传热学-习题课-复习
传热学复习题及其答案经典总结
传热学复习题及其答案（Ⅰ部分）一、 概念题1、试分析室内暖气片的散热过程，各个环节有哪些热量传递方式？以暖气片管内走热水为例。
答：有以下换热环节及传热方式：（1） 由热水到暖气片管道内壁，热传递方式为强制对流换热；（2） 由暖气片管道内壁到外壁，热传递方式为固体导热；（3） 由暖气片管道外壁到室内空气，热传递方式有自然对流换热和辐射换热。
2、试分析冬季建筑室内空气与室外空气通过墙壁的换热过程，各个环节有哪些热量传递方式？答：有以下换热环节及传热方式：（1） 室内空气到墙体内壁，热传递方式为自然对流换热和辐射换热；（2） 墙的内壁到外壁，热传递方式为固体导热；（3） 墙的外壁到室外空气，热传递方式有对流换热和辐射换热。
3、何谓非稳态导热的正规阶段？写出其主要特点。
答：物体在加热或冷却过程中，物体内各处温度随时间的变化率具有一定的规律，物体初始温度分布的影响逐渐消失，这个阶段称为非稳态导热的正规阶段。
4、分别写出N u 、R e 、P r 、B i 数的表达式，并说明其物理意义。
答：（1）努塞尔(Nusselt)数，λlh Nu =，它表示表面上无量纲温度梯度的大小。
（2）雷诺(Reynolds)数，νl u ∞=Re ，它表示惯性力和粘性力的相对大小。
（3）普朗特数，a ν=Pr ，它表示动量扩散厚度和能量扩散厚度的相对大小。
（4）毕渥数，λlh B i =，它表示导热体内部热阻与外部热阻的相对大小。
5、竖壁倾斜后其凝结换热表面传热系数是增加还是减小？为什么？。
答：竖壁倾斜后，使液膜顺壁面流动的力不再是重力而是重力的一部分，液膜流 动变慢，从而热阻增加，表面传热系数减小。
另外，从表面传热系数公式知，公式中的g 亦要换成θsin g ，从而h 减小。
6、按照导热机理，水的气、液、固三种状态中那种状态的导热系数最大？ 答：根据导热机理可知，固体导热系数大于液体导热系数；液体导热系数大于气体导热系数。
传热学习题及参考答案
《传热学》复习题一、判断题1．稳态导热没有初始条件。
（）2．面积为A的平壁导热热阻是面积为1的平壁导热热阻的A倍。
（）3．复合平壁各种不同材料的导热系数相差不是很大时可以当做一维导热问题来处理（）4．肋片应该加在换热系数较小的那一端。
（）5．当管道外径大于临界绝缘直径时，覆盖保温层才起到减少热损失的作用。
（）6．所谓集总参数法就是忽略物体的内部热阻的近视处理方法。
（）7．影响温度波衰减的主要因素有物体的热扩散系数，波动周期和深度。
（）8．普朗特准则反映了流体物性对换热的影响。
（）9. 傅里叶定律既适用于稳态导热过程，也适用于非稳态导热过程。
（）10.相同的流动和换热壁面条件下，导热系数较大的流体，对流换热系数就较小。
（）11、导热微分方程是导热普遍规律的数学描写，它对任意形状物体内部和边界都适用。
( )12、给出了边界面上的绝热条件相当于给出了第二类边界条件。
( )13、温度不高于350℃，导热系数不小于0.12w/(m.k)的材料称为保温材料。
( )14、在相同的进出口温度下，逆流比顺流的传热平均温差大。
( )15、接触面的粗糙度是影响接触热阻的主要因素。
( )16、非稳态导热温度对时间导数的向前差分叫做隐式格式，是无条件稳定的。
( )17、边界层理论中，主流区沿着垂直于流体流动的方向的速度梯度零。
( )18、无限大平壁冷却时，若Bi→∞，则可以采用集总参数法。
( )19、加速凝结液的排出有利于增强凝结换热。
( )20、普朗特准则反映了流体物性对换热的影响。
( )二、填空题1．流体横向冲刷n排外径为d的管束时，定性尺寸是。
2．热扩散率（导温系数）是材料指标，大小等于。
3．一个半径为R的半球形空腔，空腔表面对外界的辐射角系数为。
4．某表面的辐射特性，除了与方向无关外，还与波长无关，表面叫做表面。
5．物体表面的发射率是ε，面积是A，则表面的辐射表面热阻是。
6．影响膜状冷凝换热的热阻主要是。
《传热学》习题课(辐射换热)
第九章 辐射换热的计算—复习题
