《傳熱學(xué)》2版-輔導(dǎo)資料-思考題參考答案

思考題參考答案（僅供參考）第1章緒論思考題1．一維大平壁穩(wěn)態(tài)導(dǎo)熱傅里葉定律的形式與牛頓冷卻公式頗相似，那么為什么導(dǎo)熱系數(shù)是物性，表面?zhèn)鳠嵯禂?shù)h卻不是物性？回答：物性表示材料本身在化學(xué)組成及結(jié)構(gòu)不發(fā)生改變時(shí)的固有性質(zhì)。與物體的載熱能力、熱輸運(yùn)能力大小直接相關(guān)的量稱為熱物理性質(zhì)，簡(jiǎn)稱熱物性。如：密度、比熱容、導(dǎo)熱系數(shù)、汽化熱、融解熱、粘度、熔點(diǎn)、沸點(diǎn)、熱膨脹系數(shù)，以及輻射換熱中的發(fā)射率、吸收比、反射比等。它們的值一般隨材料的溫度、壓力等條件的變化而有所改變。但表面?zhèn)鳠嵯禂?shù)則不僅受溫度的影響，還隨著流體的運(yùn)動(dòng)狀態(tài)、流速、流向、表面形狀等因素發(fā)生變化。這些特性不屬于材料本身固有的性質(zhì)，因而其不具備物性的基本屬性。2．導(dǎo)熱傅里葉定律的寫(xiě)法（指負(fù)號(hào)）與問(wèn)題中坐標(biāo)的方位有沒(méi)有什么關(guān)系？附圖中兩種情形所對(duì)應(yīng)的熱流方程是否相同？回答：傅里葉定律中的熱流量（或熱流通量）的正負(fù)取決于所建立的坐標(biāo)系。表達(dá)式中的負(fù)號(hào)表示熱流密度與溫度梯度永遠(yuǎn)方向相反。在左側(cè)的附圖中，熱流在x的正方向上，溫度梯度呈負(fù)值；在右側(cè)的圖中，熱流在x的反方向上，而溫度梯度呈正值，皆與傅里葉定律一致。3．試分析一只普通白熾燈泡點(diǎn)亮?xí)r的熱量傳遞過(guò)程?；卮穑喊谉霟襞蔹c(diǎn)亮?xí)r，熾熱的燈絲將熱量（包括可見(jiàn)光）以輻射方式發(fā)射到玻璃殼的內(nèi)側(cè)，一部分短波輻射透過(guò)玻璃直接出來(lái)，大部分紅外能量則只能以導(dǎo)熱方式通過(guò)玻璃到達(dá)外側(cè)，然后再以對(duì)流和輻射的形式散發(fā)到周圍的環(huán)境中。注意各環(huán)節(jié)中熱量傳遞的串連或并聯(lián)關(guān)系。4．試分析一個(gè)灌滿熱水的暖水瓶的散熱全過(guò)程中所有環(huán)節(jié)，應(yīng)如何提高它的保溫性能？回答：裝滿熱水的保溫瓶的傳熱過(guò)程為：熱水（對(duì)流）瓶膽內(nèi)壁內(nèi)側(cè)（經(jīng)導(dǎo)熱）瓶膽內(nèi)壁外側(cè)（經(jīng)輻射）瓶膽外壁內(nèi)側(cè)（經(jīng)導(dǎo)熱）瓶膽外壁外側(cè)（經(jīng)輻射和自然對(duì)流）環(huán)境。要想提高保溫性能，可以提高夾層的真空度，也可以設(shè)法降低玻璃內(nèi)外側(cè)的發(fā)射率。5．請(qǐng)說(shuō)明“傳熱過(guò)程”和“復(fù)合換熱過(guò)程”這兩個(gè)概念的不同點(diǎn)和相同點(diǎn)？回答：“傳熱過(guò)程”一般指由3個(gè)串連環(huán)節(jié)構(gòu)成的綜合傳熱，即對(duì)流－導(dǎo)熱－對(duì)流。它實(shí)際上與對(duì)流邊界條件下的導(dǎo)熱過(guò)程本質(zhì)相同。而“復(fù)合換熱過(guò)程”則指處于并聯(lián)關(guān)系的對(duì)流和輻射作用，這種情況常常出現(xiàn)在氣體介質(zhì)與固體表面的換熱過(guò)程以及多孔介質(zhì)的傳熱過(guò)程中。6．對(duì)導(dǎo)熱熱流密度q和對(duì)流換熱時(shí)熱流密度q的正負(fù)規(guī)定是否相同？為什么？回答：導(dǎo)熱熱流密度遵循傅里葉定律的規(guī)定（參見(jiàn)思考題2）。按照牛頓冷卻公式，對(duì)流換熱時(shí)的熱流密度一般總是表示為正值，即溫差總保持正值。7．你能正確區(qū)別熱量、熱流量、熱流密度（或稱熱流通量）幾個(gè)不同稱呼的準(zhǔn)確含義嗎？它們哪些是矢量？在針對(duì)控制體積求和時(shí)，上述三個(gè)量是否處理方法相同？回答：熱量是標(biāo)量，單位為J（焦），定義請(qǐng)參見(jiàn)《工程熱力學(xué)》。熱流量也是標(biāo)量，即單位時(shí)間內(nèi)傳遞的熱量，單位W（瓦）。熱流密度則是矢量，代表單位面積上的熱流密度，為局部值。標(biāo)量求和可以直接相加、不論方向，而矢量求和必須考慮方向的影響。8．把q寫(xiě)成/A，需要附加什么條件，還是無(wú)條件？回答：條件是：（1）面積必須與熱流的方向相垂直；（2）熱流量在面積A上上均勻的。否則就應(yīng)該把熱流密度理解為A上的平均值，即qm。9．你認(rèn)為100℃的水和100℃的空氣，哪個(gè)引起的燙傷更嚴(yán)重？為什么？回答：顯然熱水引起的燙傷更嚴(yán)重。因?yàn)樗谋砻鎮(zhèn)鳠嵯禂?shù)比空氣的大得多，所以在相同時(shí)間內(nèi)，熱水導(dǎo)致的皮膚表面溫升要大得多。10．酷熱的夏天，用打開(kāi)冰箱門的方法能不能使室內(nèi)溫度有明顯的下降？回答：冰箱的作用是在一個(gè)保溫良好的小空間內(nèi)獲得并保持低溫，其制冷能力（功率）遠(yuǎn)遠(yuǎn)低于空調(diào)機(jī)組。打開(kāi)冰箱門引起的室溫降低微不足道，反而會(huì)使壓縮機(jī)常開(kāi)不停。11．熱對(duì)流與對(duì)流換熱有何區(qū)別？（答案略）12．列舉你所了解的生活或工程中傳熱的若干應(yīng)用實(shí)例，并分析他們的基本傳熱原理。（答案略）13．為什么針對(duì)控制容積和針對(duì)表面的能量平衡關(guān)系有根本的差別？（答案略）14．你認(rèn)為傳熱學(xué)與熱力學(xué)的研究對(duì)象和研究?jī)?nèi)容有什么相同和不同？（答案略）15．30多年以前，一名叫姆貝巴（Mpemba）的非洲學(xué)生曾經(jīng)發(fā)現(xiàn)，同等條件下放在冰箱中的熱冰琪淋汁反而比冷冰琪淋汁先開(kāi)始結(jié)冰。他請(qǐng)一位物理系的教授解釋這個(gè)現(xiàn)象。教授作了實(shí)測(cè)：用直徑45mm、容積100cm3的玻璃杯放入溫度不同的水在冰箱中凍結(jié)。實(shí)驗(yàn)結(jié)果證明，在初始溫度30℃～80℃范圍內(nèi)，溫度越高，結(jié)冰越早。你對(duì)這個(gè)問(wèn)題如何認(rèn)識(shí)？回答：可以這樣分析：如果杯中是等量的水，而且不考慮因蒸發(fā)而損失質(zhì)量，就不會(huì)出現(xiàn)熱水比冷水更早凍結(jié)的事情。但如果等量水，且杯子敞口，熱水會(huì)因?yàn)檩^快的蒸發(fā)速率而導(dǎo)致質(zhì)量減少，更重要的是，由蒸發(fā)導(dǎo)致的冷卻作用（稱為蒸發(fā)冷卻）使杯中的水更快地降溫，這種作用可能比冰箱的制冷作用更強(qiáng)。16．一位家庭主婦告訴她的工程師丈夫說(shuō)，站在打開(kāi)門的冰箱前會(huì)感覺(jué)很冷。丈夫說(shuō)不可能，理由是冰箱內(nèi)沒(méi)有風(fēng)扇，不會(huì)將冷風(fēng)吹到她的身上。你覺(jué)得是妻子說(shuō)得對(duì)，還是丈夫說(shuō)得對(duì)？回答：顯站在打開(kāi)門的冰箱前的確會(huì)感覺(jué)到有“一股涼風(fēng)撲面而來(lái)”。雖然冰箱內(nèi)并沒(méi)有風(fēng)扇把冷風(fēng)吹出來(lái)，但是皮膚表面與冰箱內(nèi)的物體以輻射方式交換熱量的結(jié)果，仍然會(huì)使人感覺(jué)到明顯的涼意。17．夏季會(huì)議室中的空調(diào)把室溫定在24℃，同一個(gè)房間在冬天供暖季內(nèi)將室溫也調(diào)到24℃。但是夏季室內(nèi)人們穿短褲、裙子感覺(jué)舒適，冬天則必須穿長(zhǎng)袖長(zhǎng)褲甚至毛衣。請(qǐng)問(wèn)這是為什么？回答：這同樣是輻射換熱的結(jié)果。雖然室溫幾乎相同，但這僅僅說(shuō)明室內(nèi)空氣溫度差不多相等。人對(duì)冷熱的感覺(jué)除了空氣溫度外，還有一個(gè)重要因素就是散熱的速率。冬季室內(nèi)墻壁、地板等均為低溫，與人體之間存在輻射熱交換。夏季則剛好相反，室內(nèi)墻壁為高溫一方，人從輻射中得熱。這一得一失兩種正好相反的熱量交換作用就是導(dǎo)致人對(duì)相同的室內(nèi)溫度產(chǎn)生截然相反感覺(jué)的根本原因。第2章導(dǎo)熱理論基礎(chǔ)思考題1．在平面溫度場(chǎng)中，如果等溫線很密集表示什么含義？很稀疏又代表什么含義？回答：等溫線密集表明溫度梯度比較大，等溫線稀疏則表示溫度梯度小。2．傅里葉定律表示導(dǎo)熱物體內(nèi)的溫度梯度與導(dǎo)熱熱流q之間的定量數(shù)學(xué)關(guān)系。其中不曾出現(xiàn)時(shí)間變量。那么，你如何理解并解釋在分析非穩(wěn)態(tài)導(dǎo)熱問(wèn)題時(shí)也可以應(yīng)用傅氏定律？回答：非穩(wěn)態(tài)導(dǎo)熱問(wèn)題遵循兩個(gè)基本規(guī)律，一個(gè)是能量守恒定律，一個(gè)是傅里葉定律。在對(duì)物體內(nèi)的任意微元體積做熱平衡分析時(shí)，切記傅里葉定律中的熱流密度和溫度梯度均代表瞬時(shí)值，傅里葉定律的規(guī)律仍成立。3．應(yīng)用傅里葉定律時(shí)有哪些限制？回答：限制條件是：（1）純導(dǎo)熱物體（非純導(dǎo)熱物體以當(dāng)量或表觀導(dǎo)熱系數(shù)描述之）；（2）各向同性（各向異性物體須在導(dǎo)熱主軸坐標(biāo)系中運(yùn)用傅里葉定律）；（3）非超短時(shí)間、超大熱流密度或超低溫度的導(dǎo)熱問(wèn)題。4．有人認(rèn)為，兩條相鄰等溫線上的任意兩點(diǎn)之間都存在熱量傳遞。也有人反對(duì)這種說(shuō)法，理由是：如果任意兩點(diǎn)間都存在熱量傳導(dǎo)的話，那么任意點(diǎn)的熱流均沿等溫線法向傳遞的原則就被否定了。你如何看待、分析這個(gè)爭(zhēng)議？（答案略）5．現(xiàn)代宇航工程和超低溫工程中應(yīng)用的超級(jí)絕熱材料的導(dǎo)熱系數(shù)甚至低到104W/(m℃)以下，該數(shù)值已經(jīng)大大低于導(dǎo)熱性能最低的氣體介質(zhì)。試分析它是如何實(shí)現(xiàn)的？回答：導(dǎo)熱性能最差的是氣體，低限大約為0.007W/(mK)。但超級(jí)絕熱材料的導(dǎo)熱系數(shù)能夠低到104～105W/(m℃)。它采用了抽真空（完全抑制對(duì)流換熱）和幾十層以上的減輻射鍍膜技術(shù)。注意此類材料一般都是各向異性的。6．在一定溫度區(qū)間內(nèi)，物質(zhì)的導(dǎo)熱系數(shù)大都可以表示為溫度的線性函數(shù)：=0（1＋bt），式中t為攝氏溫度。有人認(rèn)為：“b為導(dǎo)熱系數(shù)隨t變化的斜率。而0則代表0℃時(shí)該材料的導(dǎo)熱系數(shù)。因?yàn)榇雝=0℃，得＝0?！蹦阏J(rèn)為這種說(shuō)法對(duì)不對(duì)？為什么？