传热学试题库范文

2022-05-24

第一篇：传热学试题库范文

传热学期末试题

第3章《稳态导热分析与计算》思考题

1、试证明，圆筒壁一维稳态导热变导热系数计算也可以和平壁时一样，取两侧表面算术平

均温度下的导热系数值 m代入原公式求得导热热量。

2、参见附图，圆筒壁内侧t1 < t2，请判断壁内温度分布为两图中哪一种情况?并说明理由，

设导热系数等于常数。

3、凸状轴呈对称图形，如果侧面绝热且导热系数为常数，其一维稳态温度分布呈什么?

4、两端均给定第一类边界条件的肋，温度各自保持t

1、t2，问其算术平均温度位于几何中

心，还是偏向高温侧或偏向低温侧?为什么?(不作具体数学推导，仅通过分析来论证)

5、金属材料的导热系数很高，因此用测量保温材料导热系数的平板导热仪等设备无法进行

有效的测量。主要困难在于测得的温差太小，因而误差达到无法接受的程度。请你设计一种用肋测量金属导热系数的方案。并论证其可行性。

6、参见教材中图3.3，导热系数和厚度均不相同的多层平壁内的温度分布为一折线。你是

否能设法将它变成一条直线?

7、为什么对有内热源的导热体不能用一个单元热阻来表示?如果一定要用一个单元热阻

来表示，那么与平常的画法应该有何不同?

8、对单层平壁的稳态导热来说，保证一维温度场的条件是下述的哪一个?

9、平壁的长、宽应该远远大于平壁的厚度;

10、两侧表面的温度均匀一致;

11、以上两条必须同时满足。

12、肋效率最大可能的数值等于多少?它会在什么条件(包括理想化的条件)下达到?

13、试证明肋效率 f 与肋壁总效率 0 之间的相对大小关系。

14、是否存在加肋以后反而使散热变小的可能?如有，请具体说明在什么情况下会出现。

15、试对等截面直肋采用如下两种方法增大传热量的效果进行分析和比较：(1)加大肋高;

(2)增加肋片的数目。

16、你是否认为减小步长永远可以提高解的精度?

17、有人说：“只要把等温面的法线取为坐标方向，那么根据付立叶定律，常物性一维稳态

导热的温度梯度必定是一个常数”。你认为这个说法对不对?

18、从提高测量精度的角度考虑，在用热电偶测量包裹有一层保温材料的管壁外表面温度

时，热电偶的引线应该如何布置?

第二篇：传热学总复习试题及答案第五版考研必备..

基本概念 :

•

薄材 : 在加热或冷却过程中 , 若物体内温度分布均匀 , 在任意时刻都可用一个温度来代表整个物体的温度 , 则该物体称为 ----. •

传热 : 由热力学第二定律 , 凡是有温差的地方 , 就有热量自发地从高温物体向低温物体转移 , 这种由于温差引起的热量转移过程统称为 ------. •

导热 : 是指物体内不同温度的各部分之间或不同温度的物体相接触时 , 发生的热量传输的现象 . •

对流 : 指物体各部分之间发生相对位移而引起的热量传输现象 . •

对流换热 : 指流体流过与其温度不同的物体表面时 , 流体与固体表面之间发生的热量交换过程称为 ------. •

强制对流 : 由于外力作用或其它压差作用而引起的流动 . •

自然对流 : 由于流体各部分温度不同 , 致使各部分密度不同引起的流动 . •

流动边界层 : 当具有粘性的流体流过壁面时 , 由于粘滞力的作用 , 壁面附近形成一流体薄层 , 在这一层中流体的速度迅速下降为零 , 而在这一流层外 , 流体的速度基本达到主流速度 . 这一流体层即为 -----. •

温度边界层 : 当具有粘性的流体流过壁面时 , 会在壁面附近形成一流体薄层 , 在这一层中流体的温度迅速变化 , 而在这一流层外 , 流体的温度基本达到主流温度 . 这一流体层即为 -----. •

热辐射 : 物体由于本身温度而依靠表面发射电磁波而传递热量的过程称为 ------. •

辐射力 : 物体在单位时间内 , 由单位表面积向半球空间发射的全部波长的辐射能的总量 . •

单色辐射力 : 物体在单位时间内 , 由单位表面积向半球空间发射的波长在 λ -- λ +d λ范围内的辐射能量 . •

立体角 : 是一个空间角度 , 它是以立体角的角端为中心 , 作一半径为 r 的半球 , 将半球表面上被立体角切割的面积与半径平方 r 2 的比值作为 ------ 的大小 . •

定向辐射强度 : 单位时间内 , 在单位可见面积 , 单位立体角内发射的全部波长的辐射能量称为 ----. •

传质 : 在含有两种或两种以上组分的流体内部 , 如果有浓度梯度存在 , 则每一种组分都有向低浓度方向转移 , 以减弱这种浓度不均匀的趋势 . 物质由高浓度向低浓度方转移过程称为 ----. •

分子扩散传质 : 静止的流体中或在垂直于浓度梯度方向作层流流动的流体中的传质 , 有微观分子运动所引起 , 称为 ----. •

对流流动传质 : 在流体中由于对流掺混引起的质量传输 .

