传热学 第一章 思考题和习题

思 考 题
1-1 试列举生活中热传导、对流传热和辐射传热的事例。

1-2 冬天，上午晒被子，晚上睡觉为什么还会感到暖和？
1-3 通过实验测定夹层中流体的导热率时，应采用图1-6中哪一种装置？为什么？
1-4 在思考题1-3中，流体为空气时导热率可用式（1-1）计算，式中t ∆为热、冷面的温度差，δ为空气夹层的厚度，Φ为通过空气夹层的热流量，A 为空气夹层的导热面积。

实践证明，t ∆不能太大，否则测得的热导率比真实的热导率大。

试分析其原因。

1-5 从传热的角度出发、采暖散热器的冷风机应放在什么高度最合适？
1-6 从表1-1对流传热系数的大致范围，你可以得出哪些规律性的结论？
1-7 多层热绝缘由铝箔和玻璃纤维纸、玻璃布、尼龙网等依次包扎而成，并且整个系统处在高真空下。

在20～300 K 的温度下它的热导率可低达)K m /(W 10)6.0(0.14⋅×−～,试分析其原因。

1-8 在深秋晴朗无风的夜晚，草地会披上一身白霜，可是气象台的天气报告却说清晨最低温度为2℃。

试解释这种现象。

但在阴天或有风的夜晚（其他条件不变），草地却不会披上白霜，为什么？
1-9 在一有空调的房间内，夏天和冬天的室温均控制在20℃，但冬天得穿毛线衣，而夏天只需穿衬衫。

这是为什么？（提示：参考图1-8，先画出夏天和冬天墙壁传热的温度分布曲线，再解释这种现象。

） 1-10 饱和水蒸气管道外包保温材料，试分析三种传热方式怎样组成由水蒸气经管道壁和保温层到空气的传热过程，并画出热阻串并联图。

1-11 在思考题1-10中，管道外壁的温度近似等于饱和水蒸气的温度。

试用热阻分析解释这一现象。

1-12 某双层壁中的稳态温度分布如图1-7所示，问哪一层材料的热导率大？哪一层材料的导热热阻大？ 1-13 某传热过程的温度分布曲线如图1-8所示，试分别画出其在下列情况下的温度分布曲线：（1）0 / →λδ；（2）∞→ h 1；（3）∞→ h 2；（4）；∞→ h 1，∞→ h 2。

1-14 一碗稀饭放在盛有自来水的面盆中冷却。

为了使稀饭冷却得快一些，用汤勺搅动。

问用汤勺搅动稀饭时稀饭冷却得快，还是搅动自来水时稀饭冷却的快？为什么？
1-15 图1-9为三种太阳能热水器的元件；图a 为充满水的金属管；图b 为在图a 的管外加一玻璃罩，玻璃罩和金属管间有空气；图c 为在图a 的管外加一玻璃罩，但罩与金属管间抽真空。

试分别用框图表示三元件的传热过程，并论述其效率由图a 向图c 逐步提高的原因。

1-16 有两幢形状和大小相同的房子，室内保持相同的温度。

早晨发现一幢房屋屋顶有霜，另一幢屋顶无霜。

试分析哪一幢房屋屋顶隔热性能好。

1-17 由4种材料组成图1-10所示的复合壁，界面接触良好，左面维持均匀恒定的温度1t ，右面维持均匀恒定的温度2t 。

如B λ比C λ大得多，能否用热阻并串联的方法求复合壁的总热阻？为什么？
1-18 某电路板上有4只晶体管，其金属管壳与支架相连，支架与一隔板相连（如图1-11所示），晶体管产生的热量经管壳和支架传给隔板。

假设：4只晶体管温度均匀且相同，本身热阻1i R 也相同；管壳与支架接触良好；支架为铝材，横断面足够大，使支架上几乎没有温度降；支架与隔板间连接处有热阻23R ；晶体管产生热量的一部分由管壳和支架散失，一部分由隔板散失。

试画出晶体管热量散失时热阻并串联情况。

习 题
1-1 平板导热仪是用来测量板状材料热导率的一种仪器，如图1-12所示。

设被测试件为厚20mm 、直径为300mm 的圆盘，一侧表面的温度为250℃，另一侧表面的温度为220℃，四周绝热，通过试件的热流量为63.6W 。

试确定试件材料的热导率。

1-2 机车中，机油冷却器的外表面面积为0.122m ，表面温度为65℃。

行驶时，温度为32℃的空气流过机油冷却器的外表面，表面传热系数为45 )K m /(W 2⋅。

试计算机油冷却器的散热量。

1-3 一电炉丝，温度为847℃，长1.5m ，直径为2mm ，表面发射率为0.95。

试计算电炉丝的辐射功率。

1-4 一外径为0.3m 的圆管，长6m ，外表面平均温度为90℃。

200℃的空气在管外横向流过，表面传热系数为85)K m /(W 2⋅。

入口温度为15℃的水在管内流动，流量为400kg/h 。

如果处于稳态，试求水的出
口温度。

水的比热容)K kg /(18kJ .4c p ⋅=。

1-5 一双层玻璃窗，宽1.1没，高1.2m ，玻璃[导热率)K m /(05W .11
⋅=λ]厚3mm ，中间空气隙[)K m /(W 1060.2-22⋅×=λ]厚7mm 。

