南昌大學(xué)傳熱學(xué)復(fù)習(xí)資料(計(jì)算題)

1、1. 相距很近且彼此平行的兩個(gè)黑體表面，若（1）兩表面溫度分別為1800K和1500K；（2）兩表面溫度分別為400K和100K。試求兩種情況下輻射換熱量的比值。由此可以得出什么結(jié)論？解：（1）兩表面溫度分別為1800K和1500K時(shí)：（2）兩表面溫度分別為400K和100K時(shí)：二者比值：由此可以看出，盡管冷熱表面溫度都是相差300K，但前者的換熱量是后者的213倍。因此，輻射在高溫時(shí)更重要。2. 如圖所示的墻壁，其導(dǎo)熱系數(shù)為50，厚度為50，在穩(wěn)態(tài)情況下的墻壁內(nèi)一維溫度分布為：式中的單位為，的單位為。試求：（1）墻壁兩側(cè)表面的熱流密度； （2）壁內(nèi)單位體積的內(nèi)熱源生成熱。解：（1）由傅里葉定

2、律：所以墻壁兩側(cè)表面的熱流密度： （2）由導(dǎo)熱微分方程：得：3. 如圖所示的長為30，直徑為12.5的銅桿，導(dǎo)熱系數(shù)為386，兩端分別緊固地連接在溫度為200的墻壁上。溫度為38的空氣橫向掠過銅桿，表面?zhèn)鳠嵯禂?shù)為17。求桿散失給空氣的熱量是多少？解：這是長為15的等截面直肋的一維導(dǎo)熱問題。由于物理問題對稱，可取桿長的一半作研究對象。由公式知：一半熱量：其中 所以 故整個(gè)桿的散熱量 4.一塊無限大平板，單側(cè)表面積為,初溫為，一側(cè)表面受溫度為，表面?zhèn)鳠嵯禂?shù)為的氣流冷卻，另一側(cè)受到恒定熱流密度的加熱，內(nèi)部熱阻可以忽略。試列出物體內(nèi)部的溫度隨時(shí)間變化的微分方程式并求解之。設(shè)其他幾何參數(shù)及物性參數(shù)已知。

3、解： 由題意，物體內(nèi)部熱阻可以忽略，溫度僅為時(shí)間的函數(shù)，一側(cè)的對流換熱和另一側(cè)恒熱流加熱作為內(nèi)熱源處理，根據(jù)熱平衡方程可得控制方程為初始條件：引入過余溫度，則上述控制方程的通解為由初始條件有故溫度分布：5. 用熱電偶測量氣罐中氣體的溫度。熱電偶的初始溫度為20，與氣體的表面?zhèn)鳠嵯禂?shù)為。熱電偶近似為球形，直徑為0.2。試計(jì)算插入10后，熱電偶的過余溫度為初始過余溫度的百分之幾？要使溫度計(jì)過余溫度不大于初始過余溫度的1，至少需要多長時(shí)間？已知熱電偶焊錫絲的， ，。解： 先判斷本題能否利用集總參數(shù)法。0.1可用集總參數(shù)法。時(shí)間常數(shù) 則10 的相對過余溫度expexp熱電偶過余溫度不大于初始過余溫度1

4、所需的時(shí)間，由題意exp0.01exp0.01解得 25.6 6.一個(gè)201680的鐵塊(64/()突然置于平均對流換熱系數(shù)11.35/()()的自然對流環(huán)境中。試確定其數(shù)，并判斷采用集總熱容法分析鐵塊的冷卻過程是否合適（假設(shè)鐵塊的初始溫度比環(huán)境高）。解：特征長度為,而所以由此，采用集總熱容法計(jì)算瞬態(tài)溫度可給出很好的結(jié)果。7.一個(gè)處于100的立方體鋁錠，置于對流環(huán)境中，平均對流換熱系數(shù)25/(),如果要求使用集總熱容法所產(chǎn)生的誤差小于5，試確定鋁錠的最大臨界邊長。解：對于這種形狀的物體，只要數(shù)小于0.1，采用集總熱容法的精度就可達(dá)到5。從表B1（SI）查得206/()。這樣，0.1則由可得 8