• 5. 什么是一个表面的自身辐射、投入辐射及 有效辐射？有效辐射的引入对于灰体表面系 统辐射换热的计算有什么作用？ 答：自身辐射：物体从一个表面由于自身的 辐射性质而发射出动的辐射。 投入辐射：单位时间内投射到表面的单位面 积上的总辐射能。 有效辐射：单位时间内离开表面单位面积的 总辐射能。 作用：避免了在计算辐射换热时出现多次吸 收反射的复杂性。
第八章 热辐射基本定律及物体的 辐射特性—习题
• 8-11 把地球作为黑体表面，把太阳看成是 T=5800K的黑体，试估算地球表面的温度。 已知地球直径为1.29×107m，太阳直径为 1.39×109m，两者相距1.5×1011m。地球对 太空的辐射可视为对0K黑体空间辐射。 4 4 T 5800 • 解： Eb1 C0 5.67
第八章 热辐射基本定律及物体的 辐射特性—习题
• 8-1 一电炉的电功率为1kW，炉丝温度为 847℃，直径为1mm。电炉的效率（辐射 功率与电功率之比）为0.96。试确定所需 炉丝的最短长度。 4
T 0.96 1000 • 解： 0.96 E 0.96C b 0 dl 100 0.96 1000 l 3.425m 4 1120 3 10 5.57 100
第九章 辐射换热的计算—复习题
• 6. 对于温度已知的多表面系统，试总结求解 每一表面净辐射换热量的基本步骤。 答：温度已知时，发射率、辐射能可求出。 可采用网络法或数值方法求解。 但首先应计算出每个面的辐射能Ebi发射率εi， 解系数Xi,j。然后再计算各表面的有效辐射Ji， 最后由 Ebi J i 确定每个表面的净辐射换热 i 1 i 量。
《传热学》习题课（辐射换热）
《传热学》习题课(对流换热部分)精品课件
查附录8和10，25℃时：
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空气： 15.06 16 15.53106 m2 / s
2
水： 1.006 0.805 0.9055106 m2 / s
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第五章 对流换热—习题
5-23．对置于气流中的一块很粗糙的表面进
行传热试验，测得如下的局部换热特征性的
结果：Nu x
0.04
Re
0.9 x
1
Pr 3
其中特征长度x为计算点离开平板前缘的距离。
试计算当气流温度t∞=27℃、流速u∞=50m/s 时离开平板前缘x=1.2m处的切应力。平壁温
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qw1=2qw2 qw2 qw1=0 qw2
第五章 对流换热—习题
5-4．设某一电子器件的外壳可
以简化成附图所示的形状，截
面呈正方形，上、下表面绝热，
而两侧竖壁分别维持在th及tc
（th>tc）。试定性地画出空腔
截面上空气流动的图像。
th
tc
解：th及tc使近壁介质产生密度 差，上下壁面绝热，无热量传
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第五章 对流换热—复习题
5. 对流换热问题完整的数学描写应包括什么 内容？既然对大多数实际对流换热问题尚无 法求得其精确解，那么建立对流换热问题的 数学描写有什么意义？ 答：应包括：质量守恒方程式，即连续性方 程；动量守恒方程式，即纳维—斯托克斯方 程；能量守恒方程式。
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第五章 对流换热—复习题
H
《传热学》复习
《传热学》复习一、思考题1、 试述导热系数、对流换热系数、传热系数的物理意义。
2、 试说明物体内的等温线为何不能相交？热流线能否相交？3、 有一正圆台的四周绝热，顶面温度高于底面，试作出定性等温面与热流线。
4、 一条暴露在大气中的热管道与外界通过哪些方式进行传热？5、 内径相同时，同种材料的厚壁管是否一定比薄壁管的热损失小？试举例说明。
6、 设冬天室内温度为1f T ，室外温度为2f T ，试针对下列情况画出从室内经砖墙到室外的温度分布示意曲线：（1） 室外平静无风；（2） 室外挂大风，冷空气以较大流速吹过砖墙表面；（3） 如果再考虑砖墙与周围环境之间的辐射换热，则温度分布将如何变动？为什么？7、 在夏天，室内保持20℃的室温，穿短裤、凉鞋和衬衫也感到舒服，而到冬天，室内保持同样温度，这时人们穿厚的运动衫才能感到舒服。
