习题：导热.ppt

习题课导热部分 思考题分析 简述影响导热系数的因素。 答：导热系数不仅与物质的种类有关，还与物质的物理结构和状态有关。温度、多孔材料的含水率、疏松物质的折合密度等都影响材料的导热系数。 同样是 -6℃的气温，在南京比在北京感觉冷一些 答：冬季南京的空气湿度比北京的大，湿空气由于含有水蒸汽而比干空气的换热能力强;加之衣物也因吸收空气中水分使保温效果下降。 发生在一个短圆柱中的导热问题，在哪些情形下可以按一维问题来处理？ 答：（1）两端面绝热，圆周方向换热条件相同时，可以认为温度场只在半径方向发生变化；（2）圆周面绝热，两端面上温度均匀，可以认为温度场只在轴向发生变化。 扩展表面中的导热问题可以按一维问题处理的条件是什么？有人认为只要扩展表面细长，就可按一维问题处理，你同意这种观点吗？ 肋片高度增加引起两种效果：肋效率下降及散热表面积增加。因而有人认为，随着肋片高度的增加会出现一个临界高度，超过这个高度后，肋片导热热流量反而会下降。试分析这一观点的正确性。 答：这一观点是不正确的，计算公式表明，肋片散热量与mH的双曲正切成正比，而双曲正切是单调增加函数，所以散热量不会随高度增加而下降。且随着H的增加，th(mH)→1，而th(mH)=1即为无限长肋片的散热量。 试说明集总参数法的物理概念。 答：当内外热阻之比趋于零时，影响换热的主要环节是在边界上的换热能力，而内部由于热阻很小使得温度趋于均匀，以至于不需要关心温度在空间的分布，温度只是时间的函数，数学描述上由偏微分方程转化为常微分方程，大大降低了求解难度。 用热电偶测定气流温度时，怎样才能改善热电偶的温度响应特性？ 试说明“无限大”平板的物理概念，并举出一二个可以按无限大平板处理的非稳态导热问题。 答：所谓“无限大”平板，是指其长宽尺度远大于其厚度，从边缘交换的热量可以忽略不计，当平板两侧换热均匀时，热量只垂直于板面方向流动。如薄板两侧均匀加热或冷却、炉墙或冷库的保温层导热等情况可以按无限大平板处理。 什么叫非稳态导热的正规状况阶段？这一阶段哪些特点？ 答：非稳态导热过程进行到一定程度，初始温度分布的影响就会消失，虽然各点温度仍随时间变化，但过余温度的比值已与时间无关，只是几何位置和边界条件的函数，这一阶段称为正规状况阶段。这一阶段的数学处理十分便利，温度分布计算只需取无穷级数的首项进行计算。 什么是“半无限大”的物体？半无限大物体的非稳态导热存在正规状况阶段吗？ 答：所谓“半无限大”物体是指平面一侧无限延伸的物体。因为物体向纵深无限延伸，初始温度的影响永远不会消除，所以半无限大物体的非稳态导热不存在正规状况阶段。 * 住新房和旧房的感觉一样么？ 答：因为水的导热系数远大于空气的导热系数，新房的墙壁含水较多，所以新房比较冷。 答：扩展表面细长，且导热系数大，而表面传热系数相对较小的条件下 ( )，才可以按一维问题来处理。 有人对二维矩形物体中的稳态、无内热源、常物性的导热问题进行了数值计算。矩形的一个边绝热，其余三个边均与温度为tf的流体发生对流换热。你能预测他所得到的温度场的解吗？ 答：根据所给边界条件可以判断该物体没有热流，又因为物体处于稳态，所以物体各点温度均为tf 。 答：要改善热电偶的温度响应特性，即最大限度降低热电偶的时间常数 ，形状上要降低体面比，要选择热容小的材料，要强化热电偶表面的对流换热。 某管道外径为2r，外壁温度为t1，如外包两层厚度均为r（即?2＝?3＝r）、导热系数分别为?2和?3（ ?2 / ?3=2）的保温材料，外层外表面温度为t2。如将两层保温材料的位置对调，其他条件不变，保温情况变化如何？由此能得出什么结论？ 解：设两层保温层直径分别为d2、d3和d4，则d3/d2=2，d4/d3=3/2。 将导热系数大的放在里面： 两种情况散热量之比为： 结论：导热系数大的材料在外面，导热系数小的材料放在里层对保温更有利。 将导热系数大的包在外面： 半径为 rs 的圆球，其热导率（导热系数）为λ，单位体积发热量为 ，浸在温度为tf 的流体中，流体与球表面间的对流换热系数为h。 2）当 时球 内的最高温度。 解：1）由热平衡 求稳态时， 1）圆球内的温度分布； 一温度计水银泡是圆柱形，长20mm，内径4mm，测量气体温度，表面传热系数h=12.5W/(m2·K),若要温度计的温度与气体的温度之差小于初始过余温度的10%，求测温所需要的时间。水银 ?=10.36 W/(m·K), ? = 13110 kg/m3, c = 0.138 kJ/(kg·K). 解： * *