有時(shí)會(huì)把方程寫(xiě)作=0＋bt。這個(gè)b、0又代表什么意義？回答：導(dǎo)熱系數(shù)隨溫度變化時(shí)，函數(shù)關(guān)系一般是寫(xiě)作=0（1＋bt）的形式。但是一般來(lái)說(shuō)0卻并不代表0℃時(shí)該材料的導(dǎo)熱系數(shù)。參見(jiàn)附圖，這是因?yàn)?實(shí)際上是該式適用溫度區(qū)間內(nèi)近似線性關(guān)系的延長(zhǎng)線與縱軸的交點(diǎn)。它一般不會(huì)正好與=f（t）曲線在0℃時(shí)的數(shù)值相等。寫(xiě)為=0＋bt時(shí)，0未變，而b相當(dāng)于原式中的0b。7．對(duì)于一維穩(wěn)態(tài)導(dǎo)熱，dt/dx>0，dt/dx<0分別具有什么含義？d2t/dx2>0又具有什么含義？回答：在一維穩(wěn)態(tài)導(dǎo)熱中，dt/dx>0代表在所取的坐標(biāo)系中，沿x的正方向溫度升高；dt/dx<0正相反，代表沿x的正方向溫度降低。也可以理解為前者表示熱流位于x軸的正方向，后者則是熱流位于x軸的反方向。從對(duì)導(dǎo)熱微分方程的分析中可知，d2t/dx2>0表示在控制體積中存在內(nèi)冷源。而對(duì)于非穩(wěn)態(tài)導(dǎo)熱，二階導(dǎo)數(shù)的正負(fù)代表物體內(nèi)的溫度在升高還是在下降。8．已知某個(gè)確定的熱流場(chǎng)q=f(x,y)，能否由此唯一地確定物體的溫度場(chǎng)？或者還需要補(bǔ)充什么條件？反過(guò)來(lái)，從溫度場(chǎng)能否唯一地確定熱流場(chǎng)？回答：導(dǎo)熱問(wèn)題中若全部邊界條件都是第二類（包括絕熱），將無(wú)法唯一地得到溫度場(chǎng)的確定解。而對(duì)給定的溫度場(chǎng)，卻可以根據(jù)傅里葉定律唯一地確定熱流場(chǎng)。因?yàn)橐粋€(gè)物體若均勻地提升相同溫度，其熱流場(chǎng)將不會(huì)發(fā)生任何改變。即一個(gè)熱流場(chǎng)可以對(duì)應(yīng)無(wú)窮多個(gè)溫度場(chǎng)。所以，導(dǎo)熱問(wèn)題必須至少具有一個(gè)溫度參考點(diǎn)，才能唯一地確定其解。9．某二維導(dǎo)熱物體，常物性，部分邊界q=常數(shù)，另一部分絕熱，能否確定其溫度場(chǎng)？回答：不能，原因同上。10．如思考題27附圖所示的二維控制體積，導(dǎo)入熱流量分別是x和y，另外的兩面絕熱。導(dǎo)入的總熱流量等于：絕熱絕熱(x2+y2)1/2；(b)x+y；(c)qxAx+qyAy；(d)(qx2Ax+qy2Ay)1/2回答：（b）是正確的。熱流量非矢量，可以代數(shù)相加。在本題的特定條件下，(c)在數(shù)值上也是正確的。11．請(qǐng)分析第三類邊界條件的數(shù)學(xué)表達(dá)式（2-3-13回答：不是。對(duì)上圖的(a)，低溫側(cè)即右側(cè)邊界條件，式（2-3-13）的寫(xiě)法沒(méi)問(wèn)題。但是用于左側(cè)就不正確了。圖(b)也存在相同的問(wèn)題。因?yàn)檫@時(shí)等號(hào)兩邊的數(shù)值將會(huì)變成一正一負(fù)。所以，書(shū)寫(xiě)此類邊界條件時(shí)，務(wù)必要仔細(xì)核對(duì)在對(duì)應(yīng)坐標(biāo)系中溫差的寫(xiě)法。12．導(dǎo)熱微分方程從導(dǎo)熱物體內(nèi)部的微元體分析得到。那么它是否也能用于導(dǎo)熱物體的邊界上？為什么？回答：如果把物體在邊界上與外界的所有熱交換，無(wú)論導(dǎo)熱方式、對(duì)流方式，還是輻射方式都視為“虛擬的內(nèi)熱源”的話，導(dǎo)熱微分方程就完全適用于邊界。從這種觀點(diǎn)出發(fā)推導(dǎo)的控制方程與根據(jù)邊界控制表面熱平衡關(guān)系導(dǎo)出的方程肯定是完全一致的。13．無(wú)源大平壁一維穩(wěn)態(tài)導(dǎo)熱，溫度場(chǎng)的通解等于t=c1x+c2，積分常數(shù)由邊界條件確定。這是否意味著c1、c2都與平壁本身的物理?xiàng)l件無(wú)關(guān)？回答：一維平壁溫度場(chǎng)通解中的積分常數(shù)要由邊界條件決定，（1）若兩側(cè)均為恒壁溫，那么溫度分布將與導(dǎo)熱系數(shù)無(wú)關(guān)；（2）若給定一側(cè)為恒熱流，另一側(cè)恒壁溫，則溫度分布中將出現(xiàn)導(dǎo)熱系數(shù)和熱流密度；（3）兩側(cè)均為恒定熱流時(shí)，為不定解；（4）兩側(cè)為對(duì)流邊界條件時(shí)，平壁內(nèi)的溫度分布與導(dǎo)熱系數(shù)以及兩側(cè)的表面?zhèn)鳠嵯禂?shù)均有關(guān)。請(qǐng)思考，若有內(nèi)熱源情況會(huì)怎么樣？14．用一條加了保溫的圓管道輸送低溫流體，發(fā)現(xiàn)保溫層外面有結(jié)霜，請(qǐng)你分析其中的原因，并說(shuō)明如何改進(jìn)它?；卮穑罕貙油饨Y(jié)霜，說(shuō)明：（1）保溫不充分，漏冷量比較大；（2）保溫材料外表面的溫度已經(jīng)低于當(dāng)?shù)丨h(huán)境條件下的冰點(diǎn)，應(yīng)提高保溫厚度或者換用性能好的保溫材料。第3章穩(wěn)態(tài)導(dǎo)熱分析與計(jì)算思考題1．試證明，圓筒壁一維穩(wěn)態(tài)導(dǎo)熱變導(dǎo)熱系數(shù)計(jì)算也可以和平壁時(shí)一樣，取兩側(cè)表面算術(shù)平均溫度下的導(dǎo)熱系數(shù)值m代入原公式求得導(dǎo)熱熱量。（答案略）2．參見(jiàn)附圖，圓筒壁內(nèi)側(cè)t1<t2，請(qǐng)判斷壁內(nèi)溫度分布應(yīng)該是兩圖中哪一個(gè)？并說(shuō)明理由，設(shè)導(dǎo)熱系數(shù)等于常數(shù)?；卮穑簩?dǎo)熱系數(shù)等于常數(shù)的一維導(dǎo)熱方程是（3-1-15），于是溫度梯度可以寫(xiě)作(dt/dr)=c/r?？梢?jiàn)，溫度梯度與徑向坐標(biāo)成反比，即半徑小的圓筒壁內(nèi)側(cè)的溫度梯度一定大于外側(cè)的溫度梯度。所以附圖(b)是正確的。3．凸?fàn)钶S呈對(duì)稱圖形，如果側(cè)面絕熱且導(dǎo)熱系數(shù)為常數(shù)，其一維穩(wěn)態(tài)溫度分布呈什么？回答：在一維、穩(wěn)態(tài)、無(wú)內(nèi)熱源且常物性條件下，熱流量為常數(shù)，即A(x)dt/dx=常數(shù)。這表明導(dǎo)熱的截面積A與溫度梯度成反比。只有在等截面情況下，溫度梯度才是常量。4．兩端均給定第一類邊界條件的等截面直肋，溫度各自保持t1、t2，問(wèn)其算術(shù)平均溫度位于幾何中心，還是偏向高溫側(cè)或偏向低溫側(cè)？為什么？（不作具體數(shù)學(xué)推導(dǎo)，僅通過(guò)分析來(lái)論證。）回答：平均溫度不會(huì)位于幾何中心。因?yàn)檠乩吒叻较虻臏囟确植汲氏掳紶睿锤邷囟说臏囟忍荻却笥诘蜏囟耍ū砻鎮(zhèn)鳠嵯禂?shù)恒定時(shí)，高溫端的傳熱溫差大，因而散熱較快，溫降更大些）。參見(jiàn)附圖，容易明白，肋的算術(shù)平均溫度必將偏向肋的高溫側(cè)。5．金屬材料的導(dǎo)熱系數(shù)很高，因此用測(cè)量保溫材料導(dǎo)熱系數(shù)的平板導(dǎo)熱儀等設(shè)備無(wú)法進(jìn)行有效的測(cè)量。主要困難在于測(cè)得的溫差太小，因而誤差達(dá)到無(wú)法接受的程度。請(qǐng)你設(shè)計(jì)一種用肋測(cè)量金屬導(dǎo)熱系數(shù)的方案，并論證其可行性。（答案略）6．參見(jiàn)教材中圖3.3，導(dǎo)熱系數(shù)和厚度均不相同的多層平壁內(nèi)的溫度分布為一折線。你是否能設(shè)法將它變成一條直線？回答：多層平壁的溫度分布通常呈折線形狀，但這是指以x為橫軸時(shí)的情況。出現(xiàn)這種情況的根本原因是各層材料的厚度和導(dǎo)熱系數(shù)均不同。從式（3-1-12）得到啟發(fā)，溫度分布與平壁的導(dǎo)熱熱阻應(yīng)該是成正比的。所以如果把橫軸改為x/，溫度分布就成為一條直線了。在這個(gè)圖中，熱阻小的材料“厚度”就小。這個(gè)辦法還可以用于圖解中間層t2、t3的溫度。7．為什么對(duì)有內(nèi)熱源的導(dǎo)熱體不能用一個(gè)單元熱阻來(lái)表示？如果一定要用一個(gè)單元熱阻來(lái)表示，那么與平常的畫(huà)法應(yīng)該有何不同？qq(a)(b)回答：教材中強(qiáng)調(diào)了導(dǎo)熱物體存在內(nèi)熱源時(shí)，通過(guò)每個(gè)導(dǎo)熱截面的熱流密度不再相等，因此不能再用通常的單元熱阻來(lái)表示,見(jiàn)附圖(b)。如果一定要畫(huà)成熱阻的形式，可以表示為類似于分布載荷的形狀,見(jiàn)附圖(a)。8．對(duì)單層平壁的穩(wěn)態(tài)導(dǎo)熱來(lái)說(shuō)，保證一維溫度場(chǎng)的條件是下述的哪一個(gè)？(a)平壁的長(zhǎng)、寬應(yīng)該遠(yuǎn)遠(yuǎn)大于平壁的厚度；(b)兩側(cè)表面的溫度均勻一致；(c)以上兩條必須同時(shí)滿足?；卮穑簯?yīng)該是(b)。如果嚴(yán)格滿足溫度均勻的條件，那么無(wú)論該平壁是大是小，就都是一維溫度場(chǎng)。條件(a)實(shí)際上只是通常用來(lái)近似達(dá)到條件(b)的一種幾何約束，目的無(wú)非是把壁面的端部效應(yīng)，或邊緣效應(yīng)降到最低。實(shí)際上，只要兩表面的溫度非常均勻，也就意味著端部是絕熱的。9．肋效率最大可能的數(shù)值等于多少？它會(huì)在什么條件（包括理想化的條件）下達(dá)到？回答：肋效率最大可能的數(shù)值當(dāng)然是1，即肋片本身沒(méi)有熱阻。能實(shí)現(xiàn)這一條的情況只有2個(gè)：材料的導(dǎo)熱系數(shù)無(wú)窮大，或者肋高等于零。10．試證明肋效率f與肋壁總效率0之間的相對(duì)大小關(guān)系。（答案略）11．是否存在加肋以后反而使散熱變小的可能？如有，請(qǐng)具體說(shuō)明在什么情況下會(huì)出現(xiàn)?；卮穑豪邔?shí)際上是通過(guò)增大有效換熱面積來(lái)強(qiáng)化傳熱的，同時(shí)肋本身也給基面附加了一個(gè)導(dǎo)熱熱阻。定義如下稱為“肋的有效性”的無(wú)量綱參數(shù)：它表示肋的傳熱量與假定不存在肋時(shí)的傳熱量之比。其中，Ac,0表示被肋覆蓋了的基面面積。在設(shè)計(jì)中一般認(rèn)為如果f<2，這個(gè)肋的作用不大，或者說(shuō)這個(gè)肋的設(shè)計(jì)參數(shù)不甚合理?？梢酝瞥隼吒邿o(wú)限大時(shí)肋的有效性等于：12．試對(duì)等截面直肋采用如下兩種方法增大傳熱量的效果進(jìn)行分析和比較：（1）加大肋高；（2）增加肋片的數(shù)目?；卮穑海?）從教材中的式（3-2-4）可知，等截面直肋的散熱量與mL乘積的雙曲正切函數(shù)成正比。