考研真題 《傳熱學(xué)》（第4版）配套題庫(kù)（真題 課后題 章節(jié)題 模擬題）

楊世銘主編的《傳熱學(xué)》(第4版)是我國(guó)高校物理類(lèi)廣泛采用的權(quán)威教材之一，也被眾多高校(包括科研機(jī)構(gòu))指定為考研考博專(zhuān)業(yè)課參考書(shū)目。為了幫助參加研究生入學(xué)考試指定參考書(shū)目為楊世銘主編的《傳熱學(xué)》(第4版)的考生復(fù)學(xué)》(第4版)輔導(dǎo)用書(shū)(均提供免費(fèi)下載，免費(fèi)升級(jí)):1.楊世銘《傳熱學(xué)》(第4版)筆記和考研真題詳解[免費(fèi)下載]2.楊世銘《傳熱學(xué)》(第4版)配套題庫(kù)【名?？佳姓骖}+章節(jié)題庫(kù)+模擬試題】[免費(fèi)下載]不同一般意義的傳統(tǒng)題庫(kù)，本題庫(kù)是詳解楊世銘《傳熱學(xué)》(第4版)的配套題庫(kù)，包括歷基礎(chǔ)；又對(duì)一些重難點(diǎn)部分(包括教材中未涉及到的知識(shí)點(diǎn))進(jìn)行詳細(xì)闡釋?zhuān)允箤W(xué)員不遺第二部分為章節(jié)題庫(kù)。本部分嚴(yán)格按照楊世銘《傳熱學(xué)》(第4版)教材內(nèi)容進(jìn)行編寫(xiě)，每第三部分為模擬試題。參照楊世銘《傳熱學(xué)》(第4版)教材，根據(jù)歷年考研真題的命題規(guī)()提供全國(guó)各高校物理類(lèi)專(zhuān)業(yè)考研考博輔導(dǎo)班【一對(duì)一輔導(dǎo)(面授/網(wǎng)授)、網(wǎng)授精講班等】、多媒體e書(shū)、多媒體題庫(kù)(免費(fèi)下載，免費(fèi)升級(jí))、全套資料(歷年真題及答案、筆記講義等)、物理類(lèi)國(guó)內(nèi)外經(jīng)典教材名師講堂、考研教輔圖書(shū)等。本題究生入學(xué)考試指定考研參考書(shū)目為楊世銘《傳熱學(xué)》(第4版)的考生，也可供各大院校學(xué)1.720度立體旋轉(zhuǎn)：好用好玩的全新學(xué)習(xí)體驗(yàn)2.質(zhì)量保證：每本e書(shū)都經(jīng)過(guò)圖書(shū)編輯隊(duì)伍多次反復(fù)修改，顧問(wèn)團(tuán)隊(duì)嚴(yán)格審核目的考試要點(diǎn)，把重要考點(diǎn)全部固化為試題(或講義)形式，形成精準(zhǔn)領(lǐng)先及時(shí)的備考e3.免費(fèi)升級(jí)：更新并完善內(nèi)容，終身免費(fèi)升級(jí)4.功能強(qiáng)大：記錄筆記、答案遮擋等十大功能(1)e書(shū)閱讀器——工具欄豐富實(shí)用【為考試教輔量身定做】(2)便箋工具——做筆記、寫(xiě)反饋【獨(dú)家推出】(3)答案遮擋先看題后看答案，學(xué)習(xí)效果好【獨(dú)家推出】5.品種齊全：包括全部職稱(chēng)資格考試、、主要包括：、、,共3萬(wàn)余種，每天新上線約30種e書(shū)，每天下載約1萬(wàn)次。為您處理!()是一家為全國(guó)各類(lèi)考試和專(zhuān)業(yè)課學(xué)習(xí)提供輔導(dǎo)方案【保過(guò)班、網(wǎng)授班、3D電子書(shū)、3D題庫(kù)】的綜合性學(xué)習(xí)型視頻學(xué)習(xí)網(wǎng)站，擁有近100種考試(含418個(gè)考試科目)、194種經(jīng)典教材(含英語(yǔ)、經(jīng)濟(jì)、管理、證券、金融等共16大類(lèi)),合計(jì)近萬(wàn)小時(shí)的面授班、網(wǎng)授如您在購(gòu)買(mǎi)、使用中有任何疑問(wèn)，請(qǐng)及時(shí)聯(lián)系我們，我們將竭誠(chéng)為您服務(wù)!全國(guó)熱線：(8:30～00:30),(8:30～00:30)第一部分名校考研真題第2章穩(wěn)態(tài)熱傳導(dǎo)第3章非穩(wěn)態(tài)熱傳導(dǎo)第4章熱傳導(dǎo)問(wèn)題的數(shù)值解法第5章對(duì)流傳熱的理論基礎(chǔ)第6章單相對(duì)流傳熱的實(shí)驗(yàn)關(guān)聯(lián)式第7章相變對(duì)流傳熱第8章熱輻射基本定律和輻射特性第9章輻射傳熱的計(jì)算第10章傳熱過(guò)程分析與換熱器的熱計(jì)算第11章傳質(zhì)學(xué)簡(jiǎn)介第二部分章節(jié)題庫(kù)第2章穩(wěn)態(tài)熱傳導(dǎo)第3章非穩(wěn)態(tài)熱傳導(dǎo)第4章熱傳導(dǎo)問(wèn)題的數(shù)值解法第5章對(duì)流傳熱的理論基礎(chǔ)第6章單相對(duì)流傳熱的實(shí)驗(yàn)關(guān)聯(lián)式第7章相變對(duì)流傳熱第8章熱輻射基本定律和輻射特性第9章輻射傳熱的計(jì)算第10章傳熱過(guò)程分析與換熱器的熱計(jì)算第11章傳質(zhì)學(xué)簡(jiǎn)介第三部分模擬試題楊世銘《傳熱學(xué)》(第4版)配套模擬試題及詳解(一)楊世銘《傳熱學(xué)》(第4版)配套模擬試題及詳解(二)第一部分名?？佳姓骖}江大學(xué)2006、2007研]【答案】一半查看答案【解析】根據(jù)傳熱方程式Φ=Ak△t,在熱流一定的情況下，傳熱系數(shù)增加一倍，由于E保持不變，所以冷熱流體間的溫差是原來(lái)的一半。1-2鍋爐爐墻外墻與大氣間的換熱是。[浙江大學(xué)2006研]【答案】對(duì)流換熱查看答案1-3已知一個(gè)換熱過(guò)程的溫壓為100℃,熱流量為10Kw,則其熱阻為。[浙江大學(xué)2006【解析】設(shè)熱阻為F,則根據(jù)傳熱方程式可知1-4在一維穩(wěn)態(tài)傳熱過(guò)程中，每一個(gè)換熱環(huán)節(jié)的熱阻分別為0.01K/【解析】熱阻為一一的換熱環(huán)節(jié)在總熱阻中占主導(dǎo)地位，它具有改變總熱阻的最大潛力。因此，在熱阻為≥一的換熱環(huán)節(jié)上采取強(qiáng)化傳熱措施效果最好。1-6對(duì)流換熱。[東南大學(xué)2002研]1-7傳熱系數(shù)。[東南大學(xué)2002研]答：傳熱系數(shù)在數(shù)值上等于冷、熱流體間溫差二IC、傳熱面積≥1-8對(duì)于室內(nèi)安裝的暖氣設(shè)施，試說(shuō)明從熱水至室內(nèi)空氣的熱量傳遞過(guò)程中，包含哪些傳熱環(huán)節(jié)?[華中科技大學(xué)2004研]1-9圖1-1所示為一半圓與一平面所組成的表面，溫度保持在500℃,周?chē)黧w的問(wèn)題為300℃,對(duì)流換熱系數(shù)h=1W/(m2·K),已知D=100mm,L=300mm,試求出此表面的散熱量。[上海交通大學(xué)2001研]圖1-11-10解釋以下現(xiàn)象：某辦公室由中央空調(diào)系統(tǒng)維持室內(nèi)恒溫，人們注意到盡管冬夏兩季室內(nèi)都是20℃,但感覺(jué)卻不同。[東南大學(xué)2000研]1-12在某產(chǎn)品的制造過(guò)程中，厚度為2.0mm基板上緊貼一層厚為0.1mm的透明薄膜，薄膜表面上有一股冷氣流流過(guò)，其溫度為10℃,對(duì)流換熱系數(shù)為50W/(m2-k),同時(shí)有輻射能透過(guò)薄膜投射到薄膜與基板的結(jié)合面上，基板的另一面維持在30℃,生產(chǎn)工藝要求薄膜與基板的結(jié)合面的溫度應(yīng)為60℃,試確定輻射熱流密度q應(yīng)為多大?(已知薄膜導(dǎo)熱系數(shù)為0.02W/(m.k),基板的導(dǎo)熱系數(shù)為0.06W/(m·k)。投射到結(jié)合面上的輻射熱流全部被結(jié)合面吸收，薄膜對(duì)60℃的熱輻射不透明，而對(duì)投入輻射是完全透明的。)[浙江大學(xué)2001解：分析結(jié)合面，可知存在如下傳熱過(guò)程：熱輻射；通過(guò)透明薄膜的熱傳導(dǎo)，薄膜與冷氣流之間的對(duì)流傳熱；經(jīng)過(guò)基板的熱傳導(dǎo)。傳熱過(guò)程示意圖圖1-2所示。圖1-2對(duì)上述傳熱過(guò)程進(jìn)行熱阻分析：薄膜的導(dǎo)熱熱阻為：冷氣流換熱熱阻：基板的導(dǎo)熱熱阻：根據(jù)能量守恒可得輻射熱流密度為：1-13“對(duì)流換熱”是否是基本的傳熱方式并作比較。[重慶大學(xué)2005研]答：對(duì)流換熱不是基本的傳熱方式。它是流體與相互接觸的固體表面之間的熱能傳遞現(xiàn)象，是導(dǎo)熱和熱對(duì)流兩種基本傳熱方式共同作用的結(jié)果；而熱對(duì)流是由于流體的宏觀運(yùn)動(dòng)使不同溫度的流體相對(duì)位移而產(chǎn)生的熱能傳遞現(xiàn)象，熱對(duì)流只發(fā)生在流體之中，并伴隨有微觀粒子熱運(yùn)動(dòng)而產(chǎn)生的導(dǎo)熱。1-14流體與表面對(duì)流換熱時(shí)，熱量是如何傳遞的?[西北工業(yè)大學(xué)2001研]流”這兩種作用來(lái)完成的。因而流體與表面的對(duì)流換熱是熱傳導(dǎo)和熱對(duì)流綜合作用的結(jié)果。1-15熱阻的定義是什么?給出三種傳熱模式熱阻的表達(dá)式。[中國(guó)科學(xué)院2009研]解：熱阻的定義為溫度差與傳熱功率的比值。1-16寫(xiě)出牛頓冷卻定律在外部流動(dòng)、內(nèi)部流動(dòng)以及沸騰過(guò)程中的形式，并指出各溫度的物理意義。[中國(guó)科學(xué)院2008研]其中，卡為固體壁面表面溫度，為流體溫度，=為流體在管道橫截面上的平均溫度，F(xiàn)為1-17一扇玻璃窗的寬和高分別為W=1m和H=2m,厚為5mm,導(dǎo)熱系數(shù)kg=1.4W/m.K。如果在一個(gè)寒冷的冬天，玻璃的內(nèi)外表面溫度分別為15℃和-20℃,通過(guò)窗戶(hù)的熱損速率是多少?為減少通過(guò)傳呼的熱損，習(xí)慣上采用雙層玻璃結(jié)構(gòu)，開(kāi)。如果間隙厚為10mm,且與空氣接觸的玻璃表面的溫度分別為10℃和-15℃,通過(guò)一個(gè)1m×2m的窗戶(hù)的熱損速率是多少?空氣的導(dǎo)熱系數(shù)為ka=0.024W/m-K。[中國(guó)科學(xué)院2008研]1.55mm,導(dǎo)熱系數(shù)乍=387W/(m2·k),水側(cè)表面的對(duì)流換熱系數(shù)為h?