫度） 應(yīng)盡量減小沿套管長(zhǎng)度流向容器壁面的熱量， 即增大該方向熱阻， 所以應(yīng)用導(dǎo)熱系數(shù)小的不銹鋼。8. 試寫(xiě)出 Nu、 Pr、 Gr、 Re 數(shù)的數(shù)學(xué)表達(dá)式，說(shuō)明各數(shù)的物理意義。答：（ 1）努塞爾數(shù)，它表示表面上無(wú)量綱溫度梯度的大小。（2）雷諾數(shù)，它表示慣性力和粘性力的相對(duì)大小。（3）普朗特?cái)?shù)，它表示動(dòng)量擴(kuò)散厚度和能量擴(kuò)散厚度

7、的相對(duì)大小。（4）畢渥數(shù)，它表示導(dǎo)熱體內(nèi)部熱阻與外部熱阻的相對(duì)大小。( 它表示無(wú)量綱熱阻)-可編輯修改 -。（5）格拉小夫數(shù),，是流體浮升力與粘性力之比的度量10. 定性說(shuō)明速度邊界層厚度與熱邊界層厚度之間的關(guān)系?答：在同一位置上熱邊界層厚度與速度邊界層厚度的相對(duì)大小與流體的普朗特?cái)?shù)有關(guān)，也就是與流體的熱擴(kuò)散特性和動(dòng)量擴(kuò)散特性的相對(duì)大小有關(guān)。當(dāng)普朗特?cái)?shù)很小時(shí)， （液態(tài)金屬），熱邊界層厚度速度邊界層厚度，對(duì)于空氣，兩者大致相同 （高 Pr 的油類），速度邊界層厚度溫度邊界層厚度11. 層流 < 紊流；水 >空氣；直管 <彎管；光滑管 <粗糙管；層流入口段 >層流充分

8、發(fā)展段13. 試畫(huà)出大容器沸騰的 q- t 曲線，并說(shuō)明在 q- t 曲線中為什么穩(wěn)定模態(tài)沸騰部分的曲線會(huì)隨 t 的增加而迅速上升？圖同6此時(shí)t 200，在加熱表面上形成穩(wěn)定的汽膜層，相變過(guò)程不是發(fā)生在壁面上，而是在氣液界面上，但由于蒸汽的導(dǎo)熱系數(shù)遠(yuǎn)小于液體的導(dǎo)熱系數(shù)，因此表面?zhèn)鳠嵯禂?shù)大大降低， 而此時(shí)壁面溫度遠(yuǎn)高于飽和溫度， 因此需考慮汽膜內(nèi)的輻射換熱， 所以換熱強(qiáng)度又能有所提高。14. 在你學(xué)過(guò)的對(duì)流傳熱中，表面?zhèn)鳠嵯禂?shù)計(jì)算中顯含傳熱溫差的有那幾種傳熱方式，不顯含傳熱溫差的有那幾種傳熱方式，不顯含傳熱溫差是否意味著與溫差沒(méi)有關(guān)系？答：表面?zhèn)鳠嵯禂?shù)計(jì)算中顯含傳熱溫差的有凝結(jié)換熱和沸騰換熱，對(duì)

9、立換熱。不顯含傳熱溫差：湍流膜狀凝結(jié)換熱、有限空間自然對(duì)流換熱，大空間自然對(duì)流換熱、內(nèi)部強(qiáng)制對(duì)流換熱。不顯含傳熱溫差并不意味著與溫差沒(méi)有關(guān)系， 只是溫差的影響隱含在公式適用范圍和物件計(jì)算中。15. 什么收光譜吸收比？在不同光源照耀下，物體常呈現(xiàn)不同的顏色，如何解釋？答：物體在對(duì)對(duì)某一特定波長(zhǎng)的輻射能所吸收的百分?jǐn)?shù)，也叫單色吸收比。光譜吸收比隨波長(zhǎng)的變化體現(xiàn)了實(shí)際物體的選擇吸收的特性。 物體的顏色是物體對(duì)光源某種波長(zhǎng)的強(qiáng)烈反射，不同光源的光波不同，所以物體呈現(xiàn)不同的顏色。16. 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：（ 1）整個(gè)系統(tǒng)處于熱平衡狀態(tài)；（2）若物體的吸收比和發(fā)射率與溫

