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1、1傅里叶定律：单位时间内通过单位截面积所传递的热量，正比例于当地垂直于截面方向上的温度变化率2集总参数法：忽略物体内部导热热阻的简化分析方法7何谓膜状凝结过程，不凝结气体是如何影响凝结换热过程的？蒸汽与低于饱和温度的壁面接触时，如果凝结液体能很好的润湿壁面，它就在壁面上铺展成膜，这种凝结形式称为膜状凝结。不凝结气体对凝结换热过程的影响：在靠近液膜表面的蒸气侧，随着蒸气的凝结，蒸气分压力减小而不凝结气体的分压力增大。蒸气在抵达液膜表面进行凝结前，必须以扩散方式穿过聚集在界面附近的不凝结气体层。因此，不凝结气体层的存在增加了传递过程的阻力。16试说明管槽内强制对流换热的入口效应。流体在管内流动过程
2、中，随着流体在管内流动局部表面传热系数如何变化的？外掠单管的流动与管内的流动有什么不同管槽内强制对流换热的入口效应：入口段由于热边界层较薄而具有比较充分的发展段高的表面传热系数。入口段的热边界层较薄，局部表面传热系数较高，且沿着主流方向逐渐降低。充分发展段的局部表面传热系数较低。外掠单管流动的特点：边界层分离、发生绕流脱体而产生回流、漩涡和涡束。19为什么二氧化碳被称作“温室效应”气体？气体的辐射与吸收对波长具有选择性，二氧化碳等气体聚集在地球的外侧就好像给地球罩上了一层玻璃窗：以可见光为主的太阳能可以达到地球的表面，而地球上一般温度下的物体所辐射的红外范围内的热辐射则大量被这些气体吸收，无法
3、散发到宇宙空间，使得地球表面的温度逐渐升高20试分析大空间饱和沸腾和凝结两种情况下，如果存在少量不凝性气体会对传热效果分别产生什么影响？原因？对于凝结，蒸气中的不可凝结气体会降低表面传热系数，因为在靠近液膜表面的蒸气侧，随着蒸气的凝结，蒸气分压力减小而不凝结气体的分压力增大。蒸气在抵达液膜表面进行凝结前，必须以扩散方式穿过聚集在界面附近的不凝结气体层。因此，不凝结气体层的存在增加了传递过程的阻力。大空间饱和沸腾过程中，溶解于液体中的不凝结气体会使沸腾传热得到某种强化，这是因为，随着工作液体温度的升高，不凝结气体会从液体中逸出，使壁面附近的微小凹坑得以活化，成为汽泡的胚芽，从而使qt沸腾曲线向着
4、t减小的方向移动，即在相同的t下产生更高的热流密度，强化了传热。21太阳能集热器的吸收板表面有时覆以一层选择性涂层，使表面吸收阳光的能力比本身辐射能力高出很多倍。请问这一现象与吉尔霍夫定律是否矛盾？原因？基尔霍夫定律表明物体的吸收比等于发射率，但是这一结论是在“物体与黑体投入辐射处于热平衡”这样严格的条件下才成立的，而太阳能集热器的吸收板表面涂上选择性涂层，投入辐射既非黑体辐射，更不是处于热平衡，所以，表面吸收阳光的能力比本身辐射能力高出很多倍，这一现象与基尔霍夫定律不相矛盾。22请说明Nu、Bi的物理意义，Bi趋于0和趋于无穷时各代表什么样的换热条件？Nu数表明壁面上流体的无量纲温度梯度Bi
5、表明固体内部导热热阻与界面上换热热阻之比Bi趋于0时平板内部导热热阻几乎可以忽略，因而任一时刻平板中各点的温度接近均匀，并随着时间的推移整体的下降，逐渐趋近于外界温度。Bi趋于无穷时，表面的对流换热热阻几乎可以忽略，因而过程一开始平板的表面温度就被冷却到外界温度，随着时间的推移，平板内部各点的温度逐渐下降而趋近于外界温度。23举例说明什么是温室效应，以及产生温室效应的原因位于太阳照耀下被玻璃封闭起来的空间，例如小轿车、培养植物的暖房等，其内的温度明显地高于外界温度，这种现象称为温室效应。这是因为玻璃对太阳辐射具有强烈的选择性吸收性，从而大部分太阳辐射能穿过玻璃进入有吸热面的腔内，而吸热面发出的