=5000W/(m2·k)?？諝鈧?cè)換熱面積熱阻：傳熱壁面面積熱阻：水側(cè)換熱面積熱阻：所以空氣到水的總傳熱系數(shù)為：由上面計(jì)算可知，空氣側(cè)、傳熱壁導(dǎo)熱、水側(cè)的面積熱阻分別占總熱阻的99.09%、0.02%、0.89%?？諝鈧?cè)熱阻占總熱阻的主要地位，它具有改變總熱阻的最大潛力。所以，為了強(qiáng)化這一過(guò)程，應(yīng)該從強(qiáng)化空氣側(cè)換熱這一環(huán)節(jié)著手。1-19若冷熱流體分別在一塊大平板的兩側(cè)流過(guò)，試寫(xiě)出平板傳熱的總傳熱系數(shù)。[國(guó)防科技大學(xué)2004研]解：冷熱流體分別在一塊大平板的兩側(cè)流過(guò)，這個(gè)傳熱過(guò)程主要由下面三個(gè)環(huán)節(jié)組成：(1)熱量從高溫流體以對(duì)流傳熱方式傳給壁面；(2)熱量從一側(cè)壁面以導(dǎo)熱方式傳到另一側(cè)壁面；(3)熱量從低溫流體側(cè)壁面以對(duì)流傳熱方式傳給低溫流體。高溫流體側(cè)對(duì)流傳熱系數(shù)為，低溫流體側(cè)對(duì)流傳熱系數(shù)為，大平板厚度為日，平板材料導(dǎo)熱系數(shù)為F,如圖1-3所示。圖1-3對(duì)于高溫側(cè)對(duì)流傳熱，熱流量表達(dá)式為：對(duì)于中間平壁導(dǎo)熱，熱流量表達(dá)式為：對(duì)于低溫側(cè)對(duì)流傳熱，熱流量表達(dá)式為：所以，平板傳熱的總傳熱系數(shù)為：1-20無(wú)限大平壁的壁厚δ以及兩側(cè)表面的溫度，均已知，材料的導(dǎo)熱系數(shù)對(duì)溫度的依變關(guān)系為-1,式中ko和均為常數(shù)值。請(qǐng)導(dǎo)出平壁導(dǎo)熱熱流密度的計(jì)算式。[國(guó)防科技大學(xué)2004研]解：根據(jù)傅里葉定律，熱流密度的表達(dá)式為：等式兩邊同乘，并且積分可得：把代入上式，可得：計(jì)算整理可得平壁導(dǎo)熱熱流密度的計(jì)算式為：2-1試將圓筒壁的熱阻與同材料、同厚度的平壁的熱阻進(jìn)行比較，如果溫度條件相同，而平面的面積等于圓筒壁的內(nèi)表面，則()是正確的。[湖南大學(xué)2006研]A.平壁的熱阻較小B.平壁的熱阻較大C.二者的熱阻相等D.缺少條件，不好比較【答案】A查看答案【解析】設(shè)圓筒內(nèi)壁的直徑為三、圓筒和平壁的厚度為δ,則圓筒外壁的直徑為該材料的導(dǎo)熱系數(shù)為λ,圓筒和平壁的長(zhǎng)度為三。2-2肋壁總效率的數(shù)學(xué)表達(dá)式為。[浙江大學(xué)2006研]【答案】其中，為兩個(gè)肋片之間的根部表面積，為肋片的表面積，「為肋效率查看答案2-3肋效率的定義是,當(dāng)肋片高度為時(shí)肋效率F達(dá)到。[浙江大學(xué)2005【答案】;零查看答案2-4如圖2-10所示的雙層平壁中的穩(wěn)態(tài)溫度分布判斷兩種材料的導(dǎo)熱系數(shù)相對(duì)大小為 。[浙江大學(xué)2005研1圖2-10【答案】#三查看答案【解析】分別考慮材料A和B的導(dǎo)熱，可以看作是單層平壁導(dǎo)熱問(wèn)題，根據(jù)傅里葉定律可由此可得：λA<g。2-5導(dǎo)熱微分方程的推導(dǎo)依據(jù)是和_。直角坐標(biāo)下一維，非穩(wěn)態(tài)、無(wú)內(nèi)熱源導(dǎo)熱問(wèn)題的導(dǎo)熱微分方程可以表示成_。[浙江大學(xué)2004研]【答案】傅里葉定律；能量守恒定律；查看答案2-6如果測(cè)的通過(guò)一塊厚50mm的大木板的熱流密度為一三，木板兩側(cè)的表面溫度分別為40℃和20℃,則該木板的導(dǎo)熱系數(shù)為_(kāi);若將加熱熱流密度提高到一三，該木板的一側(cè)表面溫度為25℃,則另外一側(cè)的表面溫度應(yīng)為_(kāi).[浙江大學(xué)2004研]【答案】;>查看答案【解析】根據(jù)傅里葉定律可知,把代入，計(jì)算可得木板導(dǎo)熱系數(shù)為：時(shí)，木板兩側(cè)溫度差為：因?yàn)槟景逡粋?cè)的表面溫度為間，因而另外一側(cè)的表面溫度為≥信。2-7描述導(dǎo)熱物體內(nèi)部溫度扯平能力的物性量叫,它由物性量決定，其定義式為_(kāi)。[浙江大學(xué)2001研]【答案】熱擴(kuò)散率；物體的導(dǎo)熱系數(shù)λ、密度、比熱容；查看答案2-8確定導(dǎo)熱微分方程的定解條件中有邊界條件，常用的有三種：第三類(lèi)邊界條件為_(kāi)。[浙江大學(xué)2001研]【答案】規(guī)定了邊界上的溫度值；規(guī)定了邊界上的熱流密度值；規(guī)定了邊界上物體與周?chē)黧w間的表面?zhèn)鳠嵯禂?shù)「以及周?chē)黧w的溫度三。查看答案2-9在求解導(dǎo)熱熱阻時(shí)，常碰到變導(dǎo)熱系數(shù)的情況。當(dāng)材料的導(dǎo)熱系數(shù)為溫度的線性函數(shù)，常取_下的導(dǎo)熱系數(shù)作為平均導(dǎo)熱系數(shù)。[浙江大學(xué)2001研]【答案】材料定型溫度，即算數(shù)平均溫度。查看答案2-10肋片效率是。[浙江大學(xué)2000研]【答案】實(shí)際散熱量與假設(shè)整個(gè)肋表面處于肋基溫度下的散熱量查看答案2-11導(dǎo)溫系數(shù)a描述了物體_的能力。[浙江大學(xué)2000研]【答案】傳播溫度變化的能力查看答案2-12對(duì)于需要強(qiáng)化換熱的換熱面來(lái)說(shuō)，當(dāng)畢渥數(shù)時(shí)加肋片才有效。[湖南大學(xué)2006研]【答案】對(duì)查看答案【解析】因?yàn)樵黾永咂哟罅藢?duì)流傳熱面積有利于減小總面積的熱阻，但是肋片增加了固體的導(dǎo)熱阻力。因而當(dāng)畢渥數(shù)時(shí)，加肋片才有效。四、名詞解釋題2-13肋片效率"和肋壁總效率=。[重慶大學(xué)2005研]解：肋片效率表征單個(gè)肋片散熱的有效程度，它的物理意義是實(shí)際散熱量與假設(shè)整個(gè)肋片表面處于肋基溫度下的散熱量之比。肋壁總效率是表征整個(gè)肋壁散熱的有效程度，它的物理意義是整個(gè)肋壁的實(shí)際散熱量與假設(shè)整個(gè)肋壁均處于肋基溫度下的散熱量之比。2-14接觸熱阻。[東南大學(xué)2002研]答：如圖2-11所示，兩個(gè)名義上互相接觸的固體表面，實(shí)際上接觸僅發(fā)生在一些離散的面積元上，在未接觸的界面之間的間隙中充滿(mǎn)空氣，熱量將以導(dǎo)熱的方式穿過(guò)這種氣隙層。這種情況下與兩固體表面真正完全接觸相比，增加了附加的傳遞阻力，稱(chēng)為接觸熱阻。圖2-112-15寫(xiě)出肋效率7的定義。對(duì)于等截面直肋，肋效率受哪些因素影響?[華中科技大學(xué)2006研]解：肋效率的定義：肋表面的實(shí)際散熱量與假設(shè)整個(gè)肋表面處于肋基溫度時(shí)的散熱量的肋表面的換熱系數(shù)h,肋片高度等尺寸。2-16試說(shuō)明推導(dǎo)導(dǎo)熱微分方程所依據(jù)的基本定律。[華中科技大學(xué)2005研]解：能量守恒方程和傅里葉定律。2-17導(dǎo)熱系數(shù)和熱擴(kuò)散系數(shù)各自從什么公式產(chǎn)生?他們各自放映了物質(zhì)的什么特性?并指出他們的差異。[華中科技大學(xué)2005研]2-18在圓管外表加裝肋片，就一定能夠增強(qiáng)傳熱嗎?為什么?[華中科技大學(xué)2004研]2-19如圖2-12所示，一厚度為10mm,導(dǎo)熱系數(shù)為50W/(m·K)的不銹鋼板，兩維持固定溫度50℃,已知鋼板兩端之間的距離為20cm,在垂直紙面方向很長(zhǎng)。鋼板上表面絕熱，下表面有20℃的空氣緩慢流動(dòng)，對(duì)流表面?zhèn)鳠嵯禂?shù)為32W/(m2·K),試導(dǎo)出此鋼板的導(dǎo)熱微如表2-1所示。[華中科技大學(xué)2004研]X0圖2-12表2-1式中，2=為截面積。P肋片界面周長(zhǎng)令邊界條件為：微分方程通解為：確定常數(shù)：溫度分布為：鋼板中心溫度為：2-20常物性、無(wú)內(nèi)熱源的穩(wěn)態(tài)導(dǎo)熱方程中不包含任何物性量，這是否說(shuō)明導(dǎo)熱物體中的溫度分布與導(dǎo)熱物體的物性無(wú)關(guān)，為什么?[西安交通大學(xué)2005研]答：常物性、無(wú)內(nèi)熱源的導(dǎo)熱微分方程公式是導(dǎo)熱微分方程的一般形式的簡(jiǎn)化結(jié)果，公式中只有在物體的導(dǎo)熱率為常數(shù)時(shí)，才能簡(jiǎn)化為若導(dǎo)熱系數(shù)不為常數(shù)，則上式便不成立。故上式不能說(shuō)明物體中的溫度分布與物性無(wú)關(guān)。2-21定性繪出在穩(wěn)態(tài)導(dǎo)熱條件如圖2-13所示物體內(nèi)的溫度分布并說(shuō)明理由。設(shè)物體導(dǎo)熱系數(shù)入為常數(shù)。[西安交通大學(xué)2004研]圖2-13解：穩(wěn)態(tài)導(dǎo)熱有,沿x方向面積A逐漸增大，而穩(wěn)態(tài)導(dǎo)熱時(shí)為定值，可知逐漸減小。2-22用套管式溫度計(jì)測(cè)量管道中流體的溫度，為減小測(cè)溫誤差。(1)若有銅和不銹鋼兩種材料，用哪一種做套管較好?為什么?(2)將套管溫度計(jì)安裝在圖2-14中①、②、③哪個(gè)位置較好?為什么?[西安交通大學(xué)2003研]圖2-14解：溫度計(jì)套管產(chǎn)生誤差的主要原因是由于沿肋高(即套管長(zhǎng)度方向)有熱量導(dǎo)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(jì)套管的測(cè)溫誤差，可以選擇導(dǎo)熱系數(shù)小的材料，增加導(dǎo)熱熱阻，故選不銹鋼。套管溫度計(jì)安裝在②處比較好，因?yàn)榱黧w在流過(guò)②處時(shí)，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(dòng)，從而強(qiáng)化了換熱，對(duì)應(yīng)的h增加，從而使測(cè)溫誤差減小。