传热学_简答题

传热过程：热量从壁一侧的高温流体通过壁传给另一侧的低温流体的过程。

导热系数：物体中单位温度降单位时间通过单位面积的导热量。

热对流：只依靠流体的宏观运动传递热量的现象称为热对流。

表面传热系数： 单位面积上，流体与壁面之间在单位温差下及单位时间所能传递的能量。

保温材料：国家标准规定，凡平均温度不高于350度导热系数不大于0.12w/（m.k ）的材料。

温度场：指某一时刻空间所有各点温度的总称。

热扩散率：a=c

ρλ 表示物体被加热或冷却时，物体各部分温度趋向均匀一致的能力。 临界热绝缘直径c d ：对应于总热阻l R 为极小值的保温层外径称为临界热绝缘直径。

集中参数法：当1.0B i 时，可以近似的认为物体的温度是均匀的，这种忽略物体部导热热阻，认为物

体温度均匀的分析方法。

辐射力： 单位时间，物体的每单位面积向半球空间所发射全波长的总能量。

单色辐射力：单位时间，物体的每单位面积，在波长λ附近的单位波长间隔，向半球空间发射的能量。 定向辐射力： 单位时间，物体的每单位面积，向半球空间的某给定辐射方向上，在单位立体角所发射

全波长的能量。

单色定向辐射力： 单位时间，物体的每单位面积，向半球空间的某给定辐射方向上，在单位立体角所

发射在波长λ附近的单位波长间隔的能量。

辐射强度：单位时间，在某给定辐射方向上，物体在与发射方向垂直的方向上的每单位投影面积，在单

位立体角所发射全波长的能量称为该方向的辐射强度。

有效辐射：单位时间离开单位面积表面的总辐射能。

辐射隔热：为减少表面间辐射换热而采用高反射比的表面涂层，或在表面加设遮热板，这类措施称为辐

射隔热。

黑体： 能全部吸收外来射线，即1=α的物体。

白体：能全部反射外来射线，即1=ρ的物体，不论是镜面反射或漫反射。

透明体：能被外来射线全部透射，即1=τ的物体。

热流密度：单位时间单位面积上所传递的热量。

肋片效率：衡量肋片散热有效程度的指标，定义为在肋片表面平均温度m t 下，肋片的实际散热量φ与假

定整个肋片表面处在肋基温度o t 时的理想散热量o φ的比值。

形状因子：将有关涉及物体几何形状和尺寸的因素归纳在一起。

时间常数：以hA cV

ρ具有时间的量纲，时间常数的数值越小表示测温元件越能迅速地反映流体的温度变化。

蓄热系数： 当物体表面温度波振幅为1度时导入物体的最大热流密度。S=

T

c 2λπρ 对流换热： 流体与固体壁直接接触时所发生的热量传递过程。

自摸化现象：自然对流紊流的表面传热系数与定型尺寸无关的现象。

膜状凝结：若凝结液能很好地润湿壁面，凝结液将形成连续的膜向下流动。

珠状凝结：若凝结液不能很好的润湿壁面，则凝结液将聚成一个个的液珠。 大空间沸腾：高于饱和温度的热壁面沉浸在具有自由表面的液体中所进行的沸腾。

饱和沸腾： 一定压强下，当液体主体为饱和温度s t ，而壁面温度w t 高于s t 时的沸腾。

过冷沸腾： 若主体温度低于s t ，而w t 已超过s t 时发生的沸腾。

沸腾温差：饱和沸腾时，壁温与饱和温度之差。

热辐射： 由于自身温度或热运动的原因而激发产生的电磁波传播。

热射线：通常把m 1001.0μλ-=围的电磁波称热射线。

灰体：指物体单色辐射力与同温度黑体单色辐射力随波长的变化曲线相似，或它的单色发射率不随波长

变化。

角系数：表示表面发射出的辐射能中直接落到另一表面的百分数。

效能： 换热器的实际传热量与最大可能的传热量m ax φ之比。

传热单元NTU ：表示换热器传热量大小的一个无量纲。NTU=min

C kA 定型尺寸： 在分析计算中可采用对换热有决定意义的特征尺寸作为依据，这个尺寸称定型尺寸。 污垢热阻：换热器运行一段时间后，换热表面上常常会覆盖一层垢层，表示为附加的热阻，称为污垢热

