工程传热学试题答案

2022-08-10

第一篇：工程传热学试题答案

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％

第二篇：传热学作业参考答案

第九章

4.一工厂中采用0.1MPa的饱和水蒸气在—金属竖直薄壁上凝结，对置于壁面另一侧的物体进行加热处理。已知竖壁与蒸汽接触的表面的平均壁温为70 ℃，壁高1.2m，宽300 mm。在此条件下，一被加热物体的平均温度可以在半小时内升高30℃，试确定这一物体的平均热容量(不考虑散热损失)。

解:本题应注意热平衡过程，水蒸气的凝结放热量应等于被加热物体的吸热量。

P=0.1Mpa=105Pa,ts=100℃,r=2257.1kJ/kg, tm=

11( ts+ tw)= (100+70) ℃=85℃。 22查教材附录5，水的物性为：ρ=958.4kg/m3;λ=0.683 W/(m2·℃);µ=282.5×10-6N·s/m2 假设流态为层流：

grh1.13l(tstw)22314

331958.49.810.683225710421.13 W/(m·℃) 6282.5101.2(10070)=5677 W/(m2·℃) Rec4hl(tstw)45677301.2=1282<1800 r282.51062257103流态为层流，假设层流正确

Φ=h(tstw)l

=5677×(100−70)×1.2×0.3W=61312W 凝结换热量=物体吸热量

Φ∆τ=mcp∆t mcp6131230603.68106J/℃ t3016.当液体在一定压力下做大容器饱和沸腾时，欲使表面传热系数增加10倍，沸腾温差应增加几倍?如果同一液体在圆管内充分发展段做单相湍流换热，为使表面传热系数增加10倍，流速应增加多少倍?维持流体流动所消耗的功将增加多少倍?设物性为常数。

解

①由米洛耶夫公式：

{h10.122t12.33p0.5h20.122t2.332p0.5

h2t(2)2.3310 h1t1所以

1t2102.332.69 t

1即当h增大10倍时，沸腾温差是原来的2.69倍。 ②如为单相流体对流换热，由D-B公式可知hum，即

0.80.80.8 h1cum1，h2cum2

1um20.8h2um2()10

故

100.817.8 h1um1um1即h2为h1的10倍时，um2是um1的17.8倍。 ③pflum

d214由布拉修斯公式，f0.3164Re故 p0.3164()(0.3164(umd)14

7l74)umcum4(c常数) dd27u7p2(m2)4(17.8)4154 p1um1即um2是um1的17.8倍时，压强增大了154倍。耗功量NPAum，故

N215417.82741 N1耗功量增大了2741倍。因此，以增大流速来提高表面传热系数将使耗功率增大了若干倍，从而增大了换热器的运行成本。第十章

11.—种玻璃对0.3~2.7µm波段电磁波的透射比为0.87，对其余波段电磁波的透射比为零，求该玻璃对5800 K和300 K黑体辐射的总透射比。

解:①温度为5800 K时: 0.3×5800=1740，由教材表(10.1)查得Fb(00.3T)0.0361 2.7×5800=15660，由教材表(10.1)查得Fb(02.7T)0.971 该玻璃对5800K黑体辐射的总投射率为：

0.87Fb(0.3T2.7T)0.87(0.9710.0361)0.813 ②温度为300 K时: 0.3×300=90，由教材表(10.1)查得Fb(00.3T)0 2.7×300=810，由教材表(10.1)查得Fb(02.7T)1.510

该玻璃对300K黑体辐射的总投射率为：0.87Fb(0.3T2.7T)0.871.5101.30510 14.表面的光谱发射率ελ曲线，如教材图10.16所示。求表面温度分别为500℃和1500℃时的总发射率ε。

解:表面温度为500 ℃时的发射率为：

55520Eb,d0Eb,d626

00.3Eb,d0.7Eb,d0.4Eb,d0Eb,d=0.3Fb(02T)0.7(Fb(06T)Fb(02T))0.4(1Fb(06T))

(1) 当2T=2×(500+273)=1546时，由教材表10.1查得Fb(02T)=0.0165 当6T=6×(500+273)=4638时，由教材表10.1查得Fb(06T)=0.585 代入式(1)得ε=0.569 21.一直径为20 mm热流计探头，用以测定一微小表面积A1的辐射热流。该表面的面积为4×10−4m2，温度T1=1200K。探头与A1的相互位置，如图所示。探头测得的热流为2.14×10−3W。设A1是漫射表面，探头表面的吸收率可取为1。试确定A1的发射率(环境对探头的影响可忽略不计)。

解：由能量平衡得;

dIdAcosd

Eb5.6710812004I

(因为A1是漫射表面)

dA4104m2 coscos45

12dcos45dA d242rr1202()cos451000=4 0.452d2.14103W

代入求得ε=0.149 第十一章

5.如图所示表面间的角系数可否表示为：X3,(12)X3,1X3,2,X(12),3X1,3X2,3?如有错误，请予更正。

答：分解性原理的基本形式为: AiXi,(jk)AiXi,jAiXi,k

利用互换性原理可改写为：AiXi,(jk)AjXj,iAkXk,i

对于X3,(12)X3,1X3,2，完整的书写形式为A3X3,(12)A3X3,1A3X3,2,化简后则为X3,(12)X3,1X3,2，故X3,(12)X3,1X3,2正确。

对于X(12),3X1,3X2,3，根据分解性原理，正确的书写形式为：

A(12),3X(12),3A1X1,3A2X2,3，故X(12),3X1,3X2,3不正确。

6.有2块平行放置的平板的表面发射率均为0.8，温度分别为：t1=527℃及t2=27℃，板间距远小于板的宽度和高度。试计算：①板1的本身辐射;②对板l的投射辐射;③板1的反射辐射;④板1的有效辐射;⑤板2的有效辐射;⑥板1，2间的辐射换热量。

解：①板1的本身辐射：

E1Eb10.85.67108(527273)4W/m2=18579W/m2

②对板1的投射辐射，即为板2的有效辐射J2。为此，先求两板间的辐射换热量：

q1,24(T14T24)Eb1Eb2 11111112125.67108(80043004)