5、.試比較準(zhǔn)則數(shù)和的異同。解：從形式上看，數(shù)（）與數(shù)（）完全相同，但二者物理意義卻不同。數(shù)中的為流體的導(dǎo)熱系數(shù)，而一般未知，因而數(shù)一般是待定準(zhǔn)則。數(shù)的物理意義表示壁面附近流體的無量綱溫度梯度，它表示流體對流換熱的強(qiáng)弱。而數(shù)中的為導(dǎo)熱物體的導(dǎo)熱系數(shù)，且一般情況下已知，數(shù)一般是已定準(zhǔn)則。數(shù)的物理意義是導(dǎo)熱體內(nèi)部導(dǎo)熱熱阻（）與外部對流熱阻（）的相對大小。9.對有限空間的自然對流換熱，有人經(jīng)過計(jì)算得出其數(shù)為0.5。請利用所學(xué)過的傳熱學(xué)知識判斷這一結(jié)果的正確性。解：以下圖所示的有限空間自然對流為例。如果方腔內(nèi)的空氣沒有對流，僅存在導(dǎo)熱，則 此時(shí)當(dāng)量的對流換熱量可按下式計(jì)算由以上兩式：，即1。即方腔內(nèi)自然對

6、流完全忽略時(shí)，依靠純導(dǎo)熱的數(shù)將等于1，即數(shù)的最小值為1，不會小于1，所以上述結(jié)果是不正確的。10.一般情況下粘度大的流體其數(shù)也較大。由對流換熱的實(shí)驗(yàn)關(guān)聯(lián)式可知（0，0），數(shù)越大，數(shù)也越大，從而也越大。即粘度大的流體其表面?zhèn)鳠嵯禂?shù)也越高。這與經(jīng)驗(yàn)得出的結(jié)論相反，為什么？解：粘度越高時(shí)，數(shù)越大，但數(shù)越小。由。一般情況下，對流換熱，即0，所以粘度增加時(shí)，數(shù)減少，即減小。11.如圖所示的真空輻射爐，球心處有一黑體加熱元件，試指出，3處中何處定向輻射強(qiáng)度最大？何處輻射熱流最大？假設(shè)，處對球心所張立體角相同。解：由黑體輻射的蘭貝特定律知，定向輻射強(qiáng)度與方向無關(guān)。故。而三處對球心立體角相當(dāng)，但與法線方向夾角

7、不同，。所以處輻射熱流最大，處最小。12.“善于發(fā)射的物體必善于吸收”，即物體輻射力越大，其吸收比也越大。你認(rèn)為對嗎？解：基爾霍夫定律對實(shí)際物體成立必須滿足兩個(gè)條件：物體與輻射源處于熱平衡，輻射源為黑體。也即物體輻射力越大，其對同樣溫度的黑體輻射吸收比也越大，善于發(fā)射的物體，必善于吸收同溫度下的黑體輻射。所以上述說法不正確。13.在波長2的短波范圍內(nèi)，木板的光譜吸收比小于鋁板，而在長波（2）范圍內(nèi)則相反。在木板和鋁板同時(shí)長時(shí)間放在太陽光下時(shí)，哪個(gè)溫度高？為什么？解：波長小于2時(shí)，太陽光的輻射能量主要集中在此波段，而對常溫下的物體，其輻射波長一般大于2。在同樣的太陽條件下，鋁板吸收的太陽能多，而

8、在此同時(shí)，其向外輻射的能量卻少于木板（在長波范圍內(nèi)，鋁板吸收比小于木板，由基爾霍夫定律，其發(fā)射率亦小于木板）。因此，鋁板溫度高。14.選擇太陽能集熱器的表面涂層時(shí)，該涂料表面光譜吸收比隨波長的變化最佳曲線是什么？有人認(rèn)為取暖用的輻射采暖片也需要涂上這種材料，你認(rèn)為合適嗎？解：最佳的曲線應(yīng)是在短波（如3）部分光譜吸收比，而在長波部分（3），這樣吸收太陽能最多，而向外輻射散熱卻為零。對于輻射采暖器，其表面溫度不高，大部分輻射位于長波范圍，此時(shí)，由基爾霍夫定律，反而阻礙其散熱，因而涂上這種材料不合適。15.試解釋下列名詞（1）有效輻射；（2）表面輻射熱阻；（3）重輻射面；（4）遮熱板。解：（1）有效

9、輻射包括輻射表面的自身輻射和該表面對投入輻射的反射輻射，記為，即。（2）表面輻射熱阻當(dāng)物體表面不是黑體表面時(shí)，該表面不能全部吸收外來投射輻射能量，這相當(dāng)于表面存在熱阻。該熱阻稱為表面輻射熱阻。以表示，它取決于表面的輻射特性。（3）重輻射面輻射換熱系統(tǒng)中，表面的凈輻射換熱量為零的表面被稱為重輻射面，或稱絕熱表面。（4）遮熱板插入兩個(gè)輻射換熱表面之間用以削弱輻射換熱的薄板。16.如圖所示，直徑為的圓柱表面及平面在垂直紙面方向均為無限長。試求平面與圓柱外表面間的角系數(shù)。解：由圖814所示，按交叉線法而 所以由圖中幾何關(guān)系而故 17在太陽系中地球和火星距太陽的距離相差不大，但為什么火星表面溫度晝夜變化