阻。

流动进口段：流体从进入管口开始，需经历一段距离，管段面流速分布和流动状态才能达到定型，这段

距离称流动进口段。

流动充分发展段：f t 及w t 与管任意点的温度t 组成的无量纲温度）（

f

w w t t t t --随管长保持不变，即x ??）（f w w t t t t --=0的距离。 1．热量传递有哪几种基本方式？它们各自的传热机理是什么？

热量传递有三种基本方式：导热、对流和热辐射。

物体各部分间不发生相对位移时，依靠分子、原子及自由电子等微观粒子的热运动而产生的热量传递称为导热（或称为热传导）。

对流是指由于流体的宏观运动，从而流体各部分之间发生相对位移、冷热流体相互掺混所引起的热量传递过程。

物体会因为各种原因发出辐射能，其中因为热的原因发出辐射能的现象称为热辐射。自然界中各个物体都不停地向空间发出热辐射，同时又不断地吸收其他物体发出的热辐射。辐射与吸收过程的综合结果就造成了以辐射方式进行的物体间的热量传递——辐射换热。

2．什么叫传热过程？传热系数的定义及物理意义是什么？

热量由壁面一侧的流体通过壁面传到另一侧的流体中去的过程称为传热过程。

传热系数，数值上它等于冷、热流体间温压1t ?=℃、传热面积2

1A m =时的热流量的值，是表征传热过程强烈程度的标尺。传热过程越强，传热系数越大，反之越小。 3．简述接触热阻，污垢热阻的概念。

两个名义上互相接触的固体表面，实际上接触仅发生在一些离散的面积元上。在未接触的界面之间的间隙中常常充满了空气，热量将以导热及辐射的方式穿过这种气隙层。这种情况与两固体表面真正完全接触相比，增加了附加的传递阻力，称为接触热阻。

换热器运行一段时间后，换热面上常会积起水垢、污泥、油污、烟灰之类的覆盖物垢层。所有这些覆盖物层都表现为附加的热阻，使传热系数减小，换热器性能下降。这种热阻称为污垢热阻。

4．简述对流换热和传热过程的区别、表面传热系数(对流换热系数)和传热系数的区别。

对流换热是指流体流过一个物体表面时的热量传递过程。

传热过程是指热量由壁面一侧的流体通过壁面传到另一侧的流体中去的过程。传热过程包含着三个环节：（1）从热流体到壁面高温侧的热量传递；（2）从壁面高温侧到壁面低温侧的热量传递，亦即穿过固体壁的导热；（3）从壁面低温侧到冷流体的热量传递。 表面传热系数是对流换热计算时的比例系数，h A t Φ=

?，它不仅取决于流体的物性以及换热表面的形状、大小与布置，而且还与流速有密切的关系。 传热系数为传热过程计算时的比例系数，121

11k h h δλ=++，其大小不仅取决于传热过程的两种流体的

种类，还与过程本身有关。

5．简述导热系数，表面传热系数和传热系数之间的区别。

导热系数是表征材料导热性能优劣的参数，即是一种物性参数。不同材料的导热系数值不同，即使是同一种材料，导热系数值还与温度等因素有关。

表面传热系数是表征对流换热强弱的参数，它不仅取决于流体的物性以及换热表面的形状、大小与布置，而且还与流速有密切的关系，是取决于多种因素的复杂函数。

传热系数是表征传热过程强烈程度的标尺，其大小不仅取决于参与传热过程的两种流体的种类，还与过程本身有关，如流速的大小，有无相变等。

6．简述温度场，等温面，等温线的概念。

物体中存在着温度的场，称为温度场，它是各时刻物体中各点温度分布的总称。

温度场中同一瞬间同温度各点连成的面称为等温面。在任何一个二维的截面上等温面表现为等温线。

7．写出导热问题三类边界条件的定义及其数学描述。

（1）规定了边界上的温度值，称为第一类边界条件。其数学描述为：0τ>时，()1w t f τ=。对于稳

态导热问题，w t ＝ 常量。

（2）规定了边界上的热流密度值，成为第二类边界条件。其数学描述为：0τ>时，()2w

t f n λτ???-= ????，式中，n 为表面A 的外法线方向。对于稳态导热问题，w q ＝ 常量。 （3）规定了边界上物体与周围流体间的表面传热系数h 及周围流体的温度f t ，成为第三类边界条件。其数学描述为：()w f w

t h t t n λ???-=- ????。在非稳态导热时，式中h 及f t 均可为时间的函数。 8,导热系数为什么和物体温度有关？而在实际工程中为什么经常将导热系数作为常数？