6、常温下的长波辐射却被玻璃阻隔在腔内，从而产生了所谓的温室效应。4、分别写出Nu、Re、Pr、Bi数的表达式，并说明其物理意义。答：（1）努塞尔(Nusselt)数，它表示表面上无量纲温度梯度的大小。（2）雷诺(Reynolds)数，它表示惯性力和粘性力的相对大小。（3）普朗特数，它表示动量扩散厚度和能量扩散厚度的相对大小。（4）毕渥数，它表示导热体内部热阻与外部热阻的相对大小。8、集总参数法的适用条件是什么？满足集总参数法的物体，其内部温度分布有何特点？答：集总参数法的适用条件是Bi0.1，其特点是当物体内部导热阻远小于外部对流换热热阻时，物体内部在同一时刻均处于同一温度，物体内部的温度仅热是
7、时间的函数，而与位置无关。20、写出时间常数的表达式，时间常数是从什么导热问题中定义出来的？它与哪些因素有关？答：时间常数的表达式为，是从非稳态导热问题中定义出来的，它不仅取决于几何参数和物性参数，还取决于换热条件h。23、何谓遮热板（罩）？答：插入两个辐射换热表面之间的用于削弱两个表面之间辐射换热的薄板或罩。31、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：采用空心砖较好，因为空心砖内部充满着空气，而空气的导热系数相对较小，热阻较大，空心砖导热性较之实心砖差，同一条件下空心砖的房间的散热量小保温性好。北方深秋季节的清晨，树叶叶面上常常结霜。试问树叶上、下表面的哪一面上
8、容易结霜？为什么？答：霜会容易结在树叶的上表面，因为树叶上表面朝向太空，而太空表面的温度会低于摄氏零度；下表面朝向地面，而地球表面的温度一般在零度以上。相对于下表面来说，树叶上表面向外辐射热量较多，温度下降的快，一旦低于零度时便会结霜。38、什么是物体的发射率和吸收率？二者在什么条件下相等？答：实际物体的辐射力与同温度下黑体的辐射力之比称为该物体的发射率；投射到物体表面的总能量中被吸收的能量所占的份额是物体的吸收率。由基尔霍夫定律可知：当物体表面为漫灰表面时，二者相等。39、窗玻璃对红外线几乎是不透过的，但为什么隔着玻璃晒太阳却使人感到暖和？ 答：窗玻璃对红外线几乎不透过，但对可见光则是可透过
9、的，当隔着玻璃晒太阳时，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室内，因房间内温度越来越高，从而感到暖和。42、为什么用电加热时容易发生电热管壁被烧毁的现象？而采用蒸汽加热时则不会？答：用电加热时，加热方式属于表面热流密度可控制的，而采用蒸汽加热时则属于壁面温度可控制的情形。由大容器饱和沸腾曲线可知，当热流密度一旦超过临界热流密度时，工况就有可能很快跳至稳定的膜态沸腾，使得表面温度快速上升，当超过壁面得烧毁温度时，就会导致设备的烧毁；采用蒸汽加热由于壁面温度可控制，就容易控制壁面的温升，避免设备壁面温度过度升高，使其温度始终低于设备的烧毁温度。43、用热电偶监测气流温度随时
10、间变化规律时，应如何选择热电偶节点的大小？答：在其它条件相同时，热电偶节点越大，它的温度变化一定幅度所需要吸收（或放出）的热量越多，此时虽然节点换热表面积也有所增大，但其增大的幅度小于体积增大的幅度。故综合地讲，节点大的热电偶在相同的时间内吸收热量所产生的温升要小一些。由定义知，为节点的半径，显然，节点半径越小，时间常数越小，热电偶的相应速度越快。44、由导热微分方程可知，非稳态导热只与热扩散率有关，而与导热系数无关。你认为对吗？答：由于描述一个导热问题的完整数学表达，不仅包括控制方程，还包括定解条件。虽然非稳态导热控制方程只与热扩散率有关，但边界条件中却有可能包括导热系数。因此，上述观点不正
11、确。58、试用传热学理论解释热水瓶的保温原理。 50、简述遮热罩削弱辐射换热的基本思想。57、简要说明太阳能集热器采用的选择性表面应具备的性质和作用原理。15导热系数是表征材料导热性能优劣的系数，是一种物性参数，不同材料的导热系数的数值不同，即使是同一种材料，其值还与温度等参数有关。对于各向异性的材料，还与方向有关。常温下部分物质导热系数：银：427；纯铜：398；纯铝：236；普通钢：30-50；水：0.599；空气：0.0259；保温材料：0.14；水垢：1-3；烟垢：0.1-0.3。5、保温瓶散热过程分析。热量从保温瓶内的热水散失到周围环境中去的过程包括以下各个环节：(1)热量由热水通过