10、卻比地球要大得多？解：由于火星附近沒有大氣層，因而在白天，太陽輻射時(shí)火星表面溫度很高，而在夜間，沒有大氣層的火星與溫度接近于絕對零度的太空進(jìn)行輻射換熱，因而表面溫度很低。而地球附近由于大氣層（主要成分是和水蒸氣）的輻射作用，夜間天空溫度比太空高，白天大氣層又會吸收一部分來自太陽的輻射能量，因而晝夜溫差較小。18一直徑為的薄壁球形液氧貯存容器，被另一個(gè)直徑為的同心薄壁容器所包圍。兩容器表面為不透明漫灰表面，發(fā)射率均為，兩容器表面之間是真空的，如果外表面的溫度為，內(nèi)表面溫度為，試求由于蒸發(fā)使液氧損失的質(zhì)量流量。液氧的蒸發(fā)潛熱為。解：本題屬兩表面組成封閉系的輻射換熱問題，需首先畫出其輻射網(wǎng)絡(luò)圖 求得

11、 故 故由于蒸發(fā)而導(dǎo)致液氧損失的質(zhì)量流量 19兩個(gè)直徑為，相距的平行同軸圓盤，放在環(huán)境溫度保持為的大房間內(nèi)。兩圓盤背面不參與換熱。其中一個(gè)圓盤絕熱，另一個(gè)保持均勻溫度，發(fā)射率為。且兩圓盤均為漫射灰體。試確定絕熱圓盤的表面溫度及等溫圓盤表面的輻射熱流密度。解：這是三個(gè)表面組成封閉系的輻射換熱問題，表面為漫灰表面，表面為絕熱表面，表面相當(dāng)于黑體。如圖（a）所示。輻射網(wǎng)絡(luò)圖見圖（b）。計(jì)算角系數(shù) 對列節(jié)點(diǎn)方程節(jié)點(diǎn)節(jié)點(diǎn)其中 因而式成為解得：因此 等溫圓盤的表面輻射熱流 20在換熱器的流體溫度變化圖中，冷、熱流體中熱容量小的流體其溫度變化大還是熱容量大的流體變化大？為什么？解：換熱器中，熱流體放出的熱量

12、與冷流體吸收的熱量相等，即，也即。設(shè)，則。即熱容量小的流體溫度變化大。21一頂部面積為，頂面涂有白漆（白漆對太陽的吸收比為）的冷藏船在陽光照射的海面上行駛。海風(fēng)溫度為，海風(fēng)吹過頂面時(shí)的表面?zhèn)鳠嵯禂?shù)為.太空有效溫度為，頂面平均溫度為，太陽光與冷藏面頂面法線夾角為。太陽對冷藏庫頂面的投入輻射為。試求該冷藏船每小時(shí)的冷損量。（白漆的發(fā)射率）解：本題屬對流換熱和輻射換熱的復(fù)合換熱問題。如圖所示：以冷庫頂面為研究對象，其冷損失為:其中為對流換熱量，為吸收太陽能的熱量，為向太空的輻射散熱。顯然 故 每小時(shí)的冷損： 22某廠由于生產(chǎn)需要，將冷卻水以的質(zhì)量流量向距離的車間供應(yīng)，供水管道外直徑為。為防止冬天水在

13、管道內(nèi)結(jié)冰，在管道外包裹導(dǎo)熱系數(shù)的瀝青蛭石管殼。保溫層外表面的復(fù)合換熱表面?zhèn)鳠嵯禂?shù)。該廠室外空氣溫度達(dá)，此時(shí)水泵的出口水的溫度為。試確定為使冷卻水不結(jié)冰的最小保溫層厚度。忽略管壁熱阻及管內(nèi)水的對流換熱熱阻。解：本題屬導(dǎo)熱和復(fù)合換熱的熱阻分析問題。先由管內(nèi)水確定換熱量，然后按熱阻條件確定絕熱層厚度，最小絕熱層厚度發(fā)生在管道出口水溫降至的時(shí)刻，且此時(shí)水的質(zhì)量流量最低。水由降至冰點(diǎn)時(shí)的放熱量：定性溫度對應(yīng)水的比定壓熱容考慮到忽略管壁熱阻及管內(nèi)對流熱阻，因而保溫層內(nèi)壁溫度近似為水的平均溫度，即。從保溫層內(nèi)壁溫到外部空氣溫度，中間有保溫層的導(dǎo)熱熱阻及空氣側(cè)復(fù)合換熱熱阻，即：而，為保溫層厚度。即：利用迭代