•

有效辐射 : 单位时间内 , 离开所研究物体单位表面积的总辐射能 . •

灰体 : 单色吸收率 , 单色黑度与波长无关的物体 . •

角系数 : 有表面 1 投射到表面 2 的辐射能量 Q 1 → 2 占离开表面 1 的总能量 Q 1 的份数 , 称为表面 1 对表面 2 的角系数 . •

辐射换热 : 物体之间通过相互辐射和吸收辐射能而产生的热量交换过程 .

填空题 :

•

当辐射投射到固液表面是表面辐射，投射到气体表面是 ---------- 辐射。容积 •

气体常数 R 量纲是 ------------- 。 [ L 2 t -2 T -1 ] •

当辐射物体是 -------------- 时，辐射力是任何方向上定向辐射强度的 -------- 倍。漫辐射表面 , Л

•

强制对流换热的准数方程形式为 -----------------.Nu=f(Re,Pr) •

描述流体运动方法有 ------------- 和 ------------------ 两种方法 . 拉氏法 , 欧拉法 •

对于一个稳态的流动传热现象而言 , 其准数方程式可表示为 ------------------. Nu=f(Re,Pr,Gr) •

自然对流换热的准数方程式可表示为 ------------------. Nu=f(Pr,Gr) •

热辐射过程中涉及到的三种理想物体有 ---------------. 黑体 , 透明体 , 镜体 •

实际上大部分工程材料在 ---------------- 范围内 , 都表现出灰体性质 . 红外线 •

善于发射的物体同时也善于 -----------. 吸收

•

角系数是一个与 ---------------------- 有关的纯几何量 . 辐射物体的尺寸 , 空间位置 •

实际物体的辐射力与 ------------ 的比值恒等于 ----------- 的黑体的辐射力 . 辐射来自于黑体的吸收率 , 同温度下

•

灰体与其他物体辐射换热时 , 首先要克服 ----------- 达到节点 , 而后再克服 ---------- 进行辐射换热 . 表面热阻 , 空间热阻

•

黑体的有效辐射就是 ---------. 黑体的自身辐射

•

为增加辐射换热系统的换热量 , 可通过 ------ 辐射换热物体表面的黑度来实现 . 增加 •

对流流动传质的准数方程为 -----------------------.Sh=f(Re,Sc)

判断并改错 :

•

只有管外径小于临界绝热直径时，铺设绝热层才能使热损失减小。 ( ⅹ ) •

热辐射和流体对流及导热一样，需有温差才能发射辐射能。 ( ⅹ )

•

通过圆筒壁的一维稳态导热时，单位面积上的热流密度是处处相等的。( ⅹ ) •

导温系数仅出现在非稳态热量传输过程中 , 导温系数越大 , 物体内各处温度越不均匀 ( ⅹ ). •

热量传输一般有导热 , 热对流及热辐射三种基本形式 . ( √ ). •

水平热壁面朝上布置时比朝下时的对流换热量大 ( √ ). •

流体的物性参数μ愈小 , λ愈大 , 流体对流换热能力愈大 ( √ ). •

紊流运动粘度ε m 与流体运动粘度υ都是流体的物性参数 , 与 Re 和紊流程度有关 . ( ⅹ ). • Pr t = ε m / ε h , 紊流的普朗特数不表示流体的物性参数 , 表示紊流时热量和动量传递过程的程度和状态 ( √ ). •

两物体之间的辐射换热必须通过中间介质才能进行 , 且热辐射过程中伴随着能量形式的二次转化 ( ⅹ ). •

金属表面在空气中被氧化后 , 在相同温度下 , 其辐射能力比原来争强了 ( √ ). •

与黑体一样 , 灰体也是一种理想物体 , 只是在数值上与黑体成折扣关系 ( √ ). •

同温度下 , 物体辐射力越大 , 其吸收率越小 ( ⅹ ). •

角系数描述的是物体的空间位置和几何形状对辐射换热的影响 , 并与辐射物体本身的特性和温度有关 ( ⅹ ). •

当系统处于热平衡时 , 灰体的有效辐射等于同温度下的黑体辐射 , 并与灰体的表面黑度有关 ( ⅹ ). •

当一铸件在车间内加热时 , 其辐射换热量的大小与车间大小有关 ( ⅹ ). •

当一铸件在车间内加热时 , 其辐射换热量的大小取决于铸件面积和本身黑度 . ( √ ).