2-23請(qǐng)寫(xiě)出直角坐標(biāo)系中，非穩(wěn)態(tài)，有內(nèi)熱源，常導(dǎo)熱系數(shù)的導(dǎo)熱微分方程表達(dá)式，并說(shuō)明表達(dá)式中各項(xiàng)的物理意義。[北京科技大學(xué)2007研]解：。其中，方程左邊的項(xiàng)以及方程右邊的第一項(xiàng)表示微元體熱力學(xué)能的增量，方程右邊的第二項(xiàng)表示微元體內(nèi)熱源的生產(chǎn)熱。2-24為強(qiáng)化傳熱，可采取哪些具體措施?[北京科技大學(xué)2007研]解：為強(qiáng)化傳熱，可增加傳熱面積A,增加傳熱溫差△t,增加表面換熱系數(shù)h以及固體的導(dǎo)熱系數(shù)λ。2-25半徑為-三的圓球，其熱導(dǎo)率(導(dǎo)熱系數(shù))為λ,單位體積發(fā)熱量為一三，浸在溫度為-三的流體中，流體與球表面間的對(duì)流換熱系數(shù)為h。求穩(wěn)態(tài)時(shí)圓球內(nèi)的溫度分布，并計(jì)算當(dāng)-==0.1m,λ=4.5W/(m.K),=5000W/m3,h=15W/(m2.K),時(shí)，球內(nèi)的最高溫度。[北京科技大學(xué)2007研]解：由題意：球體溫度只能沿半徑方向變化，球坐標(biāo)系內(nèi)的穩(wěn)態(tài)導(dǎo)熱方程可簡(jiǎn)化為：2-26試在t—x坐標(biāo)圖上畫(huà)出厚為δ的無(wú)限大平板一維穩(wěn)態(tài)導(dǎo)熱溫度分布曲線圖并簡(jiǎn)扼解釋學(xué)2002研]低而增大。因而，對(duì)于無(wú)限大平板的一維穩(wěn)定導(dǎo)熱的溫度分布曲線如圖2-15所示。圖2-152-27試在t—x坐標(biāo)圖上畫(huà)出厚為δ的無(wú)限大平板一維穩(wěn)定導(dǎo)熱時(shí)的溫度分布曲線，條件為交通大學(xué)2000研]低而減小。因而，對(duì)于無(wú)限大平板的一維穩(wěn)定導(dǎo)熱的溫度分布曲線如圖2-16所示。圖2-162-28有均與內(nèi)熱源的無(wú)限大平板穩(wěn)定導(dǎo)熱的邊界條件及溫度分布如圖2-17所示。(1)畫(huà)出q?及q?的方向；(2)比較q?及q?的大??；(3)比較h?及h?的大小(“比較”值<、=或>)。[上海交通大學(xué)2000研]圖2-17圖2-18如圖2-18所示。(3)分析邊界處對(duì)流傳熱，根據(jù)對(duì)流傳熱基本計(jì)算式，可知：2-29如圖2-19所示，這是一個(gè)直徑為d,長(zhǎng)為1的圓棒狀伸展體一維穩(wěn)定導(dǎo)熱問(wèn)題，試寫(xiě)出該伸展體向四周空氣散熱量φ的微分和積分計(jì)算式，假定該伸展體溫度分布用t=t(x)表示，材料導(dǎo)熱系數(shù)為λ,換熱系數(shù)為h,空氣溫度為tr。[上海交通大學(xué)2000研]圖2-19解：(1)分析長(zhǎng)為l的圓棒狀伸展體的熱平衡，不妨簡(jiǎn)化為如圖2-20所示模型。圖2-20(1)根據(jù)對(duì)流傳熱基本表達(dá)式一，分析伸展體中F長(zhǎng)的微元塊，可知：2-30簡(jiǎn)述影響導(dǎo)熱系數(shù)的因素。[東南大學(xué)2002研]0.3×106W/m3。對(duì)流換熱表面的傳熱系數(shù)為450W/(m2·K),平壁的導(dǎo)熱系數(shù)為18W/(m-K)。試確定平壁中的最高溫度及其位置。[東南大學(xué)2002研]①本問(wèn)題的模型示意圖如圖2-21所示。圖2-21在x=δ處，根據(jù)熱平衡關(guān)系：代=代=綜上平壁上在x=0處，最高溫度為一面℃。2-32解釋以下現(xiàn)象：冰箱里結(jié)霜后，耗電量增加。[東南大學(xué)2000研]藏室的溫度保持溫度，那么需要冰箱中食物向制冷劑傳遞更多的熱量，這就要求制冷劑的溫度能降得更低。根據(jù)工程熱力學(xué)的相關(guān)知識(shí)，為了滿(mǎn)足上述的要求，就需要增加壓縮機(jī)功率，所以會(huì)增加耗電量。圖2-222-33半徑為的圓球，其導(dǎo)熱率(導(dǎo)熱系數(shù))為λ,單位體積發(fā)熱量為中，浸在溫度為車(chē)的流體中，流體與球表面間的對(duì)流換熱系數(shù)為h。求穩(wěn)態(tài)時(shí)，(1)圓球內(nèi)的溫度分布；時(shí)，球內(nèi)的最高溫度。[東南大學(xué)2000研]解：(1)根據(jù)導(dǎo)熱基本定律：設(shè)圓球半徑處的溫度為，把已知條件代入上式可得：整理該式，解微分方程組可得：①設(shè)圓球在一F處的溫度為，根據(jù)能量守恒可得：整理上式可得：把這一邊界條件代入①式，可得：由此可得，圓球內(nèi)的溫度分布為：(2)把已知數(shù)據(jù)代入上面已經(jīng)得出的溫度分布方程，可得：當(dāng)-三時(shí)，球內(nèi)的最高溫度為：2-34一長(zhǎng)為H,寬為b,厚度為δ的鋁板水平放置(2三),長(zhǎng)度方向兩端溫度均為-三，底面絕熱，周?chē)諝獾臏囟葹檐?chē)，與鋁板的對(duì)流換熱系數(shù)為h。設(shè)鋁板的熱導(dǎo)率為入，求鋁板的溫度分布。[東南大學(xué)2000研]解：本題的模型示意簡(jiǎn)圖如圖2-23所示。圖2-23由于鋁板在長(zhǎng)度方向上具有對(duì)稱(chēng)性，所以坐標(biāo)原點(diǎn)建立在鋁板中心，對(duì)鋁板上dx長(zhǎng)度的微元塊進(jìn)行熱平衡分析。設(shè)鋁板內(nèi)非處的溫度為t,令過(guò)余溫度一=三。根據(jù)導(dǎo)熱基本定律可知，從右側(cè)導(dǎo)入微元塊的熱量為：從左側(cè)導(dǎo)出微元塊的熱量為：該微元塊與空氣的對(duì)流換熱量為：根據(jù)熱平衡可得：整理后可得：解該微分方程可得：根據(jù)已知條件可得到如下的邊界條件：把邊界條件代入微分方程，可得：代入微分方程可得鋁板的溫度分布方程為：2-35有個(gè)復(fù)合爐墻由三層材料組成，其中A、C兩種材料的導(dǎo)熱系數(shù)和厚度已知，分別為：處于中間層的材料B的厚度為0.15m。穩(wěn)態(tài)條件下?tīng)t墻兩側(cè)裸露表面的溫度已知，分別為,爐內(nèi)煙氣的復(fù)合換(1)材料B的導(dǎo)熱系數(shù)是多少?(2)畫(huà)出該復(fù)合爐墻的熱阻圖，并在圖上標(biāo)出各個(gè)節(jié)點(diǎn)的溫度、熱流量和熱阻的大小。[浙江大學(xué)2005研]解：(1)設(shè)復(fù)合爐墻的熱流密度為，則根據(jù)牛頓冷卻公式，可知：通過(guò)熱阻分析法，可知三層材料的總熱阻為：代入上式，計(jì)算可得：即材料B的導(dǎo)熱系數(shù)為(2)本問(wèn)題共涉及四個(gè)環(huán)節(jié)的熱阻，分別如下：復(fù)合爐墻內(nèi)側(cè)換熱面積熱阻：材料A導(dǎo)熱面積熱阻： 材料B導(dǎo)熱面積熱阻：材料C導(dǎo)熱面積熱阻：僅對(duì)材料A進(jìn)行熱阻分析法，得到傳熱方程式：僅對(duì)材料C進(jìn)行熱阻分析法，得到傳熱方程式：由此可得該復(fù)合爐墻的熱阻圖如圖2-24所示。圖2-242-36試解釋材料的導(dǎo)熱系數(shù)和導(dǎo)溫系數(shù)之間有什么區(qū)別和聯(lián)系。[浙江大學(xué)2004研]解：導(dǎo)熱系數(shù)入的定義式由傅里葉定律的數(shù)學(xué)表達(dá)式給出：。它在數(shù)值上等于單位溫度梯度作用下物體的熱流密度矢量的模。導(dǎo)熱系數(shù)取決于物質(zhì)的種類(lèi)和溫度等因素。導(dǎo)溫系數(shù)昨又稱(chēng)熱擴(kuò)散率，定義式為：>。它的物理意義是衡量材料溫度變化能力大小的指標(biāo)。由定義式可知，導(dǎo)熱系數(shù)是λ、兩個(gè)因子的結(jié)合。物體的導(dǎo)熱系數(shù)λ越大，在相同的溫度梯度下可以傳導(dǎo)更多的熱量，材料溫度變化傳播得就會(huì)越迅速。此外，導(dǎo)溫系數(shù)作還跟有關(guān)，干越小，溫度上升干所需的熱量越少，可以剩下更多的熱量繼續(xù)向物體內(nèi)部傳遞，能使物體內(nèi)各點(diǎn)的溫度更快地隨界面溫度的升高而升高。材料導(dǎo)熱系數(shù)與導(dǎo)溫系數(shù)都是材料的物性參數(shù)，但是物理意義不同。2-37一塊大平板，厚度δ=5cm,有內(nèi)熱源三，平板中的一維穩(wěn)態(tài)溫度分布為式中b=200℃,c=-200K/m2。假定平板的導(dǎo)熱系數(shù)λ=50W/(m·K),試確定：(1)平板中內(nèi)熱源-三之值；(2)x=0和x=δ邊界處的熱流密度。[上海九校聯(lián)考2002研]解：(1)本問(wèn)題可以認(rèn)為是常物性，穩(wěn)態(tài)一維導(dǎo)熱問(wèn)題，所以可知其導(dǎo)熱微分方程為：把代入，可得：(2)根據(jù)傅里葉定律，可得：所以x=0和x=δ處的熱流密度分別為畫(huà)、2-38如圖2-25所示，長(zhǎng)30cm的銅桿，兩端分別堅(jiān)固地連接在平壁上，一端壁溫保持200℃,另一端壁溫保持90℃?？諝鈾M向掠過(guò)銅桿，表面?zhèn)鳠嵯禂?shù)維持17W/(m2.℃),桿的直徑12mm,空氣溫度38℃,銅桿的導(dǎo)熱系數(shù)2=386W/(m·℃)。求銅桿三給空氣的凈熱損失是多少?[華北電力大學(xué)(北京)2005研]圖2-25解：如圖2-26所示。圖2-26導(dǎo)熱微分方程為：A=πdch(t-t)=π×0.012×17×(2-39如圖2-27所示，一厚7cm的平壁，一側(cè)絕熱，另一側(cè)暴露于溫度為30℃的流體中，內(nèi)熱,平壁的導(dǎo)熱系數(shù)為=。試確定平壁內(nèi)溫度分布、最高溫度及其位置。[華北電力大學(xué)(北京)2004研]解：由題意可得：一維、常物性穩(wěn)態(tài)的導(dǎo)熱方程及邊界條件為：解得：所以，當(dāng)x=0.07時(shí)，1.82kW,導(dǎo)熱面積為0.2m2。試求：(1)確定在此條件下平板的平均導(dǎo)熱系數(shù)。(2)設(shè)平板材料的導(dǎo)熱系數(shù)按=2(H變化(其中t為局部溫度)。