=W/m2

1110.80.8

=15177 W/m2 因q1,2J2Eb2,则： 122 J2G1Eb2(

= 5.671081b21)q1,2

11)15177W/m2 0.823004(W/m3794W/m

= 459

=4253 W/m

③板1的反射辐射：

G1J1E1 22J1Eb1(111)q1,2 8004(11)15177W/m2 0.8 5.67108

=19430W/m

2G119430W/m218579W/m2

W/m

851④板1的有效辐射:J1=19430 W/m ⑤板2的有效辐射：J2=4253W/m

⑥板1，2间的辐射换热量: q1,215177W/m

22228.有一3m ×4m的矩形房间，高2.5m，地表面温度为27℃，顶表面温度为12℃。房间四周的墙壁均是绝热的，所有表面的发射率均为0.8，试用网络法计算地板和顶棚的净辐射换热量和墙表面的温度。P163 解：设地面为表面1，顶面为表面2，四周为表面3，则：辐射网络图如图所示：

由X4Y31.6,1.2,查教材图11.26得，X1,2X2,10.291 D2.5D2.5

由角系数的完整性

X2,3X1,31X1,210.2910.709 求个辐射热阻

R11110.80.020812

m1A10.834R1,2110.28612

mA1X1,2120.291

R21210.80.020812

m2A10.83

4 R1,3110.11712

mA1X1,3120.709110.11712

mA2X2,3120.709Eb3J30

知 Eb3J3

133A1

R2,3由于3面为绝热面，由 3网络图如下图所示：

进一步合并成如图;

其中R为R1,3与R2,3串联后再与R1,2并联的总热阻。

RR1,2(R1,3R2,3)0.286(0.1170.117)0.12912

mR1,2R1,3R2,30.2860.1170.117

Eb1T145.671083004459.27W/m2

Eb2T245.671082854374.08W/m

2 顶板与地板之间的辐射换热量为

1,2

Eb1Eb2459.27374.08499.3W R1RR20.02080.1290.0208根据网络图及R1R2,R1,3R2,3 有

Eb1J1J2Eb2及J1J3J3J2

两式相加得

Eb3

即

T341(Eb1Eb2) 214(T1T24) 2

求出T3=292.8K 11.在7.5cm厚的金属板上钻一个直径为2.5cm的通孔，金属板的温度为260℃，孔之内表面加一层发射率为0.07的金属箔衬里。将一个425℃，发射率为0.5的加热表面放在金属板一侧，另一侧的孔仍是敞开的。425℃的表面同金属板无热传导换热。试计算从敞开的孔中辐射出去的能量。

11题图1

11题图2 解：金属块内打一个圆孔，此圆孔两侧表面和圆柱面构成一个三表面组成的封闭空腔，其中，1,2表面为灰表面，3表面视为黑表面。各表面的编号及其热网络图如图示所示。敞开的孔中辐射出去的能量应为3表面的净辐射换热量。开口面的发射率设为1，温度为0。由已知条件及其各表面间的换热关系可得：

10.07 ，20.

5，31.0

T1260C533K, T2425C698K, T30K, d=2.5cm,x=7.5cm, A12.57.5cm258.9cm2

A2A34(2.5)2cm24.91cm2 根据角系数的性质：A1X1,2A2X2,1 则：X1,2A2X2,1 A1又因为：X2,1X2,31，则X2,11X2,3，

X2,3=0.04(由本题图2查出)X2,10.96，故X1,20.08X1,3

网络图中的各热阻分别为：

12112256 , 2037

2A21A1

1112122,50916

A1X1,2A1X1,3A2X2,

3Eb1T144575W/m2

Eb2T2413456W/m2，列节点方程式：节点J1

Eb30

Eb1J1J2J1Eb3J10 1111A1X1,2A1X1,31A1Eb2J2J1J2Eb3J20 1211A1X1,2A2X2,32A2节点J2

代入数值，得：

4575J1J2J10J10

22562122212213456J2J1J20J20 节点J2

2037212250916节点J1

解此联立方程得：

J1=4484 W/m

J2=8879 W/m 各表面间的对流换热量为：

221,3J1J32.11W 1A1X1,3J2J30.174W 1A2X2,3

2,3故从开口中所辐射出去的能量为：31,22,32.284W

26在晴朗的夜晚，天空的有效辐射温度可取为−70℃。假定无风且空气与聚集在草上的露水间的对流换热表面传热系数为28W/(m2·℃)。试计算为防止产生霜冻，空气所必须具有的最低温度。计算时可略去露水的蒸发作用，且草与地面间无热传导，并取水的发射率为1.0

解：露水与太空间因辐射换热失去热量，与空气间因对流换热获得热量，热平衡时，得热量应等于失热量。为了防止霜冻，露水表面温度必须满足T1>0℃=273K的条件。已知：

℃),X1,21.0,T2=−70℃=203K。 11.0,h=28W/(m2·

rA1(Eb1Eb2) 11A1(12)11X1,22A2

bA1(T14T24)

5.67108A1(273)4(203)4

=218.62A1

空气对露水的加热量为：cvhA1T28A1(TfT1)

28A1(Tf273) 因为：rcv

则：28A1(Tf273)218.64A1

空气必须具有的最低温度为：Tf=280.8K=7.8 ℃

第十二章

10.一根横穿某大车间的水平蒸汽输送管，外径d2=50mm，表面温度tw2=150 ℃。管外包有一层厚75mm的保温材料，其导热系数λ=0.11w/(m·℃)，发射率ε=0.6。现已测得保温层外表面温度tw3=40 ℃，车间空气温度tf=22℃，车间壁面温度tw4=20℃。试求：①蒸汽输送管单位管长的热损失q1;②保温层外表面的辐射换热表面传热系数;③保温层外表面与空气间的自然对流表面传热系数。

解:本题属于复合换热问题，保温层外表面以辐射换热和对流换热方式传递热量。

①求ql:

qltw2tw3150140W/m d31502751lnln23.140.1502d2

54.8W/m

②求hr：

rd33(Eb3Eb4)d33Cb(TTw34)(w4)4

100100 3.140.25.67( 47.6W/m

rhrd3(tw3tf) 故hr202734402734)()W/m 100100r47.6W/(m2·℃) d3(tw3tf)3.140.2(4022)

=4.21 W/(m2·℃)

③求hc

qlhd3(tw3tf)(hrhc)(tw3tf)d3 hcql54.8℃) hr4.21 W/(m2·(tw3tf)d3(4022)3.140.2

=0.64 W/(m2·℃) 11.一块边长为0.2m的正方形电热板，表面发射率ε=0.6，该板水平悬吊在室温为20℃的大房间内，通电加热稳态后测得电热板表面温度为60℃，大房间壁温为17℃。试求：①电热板表面的对流换热量;②辐射换热表面传热系数;③电热板消耗的功率。解：①求c

定性温度tm11(twtf)(6020)C40C。查空气的物性：2216.96106m2/s，2.76102W/(mC),pr0.699。 11K13.195103K1 Tm40273gtl33.1951039.81400.230.699GrPrPr 221216.9610