问答题 :

•

热量传输有哪几种基本方式? •

温度场有哪几种表示方法?

•

能量微分方程的几种形式均用于哪些条件? •

导温系数表达式及物理意义? •

何谓单值性条件?包括哪些? •

边界条件分为哪几类?各自数学描述?

•

通过平壁的一维稳态导热数学描述及第一;三边界条件数学描述?温度分布?热流密度?(单;多层 ; λ 为常 ; 变量时)

•

通过圆筒壁的一维稳态导热数学描述及第一;三边界条件数学描述?温度分布?热流密度?(单;多层)

•

热阻有何应用?推导临界直径公式并分析影响临界直径的因素 ?

答 : ⒈ 热阻的应用 : ⑴ 利用热阻可将某些热量传输问题转换成相应的模拟电路来分析 .

⑵ 分析热阻组成 , 弄清各个环节的热阻在总热阻中所占的地位 , 能有效地抓住过程的主要矛盾 .

⒉ 公式推导 : 已知一管道的内径为 d 1 外径为 d 2 , 设在管道外面包一层绝缘层 , 其直径为 d x, 圆筒内为热流体其对流换热系数为 α 1 , 穿越筒壁向外冷流体 ( 对流换热系数为 α 2 ) 散热 . 此时单位管长的总热阻 :

r ∑ 仅是 d x 的函数 , 只与划线部分的热阻有关 . 通过分析得知 , r ∑ 与 d x 间存在极值 .

r ∑ 取得极值的条件是其中 d c 为临界绝热层直径

此时管道向外散热最多 .

∴当 d x =d c 时 ,r ∑ 为极小值 .

分析影响临界直径的因素 : 当 d x ≥ d c 时 , 敷设绝热层会使散热减少 . d c 与 λ x 有关 , 可通过选用不同绝热材料改变 d c 值 .

•

何谓薄材?厚材?如何判别?

•

集总系统导热特点?数学描述?温度分布及瞬时热流量? • Bi 及 Fo 定义式及物理意义?

答 :

物理意义 : 物体内部热阻与外部热阻之比 .

•

求解对流给热系数的方法有哪几种 ? •

影响对流换热系数的因素有哪些?如何作用? •

求解对流换热系数的基本方法是什么? •

边界层微分方程求解 α 思路是什么? 边界层微分方程求解 α 思路 : Ⅰ Ⅱ Ⅲ Ⅳ

由 Ⅰ 式和 Ⅱ 式求解流场的速度分布得 V X ,V Y , 代入 Ⅲ 式得温度场的分布 T, 再求温度梯度代入 Ⅳ 式求得 α 值 . •

类比法求解 α 思路 ? 推导过程 ? •

试比较类比法和边界层微分方程组法 ? 答 : 边界层微分方程组法只能求解绕流平板的边界层内的层流问题 , 计算较烦 . 类比法即适用于边界层内也适用于边界层外 , 还适用于圆管内的流动 , 即适用于层流也适用于紊流 . 且推导和计算也较方便 .

•

建立动量边界层和热量边界层厚度受那些因素的影响 ? •

建立动量传递和热量传递的目的是什么 ? 类比解推导过程 ?

答 : ⒈ 建立动量传递和热量传递的目的 :

⑴ 认为动量热量 ; 传递规律是类同的 , 用数学式子把两现象联系起来 .

⑵ 用已由理论分析或实测得到的阻力规律 C F 来求解换热规律α层流中 :

紊流中 : 当 P r =1 时 , C p = 此二式相同 . 即也是雷诺类比解成立的条件 . •

试说明 Nu;Pr 及 Gr 的物理意义及定义式 ? 答 : 努谢尔特准数 Nu 定义式 : 热量传递的比较 . 反映了对流换热的强度 .

物理意义 : 表示实际流体热量传递与导热分子

普朗特准数 Pr 定义式 : 物理意义 : 反映了动量扩散与热量扩散的相对大小 . 格拉晓夫准数 Gr 定义式 :

滞力的乘积得到的 .