试说明原因。
8、 说明下列各式所描述的物理现象：（1）02=∇T ； （2）022=Φ+ dxT d k ； （3）⎪⎪⎭⎫ ⎝⎛∂∂+∂∂=∂∂2222y T x T a t T 9、 试说明固体导热第三类边界条件式()wf w n T k T T h ∂∂-=-中各项的含义，并说明在什么情况下，第三类边界条件可变为第一类边界条件。
10、 试述非稳态导热差分方程式的稳定性判据。
11、 试比较一维稳态导热和一维非稳态导热的差分方程式。
非稳态导热和稳态导热的差分方程式的求解有何区别？12、 平板、圆管、圆球及翅片各在什么情况下可以按一维稳态导热计算？13、 在推导圆筒壁稳定导热的计算式时作了哪些假设？为什么在运用傅里叶定律中不用热流密度来表示？14、 某热力管道采用两种不同材料的组合保温层，两层厚度相等，第二层的算术平均直径两倍与第一层的算术平均直径，而第二层材料的导热系数仅为第一层材料的一半。
如果把两层材料相互调换，其他情况不变，问每米长管道热损失将如何变化？15、 一厚度为δ的无限大平板，其导热系数k 不变，平板内具有均匀内热源Φ，平板一侧绝热，另一侧与温度为T f 的流体对流换热，换热系数为h ，试写出这一稳定导热过程的完整数学描述。
《传热学》习题课(导热部分)
第二章 导热基本定律及稳态导 热——思考题
• 10. 有人对二维矩形物体中的稳态、无内热源、常 物性的导热问题进行了数值计算。矩形的一个边绝 热，其余三个边均与温度为tf的流体发生对流换热。 你能预测他所得的温度场的解吗？ 答：为以tf均匀分布的温度场。因一边绝热无热流 传递，其它三个边外的温度相同，无内热源，常物 性、稳态。如果不是以tf大小的均匀分布温度场， 就存在温差和外部有热流量交换，因无内热源，板 内无热量保持供给或吸收，就不能维持这个温差， 温差如有变化不符合稳态条件，只能是以tf大小均 匀分布的温度场。
第一章 绪论——习题
• 1-3 一宇宙飞船的外形示于附图中，其中外遮 光罩是凸出于飞船船体之外的一个光学窗口， 其表面的温度状态直接影响到飞船的光学遥感 器。船体表面各部分的表面温度与遮光罩的表 面温度不同。试分析，飞船在太空中飞行时与 遮光罩表面发生热交换的对象可能有哪些？换 热的方式是什么？
飞船船体
第二章 导热基本定律及稳态导 热——思考题
• 9. 在式（2-49）所给出的分析解中， 不出现导热物体的导热系数，请你提供 理论依据。 答：因稳态、无内热源、导热系数为常 数的二维导热问题的控制方程（2-46a） 与导热系数无关；四个边界条件是温度 边界条件，不包含导热系数（2-46b）。 （2-49）式是上述定解问题的解，自然 不出现导热物体的导热系数。
q
A
T T
4 1
4 2
第一章 绪论——习题
• 1-17 有一台气体冷却器，气侧表面传热 系数h1=95W/(㎡· K)，壁面厚δ=2.5㎜， λ=46.5W/(m·K)，水侧表面传热系数 h2=5800W/(㎡· K)。设传热壁可以看作平 壁，试计算各个环节单位面积的热阻及 从气到水的总传热系数。你能否指出， 为了强化这一传热过程，应首先从哪一 环节着手？
传热学复习课
ti1, j ti, j1
2
h x
2ti, j
2
h x
t
0
x y
绝热边界节点
ti ,j1 ti ,j1 2ti1,j 4ti ,j 0
x y
对流换热
要求
熟练掌握本章的基本概念 深刻理解边界层理论，并灵活运用它分析各种
对流换热问题以及强化对流换热的指导思想 知道对流换热方程组的推导方法和理论依据 了解边界层积分方程及其结果 熟练掌握相似理论 熟练应用对流换热经验公式进行计算（无需死
导热问题以及任何其他问题（包括流体力学 问题）的数学描述都基于“守恒”这一基本 物理原理来建立
要灵活应用“守恒”，特别是能量守恒建立 不同的传热过程的数学方程
导热问题—练习
导热微分方程的建立基于什么基本原理？
导热问题—练习
各向同性物体二维稳态导热，物体中任一点 可否具有两个温度梯度？
导热问题—练习
要求
对集总分析务必要掌握, 并能灵活地运用, 既会 求时间,也能由给定时间来倒求尺寸(直径,厚度 等).