2.4410

查教材表8.6，上表面加热：c=0.15,n故上表面：

Nu10.15(GrPr)13711;下表面加热：c=0.58, n。 350.1529043.5

Nu143.52.76102W/(m2C)6W/(m2C)

h1l0.2下表面

Nu20.58(GrPr)1317.4

Nu217.42.76102W/(m2C)2.4W/(m2C)

h2l0.2

c(h1h2)(twtf)A(62.4)(6020)0.2W13.44W ②求hr

2TTr2CbA(w1)4(w2)420.65.670.22(3.33)4(2.9)414.22W100100 hrr14.22W/(m2C) 22(twtf)A2(4022)0.22 =4.44W/(mC) ③求电功率P: Prc(14.2213.44)W27.66W

12.某火墙采暖房间平面尺寸为6m×4m，房间高4m，火墙面积为4m ×4m，墙表面为石灰粉刷，发射率ε=0.87，已知表面温度tw=40℃，室温tf=16℃，顶棚、地板及四周壁面的发射率相同，温度亦为16℃。求该火墙总散热量，其中辐射散热所占比例为多少?

解:火墙房间平面示意如图。由于除火墙外的其余5个表面均具有相同的温度和发射率，因此在辐射换热计算时可视为表面2。

A14416m2，A2(64444)m2112m2

①求r

TTA1Cb(w1)4(w2)4Eb1Eb2100100r1084W 11(12)11A21(1)1A1X1,2A12A21A12②求c

属大空间自然对流换热。

定性温度tm11(twtf)(4016)C28C。查空气的物性：2215.8106m2/s，2.654102W/(mC),pr0.7014。

11K13.322103K1 Tm28273gtl33.3221039.81(4016)430.7014GrPrPr

215.82101

2 1.410

查教材表8.6，属湍流： c=0.1,n

Nu0.1(GrPr)13111 3519.25 Nu519.252.654102W/(m2C)3.45W/(m2C)

hcl

4chc(twtf)A13.45(4016)16W132W5 ③求: rc(10841325)W2409W

r0.4545% 13.一所平顶屋，屋面材料厚δ=0.2m，导热系数λ=0.60W/(m·℃)，屋面两侧的发射率ε均为0.9。冬初，室内温度维持tf1=18℃，室内四周壁面温度亦为18℃，且它的面积远大于顶棚面积。天空有效辐射温度为−60℃，室内顶棚对流换热表面传热系数h1=0.592W/(m2·℃)，屋顶h2=21.1W/(m2·℃)。问当室外气温降到多少度时，屋面即开始结霜(tw2=0℃)，此时室内顶棚温度为多少?本题是否可算出复合换热表面传热系数及其传热系数?

解; ①求室内顶棚温度tw1：

稳态时由热平衡，应有如下关系式成立：

室内复合换热量=屋面导热量=室外复合换热量

但h1(tf1tw1)A11A1Cb(TTw04)(w1)4

100100式中：Tw0为四周壁面温度，由题意知Tw0Tf。

(tt)A，由，结霜时tw20，所以： w1w21TTw04)(w1)4(tw10)

100100 h1(tf1tw1)A11Cb( tf1tw1 整理得： 1CbTw0h1Tw14tw14 ()()100100h11CbTw1h1(CT)4(1)tw1tf11b(w0)4 100h1h11000.95.67Tw140.60.95.67182734()(1)tw118()

0.5921000.20.5920.592100T4 8.62(w1)6.07tw1636.13

100 列表计算如下：

解得：tw1=11.6℃。

②求室外气温tf2：

Tsky4Th2(tw2tf2)A12A1Cb(w2)4()

100100由可得：

Tw24Tsky4tw1h2tf22Cb()() 100100tf22CbTw2h2Tsky44()()tw1 100100h20.95.670.6(2.73)4(2.13)4C11.6C

21.10.221.16.8C③求复合换热表面传热系数ht1和ht2：

注意到传热方向即可求得复合换热表面传热系数和传热系数。

Tw04Tw141Cbqr()()hr(tf1tw1) 100100故hr1Cb(TTw04)(w1)4100100

(tf1tw1)0.95.67(2.91)4(2.846)4  W/(m2·℃) (1811.6)

=4.866 w/(m2·℃) hr(0.5924.866)W/(m2C)5.458ht1hcW/(m2C)

同理：

2Cb(

hrTw24Tsky4)()10010026.237 W/(m2·℃) (tw2tf2)hrh2hr(21.126.237)W/(m2C)5.137ht2hcW/(m2C)

④求传热系数：

k111ht1ht21 W/(m2·℃)

10.215.4580.65.137

=3.1 W/(m2·℃) 14.某设备的垂直薄金属壁温度为tw1=350℃，发射率ε1=0.6。它与保温外壳相距δ2=30 mm，构成一空气夹层，夹层高H=1m。保温材料厚δ3=20mm，导热系数λ3=0.65W/(m·℃)。它的外表向温度tw3=50℃，内表面ε2=0.85。夹层内空气物性为常数：λ=0.04536 W/(m·℃)、ν=47.85×10-6m2/s，Pr=07。试求解通过此设备保温外壳的热流通量及金属壁的辐射换热表面传热系数。

解：空气夹层及保温层如图。

热平衡方程为：

通过空气夹层的辐射换热量qr+对流换热量qc=通过保温层的导热量qcd 即

1Eb1Eb2hc(tw1tw2)(tw2tw3) 11312

本题由于tw2未知，需进行假设计算。设tw2=170℃，则:

tm

111(tw1tw2)(350170)C260C,1.876103K1 22Tmg(tw1tw2)231.8761039.81(350170)0.0330.74GrPrP2.73410r247.8521012

查教材表8.7， c=0.197,m11, n,则 49

Nu0.197(GrPr)(41H)190.91712.860.6771.716

2Nu1.7160.04536W/(m2C)2.59W/(m2C)

hel0.03qc0.65(tw2tw3)(17050)W/m23900W/m2 30.025.67(6.23)4(4.43)4qrW/m23450W/m2 1110.60.85 qcqr(3450466)W/m23916W/m2

误差391639004.11030.41%

3916故tw2=170℃，假设正确。本题热平衡方程中仅有tw2未知，也可由热平衡方程通过试算法求出tw2。

qqcqr(3450466)W/m23916W/m2

hrqr34503900W/(m2C)19.17W/(m2C)

tw1tw235017018. 90℃的水进入一个套管式换热器，将一定量的油从25℃加热到47.25℃，热流体离开换热器时的温度为44.5℃。求该换热器的效能和传热单元数。