為了確定上述范圍內(nèi)的三和b值，還需要補(bǔ)充測(cè)定什么量?如果需要補(bǔ)充的物理量為已知，給出此時(shí)確定三和b的計(jì)算式。[華北電力大學(xué)(北京)2004研]所以，此時(shí)，解得：2-41什么是肋片效率7?它與肋壁效率「有何不同?[湖南大學(xué)2006研]解：肋片效率7的物理意義：。其中A為兩個(gè)肋片之間的根部表面積，A為肋片肋壁效率=定義式為：的表面積。顯然，肋壁效率-E高于肋片效率7。2-42簡(jiǎn)述導(dǎo)熱系數(shù)「的物理意義，并說(shuō)明溫度升高時(shí)純金屬的導(dǎo)熱系數(shù)的大小變化趨勢(shì)如何?為什么?[湖南大學(xué)2006研]解：導(dǎo)熱系數(shù)的定義式由傅里葉定律的數(shù)學(xué)表達(dá)式給出：在數(shù)值上，它等于在單位溫度梯度作用下的物體內(nèi)熱流密度矢量的模。導(dǎo)熱系數(shù)的值取決于物質(zhì)的種類(lèi)和溫度等因素。純金屬的導(dǎo)熱系數(shù)隨著溫度升高反而降低。這是因?yàn)榻饘俚膶?dǎo)熱依賴(lài)于自由電子的定向移動(dòng)，而溫度升高加劇了電子的無(wú)規(guī)則運(yùn)動(dòng)，這不利于導(dǎo)熱。2-43對(duì)于一等截面直肋，設(shè)肋根溫度為，周?chē)橘|(zhì)溫度為，且—。試定性畫(huà)出沿肋高方向的溫度分布，并扼要分析在設(shè)置肋片時(shí)，肋片高度是否越長(zhǎng)越好。[南京航空航天大學(xué)2000研]解：沿肋高方向的溫度分布如圖2-28所示。圖2-28如圖所示，肋片溫度隨肋片高度成指數(shù)下降。根據(jù)肋片散熱量的分析解，可知肋片散熱量為：2-44已知平壁兩側(cè)溫度分別為E和仁，壁厚為三，材料的導(dǎo)熱系數(shù)與溫度的系為航天大學(xué)2000研]2-45計(jì)算一圓管壁的傳熱熱流。已知管內(nèi)流體溫度為90℃,I,直徑-F=50mm;管外流體溫度為20℃,,直徑-E=58mm;導(dǎo)熱系數(shù)2-46解釋?zhuān)焊道锶~定律與斯蒂芬—玻耳茲曼定律[重慶大學(xué)2006研]2-47能量微分方程與固體導(dǎo)熱微分方程義上有何區(qū)別?什么情況下能量微分方程可以轉(zhuǎn)化為固體導(dǎo)熱微分方程?[重慶大學(xué)2008下熱平衡關(guān)系：導(dǎo)入微元體的總熱量+微元體內(nèi)熱源的生成熱=導(dǎo)出微元體的總熱量+微元對(duì)比上面兩條方程可知，當(dāng)二、2=時(shí)，即對(duì)于靜止流體問(wèn)題，兩條方程可以相互轉(zhuǎn)2-48如圖2-29所示，通過(guò)圓筒壁的一維穩(wěn)態(tài)導(dǎo)熱，設(shè)(1)繪出壁內(nèi)的溫度分布曲線；(2)內(nèi)外壁表面溫度梯度的比值。[重慶大學(xué)2007研]圖2-29圖2-30解：(1)壁內(nèi)的溫度分布曲線如圖2-30所示。(2)根據(jù)傅里葉定律有：即內(nèi)外壁表面溫度梯度的比值為三。2000℃/m2。若平壁材料的導(dǎo)熱系數(shù)為45W/(m.℃),試求：(1)平壁兩側(cè)表面處的熱流密度?(2)平壁中是否有內(nèi)熱源?為什么?若有的話，內(nèi)熱源的強(qiáng)度有多大?[重慶大學(xué)2007研]解：(1)根據(jù)傅里葉定律可知：(2)假設(shè)平壁中的的內(nèi)熱源為中，則根據(jù)常物性一維穩(wěn)態(tài)具有內(nèi)熱源的溫度場(chǎng)控制式有：2-50如圖2-31所示坐標(biāo)，一厚度為6、導(dǎo)熱系數(shù)入為常數(shù)的大平壁，壁內(nèi)具有均勻內(nèi)熱源，壁兩側(cè)分別維持恒定溫度三和。試求：(1)建立這一導(dǎo)熱問(wèn)題完整的數(shù)學(xué)描寫(xiě)(即寫(xiě)出微分方程式和求解所需定解條件);(2)推導(dǎo)出溫度分布表達(dá)式；高溫度點(diǎn)位置及最高溫度，并在圖中繪出溫度分布線。[重慶大學(xué)2006研]圖2-31解：(1)分析本問(wèn)題可知本問(wèn)題為常物性、穩(wěn)態(tài)、一維并且具有內(nèi)熱源的導(dǎo)熱問(wèn)題。所以(2)對(duì)(1)中得到的微分表達(dá)式進(jìn)行兩次積分，可得：代入把邊所以溫度分布表達(dá)式為：(3)把代入溫度分布表達(dá)式，可知當(dāng)x取下值時(shí)：所以壁內(nèi)最高溫度點(diǎn)位置為-,最高溫度為溫度分布線，如圖2-32所示。圖2-322-51空間直角坐標(biāo)系中的導(dǎo)熱微分方程式可表達(dá)為：根據(jù)下列各條件分別簡(jiǎn)化該方程。(1)導(dǎo)熱體內(nèi)物性參數(shù)為常數(shù)，無(wú)內(nèi)熱源；(2)二維穩(wěn)態(tài)溫度場(chǎng)，無(wú)內(nèi)熱源；(3)導(dǎo)熱體內(nèi)物性參數(shù)為常數(shù)，一維穩(wěn)態(tài)溫度場(chǎng)。[重慶大學(xué)2005研]解：(1)由導(dǎo)熱體內(nèi)物性參數(shù)為常數(shù)可知P、c、λ為常數(shù)，令由無(wú)內(nèi)熱源可因此可以把已知的導(dǎo)熱微分方程式簡(jiǎn)化為：(2)由二維穩(wěn)態(tài)條件，可知由無(wú)內(nèi)熱源由無(wú)內(nèi)熱源可知一因此可以把已知的導(dǎo)熱微分方程式簡(jiǎn)化為：(2)由導(dǎo)熱體內(nèi)物性參數(shù)為常數(shù)可知P、c、λ為常數(shù)，,由一維穩(wěn)態(tài)條件可。因此可以把已知的導(dǎo)熱微分方程式簡(jiǎn)化為：2-52在長(zhǎng)圓管的徑向一維穩(wěn)態(tài)導(dǎo)熱中，如管壁的導(dǎo)熱系數(shù)為常數(shù)，圓管內(nèi)外半徑的比值(1)證明管內(nèi)表面與管外表面溫度梯度不相等；(2)求內(nèi)外表面溫度梯度的比值。[重慶大學(xué)2005研]解：(1)根據(jù)傅里葉定律有：根據(jù)熱平衡條件可知，經(jīng)過(guò)長(zhǎng)圓管內(nèi)外壁面?zhèn)鲗?dǎo)的熱量值相等，可得：整理上面兩式可得：(2)已知代入(1)的推導(dǎo)結(jié)果，則可得內(nèi)外表面溫度梯度的比值為：2-53在穩(wěn)態(tài)、常物性、無(wú)內(nèi)熱源的導(dǎo)熱中，物體內(nèi)部某一點(diǎn)的溫度是否會(huì)低于其表面上任意一點(diǎn)的溫度，為什么?[西北工業(yè)大學(xué)2001研]2-54設(shè)計(jì)肋片時(shí)，是否肋片越長(zhǎng)越好?[西北工業(yè)大學(xué)2001研]2-55寫(xiě)出熱導(dǎo)率和熱擴(kuò)散系數(shù)的定義式，并給出兩者的物理意義和單熱擴(kuò)散率的定義式為：I。它的物理意義是材料傳播溫度變化能力2-56何為肋片有效度?熱水流過(guò)一根管子將熱能傳至流過(guò)管子外表面的空氣，為增強(qiáng)換熱，應(yīng)將肋片裝在管子的內(nèi)表面還是外表面上?請(qǐng)給出理由。[中國(guó)科學(xué)院2009研]2-57給出一維(x)傳熱中常見(jiàn)的三種邊界條件，并畫(huà)出邊界處溫度分布的示意圖。[中國(guó)科學(xué)院2008研]解：(1)規(guī)定了邊界上的溫度值。如圖2-33溫度分布的示意圖所示，規(guī)定邊界溫度保持常圖2-33圖2-34圖2-35(2)規(guī)定了邊界上的熱流密度值。如圖2-34的溫度分布示意圖所示，規(guī)定邊界上的熱流密度保持定值，即：(3)規(guī)定了邊界上物體與周?chē)黧w間的表面?zhèn)鳠嵯禂?shù)「及周?chē)黧w的溫度車(chē)。如圖2-35的溫度示意圖所示，第三類(lèi)邊界條件可表示為：2-58已知一根一維均質(zhì)棒，在穩(wěn)態(tài)、無(wú)內(nèi)熱源條件下，實(shí)驗(yàn)發(fā)現(xiàn)(式中T為溫度，x為空間坐標(biāo)),試判斷棒材的導(dǎo)熱系數(shù)三隨T增大呢，還是減小?[中國(guó)科學(xué)技術(shù)大學(xué)2000研]解：根據(jù)傅里葉定律可知：。等式兩邊對(duì)X所由此可以判斷，棒材的導(dǎo)熱系數(shù)一隨作增大。2-59一無(wú)限大平壁厚δ,導(dǎo)熱系數(shù)λ=常量，內(nèi)熱源產(chǎn)熱率中均勻，且為常數(shù)，已知兩壁面溫度分別保持(1)出現(xiàn)在平壁內(nèi)部的最高溫度(2)從兩壁面?zhèn)鞒龅臒崃髅芏戎?或熱流量)。[中國(guó)科學(xué)技術(shù)大學(xué)2000研]解：(1)本問(wèn)題屬于具有內(nèi)熱源、一維穩(wěn)態(tài)導(dǎo)熱問(wèn)題，因而導(dǎo)熱微分方程為：2-60一個(gè)半徑為R的實(shí)心球，初始溫度為t0,突然將其放入液體溫度為三的恒溫槽內(nèi)冷卻。已知球的導(dǎo)熱系數(shù)入、密度P和比熱容C、球壁表面與液體的表面?zhèn)鳠嵯禂?shù)h,試寫(xiě)出球體冷卻過(guò)程的數(shù)學(xué)描述。[國(guó)防科技大學(xué)2005研]解：首先分析半徑為r,厚度為年的微元球殼的導(dǎo)熱。根據(jù)球殼導(dǎo)熱計(jì)算公式因?yàn)?gt;則上式可化簡(jiǎn)為：可可x=δ,微元段的導(dǎo)出熱為：微元段內(nèi)熱源的生成熱為：微元段表面換熱量為：根據(jù)能量守恒，可得熱平衡方程為：2-63一長(zhǎng)為L(zhǎng)的薄板，兩端分別接于溫度為T(mén)?與T?的墻壁上，板以對(duì)流方式將熱量傳給溫度為F的周?chē)黧w，假定T?>T?>F,板與周?chē)黧w間的對(duì)流換熱系數(shù)為h,板的導(dǎo)熱系數(shù)為入，板的橫截面面積為A,橫截面的周長(zhǎng)為P,試推導(dǎo)出：①板的溫度分布；②板的散熱量。[上海交通大學(xué)2001研]解：(1)本問(wèn)題的簡(jiǎn)化模型如圖2-37所示。圖2-37如圖所示，分析年段微元段的熱傳遞情況。把通過(guò)邊界所交換的熱量折算成整個(gè)截面的體積源項(xiàng)。