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1、传热学习题解答与中国建筑工业教材 传热学配套中原工学院1.冰雹落地后，即慢慢融化，试分析一下，它融化所需的热量是由哪些途径得到的？答：冰雹融化所需热量主要由三种途径得到:a、地面向冰雹导热所得热量；b、冰雹与周围的空气对流换热所得到的热量；c、冰雹周围的物体对冰雹辐射所得的热量。2.秋天地上草叶在夜间向外界放出热量，温度降低，叶面有露珠生成,请分析这部分热量是通过什么途径放出的？放到哪里去了？到了白天，叶面的露水又会慢慢蒸发掉，试分析蒸发所需的热量又是通过哪些途径获得的？答：通过对流换热，草叶把热量散发到空气中；通过辐射，草叶把热量散发到周围的物体上。白天，通过辐射，太阳和草叶周围的物体把热量
2、传给露水；通过对流换热，空气把热量传给露水。3.现在冬季室供暖可以采用多种方法。就你所知试分析每一种供暖方法为人们提供热量的主要传热方式是什么？填写在各箭头上。“E 八,一心.、人 q u I对流换热不.,导热出.,L|对流换热和辐射答：暖气片的蒸汽或热水 暖气片壁 暖气片外壁、一对流换热和辐射，江 皿-u 廿辐射、4 b 辐 射 室空气 人体；暖气片外壁墙壁一人体I ，I 口 L 人、I对 流 换 热 八口、包m 对流换热和辐电热暖气片：电加热后的油 暖气片壁暖气片外壁射、一对流换热和辐射，人一室空气 人体辐射 辐射 辐射红外电热器：红外电热元件 人体；红外电热元件一墙壁 人体,_ ,.B
3、D对流换热和辐射.4r 对流换热和辐射,.,电热暖机：电加热器 加热风 人体人 e k e、E -I、I u r 对流换热和辐射,冷暖两用空调机（供热时）：加热风 人体太阳照射：阳光超才人体4.自然界和日常生活中存在大量传热现象，如加热、冷却、冷凝、沸腾、升华、凝固、融熔等，试各举一例说明这些现象中热量的传递方式？答：加热：用炭火对锅进行加热一一辐射换热冷却：烙铁在水中冷却对流换热和辐射换热凝固：冬天湖水结冰一一对流换热和辐射换热沸腾：水在容器中沸腾一一对流换热和辐射换热升华：结冰的衣物变干一一对流换热和辐射换热冷凝：制冷剂在冷凝器中冷凝对流换热和导热融熔：冰在空气中熔化对流换热和辐射换热5.
4、夏季在维持2 0 t的室，穿单衣感到舒服，而冬季在保持同样温度的室却必须穿绒衣，试从传热的观点分析其原因？冬季挂上窗帘布后顿觉暖和，原因又何在？答：夏季室温度低，室外温度高，室外物体向室辐射热量，故 在2 0 的环境中穿单衣感到舒服；而冬季室外温度低于室，室向室外辐射散热，所以需要穿绒衣。挂上窗帘布后，辐射减弱，所以感觉暖和。6.“热对流”和“对流换热”是否同一现象？试以实例说明。对流换热是否为基本传热方式？答：热对流和对流换热不是同一现象。流体与固体壁直接接触时的换热过程为对流换热，两种温度不同的流体相混合的换热过程为热对流,对流换热不是基本传热方式，因为其中既有热对流，亦有导热过程。7.一
5、般保温瓶胆为真空玻璃夹层，夹层两侧镀银，为什么它能较长时间地保持热水的温度？并分析热水的热量是如何通过胆壁传到外界的？什么情况下保温性能会变得很差？答：镀银减弱了水与壁的辐射换热，而真空夹层阻止了空气与壁之间的对流换热，两层玻璃之间只有辐射换热，外层的镀银则减弱了外壁与外界之间的辐射作用。如果真空中渗入空气，则保温性能将变得很差。热水 壁 外壁 外界空气8.面积为12m2的壁的总导热热阻与它单位面积上的份上热阻R.之比为多少？答：R=Rx/129.利 用 式(0-1)分析，在什么条件下图0-2 中平壁的温度呈直线关系变化？什么条件下将呈曲线关系变化？答：当人与温度无关时，平壁中的温度呈直线关系
6、变化；当人与温度有关时，平壁中的温度呈曲线变化。10.一燃气加热炉，炉子壁为耐火砖，外壁为普通红砖，两种砖之间有的填充保温材料，而有的则为空气夹层，试分析这两种情况下由炉到炉外环境的散热过程？如果是空气夹层，空气层的厚度对炉壁的保温性能是否会有影响？答：中间为保温材料的过程：两壁与外界环境之间为对流和辐射换热,两壁与保温材料之间均为导热；如果是空气夹层，则夹层中为对流换热，空气层的厚度与保温性能无关，因为对流换热与厚度无关。第一章导热理论基础1.按 20C 时，铜、碳 钢(1.5%C),铝和黄铜导热系数的大小，排列它们的顺序；隔热保温材料导热系数的数值最大为多少？列举膨胀珍珠岩散料、矿渣棉和软