对一般性的非稳态传热问题，至少要能够建立 其微分方程和初始、边界条件
非稳态导热问题
几点说明
导热物体外的换热条件可能是对流换热,也可 能是辐射换热,还有可能是对流和辐射的耦合. 当外部换热条件为辐射换热或复合换热时,大 家应该熟练掌握如何根据能量守恒原理建立 导热微分方程.
导热问题的数值解
要求
建立节点差分方程的方法，重点掌握控制容积 热平衡法；
非稳态问题的数值解
时间步长和空间步长的选择——稳定性条件 显式和隐式格式的概念 向前、向后、中心差分格式
离散代数方程组的迭代解法的发散问题
以上基本概念要很清晰，能够写出所给方程 的差分方程
传热学复习题精练版(传热学)杨世铭 陶文铨第四版
1. 传热：是指热能的传递(从空间一个位置传递到另一个位置）过程，即在温差作用下物质中发生的热量传递过程。
2. 传热学：研究热量传递规律的一门学科。
3. 热传导：温度不同的物体各部分或温度不同的两物体间直接接触时，依靠分子、原子及自由电子等微观粒子热运动而进行的热量传递现象。
4. dx dt A q λ-=Φ=Φ－热流量，单位Wq －热流密度，通过单位面积的热流量，单位W/m2“-”：热量传递方向指向温度降低方向，与温度升高方向相反A ：垂直于热量传递方向的截面面积，单位m2λ：导热系数，物性参数，取决于物质的热力状态，单位 W/(K •m)单位温度梯度作用下的物体内所产生的热流量，标量，表征物体导热本领的大小5. 热对流：流体各部分之间发生相对位移时，冷热流体相互掺混所引起的热量传递过程。
6. q=Φ/A=h ∆tA －与流体接触的壁面面积h －表面传热系数，单位W/(m2·K)，表征对流换热过程的强弱，是过程量－与很多因素有关(流体种类，表面形状，流体速度大小等)。
7. 1/Ah 是对流换热的热阻，Aλδ是导热热阻 8. 温度场：物体中各点温度值所组成的集合9. 同一瞬间温度相等的各点连成的线或面称为等温线或等温面10. 温度梯度：指向变化最剧烈的方向11. 导热基本定律（傅立叶定律）：在导热现象中，单位时间内通过给定截面的热量，正比于垂直于该截面方向上的温度梯度和截面面积，方向与温度梯度相反。
一般表达式：→→→∂∂-=-=Φ=n n t gradt A λλq 12. 热扩散率：a=cρλ，m2/s ，物性参数，物体向与其接触的低温物体散热的能力。
λ越大，一定时间内可传递更多热量，ρc 越小，温度上升1度所需热量越少。
13. 吸热系数：λρc ，物体向与其接触的高温物体吸热的能力。
14. 圆筒：t=t1+(t2—t1))1/2ln()1/ln(r r r r R=l r r πλ2)1/2(ln 15. 套管：m=CA P λh P=d π δπd =C A16. 集中参数法：Bi=≤λ)/(h A V 0.1 Fo=2)/(A V a τhA cVρτ=c)o ex p()ex p(t 00F Bi cV hA t t t •-=-=--=∝∝τρθθ 17. 半无限大物体：①惰性时间：a 16x 2≤τ ②位置上：22x ≥τa 18. 流动边界层：当流体流过固体壁面时，由于流体粘性的作用,使得在固体壁面附近存在速度发生剧烈变化的薄层。
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ห้องสมุดไป่ตู้ 例4
有效换 热面
hAt 175 0.01 0.01 4 0.01 0.001 85 20 1.59W
例5
例 4中，如果把芯片及底板置于一个封闭 的机壳内，机壳的平均温度为 20C，芯片的 表面黑度为 0.9 ，其余条件不变，试确定芯 片的最大允许功率。
400 50 0.033 0.00023 2 0.08475W m K
tW 1 tW 2 2l d2 ln d 1 2 3.14 0.08475 400 50 163W d2 ln d 1
R1是主要的热阻，要强化这一传热过程 首先应从强化气侧换热着手。
例7
如图所示的传热过程，已知：
tW 1 460。 C， t f 2 300。 C， 1 5mm， 2 0.5mm，
1 46.5 W m K , 2 1.16 W m K ,
