传热学课本思考题汇总.pdf

第一章 思考题 1．P23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。 dt dt q dx q  dx 答：① 傅立叶定律： ，其中， －热流密度； －导热系数； －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。 qh(t t ) q h t ② 牛顿冷却公式： w f ，其中， －热流密度； －表面传热系数；w t －固体表面温度； －流体的温度。f  4 q T q  ③ 斯忒藩－玻耳兹曼定律： ，其中， －热流密度； －斯忒藩－玻耳 T 兹曼常数； －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 .K)；③ 传热2 2 系数的单位是：W/(m .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