該微元段的表面總散熱量為：折算成相應(yīng)的體積源項(xiàng)為：對(duì)于常物性、穩(wěn)態(tài)、一維導(dǎo)熱問(wèn)題，導(dǎo)熱微分方程為：令過(guò)于溫度θ=t-t,整理上式可得關(guān)于過(guò)余溫度的其次方程為：(2)對(duì)上式求導(dǎo)，可得：第3章非穩(wěn)態(tài)熱傳導(dǎo)3-1對(duì)于熱電偶時(shí)間常數(shù)年而言，下面()中描述是正確的。[湖南大學(xué)2006研]B.卡越小表示熱慣性越小，達(dá)到穩(wěn)態(tài)值的時(shí)間越長(zhǎng)；c.F越大表示熱慣性越小，達(dá)到穩(wěn)態(tài)值的時(shí)間越D.越大表示熱慣性越小，達(dá)到穩(wěn)態(tài)值的時(shí)間越長(zhǎng)；【答案】A查看答案象稱(chēng)為熱慣性。因而熱電偶時(shí)間常數(shù)卡越小表示熱慣性越小，達(dá)到穩(wěn)態(tài)3-2某一直徑為0.1m、初始溫度為300K的軸，其密度為-1,導(dǎo)熱系數(shù)為流換熱系數(shù)為,則其時(shí)間常數(shù)為;要使其中心溫度達(dá)到800K,則放入加熱爐內(nèi)約需要加熱分鐘(用幾種參數(shù)法)。[浙江大學(xué)2004研]【答案】【解析】先檢驗(yàn)是否可用集中參數(shù)法，根據(jù)畢渥數(shù)的定義可知：可以采用集中參數(shù)法。根據(jù)時(shí)間常數(shù)的定義可知：=一代入上式，計(jì)算可得時(shí)間常數(shù)為：3-3導(dǎo)熱集總參數(shù)系統(tǒng)的熱慣性可由時(shí)間常數(shù)來(lái)描述，其影響因素為_(kāi)。[浙江大學(xué)2000研]【答案】取決于物體自身的熱容量-后以及表面換熱條件年。查看答案3-4判斷題：在非穩(wěn)態(tài)導(dǎo)熱過(guò)程中，當(dāng)物體的導(dǎo)熱系數(shù)相當(dāng)大，或者幾何尺寸很小，或者表面換熱系數(shù)極大時(shí)，可以忽略其內(nèi)部導(dǎo)熱熱阻。[湖南大學(xué)2006研]【答案】錯(cuò)。查看答案或者表面換熱系數(shù)極大(即保證畢渥數(shù)三),可以忽略其內(nèi)部熱阻。3-5什么是時(shí)間常數(shù)?試說(shuō)明時(shí)間常數(shù)對(duì)動(dòng)態(tài)溫度測(cè)量精確度的影響。[華中科技大學(xué)2006研]解：時(shí)間常數(shù)表示物體反映外界溫度變化快慢的能力。時(shí)間常數(shù)越小3-6將一初始溫度為F的固體，突然置于壁面和空氣溫度均為的大房間里?？諝夂凸腆w間的對(duì)流表面?zhèn)鳠嵯禂?shù)為h,固體體積為E,表面積為A,密度為P,比熱容為C,可認(rèn)為是黑體，若假設(shè)固體內(nèi)部溫度分布均勻(集總參數(shù)),考慮輻射、對(duì)流和非穩(wěn)態(tài)導(dǎo)熱，寫(xiě)出固體溫度T隨時(shí)間T變化的微分方程。[華中科技大學(xué)2006研]解：設(shè)作為輻射和對(duì)流的復(fù)合表面換熱系數(shù)，則3-7非周期性的加熱或冷卻過(guò)程可以分為哪兩個(gè)階段，他們各自有什么特征?[華中科技大學(xué)2005研]系統(tǒng)中各個(gè)地方的溫度隨時(shí)間變化，此時(shí)溫度分布可以用初數(shù)的第一項(xiàng))。3-8寫(xiě)出Bi數(shù)的定義式并解釋其意義。在Bi→0的情況，一初始溫度為0的平面突然置于溫度為的流體中冷卻，如圖3-6所示。粗略畫(huà)出和>1時(shí)平板附近的流體和平板的溫度分布。[華中科技大學(xué)2005研]圖3-63-9有一直徑為3mm的綱球，其密度為7701kg/m3,比熱容460J/今鋼球在爐內(nèi)加熱至t?=500℃后，突然放置在=20℃的環(huán)境中冷卻，測(cè)得鋼球與環(huán)境間的換熱系數(shù)為78W/(m2·℃),試計(jì)算3-10什么是時(shí)間常數(shù)?試說(shuō)明時(shí)間常數(shù)對(duì)動(dòng)態(tài)溫度測(cè)量精確度的影響。[華中科技大學(xué)2004解：時(shí)間常數(shù)的定義式為3-11一金屬圓柱體直徑為d=100mm,長(zhǎng)度為1=50mm,密度為7800kg/m3,比熱為對(duì)流表面?zhèn)鳠嵯禂?shù)為h?=200W/(m2·K),其余表面絕熱；t≥120s時(shí)，上表面再同時(shí)與溫度為20℃的空氣保持接觸，對(duì)流表面?zhèn)鳠嵯禂?shù)為h?=40W/(m2·K),而側(cè)面仍維持絕熱。假定圓柱體的導(dǎo)熱熱阻很小，同一瞬間圓柱體溫度均勻一致，求：(1)t=120s時(shí)圓柱體的溫度。(2)t=600s時(shí)圓柱體的溫度。(3)熱平衡時(shí)圓柱體的溫度。[華中科技大學(xué)2004研]解：(1)當(dāng)只有下底面與油接觸時(shí)，有能量守恒：則則初始條件為：因此，當(dāng)時(shí)圓柱體的溫度為：(2)當(dāng)上下底面都傳熱時(shí)，有能量守恒(≥== 可求得此時(shí)圓柱體的溫度為：(3)熱平衡時(shí)，,故一,因此有：(3)熱平衡時(shí)，3-12有一體積為V,表面積為-三的物體。假設(shè)物體內(nèi)部導(dǎo)熱熱阻很小，可以忽略，則物體在同一時(shí)刻各點(diǎn)的溫度相同。物體與溫度為車(chē)的環(huán)境發(fā)生對(duì)流換熱，換熱系數(shù)為α,若物體熱導(dǎo)率λ、密度P和比熱容C均為已知常數(shù)，且物體初始溫度為t0。請(qǐng)推導(dǎo)物體溫度隨時(shí)間的變化函數(shù)一。[北京科技大學(xué)2008研]解：非穩(wěn)態(tài)、有內(nèi)熱源的導(dǎo)熱微分方程適用于本問(wèn)題，即由于物體內(nèi)部熱阻可以忽略，溫度與空間坐標(biāo)無(wú)關(guān)，所以上式簡(jiǎn)化為：假設(shè)物體被冷卻，則為負(fù)值，界面上交換的熱量應(yīng)為整個(gè)物體的體積熱源：假設(shè)物體被冷卻，由以上兩式可得：,引入過(guò)余溫度≥=,則上式變?yōu)椋撼跏紬l件,分離變量后得到：3-13在用裸露熱電偶測(cè)定氣流的非穩(wěn)定溫度場(chǎng)時(shí)，怎樣可以改善熱電偶的溫度響應(yīng)特性?[北京科技大學(xué)2007研]變動(dòng)。三不僅取決于熱電偶的幾何參數(shù)≥后，物性條件PC,還同換熱條件h有關(guān)。從物理意義上說(shuō)，熱電偶對(duì)流體溫度變化反應(yīng)的快慢取決于自身的熱容量-及表面換熱條件hA。熱容量越大，溫度變化得越慢；3-14采用集總參數(shù)法求解物體非穩(wěn)態(tài)導(dǎo)熱時(shí)，需滿(mǎn)足什么條件?說(shuō)明為什么要滿(mǎn)足此條件。[北京科技大學(xué)2007研]解：采用集總參數(shù)法求解物體非穩(wěn)態(tài)導(dǎo)熱時(shí)需滿(mǎn)足：,因?yàn)橹挥械膶?dǎo)熱熱阻遠(yuǎn)遠(yuǎn)小于表面對(duì)流換熱熱阻即畢渥數(shù)Bi很小時(shí)，任何時(shí)刻固體內(nèi)部的溫度趨于3-15辨別能否用集總參數(shù)法求解非穩(wěn)態(tài)導(dǎo)熱問(wèn)題的準(zhǔn)則數(shù)是：①Bi,②Fo,③BiFo。[上海交通大學(xué)2000研]解：判別能否用集總參數(shù)法求解非穩(wěn)態(tài)導(dǎo)熱問(wèn)題的準(zhǔn)則數(shù)是畢渥數(shù)。3-16寫(xiě)出Bi和Fo的組成式，簡(jiǎn)述其物理意義。[上海交通大學(xué)2002研],物理意義表示非穩(wěn)態(tài)過(guò)程進(jìn)行深度的無(wú)量綱時(shí)間。初始溫度E=1700K,下落速度=1m/s,鋁滴可看成灰體，其表面輻射率(黑度)=0.2,空氣導(dǎo)熱系數(shù)λ=0.067W/(m.K),運(yùn)動(dòng)粘度乍=117.3×10?m3/s,F=0.70,空氣外掠球體的對(duì)流換熱規(guī)律為一1。[上海交通大學(xué)2002研]其中，中為廣義內(nèi)熱源?？紤]鋁滴表面換熱與表面輻射換熱，可得如下熱平衡方程式：由此可得下落鋁滴的冷卻速率為：根據(jù)已知條件可知空氣外掠球體的雷諾數(shù)為：根據(jù)空氣外掠球體的對(duì)流換熱規(guī)律可知：根據(jù)努塞兒數(shù)的定義式可知，鋁滴的表面換熱系數(shù)為：把一三、>、≥一、代入鋁滴冷卻速率表達(dá)式，可得下落鋁滴的初始冷卻速率為：3-18一無(wú)窮大平板，厚為2δ,初始溫度t0=const,從T=0時(shí)刻起突然將其置于的流體中，此處假設(shè),試針對(duì)下列兩種情況畫(huà)出時(shí)刻日、「板內(nèi)的溫度分布曲線解：無(wú)窮大平板不同畢渥數(shù)下，在時(shí)刻巨、E板內(nèi)的溫度分布曲線如圖3-7所示。圖3-73-19一直徑10cm,初溫100℃的銅球放入20℃的水中自然冷卻，銅的密度為8000kg/m3,比熱為380J/kg,導(dǎo)熱系數(shù)為400W/(m.K),水與銅球的自然對(duì)流換熱系數(shù)為240W/(m2·K),(1)時(shí)間常數(shù)；(2)球的溫度降到30℃所需要的時(shí)間；(3)此時(shí)所釋放的總熱量。[上海交通大學(xué)2001研]解：(1)根據(jù)集中參數(shù)法的分析解和時(shí)間常數(shù)的定義可知：(2)根據(jù)集中參數(shù)法的分析解可知：把二℃、>=℃、一=℃代入，可得球的溫度降到-℃所需要的時(shí)間為：把把(2)令,可得：(1)熱電偶接點(diǎn)的直徑d;(2)如果把初溫為to=25℃的熱電偶放在溫度to=200℃氣流中，問(wèn)：當(dāng)熱電偶顯示溫度為t=199℃時(shí)，其需要經(jīng)歷多長(zhǎng)時(shí)間T。[上海交通大學(xué)2000研](1)根據(jù)集中參數(shù)法的分析解以及時(shí)間常數(shù)的定義可知，有下式成立：(2)根據(jù)集中參數(shù)法的分析解可知：方法可以縮短測(cè)溫的放置時(shí)間?[浙江大學(xué)2006研]畝,以縮短測(cè)溫的放置時(shí)間。(≥的大平板，與溫度為5的流體處于熱平衡。