10、度有關(guān)，則二者只有處于同一溫度下的值才能相等；（3）投入輻射源必須是同溫度下的黑體。17。從傳熱表面的結(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：，強(qiáng)化凝結(jié)換熱的基本思想是盡量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)17. 用鋁制的水壺?zé)_(kāi)水時(shí)，盡管爐火很旺，但水壺仍然安然無(wú)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），壺底的熱量被很快傳走而不至于溫度升得很高；當(dāng)沒(méi)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

11、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。18對(duì)流換熱問(wèn)題完整的數(shù)字描述應(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(wèn)題尚無(wú)法求得其精確解，那么建立對(duì)流換熱問(wèn)題的數(shù)字描述有什么意義？答：對(duì)流換熱問(wèn)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）初始條件（ 2）邊界條件（速度、壓力及溫度）-可編輯修改 -。建立對(duì)流換熱問(wèn)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19. 試分別用數(shù)學(xué)語(yǔ)言將傳熱學(xué)術(shù)語(yǔ)說(shuō)明導(dǎo)熱問(wèn)題三種類型的邊界條件。對(duì)流換熱過(guò)程微

12、分方程式與導(dǎo)熱過(guò)程的第三類邊界條件表達(dá)式兩者有什么不同之處？答：（1） 第一類邊界條件：0 時(shí)， t wf 1 ( ) 第二類邊界條件：0 時(shí)(t ) wf 2 ( )x 第三類邊界條件：(t ) wh(t wt f )x（2）對(duì)流換熱過(guò)程微分方程式：(th(twt f ) w導(dǎo)熱過(guò)程的第三類邊界條件表達(dá)式為：x不同之處：對(duì)于微分換熱方程，h 是未知數(shù)，為流體的導(dǎo)熱系數(shù)；導(dǎo)熱過(guò)程第三類邊界條件表達(dá)式， h 作為已知的邊界條件給出，為固體的導(dǎo)熱系數(shù)。20在氣溫為 10 度的房間內(nèi)用細(xì)繩掉一塊直徑均勻的圓柱冰塊，過(guò)一段時(shí)間后，冰塊的形狀會(huì)發(fā)生哪些變化？冰塊會(huì)在繩上完全融化嗎？答： 由題意知，該冰柱

13、的融化過(guò)程相當(dāng)于豎圓柱的自然對(duì)流換熱。根據(jù)豎壁自然對(duì)流換熱的機(jī)理， 由于冰柱壁面溫度低于周圍空氣溫度，故流體貼壁向下流動(dòng)，邊界層上部薄而下部厚。局部對(duì)流換熱系數(shù)上部較大而下部較小，因此，雖然冰柱整個(gè)會(huì)慢慢融化，但上部融化較快，其形狀會(huì)變得上部細(xì)、下部粗，不等在繩上全部融化就會(huì)掉在地上22-可編輯修改 -。圖中： q1從咖啡到瓶?jī)?nèi)膽的自然對(duì)流； q2通過(guò)瓶?jī)?nèi)膽的導(dǎo)熱；q3從瓶?jī)?nèi)膽到空氣的自然對(duì)流； q4從空氣到外殼的自然對(duì)流；q5瓶?jī)?nèi)膽外表面與外殼內(nèi)表面之間的輻射換熱； q6通過(guò)外殼的導(dǎo)熱；q7從外殼到室內(nèi)空氣的自然對(duì)流；q8外殼外表面與環(huán)境之間的輻射換熱。設(shè)計(jì)優(yōu)質(zhì)保溫容器的指導(dǎo)意見(jiàn)：(1) 采