解：教材图12.7已经给出了套管式换热器的示意图，一种流体在管内流动，另一种流体在两管间的环形空间内流动，其流动只有顺利和逆流方式。

t1)M2cp2(t2t2) M1cp1(t1M1cp1(9044.5)M2cp2(47.2525) 45.5M1cp122.25M2cp2

故M2cp2M1cp12.045，M1cp1(Mcp)min

M1cp1t19044.5t10.7

Cr 0.489t2t19025M2cp2t1，可以肯定其流型为逆流，则：套管式换热器，由于t21expNTU(1Cr)

1CrexpNTU(1Cr)1

1CrexpNTU(1Cr)ln故

NTU110.7ln1Cr10.70.4891.536 1Cr10.48921. 某套管式换热器，内管内径为100 mm，外径为108mm，其导热系数λ=36W/(m·℃)。热介质在内管内流过，温度从60 ℃降低到39℃，表面传热系数h1=1000 W/(m2·℃);质量流量为0.2kg/s的冷水在套管间(内管外)流过，温度从15℃被加热到40℃，表面传热系数h2=1500 W/(m2·℃)。试求：①该换热器的管长;②换热器最大可能传热量;③该换热器的效能;④传热单元数。

解：①求管长l：

kl( (d1111ln2) h1d12d1h2d2111081ln)1W/(mC)

10003.140.16.283610015003.140.108

182W/(mC)

t2)0.24187(4015)W20935M2cp2(t2W t1，流型必然为逆流因t2t2(6040)C20C tt1t2(3915)C24C tt1tmtt2420C21.94C t24lnlnt2020935m5.24m kltm18221.94kltml ，故l②求,max：

M2cp2(Mcp)min，故

maxt240155t2 t1t260159209359W3768W3 5③求NTU:

Cr(Mcp)min(Mcp)maxt16039t10.84 t24015t2由1expNTU(1Cr)

1CrexpNTU(1Cr)ln1Cr10.55560.84ln110.55561.142 推得：NTU1Cr10.84

26. 一逆流式套管换热器，其中油从100 ℃冷却到60 ℃，水由20 ℃被加热到50℃，传热量为2.5×104w，传热系数为350 W/(m2·℃)，油的比定压热容为2.131KJ/(kg·K)。求换热面积。如使用后产生污垢，垢阻为0.004m·K/W，流体入口温度不变，问此时换热器的传热量和两流体出口温度各为多少?

，出口温度为t1;水的进口温度为t2，出口温度为t2。解：设油的进口温度为t1①求换热面积A t2(10050)C50C tt1t2(6020)C40C tt1tmtt5040C44.81C t50lnlnt402.5104由ktmA ，故Am21.594m2

ktm35044.81由M1cp1(10060)M2cp2(5020)

解得

M1cp162W5/K,M2cp2833.33W/K,

M2cp2M1cp14 3，油的出口温度t2 ②求换热器的传热量和水的出口温度t1t1)M2cp2(t2t2) M1cp1(t1)M2cp2(t220)

M1cp1(100t1M2cp24100t1

20M1cp13t2由M2cp2M1cp14100t1，M1cp1(Mcp)min

203t2由式Rf11 其中k为有污垢热阻的传热系数，k0为洁净换热器的传热系数 kk01Rf1k010.0041350145.83 W/(m2·℃) 解得

kNTUkA145.831.5940.372

(Mcp)min625Cr(Mcp)min(Mcp)maxt2t2203t2

(1) t1100t14t11expNTU(1Cr)1exp0.372(10.75)0.281

1CrexpNTU(1Cr)10.75exp0.372(10.75)t1100t1t178.93℃ 0.281

解得

t1t1t21002578.93℃代入(1)解得

t235.8℃ 将t1t2(10035.8)C64.2C tt1t2(78.9320)C58.93C tt1tmtt64.258.93C60.64C t64.28lnlnt58.93换热器的传热量ktmA145.8360.641.5941.4104W

第三篇：传热学试题大全

传热学

(二)

本试题分两部分，第一部分为选择题， 1 页至 2 页，每二部分为非选择题， 3 页至 7 页，共 7 页;选择题 20 分，非选择题 80 分，满分 100 分。考试时间 150 分钟。

第一部分选择题

一、单项选择题(本大题共 10 小题，每小题 2 分，共 20 分)在每小题列出的四个选项中只有一个选项是符合题目要求的，请将正确选项前的字母填在题后的括号内。

1 .对于过热器中：高温烟气→外壁→内壁→过热的传热过程次序为( A ) A .复合换热、导热、对流换热 B .导热、对流换热、复合换热 C .对流换热、复合换热、导热 D .复合换热、对流换热、导热

2 .温度对辐射换热的影响对对流换热的影响。( B )

A .等于

B .大于

C .小于

D .可能大于、小于

3 .对充换热系数为 1000W/(m 2 · K) 、温度为 77 ℃的水流经 27 ℃的壁面，其对流换热的热流密度为( D )

A . 8 × 10 4 W/m 2 B . 6 × 10 4 W/m 2 C . 7 × 10 4 W/m 2 D . 5 × 10 4 W/m 2 4 .流体流过管内进行对流换热时，当 l/d 时，要进行入口效应的修正。(C

) A .> 50 B .= 80 C .< 50 D .= 100 5 .炉墙内壁到外壁的热传递过程为( D ) A .热对流 B .复合换热 C .对流换热 D .导热 6 .下述哪个参数表示传热过程的强烈程度?(

A) A . k B .λ C .α c D .α

7 .雷诺准则反映了的对比关系?( B ) A .重力和惯性力 B .惯性和粘性力 C .重力和粘性力 D .浮升力和粘性力 8 .下列何种材料表面的法向黑度为最大? C A .磨光的银 B .无光泽的黄铜 C .各种颜色的油漆 D .粗糙的沿

9 .在热平衡的条件下，任何物体对黑体辐射的吸收率同温度下该物体的黑度。(C ) A .大于 B .小于 C .恒等于 D .无法比较

10 .五种具有实际意义的换热过程为：导热、对流换热、复合换热、传热过程和( A ) A .辐射换热 B .热辐射 C .热对流 D .无法确定

第二部分非选择题

二、填空题(本大题共 10 小题，每小题 2 分，共 20 分)

11 .已知某大平壁的厚度为 10mm ，材料导热系数为 45W/(m · K) ，则通过该平壁单位导热面积的导热热阻为。

12 .已知某换热壁面的污垢热阻为 0.0003 ( m 2 · K )，若该换热壁面刚投入运行时的传热系数为 340W ( m 2 · K )，则该换热壁面有污垢时的传热系数为。 13 .采用小管径的管子是对流换热的一种措施。 14 .壁温接近换热系数一侧流体的温度。

15 .研究对流换热的主要任务是求解，进而确定对流换热的热流量。 16 .热对流时，能量与同时转移。

17 .导热系数的大小表征物质能力的强弱。

18 .一般情况下气体的对流换热系数液体的对流换热系数。 19 .在一定的进出口温度条件下，的平均温差最大。 20 . 是在相同温度下辐射能力最强的物体。

三、名词解释(本大题共 5 小题，每小题 4 分，共 20 分)

21 .稳态导热 22 .稳态温度场 23 .热对流 24 .传热过程 25 .肋壁总效率

四、简答题(本大题共 2 小题，每小题 8 分，共 16 分)

26 .不凝结气体含量如何影响了蒸汽凝结时的对流换热系数值?其影响程度如何?凝汽器如何解决这个问题?