7、泡沫塑料导热系数的数值。答：铜 铝 黄铜 碳钢；隔热保温材料导热系数最大值为0.12W/(mK)膨胀珍珠岩散料：2 5 6 0-3 0 0 K g/m:i 0.-0.0 6 2 W/(m K)矿渣棉：3 0 2 0 7 K g/m3 0.W/(m K)软泡沫塑料：3 0 4 1-1 6 2 K g/m3 0.0 4 3-0.W/(m K)2.推导导热微分方程式的已知前提条件是什么？答：导热物体为各向同性材料。3 .(1)史=2000A/z,q=-2X 105(w/m2).dx(2)=-20 0 0 k/m,q=2X 105(w/m2).dx4 .(1)qx=0=0,qx=s=9 x l O3w
8、/m?(2)qv=1.8 x l O5 w/m35 .已知物体的热物性参数是入、P和c,无热源，试推导圆柱坐标系的导热微分方程式。“dt 1 d z a、1 d2t 西答：一 =4(r)+-+dr r dr dr r d z 6.已知物体的热物性参数是人、P和c,无热源，试推导球坐标系的导热微分方程式。答:dt=1 3(/厂2 力一)、+-1 -S-(s.in.0n d t),+1 ；-c-t-1dr r2 dr dr r2 sin dO dO r2 sin2 0 d(p7.一半径为R的实心球，初始温度均匀并等于t。，突然将其放入一温度恒定并等于t f的液体槽冷却。已知球的热物性参数是入、P和
9、c,球壁表面的表面传热系数为h,试写出描写球体冷却过程的完整数学描述。包生）dr pc r2 dr dr T 0,0 r R较 r=O,Or 0,F R,A,drr=Rnd tr=0,=0dr8.从宇宙飞船伸出一根细长散热棒，以辐射换热将热量散发到外部空间去，已知棒的发射率（黑度）为 ,导热系数为入，棒的长度为1,横截面面积为f,截面周长为U,棒根部温度为T。外部空间是绝对零度的黑体，试写出描写棒温度分布的导热微分方程式和相应的边界条件。展.d2t 叩2+273）4。答口：%7-=0命/x=0,t+27 3=T0Atx=勺 L =Wi +273/OX第二章稳态导热1.为什么多层平壁中温度分布曲
10、线不是一条连续的直线而是一条折为9答：因为不同材料的平壁导热系数不同。2.导热系数为常数的无热源的平壁稳态导热过程，若平壁两侧都给定第二类边界条件，问能否惟一地确定平壁中的温度分布？为什么？答：不能。因为在导热系数为常数的无热源的平壁稳态导热中?为常OX数，q 为定值，由夕=-几空 求解得f =常数c 无法确定，所以不OX Z能惟一地确定平壁中的温度分布。3 .导热系数为常数的无热源的平壁稳态导热过程，试 问（1）若平壁两侧给定第一类边界条件。和 5,为什么这一导热过程的温度分布与平壁的材料无关？为什么？（2）相同的平壁厚度，不同的平壁材料，仍给定第一类边界条件，热流密度是否相同。答：（1）因
11、为在该导热过程中/=c =ax o（2）不相同。因为夕=-几3,?为 定 值，而入不同，则 q 随之而变。OX OX4 .如果圆筒壁外表面温度较表面温度高，这时壁温度分布曲线的情形如何?答:圆筒壁的温度分布曲线为，=射一（&4 2）.dIn 一4In%4(g 4 2)5 .参看图2 T 9,已知球壁导热系数人为常数，外表面分别保持 品和5,度推导空心球壁导热量计算公式和球壁的导热热阻。1 d2。八 1 z o St 2 32t.八(r-)=(2 r +r )=0dr r dr dr2V2r =2 dr答：球体的m科n2-F r-=0dr dr2当 r=n 时，t=t w i时r 2r=当得解求
12、行进式上对所以球体的温度分布为球体的导热量计算公式为Q=A q=4 7 t r2q,r2 rxtt=且n1 9Q=-A Ajir=-q广4 叽 4 W w 2)=九 一。2q -1_1 一()-1-(4 r r2 4 成空心球壁的导热量为,导热热阻为（丁下石6.同上题，若已知边界条件改为第三类边界条件，即已知和t f 2,h 2试推导通过空心球壁传热量的计算公式和球壁的传热热阻。Q=4万 (/,讨 一 S)1 z 1 1 1 1 、传 热 热 阻 为 藐(/-森-京+丽)7 .答：通过砖墙总散热：0=6 7 2 (W)8 .答:表面温度=1.59 .答：加贴泡沫层厚度b=0.(m)=9 1(m
13、m)10.答:保温层厚度S N 0.14 7 (m)=14 7(mm)11.答：红砖层厚度应改为500(mm)12 .答：该双层玻璃窗的热损失4 1.6 6 (W)单层玻璃；其它条件不变时热损失2 6 8 2.6 8 (W)13 .答：第一层占总热阻比：2 2.2%第二层占总热阻比：51.9%第三层占总热阻比：2 5.9%14 .答：表面传热系数K=3 0.2 3 W/(m2 K)热流通量q=56 8 7.2 W/m215.方 案(1)K=2 9.9 6 W/(m2 K)方 案(2)K=2 9.9 9 W/(m2 K)方 案(3)K=3 7.4 W/(m2 K)16 .答:取修正系数e =0.