當(dāng)時(shí)間3-23一塊厚度為2時(shí)，左側(cè)流體溫度升高并保持為恒定溫度25。假定平板兩側(cè)表面?zhèn)鳠嵯禂?shù)相同，當(dāng)時(shí)，試確定達(dá)到新的穩(wěn)態(tài)時(shí)平板中心及兩側(cè)表面的溫度，畫(huà)出相應(yīng)的板內(nèi)及流體側(cè)溫度分布的示意性曲線，并做簡(jiǎn)要說(shuō)明。[上海九校聯(lián)考2002研]解：圖3-8為板內(nèi)及流體側(cè)溫度分布的示意性曲線。圖3-8與低溫流體之間的對(duì)流傳熱。當(dāng)時(shí)，平板內(nèi)部的導(dǎo)熱熱阻幾乎可以忽略，此②所以達(dá)到新的熱穩(wěn)態(tài)時(shí)，平板中心與兩側(cè)表面溫度為3-24將初始溫度為T(mén)的固體，突然放入氣溫和壁溫都為三的房間里，房間內(nèi)壁的面積十分大，固體與空氣之間的表面?zhèn)鳠嵯禂?shù)為h,表面發(fā)射率為E,固體體積為V,參與換熱面積為A,比熱容為C,密度為P。請(qǐng)問(wèn)在什么條件下，可以采用集總參數(shù)法分析固體和環(huán)境之間的非穩(wěn)態(tài)傳熱過(guò)程?同時(shí)考慮輻射換熱和對(duì)流換熱，請(qǐng)應(yīng)用集總參數(shù)法寫(xiě)出固體溫度隨時(shí)間變化的微分方程式。[華北電力大學(xué)(北京)2005研](1)將固體近似看成球體，則其與形狀有關(guān)的無(wú)量綱常數(shù)時(shí)，可用集總參數(shù)法分析固體與環(huán)境之間的非穩(wěn)態(tài)傳熱過(guò)程。3-25設(shè)1kg的牛排與2kg的牛排均為扁平的長(zhǎng)方體，且?guī)缀蜗嗨?。如果烤?kg的牛排要西“Z1=1h,試用集總參數(shù)法估算2kg的牛排需要的時(shí)間。[湖南大學(xué)2006研]解：根據(jù)集中參數(shù)法溫度場(chǎng)的分析解可知：由此可見(jiàn)，對(duì)于不同質(zhì)量但幾何相似的牛排來(lái)說(shuō)，在都烤熟的前提下，滿(mǎn)足如下關(guān)系式：3-26寫(xiě)出Bi準(zhǔn)則的表達(dá)式及物理意義，并定性畫(huà)出當(dāng)和Bi→0時(shí)，置于恒溫流體中的一維平板非穩(wěn)態(tài)導(dǎo)熱的溫度分布隨時(shí)間的變化。[南京航空航天大學(xué)2000研]解：,它的物理意義表示固體內(nèi)部單位導(dǎo)熱面積上的導(dǎo)熱熱阻與單位面積上的換熱熱阻之比。Bi→0、Bi→0時(shí)，置于恒溫流體中的一維平板非穩(wěn)態(tài)導(dǎo)熱的溫度分布隨時(shí)間變化示意圖，如圖3-9所示，圖3-93-27直徑為30mm的鋼球，具有均勻的初始溫度450℃,突然放入溫度保持為100℃的恒溫介質(zhì)中，已知鋼的導(dǎo)熱系數(shù)為46.5W/(m.K),,比熱為0.5kJ/(kg.K),密度為7600kg/m3,鋼球與介質(zhì)間的對(duì)流換熱系數(shù)為11.6W/(m2.K),求鋼球被冷卻到150℃所需的時(shí)間。[南京航空航天大學(xué)2000研]綜上，鋼球被冷卻到2℃需要二3-28一物性參數(shù)P=7800kg/m3,C=470J/(kg.℃),恒=50W/(m.℃),、邊長(zhǎng)為20mm的正立方體鋼錠，在高溫爐中被加熱到420℃,將其突然取出放到完全絕熱的地板上被周?chē)鷼饬骼鋮s，周?chē)鷼饬鳒囟?20℃,鋼錠與氣流間的表面?zhèn)鳠嵯禂?shù)h=50W/(m2.℃)。試(1)鋼錠的過(guò)余溫度(2畫(huà))達(dá)到初始過(guò)余溫度()的2.5%時(shí)所需的時(shí)間；(2)此時(shí)鋼錠的溫度是多少?[重慶大學(xué)2008研]綜上，鋼錠過(guò)余溫度達(dá)到初始溫度所需時(shí)間為,此時(shí)鋼錠溫度為畝。3-29某建筑物外墻(墻體材料散熱率a=5.11×10-7m2/s)夏季在室外日空氣溫度變化及陽(yáng)光表面有多厚?溫度波在該處達(dá)到最高溫度的延遲時(shí)間巨為多少?已知半無(wú)限大均質(zhì)物體周由題意可知，當(dāng)：時(shí)，3-30為了測(cè)量氣流溫度隨時(shí)間的變化規(guī)律，所采用的熱電偶的熱容是否越大越好?[西北工業(yè)大學(xué)2001研]3-31通過(guò)觀測(cè)紫銅球的溫度隨時(shí)間的變?yōu)?2.7mm,在插入溫度為27℃的空氣流之前處于66℃。在插入空氣流后69s時(shí)球體外表面上熱電偶的讀數(shù)為55℃。假定并證明球體是一個(gè)空間上等溫的物體，計(jì)算已知：純銅(333K):P=8933kg/m3,Ce=389J/(kg.K),k=398W/(m.K)。[中國(guó)科學(xué)院2009研]度不超過(guò)給定的極限，必須把熱耗傳給太空。為此，有人提出一種稱(chēng)為液滴輻射器(LDR)的新型散熱方案，如圖3-10所示。首先把熱量傳給一種高真空油，然后把油以小滴流的形式排入外部空間。油滴流的穿行距離為L(zhǎng),在這個(gè)距離上它通過(guò)向處于絕對(duì)零度的外部空間考慮以下情形：發(fā)射率和直徑分別為E=0.95和-E=0.55mm的油滴排出時(shí)的溫度和速度分別為l1=500K和V=0.1m/s。油的性質(zhì)為P=885kg/m3,c=1900J/(kg:K)和k=0.145W(m.K)。假定每個(gè)油滴均向處于F=0K的深空發(fā)射能量，確定這些油滴在以最終溫度=300K撞擊收集器之前需要穿行的距離L。每個(gè)油滴排放的熱能是多少?[中國(guó)科學(xué)院2007圖3-10解：先檢驗(yàn)是否可以采用集中參數(shù)法。根據(jù)熱平衡可知，油滴與外界的對(duì)流換熱量等于油滴與外界的輻射傳熱量，由此可得：①其中，h為對(duì)流換熱系數(shù)；石為黑體輻射常數(shù)，σ=5.67×10-?W/(m2.K?);B通過(guò)計(jì)算可得，在油滴排出時(shí)和油滴撞擊收集器時(shí)的對(duì)流換熱系數(shù)分別為：根據(jù)畢渥數(shù)的定義可知：。所以可以采用集中參數(shù)法。根據(jù)集中參數(shù)法溫度場(chǎng)的分析解，可得微分方程為：把①代入上式，可得：求解該微分方程，可得：由此可得油滴穿行的長(zhǎng)度為：分析油滴穿行前后的內(nèi)能變化，即能得到每個(gè)油滴的放熱量，可得：撞在收集器之前需要穿行的距離為一_,每個(gè)油滴排放的熱能為3-33將直徑為D,初始均溫Ti的金屬圓球懸掛在四周壁溫為T(mén)w,空氣溫度為T(mén)。的大房間內(nèi)。已知圓球表面發(fā)射率ε,空氣對(duì)流系數(shù)h。如果對(duì)流換熱和輻射換熱兩者數(shù)量級(jí)相同，(1)能應(yīng)用集總熱容法(即集總參數(shù)法)的準(zhǔn)則；(2)在上述準(zhǔn)則下，圓球溫度隨時(shí)間t的微分方程。[中國(guó)科學(xué)技術(shù)大學(xué)2000研]解：(1)如果對(duì)流換熱和輻射換熱兩者數(shù)量級(jí)相同，那么等效對(duì)流換熱系數(shù)二，相應(yīng)的畢渥數(shù)為：由此可以確定本問(wèn)題應(yīng)用集中參數(shù)法的準(zhǔn)則為：(2)忽略物體的內(nèi)部熱阻，則本問(wèn)題的導(dǎo)熱微分方程為：其中，Φ看成是廣義熱源。物體表面的對(duì)流換熱與輻射換熱折算成整個(gè)物體的體積熱源，有下式成立：對(duì)于球體：,消去上面兩式中廣義熱源中，可得圓球溫度T隨時(shí)間T變化的微分方程為：初始條件為：3-34將具有相同溫度的兩塊相同材料的平板A和B放入冷流體中冷卻。已知A的厚度是B的厚度的兩倍，流體與各表面間的表面?zhèn)鳠嵯禂?shù)均可視為無(wú)限大。已知板B中心點(diǎn)的過(guò)余溫度下降到初始值的一般需要20min,問(wèn)板A下降到同樣溫度的工況需要多少時(shí)間?[國(guó)防科技大學(xué)2005研]解：由于流體與各表面?zhèn)鳠嵯禂?shù),所以一,則有：,則可求得所需時(shí)間為：第4章熱傳導(dǎo)問(wèn)題的數(shù)值解法值法可以估算出下圖中處的溫度為()。[湖南大學(xué)2006研]圖4-15【答案】D查看答案【解析】采用熱平衡法，分析1、2、3、4節(jié)點(diǎn)通過(guò)各自界面?zhèn)鲗?dǎo)到中間節(jié)點(diǎn)的熱流量，可4-2如圖4-7所示出了常物性、有均勻內(nèi)熱源圖4-74-3二維無(wú)內(nèi)熱源穩(wěn)態(tài)導(dǎo)熱問(wèn)題，網(wǎng)格劃分如圖所示，試導(dǎo)出圖4-8中節(jié)點(diǎn)2的節(jié)點(diǎn)方程。[上海交通大學(xué)2001研]圖4-8圖4-9解：分析圖4-9所示節(jié)點(diǎn)2周?chē)鷨卧臒崞胶?。如圖所示，該單元存在熱傳導(dǎo)和對(duì)流傳熱，整理后可得節(jié)點(diǎn)2的節(jié)點(diǎn)方程為：4-4試導(dǎo)出二維穩(wěn)態(tài)導(dǎo)熱時(shí)右上拐角點(diǎn)一三的能量守恒表達(dá)式，即有限差分方程式(不需要展開(kāi)、化簡(jiǎn))。已知右側(cè)壁絕熱；頂端處于溫度為5,換熱系數(shù)為h的冷流體環(huán)境，同 時(shí)受到外界熱輻射-[W/m?}照射；有內(nèi)熱源-W/m?];網(wǎng)格；;材料熱導(dǎo)系數(shù)為旦。[上海交通大學(xué)2000研]解：本問(wèn)題的簡(jiǎn)化模型如圖4-10所示。圖4-10分析上圖所示灰色單元，有熱傳導(dǎo)、對(duì)流傳熱和熱輻射，并且考慮內(nèi)熱源，那么得到的熱平衡方程式如下所示：該單元的內(nèi)熱量為：根據(jù)熱傳導(dǎo)的基本方程式，可知：根據(jù)對(duì)流換熱的基本方程式，可知：根據(jù)已知條件，可知該單元受到的外界熱輻射為：綜上推導(dǎo)可知，二維穩(wěn)態(tài)導(dǎo)熱右上拐角節(jié)點(diǎn)的能量守恒表達(dá)式為：4-5請(qǐng)解釋非穩(wěn)態(tài)導(dǎo)熱分析中的集總參數(shù)法，其適用條件是什么?為何可以在這種條件下使用?