傳熱學第一章習題

第一章緒論練習題思考題與典型題精解

[例1-1]人體為恒溫體。若房間里氣體的溫度在夏天和冬天都保持20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?解：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溫度高，因此通過墻壁的熱量傳遞方向是由室外傳向室內。而冬季室外氣溫比室內低，通過墻壁的熱量傳遞方向是由室內傳向室外。因此冬季和夏季墻壁內表面溫度不同，夏季高而冬季低。因此，盡管冬季室內溫度比夏季高，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高，因此在冬季比在夏季感覺冷。

[例1-2]夏天人在同樣溫度（如：25攝氏度）的空氣和水中的感覺不一樣。為什么？解：人體溫度一般為37℃，環(huán)境溫度為25℃，所以人體向外界散熱。

即人在空氣中散失的熱量比在水中散失的熱量小，所以在水中感覺更涼爽一些。因為對流傳熱系數(shù)，空氣﹤水[例1-3]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？解：熱量的傳遞過程：室內→里層玻璃外壁→里層玻璃內壁→夾層空氣→外層玻璃內壁→外層玻璃外壁→室外

夾層空氣不流動，只起導熱作用。：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。[例1-4]

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，你認為它應該攪拌碗中的稀飯還是盆中的水？

解：從稀飯到涼水是一個傳熱過程。顯然這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，應該用攪拌的方式強化稀飯側的傳熱。[例1-5]電影《泰坦尼克號》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筏上而幸存下來。試從傳熱學的觀點解釋這一現(xiàn)象。解：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產生自然對流。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。[例1-6]冬天，在相同的室外溫度條件下，為什么有風比無風感到更冷些？解：假定人體表面溫度相同時，人體的散熱在有風時相當于強制對流換熱，而在無風時屬自然對流換熱（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然對流強烈。因而在有風時從人體帶走的熱量更多，所以感到更冷一些。[例1-7]北方深秋季節(jié)的清晨，樹葉葉面上常常結霜。試問樹葉上、下表面的哪一面結霜？為什么？解：霜會結在樹葉的上表面。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氏度，因而容易結霜。[例1-8]利用同一冰箱儲存相同食物時，試問結霜的冰箱耗電量大還是未結霜的冰箱耗電量大？

解：當其他條件相同時，冰箱的結霜相當于在冰箱蒸發(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，必然要求蒸發(fā)器處于更低的溫度。所以，結霜的冰箱耗電量更大。[例1-9]

一雙層玻璃窗，寬1.1m，高1.2m，厚3mm，導熱系數(shù)為1.05；中間空氣層厚度為5mm，設空氣間隙僅起導熱作用，導熱系數(shù)為。室內空氣溫度為25℃，表面?zhèn)鳠嵯禂?shù)為20；室外空氣溫度為-10℃，表面?zhèn)鳠嵯禂?shù)為15試計算通過雙層玻璃窗的散熱量，并與同樣厚度單層玻璃窗相比較。假定在兩種情況下，室內、室外空氣溫度及表面?zhèn)鳠嵯禂?shù)相同。②單層玻璃窗情形：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保溫。

=146.8W

W解：①雙層玻璃窗情形，由傳熱過程計算式:[例1-10]

白天，地球表面接受來自太陽的輻射熱流密度為。設地表空氣與地面間的表面?zhèn)鳠嵯禂?shù)為，空氣溫度為20℃。設地球可以看成黑體表面，且地球對太空的輻射可看成是對0K黑體空間的輻射，試確定地球表面的平衡溫度。解：由熱平衡關系，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，設過程為穩(wěn)態(tài)，有，將已知條件代入，得[例1-11]

一塊厚50mm的大平板，兩側表面分別維持在和。試求不同材料時的熱流密度：(1)的銅材，(2)的鑄鐵，(3)的石棉。解：按平壁導熱計算公式（1）（2）（3）[例1-12]

熱平面周圍的環(huán)境度，壁面敷設厚=30mm的隔熱層。隔熱材料的導熱系數(shù)

隔熱層與平壁接觸面的溫度其外表面溫度。求隔熱層外表面和環(huán)境間對流換熱的表面?zhèn)鳠嵯禂?shù)h。

解：根據(jù)題意，如右圖，穿過隔熱層的熱量為導熱熱量，于是：隔熱層外表面與環(huán)境間的換熱為對流換熱：穩(wěn)態(tài)時，，即

tf[例1-13]

表面溫度為95℃的蒸汽管道在廠房內通過，若管道表面的發(fā)射率=0.85，試計算蒸汽管道輻射出的熱流密度（不計對流）。解：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[例1-14]

上例中的蒸汽管道除本身發(fā)射出輻射放熱外，（1）還有什么其它散熱方式？（2）已知h＝5.6，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。

解：（1）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討論

對大空間內的熱