物体各部分间不发生相对位移时，依靠分子、原子及自由电子等微观粒子的热运动而产生的热量传递称为导热。导热系数是表征材料热性能优劣的参数。而微观粒子的热运动与温度密切相关，因此导热系数和物体温度有关。

在实际工程中，在相当的温度围导热系数随物体温度的变化较小，因此常常将导热系数作为常数。

9．什么是形状因子？如何应用形状因子进行多维导热问题的计算？

导热问题中，两个等温面间导热热流量总是可以表示成以下统一的形式：()12S t t λΦ=-，其中，S 与导热物体的形状及大小有关，成为形状因子。形状因子S 是有量纲的物理量，其单位为m 。

在多维导热问题中，如已知两个等温面的温度，计算出形状因子，带入()12S t t λΦ=-，即可求得两个等温表面之间的导热热流量。

10．简述非稳态导热的分类及各类型的特点。

根据物体随时间的推移而变化的特性可以将非稳态导热区分为两类：物体的温度随时间的推移逐渐趋近于恒定的值及物体的温度随时间而作周期性的变化。

前者物体中的温度分布存在着两个不同的阶段。在第一阶段里，温度分布呈现出主要受初始温度分布控制的特性，即在这一阶段中物体中的温度分布受初始温度分布很大的影响。这一初始阶段称为非正规状况阶段。当过程进行到一定深度时，物体的初始温度分布的影响逐渐消失，物体中不同时刻的温度分布主要取决于边界条件和物性，此时非稳态导热过程进入到了第二个阶段，即正规状况阶段。

后者物体中各点的温度及热流密度都随时间作周期性的变化。

11．简述Bi 准则数，Fo 准则数的定义及物理意义。

hl Bi λ=，表征固体部导热热阻与其界面上换热热阻比值的无量纲数。

2

a Fo l τ

=，非稳态过程的无量纲时间，表征过程进行的深度。 12．0Bi →和Bi →∞各代表什么样的换热条件？

/1/Bi h

δλ=，0Bi →时，/1/h δλ，物体部的导热热阻/δλ几乎可以忽略，因而任一时刻物体中各点的温度接近均匀，并随着时间的推移，逐渐趋近于周围流体的温度。Bi →∞时，1//h δλ，表面对流换热热阻1/h 几乎可以忽略，因而过程一开始物体的表面温度变化到周围流体温度。随着时间的推移，物体部各点的温度逐渐趋近于周围流体的温度。 13．简述集总参数法的物理意义及应用条件。

忽略物体部导热热阻的简化分析方法称为集总参数法。如果物体的导热系数相当大，或者几何尺寸很小，或表面换热系数极低，则其导热问题都可能属于这一类型的非稳态导热问题。一般以式

()/0.1V h V A Bi M λ=

<作为容许采用集总参数法的判断条件，其中M 是与物体几何形状有关的无量纲

数。

14．无限大平板和半无限大平板的物理概念是什么？半无限大平板的概念是如何应用在实际工程问题中的？

所谓无限大平板是对实际物体的一种抽象及简化处理。当一块平板的长度和宽度远大于其厚度，因而平板的长度和宽度的边缘向四周的散热对平板的温度分布影响很小，以致于可以把平板各点的温度看作仅是厚度的函数时，该平板就是一块“无限大”平板。

所谓半无限大平板，几何上是指从0x =的界面开始向正的x 方向无限延伸的平板

若一具有有限厚度和均匀初温的平板，其一侧表面的边界条件突然受到热扰动。当扰动的影响还局限在表面附近而尚未深入到平板部中去时，就可有条件地把该平板视为一“半无限大平板”。