14、9 6单位面积导热阻：0.2 04 (m2-K)/W17 .答：(1)单位长度管壁中：第一层材料导热阻：Ru=1.66x101-m2)/W第二层材料导热阻:%=0.517 1 加2)/卬第三层材料导热阻：&3 =02 7 9 6(%/)/W(2)每米蒸汽管热损失q尸3 14.0(W/m)(3)5=2 9 9.9 5U=13 7.6 118.解：调换比调换前减少13.4 1%19 .电流是 6.9 3 5(A)2 0.解：保温层材料厚度7 1.5mm2 1.解：取保温材料外表面温度为室温2 5时，蒸发量m=1.8 5 k g/h2 2.解：有，4=*2 3 .根据现有知识，试对肋壁可以使传热增强
15、的道理作一初步分析。答：肋壁加大了表面积，降低了对流换热的热阻，直到了增强传热的作用。2 4.一直径为d,长度为1的细长圆杆，两端分别与温度为3和t 2的表面紧密接触，杆的侧面与周围流体间有对流换热，已知流体的温度为3,而t W t 1或t2,杆侧面与流体间的表面传热系数为h,杆材料的导热系数为入，试写出表示细长杆温度场的完整数学描述，并求解其温度分布。答：把细长圆杆看作肋片来对待，那么单位时间单位体积的对流散热量就是热源强度。h(t-t P 71ddx 4h(t t f)dd2t 4h,、八-9-(r T f )=。0 xldx2 dA/U X 1x=0 t=t iX=1 t=t2令,“Y/
16、瓦4 A ，则左d2t一 4祓/z (r)=n 可.化 w 为dt/:/J/、肋的过余温度为0 =t-tf,则0 0 2=t2-tf,d-edx2=m209=c、e x p(u:)+c2 e x p(-mx)根据边界条件，求得：，-产丁/)2二e x p(m/)-e x p(-m/)e x p(mZ)-e x p(-mZ)所以该杆长的温度分布为:c 0.-Ox exp(-m/)4 expo/)&/、3=-=!-exp(/nx)+-!-=-exp(-/7ix)exp(m/)-exp(-m/)exp(m/)-exp(-m/)2 5.解：温度 0=4 4.88c/?0.4 7 2 -1 8.9 x
17、散热量。=3 2 1.3 3(W)2 6.解：t f=1 0(T C测温误差：t=1 6 2 7.解：材料改变后,测出匕=9 9.85%误差：1 0 0-9 9.85=0.1 5 2 8.答：(1)铝材料力=0.9 6 1(2)钢材为=0.85 32 9.答：总散热量包括肋表面管壁面散热之和：IL 885 k W3 1.答：散热量：4 84.2 9 (W/m)3 2.答：0 =1 5 4.2 1(W)3 4.答：接触面上温差5 1.4 第三章非稳态导热1.何谓正常情况阶段，这一阶段的特点是什么？答：正常情况阶段：物体各处温度随时间的变化率具有一定的规律,该阶段为物体加热或冷却过程中温度分布变化
18、的第二阶段。2 .何谓集总参数分析，应用这种方法的条件是什么？应怎样选择定型尺寸？答：当Bi 3,此时在边界层热量扩散强度远大于动量扩散。12.5 =1.4 7 x 10-3?13.R=9.7 8XK)T 机14.局部表面传热系数：hMl=227 3 .2 w/(m2 k)hx=02,n=1 6 0 8.2 w/(m2 k)%).=1 3 1 2 w/(m2-k)曝。a=1 0 7 1.2 w/(m2 k)平均表面 h =2 1 4 2.4 w/(m2 k)15.max=2.54xl0-3m16.=0.376-0.2-y 注：5=4.64 叵%xS x&V%17.vmax=1.3x10 3 m
19、/s18.Xc=0.923 m全板长为层流：h=13.9 W/(m2.k)=556(W)19.xc=0.026 m紊流换热系数关联式：h=24289 W/(m2 k)0=971577(W)20.xc=8.265m,全板长流动层流h=325.5 W/(m2 K),d m (w)21.3=3.46后4 122.NUx=0.02872 Rt5Pr 5o o,X(dty AbZo.h=-=-d y)w tw-tf5-2 4由边界层能量微分方程式直接导出能量积分方程式。解：常物性不可压缩流体，忽略粘性耗散，二维的边界层能量微分方程表示为：抖 t?7同样，上式在y方向上对整个温度边界层厚度积分，得后I 抖