求其导热热阻，并与单层玻璃窗比较（设空气隙仅起导热作用）。

1-6 在习题1-5中，如室内的表面传热系数
)K m /(9W h 21⋅=，室外的表面传热系数)K m /(15W h 22⋅=，室内外的空气温度分别为21℃和5℃。

求双层玻璃窗的传热热阻R 和热流量Φ。

1-7 一单层玻璃窗厚3mm ，其他条件同习题1-6。

试求其传热热阻R 和热流量Φ，并与习题1-6比较。

1-8 某锅炉炉墙，内层是厚7.5cm 、)K m /(10W .1⋅=λ的耐火砖，外层是厚0.64cm 、)
K m /(39W ⋅=λ的钢板，且在每平方米的炉墙表面上有18只直径为 1.9cm 的螺栓[)K m /(39W ⋅=λ]。

假定炉墙内、外表面温度均匀，内表面温度为920K ，炉外是300K 的空气，炉墙
外表面的表面传热系数为68)K m
/(W 2⋅，求炉墙的总热阻和热流密度。

1-9 厚10mm 、热导率为50)
K m /(W ⋅的平壁，两侧表面的表面传热系数分别为)K m /(10W h 21⋅=和)K m /(100W h 22⋅=。

试求下列情况下的总热阻并与原来热阻比较：（1）
)K m /(100W h h 221⋅==；（2）)K m /(10W h 21⋅=，)K m /(1000W h 22⋅=；壁厚
1.0mm =δ，1h 和2h 不变。

由结果你能得出什么结论？
1-10 一宾馆的墙壁结构如图1-13所示，即所谓复合壁。

其
尺寸和各层热导率如下：高3m ，宽4m 。

12mm A =δ，
1.5m H A =；12mm B =δ， 1.5m H B =；
50mm C =δ，25mm D =δ，
K)
0.16W/(m A ⋅=λ，K)0.2W/(m B ⋅=λ，K)0.04W/(m C ⋅=λ，K)0.17W/(m D ⋅=λ。

如果内壁温度C 5.17t w1°=，外壁温度C 5.1t w2°−=，求
稳态时此墙壁的散热量。

如A λ改为0.04K)W/(m ⋅，此
壁散热量又为多少？试评价以上两种情况下计算结果的准确
性。

1-11 有一厚23cm 的砖墙，外侧为厚5mm 的水泥，内侧为厚5mm 的木材。

水泥的热导率K)1.1W/(m 1⋅=λ，砖的热导率K)0.84W/(m 2⋅=λ，木材的热导率K)0.15W/(m 3⋅=λ。

由这样的壁构成边长3m 的“空中楼阁”壁外侧表面传热系数为23.2)K m
/(W 2⋅，内侧表面传热系数为8.1)K m /(W 2⋅。

室外温度为-10℃。

要保持室温为20℃，需多大功率的取暖器。

如只有一只2 kW 功率的电炉，室内温度能维持多少？
1-12 有一热导率K)0.49W/(m ⋅=λ、厚度400mm =δ的砖墙，其内侧表面温度为30℃，外侧是
温度为5℃的空气，外侧表面和内侧表面的传热系数分别为15)K m /(W 2⋅和7)K m /(W 2⋅。

市外侧
同时受到太阳照射，功率为每平方米600W 。

设壁面对阳光只吸收80%，试求通过砖墙的热流密度q 和室温fi t 。

1-13 将一个透明的薄膜型加热器件贴在汽车玻璃窗内表面上，以消除雾气。

通电加热该器件，玻璃内表面上有均匀热流密度。

当车内空气温度C 25t fi
°=时，表面传热系数)K m /(65W h 2o ⋅=。

玻璃窗厚度4mm =δ，热导率K)1.04W/(m ⋅=λ。

问要保持窗内表面温度C 15t wi °=，车窗单位表面上所需电功率P 是多少？如不加热，wi t 又为多少？
1-14 在寒冷的季节刮风时，人们会感到寒风刺骨，裸露的人体皮肤向周围大气的散热量会增加。

设人体脂肪层组织的厚度3mm =δ，其内表面温度wi t 保持36℃。

在无风时，其外表面传热系数)K m /(25W h 2o ⋅=。

当风速为0.5m/s 时，外表面传热系数o h 可达)K m /(65W 2⋅。

在这两种气候下，环境气温C -15t f °=。

试求：（1）在无风和刮风天气，皮肤单位面积上的热损失之比是多少？（2）在无风和刮风天气，皮肤外表面温度各是多少？（3）有风时热损失如与无风时一样，相当于无风时气温降至多少？。