物理意义 : 是由浮升力 / 粘滞力和惯性力 / 粘

•

流动边界层 ; 温度边界层 ; 层流底层 ; 紊流边界层定义及边界层特性 ? •

热辐射定义及其特点是什么 ? 其波长主要集中在哪些波长范围内 ? •

黑体概念及研究黑体的意义是什么 ? 辐射力 ; 单色辐射力 ; 立体角及定向辐射力和辐射强度的概念有何区别 ? •

黑体辐射的基本规律有哪几个 ? 都分别揭示了哪些规律 ? •

什么是物体表面的吸收率 ; 反射率和透过率 ? •

什么是绝对黑体 ; 白体和透明体 ? •

试说明兰贝特定律的几种表达形式及适用条件 ? •

什么是物体表面的黑度 ? 受哪些因素影响 ? •

什么是灰体 ? 有何特性 ? •

实际物体的辐射特性与灰体有何不同 ? •

什么基尔霍夫定律 ? 它的适用条件是什么 ? •

什么是辐射角系数 ? 它有什么性质 ? •

两面 ; 三面封闭系统角系数的基本计算方法及线交叉法计算任意两面间的角系数的方法 ? •

什么是有效辐射和净辐射热流密度 ? •

试汇出由两面或三面灰体组成的封闭系统的辐射网络图 ? •

试列出三面灰体组成的封闭系统各面有效辐射的方程式 ?

•

什么是重辐射面 ? 它有什么特点 ? •

试汇出具有辐射绝热面的三面辐射系统的网络图 ? •

在两面平行板间的换热系统中间加一块与平板黑度相同的遮热板时 , 两面间辐射换热减少多少 ? 并会出辐射网络图 . •

传质概念及分子扩散传质和对流扩散传质定义 ? •

二种传质方式的传质量基本计算公式 ? •

质量传输平衡法方程式及简化形式和单值性条件 ? •

分之扩散传质中 , 气体通过间壁的扩散通量 ; 金属园管的扩散通量及静止介质中通过半无限大物体的浓度分布和传质通量 ? •

分子扩散传质系数 D 的影响因素有哪些 ? •

对流流动传质模型有哪几种 ? •

层流 ; 紊流流动时各自的浓度分布及平均传质系数准数方程形式 ? •

流体通过单个球体及流过填充床时的传质系数计算公式 ? •

流体在园管内流动时的传质计算 ? •

动量与热量比拟解 ( 雷诺 ; 柯尔朋 )? •

动量与质量比拟解 ( 雷诺 ; 柯尔朋 )? •

类比关系准数有哪些各准数间关系怎样 ? •

动量边界层 ; 热量边界层和质量边界层间类比关系怎样 ? 计算题 :

1 有一直径为 5cm 的钢球，初始温度为 450 ℃，将其突然置于温度为 30 ℃空气中，设钢球表面与周围环境间的总换热系数为 24w/( m 2 . ℃ ) ，试计算钢球冷却到 300 ℃所需的时间。已知钢球的 c =0.48kJ/(kg.. ℃ ) , ρ =7753kg/m 3 , λ =33w/(m.. ℃ ). ( 8 分)

解 : 先验算 Bi 准数 , 钢球的特征尺寸为 :

故可以按薄材加热处理 .

∴τ =57.0s=0.158h

2 具有内热源并均匀分布的平壁，壁厚为2 S ，假定平壁的长宽远大于壁厚，平壁两表面温度恒为 t w ，内热源强度为 q v ，平壁材料的导热系数为常数，试推出稳态导热时，平壁内的温度分布和中心温度。10分

解 : 因平壁的场 , 宽远大于厚度 , 故此平壁的导热可认为是一维稳态导热 .

导热微分方程为 :

边界条件为 : x=s ,t=t w

x=-s , t=t ∞

求解上述微分方程 , 得

由边界条件确定积分常数 :

∴ 平壁内的温度分布 :

当 X=0, 则得平壁中心温度 :

3. 将初始温度为 80 ℃ , 直径为 20mm 的紫铜棒突然横置于气温为 20 ℃ , 流速为 12m/s 的风道之中 , 五分钟后 , 紫铜棒温度降到 34 ℃ . 试计算气体与紫铜棒之间的换热系数α .

已知紫铜棒密度ρ =8954kg/m 3 , 比热 C=383.1J/(kg ·℃ ), 导热系数λ =386W/(m ·℃ )

解 : 先假定可以用集总系统法分析紫铜棒的散热过程

其中 τ =5 × 60=300s

验算 Bi:

4. 一蒸汽管道 , 内 , 外径分别为 150mm 和 159mm. 为了减少热损失 , 在管外包有三层保温材料 : 内层为λ 2 =0.11, 厚δ 2 =5mm 的石棉白云石 ; 中间为λ 3 =0.1, 厚δ 3 =80mm 的石棉白云石互状预制板 ; 外壳为λ 4 =0.14, 厚δ 4 =5mm 的石棉硅藻土灰泥 ; 钢管壁的λ 1 =52, 管内表面和保温层外表面的温度分别为 170 ℃和 30 ℃ . 求该蒸汽管每米管长的散热量 ?