參見(jiàn)附圖，該函數(shù)的特點(diǎn)是當(dāng)mL趨于飽和了。這說(shuō)明肋高達(dá)到一定程度以后，再過(guò)度加大對(duì)傳熱的貢獻(xiàn)將很微小，反而白白浪費(fèi)材料。而過(guò)大的肋高必然導(dǎo)致肋效率降低。所以正確設(shè)計(jì)的肋片高度應(yīng)該滿足Lm（？）。（2）增加肋片數(shù)目能夠在不影響肋效率的前提下加大傳熱量，這種增加與材料的增加成正比，只是要注意肋片密度以不削弱肋表面的對(duì)流換熱為限。13．減小步長(zhǎng)是否永遠(yuǎn)可以提高解的精度？回答：當(dāng)因減小步長(zhǎng)引起的舍入誤差累計(jì)超過(guò)截?cái)嗾`差減小而獲得的好處時(shí)，減小步長(zhǎng)就起不到提高計(jì)算精度的作用了。14．有人說(shuō)：“只要把等溫面的法線取為坐標(biāo)方向，那么根據(jù)傅里葉定律，常物性一維穩(wěn)態(tài)導(dǎo)熱的溫度梯度必定是一個(gè)常數(shù)”。你認(rèn)為這個(gè)說(shuō)法對(duì)不對(duì)？回答：常物性一維穩(wěn)態(tài)導(dǎo)熱的熱流量為常數(shù)，但導(dǎo)熱面積沿坐標(biāo)方向仍有可能變化，于是熱流密度和溫度梯度也相應(yīng)會(huì)有變化，并不一定就保持常數(shù)。圓筒壁和球壁的一維穩(wěn)態(tài)導(dǎo)熱就是這方面的典型例子。15．從提高測(cè)量精度的角度考慮，在用熱電偶測(cè)量包裹有一層保溫材料的管壁外表面溫度時(shí)，熱電偶的引線應(yīng)該如何布置？回答：這種情況下，熱電偶的引線不應(yīng)該從徑向直接引出，那樣就相當(dāng)于在管壁上安裝了導(dǎo)熱性能良好的“肋”，從而破壞原有的溫度場(chǎng)（指沒(méi)有熱電偶時(shí)的溫度分布狀態(tài)）。正確的作法是讓熱電偶引線沿等溫線（如管子的周線）走一段距離以后，再沿徑向引出。第4章非穩(wěn)態(tài)導(dǎo)熱思考題1．非穩(wěn)態(tài)導(dǎo)熱的集總參數(shù)解法假定物體內(nèi)部的導(dǎo)熱熱阻趨于零，即整個(gè)物體的溫度是完全均勻的，且隨時(shí)間同步變化，升高或下降。這個(gè)假設(shè)是否符合實(shí)際情況？如果存在與實(shí)際不一致的情況，那它為什么可以用作這一類問(wèn)題的常用解法？回答：實(shí)際上，物體內(nèi)部的溫度不可能是隨時(shí)均勻的，因?yàn)橐坏囟韧耆鶆?，外界的熱量就將無(wú)法傳入或傳出了（為什么？）。因此物體的溫度只是近似均勻，也可以認(rèn)為此時(shí)變量溫度是代表物體的平均溫度。這種解法之所以可行，是因?yàn)樗鼜恼w上滿足能量守恒關(guān)系，同時(shí)使問(wèn)題簡(jiǎn)化成單一時(shí)間變量，只要遵循對(duì)Bi數(shù)的限定，所引起的空間溫度的誤差最大不會(huì)超過(guò)5％。2．適用集總參數(shù)方法（Bi0）的正方體、球、大平板和短圓柱體（假設(shè)正方體的邊長(zhǎng)、平板的厚度、球和圓柱的直徑都相等，且短圓柱的高與直徑也相等，均等于a），在相同的加熱或冷卻條件下，它們的溫度變化速率是否相同？為什么？對(duì)于Bi∞的上述形狀物體，溫度變化速率的相對(duì)比較又當(dāng)如何？回答：集總參數(shù)解（4-2-4a）中與尺寸相關(guān)的量是V/A，稱體面比。上述4種形狀物體的V/A值分別等于a/6、a/6、a/2、a/6。顯然，正方體、球和短圓柱的體面比相同，都等于a/6，大平板最大。根據(jù)體面比在式（4-2-4a）中的位置，不難推斷出，在其他方面參數(shù)相同的條件下，平板的冷卻速率最慢。正方體、球和短圓柱的冷卻速率相同，均比平板快。但是請(qǐng)注意，對(duì)于不滿足集總解法的情形，結(jié)論就完全不同了[參見(jiàn)1980年高等教育出版社出版的楊世銘編《傳熱學(xué)》（第2版），p379]。3．集總參數(shù)法的能量平衡方程（4-2-2a回答：集總參數(shù)方法對(duì)加熱和冷卻都適用，但在建立模型時(shí)，務(wù)必要注意等式兩側(cè)的表達(dá)式正負(fù)必須一致。容易證明式（4-2-2a）的寫(xiě)法始終是對(duì)的。虛擬內(nèi)熱源方法的推導(dǎo)見(jiàn)教材第四章參考文獻(xiàn)[9]，p.117-118。4．在對(duì)一個(gè)問(wèn)題是否適用集總參數(shù)方法進(jìn)行判斷時(shí)，到底應(yīng)該用h(V/A)/<0.1，還是用h/<0.1（就大平板而言）作為依據(jù)？回答：檢查集總參數(shù)方法的適用性時(shí)，要使用諾膜圖方法規(guī)定的特征尺寸，即平板用半厚度，長(zhǎng)圓柱和球用半徑r0。因?yàn)榧偡椒ǖ木仁且跃_解為標(biāo)準(zhǔn)衡量的。如果以體面比V/A作為特征尺寸，則判據(jù)應(yīng)該改為：BiV<M（對(duì)平板M=1，圓柱M=1/2，球體M=1/3），同樣可保證5％的精度。但要注意，如不滿足，回到精確解法，特征尺寸還是得改回來(lái)。5．有人講“我剛買了一個(gè)靈敏度極高的測(cè)溫元件（溫度傳感器）說(shuō)明書(shū)上講它的時(shí)間常數(shù)c<0.1s”，此話有道理嗎？回答：這個(gè)說(shuō)法顯然是錯(cuò)誤的。時(shí)間常數(shù)不是一個(gè)溫度傳感元件所固有的參數(shù)，它隨著使用對(duì)象，測(cè)溫場(chǎng)合的具體條件發(fā)生變化。6．現(xiàn)有兩個(gè)大平板的非穩(wěn)態(tài)導(dǎo)熱問(wèn)題，一個(gè)Bi<0.1，另一個(gè)Bi>0.1，若規(guī)定不準(zhǔn)用集總參數(shù)方法，你是否有辦法解這兩個(gè)問(wèn)題？回答：首先，雙面冷卻大平板的V/A=，即兩種解法的特征尺寸相同。不準(zhǔn)用集總方法，那么問(wèn)題就在于諾膜圖方法對(duì)Bi<0.1的情況是否適用？答案是肯定的。海斯勒?qǐng)D上參變量1/Bi>10的那些曲線實(shí)際上都針對(duì)集總方法的使用范圍。7．對(duì)于Bi但是Fo<0.2的情況，集總參數(shù)法還適用嗎？回答：仍然適用。出現(xiàn)這個(gè)問(wèn)題的原因是判斷集總方法的精度時(shí)，是與正規(guī)狀況階段的精確解相比較得出的。對(duì)于Fo初始階段，需要經(jīng)過(guò)計(jì)算才能確切地知道誤差大小。但是無(wú)論哪個(gè)階段，集總參數(shù)方法所依據(jù)的能量守恒原理永遠(yuǎn)都是正確的。8．你如何理解（對(duì)流邊界條件時(shí)）穩(wěn)態(tài)導(dǎo)熱時(shí)溫度分布與有關(guān)，而非穩(wěn)態(tài)時(shí)卻和熱擴(kuò)散率a有關(guān)？回答：穩(wěn)態(tài)導(dǎo)熱時(shí)，除了完全給定壁面溫度的情形以外，溫度分布都和導(dǎo)熱系數(shù)有關(guān)系，因?yàn)閷?dǎo)熱微分方程或者邊界條件中包含油導(dǎo)熱系數(shù)。而非穩(wěn)態(tài)導(dǎo)熱時(shí)，微分方程中出現(xiàn)的是若擴(kuò)散率a，而不是獨(dú)立的。從物理機(jī)理方面分析，穩(wěn)態(tài)導(dǎo)熱不涉及熱量的儲(chǔ)存或釋放，僅僅從物體中“通過(guò)”一下。而非穩(wěn)態(tài)導(dǎo)熱必定涉及熱量的儲(chǔ)存或釋放，所以控制方程中出現(xiàn)的是由，c，三項(xiàng)物性共同構(gòu)成的綜合物性a。9．參見(jiàn)教材附錄圖1.1，為什么海斯勒曲線在Fo>0.2范圍內(nèi)仍然呈折線而非直線？這是否與正規(guī)狀況階段理論相抵觸？回答：海斯勒?qǐng)D的橫坐標(biāo)為分段線性：1－4－30－150－700，每一段中都是線性分度，但4段的比例尺各不相同，所以看上去呈折線形狀。10．有人認(rèn)為海斯勒?qǐng)D的輔助圖（如教材附錄圖1.2）“只能用于過(guò)程開(kāi)始后不太長(zhǎng)的時(shí)間,即Fo不可以太大。當(dāng)非穩(wěn)態(tài)過(guò)程進(jìn)行時(shí)間很長(zhǎng)的時(shí)候，物體中所有各點(diǎn)的溫度都趨于流體溫度，圖中的規(guī)律將變得不正確了”。你認(rèn)為這種說(shuō)法是否正確？回答：不正確。這個(gè)輔助圖適用于全部正規(guī)狀況階段，而這個(gè)階段是無(wú)限延伸的，直到。教材中對(duì)式(4-3-12)的分析已經(jīng)表明，對(duì)Fo>0.2，任意地點(diǎn)與同一時(shí)刻中分面過(guò)余溫度之比與時(shí)間，以及初始溫度分布均無(wú)關(guān)。實(shí)際上，F(xiàn)o>0.2以后壁內(nèi)任何地點(diǎn)的過(guò)余溫度和中分面的過(guò)余溫度都具有完全相同的時(shí)間變化規(guī)律。11．能否畫(huà)出與現(xiàn)有不同的另一套“海斯勒”曲線來(lái)？該怎么畫(huà)？回答：可以。具體做法參見(jiàn)：[1]高等教育出版社出版張洪濟(jì)主編《熱傳導(dǎo)》，p.200;或者[2]科學(xué)出版社出版王補(bǔ)宣編《工程傳熱傳質(zhì)學(xué)》。12．請(qǐng)證明，對(duì)初始溫度t=0非常數(shù)的情形，正規(guī)狀況階段的理論和特點(diǎn)是否依然存在?；卮穑盒枰ㄟ^(guò)數(shù)值計(jì)算予以證明。13．試通過(guò)分析教材中公式（4-3-7），證明過(guò)余溫度比只是Bi、Fo、x/三者的函數(shù)?；卮穑菏?4-3-7)右側(cè)的第一個(gè)分式因子的唯一參數(shù)是n，而它是Bi數(shù)的單值函數(shù)；第二個(gè)因子中僅包含n和x/；最后的指數(shù)則由n及Fo組成。所以，雖然式子很長(zhǎng)，但它只是上述3個(gè)變量的函數(shù)。此外，對(duì)數(shù)學(xué)模型作無(wú)量綱化處理也能證明這個(gè)結(jié)論。14．是否所有的非穩(wěn)態(tài)導(dǎo)熱問(wèn)題都存在正規(guī)狀況階段？試舉例說(shuō)明?；卮穑翰皇?。如半無(wú)限大物體的非穩(wěn)態(tài)導(dǎo)熱過(guò)程就不存在正規(guī)狀況階段。15．非穩(wěn)態(tài)導(dǎo)熱過(guò)程的極限（指時(shí)間趨于無(wú)限長(zhǎng)）是否一定趨于穩(wěn)態(tài)？回答：很多非穩(wěn)態(tài)導(dǎo)熱過(guò)程以穩(wěn)態(tài)溫度分布為其終極目標(biāo)。但也有的不是。比如周期性問(wèn)題，它周而復(fù)始地重復(fù)相同的溫度變化過(guò)程。半無(wú)限大問(wèn)題也不是以穩(wěn)態(tài)為其極限。16．不少傳熱學(xué)教科書(shū)在講述周期性導(dǎo)熱現(xiàn)象的特征時(shí)，均給出了如附圖所示的曲線，以表示周期性溫度波在半無(wú)限大物體內(nèi)的傳播過(guò)程。請(qǐng)你根據(jù)所學(xué)的這部分內(nèi)容判斷，這張圖是否存在什么缺陷？