第一章 思考题 1.试用简练的语言说明导热、对流换热及辐射换热三种热传递方式之间的联系和区别。 答：导热和对流的区别在于：物体内部依靠微观粒子的热运动而产生的热量传递现象，称为导 热：对流则是流体各部分之间发生宏观相对位移及冷热流体的相互掺混。联系是：在发生对流 换热的同时必然伴生有导热。 导热、对流这两种热量传递方式，只有在物质存在的条件下才能实现，而辐射可以在真空中传 播，辐射换热时不仅有能 量的转移还伴有能量形式的转换。 2.以热流密度表示的傅立叶定律、牛顿冷却公式及斯忒藩一玻耳滋曼定律是应当熟记的传热学公 式。试写出这三个公式并说明其中每一个符号及其意义。 dt q=-1 dt 答：①傅立叶定律： dx,其中，q一热流密度：)一导热系数：dx一沿x方向的温 度变化率，“一”表示热量传递的方向是沿着温度降低的方向。 ②牛顿冷却公式：q=h(tw-t:),其中，q一热流密度：h-表面传热系数： tw一固体 表面温度：t:一流体的温度。 ③斯忒藩一玻耳兹曼定律： q=σT4,其中，q一热流密度：。一斯忒藩一玻耳兹曼常数： T一辐射物体的热力学温度。 3.导热系数、表面传热系数及传热系数的单位各是什么？哪些是物性参数，哪些与过程有关？ 答：①导热系数的单位是：W(.):②表面传热系数的单位是： WW(m2.K:③传热系数的 单位是：W(m2.)。这三个参数中，只有导热系数是物性参数，其它均与过程有关。 4.当热量从壁面一侧的流体穿过壁面传给另一侧的流体时，冷、热流体之间的换热量可以通过其 中任何一个环节来计算（过程是稳态的），但本章中又引入了传热方程式，并说它是“换热器热 工计算的基本公式”。试分析引入传热方程式的工程实用意义。 答：因为在许多工业换热设备中，进行热量交换的冷、热流体也常处于固体壁面的两侧，是工 程技术中经常遇到的一种典型热量传递过程。 5. 用铝制的水壶烧开水时，尽管炉火很旺，但水壶仍然安然无恙。而一旦壶内的水烧干后，水壶 很快就烧坏。试从传热学的观点分析这一现象。 答：当壶内有水时，可以对壶底进行很好的冷却（水对壶底的对流换热系数大） ，壶底的热量被 很快传走而不至于温度升得很高：当没有水时，和壶底发生对流换热的是气体，因为气体发生 对流换热的表面换热系数小，壶底的热量不能很快被传走，故此壶底升温很快，容易被烧坏。 6. 用一只手握住盛有热水的杯子，另一只手用筷子快速搅拌热水，握杯子的手会显著地感到热。 试分析其原因。 答：当没有搅拌时，杯内的水的流速几乎为零，杯内的水和杯壁之间为自然对流换热，自热对 流换热的表面传热系数小，当快速搅拌时，杯内的水和杯壁之间为强制对流换热，表面传热系 数大，热水有更多的热量被传递到杯壁的外侧，因此会显著地感觉到热。 7.什么是串联热阻叠加原则，它在什么前提下成立？以固体中的导热为例，试讨论有哪些情况可 能使热量传递方向上不同截面的热流量不相等。 答：在一个串联的热量传递过程中，如果通过每个环节的热流量都相同，则各串联环节的总热 阻等于各串联环节热阻的和。例如：三块无限大平板叠加构成的平壁。例如通过圆筒壁，对于 各个传热环节的传热面积不相等，可能造成热量传递方向上不同截面的热流量不相等。 8.有两个外形相同的保温杯A与B,注入同样温度、同样体积的热水后不久，A杯的外表面就可以 感觉到热，而B杯的外表面则感觉不到温度的变化，试问哪个保温杯的质量较好？ 答：B:杯子的保温质量好。因为保温好的杯子热量从杯子内部传出的热量少，经外部散热以 后，温度变化很小，因此几乎感觉不到热。 能量平衡分析 1-1夏天的早晨，一个大学生离开宿舍时的温度为 20℃。他希望晚上回到房间时的温度能够低一些， 【第1页共284页】【第 1 页 共 284 页】 第一章 思考题 1． 