20、1 4 /J c，？7蝌市办+u d y =a?w 抖 y?y进一步可写为阖呦-:学+巾-?:干尸-喻。由连续性方程知旨 二-，二-a,N办，代入上式得：丹 X 。(X区dO、a4 dy1-卿欣I 丘拌 7 4 ，C 4 排？td yf。-dy+9Q t-dy=-a-y=Q整理得其/g,-。为二。上取过余温度4二%-。，上式变为:区dq、&u(q.-Q、八y-a忖。即此为边界层能量积分方程。225.。=24“红；+备 备 2)2 6.Q=1 2 0.5 w2 7.h=1 04 W/(m2 k)2 8.h2=8.2 4 W/(m2 k)2 9.=2 9 6.8 W3 0 .使 G =A04 -3
21、 1 .h=3 1.4 W/(m2 k)第六章单相流体对流换热及准则关联式1.试定性分析下列问题：(1)夏季与冬季顶棚壁的表面传热系数是否一样？(2)夏季与冬季房屋外墙外表面的表面传热系数是否相同？(3)普通热水或蒸汽散热器片型高或矮对其外壁的表面传热系数是否有影响？(4)从传热观点看，为什么散热器一般都放在窗户的下面？(5)相同流速或者相同的流量情况下，大管和小管(管或管外)的表面传热系数会有什么变化？答：(1)夏季与冬季顶棚壁的表面传热系数是不一样的。因为夏季与冬季顶棚壁与室的空气温度的温差是不一样的。(2)同(1)夏季与冬季房屋外墙外表面的表面传热系数也是不一样的。(3)普通热水或蒸汽散
22、热器片型高或矮对其外壁的表面传热系数是有影响的。因为他们的定性尺寸是不一样的。(4)因为窗户附近负荷大，散热器放在窗户的下面可以在窗户附近形成一热幕，使冷负荷尽可能少的进入房间。这样使室温度更均匀。(5)相同流速或者相同的流量情况下，大管的对流传热系数小，小管的对流传热系数较大些。2.传热学通常把“管流动”称为部流动，将“外掠平板，外掠圆管”等称为外部流动，请说明它们的流动机制有什么差别。这些对流换热问题的数学描写有什么不同？答：管流动对流换热的热阻主要在边界层。R eI O,为旺盛湍流区，R e=2 3 0 0 l()4为过度区。无论层流还是湍流，都存在入口段，且入口段的换热很强。管充分发展
23、的流动与换热，表面传热系数h为常数。管流动的换热边界条件有两种，即恒壁温及恒热流条件。对层流和低数介质的流动，两种边界条件结果不同。但队湍流和高厂数介质的换热，两种边界条件的影响可以忽略不计，即换热的N“是一样的。管流动与外部流动其边界层也是不同的。部湍流数学描写N,u f =0.0 2 3 RJ e?8 rfP 加热流体=0.4 外掠单管关联式为冷却流体=0.3Nuf=cRe；吸c、n值根据R e.来确定。5.答：第一种散热器进出口方法是最不利的，热水根本就不进入管。第二种比较可靠，稳定。其要是受迫对流是更可靠和稳定。第三种只能是受迫对流，其可靠性和稳定性不及第二种的受迫对流。6-1 2答：
24、(1).先计算管流体的出口温度0。qpdl=Mep(tf-r/)o(2)由于管壁为常热流边界条件。根据管流体进出口温度的算术平均值计算出管流体平均温度。=土 孕。(3.)由。查表得流体的热物性参数值的、nf.prmr r,o(4.)根 据 质 量 流 量M及 管 子 断 面 积，求 出 管 流 体 速 度u=Mla A主彳rpd2(5.)计算雷诺数凡，并判断流动状态并根据常热流的边界条件，选择相应的换热关联式。计算N“(6.)由N“数，可计算出h o(7.)由常热流的边界条件，在热充分发展段，流体与壁面间的温度差沿管长保持不变。6-1 3 关于管对流换热的热进口段的长度有几种表达方式，它们各适
25、应什么条件？（1）从管子入口到热边界层在管中心闭合前的一段长度；（2）当皿=0 和 =c a w f 前的一段长度；（3）l/d=O.0 5R/.仙答：对第一种表达方式，为热进口段长度的定义。适用于粘性流体在管进行对流换热的任何情形。对第二种表达方式，适用于常物性流体,在管的流动状态为层流，且边界条件为常壁温的情形。6-1 4 答：对外掠平板，随层流边界层增厚，局部表面传热系数有较快的降低。当层流想紊流转变后，儿因紊流传递作用而一迅速增大，并且明显高于层流，随后，由于紊流边界层厚度增加。儿再呈缓慢下降之势。对紊流情况下的管受迫流动，在进口段，随着边界层厚度的增加。局部表面传热系数比沿主流方向逐