回答：這張圖雖然只是示意性的，但從概念上給人以誤導(dǎo)。3），周期性溫度波在傳遞到一個(gè)波長(zhǎng)的深度時(shí)，波幅就只剩下0.2％了。所以實(shí)際上永遠(yuǎn)都不會(huì)出現(xiàn)能夠推進(jìn)好幾個(gè)波長(zhǎng)的情形。正確的表達(dá)是教材上的圖4.11。17．集總參數(shù)方法對(duì)物體的形狀有沒(méi)有什么要求？回答：因?yàn)榧倕?shù)方法是從物體整體的熱平衡出發(fā)推導(dǎo)的關(guān)系式，雖原則上沒(méi)有對(duì)物體形狀作出明確的規(guī)定，但實(shí)際上形狀過(guò)分不規(guī)則的物體保持溫度隨時(shí)均勻比較難。無(wú)非是誤差有可能增大。18．把用同一種玻璃材料制作的大小不等的球加熱到一定溫度后突然投入冷水中急劇冷卻。你認(rèn)為是較大的球，還是較小的球更容易發(fā)生爆裂？為什么？回答：小球更容易爆裂。原因是：投入冷水中后，瞬間表面溫度將變?yōu)閹缀醯扔谒疁?，如果大球、小球原?lái)的溫度相同且均勻，那么在中心溫度未變化前，小球的溫度梯度比大球更大，熱應(yīng)力也更大，所以更容易爆裂。19．除了物性是溫度的函數(shù)之外，非穩(wěn)態(tài)或穩(wěn)態(tài)導(dǎo)熱的節(jié)點(diǎn)方程出現(xiàn)非線性的情況還可能有哪些？回答：還有：輻射邊界條件，自然對(duì)流邊界條件，非均勻內(nèi)熱源（qV等于溫度的函數(shù)）以及強(qiáng)迫對(duì)流的表面?zhèn)鳠嵯禂?shù)隨溫度發(fā)生變化。第5章對(duì)流換熱的理論基礎(chǔ)思考題1．請(qǐng)分析：外部流動(dòng)對(duì)流換熱時(shí)，局部表面?zhèn)鳠嵯禂?shù)hx與平均表面?zhèn)鳠嵯禂?shù)hm之間的下述關(guān)系式以及Nux和Num類似關(guān)系式和成立的條件是什么？為什么？回答：前一個(gè)hm的式子無(wú)條件成立，即平均表面?zhèn)鳠嵯禂?shù)總是可以從局部值積分得來(lái)。后一個(gè)式子的寫(xiě)法是錯(cuò)誤的。平均Nu數(shù)不是由這個(gè)式子定義的，而應(yīng)該由式(5-4-17)定義，這兩種不同定義導(dǎo)致的結(jié)果截然不同。2．對(duì)于沿平板的層流強(qiáng)迫對(duì)流換熱,為什么恒熱流邊界條件時(shí)必須先求得表面溫度與流體溫度的平均溫差，才能得出平均Nu表達(dá)式（6-1-3）？回答：沿平板恒熱流加熱時(shí)，主流溫度一定，但壁面溫度是變化的。就是說(shuō)此時(shí)的對(duì)流換熱溫差是沿程變化的。那么牛頓冷卻公式中的溫差該如何確定？或者說(shuō)此時(shí)的平均表面?zhèn)鳠嵯禂?shù)h是針對(duì)什么溫差而言的？答案是針對(duì)積分平均溫差而言，因而才有式（6-1-3）上面的積分過(guò)程。3．分別就外部流動(dòng)和內(nèi)部流動(dòng)換熱，對(duì)牛頓冷卻公式中溫度差的正確寫(xiě)法進(jìn)行討論和說(shuō)明。回答：就局部值而言，永遠(yuǎn)應(yīng)該有qx=hx(tw-tf)x，但對(duì)物體表面的某個(gè)面積而言，情況就變得復(fù)雜了，具體要看壁溫與流體溫度的相對(duì)變化情況。例如管內(nèi)對(duì)流換熱需要區(qū)分兩種不同情況(a)如果壁溫恒定，通過(guò)建立微元管段的熱平衡關(guān)系可以推出，在長(zhǎng)度L，壁面溫度tw，流體進(jìn)出口截面平均溫度分別等于tf1、tf2的一段管中流體與壁面間的平均換熱溫差等于(b)如果是恒熱流加熱（或冷卻），可以證明在達(dá)到充分發(fā)展段以后壁溫與流體截面平均溫度之差將保持恒定不變。參見(jiàn)教材中的圖6.4．流動(dòng)入口段長(zhǎng)度和熱入口段長(zhǎng)度之間具有什么樣的關(guān)系？回答：流動(dòng)入口段指管內(nèi)速度分布趨于恒定之前的部分。熱入口段則指無(wú)量綱過(guò)余溫度比趨于恒定之前的管段。層流和湍流時(shí)流動(dòng)入口段的長(zhǎng)度可以分別用式（6-4-3）和（6-4-6）表示。層流熱入口段與流動(dòng)入口段長(zhǎng)度的關(guān)系完全取決于普朗特?cái)?shù)，見(jiàn)式（6-4-11）。而湍流時(shí)若入口段長(zhǎng)度與Pr無(wú)關(guān)，一般認(rèn)為與流動(dòng)入口段具有大致相等的長(zhǎng)度。5．流體在圓管內(nèi)測(cè)試段1和2之間流動(dòng)，壁面保持恒定熱流密度。（a）流動(dòng)和換熱均已達(dá)到充分發(fā)展；(b)尚在換熱的入口段內(nèi)。請(qǐng)：(1)就上述兩種情形畫(huà)出壁溫和流體平均溫度的沿程變化趨勢(shì)；（2）若兩種情況的入口平均溫度及熱流密度都相同，流體出口溫度哪個(gè)高？壁溫哪個(gè)高？為什么？(a)恒壁溫(b)恒熱流思考題5答案附圖回答：不論是否處于熱充分發(fā)展段，只要是恒熱流加熱，流體截面平均溫度沿管長(zhǎng)必定為線性變化，這是由能量守恒規(guī)律決定的。但在入口段內(nèi)，局部表面?zhèn)鳠嵯禂?shù)逐步降低，換熱溫差則逐步升高，所以壁面溫度為彎曲上升。到了充分發(fā)展段才變成線性升高，且上升的斜率與壁溫相等（見(jiàn)教材圖）。6．對(duì)于恒壁溫的管內(nèi)對(duì)流換熱，流體沿全管長(zhǎng)的平均溫度能否寫(xiě)作：（其中“–”用于tw>tf，“+”用于tw<tf），其中流體與管壁的平均溫差是，且有t=tw–tf1，和t=tw–tf2。回答：對(duì)流體溫度低于壁溫，此式正確。但若流體溫度高于壁溫，使用此式便有問(wèn)題了。這時(shí)兩個(gè)端差都是負(fù)值，且前一個(gè)更負(fù)，導(dǎo)致對(duì)數(shù)平均溫差變成負(fù)值，顯然不對(duì)。（請(qǐng)考慮如何糾正這個(gè)缺陷？）7．請(qǐng)說(shuō)明為什么對(duì)熱邊界層厚度定義不能象對(duì)流動(dòng)邊界層那樣表達(dá)成：“流體溫度達(dá)到來(lái)流溫度99％處的離壁距離”？回答：對(duì)流動(dòng)邊界層，根據(jù)壁面無(wú)滑移條件肯定有uw=0。因此可以用達(dá)到主流速度的99％來(lái)定義邊界層的厚度。但對(duì)于熱邊界層，壁面溫度一般不會(huì)恰巧等于零，因此對(duì)熱邊界層厚度的定義必須以過(guò)余溫度達(dá)到對(duì)流換熱溫差的99％來(lái)定義。8．試從普朗特邊界層的基本觀點(diǎn)出發(fā)，解釋為什么邊界層基本方程對(duì)平板前緣不適用？回答：參見(jiàn)教材節(jié)，根本原因是在根據(jù)邊界層理論簡(jiǎn)化微分方程時(shí)做了Re>>1的假設(shè)，該假設(shè)不適用于平板前緣很短距離以內(nèi)。9．請(qǐng)參照層流邊界層速度分布積分解（教材附錄A.3），分析并判斷在沿平板的x方向上，壁面上的速度梯度是如何變化的？回答：參見(jiàn)教材附錄A.3中的式(A.3-3)，積分并取壁面上的速度梯度值，有根據(jù)式(A.3-6a)，邊界層厚度與x呈0.5次冪，所以，壁面上的速度梯度與x呈，也即壁面上的速度梯度在x方向上以1/2次冪的速度降低。10．管內(nèi)對(duì)流換熱達(dá)到充分發(fā)展的基本依據(jù)是什么？還可以根據(jù)什么參數(shù)來(lái)判斷換熱是否已經(jīng)達(dá)到了充分發(fā)展？（答案略）11．層流時(shí)，可以用什么參數(shù)來(lái)判斷速度邊界層與熱邊界層哪個(gè)發(fā)展得更快？為什么？湍流時(shí)呢？（參見(jiàn)思考題5，答案略）12．對(duì)無(wú)界流動(dòng)（湍流或?qū)恿鳎?，若定性溫度?0回答：如果層流時(shí)水和空氣的換熱都用式(6-1-1)來(lái)表示，有代入40℃時(shí)兩者的物性，可知hw/ha=214。分析上式中的3個(gè)因子（含冪次在內(nèi)），導(dǎo)熱系數(shù)比大約為8.09，粘度比為1.72，熱容比則為15.4?？梢?jiàn)水與空氣對(duì)流換熱能力的巨大差異中，貢獻(xiàn)最大的物性是熱容c（相差3650倍?。?。湍流時(shí)，用相同的方法可以得出，hw/h13．有人說(shuō)，強(qiáng)迫流動(dòng)換熱時(shí)，邊界層動(dòng)量方程和能量方程是非耦合的，而自然對(duì)流時(shí)是耦合的。你認(rèn)為這種說(shuō)法是否準(zhǔn)確？回答：這種說(shuō)法只有在常物性條件下才是正確的。如果按變物性對(duì)待，那么即使強(qiáng)迫對(duì)流換熱時(shí)動(dòng)量方程和能量方程也是耦合的。當(dāng)然，自然對(duì)流時(shí)不論是否常物性，兩者都構(gòu)成耦合關(guān)系。14．層流外部流動(dòng)邊界層方程積分解的“近似性”主要表現(xiàn)在哪里？回答：積分解的近似性主要表現(xiàn)在：推導(dǎo)積分方程時(shí)，控制體積在y方向上為有限長(zhǎng)度，而不是微元尺寸，這說(shuō)明積分方程對(duì)動(dòng)量和能量守恒導(dǎo)要求比微分方程要低。其次，積分方程要求必須給定邊界層內(nèi)的速度和溫度剖面，這難免又要引入一定人為的成分。15．作為一種近似解法，研究邊界層微分方程積分解有什么意義？回答：積分解雖然只能得出近似結(jié)果，但它所揭示的規(guī)律以及研究問(wèn)題的基本方法對(duì)解決各種復(fù)雜的傳熱問(wèn)題具有相當(dāng)普遍的意義。實(shí)際上，湍流和自然對(duì)流換熱也能夠采用積分解方法得出有用的結(jié)果（見(jiàn)第6章參考文獻(xiàn)[1]）。16．雷諾類比中采用了哪些假設(shè)？回答：雷諾類比中采用了兩項(xiàng)基本假設(shè)：Pr=1和Prt=1。外部和內(nèi)部流動(dòng)換熱的雷諾類比關(guān)系式分別為式(5-5-8b)和(5-5-16)。對(duì)于前部是層流后部轉(zhuǎn)變成湍流的情況，可以由平均摩擦系數(shù)關(guān)系式（5-5-12）代入，得到類比關(guān)系式。17．定性溫度實(shí)際上只是對(duì)對(duì)流換熱中流體平均溫度的一種近似處理方法，它并不是嚴(yán)格意義上的“流體平均溫度”。那么用特征數(shù)方程計(jì)算表面?zhèn)鳠嵯禂?shù)時(shí)，為什么各項(xiàng)物性均取為定性溫度下的數(shù)值？回答：定性溫度確實(shí)不是嚴(yán)格意義上的流體平均溫度。但是只要在整理實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)時(shí)就采用這個(gè)溫度的話，那么應(yīng)用從實(shí)驗(yàn)得出的計(jì)算關(guān)聯(lián)式時(shí)，仍然采用這個(gè)溫度計(jì)算所有有關(guān)的物性，就能夠保證在實(shí)驗(yàn)精度范圍以內(nèi)得到對(duì)流換熱的表面?zhèn)鳠嵯禂?shù)。18．St數(shù)的定義為St=h/cu，其中并不顯含特征尺寸。這一點(diǎn)與Nu不同，但是為什么St和Nu一樣也有局部值與平均值之分？