《傳熱學(xué)》第四版課后習(xí)題答案

1、第一章第一章思考題思考題1試用簡練的語言說明導(dǎo)熱、對流換熱及輻射換熱三種熱傳遞方式之間的聯(lián)系和區(qū)別。答：答：導(dǎo)熱和對流的區(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；對流則是流體各部分之間發(fā)生宏觀相對位移及冷熱流體的相互摻混。聯(lián)系是：在發(fā)生對流換熱的同時(shí)必然伴生有導(dǎo)熱。導(dǎo)熱、對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)不僅有能量的轉(zhuǎn)移還伴有能量形式的轉(zhuǎn)換。2以熱流密度

2、表示的傅立葉定律、牛頓冷卻公式及斯忒藩－玻耳茲曼定律是應(yīng)當(dāng)熟記的傳熱學(xué)公式。試寫出這三個(gè)公式并說明其中每一個(gè)符號(hào)及其意義。答：答：①傅立葉定律：dxdtq???，其中，q－熱流密度；?－導(dǎo)熱系數(shù)；dxdt－沿x方向的溫度變化率，“－”表示熱量傳遞的方向是沿著溫度降低的方向。②牛頓冷卻公式：)(fwtthq??，其中，q－熱流密度；h－表面?zhèn)鳠嵯禂?shù)；wt－固體表面溫度；ft－流體的溫度。③斯忒藩－玻耳茲曼定律：4Tq??，其中，q－熱流密

3、度；?－斯忒藩－玻耳茲曼常數(shù)；T－輻射物體的熱力學(xué)溫度。3導(dǎo)熱系數(shù)、表面?zhèn)鳠嵯禂?shù)及傳熱系數(shù)的單位各是什么？哪些是物性參數(shù)，哪些與過程有關(guān)？答：答：①導(dǎo)熱系數(shù)的單位是：W(m.K)；②表面?zhèn)鳠嵯禂?shù)的單位是：W(m2.K)；③傳熱系數(shù)的單位是：W(m2.K)。這三個(gè)參數(shù)中，只有導(dǎo)熱系數(shù)是物性參數(shù)，其它均與過程有關(guān)。4當(dāng)熱量從壁面一側(cè)的流體穿過壁面?zhèn)鹘o另一側(cè)的流體時(shí)，冷、熱流體之間的換熱量可以通過其中任何一個(gè)環(huán)節(jié)來計(jì)算（過程是穩(wěn)態(tài)的），但本章

4、中又引入了傳熱方程式，并說它是“換熱器熱工計(jì)算的基本公式”。試分析引入傳熱方程式的工程實(shí)用意義。答：答：因?yàn)樵谠S多工業(yè)換熱設(shè)備中，進(jìn)行熱量交換的冷、熱流體也常處于固體壁面的兩側(cè)，是工程技術(shù)中經(jīng)常遇到的一種典型熱量傳遞過程。5用鋁制的水壺?zé)_水時(shí)，盡管爐火很旺，但水壺仍然安然無恙。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：答：當(dāng)壺內(nèi)有水時(shí)，可以對壺底進(jìn)行很好的冷卻（水對壺底的對流換熱系數(shù)大），壺底的熱量被很快

5、傳走而不至于溫度升得很高；當(dāng)沒有水時(shí)，和壺底發(fā)生對流換熱的是氣體，因?yàn)闅怏w發(fā)生對流換熱的表面換熱系數(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。6用一只手握住盛有熱水的杯子，另一只手用筷子快速攪拌熱水，握杯子的手會(huì)顯著地感到熱。試分析其原因。答：答：當(dāng)沒有攪拌時(shí)，杯內(nèi)的水的流速幾乎為零，杯內(nèi)的水和杯壁之間為自然對流換熱，自熱對流換熱的表面?zhèn)鳠嵯禂?shù)小，當(dāng)快速攪拌時(shí)，杯內(nèi)的水和杯壁之間為強(qiáng)制對流換熱，表面?zhèn)鳠嵯禂?shù)大，熱水有更

