习题解答对流资料
第四版传热学第五、六,七 八 章习题解答
第五章复习题1、试用简明的语言说明热边界层的概念。
答：在壁面附近的一个薄层内，流体温度在壁面的法线方向上发生剧烈变化，而在此薄层之外，流体的温度梯度几乎为零，固体表面附近流体温度发生剧烈变化的这一薄层称为温度边界层或热边界层。
2、与完全的能量方程相比，边界层能量方程最重要的特点是什么？答：与完全的能量方程相比，它忽略了主流方向温度的次变化率σα22x A ，因此仅适用于边界层内，不适用整个流体。
3、式（5—4）与导热问题的第三类边界条件式（2—17）有什么区别？答：=∂∆∂-=yyt th λ（5—4）)()(f w t t h h t-=∂∂-λ （2—11）式（5—4）中的h 是未知量，而式（2—17）中的h 是作为已知的边界条件给出，此外（2—17）中的λ为固体导热系数而此式为流体导热系数，式（5—4）将用来导出一个包括h 的无量纲数，只是局部表面传热系数，而整个换热表面的表面系数应该把牛顿冷却公式应用到整个表面而得出。
4、式（5—4）表面，在边界上垂直壁面的热量传递完全依靠导热，那么在对流换热中，流体的流动起什么作用？答：固体表面所形成的边界层的厚度除了与流体的粘性有关外还与主流区的速度有关，流动速度越大，边界层越薄，因此导热的热阻也就越小，因此起到影响传热大小5、对流换热问题完整的数字描述应包括什么内容？既然对大多数实际对流传热问题尚无法求得其精确解，那么建立对流换热问题的数字描述有什么意义？答：对流换热问题完整的数字描述应包括：对流换热微分方程组及定解条件，定解条件包括，（1）初始条件 （2）边界条件 （速度、压力及温度）建立对流换热问题的数字描述目的在于找出影响对流换热中各物理量之间的相互制约关系，每一种关系都必须满足动量，能量和质量守恒关系，避免在研究遗漏某种物理因素。
基本概念与定性分析5-1 、对于流体外标平板的流动，试用数量级分析的方法，从动量方程引出边界层厚度的如下变化关系式：x xRe 1~δ解：对于流体外标平板的流动，其动量方程为：221xy u v dx d y u v x y u ∂+-=∂∂+∂∂ρρ 根据数量级的关系，主流方的数量级为1，y 方线的数量级为δ则有2211111111δρδδv +⨯-=⨯+⨯ 从上式可以看出等式左侧的数量级为1级，那么，等式右侧也是数量级为1级， 为使等式是数量级为1，则v 必须是2δ量级。
《传热学》课后习题答案-第一章
传热学习题集第一章思考题1． 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。
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。
② 牛顿冷却公式：，其中，－热流密度；－表面传热系数；－固体表面温度；－流体的温度。
③ 斯忒藩－玻耳兹曼定律：，其中，－热流密度；－斯忒藩－玻耳兹曼常数；－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 2.K)；③ 传热系数的单位是：W/(m 2.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。
传热学对流换热的练习题
h 189.1 0.6415/ 0.02 6064W /(m2 K )
水被冷却时：
Nu f 0.023 39506 3.925 164.9
0.8 0.3
h 164.9 0.6415/ 0.02 5289W /(m K )
2
h加热 h冷却
6064 3.9250.4 1.147 实际上即为 0.3 5289 3.925
因此选用希德-台特公式：
3
.8 1/ 3 0.14 Nu f 0.027 Re 0 Pr ( / ) 0f f f w
，
30℃时水的物性查表得： ρ=995.7kg/m
2 c 4.174 kJ /( kg K ) ， 61.8 10 W /(m k ) p 6 Pr 5.42 801.5 10 kg /(m s)，
分析： 1.根据整个风道的能量平衡得到
q mc p (Tm, L Tm,o )
q 0.05kg / s 1010 J / kg K (77 103)C
q 1313W
2.从热阻回路可以推出x＝L处的热流密度表达式
q ( L)
" s
1/ hx ( L) (1/ ho )
解：（1）这是一个空气自然对流流过水平横管的换热问题，特征尺寸为管外径d。
170 20 tm 95， / m 2 , c p 1.009kJ /( kg K ), 3.17 102W /( m K ), 22.615 106 m 2 / s, Pr 0.689 g td 3 9.81 (170 20) 0.153 7 Grm 3.314 10 2 (20 273) (22.615 10 6 ) 2