回答：St數(shù)中雖然并不顯含特征尺寸，但局部斯坦頓數(shù)對(duì)應(yīng)局部表面?zhèn)鳠嵯禂?shù)，平均斯坦頓數(shù)則對(duì)應(yīng)平均表面?zhèn)鳠嵯禂?shù)，即，和兩者顯然是不同的。19．查看如下附圖所表示的管內(nèi)速度場(chǎng)，你認(rèn)為圖（a）與圖（b）哪一對(duì)速度場(chǎng)可能是相似的？或者兩者都可能相似？請(qǐng)說(shuō)明你的理由。附圖（a）附圖（b）回答：兩者都可能相似。圖(a)的情況是速度相似倍數(shù)與幾何相似倍數(shù)相等，圖(b)則可能不相等。從相似原理講，并不要求這兩個(gè)相似倍數(shù)必須相等才能夠達(dá)到相似的要求。20．一位同學(xué)說(shuō)：“雷諾數(shù)就是慣性力與粘性力的比值?！边@句話是否準(zhǔn)確？為什么？回答：說(shuō)“比值”不太準(zhǔn)確，說(shuō)“相對(duì)大小”更好一些。因?yàn)椤氨戎怠眱勺纸o人的概念常常是以1分界的，而雷諾數(shù)的值一般很大，并不表示慣性力是粘性力的幾千、幾萬(wàn)甚至幾十萬(wàn)倍。21．能否說(shuō)：“Pr數(shù)即速度邊界層厚度與溫度邊界層厚度的比值”？為什么？回答：這種說(shuō)法不對(duì)。首先，只有在外部層流換熱時(shí)才有此說(shuō)；再者，速度邊界層與溫度邊界層厚度之比是Pr1/3，并不是Pr。22．從特征數(shù)關(guān)聯(lián)式能否得出高Pr數(shù)流體換熱的Nu數(shù)比低Pr數(shù)流體更高的結(jié)論？回答：不能。因?yàn)镻r數(shù)增大，意味著流體的粘度增加，于是Re數(shù)會(huì)發(fā)生改變，甚至流動(dòng)狀態(tài)都可能變化?？紤]到運(yùn)動(dòng)粘度與表面?zhèn)鳠嵯禂?shù)之間的數(shù)量關(guān)系（冪次大?。话阒v，粘度增大（Pr數(shù)增大）將導(dǎo)致對(duì)流換熱減弱。23．**一本教科書(shū)上講，“類比律適用于層流、紊流以致分離流（繞流脫體）?！盵1]另一本書(shū)則認(rèn)為：“雷諾比擬只有在滿足下述條件時(shí)才是正確的：(1)Pr＝1；(2)阻力實(shí)際上完全是粘性力?！绻枇Σ蝗钦承粤Γ瑒t式Cf(Fd/Ac)/(u2/2)就不適用，雷諾比擬也就不正確了。(其中Fd為阻力，Ac是流體與表面的接觸面積)。滿足沒(méi)有形狀阻力這一要求的流動(dòng)狀況是在密閉管道中的流動(dòng)或不發(fā)生邊界層脫體情況的任何外部流動(dòng)?！盵2]顯然以上兩種說(shuō)法互相抵觸。你的看法呢？回答：類比律源于動(dòng)量與熱量傳遞在機(jī)理上和數(shù)學(xué)表達(dá)上的相似。動(dòng)量傳遞強(qiáng)弱的外在表現(xiàn)是摩擦阻力，熱量傳遞則表現(xiàn)為表面?zhèn)鳠嵯禂?shù)h或者St。但是外部繞流鈍體時(shí)的阻力是由兩部分構(gòu)成的，一部分是摩擦阻力，另一部分則是不良流線流體前后壓力不相等引起的。稱之為形狀阻力。這部分阻力與動(dòng)量傳遞機(jī)理無(wú)關(guān)。因此應(yīng)用類比律時(shí)不應(yīng)該把這部分阻力包括在內(nèi)（它由阻力系數(shù)CD描述，不能由分析法確定，必須通過(guò)實(shí)驗(yàn)測(cè)定）。所以，文獻(xiàn)[2]的說(shuō)法是正確的。至于雷諾比擬，因?yàn)樵谕茖?dǎo)中采用了Pr=1的假設(shè)，自然只能用于Pr＝1時(shí)，對(duì)Pr≠1的情形，必須用柯?tīng)柵箢惐然蚩ㄩT類比。第6章對(duì)流換熱計(jì)算思考題1．管內(nèi)充分發(fā)展的層流和湍流換熱相比，管徑（特征尺寸）對(duì)哪一種流體的對(duì)流換熱影響更大？為什么？回答：管內(nèi)充分發(fā)展的層流對(duì)流換熱努塞爾數(shù)Nuf等于常數(shù)，而湍流時(shí)Nuf~Ref。由此可知層流時(shí)hx~d1，湍流時(shí)hx~d，所以層流時(shí)管徑的影響比湍流時(shí)大得多。2．一本教科書(shū)中曾經(jīng)講：“對(duì)于管內(nèi)對(duì)流換熱關(guān)聯(lián)式：Nuf=0.023RefPrn，Pr的冪指數(shù)n，對(duì)氣體：流體被加熱時(shí)n=0.3，被冷卻時(shí)n；對(duì)液體：流體被加熱時(shí)n=0.4，被冷卻時(shí)n=0.3?！闭?qǐng)你分析這種說(shuō)法正確與否？為什么？回答：這種說(shuō)法不正確。實(shí)際上，Pr的冪指數(shù)不需要區(qū)分液體和氣體，一律是加熱時(shí)0.4，冷卻時(shí)0.3。雖然氣體和液體對(duì)加熱和冷卻的反應(yīng)相反。但如果意識(shí)到，氣體的Pr＜1，所以Pr＞Pr，而液體Pr＞1，于是Pr＜Pr。只要將這種物性修正的效果與代物性修正項(xiàng)的關(guān)聯(lián)式的計(jì)算結(jié)果比較一下，就可以得到證明。3．試分析，根據(jù)水平管內(nèi)層流充分發(fā)展段的實(shí)驗(yàn)結(jié)果得出的特征數(shù)關(guān)聯(lián)式，能否在相同Re數(shù)和Pr數(shù)范圍內(nèi)應(yīng)用于豎管？回答：管內(nèi)層流充分發(fā)展段的關(guān)聯(lián)式本身對(duì)管子的方向并無(wú)限制，只是有的要求換熱溫差不得過(guò)大。方向的影響主要表現(xiàn)在所疊加的自然對(duì)流的影響程度上。橫管和豎管在自然對(duì)流的作用方式和影響程度方面均不相同。所以有必要強(qiáng)調(diào)，在應(yīng)用時(shí)要慎重，尤其是對(duì)大管徑，大溫差換熱或者流體物性變化相對(duì)比較劇烈時(shí)。4．**繞流圓柱體對(duì)流換熱時(shí)，隨著Red不同，在圓柱表面的不同角位置將發(fā)生“分離”的情況。一般在Red＞2×105以后，分離點(diǎn)出現(xiàn)在=140o附近。但觀察發(fā)現(xiàn)，當(dāng)Red＜2×105時(shí)，邊界層保持層流，分離點(diǎn)出現(xiàn)在=80o附近。這一現(xiàn)象似乎與流體壓力的沿程變化相矛盾。因?yàn)橐话阏J(rèn)為在＜90o以前，流體尚處于順壓梯度區(qū)，而發(fā)生“分離”或“脫體”的基本條件是必須位于逆壓梯度區(qū)。你如何解釋這個(gè)似乎矛盾的現(xiàn)象？回答：繞流圓柱或球體時(shí)發(fā)生“分離”或“脫體”情況的必要條件是流體必須處在逆壓梯度區(qū)，但一般認(rèn)為圓心角>90o才進(jìn)入逆向梯度區(qū)。然而Red＜2×105時(shí)，分離流動(dòng)出現(xiàn)在＝80o的地方，“按說(shuō)”這里尚處于順壓梯度區(qū)，對(duì)嗎？不對(duì)，參見(jiàn)附圖。理論曲線I，對(duì)稱，以90o分界，這是無(wú)粘性流動(dòng)時(shí)的理想情況，分離不可能發(fā)生在前半周的順壓梯度區(qū)。但實(shí)際上由于流體存在粘性，壓力分布如圖中（a）所示，對(duì)應(yīng)的壓力系數(shù)曲線為II、III（相應(yīng)于不同的雷諾數(shù)），可以看到，壓力在80o以前就轉(zhuǎn)為逆向梯度了。（參見(jiàn)本教材第6章參考文獻(xiàn)[5]。）思考題4答案附圖5．為什么對(duì)管內(nèi)充分發(fā)展的層流對(duì)流換熱計(jì)算要強(qiáng)調(diào)必須謹(jǐn)慎使用當(dāng)量直徑的概念？回答：理論分析證明，管內(nèi)層流（注意“管內(nèi)”兩個(gè)字是廣義的，不僅指圓管）充分發(fā)展段的Nu為常數(shù)，“管”的形狀不同時(shí)，常數(shù)值也各不相同。參見(jiàn)教材表6-11，對(duì)同一形狀，在恒壁溫與恒熱流條件下，常數(shù)也不相同，差距達(dá)到10%~20%左右。這說(shuō)明，對(duì)管內(nèi)層流充分發(fā)展段的換熱，即使用當(dāng)量直徑的概念也不能把不同形狀的對(duì)流換熱計(jì)算式完全統(tǒng)一起來(lái)，這是強(qiáng)調(diào)對(duì)管內(nèi)層流換熱要慎用當(dāng)量直徑概念的根本原因。6．在流體種類相同、流速相等、當(dāng)量直徑也相等的條件下，圓管內(nèi)和大平板之間充分發(fā)展的層流表面?zhèn)鳠嵯禂?shù)哪一個(gè)更大些？為什么？如果是湍流呢？回答：從教材表6-11可知，在恒熱流與恒壁溫條件下，無(wú)限大平板的Nu數(shù)比圓管大致要大將近一倍。在矩形的情況下，Nu數(shù)隨著長(zhǎng)寬比變化。但是湍流時(shí)情況完全不是這樣。7．恒熱流自然對(duì)流換熱的特征數(shù)關(guān)聯(lián)式中為什么采用修正的格拉曉夫數(shù)Gr*？采用Gr*以后，是否能夠完全避免迭代計(jì)算？回答：恒熱流自然對(duì)流換熱時(shí)采用如下形式的關(guān)聯(lián)式：其中，稱為修正格拉曉夫數(shù)。這樣作的直接結(jié)果是在Gr*中不再出現(xiàn)溫度差（其中含有未知的壁溫），而出現(xiàn)已知的壁面熱流qw，但這并不能完全避免疊代計(jì)算。因?yàn)樘卣鲾?shù)關(guān)聯(lián)式中的定性溫度為邊界層平均溫度tm，為了確定tm，仍必須先假定一個(gè)壁溫tw并進(jìn)行疊代計(jì)算。當(dāng)然，僅由物性導(dǎo)致的疊代比關(guān)聯(lián)式中直接出現(xiàn)溫度項(xiàng)引起的疊代要簡(jiǎn)單，次數(shù)也少得多。8．自然對(duì)流換熱中表征流態(tài)的特征數(shù)Gr的物理意義究竟是什么？回答：這里我們采用與教材不同方法來(lái)處理含有浮升力項(xiàng)（由體積力項(xiàng)及壓力梯度項(xiàng)共同組成）的動(dòng)量方程：進(jìn)行無(wú)量綱化，令：,,,,整理后得到：上式右側(cè)第一項(xiàng)并不就是Gr，因?yàn)槠渲邪ǖ膮⒖妓俣萿R為未知值，對(duì)作為已定特征數(shù)的Gr不適應(yīng)，故作以下改變，即在上式兩側(cè)同乘以Rel2：這時(shí)才有：。準(zhǔn)確地講，Gr數(shù)代表了(浮升力/粘性力)×（慣性力/粘性力的比值。但一般來(lái)說(shuō)可以簡(jiǎn)略地表述為：浮升力/粘性力的相對(duì)大小。9．試按照教材節(jié)的敘述，完成式（6-4-5）的詳細(xì)推導(dǎo)過(guò)程。（見(jiàn)本章參考文獻(xiàn)[1]7。）10．管內(nèi)不可壓縮層流充分發(fā)展流動(dòng)有哪幾項(xiàng)主要的標(biāo)志？回答：標(biāo)志是：軸向速度梯度為零；徑向速度為零以及沿流動(dòng)方向的壓力梯度等于常數(shù)。11．本教材給出了強(qiáng)化對(duì)流換熱的場(chǎng)協(xié)同理論。其中教材中式(6-5-7)表明，努塞爾數(shù)取決于雷諾數(shù)、普朗特?cái)?shù)以及速度與溫度梯度矢量夾角的余弦。但在原文獻(xiàn)[28,29]中，卻認(rèn)為僅與雷諾數(shù)、普朗特?cái)?shù)相關(guān)。