27 .写出直角坐标系中导热微分方程的一般表达式，它是根据什么原理建立起来的?它在导热问题的分析计算中有何作用?

五、计算题(本大题共 2 小题，每小题 12 分，共 24 分)

28 .两块平行放置的平板 1 和 2 ，相关尺寸如图示。已知： t 1 =177 ℃、 t 2 =27 ℃、ε 1 =0.8 、 ε 2 =0.4 、 X 1 ， 2 = 0.2 。试用网络法求：

• 两平板之间的辐射换热量;

• 若两平板均为黑体表面，辐射换热量又等于多少?

29 .一台逆流式换热器用水来冷却润滑油。流量为 2.5kg /s 的冷却水在管内流动，其进出口温度分别为 15 ℃ 和 60 ℃ ，比热为 4174J/(kg · k) ;热油进出口温度分别为 110 和 70 ，比热为 2190 J/(kg · k) 。传热系数为 400W ( m 2 · k )。试计算所需的传热面积。

传热学

(二)参考答案

一、单项选择题(本大题共 10 小题，每小题 2 分，共 20 分)

1• A 2 . B 3 . D 4 . C 5 . D 6 . A 7 . B 8 . C 9 . C 10 . A

二、填空题(本大题共 10 小题，每小题 2 分，共 20 分)

11 . 2.22 × 10 - 4 ( m 2 · k ) /W (若没写单位，扣 0.5 分。)

12 . 308.5W/ ( m 2 · k ) [ 或 309W/ ( m 2 · k )或 308W/ ( m 2 · k ) ] (若不写单位，扣 0.5 分) 13 .强化 14 .较大

15 .对流换热系数(或α c 均可) 16 .质量(或物质) 17 .导热 18 .小于 19 .逆流 20 .黑体

三、名词解释(本大题共 5 小题，每小题 4 分，共 20 分)

21 . 【参考答案】

发生在稳态温度场内的导热过程称为稳态导热。

(或：物体中的温度分布不随时间而变化的导热称为稳态导热。) 22 .【参考答案】

温度场内各点的温度不随时间变化。(或温度场不随时间变化。) 23 .【参考答案】

依靠流体各部分之间的宏观运行，把热量由一处带到另一处的热传递现象。 24 .【参考答案】

热量由固体壁面一侧的热流体通过固体壁面传递给另一侧冷流体的过程。 25 .【参考答案】肋侧表面总的实际散热量与肋壁测温度均为肋基温度的理想散热量之比。

四、简答题)本大题共 2 小题，每小题 8 分，共 16 分)

26 .【参考答案及评分标准】

( 1 )因在工业凝汽器设备的凝结温度下，蒸汽中所含有的空气等气体是不会凝结的，故称这些气体成分为不凝结气体。当蒸汽凝结时，不凝结气体聚积在液膜附近，形成不凝结气体层，远处的蒸汽在抵达液膜表面进行凝结前，必须以扩散方式穿过这个气体层，这就使凝结换热过程增加了一个热阻，即气相热阻，所以 α c 降低。( 3 分)

( 2 )在一般冷凝温差下，当不凝结气体含量为 1% 时，换热系数将只达纯净蒸汽的 40% 左右，后果是很严重的。( 3 分，答 50% 左右也可)

( 3 )这是凝汽器必须装设抽气器的主要原因之一。( 2 分) 27 . 【参考答案及评分标准】

( 1 )直角坐标系中导热微分方程的一般表达式为： ( 3 分)

( 2 )它是根据导热基本定律(或傅里叶定律)和能量守恒定律建立起来的。( 2 分)

( 3 )作用：确定导热体内的温度分布(或温度场)。( 3 分)

五、计算题(本大题共 2 小题，每小题 12 ，共 24 分)

28 . 【参考答案及评分标准】

( 1 ) (3 分 ) (2 分 ) =1105.65W ( 1 分)

• 若两表面为黑体表面，则 ( 3 分)

( 2 分)

=1492.63W ( 1 分)

若不写单位，扣 0.5 分若直接把值代入而没写出公式，也可给分。 29 . 【参考答案及评分标准】

已知： q m2 =2.5kg/s

• 计算平均温差

( 2 )计算水所吸收的热量

( 3 分)

( 3 )计算传热面积

由得

( 5 分)

(4 分 ) 若不写单位，扣 0.5 分若没写公式，直接把值代入，也可给分。

传热学

(三)

本试题分两部分，第一部分为选择题， 1 页至 2 页，第二部分为非选择题， 3 页至 7 页。本试题共 7 页;选择题 20 分，非选择题 80 分，满分 100 分。考试时间 150 分钟。

第一部分选择题

一、单项选择题(本大题 10 小题，每小题 2 分，共 20 分)

在每小题列出的四个选项中只有一个选项是符合题目要求的，请将正确项前的字母填在题后的括号内。 1. 在锅炉的炉墙中：烟气内壁外壁大气的热过和序为 : 【】 A. 辐射换热 , 导热 , 复合换热 B. 导热，对流换热，辐射换热 C. 对流换热泪盈眶，复合换热，导热 D. 复合换热，对流换热，导热

2. 由表面 1 和表面 2 组成的封闭系统中： X 1,2 _____ X 2,1 。 A. 等于 B. 小于 C. 可能大于，等于，小于 D. 大于 3. 流体流过短管内进行对流换热时其入口效应修正系数【】 A.=1 B. >1 C. <1 D. =0 4. 在其他条件相同的情况下 , 下列哪种物质的导热能力最差 ? 【】 A. 空气 B. 水 C. 氢气 D. 油 5. 下列哪种物质中不可能产生热对流 ? A. 空气 B. 水 C. 油 D. 钢板 6.Gr 准则反映了 ________ 的对比关系。 A. 重力和惯性力 B. 惯性力和粘性力 C. 重力和粘性力 D. 角系数 7. 表面辐射热阻与 ________ 无关。 A. 表面粗糙度 B. 表面温度 C. 表面积 D. 角系数