《传热学》习题课(对流换热部分)
6
3.3426 106
w
0.04 3.3426 0.9
10 5.4
1
0.698 3
19.6 10 6
1.2
50
21.564 Pa
第五章 对尹流华换杰热专—用习题
5-10．两无限大平板之间的流体，由于上板 运动而引起的层流粘性流动，文献中常称库 埃特流。若不计流体中由于粘性而引起的机 械能的转换。试求解流体的速度与温度分布。 上板温度为tw2，下板温度为tw1。
第六章 单相对流传热的实验关联 式—尹复华习杰题专用
1. 什么叫做两个同类的物理现象相似？相 似的物理现象有什么共性？怎样才能做到两 个物理现象相似？
答：如果两个同类的物理现象，在相应时刻与 相应地点上与现象有关的物理量一一对应成比 例，则称此两物理现象彼此相似。 共性：同名相似特征数相等，单值性条件相似。 在两个同类物理现象的初始条件、边界条件、 几何条件和物理条件相似时，可做到两个物理 现象相似。
u21 p x(y2H)yuH Hy
第五章 对尹流华换杰热专—用习题
速度和温度分布
积分简化能量方程可得：
tf3xyf4x
代入上下面的温度边界条件得：
t
tw2
tw1tw2 H
y
第五章 对尹流华换杰热专—用习题
5-14 实验测得一置于水中的平板某点的切应 力为1.5Pa，如果水温与平板温度分别为15℃ 与60℃，试计算当地的局部热流密度。
第五章 对尹流华换杰热专—用习题
速度和温度分布
由于两板无限大，稳态情况下压力沿x方向的变化 率为常数，积分简化动量方程可得：
u y 1 p x y f1 x u 2 1 p x y 2 f1 x y f2 x
传热学第五版第1 4章习题解答
℃
℃
(m2·K)/W
1
0-14：解：
RA
qA 45.92 2.8 3 =385.73 W
A
0.2 45 3 2
R 0.2 4.4 103 (m2·K)/W 45
q
t R
285 150 4.4 103
qA 3.07 104 6 1.84 105 W
K/W
W/m2
℃
909636
(面积为 A2 的平板表面上的热阻) （单位面积热阻）
（3）可以忽略，因为厚度很小，金属的导热系数较大，则导热热阻 很小。故可以忽略。
第一章 导热理论基础
1-4：前提是假定所研究的物体是各向同性的连续介质，其导热系数 , 比热容 c，和密度 均为已知，并假定物体内具有内热源。
0-15：解：
∵ q h(tw t f )
∴ tw
tf
q h
85
7.4 104
3.07 104
5110 73
qA q 2R l 5110 50 103 3.14 2.5 2006.7 W
155
0-17：解：
（1） R 1 1 1 1 0.012 (m2·K)/W h1 h2 5000 85
k 1 1 83.3 W/(m2·K) R 0.012
ktA 83.3 (500 45) 24 909636 W
（2） ' ktA 85 (500 45) 24 928200 W
误差 ' 100% 928200 909636 2%
化工原理王志魁第五版习题解答：第四章 传热
第四章传热【热传导】【4-3】用平板法测定材料的热导率，平板状材料的一侧用电热器加热，另一侧用冷水冷却，同时在板的两侧均用热电偶测量其表面温度。
若所测固体的表面积为0.02m 2，材料的厚度为0.02m 。
现测得电流表的读数为2.8A ，伏特计的读数为140V ，两侧温度分别为280℃和100℃，试计算该材料的热导率。
解根据已知做图热传导的热量.28140392Q I V W =⋅=⨯=()12AQ t t bλ=-.().()12392002002280100Qb A t t λ⨯==--()./218W m =⋅℃【4-4】燃烧炉的平壁由下列三层材料构成：耐火砖层，热导率λ=1.05W/(m·℃)，厚度230b mm =；绝热砖层，热导率λ=0.151W/(m·℃)；普通砖层，热导率λ=0.93W/(m·℃)。
耐火砖层内侧壁面温度为1000℃，绝热砖的耐热温度为940℃，普通砖的耐热温度为130℃。
(1)根据砖的耐热温度确定砖与砖接触面的温度，然后计算绝热砖层厚度。
若每块绝热砖厚度为230mm ，试确定绝热砖层的厚度。
(2)若普通砖层厚度为240mm ，试计算普通砖层外表面温度。
解(1)确定绝热层的厚度2b 温度分布如习题4-4附图所示。
通过耐火砖层的热传导计算热流密度q 。
()1121q t t b λ=-.()/.W m =-=21051000940274 023绝热砖层厚度2b 的计算()2232q t t b λ=-.().b m =-=201519401300446 274每块绝热砖的厚度为023m ．，取两块绝热砖的厚度为.20232046b m =⨯=．。