15．对流换热是如何分类的？影响对流换热的主要物理因素有哪些？

对流换热的分类如下所示：

影响对流换热的因素主要有以下五个方面：（1）流体流动的起因；（2）流体有无相变；（3）流体的流动状态；（4）换热表面的几何因素；（5）流体的物理性质

16．速度边界层和温度边界层的物理意义和数学定义是什么？

在固体表面附近流体速度发生剧烈变化的薄层称为流动边界层，又称速度边界层。通常规定达到主流速度的99％处的距离为速度边界层的厚度，记为δ。

固体表面附近流体温度发生剧烈变化的薄层称为温度边界层或热边界层，其厚度记为t δ。一般以过余温度为来流过余温度的99％处定义为t δ的外边界。

17．管外流和管流的速度边界层有何区别？

管外流情况下，换热壁面上的速度边界层能自由发展，不会受到邻近壁面存在的限制。

管流情况下，当流体从大空间进入圆管时，速度边界层有一个从零开始增长直到汇合于管子中心线的过程。

18．什么是特征长度和定性温度？选取特征长度的原则是什么？

出现在特征数定义式中的几何尺度称为特征长度。

用以决定流体物性参数的温度称为定性温度。

选取特征长度的原则为：要把所研究问题中具有代表性的尺度取为特征长度。

19．对管流和管外流，Re 准则数中的特性长度的取法是不一样的，说明其物理原因。

选取特征长度时，要把所研究问题中具有代表性的尺度取为特征长度。由于管流和管外流的换热面不同，管流的换热面为管壁表面，因此取管径为特征长度；管外流的换热面为管壁外表面，因此取管外径为特征长度。

20．什么是相似原理？判断物理现象相似的条件是什么？相似原理在工程中有什么作用？

对于两个同类的物理现象，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应成比例，则称此两现象彼此相似。

判断两个同类物理现象相似的条件是：（1）同名的已定特征数相等；（2）单值性条件相似。所谓单值性条件，是指使被研究的问题能被唯一地确定下来的条件，它包括：（1）初始条件；（2）边界条件；（3）几何条件；（4）物理条件。

相似原理可用来指导试验的安排及试验数据的整理，也可用来知道模化试验。

21．Nu ，Re ，Pr ，Gr 准则数的物理意义是什么？

hl Nu λ

=，是壁面上流体的无量纲温度梯度。

Re ul ν=

，是惯性力与粘性力之比的一种度量。 Pr p c a

ηνλ==，是动量扩散厚度与热量扩散厚度之比的一种度量。 32

gl t Gr αν?=，是浮升力与粘性力之比的一种度量。 22．简述膜状凝结和珠状凝结的概念。

如果凝结液体能很好地湿润壁面，它就在壁面上铺展成膜。这种凝结形式称为膜状凝结。

当凝结液体不能很好地湿润壁面时，凝结液体在壁面上形成一个个的小液珠，称为珠状凝结。

23．对于单根管子，有那些因素影响层流膜状凝结换热？它们起什么作用？

（1）不凝结气体

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积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。同时蒸气分压力的下降，使相应的饱和温度下降，减小了凝结的驱动力t ?，也使凝结过程削弱。

（2）蒸气流速

蒸气流速高时，蒸气流对液膜表面会产生明显的粘滞应力。其影响又随蒸气流向与重力场同向或异向、流速大小以及是否撕破液膜等而不同。一般来说，当蒸气流动方向与液膜向下的流动同方向时，使液膜拉薄，h 增大；反方向时则会阻滞液膜的流动使其增厚，从而使h 减小。

（3）过热蒸气

对于过热蒸气，只要把计算式中的潜热改用过热蒸气与饱和液的焓差，亦可用饱和蒸气的实验关联式计算过热蒸气的凝结换热。

（4）液膜过冷度及温度分布的非线性

只要用r '代替计算公式中的r ，就可以照顾到这两个因素的影响：()0.68p s w r r c t t '=+-。

（5）管冷凝

以水平管中的凝结为例，当蒸气流速低时，凝结液主要积聚在管子的底部，蒸气则位于管子上半部。如果蒸气流速比较高，则形成所谓环状流动，凝结液较均匀地展布在管子四周，而中心则为蒸气核。随着流动的进行，液膜厚度不断增厚以致凝结完时占据了整个截面。