试用简练的语言说明导热、对流换热及辐射换热三种热传递方式之间的联系和区别。 答： 导热和对流的区别在于：物体内部依靠微观粒子的热运动而产生的热量传递现象，称为导 热；对流则是流体各部分之间发生宏观相对位移及冷热流体的相互掺混。联系是：在发生对流 换热的同时必然伴生有导热。 导热、对流这两种热量传递方式，只有在物质存在的条件下才能实现，而辐射可以在真空中传 播，辐射换热时不仅有能 量的转移还伴有能量形式的转换。 2． 以热流密度表示的傅立叶定律、牛顿冷却公式及斯忒藩－玻耳兹曼定律是应当熟记的传热学公 式。试写出这三个公式并说明其中每一个符号及其意义。 答： ① 傅立叶定律： dx dt q ，其中， q－热流密度； －导热系数； dx dt －沿 x 方向的温 度变化率，“－”表示热量传递的方向是沿着温度降低的方向。 ② 牛顿冷却公式： ( ) w f q h t t ，其中， q －热流密度； h－表面传热系数； t w －固体 表面温度； f t －流体的温度。 ③ 斯忒藩－玻耳兹曼定律： 4 q T ，其中， q －热流密度； －斯忒藩－玻耳兹曼常数； T －辐射物体的热力学温度。 3． 导热系数、表面传热系数及传热系数的单位各是什么？哪些是物性参数，哪些与过程有关？ 答： ① 导热系数的单位是： W/(m.K) ；② 表面传热系数的单位是： W/(m 2 .K) ；③ 传热系数的 单位是： W/(m 2 .K)。这三个参数中，只有导热系数是物性参数，其它均与过程有关。 4． 当热量从壁面一侧的流体穿过壁面传给另一侧的流体时，冷、热流体之间的换热量可以通过其 中任何一个环节来计算（过程是稳态的） ，但本章中又引入了传热方程式，并说它是“换热器热 工计算的基本公式” 。试分析引入传热方程式的工程实用意义。 答： 因为在许多工业换热设备中，进行热量交换的冷、热流体也常处于固体壁面的两侧，是工 程技术中经常遇到的一种典型热量传递过程。 5． 用铝制的水壶烧开水时，尽管炉火很旺，但水壶仍然安然无恙。而一旦壶内的水烧干后，水壶 很快就烧坏。试从传热学的观点分析这一现象。 答： 当壶内有水时，可以对壶底进行很好的冷却（水对壶底的对流换热系数大） ，壶底的热量被 很快传走而不至于温度升得很高；当没有水时，和壶底发生对流换热的是气体，因为气体发生 对流换热的表面换热系数小，壶底的热量不能很快被传走，故此壶底升温很快，容易被烧坏。 6． 用一只手握住盛有热水的杯子，另一只手用筷子快速搅拌热水，握杯子的手会显著地感到热。 试分析其原因。 答： 当没有搅拌时，杯内的水的流速几乎为零，杯内的水和杯壁之间为自然对流换热，自热对 流换热的表面传热系数小，当快速搅拌时，杯内的水和杯壁之间为强制对流换热，表面传热系 数大，热水有更多的热量被传递到杯壁的外侧，因此会显著地感觉到热。 7． 什么是串联热阻叠加原则，它在什么前提下成立？以固体中的导热为例，试讨论有哪些情况可 能使热量传递方向上不同截面的热流量不相等。 答： 在一个串联的热量传递过程中，如果通过每个环节的热流量都相同，则各串联环节的总热 阻等于各串联环节热阻的和。例如：三块无限大平板叠加构成的平壁。例如通过圆筒壁，对于 各个传热环节的传热面积不相等，可能造成热量传递方向上不同截面的热流量不相等。 8.有两个外形相同的保温杯 A 与 B，注入同样温度、同样体积的热水后不久， A 杯的外表面就可以 感觉到热，而 B 杯的外表面则感觉不到温度的变化，试问哪个保温杯的质量较好？ 答：Ｂ：杯子的保温质量好。因为保温好的杯子热量从杯子内部传出的热量少，经外部散热以 后，温度变化很小，因此几乎感觉不到热。 能量平衡分析 1-1 夏天的早晨，一个大学生离开宿舍时的温度为 20℃。他希望晚上回到房间时的温度能够低一些