14、用鍍鋁 ( 低發(fā)射率 ) 的瓶和外殼，以降低凈輻射換熱；(2) 把空氣隔層抽成真空，或用填料抑制自然對(duì)流23. “表面?zhèn)鳠嵯禂?shù) h 與流體速度場(chǎng)無(wú)關(guān)” ，判斷說(shuō)法的正確性？簡(jiǎn)述其原因。答 ：這種說(shuō)法不正確。因?yàn)樵诿枋隽鲃?dòng)的能量微分方程中，對(duì)流項(xiàng)含有流體速度，即要獲得流體的溫度場(chǎng)， 必須先獲得其速度場(chǎng)，“流動(dòng)與換熱密不可分” ，因此表面?zhèn)鳠嵯禂?shù)必與流體速度場(chǎng)有關(guān)。24 對(duì)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(guò)實(shí)驗(yàn)來(lái)測(cè)定夾層中流體的導(dǎo)熱系數(shù)，應(yīng)采用哪一種布置？解：（ 1）中熱量交換的方式主要為熱傳導(dǎo)。（ 2）熱量交換的方式主要有熱傳導(dǎo)和自然對(duì)流。所以如果要通

15、過(guò)實(shí)驗(yàn)來(lái)測(cè)定夾層中流體的導(dǎo)熱系數(shù)，應(yīng)采用（1）布置。25. 試從沸騰過(guò)程分析，為什么總電加熱器時(shí)當(dāng)加熱功率q>qmax時(shí)易發(fā)生壁面被燒毀的現(xiàn)象，而采用蒸汽加熱則不會(huì)。熱線法”測(cè)氣體導(dǎo)熱系數(shù)控制誤差： 設(shè)法維持鎢絲溫度為恒定； 為減少氣體對(duì)流傳熱的影響， 測(cè)量應(yīng)在低氣壓條件下進(jìn)行-可編輯修改 -。答：用電加熱時(shí)， 加熱方式是控制表面的熱流密度， 而采用蒸汽加熱則是避免溫度可控的情形。由大容器飽和沸騰曲線可知， 當(dāng)加熱功率 q 稍超過(guò) qmax值時(shí)，工況將沿虛線跳至穩(wěn)定膜態(tài)沸騰曲線，使壁面溫度飛升，導(dǎo)致設(shè)備燒毀。27. 列車的車廂為什么要裝兩層玻璃？試從傳熱學(xué)的觀點(diǎn)分析其原因答：如果只裝了一

16、層玻璃， 玻璃就成了冷空氣和熱空氣的分隔物， 車廂內(nèi)的水蒸氣就要在玻璃窗上凝成小水珠，而且玻璃窗的裂縫即使很小，它依舊透風(fēng)，冷空氣源源不斷的進(jìn)來(lái)，這樣車廂內(nèi)的溫度就會(huì)受到影響。28。壓縮機(jī)設(shè)備中用套管溫度計(jì)測(cè)量容器內(nèi)的流體溫度為什么會(huì)產(chǎn)生測(cè)溫誤差？如何減小誤差？答：穩(wěn)態(tài)時(shí)，套管從壓縮空氣獲得的熱流量正好等于套管向筒身的導(dǎo)熱及輻射傳熱之和。因而，套管的壁面溫度必然低于壓縮空氣的溫度，即存在測(cè)溫誤差。減小誤差的方法：1. 選用導(dǎo)熱系數(shù)更小的材料做套管2. 盡量增加套管高度，并減小壁厚3. 強(qiáng)化套管與流體間的換熱4. 在儲(chǔ)氣筒外包以保溫材料-可編輯修改 -。30肋片高度增加引起兩種效果：肋效率下降及

17、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(guò)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。答：錯(cuò)誤，因?yàn)楫?dāng)肋片高度達(dá)到一定值時(shí)，通過(guò)該處截面的熱流密度為零。通過(guò)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)生變化三、計(jì)算題1為什么計(jì)算個(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 ? 對(duì)于溫度已知的多表面系統(tǒng)，試總結(jié)求解每一表面凈輻射換熱量的基本步驟。答：（1）因?yàn)槿我槐砻媾c外界的輻射換熱包括了該表面向空間各個(gè)方向發(fā)出的輻射能和從各個(gè)方向投入到該表面上的輻射能（ 2）畫(huà)出輻射網(wǎng)絡(luò)圖，寫(xiě)出端點(diǎn)輻射力、表面熱阻和空間熱阻；寫(xiě)出由中間節(jié)點(diǎn)方程組成的方