h2 5800 W
例6
解：
1 1 5 2 R1 1053 10 m K h1 95
W
2.5 10 R2 46.5
3
5.376 105 m 2 K
W
1 1 5 2 R3 17.24 10 m K h2 5800
W
1 105 K 93 W m 2 K R1 R2 R3 1053 5.376 17.24
m 1.996 103 = 24 3600 d1d 2 t 3.14 1.8 104 25 195.6 0.6 0.66 0.03
1.647W
5
m K
2
W
例8
外径为 100mm 的蒸汽管道，覆盖密度为 20kg/m3的超细玻璃棉毡保温。已知蒸汽管 道外壁温度为 400C ，希望保温层外表面温 度不超过50C，且每米长管道上散热量小于 163W，试确定所需的保温层厚度。
例8
解：由附录4得导热系数：
0.033 0.00023 t
例8
d2 ln 1.1434 d1
d2 313.7mm
313.7 100 106.9mm 2
例9
一个储液氮的容器可近似地看成内径为 300mm 的圆球，球外包有厚 30mm 的多层 结构的隔热材料。隔热材料沿半径方向的当 量导热系数为 1.8e-4W/(m.k) 。球内液氮的 温度为 -195.6C ，室温为 25C ，液氮的相变 热为（汽化潜热）为199.6kJ/kg。试估算在 上述条件下液氮每天的蒸发量。
抽气口密封性破坏使气体进入夹层，保温性 能下降。
例3
夏天，阳光照耀在一厚度为40mm的用层 压板制成的木门外表面上，用热流计测得木 门内表面的热流密度为 15W/m2 。外表面温 度为 40C ，内表面温度为 30C 。试估算此木 门在厚度方向上的导热系数。 解：
q
t 0.06 W m K
2 m K
试计算单位面积所传递的热量。
h2 , t f 2
tW 1
2 1
例7
R Rh1 R 1 R 2 1 0.005 0.0005 5800 46.5 1.16 71.09 10
t q R 160 2 225kW m 5 71.09 10
例6 有一台气体冷却器，气侧表面传热系数 h1=95W/(m2K)，壁面厚 2.5mm，导热系数 为 46.5W/(mK) ， 水 侧 表 面 传 热 系 数 h2=5800W/(m2K)。设传热壁可以看作平壁， 试计算各个环节单位面积的热阻及从气到水 的总传热系数。你能否指出，为了强化这一 传热过程，应首先从哪一环节着手？
例1
如图所示的两种水平夹层，试分析冷、 热表面间热量交换的方式有何不同？如果 要实验测定夹层中流体的导热系数，应采 用哪一种布置？
热面 冷面 液体
a
b 冷面
液体
热面
解：
热面在下时可能引起夹层中间流体的自然对流，因此 b图中有导热和对流换热(表面换热)， a图中只有导热； 为避免对流的影响，实验测导热系数应选a图。
例2
热水瓶瓶胆剖面如图所示。瓶胆的两层玻 璃之间抽成真空，内胆外壁及外胆内壁涂了 发射率很低（约0.05）的银。试分析热水瓶 具有保温作用的原因。如果不小心破坏了瓶 胆上抽气口处的密封性，会影响保温效果吗？
导热 第一类边 界条件 辐射换热
抽气口
例2
解： 抽成真空使导热和对流几乎都不会发生；壁 面很低的发射率大大削弱了内外壁面间的辐 射换热；
q 15 0.04
t 40 30
例4
一长、宽各为10mm的等温集成电路芯片， 安装在一块底板上，温度为20C的空气在风 扇作用下冷却芯片。芯片最高允许温度为 85C，芯片与冷却气流间的平均表面传热系 数为 17515W/m2 。试确定在不考虑辐射时 芯片的最大允许功率是多少？芯片顶面高出 底板的高度为1mm。
例9
t1 t2 1 1 t t1 r r 1 1 1 r1 r2
(3-13)
热阻
d1d2
t
(3-15)
t R d1d 2
多层球壁
t1 tn1 n d d i 1 i i i 1
例9
hAt A T14 T24
175 0.01 0.01 4 0.01 0.001 85 20 0.01 0.01 4 0.01 0.001
4 4 0.9 5.67 10 85 273 20 273 1.59 0.065 1.655 W 8