解 : 已知 d 1 =0.15m, d 2 =0.159m, d 3 =0.169m, d 4 =0.339m

各层每米管长热阻分别为 :

⑴ 管壁 :

⑵ 石棉内层 :

⑶

石棉预制瓦 :

⑷ 灰泥外壳 :

蒸汽管道每米长散热量为

5. 压力为 1.013bar,20 ℃空气以速度 V=35m/s 掠过平板 , 板长 L=70cm, 壁面温度 t w =60 ℃ , 试求该板的换热系数及换热量 ( 板宽按 1m 计算 )? 已知 :40 ℃空气物性参数为 : λ =0.0271W/m ·℃ υ =16.97 × 10 -6 m 2 /s Pr=0.711

解 : 按壁面与流体温度的算术平均值做为定性温度确定物性 :

查附录得空气物性为 : λ =0.0271w/m ℃ υ =16.97 × 10 -6 m 2 /s Pr=0.711

则

对于紊流纵掠平板时 , 局部摩擦系数为 :

∴为紊流

6.20 ℃的空气在常压下以 10m/s 的速度流过平板 , 板面温度 t w =60 ℃ , 求距前缘 200mm 处的速度边界层和温度边界层以及α x, α和单宽换热量 , 再用类比法求局部摩擦系数 C f.

已知 :40 ℃空气物性参数为 : λ =0.0271W/m ·℃ υ =16.97 × 10 -6 m 2 /s Pr=0.711 ρ =1.127kg/m 3 C p =1.009 × 10 3 J/kg ·℃

解 : 边界层内空气的定性温度 :

由题已知 40 ℃空气物性参数为 : λ =0.0271W/m ·℃ υ =16.97 × 10 -6 m 2 /s Pr=0.711

∴为层流边界层 .

则

局部换热系数 :

单位宽度的换热量 :

40 ℃空气物性参数为 : ρ =1.127kg/m 3 C p =1.009 × 10 3 J/kg ·℃

7. 两平行大平板间的辐射换热 , 平板的黑度各为 0.5 和 0.8, 如果中间加进一块铝箔遮热板 , 其黑度为 0.05, 试计算辐射热减少的百分率 ? 并画出辐射网络图 .

解 : 未加遮热板时 , 两大平板单位面积间的辐射换热量为 :

设置遮热板后 :

加入遮热板后的辐射换热量减少的百分率为 :

8. 有两平行黑体表面 , 相距很近 , 他们的温度分别为 1000 ℃与 500 ℃ , 试计算它们的辐射换热量 , 如果是灰体表面 , 黑度分别为 0.8 和 0.5, 它们间的辐射换热量是多少 ?

解 : 两黑体表面间的辐射换热量是 :

两灰体表面间的辐射换热量是 :

9. 两个互相平行且相距很近的大平面 , 已知 t 1 =527 ℃ , t 2 =27 ℃ , 其黑度ε 1 = ε 2 =0.8, 若两表面间按放一块黑度为ε p =0.05 的铝箔遮热板 , 设铝箔两边温度相同 , 试求辐射换热量为未加隔热板时的多少成 ? 若隔热板的黑度为 0.8, 辐射换热量又为多少 ?

解 : 未加遮热板时 , 两大平板间的辐射换热量为 :

设置遮热板后 :

10. 有两个平行钢板 , 温度各保持 t 1 =527 ℃ , t 2 =27 ℃ , 其黑度ε 1 = ε 2 =0.8, 两钢板间的距离比起钢板的宽和高相对很小 , 试求这两块钢板的自身辐射 , 有效辐射 , 净辐射热流 , 反射辐射 , 投射辐射和吸收辐射热流 ?

解 : 两大平板间的辐射换热量为 :

处于热平衡时 :

自身辐射 :

有效辐射 :

反射辐射 : R 1 G=J 1 -E 1 =19430-18579.4=850.56w/m 2

总投入辐射 :

11 .已知平板稳流边界层内的速度分布为，并有

及 n =1/9, , 试推导出边界层厚度的计算式。

解：由湍流圆管内的知识可知

当

时，光滑管中的湍流流动的近似 1/9

又∵ 以代替，以代替

∴

( 1-1 )

又∵ ( 1-2 )

将( 1-1 )和( 1-2 )代入边界层动量积分方程：

= ( 1-3 )