26、渐降低。在进口处，边界层最厚，久具有最高值，当边界层转变为紊流后，因湍流的扰动与混合作用又会使儿有所提高，但只有少量回升，其久仍小于层流。少量回升。队再逐渐降低并趋向于一个定值，该定值为热充分发展段的力,。6-1 5.解：令力为管流动气体与不锈钢管壁之间的对流表面传热系数。为为室空气与不锈钢管外壁之间的对流表面传热系数。室 温 度 为 微元段处不锈钢管壁温度为L，管微元段处流体的平均温度为品，管径为 d.则热平均式为3dqwt执）改 +h2Pd（tw）dx=FR1 7.h=9 5 4 1.4 W/（m2 k）1 8.d=1 1 4 mm,L=2 3.I m1 9.出 口水流 t f=6 7 2
27、 0.出口弓=9 7%2 1.h=3 3 2 8.2 w/(m2 k)tm=1 0.9 22.tf=83.5 0=4.65x105 W2 3.2 4.类比定律;h=7 0 5 1 w/(m2 k)光滑管：西得一塔特公式8 0 2 6 w/(m2,k)迪图斯贝尔特式7 0 3 3 w/(m2 k)2 5.H=5.2 w/(m2 k)2 6.h=1 6.3 w/(m2,k)2 7.h=2 0 5 1 3 w/(m2 k)2 8.tw=6 5.2 4 h=3 1.4 2 w/(m2 k)0 =4 8 4(W)2 9.相差百分比：1 8.7%3 1.tw=1 5 8.5 3 2.P ma x=5 0.
28、4 6 3 (kw)3 3.h=1 3 1.7 w/(m2,k)3 4.h=1 5 7.2 w/(m2 k)3 5.h=2 0 1 5 7 w/(m2 k)3 6.h=7 0.4 w/(m2,k)h 顺=6 9.5 w/(m2,k)3 7.tf=2 7 h=7 3.7 w/(m2 k)3 8.N=7 9.4 2 (W)q=6 5 5 9.3 w/(m2 k)功耗比8 2.63 9.比例功耗0.8 E5 0.E 70.9 5 1 1.0 51.2 5 1.57 0.)2 8 0.0 9 9 0.2 11 3 3.1 8 1 9 0.6 440.换热量=1.8 0 9 x lO5W N 功耗=6
29、5.5 (W)4 2.h=5.1 6 w/(nf k)4 3.0 =3 1 5 4(W)4 4.q(=1 3 2 W/m4 5.0 =1 O 1 6(W)h=4.2 3 3 w/(m k)4 6.tw.ma x=5 5.5 4 8.N=7 7 9.2(W)5 2.H=7.0 7 w/(m2 k)(/)=1 0 2 1.3(W)5 3.ae=1.3 2 5 w/(ni k)q=1 3.2 5 w/(m k)5 4.5 =1 0.5(,/“)q=2 3.9 w/m第七章凝结与沸腾换热1 .凝液量：m=0.0 1 1 6(kg/s)2 .水平放置时，凝水量m=0.0 1 6 6(kg/s)3 .壁温
30、 3=1 0 0 0 ,h=1 2 0 2 9 w/(m2 k)4.5.此时管下端液膜已出现紊流。向下高度局部换热系数w/(m2 k)平均换热系数w/(n)2k)X=0.1 m9 7 6 31 3 0 1 5X=0.5 m6 5 2 98 7 0 4X=l.0 m5 4 9 07 3 1 9H=6 7 3 0 w/(m2 k)6 .竖壁高h=9.2 mm7 .单管与管束平均表面传热系数之比：-=2.1力管束8 .凝结水量 m=5.1 4 x 1 0 3(kg/s)9 .考虑过冷度时，m=5.1 2 x 1 0 3(kg/s)相差：5J4-5-1 2x 1 0 0%=0.3 9%5.1 41 0
31、 .管 长 L =，管 长减少量史=%1 1 .凝结表面传热系数h=7 0 0.2 w/(m2,k)凝液量：m=5.2 4 2 x 1 0 3(kg/s)1 2 .管长能缩短1 3 .用于水时，h=5 3 4 1.1 w/(m2,k)与 H 题相比换热系数倍率史坦=7.6 37 0 0.21 5 .氟利昂 1 2：。=4 2 1 4 3 (W)氟利昂 2 2：0=5 0 8 1 0 (W)差异：2 0.6%1 6 .用电加热时，加热方式是控制表面的热流密度。而采用蒸汽加热则是壁面温度可控的情形。由大容器饱和沸腾曲线可知，当加热功率q 稍超过/皿 值时，工况将沿9 m a x 虚线跳至稳定膜态沸
32、腾线，使壁面温度飞升，导致设备烧坏。总之，电加热等依靠控制热流来改变工况的设备，一旦热流密度超过峰值，工况超过热流密度峰值后，沸腾温差将剧烈上升到lOOOt 左右，壁温也急剧升高，发生器壁烧毁现象。采用蒸气加热时，工况点沿沸腾曲线依次变化。不会发生壁面温度急剧上升情况。1 8 .由 式 人 段 在一定的金工五个量中 只有工随压强变化最大，P 增加时，工的增加值将超过T.的增值和/的减少，最终使R m i n随P 的增加而减小。1 9 .h=l.5 1 x 1 01 w/(m?k)2 0 .h=6 7 1 4 0 w/(m2 k)2 1 .温度降为1 8 3 h=1 5 8 5 w/(m2 k)