(2)计算普通砖层的外侧壁温4t 先核算绝热砖层与普通砖层接触面处的温度3t (2)32227404694010530151qb t t λ⨯=-=-=℃习题4-3附图习题4-4附图3t 小于130℃，符合要求。
化工原理复习资料
化工原理(姚玉英) 习题解答01章概念1．单位体积流体所具有的质量称为流体的密度。
3．流体是由无数分子集团所组成的连续。
6．在静止的流体内，单位面积上所受的压力称为流体的静压强。
7．以绝对零压作起点计算的压强，称为绝对压强。
10．当被测流体的绝对压强大于外界大气压强时，所用的测压仪表称为压强表。
12．压强表上的读数表示被测流体的绝对压强比大气压强高出的数值，称为表压强。
16．被测流体的绝对压强小于外界大气压强时，所用测压仪表称为真空表。
20．真空表上的读数表示被测流体的绝对压强低于大气压强的读数。
28．绝对压强等于大气压强与表压强之和。
35．真空度等于大气压强表压强绝对压强。
37．单位时间内流过管道任意截面的流体量称为流量。
39．单位时间内流体在流动方向上所流过的距离称为流速。
43．柏努利方程式中的gz项表示单位质量流体所具有的位能，项表示单位质量流体所具有的动项表示单位质量流体通过泵（或其他输送设备）能，项表示单位质量流体所具有的静压能，we所获得的能量，称为有效功，项表示单位质量流体因克服流动阻力而损失的能量。
55．流体在直管中流动，当Re≤2000时，流体的流动类型属于层流，当Re≥4000时，流体的流动类型属于湍流，当2000＜Re＜4000时，流体的流动类型属于不稳定的过渡区。
62．流体在管内作层流流动时，其质点沿管轴作有规则的平行运动。
64．流体在管内作湍流流动时，其质点作不规则的杂乱运动。
66．流体在圆管内层流流动时，平均速度是最大速度的一半。
80．对于非圆形管，当量直径等于四倍的流通截面积除以润湿周边。
81．层流与湍流的本质区别是层流无径向脉动，而湍流有径向脉动。
二、简答题3．简述层流与湍流的区别。
流体在管内作层流流动时，其质点沿管轴作有规则的平行运动，各质点互不碰撞，互不混合。
流体在管内作湍流流动时，其质点作不规则的杂乱运动，并相互碰撞，产生大大小小的漩涡。
4．什么是“当量直径”?对非圆形截面的通道, 可以找到一个与圆形管直径相当的“直径”来代替, 此直径即称为“当量直径”。
热对流习题解答
热对流习题解答1. 什么是热对流？热对流是指在大气层中，温度不同的气体通过对流传递热量的现象。
当冷空气下沉或温暖空气上升时，通过对流传递的热量产生热对流现象。
2. 热对流的影响有哪些？热对流的影响包括以下几个方面：- 天气变化：热对流是引发天气变化的重要因素，如形成云层、降雨等。
- 气候变化：热对流是气候变化的重要机制之一，通过对流传递的热量可以改变地球的能量平衡。
- 飞机飞行：热对流可能导致空气的不稳定，对飞机飞行产生影响，如颠簸、气流变化等。
- 地质灾害：热对流可以引发地质灾害，如山体滑坡、火山爆发等。
3. 如何预测热对流？预测热对流需要通过气象学和相关的观测数据进行分析。
以下是预测热对流的常用方法：- 观测云的形态和特征，以判断是否可能发生热对流现象。
- 使用雷达和卫星图像监测雷暴云的发展，以预测热对流的时间和位置。
- 分析大气环流和温度垂直分布，以判断热对流的强度和范围。
4. 如何应对热对流带来的影响？应对热对流带来的影响需要根据具体情况采取相应的措施。
以下是一些建议：- 在飞行时，避开可能存在热对流的区域，根据天气预报和气象信息选择合适的航线。
- 在建筑和基础设施设计中考虑地质灾害和热对流的影响，采取相应的防护措施。
- 关注天气预报，及时采取行动应对可能发生的热对流天气，如减少户外活动、做好防雷防雨等。
- 在农业生产中，根据热对流的影响合理安排种植时间和灌溉计划，以提高农作物产量和品质。
以上是关于热对流的习题解答，希望对您有所帮助。
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物性参数均已知。
解：由内热阻可不计，则可认为平壁内的温度处处相等建立热平衡关系
18 把初始温度相同，材料相同的金属板、细圆柱体和小球放在同一种介质中加热，如薄板厚 度、细圆柱体直径、小球直径相等，对流换热系数相同，求把它们加热到同样温度所需 的时间比。
解：设介质的温度为T f ，初始温度为T0 ，加热到同样温度T ，则
T Tf ， ln hA t BivFov
？？炉外包扎两层厚度相同的绝热层，外层的平均厚度为内层的 2 倍，导热系数为内层的 2 倍。