14、法（試湊法）求得傳熱學(xué)中的名詞解釋1 穩(wěn)態(tài)導(dǎo)熱 : 發(fā)生在穩(wěn)態(tài)溫度場內(nèi)的導(dǎo)熱過程稱為穩(wěn)態(tài)導(dǎo)熱。 （或：物體中的溫度分布不隨時(shí)間而變化的導(dǎo)熱稱為穩(wěn)態(tài)導(dǎo)熱。） 2 穩(wěn)態(tài)溫度場: 溫度場內(nèi)各點(diǎn)的溫度不隨時(shí)間變化。（或溫度場不隨時(shí)間變化。）3 熱對流 : 依靠流體各部分之間的宏觀運(yùn)行，把熱量由一處帶到另一處的熱傳遞現(xiàn)測溫度均為肋基溫度的理想散熱量之比。象4 傳熱過程:熱量由固體壁面一側(cè)的熱流體通過固體壁面?zhèn)鬟f給另一側(cè)冷流體的過程5 肋壁總效率:肋側(cè)表面總的實(shí)際散熱量與肋壁21. 換熱器的效能（有效度）：換熱器的實(shí)際傳熱量與最大可能傳熱量之比。或 22. 大容器沸騰 ：高于液體飽和溫度的熱壁面沉浸在具有

15、自由表面的液體中所發(fā)生的沸騰。23. 準(zhǔn)穩(wěn)態(tài)導(dǎo)熱 ：物體內(nèi)各點(diǎn)溫升速度不變的導(dǎo)熱過程。 24. 黑體：吸收率等于 1 的物體。 25. 復(fù)合換熱：對流換熱與輻射換熱同時(shí)存在的綜合熱傳遞過程。 一、 名詞解釋1熱流量：單位時(shí)間內(nèi)所傳遞的熱量2熱流密度：單位傳熱面上的熱流量3導(dǎo)熱：當(dāng)物體內(nèi)有溫度差或兩個(gè)不同溫度的物體接觸時(shí)，在物體各部分之間不發(fā)生相對位移的情況下，物質(zhì)微粒(分子、原子或自由電子)的熱運(yùn)動(dòng)傳遞了熱量，這種現(xiàn)象被稱為熱傳導(dǎo)，簡稱導(dǎo)熱。4對流傳熱：流體流過固體壁時(shí)的熱傳遞過程，就是熱對流和導(dǎo)熱聯(lián)合用的熱量傳遞過程，稱為表面對流傳熱，簡稱對流傳熱。5輻射傳熱：物體不斷向周圍空間發(fā)出熱輻射能

16、，并被周圍物體吸收。同時(shí)，物體也不斷接收周圍物體輻射給它的熱能。這樣，物體發(fā)出和接收過程的綜合結(jié)果產(chǎn)生了物體間通過熱輻射而進(jìn)行的熱量傳遞，稱為表面輻射傳熱，簡稱輻射傳熱。6總傳熱過程：熱量從溫度較高的流體經(jīng)過固體壁傳遞給另一側(cè)溫度較低流體的過程，稱為總傳熱過程，簡稱傳熱過程。7對流傳熱系數(shù)：單位時(shí)間內(nèi)單位傳熱面當(dāng)流體溫度與壁面溫度差為1K是的對流傳熱量，單位為W(m2K)。對流傳熱系數(shù)表示對流傳熱能力的大小。8輻射傳熱系數(shù)：單位時(shí)間內(nèi)單位傳熱面當(dāng)流體溫度與壁面溫度差為1K是的輻射傳熱量，單位為W(m2K)。輻射傳熱系數(shù)表示輻射傳熱能力的大小。9復(fù)合傳熱系數(shù)：單位時(shí)間內(nèi)單位傳熱面當(dāng)流體溫度與壁面