33、与自然对流相比较,=加=0.485h沸腾 15852 2 .Q=3 0 7 7.1 8 w/(m2 k),tw=1 0 6.6 2 3.C0.0115第八章热辐射的基本定律1.热辐射和其他形式的电磁辐射有何相同之点？有何区别？答：物质是由分子、原子、电子等基本粒子组成。当原子部的电子受到激发或振动时，产生交替变化的电场和磁场，发出电磁波向空间传播，这就是电磁波。它是热辐射和其他电磁辐射的相同点。但由于激发的方法不同，所产生的电磁波长就不相同，它们投射到物体上产生的效应也不相同。如果由于自身温度或热运动的原因而激发产生的电磁波传播就称为热辐射。2.为什么太阳灶的受热表面要作成粗糙的黑色表面，而辐
34、射采暖板不需要作成黑色？答：太阳灶和辐射采暖板的区别主要源于它们对温度的不同要求:太阳灶的温度一般都在几百度以上，为了更有效吸收来自太阳的光热,其受热表面要做成粗糙的黑色表面。辐射采暖板的用处是用来采暖的,气温度一般不会太高，所以不需要做成黑色。3.窗玻璃对红外线几乎是不透明的，但为什么隔着玻璃晒太阳却使人感到暖和？答：隔着玻璃晒太阳时，太阳通过热辐射给玻璃热量，而玻璃也对室进行导热，对流换热，辐射等，使得人感到暖和，同时透过玻璃的光在穿过玻璃后衰减为长波辐射，产生温室效应，使得人感到更加的暖和。4 .深秋及初冬季节的清晨在屋面上常常会看到结霜，试从换热与辐射换热的观点分析a有霜的早上总是晴天
35、；b室外气温是否一定要低于零度；c结霜屋面的热阻（表面对流换热热阻及屋面材料导热热阻）对结霜有何影响？答：（1）当温度低于某一值时，空气中的水分便会凝结成霜，这样就使得空气中的水蒸气减少，并且在凝结时，水蒸气会消耗空气中的固体粉尘，用其作为凝结核，这样又使得空气中的灰尘减少了，同时水蒸气和固体粉尘的减少也降低了云形成的可能性，所以有霜的早上总是晴天。（2）不一定要低于零度，因为结霜温度不光与当时水蒸气的含量有关，而且凝结核的多少也对其有一定的影响。但温度应该是接近于零度。（3）在结霜时的主要换热方式是热辐射。屋面的热阻越小越有利于将表面的热传走，越有利于结霜。5 .实际物体表面在某一定温度T下
36、的单色辐射力E、随波长入的变化曲线与它的单色吸收率密的变化曲线有何联系？如已知其单色辐射力变化曲线如图8-1 1 所示，试定性地画出它的单色吸收率变化曲线。解：，在温度T下，.=邑=方一EW6.在什么条件下物体表面的发射率等于它的吸收率（e =a）?在什么情况下当时，是否意味着物体的辐射违反了基尔霍夫定律？答：在热平衡条件下 =。，温度不平衡条件下的几种不同层次：J，仇 T =%,6,丁 无条件成立；（2）J r =%,7漫表面成立;（3）=。仇丁灰表面成立；（4）（r）=4T）漫-灰表面成立。当时，并没有违反基尔霍夫定律，因为基尔霍夫定律是有前提条件的，如果没有以上条件，则o7.试从普朗克定
37、律推导出维恩位移定律。解：普朗克定律的表达式为：E=k一 W/（布4 1c2dEhA-5 C,2-6 G G/T,e 方贝 I N=F +五=儿侬7=2 8 9 7.6”机.KT（f28 .黑体温度=1 5 0 0 K 时，透过百分数：4 3.3 5%T2=2 0 0 0 K 时，透过百分数:63.3 8%T3=60 0 0 K时，透过百分数：8 2.8 7%9.在1 n m 4 1 1 m围,黑体辐射份额:69.9%1 0 .T=2 0 0 0 K 时,份额 1.4 9%太阳,T=5 762 K,份额：4 4.62%1 1 .(1)辐射强度:3 5 0 0 W/(m2 sr)(2)A i中心
38、对A 2表面开立体角:3.4 64 x 1 0-4 力A 1中心对A 3表面开立体角：4 x 1 0 (sr)A 1中心对A 表面开立体角：4 x 1 0 (sr)1 2.太阳辐射能透过玻璃部分：8 0.1 7%室辐射透过比例：01 3 .全波长总发射率：=0.2 75 6总辐射力：7.9 1 1 x 1 0 W/m21 4 .该表面吸收率c=0.4 62 51 5 .发射率 0.1；8 0 0 K 黑 体,a =0.1 1 5 8;5 8 0 0 K 黑 体,a =0.8 5 2 21 6.E=7.1 2 7x l 05(W/m2),发光效率:7.0 3%1 7.=0.2 6发射率1 8 .