又∵

代入( 1-3 )得

分离变量积分得：

∵

∴

12. 已知平板层流边界层内的速度解

式 . 层流边界层动量积分方程

试导出边界层厚度和摩擦阻力系数的公

解：由层流的边界层动量积分方程可知：

( 1-1 )式

y=0 ( 1-2 )式

又 ∵ y=0 =

带入 1-2 式得：

分离变量积分得：

∴

F Δ = =0 。 738

C f =

=1.46Re l -1/2

第三篇：传热学答案

2-4 一烘箱的炉门由两种保温材料A及B组成，且A2B(见附图)。已知A0.1W/(m.K),B0.06W/(m.K),烘箱内空气温度tf1400℃，内壁面的总表面传热系数h150W/(m.K)。为安全起见，希望烘箱炉门的外表面温度不得高于50℃。设可把炉门导热作为一维问题处理，试决定所需保温材料的厚度。环境温度tf225℃，外表面总传热系数h29.5W/(m.K)。

qtf1tfw2AABBh1tf1th2ttf2解：热损失为又tfw50

℃；AB

3联立得A0.078m;B0.039m

2-16 一根直径为3mm的铜导线，每米长的电阻为2.2210。导线外包有厚为1mm导热系数为0.15W/(m.K)的绝缘层。限定绝缘层的最高温度为65℃，最低温度为0℃。试确定在这种条件下导线中允许通过的最大电流。

Q2lq2l(t1t2)ln(r2/r1)210.15650ln2.5/1.5119.8W解：根据题意有：

119.86IR 解得：I232.36A

-40 试由导热微分方程出发，导出通过有内热源的空心柱体的稳态导热热量计算式及壁中的温度分布。为常数。

解：有内热源空心圆柱体导热系数为常数的导热微分方程式为

1tr0rrr

2经过积分得

tc1lnrc2rr

r3/t0tw0lnr01r3因为所以得 trr0,ttw;r0,tt0r3/t0tw0lnr01lnrt0对其求导得

2-53 过热蒸气在外径为127mm的钢管内流过，测蒸气温度套管的布置如附图所示。已知套管外径d=15mm，壁厚＝0.9mm，导热系数49.1W/(m.K)。蒸气与套管间的表面传热系数h=105有的长度。 W/(m.K)2。为使测温误差小于蒸气与钢管壁温度差的0.6％，试确定套管应

h01chmh0.6100, 解：按题意应使h00.6%，chmh166.7，查附录得：mharcch(166.7)5.81， mhU。

3－7 如图所示，一容器中装有质量为m、比热容为c的流体，初始温度为tO。另一流体在管内凝结放热，凝结温度为t。容器外壳绝热良好。容器中的流体因有搅拌器的作用而可认为任一时刻整个流体的温度都是均匀的。管内流体与容器中流体间的总传热系数k及传热面积A均为以知，k为常数。试导出开始加热后任一时刻t时容器中流体温度的计算式。

解：按集总参数处理，容器中流体温度由下面的微分方程式描述 A10549.10.910348.75，H5.8148.750.119mhA(TT1)cvtt1dtd

kA此方程的解为 t0t1exp(c)

03－10 一热电偶热接点可近似地看成为球形，初始温度为25C，后被置于温度为200C地气流中。问欲使热电偶的时间常数c1s热接点的直径应为多大？以知热接点与气流间的表面传热系数为35W/(mK)，热接点的物性为：20W/(mk)，c400J/(kgk)，8500kg/m32，如果气流与热接点之间还有辐射换热，对所需的热接点直径有何影响？热电偶引线的影响忽略不计。

解：由于热电偶的直径很小，一般满足集总参数法，时间常数为：V/AR/3tch1350850040010.29105ccvhA

5 故cm

0.617m 热电偶的直径： d2R2310.2910 验证Bi数是否满足集总参数法 Bivh(V/A)35010.2910205 0.00180.0333

故满足集总参数法条件。

若热接点与气流间存在辐射换热，则总表面传热系数h（包括对流和辐射）增加，由ccvhA知，保持c不变，可使V/A增加，即热接点直径增加。

3－12 一块单侧表面积为A、初温为t0的平板，一侧表面突然受到恒定热流密度q0的加热，另一侧表面受到初温为t的气流冷却，表面传热系数为h。试列出物体温度随时间变化的微分方程式并求解之。设内阻可以不计，其他的几何、物性参数均以知。解：由题意，物体内部热阻可以忽略，温度只是时间的函数，一侧的对流换热和另一侧恒热流加热作为内热源处理，根据热平衡方程可得控制方程为: dtcvhA(tt)Aqw0d t/t0t0

引入过余温度tt则: cvddhAAqw0 /t00

hABecvqwh 上述控制方程的解为:B0qw 由初始条件有：

h，故温度分布为: tt0exp(hAcv)qwh(1exp(hAcv))

3－13 一块厚20mm的钢板，加热到5000C后置于200C的空气中冷却。设冷却过程中钢板两侧面的平均表面传热系数为35W/(mK),钢板的导热系数为45W/(mK)，若扩散率为1.37510522m/s。试确定使钢板冷却到空气相差100C时所需的时间。 2 解：由题意知BihA0.00780.1

