第四篇 传热 思考题.docx

第四章 传热 思考题 4-1 根据传热机理的不同，有哪3种基本传热方式？他们的传热机理有何不同？ 答：（1） 基本传热方式有热传导、热对流和热辐射3种。 （2） 热传导简称导热，是通过物质的分子、原子或自由电子的热运动来传递热量；对流传热是通过冷、热不同部位的流体质点做宏观移动和混合来传递热量；辐射传热是物体因自身具有温度而激发产生电磁波，向空间传播来传递热量。 4-2 傅里叶定律 中的负号是什么意思？ 答：由于x方向为热流方向，与温度梯度 的方向正好相反。Q是正值,而 是负值,加上负号,故式中加负号。 4-3 固体、液体、气体三者的热导率比较，哪个大，哪个小？ 答： 物质热导率的大小主要与物质种类（固、液、气）和温度有关。一般来说，固体、液体、气体三者的热导率大小顺序:固体液体气体。 4-4 纯金属与其合金比较，热导率哪个大？ 答：在各类物质中，纯金属的热导率为,合金的热导率为, 故热导率纯金属比合金大。 4-5 非金属的保温材料的热导率为什么与密度有关？ 答： 大多数非金属的保温材料呈纤维状或多孔结构，其孔隙中含有值小的空气。密度越小，则所含的空气越多。但如果密度太小，孔隙尺寸太长，其中空气的自然对流传热与辐射作用增强，反而使增大。故非金属的保温材料的热导率与密度有关。 4-6 在两层平壁中的热传导，有一层的温度差较大，另一层较小，哪一层热阻大？热阻大的原因是什么？ 答：（1）温度差较大的层热阻较大。 （2）对于两层平壁导热,由于单位时间内穿过两层的热量相等，即导热速率相同，采用数学上的等比定律可得 。由此可见，热阻大的保温层，分配与该层的温 度差就越大，即温度差与热阻成正比。 4-7 在平壁热传导中可以计算平壁总面积A的导热速率Q，也可以计算单位面积的导热速率（即热流密度 ）。而圆筒壁热传导中，可以计算圆筒壁内、外平均面积的导热速率Q，也可以计算单位圆筒长度的壁面导热速率,为什么不能计算热流密度？ 答：在稳态下通过圆筒壁的导热速率Q与坐标r无关，但热流密度 却随着坐标r变化，故不能计算热流密度。 4-8 输送水蒸气的圆管外包覆两层厚度相同、热导率不同的保温材料。若改变两层保温材料的先后次序，其保温效果是否会改变？若保温不是圆管而是平壁，保温材料的先后次序对保温效果是否有影响？ 答：（1）改变。为了保温，应使总的导热热阻最大，当管外包裹两层保温材料时， 热导率小的材料包裹在管内时，其导热热阻为： ， 式中，d1---管内径，d2---管外径，d3---保温材料层的外径。 热导率大的材料包裹在管内时，其导热热阻为： ， 在 d1、d 2、d 3不变时，两者的热阻之差为： （2）不影响。若保温不是圆管而是平壁，总的热阻等于各层热阻之和，故改变保温材料的先后次序不影响保温效果。 4-9 对流传热速率方程（牛顿冷却公式）中的对流传热系数与哪些因素有关？ 答：（1）流体的物理性质：有比热容，热导率、密度、粘度和体积膨胀系数； （2）流体胡对流起因：有强制对流和自然对流两种； （3）流体的流动状态：层流、过渡流或湍流； （4）流体的相态变化：在传热过程中，有相变化时，其值比无相时大得多。 （5）传热面的形状、相对位置与尺寸：如管、板、管束、管径、管长、管子排列方式、垂直放置或水平放置等。 4-10 流体在圆形直管内强制湍流时的对流传热系数的计算式中，Pr的指数n由什么决定？流体在管内的流速及管径对的影响有多大？管长、管的曲率对管内对流传热有何影响？ 答：（1）湍流时,圆形直管中的Pr的指数n由温度决定，当流体被加热时，n=0.4；当流体被冷却时，n=0.3； （2）湍流时,圆形直管中的对流传热系数α与流速的0.8次方呈正比,与管径的0.2次方呈反比； （3）流体在圆形直管内强制湍流时,若改变管长，其传热面积也相应改变，从而改变对流传热速率。若改变弯管的曲率，弯管内的流体在流动时，由于离心力的作用，扰动增大，从而强化了对流传热。 4-11 水的对流传热系数一般比空气大，为什么？ 答：由于水的密度、比热容、粘度和热导率都比空气大，所以水的热传导系数比空气大。