12、自然对流换热传递到内层瓶胆的内壁；(2)通过内层瓶胆的导热，热量由内层瓶胆内壁传到其外壁；(3)由内层瓶胆的外壁通过辐射换热把热量传递到外层瓶胆的内壁；(4)热量由外层瓶胆的内壁通过导热传到其外壁；(5)外层瓶胆的外壁通过辐射换热把一部分热量传给外壳内侧；(6)外层瓶胆外壁通过自然对流换热把热量传给空气，空气又与外壳内侧发生自然对流换热把热量传递给外壳内侧；(7)通过导热，热量由外壳内壁传递到其外壁；(8)外壳外侧通过自然对流把一部分热量传递给室内空气；(9)外壳外侧与周围物体间进行辐射换热，换热量为。这里要特别指出，保温瓶之所以可以保温的原因主要在于，制造保温瓶时在上述第3个环节上采取了以下
13、削弱传热的措施：1）瓶胆夹层中抽成真空，从而排除了夹层中空气的导热与对流；2）在夹层的两壁上涂有一层辐射黑度很小的硝酸银层(即银白色涂层)，从而大大减少了夹层两壁面间的辐射换热。使用保温瓶时，如果不小心破坏了瓶胆下部抽气封口的密封，空气进入夹层后将使保温性能大大下降。6、用水壶将盛装的开水放在地面上慢慢冷却，开水以哪些方式散发热量?打开水壶盖和盖上水壶盖，开水的冷却速度有何区别? 答：水壶与地面间以导热方式传递热量；水壶与周围空气间以自然对流换热方式传递热量，与周围环境以辐射换热方式传递热量；壶嘴以蒸发方式散发热量。打开壶盖后，开水的蒸发速度加快，开水由此冷却得更快。7、冬天，经过在白天太阳底
14、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。8、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。9、夏季在维持20室内工作，穿
15、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。10夏季在维持20的空调教室内听课，穿单衣感觉很舒适，而冬季在同样温度的同一教室内听课却必须穿绒衣。假设湿度不是影响的因素，
16、试从传热的观点分析这种反常的“舒适温度”现象。 答：夏季人体的散热量为：11、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？回答：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。12、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
17、强化稀饭侧的传热。13、用铝制的水壶烧开水时，尽管炉火很旺，但水壶仍安然无恙。但一旦壶内的水烧干后，水壶很快就被烧坏。试从传热学的观点分析这一现象。 答：壶内有水时，水对壶壁起冷却作用，不致烧坏壶壁，水干后，壶壁得不到充分冷却，使壁温接近火焰温度，水壶就会被烧坏。或：水侧（沸腾）的表面传热系数远大于火焰侧的表面传热系数，没烧干时，壶底更接近水的温度，所以一般不会达到铝的熔点。14、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，捏杯子的手会显著地感到热。试分析其原因。 答：杯中水由于被搅动而强化了与杯壁的传热，使杯壁温度接近水温，所以手会感到杯子变热。15、北方深秋季节的清晨，树叶叶面
18、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。16、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。17、冬季晴朗的夜晚，测得室外空气温