若两层互换位置，其他条件不变，问单位面积的热损失改变多少？哪种材料放内层好？
解：设外层平均厚度 dm,2，内层平均厚度 dm,1
dm,2 = 2 dm,1 2 = 21
Q
t
t
t d m,1l
解： IU 0.12315 1.845W
d2 d1 150 75 37.5mm
2
2
热导率
1.845 37.5103
0.356W (m K)
d1d2 (T1 T2 ) 3.14 75150106 (325.8 320.3)
238.6C
14. 用 345mm 厚的普通粘土砖和 115mm 厚的轻质粘土砖砌成平面炉
墙，其内表面温度为 1250℃，外表面温度为 150℃，试求界面的温
度和热流量 Ф。
解：假定界面温度为 Tm
700 C ，T
1250 150 2
700C
则 T1
T1 T 2
975C ，T2
21 d0 22 d1 2 21 d0 21 d1 41 d0
Q/ Q Q
t 1 (ln d1 41 d0
2ln 2)
1
t (2ln d1
41
d0
t
ln 2)
>0？？0.78；导热材料大的放内层热损
1 (2ln d1 ln 2)
41
d0
失小，导热小的放外侧保温效果好。
13 一平底锅烧开水，锅底已知有厚度为 3mm 的水垢，其热导率1W (m K) ，
已知与水相接触的水垢层表面温度为 111℃，通过锅底的热流密度为
42400 W m2 ，试求金属锅底的最高温度。
解：设金属锅底最高温度 t2，与水相接触的水垢层表面温度 t1=111℃，水 垢厚 δ=3mm，则金属锅底与水垢表面的温度差：
b
b
b
b
5b
1sm,1 2 sm,2 1d m,1l 21 2d m,1l
4 1
两种材料互换位置
Q/
t
t
t d m,1l
b b
bb
b
2 sm,2 1sm,1 21d m,1l 1 2d m,1l
1
Q/ l 5 1.25 Q4 l
互换位置后热损失减少，说明在其他条件相同时，将导热系数小的材料放在内层好。
17． 蒸汽管外包扎两层厚度相同的绝热层 倍。若两层互换位置，其他条件不变，问每米管
长热损失改变多少？哪种材料放内层好？
解：设外层平均直径 dm,2，内层平均直径 dm,则： dm,2 = 2 dm,1； 2 = 21
Q
1
t ln d1
t q 42400 3103 127 .2C
1
∴ t2 t1 t 111 C 127 .2C 238 .2C ;
若锅底金属厚 3mm，λ =325(w/m.k); 则：
tMax
t facia
q M m
238.2 424003103 325
0 T0 Tf
0 cV
由题意知，所需的时间比为（薄板厚度、细圆柱体、小球直径为 d）
t1 : t2 : t3
1 A1
:
1 A2
:
1 A3
d :d :d 246
1 : 1 : 1 6 : 3 : 2 ？？？？？？ 246
V1 V2 V3
19. 一块单侧表面积为 A，初始温度为 T0 的平壁，一侧表面突然受到恒定热流密度 q0 的加热，另一侧表面则受到温度 T∞ 的气流冷却，对流换热系数为 h。试列出物体温度随时间变化的微分方程式并求解之。设内热阻可不计，其他几何、
T
T2 2
425C
1 1.34W (m C) ， 2 0.46W (m C)
iterative
热流量 q
T 1 2
1250 150 0.345 0.115
2157 W
m2
1 2 1.34 0.16
界面温度： T
T1
q 1 1
1
ln d2
t 1 ln d1 1
ln 2d1
t 1 (2ln d1 ln 2)
21 d0 22 d1 21 d0 2 21 d1 41
d0
两种材料互换位置后
Q/
1
t ln d1 1
ln d2
1
t ln d1
1 ln 2d1
t 1 (ln 2d1 2ln 2)
查附录表得镁砖的 2.1 0.00019 T
∴ 2.1 0.00019 975 2.29W (m C)
∴通过每平方米炉墙的热损失
q
T1
T2
1650 300 370103 8355.4W
m2 如何确认对否???
2.29
16. 采用球壁导热仪来确定一种紧密压实型砂的热导率，被测材料的内外直径分别为 d1 75mm ， d2 150 mm 。达到稳态后读得 T1 52.8C ， T2 47.3C 。加热器电 流 I 0.123A ，电压U 15V 。试计算型砂的热导率。
1250
2157
0.345 1.34
689 C
与设定值的相对误差： 700 689 100% 1.6% ， 700
15. 一个加热炉的耐火墙采用镁砖砌成，其厚度 δ=370mm， 已知镁砖内外侧表面温度分别为 1650℃和 300℃，求通 过每平方米炉墙的热损失。
解：炉墙的平均温度 T 1650 300 975C 2