你如何看待、分析這個(gè)問(wèn)題？回答：在傳統(tǒng)的單相強(qiáng)迫對(duì)流換熱理論中，一向認(rèn)為努塞爾數(shù)取決于雷諾數(shù)、普朗特?cái)?shù)，這是大家都了解的。場(chǎng)協(xié)同理論的重要貢獻(xiàn)之一就是改變了人們的這項(xiàng)傳統(tǒng)認(rèn)識(shí)，即單相對(duì)流換熱的強(qiáng)弱除了雷諾數(shù)和普朗特?cái)?shù)以外，還與一個(gè)新的、以前未被認(rèn)識(shí)的因素－cos有關(guān)，而這個(gè)因素是完全獨(dú)立于雷諾數(shù)和普朗特?cái)?shù)的。如果引入場(chǎng)協(xié)同原理以后仍然寫(xiě)作：Nux=f(Rex,Pr)豈不是自己把自己給否定了？第7章沸騰與凝結(jié)思考題1．請(qǐng)說(shuō)明努塞爾理論分析解中兩項(xiàng)邊界條件的出處。回答：邊界條件式u(x=0)=0顯然源于液膜在壁面上的無(wú)滑移條件；第二個(gè)邊界條件則來(lái)源于第3項(xiàng)基本假設(shè)。2．如果定義無(wú)量綱凝結(jié)數(shù)Co=h[g32/2]1/3，試證明教材中式（7-3-8）能夠整理為Co=1.47Re1/3的形式。（答案略）3．本章第一節(jié)給出了根據(jù)量綱分析得出的相變換熱的無(wú)量綱特征數(shù)關(guān)聯(lián)式的形式，即式（7-1-4），試證明式（7-3-8）也可以表達(dá)成這種無(wú)量綱函數(shù)的形式。（答案略）4．試導(dǎo)出直徑d，高度L的豎圓管凝結(jié)Re的計(jì)算公式?；卮穑阂?jiàn)教材中本章例題7-3，膜狀凝結(jié)雷諾數(shù)的定義是直徑d，高度L的豎管圓周長(zhǎng)d，豎管底部液膜厚度(L)，凝液流量qm，必定存在以下熱平衡關(guān)系，即凝液的潛熱放熱量等于管子表面的對(duì)流換熱量h(ts－tw)dL=rqm代回上式，即得：可見(jiàn)，雷諾數(shù)的表達(dá)式與豎平壁時(shí)的結(jié)果相同。5．試對(duì)比水蒸氣豎壁的膜狀凝結(jié)與空氣沿豎壁層流自然對(duì)流（下沉）換熱的共同點(diǎn)與不同點(diǎn)?；卮穑耗つ龝r(shí)液膜實(shí)際上處在蒸汽的包圍之中，有浮升力作用，在努塞爾理論解推導(dǎo)過(guò)程中已經(jīng)體現(xiàn)了這一點(diǎn)，但是一般影響程度不大。換一個(gè)角度看，若把努塞爾理論解的結(jié)果表示成特征數(shù)函數(shù)的形式，也能夠立即得出沿豎壁的層流膜狀凝結(jié)中包含了Gr數(shù)的影響。顯然，單相流體沿豎壁的自然對(duì)流中不存在汽相和液相的相互作用，兩者的邊界層狀況也不盡相同（自然對(duì)流時(shí)邊界層外緣的速度幾乎是零）。6．對(duì)于沿豎壁的層流膜狀凝結(jié)，液膜越薄，表面?zhèn)鳠嵯禂?shù)h越大。但是薄液膜必定以溫差t=(ts－tw)小為前提。那么若想提高熱負(fù)荷q，液膜究竟應(yīng)該薄些還是厚些？回答：豎壁的凝結(jié)液膜厚度越大，表面?zhèn)鳠嵯禂?shù)h就越小（見(jiàn)7-3-6及7-3-7兩式）。而希望薄就必需使t=ts－tw小。熱負(fù)荷qmax=hxtx，代入式（7-3-7），可知qmax~tx3/4。所以就熱負(fù)荷而言，仍是t比較大有利。注意上述分析中未涉及換熱面積，如果因此取t較大，h相應(yīng)會(huì)低一些，那么完成一定換熱量所必須的換熱面積必然會(huì)加大。7．你認(rèn)為強(qiáng)化膜狀凝結(jié)的基本出發(fā)點(diǎn)是什么？回答：強(qiáng)化膜狀凝結(jié)換熱可以通過(guò)：加速凝結(jié)液的排泄，或者利用液體的表面張力使部分換熱表面上凝結(jié)液變薄。實(shí)際上這兩條可以歸結(jié)為一點(diǎn)，就是減薄液膜的厚度。8．僅就幾何尺寸而言，豎管膜狀凝結(jié)表面?zhèn)鳠嵯禂?shù)h在什么條件下會(huì)與水平管相同？（l/d=?），豎管的h在什么條件下才會(huì)大于水平管？回答：豎管膜狀凝結(jié)的表面?zhèn)鳠嵯禂?shù)一般情況下比水平管低，但并非絕對(duì)如此。把（7-3-8）與（7-3-9）兩式聯(lián)立起來(lái)，很容易得出當(dāng)管長(zhǎng)與直徑之比等于2.8時(shí)，兩者的表面?zhèn)鳠嵯禂?shù)相等。顯然若該比值低于2.8，豎管的換熱反而會(huì)高于橫管。當(dāng)然，一般實(shí)用管長(zhǎng)不會(huì)這么小，但是如果采用加了‘泄水盤’的長(zhǎng)管則完全能夠做到這一點(diǎn)。9．試根據(jù)水在1atm下的沸騰曲線作出表面?zhèn)鳠嵯禂?shù)曲線，并分析qmax與hmax是否對(duì)應(yīng)同一個(gè)沸騰溫差（即橫坐標(biāo)）？為什么？回答：根據(jù)沸騰曲線t～q，可得出t～h曲線如附圖所示?？梢?jiàn)，qmax與hmax并不對(duì)應(yīng)相同的沸騰溫差t。原因如下：對(duì)沸騰換熱時(shí)的牛頓公式qw=ht求導(dǎo)，得：思考題108答案附圖dq=hd(t)+(t)dh或者寫(xiě)作：qw~t曲線的極值點(diǎn)對(duì)應(yīng)于上式等于零，注意到式中h和t均恒為正值。因此上式右側(cè)兩項(xiàng)必定取相反符號(hào)的值才可能使其和等于零。這意味著當(dāng)q線位于極值點(diǎn)左側(cè)，即仍處于上升階段時(shí)，h線已經(jīng)在下降了。所以兩者的極值點(diǎn)肯定不重合。請(qǐng)讀者分析，q與h哪條線的極值點(diǎn)對(duì)應(yīng)的t小一些？10．試分析在在相同壓力（105Pa）情況下，水在月球表面作池沸騰時(shí)和在地球表面上比較最大熱流密度qmax將相差多少倍？回答：按照式（7-2-2），在相同壓力下物性保持相同，所不同的只是重力加速度，月球上的g只有地球上的1/6，所以月球上的qmax應(yīng)該等于地球上的(1/6)=0.639，即大約64%。11．請(qǐng)把核沸騰的Rohsenow公式式轉(zhuǎn)換成特征數(shù)關(guān)聯(lián)式的形式。（答案略）第8章輻射理論基礎(chǔ)思考題1．有人把光譜輻射力定義為單位時(shí)間單位物體表面積向周圍空間發(fā)射的某一特定波長(zhǎng)的能量。你認(rèn)為這樣表述對(duì)不對(duì)？回答：這句話的問(wèn)題在“某一波長(zhǎng)的能量”和“周圍空間”兩處。前一個(gè)應(yīng)改為：“從波長(zhǎng)到范圍內(nèi)發(fā)射的輻射能量。后一個(gè)應(yīng)改為：“向表面上方的半球空間”。2．請(qǐng)對(duì)黑體的性質(zhì)作一總結(jié)。回答：黑體的性質(zhì)可以總結(jié)為：全部吸收各種波長(zhǎng)和來(lái)自所有方向的輻射能量；黑體是理想的漫射表面，其定向輻射強(qiáng)度與空間方向無(wú)關(guān)；相同溫度下，黑體的輻射力是所有物質(zhì)中最高的，而且它僅僅取決于溫度一個(gè)參數(shù)。3．所謂“黑體輻射具有各向同性的特征”能否理解為黑體向空間各方向發(fā)射出的輻射能量一樣多？回答：黑體輻射在空間方向上各向同性應(yīng)該理解為它的定向輻射強(qiáng)度L在半球空間各個(gè)方向均相同，并不是定向輻射力E都相同，兩者之間的關(guān)系為E=Lcos，只有在法向上（=0）才有En=Ln,而在900方向上E(=90)=0，但L(=90)=Ln。思考題4答案附圖4．試將普朗克定律用一條曲線，而不是一個(gè)曲線族表示出來(lái)。（請(qǐng)選取適當(dāng)?shù)淖鴺?biāo)）這也是得出Wien定律的方法之一?；卮穑喝魧⑵绽士硕筛膶?xiě)為以為橫坐標(biāo)，以Eb/T5為縱坐標(biāo)，普朗克定律將成為一條線，其峰值即。5．**人工黑體空腔上的小孔是黑體，還是空腔的腔體內(nèi)表面是黑體？請(qǐng)說(shuō)明理由。回答：在空腔內(nèi)表面輻射特性均勻且等溫的條件下，只要小孔的面積足夠小，就可以把小孔視為吸收比和發(fā)射率非常接近于1的人工黑表面。同時(shí)在上述條件下，空腔內(nèi)表面任意地點(diǎn)的有效輻射也等于該溫度下的黑體輻射。事實(shí)上，空腔內(nèi)任意位置所受到的輻照由空腔內(nèi)表面的發(fā)射和反射疊加構(gòu)成，數(shù)值上就等于該溫度下的黑體輻射。6．判斷以下兩個(gè)關(guān)系式對(duì)不對(duì)？并請(qǐng)說(shuō)明理由。回答：這兩個(gè)式子是錯(cuò)誤的。很明顯，這樣的積分連量綱都不對(duì)。全波段發(fā)射率（即總發(fā)射率）是物體發(fā)射的全波段輻射與同溫度黑體輻射力之比類似地，實(shí)際物體的吸收比定義為實(shí)際物體吸收的輻射能與相同外部條件下黑體吸收的輻射能之比如果投射一方是黑體，則上式可簡(jiǎn)化為但是對(duì)輻射強(qiáng)度而言，下式是正確的，即輻射強(qiáng)度等于光譜輻射強(qiáng)度在全波長(zhǎng)上的積分。這和輻射力與光譜輻射力的關(guān)系相同。7．黑體是否差不多都是黑顏色，或至少也是深顏色的物體嗎？試對(duì)此闡述你的觀點(diǎn)?；卮穑汉隗w不見(jiàn)得在顏色上一定是黑的或深色的，要看所考查的波段。對(duì)于實(shí)用中最常見(jiàn)的紅外射線，是否黑體輻射或者接近黑體輻射與顏色根本無(wú)關(guān)。典型的例子是“雪”，它在紅外波段具有非常高的發(fā)射率和吸收率。只有在可見(jiàn)光波段中，顏色與吸收比才具有必然的聯(lián)系。當(dāng)然，如果在全波長(zhǎng)上考慮問(wèn)題，黑體也應(yīng)該是“黑色”的，因?yàn)槿ǘ伟丝梢?jiàn)光在內(nèi)。這里最重要的是應(yīng)當(dāng)牢記，顏色只能反映可見(jiàn)光波段的特性，而絲毫不反映紅外波段的性質(zhì)。人的眼睛只對(duì)可見(jiàn)光有辨別波長(zhǎng)，即顏色的能力。8．請(qǐng)分別給出以下四個(gè)等式成立的條件：①=；②=；③=；④=回答：①=，要求在全波段上有=常數(shù)；②=，要求在全波段上有=常數(shù)；③=，要求必須是漫射表面；④=，要求漫灰表面或黑體。9．實(shí)驗(yàn)觀察發(fā)現(xiàn)，金屬圓球當(dāng)加熱到白熾溫度時(shí)在球的邊緣會(huì)出現(xiàn)一個(gè)明亮的光環(huán)。但是同樣的處理方法卻使非金屬球體變得中間亮，邊緣暗。試解釋此現(xiàn)象，并說(shuō)明為什么在不加熱時(shí)看不到這種現(xiàn)象？回答：金屬的發(fā)射在半球向上的分布具有大角度L急速上升的特點(diǎn)，參見(jiàn)教材圖8.15。所以把金屬球加熱到白熾會(huì)看到邊緣亮，中間暗。而非金屬材料正相反，大角度時(shí)L銳減。所以看上去中間較亮，外緣較暗。（注意，這種情況應(yīng)發(fā)生在球的體積比較大，而且觀察距離較近的情況下）。10．把大多數(shù)實(shí)際工程材料近似視為灰體有什么限制條件嗎？為什么？回答：主要限制條件是波段。