故可采用集总参数法处理。由平板两边对称受热，板内温度分布必以其中心对称，建立微分方程，引入过余温度，则得： dcvhA0d(0)tt0

 解之得：00exp(hAcv)exp(hc(V/A))exp(h)

当10C时，将数据代入得，＝3633s

3－24 一高H＝0.4m的圆柱体，初始温度均匀，然后将其四周曲面完全绝热，而上、下底面暴露于气流中，气流与两端面间的表面传热系数均为50W/(mK)。圆柱体导热系数20W/(mk)，热扩散率5.6106m2/s。试确定圆柱体中心过余温度下降到初值

2一半时间所需的时间。解：因四周表面绝热，这相当于一个厚为20.4m的无限大平壁的非稳态导热问题，

m00.5,Bih500.2200.5 F01.7,F0由图3-6查得

2a1.70.2265.61012142s3.37h6－

11、已知：平均温度为100℃、压力为120kPa的空气，以1.5m/s的流速流经内径为25mm电加热管子。均匀热流边界条件下在管内层流充分发展对流换热区Nu=4.36。

求：估计在换热充分发展区的对流换热表面传热系数。

pRT1200002873731.121kg/m3解：空气密度按理想气体公式计算，

空气的与压力关系甚小，仍可按一物理大气压下之值取用，

100℃时：

21.9106

kg/ms,Re1.1211.521.90.025100.03210.025619192300,

故为层流。按给定条件得：

h4.36d4.365.6W/mK2。

6－

13、已知：一直管内径为16cm，流体流速为1.5m/s，平均温度为10℃，换热进入充分发展阶段。管壁平均温度与液体平均温度的差值小于10℃，流体被加热。

求：试比较当流体分别为氟利昂134a及水时对流换热表面传热系数的相对大小。解：由附录10及13，10℃下水及R134a的物性参数各为：

R134a：0.0888W/mK,0.201810水：0.574W/mK,1.30610对R134a：

Re1.50.0160.2018100.86626m/s,Pr3.915；

2m/s,Pr9.52；

1.1893100.45,2531.3W/mKh0.0231189303.9150.08880.0162

对水：

Re1.50.0161.306100.8618376,0.4h0.023183769.520.5740.0165241W/mK2

对此情形，R134a的对流换热系数仅为水的38.2%。

25、已知：冷空气温度为0℃，以6m/s的流速平行的吹过一太阳能集热器的表面。该表面尺寸为1m1m，其中一个边与来流方向垂直。表面平均温度为20℃。

求：由于对流散热而散失的热量。

tf020210解：℃

610℃空气的物性 14.1610Reul61.014.1610112,2.511052,Pr0.705

x64.2372810

Nu0.664RehPr3384.68

2384.682.51101.0

29.655w(mk)2

s111.0m

hs(twt0)9.655(200)193.1

6-2

7、已知：一个亚音速风洞实验段的最大风速可达40m/s。设来流温度为30℃，平板壁温为70℃，风洞的压力可取1.01310Pa。

求：为了时外掠平板的流动达到510的Rex数，平板需多长。如果平板温度系用低

55压水蒸气在夹层中凝结来维持，平板垂直于流动方向的宽度为20cm时。试确定水蒸气的凝结量。

tm7030250解：℃，查附录8得：

6

0.0283W/mK,17.9510Re40x17.95100.56m/s,Pr0.698，

1

2 x5105,x17.95104050.50.224m， 416.5，

Nu0.664RePr1/30.6645100.6981/

3 h416.50,0283/0.22452.62W/mK,

2 2hAt52.620.20.224703094.3W,

在t70℃时，气化潜热r2334.110J/kg，

3 凝结水量G94.336002334.11030.1454kg/h。

6-3

3、已知：直径为0.1mm的电热丝与气流方向垂直的放置，来流温度为20℃，电热丝温度为40℃，加热功率为17.8W/m。略去其它的热损失。

求：此时的流速。

解：

qlhdtwtf,hdtwtf30ql17.80.110540202833W/mK2

定性温度tm20402℃，

60.0267W/mK,1610Nu28330.02670.1101/0.4663m/s,Pr0.701

210.61。先按表5-5中的第三种情况计算，

10.610.6836NuRe0.683侧u2.1459360，符合第二种情形的适用范围。

57.6m/sd故得：Re161036030.110。

34、已知：可以把人看成是高1.75m、直径为0.35m的圆柱体。表面温度为31℃，一个马拉松运动员在2.5h内跑完全程（41842.8m），空气是静止的，温度为15℃。不计柱体两端面的散热，不计出汗散失的部分。