19、度高于0，有人却发现地面上结有一层簿冰，试解释原因(若不考虑水表面的蒸发)。 答：如图所示。假定地面温度为。太空温度为，设过程已达稳态，空气与地面的表面传热系数为h，地球表面近似看成温度为的黑体，太空可看成温度为的黑体则由热平衡：由于而，因此地球表面温度有可能低于0，即地面可能结冰。1试写出傅里叶定律的一般形式的数学表达式，并说明其中各个符号的意义。2、试写出傅里叶定律的文字表达式。在导热现象中，单位时间内通过给定截面的热流量（热流在截面法线方向的分量），正比于该截面(不一定是等温面)法线方向上的温度变化率（方向导数）和截面面积。1、通过常物性、无内热源、一维单层平壁的稳态导热微分方程式和定解
20、条件温度分布：热流密度：2、通过一维、常物性、稳态、无内热源的平板的导热，已知第一类和第三类边界条件： 备注：平板厚，环境温度板与环境的表面换热系数为，求：温度分布及时的温度值。解： 解得： 3、通过、常物性、无内热源、一维多层平壁（n层）的稳态导热量计算公式：4、通过常物性、无内热源、一维单层圆筒壁的稳态导热微分方程式和定解条件: 温度分布：热流密度：热流量：5、传热过程计算方程式：7、什么叫时间常数？试分析测量恒定的流体温度时对测量准确度的影响。答：,具有时间的量纲，称为时间常数，数值上等于过余温度为初始过余温度的36.8%时所经历的时间。越小，表示物体热惯性越小，到达流体温度的时间越短。
21、测温元件的时间常数大小对恒温流体的测量准确度没有影响，对变温流体的测量准确度有影响，越小，准确度越高。8、在用热电偶测定气流的非稳态温度场时，怎样才能改善热电偶的温度响应特性？答：要改善热电偶的温度响应特性，需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。三、计算部分非稳态导热计算公式首先判断若特征长度取：，厚度为的平板 ，圆柱 定义的需满足 ，球如果以为特征长度，此时 平板 圆柱 球用热平衡法对各类节点离散方程的建立理论依据：用傅里叶定律直接写出能量守恒的表达式二维、稳态、常物性的稳态导热问题：且设，是边界上已知的热流密度值，是内热源。2-
22、16 一根直径为3mm的铜导线，每米长的电阻为2.22。导线外包有厚为1mm导热系数为0.15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。解：根据题意有： 解得：66、已知：如图，有人通过试验得了下列数据：，。设。特征长度为。求：对于形状相似但的柱体试确定当空气流速为15m/s及20m/s时的平均表面传热系数。四种情形下定性温度之值均相同。解：(1) (2) (3) (4)。 ，对四种情况，均相同，由1、2两情形得： ，由此得：，m=0.766。由（3）得：，与（1）相除得： ；由（4）得：，与（1）相除得： ，。6-19、已知：水以1.2m
23、/s平均速度流入内径为20mm的长直管。（1）管子壁温为75，水从20加热到70；（2）管子壁温为15，水从70冷却到20。 求：两种情形下的表面传热系数，并讨论造成差别的原因。 解： （1） （2） 因为加热，近壁处温度高，流体粘度减小，对传热有强化作用，冷却时，近壁处温度低，流体粘度增加，对传热有减弱作用。实际物体表面的辐射换热9-23、两块平行放置的平板表面发射率均为0.8，温度t1=5270C及t2=270C，板间远小于板的宽度与高度。试计算：（1）板1的自身辐射；（2）对板1的投入辐射；（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。9-
