传热学知识点【实习】

传热学主要知识点

1.热量传递的三种基本方式。

热量传递的三种基本方式：导热(热传导)、对流(热对流)和热辐射。

2．导热的特点。

a 必须有温差；

b 物体直接接触；

c 依靠分子、原子及自由电子等微观粒子热运动而传递热量；

d 在引力场下单纯的导热一般只发

生在密实的固体中。

3.对流（热对流）(Convection)的概念。

流体中（气体或液体）温度不同的各部分之间，由于发生相对的宏观

运动而把热量由一处传递到另一处的现象。

4对流换热的特点。

当流体流过一个物体表面时的热量传递过程，它与单纯的对流不同，具有如下特点：

a 导热与热对流同时存在的复杂热传递过程

b 必须有直接接触（流体与壁面）和宏观运动；也必须有温差

c 壁面处会形成速度梯度很大的边界层 5.牛顿冷却公式的基本表达式及其中各物理量的定义。

6. 热辐射的特点。

a 任何物体，只要温度高于0 K ，就会不停地向周围空间发出热辐射；

b 可以在真空中传播；

c 伴随能量形式的转变；

d 具有强烈的方向性；

e 辐射能与温度和波长均有关；

f 发射辐射取决于温度的4次方。

7.导热系数, 表面传热系数和传热系数之间的区别。导热系数：表征材料导热能力的大小，是一种物性参数，与材料种类和温度关。 表面传热系数：当流体与壁面温度相差1度时、每单位壁面面积上、单位时间内所传递的热量。影响h 因素：流速、流体物性、壁面形状[]

W )(∞-=t t hA Φw []

2m W )( f w t t h A

Φq -==

大小等。传热系数：是表征传热过程强烈程度的标尺，不是物性参数，与过程有关。

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。

8.实际热量传递过程：常常表现为三种基本方式的相互串联/并联作用。

9.复杂传热过程

二、解答题和分析题

1、热量、热流量与热流密度有何联系与区别？

热能：物质所具有的内动能(广延量，物质的微观运动属性)。单位：焦耳J 。 热量Q ：系统与外界依靠温差传递的能量(过程量)。单位：焦耳J 。 热流（量）φ：指单位时间所传递的热量。单位：瓦特w 。

热流密度q ：通过单位传热面上的热流量。单位：W ／m 2。

相互关系： τφτqA Q == 其中τ是时间

2、试用简练的话言说明导热、对流换热及辐射换热三种传递方式之间的联系与区别。

答：导热、对流换热及辐射换热是热量传递的三种方式。导热主要依靠微观粒子运动而传递热量；对流换热是流体与固体壁面之间的换热，依靠流体对流和导热的联合作用而产生热量传递；辐射换热是通过电磁波传播能量，是物体之间辐射和吸收的综合结果。一个传热现象往往是几种传热方式同时作用。

3、“热对流”与“对流换热“是否为同一现象?对流换热是否属于基本的传热方式?

答：热对流与对流换热是两个不同的概念．属于不同现象，其区别为： ①热对流是传热的三种基本方式之一，而对流换热不是传热的基本方式，

②对流换热是导热和热对流这两种基本传热方式的综合作用。由于流体质点间的紧密接触，热对流也同时伴随有导热现象；

②对流换热必然具有流体与固体壁面间的相对运动（流体与壁面直接接触和宏观运动）。工程中流体与温度不同的固体壁面因相对运动而发生的传热过程称为对流换热。

4、导热系数、表面换热系数及传热系数的单位分别是什么？哪些是物性参数，哪些与过程有关？

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0q 由热水通过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1q 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2q传递到外层瓶胆的内壁；

(4)热量3q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4q传给外壳内侧；

(6)外层瓶胆外壁通过自然对流换热把热量5q传给空气，空气又与外壳内侧发生自然对流换热把热量5q传递给外壳内侧；

(7)通过导热，热量6q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7q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8q。

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ε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℃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，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：

10、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。

11、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，应该用搅拌的方式强化稀饭侧的传热。

12、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。

13、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。

14、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。

15、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。

16、冬季晴朗的夜晚，测得室外空气温度Ta 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Te 。太空温度

为sky T ，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Te 的黑体，太空

可看成温度为sky T 的黑体．则由热平衡：

)()(4

4sky e e a T T T T h -=-σ

由于℃，0>Ta 而℃0

能低于0℃，即地面可能结冰。

17、什么是“半无限大”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，是指平面一侧空间无限延伸的物体。因为物体向纵深无限延伸，初始温度的影响就远不会消除，所以，半无限大物体的非稳态导热不存在正规状况阶段。 18、

0→Bi 和∞→Bi 各代表什么样的换热条件？有人认为0→Bi 代表了绝热工况，是否正确，为什么？

答：0→Bi 时，物体表面的换热热阻远大于物体内部导热热阻。说明换热热阻主要在边界，物体内部导热热阻几乎可以忽略，因而任一时刻物体内部的温度分布趋于均匀，并随时间的推移整体地下降。可以用集总参数法进行分析求解。

∞→Bi 时，物体表面的换热热阻远小于物体内部导热热阻。在这种情况下，非稳态导热过程刚开始进行的一瞬间，物体的表面温度就等于周围介质的温度。

但是，因为物体内部导热热阻较大，所以物体内部各处的温度相差较大，随着时间的推移，物体内部各点的温度逐渐下降。在这种情况下，物体的冷却或加热过程的强度只决定于物体的性质和几何尺寸。

认为0→Bi 代表绝热工况是不正确的，0→Bi 的工况是指边界热阻相对于内部热阻较大，而绝热工况下边界热阻无限大。

19 试说明集总参数法的物理概念。

答：当固体内部的导热热阻远小于其表面的换热热阻时，即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而温度趋于均匀，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。

20、什么叫时间常数

c τ？试分析测量恒定的流体温度时c τ对测量准确度的影响。 答：hA cV

c ρτ=,具有时间的量纲，称为时间常数，

c τ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。c τ越小，表示物体热惯性越小，到达流体温

度的时间越短。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，

c τ越小，准确度越高。