求：此运动员跑完全程后的散热量。

u41842.842.536004.649m/s

解：平均速度，定性温度

62tm3115223℃，空气的物性为：0.0261W/mK,15.3410Re4.6490.3515.3416m/s,Pr0.702，

1060724104 ，按表5-5.有：

0.02661060720.805 Nu0.0266Re0.805295.5，

h295.50.0261/0.3522W/mK, Aht3.14160.351.75223115677.3W

在两个半小时内共散热2.53600677.360959606.09610J6-

37、已知：如图，最小截面处的空气流速为3.8m/s，

tf2635℃，肋片的平均表面温度为65℃，98W/mK,肋根温度维持定值:s1/ds2/d2,d10mm,规定肋片的mH值不应大于1.5.在流动方向上排数大于10. 求：肋片应多高

解：采用外掠管束的公式来计算肋束与气流间的对流换热，定性温度“

tm3565250℃，0.0283W/mK,17.951021176m/s，

2 Re3.80.0117.95106，由表（5-7）查得C0.482,m0.556，

34.050.02830.0196.4W/mKNu0.48221170.55634.05,h

,

d980.018-

15、已知材料AB的光谱发射率与波长的关系如附图所示，试估计这两种材料的发射率m4h496.419.83,H1.随温度变化的特性，并说明理由。

解：A随稳定的降低而降低；B随温度的降低而升高。理由：温度升高，热辐射中的短波比例增加。 9—30、已知：如图，（1）所有内表面均是500K的黑体；（2）所有内表面均是＝0.6的漫射体，温度均为500K。求：从小孔向外辐射的能量。解：设小孔面积为2A2，内腔总表面壁为

2A1，则：

2A2r13.14160.0168.0410m1，

A1r2d1Hr2r12222223.14160.020.040.040.020.016x1,2A2A18.0410436.736103m，42

4x2,11，6.736100.11941,2A20T1T2。

，

4411/21x2,11/11x1,2211,28.0410（1）1,

1,25.6752.85W4；

8.04105.6754（2）21，10.6，

10.11941/0.612.64W9-

45、已知：用裸露的热电偶测定圆管气流的温度，热电偶的指示值为t1＝170℃。管壁温度tw＝90℃，气流对热节点的对流换热系数为h＝50W/（m·K），热节点表面发射率为＝0.6。求：气流的真实温度及测温误差。解：htft10T1Tw442

， tft14C0T1h40.65.67Tw441704.433.6350100100

184.41704

17014.1℃84，测温误差：.4184.4100％7.8％

第四篇：传热学感想

经常被称为热科学的工程领域包括热力学和传热学.传热学的作用是利用可以预测能量传递速率的一些定律去补充热力学分析，因后裔只讨论在平衡状态下的系统.这些附加的定律足以3种基本的传热方式为基础的，即导热、对流和辐射。传热学是研究不同温度的物体，或同一物体的不同部分之间热量传递规律的学科。传热不仅是常见的自然现象，而且广泛存在于工程技术领域。例如，提高热管热传递速率曲线图锅炉的蒸汽产量，防止燃气轮机燃烧室过热、减小内燃机气缸和曲轴的热应力、确定换热器的传热面积和控制热加工时零件的变形等，都是典型的传热问题。

就学科而言，传热学是偏于数学理论的，公式繁杂冗长，仅仅是求解结果看起来就已经是十分头痛了，更别说求解过程，初看起来只能是望洋兴叹、望而却步，经过本科阶段的学习，大体就是这么一个映像，然而随着学习的深入以及研究生阶段注重求解过程和求解方法的讲解，传热学开始变得简单了，特别是赵老师通俗易懂、深入浅出的讲解，很多复杂的传热问题可以简化、假设，最终归结为求解偏微分方程。求解标准解一段尤为精彩，无限大区间的一维非稳态导热问题，任意内热源，任意初始温度，由于傅立叶变换是无限大区间的积分变换，因此很适合求解这类问题，最终导出了这类问题的标准解，这一标准解用途十分广泛，许多一维非稳态导热问题都可以从这个解直接导出，通过引入狄拉克函数还可以把定常热流问题转换为内热源，可谓是一个万能的标准公式。能将如此繁杂的问题运用数学手段求出绝对精确的解，细细体会求解过程，实在是妙不可言，异彩纷呈啊!

同时希望赵老师讲课能够幽默风趣些，这样就可以令课堂十分活跃，大大激发了同学们的热情，让课堂变成了对话式、交流式，活跃了学生的思维，让枯燥的传热变得生动起来了。另外我们留学生的汉语不太好希望赵老师能够讲课更清晰些。