（6）凝结表面的几何形状

用各种带有尖峰的表面使在其上冷凝的液膜减薄，以及使已凝结的液体尽快从换热表面上排泄掉。这样可以强化膜状凝结换热。

24．对于实际凝结换热器，有那些方法可以提高膜状凝结换热系数？

（1）排除不凝结气体 （2）使蒸气流动方向与液膜向下的流动同方向

（3）管外侧强化凝结的表面结构 （4）管侧采用扰动避免液膜厚度不断增厚

25．什么是黑体，灰体？实际物体在什么样的条件下可以看成是灰体？

吸收比1α=的物体叫做绝对黑体，简称黑体。

在热辐射分析中，把光谱吸收比与波长无关的物体称为灰体。

对工程计算而言，只要在所研究的波长围光谱吸收比基本上与波长无关，则灰体的假定即可成立，而不必要求在全波段围()αλ为常数

26．物体的发射率，吸收比，反射比，穿透比是怎样定义的？发射率和反射比有何不同？

实际物体的辐射力与同温度下黑体辐射力的比值称为实际物体的发射率，记为ε。

物体对投入辐射所吸收的百分数称为该物体的吸收比。

物体对投入辐射所反射的百分数称为该物体的反射比。

投入辐射穿透物体的百分数称为该物体的穿透比。

发射率是表征实际物体辐射力的大小。反射比是表征物体对投入辐射的反射能力的大小。

27．简述漫灰表面的概念。

辐射表面是具有漫射特性（包括自身辐射和反射辐射）的灰体，简称漫灰表面。

28．物体的发射率取决于物体本身，而不涉及外部条件。因此，发射率可看成是物性。但是吸收比与外界条件有关。为什么对于灰体，吸收比也可看成是物性，并等于发射率？

按灰体的定义，其吸收比与波长无关，在一定温度下是一个常数。假设在某一温度T 下，一灰体与黑体处于热平衡，按基尔霍夫定律 ()()T T αε=。然后，考虑改变该灰体的环境，使其所受到的辐射不是来自同温下的黑体辐射，但保持其自身温度不变，此时考虑到发射率及灰体吸收比的性质，显然仍有 ()()T T αε=。所以对于灰体，一定有αε=。

29．简述黑体辐射基本定律的物理意义及计算应用。

普朗克定律揭示了黑体辐射能按照波长分布的规律：()251/1

b c T c E e λλλ-=-

式中：b E λ：光谱辐射力，3

/W m ； λ：波长，m T ：黑体的热力学温度，K 1c ：第一辐射常量，其值为1623.74210W m -?；n 2c ：第二辐射常量，其值为21.438810m K -?。

斯忒藩－玻尔兹曼定律说明黑体辐射力正比例于其热力学温度的四次方：4b E T σ=

兰贝特定律揭示了黑体辐射强度与方向无关的规律：()L L θ=＝常量

30．简述角系数的定义及性质。

把从表面1发出的辐射能中落到表面2上的百分数，成为表面1对表面2的角系数，记为X 1,2。

角系数的性质

（1）相对性11,222,1A X A X = （2）完整性对N 个表面组成的封闭腔有，

1,11N j j X ==∑

（3）可加性设表面2有2a 和2b 两部分组成，则有1,21,21,2a B X X X =+ 31．什么是有效辐射？如何应用在灰体辐射计算中？

单位时间离开表面单位面积的总辐射能为该表面的有效辐射，记为J 。

在两个等温的漫灰表面组成的二维封闭系统中，无论对于哪种情况，表面1、2之间的辐射换热量为：1,2111,2222,1A J X A J X Φ=-

32．气体辐射有什么特点？

（1）不同气体，辐射和吸收的本领不同。 （2）气体辐射对波长具有选择性。

（3）气体的辐射和吸收是在整个容器中进行的，与气体在容器中的分子数目及容器的形状和容积有关。

33．强化传热的原则是什么？

强化传热时，对热阻较大的一侧流体换热下功夫，往往能收到显著的效果。即在传热温差不变时，改变传热过程中热阻大的那一环节的热阻，可以大大增加传热过程的传热量。

如果要采用加肋片的方式强化传热过程的话，只有在h i,h o相差较大，而A i，A o相差不大时，在h较小的一侧加肋才能收到显著的强化效果。当A i h i≈A o h o但数值都很小时，两侧都要强化措施，如双侧强化管。