17、溫度差為1K是的復(fù)合傳熱量，單位為W(m2K)。復(fù)合傳熱系數(shù)表示復(fù)合傳熱能力的大小。10總傳熱系數(shù)：總傳熱過程中熱量傳遞能力的大小。數(shù)值上表示傳熱溫差為1K時(shí)，單位傳熱面積在單位時(shí)間內(nèi)的傳熱量。 第二章熱傳導(dǎo)一、名詞解釋1溫度場：某一瞬間物體內(nèi)各點(diǎn)溫度分布的總稱。一般來說，它是空間坐標(biāo)和時(shí)間坐標(biāo)的函數(shù)。2等溫面(線)：由物體內(nèi)溫度相同的點(diǎn)所連成的面（或線）。3溫度梯度：在等溫面法線方向上最大溫度變化率。4熱導(dǎo)率：物性參數(shù)，熱流密度矢量與溫度降度的比值，數(shù)值上等于1 Km的溫度梯度作用下產(chǎn)生的熱流密度。熱導(dǎo)率是材料固有的熱物理性質(zhì)，表示物質(zhì)導(dǎo)熱能力的大小。5導(dǎo)溫系數(shù)：材料傳播溫度變化能力大小的指

18、標(biāo)。6穩(wěn)態(tài)導(dǎo)熱：物體中各點(diǎn)溫度不隨時(shí)間而改變的導(dǎo)熱過程。7非穩(wěn)態(tài)導(dǎo)熱：物體中各點(diǎn)溫度隨時(shí)間而改變的導(dǎo)熱過程。8傅里葉定律：在各向同性均質(zhì)的導(dǎo)熱物體中，通過某導(dǎo)熱面積的熱流密度正比于該導(dǎo)熱面法向溫度變化率。9保溫(隔熱)材料：0.12W/(mK)(平均溫度不高于350時(shí))的材料。10肋效率：肋片實(shí)際散熱量與肋片最大可能散熱量之比。11接觸熱阻：材料表面由于存在一定的粗糙度使相接觸的表面之間存在間隙，給導(dǎo)熱過程帶來額外熱阻。12定解條件(單值性條件)：使微分方程獲得適合某一特定問題解的附加條件，包括初始條件和邊界條件。第三章 對流傳熱一、名詞解釋1 速度邊界層：在流場中壁面附近流速發(fā)生急劇變化的薄

19、層。2 溫度邊界層：在流體溫度場中壁面附近溫度發(fā)生急劇變化的薄層。3 定性溫度：確定換熱過程中流體物性的溫度。4 特征尺度：對于對流傳熱起決定作用的幾何尺寸。5 相似準(zhǔn)則(如Nu,Re,Pr,Gr,Ra)：由幾個(gè)變量組成的無量綱的組合量。6 強(qiáng)迫對流傳熱：由于機(jī)械(泵或風(fēng)機(jī)等)的作用或其它壓差而引起的相對運(yùn)動(dòng)。7 自然對流傳熱：流體各部分之間由于密度差而引起的相對運(yùn)動(dòng)。8 大空間自然對流傳熱：傳熱面上邊界層的形成和發(fā)展不受周圍物體的干擾時(shí)的自然對流傳熱。9 珠狀凝結(jié)：當(dāng)凝結(jié)液不能潤濕壁面(90)時(shí)，凝結(jié)液在壁面上形成許多液滴，而不形成連續(xù)的液膜。10 膜狀凝結(jié)：當(dāng)液體能潤濕壁面時(shí)，凝結(jié)液和壁面

20、的潤濕角(液體與壁面交界處的切面經(jīng)液體到壁面的交角)90，凝結(jié)液在壁面上形成一層完整的液膜。11 核態(tài)沸騰：在加熱面上產(chǎn)生汽泡，換熱溫差小，且產(chǎn)生汽泡的速度小于汽泡脫離加熱表面的速度，汽泡的劇烈擾動(dòng)使表面?zhèn)鳠嵯禂?shù)和熱流密度都急劇增加。12 膜態(tài)沸騰：在加熱表面上形成穩(wěn)定的汽膜層，相變過程不是發(fā)生在壁面上，而是汽液界面上，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)大大下降。第四章 輻射傳熱一、名詞解釋1熱輻射：由于物體內(nèi)部微觀粒子的熱運(yùn)動(dòng)狀態(tài)改變，而將部分內(nèi)能轉(zhuǎn)換成電磁波的能量發(fā)射出去的過程。2吸收比：投射到物體表面的熱輻射中被物體所吸收的比例。3反射比：投射到物體表面的熱輻射中被物體表面所反射的比例。4穿透比：投射到物體表面的熱輻射中穿透物體的比例。5黑體：吸收比= 1的物體。6白體：反射比=l的物體(漫射表面)7透明體：透射比= 1的物體8灰體：光譜吸收比與波長無關(guān)的理想物體。9黑度：實(shí)際物體的輻射力與同溫度下黑體輻射力的比值，即物體發(fā)射能力接近黑體的程度。10輻射力：單位時(shí)間內(nèi)物體的單位輻射面積向外界(半球空間)發(fā)射的全部波長的輻射能。11漫反射表面：如果不論外界