即多數(shù)工程材料可以視為灰體的前提條件是僅限于一般工業(yè)高溫范圍內(nèi)的輻射波段。此時(shí)所涉及的輻射能量集中在紅外波段。如果所考慮的問(wèn)題同時(shí)涉及太陽(yáng)輻射，那么=的結(jié)論往往就不對(duì)了，分析這類問(wèn)題時(shí)必須特別謹(jǐn)慎地處理。11．兩種屋頂涂料的光譜吸收率如附圖所示。試問(wèn)：哪一種涂料會(huì)使屋頂溫度比較低？夏季適合用哪種？冬季又應(yīng)該用哪種？回答：注意到太陽(yáng)輻射能量集中在4m以內(nèi)，屋頂表面涂層的自身輻射能量則集中在4思考題11附圖思考題11答案附圖12．**兩種已知材料A和B的光譜發(fā)射率與波長(zhǎng)的關(guān)系如附圖所示。試根據(jù)該圖分析并判斷兩種材料的總發(fā)射率隨溫度變化的趨勢(shì)，并說(shuō)明理由。思考題12附圖回答：從附圖中可以看到，物體A的光譜發(fā)射率隨波長(zhǎng)增大而升高，考慮到溫度越高，發(fā)射能量中短波的比例越高，長(zhǎng)波相應(yīng)越少。所以，物體A溫度越高，總發(fā)射率就必然越低。而物體B的光譜發(fā)射率先升高，后下降。因此，它的總發(fā)射率隨溫度的變化將經(jīng)歷先略降低后升高的過(guò)程。13．你是否能正確區(qū)分相對(duì)于有效輻射的輻射強(qiáng)度Le＋r和僅相對(duì)于發(fā)射而言的輻射強(qiáng)度Le兩個(gè)概念？回答：輻射強(qiáng)度是衡量表面的輻射能量在空間不同方向上的分布特性的物理量。它的定義是單位時(shí)間單位可見(jiàn)輻射面積在特定方向上的單位立體角內(nèi)離開(kāi)物體表面的全波長(zhǎng)輻射能量。對(duì)于黑表面或者僅考慮表面發(fā)射而不計(jì)反射時(shí)，相應(yīng)的輻射強(qiáng)度為L(zhǎng)e；對(duì)于非黑表面，離開(kāi)的輻射不僅有發(fā)射也有對(duì)外來(lái)投射的反射，兩者總和即有效輻射。相對(duì)于有效輻射而言的輻射強(qiáng)度即有效輻射在半球空間不同方向上的分布規(guī)律，用L＋r來(lái)表示。14．溫度為300K的4個(gè)漫射表面受到太陽(yáng)的輻射，其光譜吸收特性如附圖所示。請(qǐng)問(wèn)：這幾個(gè)表面中哪幾個(gè)可以視為全波長(zhǎng)范圍內(nèi)的灰表面？思考題14附圖回答：用黑體輻射函數(shù)表可以求出太陽(yáng)輻射中98.4％的能量位于3m以內(nèi)，而300K的物體表面輻射中96.1％的能量位于第9章輻射換熱計(jì)算思考題1．引進(jìn)角系數(shù)概念時(shí)附加了哪幾項(xiàng)前提條件？什么地方體現(xiàn)了這幾個(gè)條件？回答：角系數(shù)概念的前提條件是漫灰表面（黑表面亦可）、溫度均勻、有效輻射均勻。在角系數(shù)計(jì)算式的推導(dǎo)過(guò)程中，引用了教材中式（8-1-19），即Ji=Li,e+r，而該式必須在漫灰表面的條件下才成立。當(dāng)然，推導(dǎo)中也用了表面溫度均勻的假設(shè)。最后在由di,j積分得到i,j的過(guò)程中，將Ji提到積分號(hào)外，這意味著附加了Ji在Ai2．為什么說(shuō)微元面對(duì)微元面的角系數(shù)為定值，而有限面對(duì)有限面的角系數(shù)則具有“平均值”內(nèi)涵？思考題2答案附圖回答：微元表面間角系數(shù)的計(jì)算式為在兩表面的空間相對(duì)位置已確定情況下，微元面的角系數(shù)顯然為定值。因?yàn)槭俏⒃?，所以表面溫度均勻，有效輻射均勻的條件自然滿足。但漫灰表面的條件仍需保留。而有限面之間的角系數(shù)計(jì)算式（也是定義式）為：可以看出，這個(gè)XA1,A2具有對(duì)XdA1,A2在A1上積分平均的內(nèi)涵。參見(jiàn)本題答案附圖，顯而易見(jiàn)，從A2到A1的不同地點(diǎn)所張的立體角是不一樣的。因此，所謂A1發(fā)射的輻射能中落到A2上的百分?jǐn)?shù)肯定要借助積分平均的方法才能夠具有一個(gè)確定的值。3．對(duì)角系數(shù)X1,2經(jīng)常存在以下幾種不同的說(shuō)法：(a)表面A1向半球空間發(fā)射（或發(fā)出）的輻射能量落到表面A2上的百分?jǐn)?shù)；(b)表面A1向半球空間發(fā)射（或發(fā)出）的輻射能量被表面A2吸收的百分?jǐn)?shù)；(c)離開(kāi)表面A1的全部輻射能量落到表面A2上（或被A2攔截）的百分?jǐn)?shù)。請(qǐng)你對(duì)這三種不同的說(shuō)法作出評(píng)判。對(duì)不正確的說(shuō)法要指出它錯(cuò)在何處，為什么？回答：前兩種說(shuō)法都不對(duì)，或者不準(zhǔn)確。(a)說(shuō)法只強(qiáng)調(diào)了發(fā)射，未考慮從A1反射的部分。(b)說(shuō)法除了重復(fù)a的錯(cuò)誤之外，又增加了被A2“吸收”的說(shuō)法，更加錯(cuò)誤。只有(c)的說(shuō)法才是完全正確的。4．運(yùn)用角系數(shù)的互換性時(shí)，對(duì)表面的凸凹性有無(wú)限制？回答：角系數(shù)的互換性對(duì)表面的凹凸性沒(méi)有任何限制，只要滿足思考題1的條件即可。這從互換性關(guān)系式的導(dǎo)出過(guò)程就可以證明。5．運(yùn)用角系數(shù)的可加性（分解性）對(duì)表面的凸凹性有無(wú)限制？思考題6附圖回答：角系數(shù)的可加性（分解性）也沒(méi)有對(duì)表面的凹凸性施加任何限制。無(wú)論是發(fā)射表面還是接收輻射的表面，均可凹、可平、可凸。6．**參見(jiàn)附圖，試問(wèn)是否能用教材中式（9-1-12）計(jì)算角系數(shù)XA1,A2？（該系統(tǒng)中，A1→A2的“視線”部分被A3、A4阻擋。）此時(shí)A1應(yīng)該由a-g-f折線計(jì)算，還是由ag+gf弧線計(jì)算？A2呢？回答：如果有“視線”被阻擋的情況，就不能簡(jiǎn)單地直接采用式(9-1-12)來(lái)計(jì)算表面之間的角系數(shù)。6．你能否根據(jù)角系數(shù)的基本定義，或根據(jù)教材中式（9-1-7）證明式（9-1-8）不成立？證明：從式(9-1-7)出發(fā)，因?yàn)橛?，所以顯然，這個(gè)結(jié)果與所要證明的式子是相互矛盾的。證畢。7．兩個(gè)平行大平板各自保持恒定溫度T1與T2，且有T1>T2。為減少兩板間的輻射在它們中間插入兩側(cè)表面發(fā)射率不相同的一塊遮熱板。請(qǐng)問(wèn)：（1）為了最大限度地減小熱交換，遮熱板發(fā)射率高的一面應(yīng)該朝向T1還是T2？（2）遮熱板兩種不同朝向時(shí)，它的平衡溫度是否相同？回答：(1)寫(xiě)出加入遮熱板（任意朝向）以后單位面積的總熱阻表達(dá)式就可以發(fā)現(xiàn)，遮熱板的朝向?qū)偀嶙铔](méi)有影響，所以對(duì)減輻射效果自然也沒(méi)有影響。(2)但是朝向?qū)φ跓岚宓钠胶鉁囟葏s有影響。必須把發(fā)射率小，即表面熱阻比較大的一面朝向高溫表面，遮熱板的溫度才會(huì)相對(duì)比較低（想想為什么？）。8．為什么輻射換熱計(jì)算必須在“封閉腔”條件下進(jìn)行？對(duì)實(shí)際為開(kāi)口的假想表面的溫度和物性（發(fā)射率）應(yīng)該怎么取？回答：某個(gè)表面與周圍“包圍”它的多個(gè)表面進(jìn)行輻射熱交換，其凈得失熱量是它與所有包圍它的表面輻射交換總效果的表現(xiàn)。如果不封閉，就意味著沒(méi)有把開(kāi)口面的作用和影響計(jì)入，而這個(gè)開(kāi)口面實(shí)際上是具有確定的溫度和輻射物性的。不計(jì)入該表面的影響就意味著凈得失熱量中少計(jì)算了一部分。一般來(lái)說(shuō)，可以把封閉腔中的開(kāi)口表面視為外部環(huán)境溫度下的黑表面。（請(qǐng)讀者自行分析為什么可以這樣處理？）9．一本傳熱學(xué)教科書(shū)中寫(xiě)道：“對(duì)于附圖所示的由兩個(gè)灰表面組成的封閉系統(tǒng)的如下三種相對(duì)位置，輻射換熱的以下計(jì)算式：(a)(b)(c)思考題9附圖僅適用于附圖中a,b兩種情況的計(jì)算，即A1必須是平面或凸面；對(duì)于c的情況則應(yīng)將式中A1用虛線所示的A3代替”。請(qǐng)你分析這個(gè)說(shuō)法對(duì)不對(duì)？為什么？回答：這個(gè)說(shuō)法是完全錯(cuò)誤的。計(jì)算教材中式（9-3-6）對(duì)兩個(gè)表面的凹凸性沒(méi)有施加任何限制，兩表面的形狀及相互位置的影響已經(jīng)由角系數(shù)X1,2或X2,1（空間熱阻項(xiàng)）反映出來(lái)。兩個(gè)構(gòu)成封閉腔的灰表面輻射換熱時(shí)，無(wú)論什么相對(duì)形狀，網(wǎng)絡(luò)都是教材中2。計(jì)算式都是（9-3-6）。10．請(qǐng)證明：根據(jù)下式(i=1,2,…，n)（9-4-5b）討論封閉腔中多個(gè)灰表面間輻射換熱的數(shù)值計(jì)算方法時(shí)，是否必須限定所有表面都不是內(nèi)凹的，即所有表面對(duì)自身的角系數(shù)Xi,i均必須等于零？回答：可以證明，使用這個(gè)形式進(jìn)行輻射換熱的數(shù)值計(jì)算時(shí)，并不需要增加對(duì)表面凸凹性的限制。如果封閉腔諸表面當(dāng)中“i”是凹表面，那么上式右側(cè)末尾的求和運(yùn)算中，就必須把Xi,i項(xiàng)包括在內(nèi)，否則計(jì)算結(jié)果將是錯(cuò)誤的（請(qǐng)讀者自行證明）。對(duì)于教材中式（9-4-5a）的形式，同樣無(wú)需限制表面的凸凹性。顯然，若施加了這個(gè)限制，將導(dǎo)致11．為什么強(qiáng)調(diào)“從物理概念上講，不能把輻射表面視為反射比等于1的純反射面”？回答：僅從輻射能的數(shù)量來(lái)講，重輻射表面似乎“反射”了來(lái)自高溫面的輻射熱。但從物理概念上講，這個(gè)看法是不對(duì)的。另外須注意到，對(duì)于三個(gè)以上表面間的輻射換熱，“高溫”表面可能不止一個(gè)。實(shí)際上，重輻射面吸收了來(lái)自各個(gè)高溫表面的熱量之后，重新發(fā)射出去（注意，是以該表面自身溫度和發(fā)射率發(fā)射），進(jìn)、出輻射能量的光譜不見(jiàn)得是一樣的，僅熱流量的數(shù)量（W）相等而已，所以凈得失熱量為零。事實(shí)上，重輻射面的存在為熱交換各方提供了直接輻射換熱以外的另一條附加的換熱途徑。12．有人說(shuō)，“重輻射面的有效輻射與它本身的溫度和輻射特性無(wú)關(guān)，整個(gè)系統(tǒng)的輻射換熱量也與重輻射面的溫度和輻射特性無(wú)關(guān)，僅與其幾何特性有關(guān)?！边@個(gè)說(shuō)法對(duì)不對(duì)？回答：這句話一半對(duì)，另一半不對(duì)。重輻射表面的有效輻射J就等于相應(yīng)溫度的黑體輻射力，當(dāng)然與發(fā)射率無(wú)關(guān)，但是顯然與溫度有關(guān)！