[浙江大學(xué)2005研]解：當(dāng)固體內(nèi)部的導(dǎo)熱熱阻遠(yuǎn)小于其表面的換熱熱阻時(shí)，任何時(shí)刻固體內(nèi)部的溫度都趨于一致，以致可以認(rèn)為整個(gè)固體在同一瞬間均處于同一溫度下。這時(shí)所要求解的溫度僅是時(shí)間的一元函數(shù)而與空間坐標(biāo)無(wú)關(guān)。這種忽略物體內(nèi)部導(dǎo)熱熱阻的簡(jiǎn)化分析方法稱(chēng)為集中參數(shù)法。其適用條件：。在這種條件下，物體中最大與最小的過(guò)余溫度之差小于對(duì)于一般工程計(jì)算，此時(shí)已經(jīng)足夠精確地可以認(rèn)為整個(gè)物體溫度均勻。4-6圖4-11給出了常物性、有均勻內(nèi)熱源φ、二維穩(wěn)態(tài)導(dǎo)熱問(wèn)題局部邊界區(qū)域的網(wǎng)格配置，試用熱平衡法建立節(jié)點(diǎn)0的有限差分方程式(設(shè)△x=△y)。[上海九校聯(lián)考2002研]圖4-11圖4-12解：如圖4-12所示，0單元為內(nèi)部角點(diǎn)，代表四分之三個(gè)元體。采用熱平衡法建立節(jié)點(diǎn)0的有限差分方程式，根據(jù)傅里葉定律，可得節(jié)點(diǎn)1、2、3、4傳導(dǎo)到節(jié)點(diǎn)0的熱流量分別為：邊界傳遞的熱流量為：節(jié)點(diǎn)0的內(nèi)熱源為：根據(jù)能量守恒定律，可得：①把上面各式代入①式，整理可得：時(shí)，整理上式可得：表面?zhèn)鳠嵯禂?shù)h,取步長(zhǎng)為=。針對(duì)邊界節(jié)點(diǎn)1,應(yīng)用熱平衡法推導(dǎo)出數(shù)值計(jì)算的顯示差即T(1)位于對(duì)角邊界上的節(jié)點(diǎn)m、n,與溫度為1的流體進(jìn)行對(duì)流，換熱系數(shù)為h。假定△x流過(guò)程，流體溫度為，換熱系數(shù)為h。假定△x=△y。[中國(guó)科學(xué)院2009研]解：(1)相關(guān)示意圖如圖4-14所示。圖4-14分析圖中三角形微元塊，根據(jù)能量守恒定律可知：把△x=△v代入上式，整理后可得該結(jié)構(gòu)中節(jié)點(diǎn)的有限差分方程為：(2)相關(guān)示意圖如圖4-15所示。圖4-15分析刀尖三角形微元塊，根據(jù)能量守恒定律可知：第5章對(duì)流傳熱的理論基礎(chǔ)5-1Pr(普朗特)準(zhǔn)則反映的準(zhǔn)則，它表征了_的相對(duì)大小。[浙江大學(xué)2006研]【答案】流體中動(dòng)量擴(kuò)散能力與熱擴(kuò)散能力；流動(dòng)邊界層與熱邊界層查看答案5-2數(shù)中，λ表示,l表示。[浙江大學(xué)2006研]【答案】流體導(dǎo)熱系數(shù)；特征長(zhǎng)度查看答案5-3方程是微分方程，式中的參數(shù)是。[浙江大學(xué)2005案5-4縱掠平板強(qiáng)迫對(duì)流換熱的能量方程為。[浙江大學(xué)2004研]5-5流體在大空間沿豎壁作自然對(duì)流換熱時(shí)，對(duì)于紊流工況度的次方。[浙江大學(xué)2000研]【答案】零查看答案5-6流動(dòng)邊界層和熱邊界層。[重慶大學(xué)2005研]5-7邊界層動(dòng)量方程的形式為,試指出各項(xiàng)反映出的物理過(guò)程的實(shí)質(zhì)?這是什么類(lèi)型的偏微分方程，其物理特征如何?[華中科技大學(xué)2006研]5-8與完全的能量方程相比，邊界層能量方程最重要的特點(diǎn)是什么?[華中科技大學(xué)2005研]5-9對(duì)流換熱過(guò)程微分方程組的無(wú)量鋼化可以產(chǎn)生一系列無(wú)量綱的準(zhǔn)則，試問(wèn)雷若數(shù)(Re)貝克萊數(shù)(Pe)和努賽爾數(shù)(Nu)各自是從什么微分方程中導(dǎo)出的?并寫(xiě)出它們各自的表達(dá)方式。[華中科技大學(xué)2005研]貝克萊數(shù)(Pe)從能連微分方程產(chǎn)生，5-10什么是熱邊界層?什么是速度邊界層?普朗特?cái)?shù)的大小反映了速度邊界層與熱邊界層的怎樣的關(guān)系?[華中科技大學(xué)2004研]邊界層厚度δ:通常規(guī)定達(dá)到主流速度處99%處的為流動(dòng)邊界層的厚度。在近壁面的一個(gè)一般溫度達(dá)到來(lái)流溫度99%的位置定義為熱邊界層。是棟梁擴(kuò)散與熱擴(kuò)散能力之比。當(dāng)二時(shí)，2麗：當(dāng)-時(shí)，2=:當(dāng)2后5-11寫(xiě)出穩(wěn)態(tài)強(qiáng)制對(duì)流換熱的邊界能量方程，并說(shuō)明各項(xiàng)的意義。[華中科技大學(xué)2004科技大學(xué)2004研]解：,是固體內(nèi)部導(dǎo)熱熱阻和邊界處對(duì)流熱阻的比值。E是固體的導(dǎo)熱系5-13從傳熱觀點(diǎn)看，為什么暖氣片一般都放在窗戶(hù)的下面?[西安交通大學(xué)2005研](1)可以提高換熱效率。在室內(nèi)，靠近窗戶(hù)處的空氣溫度較低，假設(shè)暖氣片溫度一定，當(dāng)暖氣片放在窗下時(shí)，暖氣片與周?chē)諝鉁囟鹊臏夭睢鱰最大，從(2)可以使室內(nèi)溫度分布均勻。靠近窗戶(hù)處的空氣溫度較低，暖氣片放在窗下可以使室內(nèi)5-14為了測(cè)量管內(nèi)流體溫度，常采用水銀溫度計(jì)并在管道壁上安裝上溫度計(jì)套管，試問(wèn)：(1)安裝溫度計(jì)套管后，為什么會(huì)產(chǎn)生測(cè)溫誤差?(2)為了減小測(cè)溫誤差，可采取哪些措施?[西安交通大學(xué)2004研](1)溫度計(jì)套管產(chǎn)生誤差的主要原因是由于沿肋高(即套管長(zhǎng)度方向)有熱量導(dǎo)出和套管(2)要減小溫度計(jì)套管的測(cè)溫誤差，一方面應(yīng)減小沿肋高方向的導(dǎo)熱量，選擇導(dǎo)熱系數(shù)小5-15用空氣冷卻高溫設(shè)備的內(nèi)通道壁，為了提高冷卻效果，有人提出在其通道內(nèi)緊插一塊沿軸向放置的金屬平板。試問(wèn)該方法能否使設(shè)備內(nèi)通道壁的冷卻加強(qiáng)、壁溫下降?為什么?[西安交通大學(xué)2004研]答：該方法可以使設(shè)備內(nèi)通道壁的冷卻加強(qiáng)。因?yàn)橄喈?dāng)于增加了肋片，強(qiáng)化了散熱；同時(shí)也增強(qiáng)了輻射散熱；加入平板后，也增加了流體的擾動(dòng)，破壞邊界層，減小了對(duì)流熱阻，強(qiáng)化了對(duì)流換熱。5-16有一臺(tái)冷油器，管內(nèi)的油被管外的冷卻水冷卻。為了強(qiáng)化傳熱，管內(nèi)加裝一細(xì)的螺旋狀金屬絲。另有一臺(tái)暖風(fēng)器，以熱水在管內(nèi)流動(dòng)來(lái)加熱管外空氣，同樣在管內(nèi)加裝一細(xì)的螺旋狀金屬絲。比較這兩種方案強(qiáng)化換熱的效果如果?為什么?[西安交通大學(xué)2004研]答：對(duì)于冷油器，由于油的粘度比較大，對(duì)流換熱表面?zhèn)鳠嵯禂?shù)較小，占整個(gè)傳熱過(guò)程中熱阻的主要部分，在管內(nèi)加裝一細(xì)化螺旋金屬絲，可以破壞邊界層，減小油側(cè)熱阻，從而強(qiáng)化傳熱，效果明顯；對(duì)于暖風(fēng)機(jī)，由于空氣的表面對(duì)流換熱系數(shù)比熱水的要小，占整個(gè)傳熱過(guò)程中熱阻的主要部分，但在管內(nèi)加裝螺旋金屬絲，只能強(qiáng)化熱水側(cè)換熱，對(duì)于總熱阻則減小很少，強(qiáng)化效果不明顯。5-17有人認(rèn)為，“因?yàn)閷?duì)流換熱的強(qiáng)度只取決于貼壁處流體的溫度梯度，所以流體梯度不會(huì)影響換熱的強(qiáng)度”。請(qǐng)判斷這一說(shuō)法的正確性，并說(shuō)明理由。[西安交通大學(xué)2003研]答：這種說(shuō)法是不對(duì)的，靠近壁面的邊界層換熱為,所以，。其中溫度場(chǎng)t既是時(shí)間的函數(shù)，又是空間的函數(shù)。流體的速度場(chǎng)會(huì)影響溫度場(chǎng)，進(jìn)而影響對(duì)流換熱強(qiáng)度。5-18在一熱處理過(guò)程中，將溫度為220℃的金屬薄板豎直地置于溫度為20℃,流速為7m/s的空氣氣流中。平板沿流動(dòng)方向長(zhǎng)度為3m,寬度為2m,如圖5-5所示。測(cè)得作用于平板的摩擦阻力為0.86N。試確定該金屬板與空氣間的對(duì)流換熱系數(shù)和傳熱量?？諝獾奈镄詤?shù)為：P=1.204kgm3,F=1.007KJ/kg:K),Pr=0.7309。[北京科技大學(xué)2008研]圖5-5解：范寧局部摩擦系數(shù)其中,則：又Pr=0.7309,0.6<Pr<60,所以：由以上兩式得h=25.41≥,所以傳熱量5-19外掠平板時(shí)邊界層動(dòng)量積分方程為,為了求解邊界層厚度δ,速度分布選用多項(xiàng)式一,試列出在確定系數(shù)-E、E、E、匡時(shí)所采用的邊界條件。[上海交通大學(xué)2001研]5-20什么叫熱邊界層?試用邊界層理論解釋在單相對(duì)流換熱中，使層流邊界層變薄可以強(qiáng)化傳熱。[浙江大學(xué)2005研]5-21為什么用紅外測(cè)溫計(jì)可以測(cè)量人體溫度，分析可能有哪些因素影響紅外測(cè)溫計(jì)精度(試舉3個(gè)因素)。[浙江大學(xué)2005研](1)發(fā)射率。所有物體會(huì)反射、透過(guò)和發(fā)射能量，只有發(fā)射的能量能指示物體的溫度。當(dāng)固定的發(fā)射率為0.95。該發(fā)射率值是對(duì)于多數(shù)有機(jī)材料、油漆或氧化表面溫度，就要用一種膠帶或平光黑漆涂于被測(cè)表面加以補(bǔ)償。使膠帶或漆達(dá)到與基底材料相同溫度時(shí)，測(cè)量膠帶或漆表面的溫度，即為其真實(shí)溫度。(2)光學(xué)分辨率。光學(xué)分辨率定義為紅外測(cè)溫計(jì)到物體的距離與被測(cè)光斑尺寸之比。該比值越大，紅外測(cè)溫儀的分辨率越好，且被測(cè)光斑尺寸越小。