热工基础习题集-传热学部分解析
材料科学工程根本计算题
1热工基础习题解答第二章：传热学2-1某窑炉炉墙由耐火粘土砖、硅藻土砖与红砖砌成，硅藻土砖与红砖的厚度分别为40mm和250mm，导热系数分别为0.13和0.39W/m℃，如果不用硅藻土层，但又希望炉墙的散热维持原状，则红砖必须加厚到多少毫米？（1）解得即红砖的厚度应增加到370mm 才能维持原散热热流密度不变。
2-2某厂蒸汽管道为Ø175×5的钢管，外面包了一层95mm厚的石棉保温层，管壁和石棉的导热系数分别为50、0.1w/m.℃，管道内表面的温度为300℃，保温层外表面温度为50℃。
试求每米管长的散热损失。
在计算中能否略去钢管的热阻，为什么？解：石棉保温层和钢管在每米长度方向上产生的热阻分别为：2-3试求通过如图3-108所示的复合壁的热流量。
假设热流是一维的；已知各材料的导热系数为：λA=1.2、λB=0.6、λC=0.3、λD=0.8w/m･℃。
2-4平壁表面温度tw1=450℃，采用石棉作为保温层的热绝缘材料，导热系数λ=0.094+0.000125t，保温层外表面温度tw2=50℃，若要求热损失不超过340w/m2℃，则保温层的厚度应为多少？解：平壁的平均温度为：即保温层的厚度应至少为147mm。
2-5浇注大型混凝土砌块时，由于水泥的水化热使砌块中心温度升高而导致开裂，因此，砌块不能太大。
现欲浇注混凝土墙，水泥释放水化热为100w/m3，混凝土导热系数为1.5W/m℃，假设两壁温度为20℃，限制墙中心温度不得超过50℃。
试问墙厚不得超过多少米？解：由于墙的两侧温度相等，所以墙内的温度分布为2-6一电炉炉膛长×宽×高=250×150×100mm,炉衬为230mm厚的轻质粘土砖（密度为800kg/m3)。
已知内壁平均温度为900℃，炉体外表面温度为80℃。
试求此电炉的散热量。
解：通过该电炉的散热量可以表示为：将该电炉视为中空长方体，则其核算面积为：2-7有两根用同样材料制成的等长度水平横管，具有相同的表面温度，在空气中自然散热，第一根管子的直径是第二根管子直径的10倍，如果这两根管子的（GrPr)值均在103~109之间，且可用准数方程式Nub=0.53Grb。
热工基础课后习题答案.docx
热工基础答案第一章1-1 解：几=755x133.3x10-5 =1.006ba = 100.6RPa1.P - Ph + Pg - 100.6 + 13600 = 13700.6"。
2.Pg = p — p b = 2.5-1.006 = 1 A9Abar = 149 A kPa3.P = Ph ~ Pv ~ 755 一700 = 55mmHg - 7.3315kPa4.p v = p b_p = 1.006 - 0.5 = 0.506bar = 50.6kPci1-2图表示常用的斜管式微压计的工作原理。
由于有引风机的抽吸，锅炉设备的烟道中的压力将略低于大气压力。
如果微压机的斜管倾斜角。
二30° ,管内水解：根据微压计原理，烟道中的压力应等于环境压力和水柱压力之差"水住=pghsina = 1000 x 9.8 x 200 x 10~3 x0.5 = 980Pa = 7.35mmHgp = p h - p水仕=756 一7.35 = 748.65加加Hg 1-3 解：p、= Pb + P（l= 0.97 + 1.10 = 2.07 barp2 = - p b = 2.07 -1.75 = 0.32bar p c - p h - p2 = 0.97 一0.32 = 0.65bar 1—4 解：”宾宇室=几 _ P力讣i：=760—745=15mmHg =2好VzP\=〃克空室+ Pa = 2 + 360 = 362 kPaP2~P\~ Pb = 362 _ 170 = \ 92kPap c = P b -"真空室=192-2 = 190kPciF = （p h—〃真空空）A = 745 x 133.3x —XKX O.452二15.8kN1-4 解：p = p h + 〃水柱+p 来柱=760+300x9.81/133.3+800=1582〃伽Hg = 2」'bar1- 5 解：由于压缩过程是定压的，所以有W =「pdV = p(V } -V 