39、=0.9,热平衡温度 T w=2 60.4 K“0.1时，热平衡温度T w=2 73.8 5 K第九章辐射换热计算1.任意位置两表面之间的角系数来计算辐射换热，这对物体表面作了那些基本假设？答：角系数表示表面发射出的辐射能量中直接落到另一表面上的百分数。与另一表面的吸收能力无关，仅取决于表面的大小和相互位置。在推导中应用了两个假设条件：物体表面为漫反射面；物体表面物性均匀。2.为了测量管道中的气流温度，在管道中设置温度计。试分析由于温度计头部和壁面之间的辐射换热而引起的测温误差，并提出减少测温误差的措施。答：当管道的温度高于气流的温度时，温度计所测得的温度高于气流的实际温度；当管道的温度低于气
40、流的温度时，温度计所测得的温度低于气流的实际温度。改造措施是：辐射隔热：将温度计头部用遮热板罩住。3.在安装有辐射采暖板的室测量空气温度计时，为了消除热辐射带来的误差，用高反射率材料分别做筒状和不开口的球壳状遮热罩。试分析这两种方法的效果，它们测得的温度是否一样，为什么？如将它们的表面涂黑或者刷白，是否影响测温结果？答：两种测量方法的效果是不一样的。相比之下筒状遮热罩流体与温度计头部直接接触，所得的值比较精确。不影响测温结果。5 .(1)%2=1 2 8 6 5 8 (W/m2)(2)%2=9 8 0 8 0 (W/m2)九二3 0 5 7 8,减少 2 3.8%(3)=0.8 时,外,2=5
41、 7 1 8 1 (W/m2)=0.5 时，%2 =4 3 5 9 1 (W/m2)6 .尢=1.7 2 (W)8.正确错误，应改为 x(1+2)J=-A _xn+-A-x9,4 1+2)A l+2)Q Y a+b-飞a-+b-2abcosy-x,b=工1 0.A 2 =O-32 X5%=0.0 6 91 1.X,6=0 1 Xa,=X,.d=0.1 6 5X .”0.2 0 8 X,/=0.4 *.”0.0 51 2.(1)2 3 2 2 4 (w/m2)(2)3 6 7.4 2 (w/m2)(3)7 3.4 8 (w/m2)(4)1 8 5 7 9.2 (w/m2)(5)2 9 3.9 4
42、 (w/m2)(6)1 8 2 8 5.3 (w/m2)1 3.1 7 0.4 3 (w/m)1 4.1 5.4,2=4 9 8W t=1 9.8 1 6.高温表面 4=1 1 1 4 5.5温)低温 表 面%=1 9 1.5(w)1 7.外,2=5 0.7 (w)1 8.内2=5 0.7 (w)1 9.达到稳态时，表面温度4 =1 3 0 7 42 0.解：八二%二。j _ X iQ F bi_4 k+X 1.2 A +2,3 21-与,二。1,2=A X,2(j -32 )现 在 几=4,人手0,：.J,-J2 0族 2 W 0由于外表面存在辐射，丸2。02 1.q i,2=6 9.7 7
43、 W/m2,T3=4 5 3.3 k无遮热板:q 1.2=9 2 4.5 W/m22 2.-1 0 5.5 4(W/m),4.5 8 4(W/m)2 3.2 4.私=9 4 5 0 0 (W/m)2 5.q尸 1 6 4 0 (W/m),1 3=7 4 不用遮热罩：q,=3 9 2 5 (W/m)2 6.tf=4 7 0.6 3 2 7.t i=4 1 6.5 2 8.烟气发射率：0.3 7 9,辐射换热量：0 =68664(W).3 0.辐射换热量:qk=4 7 7(W/m)3 2 .地球 T=1 9 6 K3 3 .(1)T=3 9 3.5 K(2)T=2 6 3.2 K(3)T=5 8
44、8.5 K第十章传热和换热器1 .计算肋壁的传热系数的公式和平壁的有何不同？式(1 0-3)可否用于肋壁？答：平壁的传热系数k o=丁1 r；-1-1-%A 店肋壁的传热系数4=丁 一 一 ；-1-1-O-1-1-%A h2Prj仁、网不同点在于它们的计算传热量的面积基准不同。书本中的(1 0-3)即kt=一 L 是可以用于肋壁的1 O 1-1-1-h y Z 色 尸7 72 .在什么具体情况下：ta m tw tf;ta mtwtf;tain tf；ta m tw。小表示辐射换热面的传热系数为负值，辐射热量由环境传向物体表面，对流换热量由物体表面传向物体周围的流体；ta mtwtf：表示辐射