整個(gè)系統(tǒng)的輻射換熱量與重輻射面的輻射特性無(wú)關(guān)，即重輻射面的發(fā)射率數(shù)據(jù)可有可無(wú)，不會(huì)影響計(jì)算結(jié)果。但是說(shuō)與溫度也無(wú)關(guān)，則有大問(wèn)題。事實(shí)上，重輻射表面保持進(jìn)出能量恰好相等必須以它具有特定溫度為前提，這個(gè)溫度就是一般計(jì)算中所求的平衡溫度。13．為什么說(shuō)教材中式（9-4-4）不可以直接用于作數(shù)值計(jì)算？回答：因?yàn)樵谑?9-4-4)的分母中，含有（1－i）項(xiàng)，一旦封閉腔中有一個(gè)表面是黑表面，則必將導(dǎo)致數(shù)值計(jì)算“溢出”，所以必須要用教材中式(9-4-5a/5b)來(lái)計(jì)算。14．對(duì)流和輻射聯(lián)合作用時(shí)，一般用復(fù)合表面?zhèn)鳠嵯禂?shù)，即對(duì)流表面?zhèn)鳠嵯禂?shù)與輻射的當(dāng)量表面?zhèn)鳠嵯禂?shù)之和來(lái)描述換熱的凈效果。請(qǐng)問(wèn)是否永遠(yuǎn)如此（即有沒(méi)有兩者相互抵銷相減的情況發(fā)生）？回答：的確存在這種可能性，如所謂的“輻射致冷”現(xiàn)象。這時(shí)，地表溫度低于環(huán)境空氣溫度，而高于天空溫度，于是地表面在與大氣的對(duì)流換熱中得熱，而在與天空的輻射換熱中失去熱量，這時(shí)輻射的作用往往會(huì)大于對(duì)流。所以就凈換熱而言，兩個(gè)表面?zhèn)鳠嵯禂?shù)具有相抵消的“減法”效果。第10章熱交換器思考題1．“既然對(duì)數(shù)平均溫差是熱交換器兩側(cè)流體沿程溫度差的積分平均值，那么它就是嚴(yán)格意義上的換熱溫差?！边@個(gè)說(shuō)法是否正確？回答：對(duì)數(shù)平均溫差的計(jì)算公式的確是按照沿程溫差的積分平均值推導(dǎo)出來(lái)的，但這仍不能說(shuō)明它就是嚴(yán)格意義上的換熱溫差。主要原因是在推導(dǎo)以前我們?cè)?jīng)作了若干條簡(jiǎn)化假設(shè)，諸如沿程的熱容量等于常數(shù)、總傳熱系數(shù)等于常數(shù)、忽略散熱損失和軸向?qū)岬?。這些假設(shè)與實(shí)際情況有一定出入，特別是總傳熱系數(shù)為常數(shù)的假設(shè)，在流體溫度變化較大的情況下，可能出入仍比較大。所以，即使作了積分平均，也還不能說(shuō)就是嚴(yán)格意義上的換熱溫差。2．請(qǐng)判斷，以下逆流換熱過(guò)程中兩流體溫度沿程變化的畫(huà)法是否正確？思考題2附圖回答：圖中，圖a、d是錯(cuò)誤的，圖b、c是正確的。判斷這類問(wèn)題的原則是：在前述假設(shè)條件下，換熱器沿程的熱流密度必定隨著兩側(cè)流體的溫差大小變化，溫差大則局部熱流密度也相應(yīng)比較大。于是流體的溫升（溫降）就比較劇烈。圖a中，右端溫差比左端大，但是右側(cè)的局部溫度變化速率卻沒(méi)有左側(cè)高，這顯然自相矛盾，所以是錯(cuò)誤的。3．為什么說(shuō)對(duì)數(shù)平均溫差計(jì)算公式不可以直接用于計(jì)算在一臺(tái)換熱器中既有單相換熱、又有相變換熱時(shí)的情形？思考題3答案附圖回答：參見(jiàn)附圖，對(duì)于既有相變段，又有單相換熱段的熱交換器，一般必須分兩個(gè)階段計(jì)算換熱面積，然后相加。這意味著兩段的換熱溫差也必須分開(kāi)獨(dú)立計(jì)算（見(jiàn)圖a）。如果按一段計(jì)算（參見(jiàn)圖b），就意味著平均換熱溫差有誤，自然換熱面積的數(shù)值也就不對(duì)了。4．請(qǐng)?jiān)O(shè)想在什么情況下會(huì)有意不把換熱器布置成逆流方式？回答：由于逆流換熱器使得兩側(cè)流體的高溫端出現(xiàn)在換熱器的同一側(cè)，造成局部溫度比較高，熱應(yīng)力也會(huì)比較大。于是在有些換熱場(chǎng)合，如鍋爐的過(guò)熱器就有意布置成非純逆流，以緩解高溫和熱應(yīng)力過(guò)大的矛盾。5．為什么對(duì)一臺(tái)熱交換器既需要根據(jù)給定參數(shù)進(jìn)行設(shè)計(jì)計(jì)算，從而確定其換熱面積，還要進(jìn)行校核計(jì)算？這種校核計(jì)算是不是設(shè)計(jì)計(jì)算的逆過(guò)程？回答：換熱器的設(shè)計(jì)計(jì)算一般針對(duì)給定的設(shè)計(jì)參數(shù)，即所謂‘設(shè)計(jì)工況’。而任何一臺(tái)設(shè)備實(shí)際上都不可能永遠(yuǎn)在設(shè)計(jì)工況下工作，所以還必須對(duì)若干非設(shè)計(jì)工況進(jìn)行計(jì)算，因?yàn)榇藭r(shí)換熱器的面積和布置形式均已經(jīng)確定，這種計(jì)算屬于校核類型的計(jì)算。這類校核計(jì)算并不是重復(fù)性的逆運(yùn)算。6．有人設(shè)計(jì)了一臺(tái)利用熱管來(lái)傳遞燃油爐所發(fā)出的熱量的裝置，即把熱管的蒸發(fā)端（吸熱端，處于較低的位置）置于火焰中加熱，而冷凝端（即放熱端，位于較高位置）則通過(guò)風(fēng)機(jī)把熱量傳遞給空氣，這些熱空氣可以用于干燥等。請(qǐng)你根據(jù)所學(xué)過(guò)的傳熱知識(shí)對(duì)這種設(shè)計(jì)的合理性作出評(píng)價(jià)?；卮穑哼@種利用熱管來(lái)傳遞火焰燃燒所發(fā)出的熱量的方法不甚合理。主要問(wèn)題在于熱管的蒸發(fā)端，由于火焰溫度一般相當(dāng)高，至少在700～800℃以上，而熱風(fēng)溫度多半在200～300℃左右。這就使得熱管蒸發(fā)端處于膜態(tài)沸騰的工作條件下，即熱管管壁溫度比工質(zhì)的飽和溫度高出許多?？紤]到膜態(tài)沸騰不是理想的沸騰換熱方式，表面?zhèn)鳠嵯禂?shù)要比核態(tài)沸騰低不少。所以說(shuō)這種設(shè)計(jì)不是很合理。另外，長(zhǎng)期在火焰溫度下工作，對(duì)熱管的材料也要求比較高，這就加大了熱管的制作成本。7．在一些參考資料，甚至正是發(fā)表的論文以及企業(yè)的產(chǎn)品宣傳材料上，經(jīng)?？梢砸?jiàn)到“該換熱設(shè)備的換熱效率高達(dá)95％”之類的詞句。從傳熱學(xué)角度分析，這種說(shuō)法是否正確？回答：這種說(shuō)法不對(duì)。首先，一臺(tái)熱交換器的好壞從來(lái)都不是用所謂的“換熱效率”高低來(lái)表示，而應(yīng)該用總傳熱系數(shù)來(lái)表征。但是一臺(tái)換熱器并非只用于固定的流體，并運(yùn)行在固定的參數(shù)下。所以總傳熱系數(shù)對(duì)一臺(tái)換熱器也不會(huì)是常數(shù)。其次，只要忽略向環(huán)境的散熱（或者這種散熱所占比例很?。?，那么任何一臺(tái)熱交換器的換熱效率都應(yīng)該是1，因?yàn)樵诜€(wěn)態(tài)條件下，熱流體放出的所有熱量全部都傳給了冷流體。補(bǔ)充思考題導(dǎo)熱部分1．如果將兩塊金屬板接觸面處的空氣抽掉，接觸熱阻變大了，還是變小了？回答：接觸熱阻變大了。因?yàn)槌榈艨諝庖院蠼佑|點(diǎn)的狀況未發(fā)生變化，但是接觸面小間隙中沒(méi)有了空氣，這部分對(duì)流（或?qū)幔Q熱就不存在了，只剩下通過(guò)氣隙的輻射熱交換。原來(lái)并存的幾種傳熱方式少了一種，當(dāng)然熱阻是增大。2．對(duì)于第三類邊界條件下的穩(wěn)態(tài)導(dǎo)熱而言，是否可能出現(xiàn)如圖所示的溫度分布狀態(tài)？如果可能，應(yīng)該是在什么情況下？回答：有可能。這種溫度分布發(fā)生在物體內(nèi)具有非對(duì)稱內(nèi)熱源時(shí)。3．北方農(nóng)村有一些民居是用大塊巖石壘砌成的，墻壁很厚。這種房子一般具有冬暖夏涼的特點(diǎn)。試從傳熱學(xué)原理分析其原因?；卮穑汉芎竦膸r石墻壁具有：（1）很大的導(dǎo)熱熱阻；（2）非常大的蓄熱能力。因此它一方面對(duì)室外溫度具有很強(qiáng)的衰減（無(wú)論冷或熱）作用，同時(shí)能夠使室外環(huán)境溫度波的振幅對(duì)室內(nèi)不起作用，即相當(dāng)于對(duì)周期性的溫度波動(dòng)起到一種“整流”的作用。4．采用非穩(wěn)態(tài)差分?jǐn)?shù)值解能否得到二維物體的穩(wěn)態(tài)溫度場(chǎng)？這樣作有什么優(yōu)點(diǎn)和缺點(diǎn)？回答：能夠得到的。對(duì)穩(wěn)態(tài)問(wèn)題按非穩(wěn)態(tài)導(dǎo)熱建立模型，只需要多給定一個(gè)合理的初始條件，數(shù)值無(wú)所謂，不會(huì)影響最終結(jié)果。這樣作的好處是：非穩(wěn)態(tài)導(dǎo)熱求解采用顯式格式時(shí)，無(wú)需任何聯(lián)立解和迭代，只要從初始時(shí)刻開(kāi)始一步步向前推進(jìn)即可。程序比穩(wěn)態(tài)更簡(jiǎn)單。一直推進(jìn)到溫度場(chǎng)幾乎恒定不變時(shí)，就是所要的結(jié)果。5．對(duì)于對(duì)流和輻射并存的第三類邊界條件，若輻射環(huán)境的溫度Tsur不等于外部流體溫度Tf，輻射換熱表面?zhèn)鳠嵯禂?shù)以及總換熱量該如何計(jì)算？回答：由于輻射換熱等于若需要將其表示成牛頓冷卻公式的形式兩式相比，容易發(fā)現(xiàn)若Tf與輻射環(huán)境溫度Tsur不一致，輻射表面?zhèn)鳠嵯禂?shù)應(yīng)等于這與兩者相等時(shí)的式(1-3-11)顯著不同。6．如果一段電線兩端固定并拉直，通一定的電流，電線會(huì)因?yàn)榧訜嶙兂砂导t色。若給電線套上直徑恰好相匹配的一根玻璃管，管的壁厚大約2回答：電線一般很細(xì)，玻璃管導(dǎo)熱性能并不好，相當(dāng)于一種較差的隔熱材料。在這種情形下，完全有可能出現(xiàn)因臨界熱絕緣現(xiàn)象使得電線的散熱量反而加大，原來(lái)暗紅色的電線反而變得不紅了。7．球壁是否也存在臨界熱絕緣直徑的問(wèn)題？（答案略）8．試根據(jù)二維導(dǎo)熱物體內(nèi)熱流線與等溫線垂直的原理，尋找一種確定其熱流量的有效方法。（答案略，參見(jiàn)教材第3章之參考文獻(xiàn)[13]，p.115-120）。9．試推導(dǎo)不規(guī)則邊界節(jié)點(diǎn)的有限差分方程式。（答案略，參見(jiàn)教材第3章之參考文獻(xiàn)[13]）10．試推導(dǎo)非均勻網(wǎng)格中兩種介質(zhì)交界面處節(jié)點(diǎn)的差分方程式。（答案略）11．q2線的走向（先凹后凸有拐點(diǎn)）是正確的。回答：采用數(shù)值計(jì)算方法，不難得出平壁兩側(cè)的熱流量隨時(shí)間的變化歷程?？梢杂脠D線來(lái)表示，參見(jiàn)以下兩圖。凸凹的程度不是十分明顯，但是確定無(wú)疑的。12．試證明在Fo5的范圍以內(nèi)，用nomo圖方法求得的大平壁的溫度響應(yīng)與用半無(wú)限大模型誤差函數(shù)得到的解是基本上相同的?；卮穑翰捎脭?shù)值計(jì)算方法可以證明，對(duì)相同