18、程組；解方程組得到各點(diǎn)有效輻射；由端點(diǎn)輻射力，有效輻射和表面熱阻計(jì)算各表面凈輻射換熱量2. 什么是輻射表面熱阻？什么是輻射空間熱阻？網(wǎng)絡(luò)法的實(shí)際作用你是怎樣認(rèn)識(shí)的？答：出輻射表面特性引起的熱阻稱為輻射表面熱阻， 由輻射表面形狀和空間位置引起的熱阻稱為輻射空間熱阻， 網(wǎng)絡(luò)法的實(shí)際作用是為實(shí)際物體表面之間的輻射換熱描述了清晰的物理概念和提供了簡(jiǎn)潔的解題方法。3. 三表面封閉系統(tǒng)，試總結(jié)每一表面凈輻射換熱量的基本步驟，并畫(huà)出三表面封閉系統(tǒng)的等效網(wǎng)絡(luò)圖。答： (1) 組成封閉腔系統(tǒng)，并確定表面的數(shù)目(2) 畫(huà)出等效的輻射網(wǎng)絡(luò)圖(3) 計(jì)算角系數(shù)及輻射熱阻(3) 根據(jù)類似于電學(xué)中的基爾霍夫定律列出節(jié)點(diǎn)方

19、程(4) 求解代數(shù)方程得出節(jié)點(diǎn)電勢(shì)(5) 按下列公式確定每個(gè)表面的凈輻射換熱量。4對(duì)于矩形區(qū)域內(nèi)的常物性，無(wú)內(nèi)熱源的導(dǎo)熱問(wèn)題，試分析在下列四種邊界條件的組合下，導(dǎo)熱物體為銅或鋼時(shí)，物體中的溫度分布是否一樣：（ 1）四邊均為給定溫度；（ 2）四邊中有一個(gè)邊絕熱，其余三個(gè)邊均為給定溫度；（ 3）四邊中有一個(gè)邊為給定熱流 （不等于零），其余三個(gè)邊中至少有一個(gè)邊為給-可編輯修改 -。定溫度；（ 4）四邊中有一個(gè)邊為第三類邊界條件。解：（ 1）一樣，因?yàn)閮煞N情況下的數(shù)學(xué)描寫(xiě)中不出現(xiàn)材料物性值；（ 2）一樣，理由同上；(3) 不一樣，在給定熱流的邊上，邊界條件中出現(xiàn)固體導(dǎo)熱系數(shù)；(4) 不一樣，在第三類邊

20、界條件的表達(dá)式中出現(xiàn)固體導(dǎo)熱系數(shù)5。對(duì)于強(qiáng)迫對(duì)流換熱現(xiàn)象， 選用實(shí)驗(yàn)關(guān)聯(lián)式計(jì)算其表面?zhèn)鳠嵯禂?shù)時(shí)的計(jì)算步驟。（ 1）求出物體表面溫度 和流體溫度 的算術(shù)平均值，查取流體在這個(gè)平均溫度下的物性值：比熱，黏度，導(dǎo)熱系數(shù)，普朗特?cái)?shù)等.(2) 根據(jù)物體的形狀和流體的流動(dòng)形式， 選定對(duì)流換熱影響最大， 關(guān)系最密切的定形尺寸 L 和特征速度 U;(3) 由以上的 L，u，V 計(jì)算雷諾數(shù) Re；（ 4）根據(jù)計(jì)算的雷諾數(shù) Re 值判定流體的流動(dòng)狀態(tài)是層流還是紊流；（ 5）根據(jù)上面的判定選擇適當(dāng)?shù)呐麪枖?shù)（，）；并計(jì)算其值；（ 6）由求得的努塞爾數(shù)值反過(guò)來(lái)計(jì)算表面換熱系數(shù)h 的值，6。對(duì)于自然對(duì)流換熱現(xiàn)象， 選用實(shí)驗(yàn)關(guān)聯(lián)式計(jì)算其表面?zhèn)鳠嵯禂?shù)時(shí)的計(jì)算步驟。（ 1）求出物體表面溫度