8. 气体的导热系数随温度的升高而【】 A. 减小 B. 不变

C. 套管式换热器 D. 无法确定

9. 下列哪种设备不属于间壁式换热器 ? 【】 A.1-2 型管壳式换热器 ? B. 2-4 型管壳式换热器 C. 套管式换热器 D. 回转式空气预热器 10. 热传递的三种基本方式为【】 A. 导热、热对流和传热过热 B. 导热、热对流和辐射换热 C. 导热、热对流和热辐射 D. 导热、辐射换热和对流换热

第二部分非选择题

二、填空题(本大题共 10 小题，每小题 2 分，共 20 分)

11. 在一台顺流式的换热器中，已知热流体的进出口温度分别为 180 和 100 ，冷流体的进出口温度分别为 40 和 80 ，则对数平均温差为 ___________ 。

12. 已知一灰体表面的温度为 127 ，黑度为 0.5 ，则其车辆射力为 ____________ 。 13. 为了达到降低壁温的目的，肋片应装在 ________ 一侧。 14. 灰体就是吸收率与 ________ 无关的物体。

15. 冬季室内暖气壁面与附近空气之间的换热属于 ________ 换热。 16. 传热系数的物理意义是指 _________ 间温度差为1时的传热热流密度。 17. 黑度是表明物体 ________ 能力强弱的一个物理量。

18. 肋壁总效率为 _______ 与肋壁侧温度均为肋基温度时的理想散热量之比。

19. 在一个传热过程中，当壁面两侧换热热阻相差较多时，增大换热热阻 _______ 一侧的换热系数对于提高传热系数最有效。 20. 1-2型管壳式换热器型号中的“2”表示 _________ 。

三、名词解释(本大题5小题，每小题4分，共20分)

21. 换热器的效能(有效度) 22. 大容器沸腾 23. 准稳态导热 24. 黑体 25. 复合换热

四、简答题(本大题共2小题，每小题8分，共16分)

26. 气体辐射有哪些特点?

27. 为什么高温过热器一般采用顺流式和逆流式混合布置的方式?

五、计算题(本大题2小题，每小题12分，共24分)

28. 某炉墙由耐火砖和保温板组成，厚度分别为 200mm 和 80mm ，导热系数分别为 0.8W/(m. K) 和 0.11W/(m. K) ，炉墙内外侧壁温分别为 600 。 C 和 70 。 C 。求炉墙单位面积的热损失和两层材料间的温度。

29. 以 0.8m/s 的流速在内径为 2.5cm 的直管内流动，管子内表面温度为 60 。 C ，水的平均温度为 30 。管长2 m 。试求水所吸收的热量。(已知 30 。 C 时 , 水的物性参数为： C p =4.17KJ/(kg.K), λ =61.8 × 10 -2 W/(m.K), ρ =995.7kg/m 3 , μ =0.805 × 10 -6 m 2 /s, ) Pr=5.42, 水 60 。 C 时的 υ =469.9 × 10 -6 kg/(m.s)) 。已知水在管内流动时的准则方程式为

(1) Nu f =0.027Re f 0.8 Pr f 0.4 ε 1 ε R 适用条件： Re f =10 4 — 1.2 × 10 5 , Rr f =0.6-120, 水与壁面间的换热温差 t ≤ 30C °

(2) Nu f =0.027Re f 0.2 Pr f 1/3 ( μ f / μ w ) 0.11 ε 1 ε R 适用条件： Re f =10 4 ~ 1.75 × 10 6 , Pr f = 0.6 ~ 700, 水与壁面间的换热温差 t > 30 以上两个准则方程式的定性温度均为流体的平均温度(μ w 的定性温度为管内壁温度) , 特性尺度为管内径。

传热学

(三)参考答案

一、单项选择题(本大题共 10 小题，每小题 2 分，共 20 分)

1 . A 2. C 3. B 4. A 5. D 6. D 7. D 8. C 9. D 10. C

二、填空题(本大题共 10 小题，每小 2 分，共 20 分)

11 . 61.7 ° C 或 61.7 ° C( 若不写单位 , 扣 0.5 分 ) 12 . 725.76W/m 2 或 726W/m 2 ( 若不写单位 , 扣 0.5 分 ) 13 .冷流体

14 .波长或 “ λ ” 复合 15. 复合

16 .热冷流体 ( 或"冷热流体"也可，"热流体和冷流体 ) 也可 ) 17. 辐射 18. 肋壁实际散热量

19. 较大或 “ 大"、“较高” 20. 管程数

三、名词解释(本大题共 5 小题，每小题 4 分，共 20 分)

21 .【参考答案及评分标准】

换热器的实际传热量与最大可能传热量之比。或

22 .【参考答案及评分标准】

高于液体饱和温度的热壁面沉浸在具有自由表面的液体中所发生的沸腾。

• 【参考答案及评分标准】

物体内各点温升速度不变的导热过程。

• 【参考答案及评分标准】

吸收率等于 1 的物体。

• 【参考答案及评分标准】

对流换热与辐射换热同时存在的综合热传递过程。

四、简答题(本大题共 2 小题，每小题 8 分，共 16 分)

26 .【参考答案及评分标准】

( 1 )气体的辐射(和吸收)对波长有强烈的选择性，即它只能辐射和吸收某些波长范围内的能量。

( 2 )气体的辐射(和吸收)是在整个容积中进行的。固体和液体不能穿透热射线，所以它们的辐射(和吸收)只在表面进行。

评分标准：( 1 )答出 4 分：( 2 )答出 4 分。 27 .【参考答案及评分标准】

( 1 )因为在一定的进出口温度条件下，逆流的平均温差最大，顺流的平均温差最小，即采用逆流方式有利于设备的经济运行。

( 2 )但逆流式换热器也有缺点，其热流体和冷流体的最高温度集中在换热器的同一端，使得该处的壁温较高，即这一端金属材料要承受的温度高于顺流型换热器，不利于设备的安全运行。

( 3 )所以高温过热器一般采用顺流式和逆流式混合布置的方式，即在烟温较高区域采用顺流布置，在烟温较低区域采用逆流布置。

评分标准：( 1 )答出 2 分;( 2 )答出 2 分;

( 3 )答出 3 分。

五、计算题(本大题共 2 小题，每小题 12 分，共 24 分)

• 28 .【参考答案及评分标准】 29 .【参考答案及评分标准】

第四篇：生活中的传热学 (问答题整理答案)

硕士研究生《高等工程热力学与传热学》作业查阅相关资料,回答以下问题：

1、一滴水滴到120度和400度的板上，哪个先干?试从传热学的角度分析?