2) = 0.5X 106 X (0.8-0.4) = 200KJ=2龙x5000000x （0.44 一 0.34） = 34.36AJ1-8 解：（1）气体所作的功为：W = J ：（0.24V + 0.04） xl06dV = 1.76xl04J（2）摩擦力所消耗的功为：% 擦力=/ A 厶= ^yX （0.3-0.1） = l 000J所以减去摩擦力消耗的功后活塞所作的功为：叫%擦力=166 xl 0T1- 9 解：由于假设气球的初始体积为零，则气球在充气过程屮，内外压力始终保持相等， 恒等于大气压力0.09MPa,所以气体对外所作的功为：W = MV = 0.09X 106X 2 = 1.8X 105J1- 11解：确定为了将气球充到2n?的体积，贮气罐内原有压力至少应为（此时贮气罐的压 力等于气球中的压力，同时等于外界大气压几）W = ^AV=0.9X 105 X 2 = 1.8X 105J情况三:C = Z = A=15OOOO =5OOOO()D D 、0.3必（％+2）二几（％+2） = 0.9x105x （2 + 2）二〔左乂山九X 叫 2前两种情况能使气球充到2m 3 1-6 解：改过程系统对外作的功为1-7 解：由于空气压力正比于气球的直径，所以可设p = cD,式屮c 为常数，D 为气球 的直径，由题中给定的初始条件，可以得到：该过程空气对外所作的功为!/ 一 〃贮气罐%:气罐 $气球+贮气罐 Pb 所以气球只能被充到険球=3.333—2=1.333/的大小，故气体对外作的功为:W = O.9xlO 5xl.333 = 1.2xlO 5J第二章习题2-1 解：W = e- A(/ = 50-80 = -30V ,所以是压缩过程2-2 解：W 膨吸+W 压一Q 畝=2000 + 650 — 1200 = 1450R2-3 解：△ {/ = 0 = 2x 10, x3600 = 7.2X 106J//Z2—4解：状态b 和状态a Z 间的内能Z 差为：MJ ab =U h -U a =2-VV = 100-40 = 60V所以，a ・d ・b 过程中工质与外界交换的热量为：e a _^=A^+W = 60 + 20 = 80^工质沿曲线从b 返回初态a 时，工质与外界交换的热量为：Q h _a = / _匕 + W = _△赊 + W = -60-30 = -90kJ根据题中给定的a 点内能值，可知b 点的内能值为60kJ,所以有：\U ad = U h -U d =60-40 = 20V由于d ・b 过程为定容过程，系统不对外作功，所以d ・b 过程与外界交换的热量为：Q d -b = 5 - u b = \u db = 2ov所以a-d-b 过程系统对外作的功也就是a-d 过程系统对外作的功，故a-d 过程系统与外界交 换的热量为：Qz =匕- Ua~ K_d =叽-J =40-(-20) = 60V2-52-5 解：由于汽化过程是定温、定压过程，系统焙的变化就等于系统从外界吸收的热量, 即汽化潜热，所以有： \h = q = 2253kJ "g0.15x2 0.09 =3.333亦内能的变化为：A w = A/? - A(pv) = A/? —p(y2 - vj=2257+1.01X102X (0.001-1.674) = 2088V / kg2-6解：选取气缸中的空气作为研究的热力学系统，系统的初压为：p, = = 1.028 x 105 + 195><9^ = 2.939 x 105H f A100x10"当去掉一部分负载，系统重新达到平衡状态时，其终压为：/?.二 /?.