通過(guò)增加近焦特性，可對(duì)小目標(biāo)區(qū)域提供精確測(cè)量，可以防止背景溫度的影響。(3)視場(chǎng)。確保目標(biāo)大于紅外測(cè)溫計(jì)測(cè)量時(shí)的光斑尺寸，目標(biāo)越小，就應(yīng)離它越近。當(dāng)精度特別重要時(shí)，要確保目標(biāo)至少2倍于光斑尺寸。5-22描述物體內(nèi)部導(dǎo)熱機(jī)理的物理模型有哪些?它們分別描述哪些物質(zhì)內(nèi)部的導(dǎo)熱過(guò)程?[浙江大學(xué)2005研]解：描述物體內(nèi)部導(dǎo)熱機(jī)理的物理模型有氣體、液體、導(dǎo)電固體和非導(dǎo)電固體等物理模型。它們的導(dǎo)熱機(jī)理是不同的。氣體中，導(dǎo)熱是氣體分子不規(guī)則熱運(yùn)動(dòng)時(shí)相互碰撞的結(jié)果。氣體的溫度越高，其分子的運(yùn)動(dòng)動(dòng)能越大。不同能量水平的分子相互碰撞的結(jié)果，使熱量從高溫處傳到低溫處。導(dǎo)電固體中有相當(dāng)多的自由電子，它們?cè)诰Ц裰g像氣體分子那樣運(yùn)動(dòng)。自由電子的運(yùn)動(dòng)在導(dǎo)電固體的導(dǎo)熱中起著主要作用。在非導(dǎo)電固體中，導(dǎo)熱是通過(guò)晶格結(jié)構(gòu)的振動(dòng)，即原子、分子在其平衡位置附近的振動(dòng)來(lái)實(shí)現(xiàn)的。對(duì)于液體中的導(dǎo)熱機(jī)理，還存在著不同的觀點(diǎn)。有一種觀點(diǎn)認(rèn)為定性上類(lèi)似于氣體，只是情況更復(fù)雜，因?yàn)橐后w分子間的距離比較近，分子間的作用力對(duì)碰撞過(guò)程的影響遠(yuǎn)比氣體大。另一種觀點(diǎn)則認(rèn)為液體的導(dǎo)熱機(jī)理類(lèi)似于非導(dǎo)電固體，主要靠彈性聲波的作用。5-23請(qǐng)解釋流動(dòng)邊界層與熱邊界層。對(duì)于油、空氣及液態(tài)金屬，分別有二、≥面、一=,試就這三種冷流體外掠等溫?zé)崞桨辶鲃?dòng)(一=)分別畫(huà)出其速度分布與溫度分布的大致圖像(要能顯示δ與E的相對(duì)大小),并作簡(jiǎn)要說(shuō)明。[浙江大學(xué)2001研]解：在固體表面附近流體速度發(fā)生劇烈變化的薄層稱(chēng)為流動(dòng)邊界層；固體表面附近流體溫度發(fā)生劇烈變化的薄層稱(chēng)為熱邊界層。對(duì)于油、空氣以及液態(tài)金屬三種等溫冷流體平板流動(dòng)，在況下，其速度分布與溫度分布的大致圖像分別如圖5-6、5-7、5-8所示。圖5-6圖5-7圖5-8普朗特常數(shù)反映的是流體中動(dòng)量擴(kuò)散與熱擴(kuò)散能力的對(duì)比，它可以表征熱邊界層與流動(dòng)邊界層的相對(duì)厚度。對(duì)于高普朗特?cái)?shù)的油，其速度邊界層的厚度遠(yuǎn)大于熱邊界層的厚度；對(duì)于普朗特?cái)?shù)近似為1的空氣，其速度邊界層的厚度與熱邊界層的厚度大致相等；對(duì)于普朗特?cái)?shù)遠(yuǎn)小于1的液體金屬，其速度邊界層的厚度遠(yuǎn)小于熱邊界層的厚度。5-24請(qǐng)說(shuō)明流動(dòng)邊界層和熱邊界層理論的基本要點(diǎn)，它們的提出對(duì)對(duì)流換熱微分方程組的求解有何意義?寫(xiě)出Pr準(zhǔn)則的定義式并說(shuō)明它的物理意義。[華北電力大學(xué)(北京)2005,是運(yùn)動(dòng)粘度與熱擴(kuò)展率的比值，它反映了動(dòng)量擴(kuò)散與熱擴(kuò)散能力的對(duì)比。5-25一塊寬20mm、長(zhǎng)200mm的平板，平均壁溫為40℃。常壓下20℃的空氣以10m/s的速度縱向(沿長(zhǎng)度方向)流過(guò)該板表面，試計(jì)算平板的對(duì)流換熱量。題中參考公式為計(jì)算局部表面?zhèn)鳠嵯禂?shù)的準(zhǔn)則方程：。干空氣的熱物理性質(zhì)如表5-2所示。[華北電力大學(xué)(北京)2005表5-2表5-2三。因此可得：查表得：因此有：度分布為(式中a、、C均為常數(shù)),流體主流溫度為分，壁面溫度為三，試求局部表面?zhèn)鳠嵯禂?shù)。[華北電力大學(xué)(北京)2004研]代入得：5-27水從恒溫的大平壁上流過(guò)，試求流體流到平壁中部的局部表面?zhèn)鳠嵯禂?shù)、平均表面?zhèn)鳠嵯禂?shù)和熱流密度。已知水的流速為1.0m/s,水溫為35℃,其導(dǎo)熱系數(shù)、運(yùn)動(dòng)粘度、普朗特?cái)?shù)、密度分別為0.63W/(m.℃),0.732×10?kg/(m2·s),4.87,933.9kg/m3。壁溫為均勻恒定的95℃,壁面長(zhǎng)度為1000mm,換熱過(guò)程適用的準(zhǔn)則關(guān)聯(lián)式：[華北電力大學(xué)(北京)2004研]5-28用圖并配合簡(jiǎn)要的文字或公式，說(shuō)明空氣外掠平板強(qiáng)迫對(duì)流和豎壁自然對(duì)流時(shí)(均為層流狀態(tài))邊界層內(nèi)的速度分布特征。[南京航空航天大學(xué)2000研]解：空氣外掠平板強(qiáng)迫對(duì)流和豎壁自然對(duì)流時(shí)(均為層流狀態(tài))邊界層內(nèi)的速度分布示意圖分別如圖5-9、圖5-10所示。圖5-9圖5-10空氣外掠平板強(qiáng)迫對(duì)流：流體在平板壁面處的速度為0,流體的速度隨著離開(kāi)壁面距離的增5-29一般情況下，黏度大的流體其Pr數(shù)也越大，由對(duì)流換熱的實(shí)驗(yàn)關(guān)聯(lián)式I么?請(qǐng)分析。[重慶大學(xué)2007研]因?yàn)?gt;1=,所以從上面表達(dá)式可知，對(duì)于黏度大的流體，其努塞爾數(shù)越小，因而其表(2)當(dāng)X=0.5m、流體與壁面的溫差為10℃時(shí)，確定常數(shù)A的值。[重慶大學(xué)2005研]=40-210,可知 5-321個(gè)大氣壓，25℃的空氣，縱向流過(guò)一塊長(zhǎng)400mm、寬1200mm、溫度為35℃的平板，流速為15m/s。分別求離平板前緣50mm、150導(dǎo)熱系數(shù)λ=2.67×10-2w/(m.K),普朗特?cái)?shù)Pr=0.701)[國(guó)防科技大學(xué)2005研]所以在不同X處，流動(dòng)邊界層和熱邊界層的厚度如表5-3所示。則平板與空氣的換熱量為：5-33請(qǐng)寫(xiě)出常物性、不可壓縮流體、無(wú)內(nèi)熱源的二維平板層流邊界層的微分方程組。[國(guó)防科技大學(xué)2004研]解：對(duì)于二維、穩(wěn)態(tài)、無(wú)內(nèi)熱源常物性不可壓縮流體的邊界層類(lèi)型問(wèn)題，流場(chǎng)與溫度場(chǎng)的控制方程式如下。質(zhì)量守恒方程：能量守恒方程：對(duì)于主流場(chǎng)是均速宣，均溫，并給定恒壁溫，即2回目的問(wèn)題，定界條件可表示5-34試寫(xiě)出畢渥數(shù)和努塞爾數(shù)的表達(dá)式，并敘述其物理含義。[國(guó)防科技大學(xué)2004研]答：畢渥數(shù)的表達(dá)式為：(λ為固體導(dǎo)熱系數(shù))。它的物理意義為固體內(nèi)部單位導(dǎo)熱面積上的導(dǎo)熱熱阻與單位面積上的換熱熱阻之比。努塞爾數(shù)的表達(dá)式為：(λ為流體導(dǎo)熱系數(shù))它的物理意義為壁面溫度梯度與平均溫度梯度的比值，反映對(duì)流傳熱的強(qiáng)弱的無(wú)量綱數(shù)。第6章單相對(duì)流傳熱的實(shí)驗(yàn)關(guān)聯(lián)式6-1強(qiáng)制對(duì)流換熱系數(shù)大小與流體的物性有關(guān)，影響它的流體物性有。[浙江大學(xué)2006研]【解析】分析流體物性對(duì)強(qiáng)制對(duì)流換熱系數(shù)大小的影響，需要考查相適用的實(shí)驗(yàn)關(guān)聯(lián)式。以管槽內(nèi)湍流強(qiáng)制對(duì)流傳熱為例，公式為最普遍的關(guān)聯(lián)式：6-2自然對(duì)流是指。[浙江大學(xué)2006研]【答案】不依靠泵或風(fēng)機(jī)等外力推動(dòng)，由流體自身溫度場(chǎng)的不均勻所引起的流動(dòng)查看答案6-3寫(xiě)出Pr(普朗特?cái)?shù))的無(wú)量綱組合：。它的物理意義是。[浙江大學(xué)20056-4管束強(qiáng)迫對(duì)流換熱的排列方式主要有_兩種。[浙江大學(xué)2005研]6-5自然對(duì)流在條件下發(fā)生自?；F(xiàn)象，此時(shí)表面?zhèn)鳠嵯禂?shù)與無(wú)關(guān)。[浙江大學(xué)2005研]【答案】湍流；特征長(zhǎng)度查看答案【答案】固體內(nèi)部導(dǎo)熱熱阻與界面上換熱熱阻；固【答案】普朗特?cái)?shù)；動(dòng)量擴(kuò)散能力與熱量擴(kuò)散能力的一種量度查看答案6-8管內(nèi)強(qiáng)迫對(duì)流換熱，一般來(lái)說(shuō)，流體的導(dǎo)熱系數(shù)變大，表面換熱系數(shù)_,流體的粘Nu=0.023RePr?6-9流體剛?cè)牒惚跍氐墓艿雷鲗恿鲹Q熱時(shí)，其局部對(duì)流換熱系數(shù)沿管長(zhǎng),這是因?yàn)?。[浙江大學(xué)2001研]6-10管外流動(dòng)換熱，有縱向沖刷和橫向沖刷之分，在其他條件相同時(shí)，熱更為強(qiáng)烈，這可以解釋為。[浙江大學(xué)2001研]漩渦和渦束查看答案【答案】入口段的熱邊界層較薄，局部表面?zhèn)鳠嵯禂?shù)比充分發(fā)展段高查看答案6-12定型溫度是,特征尺度是_。[浙江大學(xué)2000研]【答案】計(jì)算流體物性時(shí)所采用的溫度；包括在相似準(zhǔn)則數(shù)中的幾何尺度查看答案二、綜合題6-13有人曾經(jīng)給出下列流體外掠正方形柱體(其一界面與流體來(lái)流方向垂直)的換熱試驗(yàn)定常數(shù)C與指數(shù)的方法(不需要具體的計(jì)算及結(jié)果)。[華中科技大學(xué)2006研]表6-12,反求可得C;直線