答：在大气压下发生沸腾换热时,上述两滴水的过热度分别是△t=tw–ts=20℃和△t=300℃,由大容器饱和沸腾曲线,前者表面发生的是泡态沸腾,后者发生膜态沸腾。虽然前者传热温差小,但其表面传热系数大,从而表面热流反而大于后者。所以水滴滴在120℃的铁板上先被烧干。

2、锅铲、汤勺、漏勺、铝锅等炊具的柄用木料制成，为什么? 答：是因为木料是热的不良导体,以便在烹任过程中不烫手。

3、滚烫的砂锅放在湿地上易破裂。为什么?

答：这是因为砂锅是热的不良导体, 如果把烧得滚热的砂锅,突然放到潮湿或冷的地方,砂锅外壁的热就很快地被传掉，而内壁的热又一下子传不出来，外壁冷却很快的收缩，内壁却还很热，没什么收缩，加以陶瓷特别脆，所以往往裂开。

或者：烫砂锅放在湿地上时,砂锅外壁迅速放热收缩而内壁温度降低慢,砂锅内外收缩不均匀,故易破裂。

4、往保温瓶灌开水时，不灌满能更好地保温。为什么?

答：因为未灌满时,瓶口有一层空气,是热的不良导体,能更好地防止热量散失。

5、煮熟后滚烫的鸡蛋放入冷水中浸一会儿，容易剥壳。为什么? 答：因为滚烫的鸡蛋壳与蛋白遇冷会收缩,但它们收缩的程度不一样,从而使两者脱离。

6、用焊锡的铁壶烧水，壶烧不坏，若不装水，把它放在火上一会儿就烧坏了。为什么?

答：这是因为水的沸点在1标准大气压下是100℃,锡的熔点是232℃,装水烧时,只要水不干,壶的温度不会明显超过100℃,达不到锡的熔点,更达不到铁的熔点,故壶烧不坏.若不装水在火上烧,不一会儿壶的温度就会达到锡的熔点,焊锡熔化,壶就烧坏了。

7、冬天水壶里的水烧开后，在离壶嘴一定距离才能看见“白气”，而紧靠壶嘴的地方看不见“白气”。这是因为紧靠壶嘴的地方温度高，壶嘴出来的水蒸气不能液化，而距壶嘴一定距离的地方温度低;壶嘴出来的水蒸气放热液化成小水滴，即“白气”。

答：这是因为紧靠壶嘴的地方温度高,壶嘴出来的水蒸气不能液化,而距壶嘴一定距离的地方温度低;壶嘴出来的水蒸气放热液化成小水滴,即“白气”。

8、某些表演者赤脚踩过炽热的木炭，从传热学角度解释为何不会烫伤?不会烫伤的基本条件是什么?

答：因为热量的传递和温度的升高需要一个过程，而表演者赤脚接触炽热木炭的时间极短，因此在这个极短的时间内传递的温度有限，不足以达到令人烫伤的温度，所以不会烫伤。

基本条件：表演者接触炽热木炭的时间必须极短，以至于在这段时间内所传递的热量不至于达到灼伤人的温度

9、我们许多人都喜欢在冬天有暖暖阳光时晒被子，我们都会深有体会，冬天经过在白天太阳底下晒过的棉被，晚上盖起来会觉得很暖和，并且经过拍打以后，效果更加明显。为什么?

答：棉被经过晾晒以后，可使棉花的空隙里进入更多的空气。而空气在狭小的棉絮空间里的热量传递方式主要是导热，由于空气的导热系数较小，具有良好的保温性能。而经过拍打的棉被可以让更多的空气进入，因而效果更明显。

10、冬天，在相同的室外温度条件下，为什么有风比无风时感到更冷些?

答：假定人体表面温度相同时，人体的散热在有风时相当于强制对流换热，而在无风时属自然对流换热(不考虑热辐射或假定辐射换热量相同时)。而空气的强制对流换热强度要比自然对流强烈。因而在有风时从人体带走的热量更多，所以感到更冷一些。

11、在冬季的晴天，白天和晚上空气温度相同，但白天感觉暖和，晚上却感觉冷。为什么?

答：白天和晚上人体向空气传递的热量相同，且均要向温度很低的太空辐射热量。但白天和晚上的差别在于：白天可以吸收来自太阳的辐射能量，而晚上却不能。因而晚上感觉会更冷一些。

12、夏季在维持20℃室内工作，穿单衣感到舒适，而冬季保持在22℃的室内工作时，为什么必须穿绒衣才觉得舒服?

答：首先，冬季和夏季的最大区别是室外温度不同。夏季室外温度比室内温度高，因此通过墙壁的热量传递方向是由室外传向室内。而冬季室外气温比室内气温低，通过墙壁的热量传递方向是由室内传向室

外。因此冬季和夏季墙壁内表面温度不同，夏季高而冬季低。尽管冬季室内温度22℃比夏季略高20℃，但人体在冬季通过辐射与墙壁的散热比夏季高很多。根据上题人体对冷暖的感受主要是散热量的原理，在冬季散热量大，因此要穿厚一些的绒衣。

13、我们国家北方深秋季节的清晨，树叶叶面上常常结霜，、为什么霜会结在树叶上表面?

答：这是因为清晨，上表面朝向太空，下表面朝向地面。而太空表面的温度低于摄氏零度，而地球表面温度一般在零度以上。由于相对树叶下表面来说，其上表面需要向太空辐射更多的能量，所以树叶下表面温度较高，而上表面温度较低且可能低于零度，因而容易结霜。

14、窗玻璃对红外线几乎不透明，但是隔着玻璃依然会被太阳晒到的发热?为什么?

答：虽说窗玻璃对红外线不透明，但对可见光却是透明的，因而隔着玻璃晒太阳，太阳光可以穿过玻璃进入室内，而室内物体发出的红外线却被阻隔在窗内，因而房间内温度越来越高，因而感到暖和。

15、在寒冷的北方地区，现在建房越来越多的人开始采用多孔的空心砖。为什么?

答：在其他条件相同时，实心砖材料如红砖的导热系数约为0.5W/(m〃K)(35℃)，而多孔空心砖中充满着不动的空气，空气在纯导热(即忽略自然对流)时其导热系数很低，是很好的绝热材料。

16、冬天，在相同的室外温度条件下，为什么骑摩托车比步行感觉更冷?