6、多的熱量被傳遞到杯壁的外側(cè)，因此會(huì)顯著地感覺到熱。7什么是串聯(lián)熱阻疊加原則，它在什么前提下成立？以固體中的導(dǎo)熱為例，試討論有哪些情況可能使熱量傳遞方向上不同截面的熱流量不相等。答：答：在一個(gè)串聯(lián)的熱量傳遞過程中，如果通過每個(gè)環(huán)節(jié)的熱流量都相同，則各串聯(lián)環(huán)節(jié)的總熱阻等于各串聯(lián)環(huán)節(jié)熱阻的和。例如：三塊無限大平板疊加構(gòu)成的平壁。例如通過圓筒壁，對于各個(gè)傳熱環(huán)節(jié)的傳熱面積不相等，可能造成熱量傳遞方向上不同截面的熱流量不相等。8.有兩個(gè)外形相同的

7、保溫杯A與B，注入同樣溫度、同樣體積的熱水后不久，A杯的外表面就可以感覺到熱，而B杯的外表面則感覺不到溫度的變化，試問哪個(gè)保溫杯的質(zhì)量較好？答：Ｂ：杯子的保溫質(zhì)量好。因?yàn)楸睾玫谋訜崃繌谋觾?nèi)部傳出的熱量少，經(jīng)外部散熱以后，溫度變化很小，因此幾乎感覺不到熱。能量平衡分析能量平衡分析13淋浴器的噴頭正常工作時(shí)的供水量一般為每分鐘31000cm。冷水通過電熱器從15℃被加熱到43℃。試問電熱器的加熱功率是多少？為了節(jié)省能源，有人提出可以將

8、用過后的熱水（溫度為38℃）送入一個(gè)換熱答：答：能，因?yàn)樵谝贿吔^熱其余三邊為相同邊界條件時(shí)，矩形物體內(nèi)部的溫度分布應(yīng)為關(guān)于絕熱邊的中心線對稱分布。習(xí)題習(xí)題平板平板26一火箭發(fā)動(dòng)機(jī)燃燒室是直徑為130mm的圓筒體，厚2.1mm，導(dǎo)熱系數(shù)為23.2W(mK)。圓筒壁外用液體冷卻，外壁溫度為240℃。測得圓筒體的熱流密度為4.8106W㎡，其材料的最高允許溫度為700℃。試判斷該燃燒室壁面是否工作于安全溫度范圍內(nèi)？解：解：214外徑為100m

9、m的蒸氣管道，覆蓋密度為203mkg的超細(xì)玻璃棉氈保溫。已知蒸氣管道外壁溫度為400℃，希望保溫層外表面溫度不超過50℃。且每米長管道上散熱量小于163W，試確定所需的保溫層厚度。解：解：保溫材料的平均溫度為t=225250400??℃由附錄7查得導(dǎo)熱系數(shù)為).(08475.00023.0033.0KmWt??????21212lnttldd??????代入數(shù)據(jù)得到2d＝0.314mm所以mmdd107212????246一厚為7cm的

10、平壁，一側(cè)絕熱，另一側(cè)暴露于溫度為30℃的流體中，內(nèi)熱源??＝0.33610mW?。對流換熱表面?zhèn)鳠嵯禂?shù)為450).(2KmW，平壁的導(dǎo)熱系數(shù)為18).(KmW。試確定平壁中的最高溫度及其位置。第三章第三章思考題思考題1.試說明集總參數(shù)法的物理概念及數(shù)學(xué)處理的特點(diǎn)答：當(dāng)內(nèi)外熱阻之比趨于零時(shí)，影響換熱的主要環(huán)節(jié)是在邊界上的換熱能力。而內(nèi)部由于熱阻很小而溫度趨于均勻，以至于不需要關(guān)心溫度在空間的分布，溫度只是時(shí)間的函數(shù)，數(shù)學(xué)描述上由偏微分方

11、程轉(zhuǎn)化為常微分方程、大大降低了求解難度。2.在用熱電偶測定氣流的非穩(wěn)態(tài)溫度場時(shí)怎么才能改善熱電偶的溫度響應(yīng)特性答：要改善熱電偶的溫度響應(yīng)特性，即最大限度降低熱電偶的時(shí)間常數(shù)hAcvc???形狀上要降低體面比，要選擇熱容小的材料，要強(qiáng)化熱電偶表面的對流換熱。3.試說明”無限大平板”物理概念并舉出一二個(gè)可以按無限大平板處理的非穩(wěn)態(tài)導(dǎo)熱問題答；所謂“無限大”平板，是指其長寬尺度遠(yuǎn)大于其厚度，從邊緣交換的熱量可以忽略不計(jì)，當(dāng)平板兩側(cè)換熱均勻時(shí)，