24、24、已知：两块无限大平板的表面温度分别为及，发射率分别为及。其间遮热板的发射率为。求：稳态时三板之间辐射换热的网络图。解：9-38、已知：（1）两个同心圆筒壁的温度分别为-196及30，直径分别为10cm及15cm，表面发射率均为0.8。（2）在其间同心地置入一遮热罩，直径为12.5cm，两表面的发射率均为0.05。求：（1）单位长度圆筒体上的辐射换热量。（2）画出此时辐射换热的网络图，并计算套筒壁间的辐射换热量。解：（1）单位长度上的换热量为：（1） 把遮热罩表面称为3，其面向表面1的一侧记为3L，面向表面2的一侧记为3R，则相当的辐射网络图如下图所示。有遮热罩后，单位长度上的换热量为：，
25、代入上式得：。仅为原来的4.34。9-45、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170。管壁温度90，气流对热节点的对流换热系数为50W/（m2K），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：， ，测温误差：。10-15、已知：在一台1-2型管壳式换热器中，管内冷却水从16升高到35，管外空气从119下降到45，空气流量为19.6kg/min，换热器的总传热系数K=84求：所需的传热面积式多少。解：逆流温度差为，故查图9-15，故对数平均温差空气平均温差为，空气的换热量，故需传热面积。10-27、已知：一台逆流式换热器刚投入工作时在下列参数下运行：， ，=
26、2500W/K,K=800.运行一年后发现，在、及、保持不变的情形下，冷流体只能被加热到162，而热流体的出口温度则高于300。 求：此情况下的污垢热阻及热流体的出口温度。 解：不结垢时， , . 结垢后，。 又 ， 。1、 在圆管外敷设保温层与在圆管外侧设置肋片从热阻分析的角度有什么异同？在什么情况下加保温层反而会强化其传热而肋片反而会削弱其传热？答：在圆管外敷设保温层和设置肋片都使表面换热热阻降低而导热热阻增加，而一般情况下保温使导热热阻增加较多，使换热热阻降低较少，使总热阻增加，起到削弱传热的效果；设置肋片使导热热阻增加较少，而换热热阻降低较多，使总热阻下降，起到强化传热的作用。但当外径
27、小于临界直径时，增加保温层厚度反而会强化传热。理论上只有当肋化系数与肋面总效率的乘积小于1时，肋化才会削弱传7、什么是辐射表面热阻？什么是辐射空间热阻？网络法的实际作用你是怎样认识的？ 答：出辐射表面特性引起的热阻称为辐射表面热阻，由辐射表面形状和空间位置引起的热阻称为辐射空间热阻，网络法的实际作用是为实际物体表面之间的辐射换热描述了清晰的物理概念和提供了简洁的解题方法。8、什么是遮热板?试根据自己的切身经历举出几个应用遮热板的例子。 答：所谓遮热板是指插人两个辐射表面之间以削弱换热的薄板。如屋顶隔热板、遮阳伞都是我们生活中应用遮热板的例子。9、试述气体辐射的基本特点。1、什么叫做两个现象相似
28、，它们有什么共性？答：指那些用相同形式并具有相同内容的微分方程式所描述的现象，如果在相应的时刻与相应的地点上与现象有关的物理量一一对于成比例，则称为两个现象相似。凡相似的现象，都有一个十分重要的特性，即描述该现象的同名特征数（准则）对应相等。（1） 初始条件。指非稳态问题中初始时刻的物理量分布。（2） 边界条件。所研究系统边界上的温度（或热六密度）、速度分布等条件。（3） 几何条件。换热表面的几何形状、位置、以及表面的粗糙度等。（4） 物理条件。物体的种类与物性。4 试分别用数学语言将传热学术语说明导热问题三种类型的边界条件。答： 第一类边界条件： 第二类边界条件： 第三类边界条件：1-8 热水瓶胆剖面的示意图如附图所示。瓶胆的两层玻璃之间抽成真空，内胆外壁及外胆内壁涂了反射率很低的银。试分析热水瓶具有保温作用的原因。如果不小心破坏了瓶胆上抽气口处的密闭性，这会影响保温效果吗？解：保温作用的原因：内胆外壁外胆内壁涂了反射率很低的银，则通过内外胆向外辐射的热量很少，抽真空是为了减少内外胆之间的气体介质，以减少其对流换热的作用。如果密闭性破坏，空气进入两层夹缝中形成了内外胆之间的对流传热，从而保温瓶的保温效果降低。