答：强制对流换热强度与流体壁面之间的相对速度有关，相对速度越大，对流换热越强。与步行相比，骑摩托车时相对速度较大，对流换热强度大，因此人体会散失较多的热量从而感到更冷些。皮手套和护膝，由于导热系数小且有一定厚度，增加了一层较大的导热热阻，使总传热热阻增大，从而可降低散热量，从而起到保护作用。

17、绿色住宅的一种节能方式(夏天少用空调冬天多用暖气)就是在其房屋前栽种几棵大型落叶乔木，尝试从传热学角度说明大树的作用。

答：夏天室内热负荷主要来自太阳辐射，如房屋前栽种几棵大树，枝叶繁茂会遮挡阳光，使房屋处于树荫下，可以凉快些，从而减少使用空调。到了冬天，树叶落光，太阳光线可直射到房屋上，因而又可推迟使用暖气时间或少用暖气。这样便可达到节能的目的。

18、滚热的食物盛在砂锅里比在铝锅里不容易冷,为什么? 答：这是由于陶瓷的砂锅比金属的铝锅传热慢,锅壁又比较厚,热不容易传出来。

19、冬天时，用手摸72度的铁和600度的木材感觉一样吗，为什么?请用传热学的知识解释

答：一样，因为人手感觉到的冷暖实质是热量传递的快慢，而铁的导温系数远远大于木头的导温系数。不同的温差和不同的导热系数产生相同的热流密度,故导热效果相同。

20 冬天，经过在白天太阳底下晒过的棉被，晚上盖起来为什么感到很暖和?并且经过拍打以后，为什么效果更加明显?

答：棉被经过晾晒以后，可使棉花的空隙里进入更多的空气。而空气

在狭小的棉絮空间里的热量传递方式主要是导热，由于空气的导热系数较小，具有良好的保温性能。而经过拍打的棉被可以让更多的空气进入，因而效果更明显。

21 冬天，在相同的室外温度条件下，为什么有风比无风时感到更冷些?

22 夏季在维持20℃室内工作，穿单衣感到舒适，而冬季保持在22℃的室内工作时，为什么必须穿绒衣才觉得舒服?

答：首先，冬季和夏季的最大区别是室外温度不同。夏季室外温度比室内温度高，因此通过墙壁的热量传递方向是由室外传向室内。而冬季室外气温比室内气温低，通过墙壁的热量传递方向是由室内传向室外。因此冬季和夏季墙壁内表面温度不同，夏季高而冬季低。因此，尽管冬季室内温度22℃比夏季略高20℃，但人体在冬季通过辐射与墙壁的散热比夏季高很多。根据上题人体对冷暖的感受主要是散热量的原理，在冬季散热量大，因此要穿厚一些的绒衣。

23 利用同一冰箱储存相同的物质时，试问结霜的冰箱耗电量大还是未结霜的冰箱耗电量大?

答：当其它条件相同时，冰箱的结霜相当于在冰箱蒸发器和冰箱冷冻室(或冷藏室)之间增加了一个附加热阻，因此，要达到相同的制冷室温度，必然要求蒸发器处于更低的温度。所以，结霜的冰箱耗电量更大。

24 有人将一碗热稀饭置于一盆凉水中进行冷却。为使稀饭凉得更快一些，你认为他应该搅拌碗中的稀饭还是盆中的凉水?为什么? 答：从稀饭到凉水是一个传热过程。显然，稀饭和水的换热在不搅动时属自然对流。而稀饭的换热比水要差。因此要强化传热增加散热量，应该用搅拌的方式强化稀饭侧的传热。

25 在寒冷的北方地区，建房用砖采用实心砖还是多孔的空心砖好?为什么?

答：在其他条件相同时，实心砖材料如红砖的导热系数约为0.5W/(m〃K)(35℃)，而多孔空心砖中充满着不动的空气，空气在纯导热(即忽略自然对流)时其导热系数很低，是很好的绝热材料。因而用多孔空心砖好。

26 电影《泰坦尼克号》里，男主人公杰克在海水里被冻死而女主人公罗丝却因躺在筏上而幸存下来。试从传热学的观点解释这一现象。答：杰克在海水里其身体与海水间由于自然对流交换热量，而罗丝在筏上其身体与空气之间产生自然对流。在其他条件相同时，水的自然对流强度要远大于空气，因此杰克身体由于自然对流散失能量的速度比罗丝快得多。因此杰克被冻死而罗丝却幸免于难。 27 人造地球在卫星在返回地球表面时为何容易被烧毁?

答：卫星在太空中正常运行时，其表面的热量传递方式主要依靠与太空及太阳等星体的辐射。而在卫星返回地面的过程中，由于与大气层之间的摩擦，产生大量的热量，无法及时散失，因而易被烧毁。 28 北方深秋季节的清晨，树叶叶面上常常结霜，试问树叶上、下表面的哪一面结霜?为什么?

答：霜会结在树叶上的表面。因为清晨，上表面朝向太空，下表面朝向地面。而太空表面的温度低于摄氏零度，而地球表面温度一般在零度以上。由于相对树叶下表面来说，其上表面需要向太空辐射更多的能量，所以树叶下表面温度较高，而上表面温度较低且可能低于零度，因而容易结霜。

29 窗玻璃对红外线几乎不透明，但为什么隔着玻璃晒太阳却使人感到暖和?

答：窗玻璃对红外线不透明，但对可见光却是透明的，因而隔着玻璃晒太阳，太阳光可以穿过玻璃进入室内，而室内物体发出的红外线却被阻隔在窗内，因而房间内温度越来越高，因而感到暖和。 30 在太阳系中地球和火星距太阳的距离相差不大，但为什么火星表面温度昼夜变化却比地球要大得多?

答：由于火星附近没有大气层，因而在白天，太阳辐射时火星表现温度很高，而在夜间，没有大气层的火星与温度接近于绝对零度的太空进行辐射换热，因而表面温度很低。而地球附近由于大气层(主要成份是CO2和水蒸气)的辐射作用，夜间天空温度比太空高，白天大气层又会吸收一部分来自太阳的辐射能量，因而昼夜温差较小。 31 在冬季的晴天，白天和晚上空气温度相同，但白天感觉暖和，晚上却感觉冷。试解释这种现象。

答：白天和晚上人体向空气传递的热量相同，且均要向温度很低的太空辐射热量。但白天和晚上的差别在于：白天可以吸收来自太阳的辐射能量，而晚上却不能。因而晚上感觉会更冷一些。 32 住新房和旧房的感觉一样吗?

答：不一样，由于水的导热系数远远大于空气,而新房墙壁含水较多,所以住新房感觉冷。