45、换热面的传热系数为正值，辐射热量由环境传向物体表面，对流换热量由物体表面传向物体周围的流体；表示辐射换热面的传热系数为正值，辐射热量由环境传向物体表面，对流换热量由物体表面传向物体周围的流体；V。：表示辐射换热面的传热系数为负值，辐射热量由环境传向物体表面，对流换热量由物体表面传向物体周围的流体。3.若两换热器冷热流体进出口温度相同，但效能不同，是否可以说效能大者设计一定合理？怎样才能提高效能?答：效能大的并不一定是合理的。因为换热器的的大小受传热面、流动状态、表面状况、换热面的形状和大小、能量传递方式的影响。通过提高上述因素提高，而使得成本增加。有时的提高不明显，但成本资金的浪费却很大，所以
46、要有优化的思想，一个合理的 是最好的。提高 的方法：扩大传热面的面积、改变流体状况、改变流体物性、改变表面状况、改变换热面的形状和大小、改变能量传递方式、靠外力产生振荡，强化换热。4.为什么逆流换热器的效能极限可接近1,而顺流不可能？答：逆流的换热比顺流的充分。在相同的进出口温度下，逆流比顺流平均温差大。此外，顺流时冷流体的出口温度必然低于热流体的出口温度，而逆流不受此限制。工程上换热器一般都尽可能采用逆流布置。5.目前市场出售的电热取暖器，一种是红外线加热取暖器（通电加热玻璃管式或磁管式红外加热元件取暖），一种是加热油浴散热器（散热器外壳为普通暖器片状，片充导热油，电首先加热油，油以自然对流
47、循环，通过外壳散热）。试从传统观点分析这两种取暖器的特点？有人认为在相同的功率下，用油浴散热器时能使房间暖和一些，此话有道理吗？答：电加热油浴散热器体大笨重，有的靠墙侧无隔热层，造成了明显的热损、墙壁变色等现象。红外加热取暖器供热方式是以红外传热为主，故升温快、无污染、成本低。红外线可直接辐射于人体和周围物体，对人体有保健的作用，并且节能。在相同功率下，同一房间所得到的热量是一样的，只是红外加热取暖器主要是通过辐射，使得屋出现温室效应，室温度比较均匀。电加热油浴散热器主要是以对流换热方式对外换热，故会在室温度分布不均匀，从而使得在离换热器近的地方温度高，远的地方温度低。6 .选用管壳式换热器，
48、两种流体在下列情况下，何种安排在管？何种在管外？（1）清洁的和不清洁的；（2）腐蚀性小的和强的；（3）温度高的和常温的；（4）高压的和常压的；（5）质量流量大的和小的;（6）粘度大和粘度小的；（7）密度大和密度小的。如果不限管壳式,试问针对这几种情况，选何种类型换热器较合适？答：清洁的在管外，不清洁的在管；腐蚀性小的在管外，腐蚀性大的在管；温度高的在管，温度低的在管外；高压的在管，低压的在管外；质流量大的管外，质流量小的管；粘度大的管外，粘度小的管。7 .参考图1 0-8,采用一个板式换热器完成由一热流体加热两冷流体的任务，试问三流体的进出口及板流程应如何安排？冷流体的温度变化围有下列两种情况
49、:(1)基本相同；(2)互不重叠。板内进出口流程安排如卜图一：逆流形式答：如图:冷热冷热冷8.该火墙总散热量：3022.4W辐射热/总热量二60.5%9.以壁面为基准的传热系数K=J 1一 十 一 十 一h1rl M2色 仿 尸 210.解得(1)室顶棚，tw=11.6室外气温tf2=6.8(2)复合换热系数h=5.137W/(m2K)传热系数 K=3.0 7 8 W/(m2 K)1 1 .空气须为7.8 1 1 2 .壁面热流密度:3 9 0 8.3 W/m2辐射对流热表面传热系数1 9.1 6 5 W/(m2 K)1 3 .(1)顺流L%=1 1 2(2)逆流力,“=1 55(3)交叉流加
50、“,=1 4 .应选换热器2,且应采用逆流布置1 5.(1)逆流 A=4.3 8 6 m2(2)一壳程两管程:A=4.8 7 m2(3)交叉流 A=5.3 4 m21 6 .-N TU 法 A=4 6 4 m2对数平均温差法 A=4 58 m21 7 .c 0.61 8 .(1)最大可能传热量 Qm i l x=4 4 6 2 5(W)(2)效能=0.6 4 7(3)应按逆流方式运行A逆 流/A 顺 流-55%1 9 .肋壁面积A=4 1.53 m22 0 .按逆流考虑：A=1 7.8 3 m2按顺流考虑：A=1 8.7 6 m22 1 .换 热 面 积:A=0.3 1 m2出口水温提高到3(