+-^- = 1.028xl05 + 95x9,8d ^1.959xlO5PtzA 100x10"由于气体通过气缸壁可与外界充分换热，所以系统的初温和终温相等，都等于环境温度即:TU根据理想气体的状态方程可得到系统的终态体积，为：空=2.939X10500X10：X10X”=】526x10^ -p21.959x10s所以活塞上升的距离为：A r _ V2-V, _ 1.526X10'3-100X10X10-6=0.0526m = 5.26cm△乙= —■ ~A 100x10"市于理想气体的内能是温度的函数，而系统初温和终温相同，故此过程中系统的内能变化为零，同时此过程可看作定压膨胀过程，所以气体与外界交换的热量为：Q = W = p2A\L = 1.959x105 x 100x KT4 x0.0526 二103.04J2-8解：压缩过程中每千克空气所作的压缩功为：w = q — Au = -50 一146.5 = 一196.53 / kg忽略气体进出口宏观动能和势能的变化，则有轴功等于技术功，所以生产每kg压缩空气所需的轴功为：巴二g —△力=一50 —146.5 -(0.8x0」75 — 0.1 x0.845) xlO3 = -252V /kg所以带动此压气机所需的功率至少为：P = -W^X]()=42kW602-9解：是否要用外加取暧设备，要看室内热源产生的热量是否大于通过墙壁和门窗传给外界的热量，室内热源每小时产生的热量为：9 热源=(50000+50 x 100) x 3600=1.98 xlO5U小于通过墙壁和门窗传给外界的热量为3xlO5kJ,所以必须外加収暖设备，供热量为：2 = 3xl05 -1.98X105 =1.02X105ZJ//?2-10解：収容器内的气体作为研究的热力学系统，根据系统的状态方程可得到系统终态体积为：匕=%(£L)%.2 =1x(—)^2 =1.78/n3p20.5过程中系统对外所作的功为：pl.78 卩.78 n V1,2. ? (\7J0-2—V."0 2 )W 訂pdV = J 令2 _0；丿=544.63所以过程中系统和外界交换的热量为：Q = A(/ + W = —40 + 544.6 = 504.63为吸热。
傅秦生热工基础与应用的第四章热传导思考题总结
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：dx dt q λ-=，其中，q －热流密度；λ－导热系数；dx dt －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：)(f w t t h q -=，其中，q －热流密度；h －表面传热系数；w t －固体表面温度；f t －流体的温度。
③ 斯忒藩－玻耳兹曼定律：4T q σ=，其中，q －热流密度；σ－斯忒藩－玻耳兹曼常数；T －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． 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。
答：当壶内有水时，可以对壶底进行很好的冷却（水对壶底的对流换热系数大），壶底的热量被很快传走而不至于温度升得很高；当没有水时，和壶底发生对流换热的是气体，因为气体发生对流换热的表面换热系数小，壶底的热量不能很快被传走，故此壶底升温很快，容易被烧坏。
5． 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，握杯子的手会显著地感到热。
热工基础11-12章部分参考答案及例题
第十一章 辐射换热补充例题： 一电炉的电功率为1kW ，炉丝温度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。
若炉丝的发射率为0.95，则炉丝的长度又是多少？解：∵ 96.0=W AE b ∴ W T C l r o 96.010024=⎪⎭⎫ ⎝⎛⋅⋅πm T C d W l 425.32.1167.5001.0100096.010096.04401=⨯⨯⨯⨯=⎪⎭⎫ ⎝⎛⋅=ππm 425.3=若 95.0=ε，96.0=W E A b ε；m l l 601.395.0425.395.012===11.7 用热电偶温度计测得炉膛内烟气的温度为800℃，炉墙温度为600℃。
若热电偶表面与烟气的对流换热系数h =50W/(m 2·℃)，热电偶表面的发射率为0.8，试求烟气的真实温度。
已知：t 1 = 800℃，t w = 600℃, h =50 W/（m 2.℃），ε1= 0.8 求：t f =？解：本题可由热平衡法求解。
热辐射： ∵ A 1<<A 2 ∴ )(441111wb T T A -=σεφ 对流换热： )(112T T hA f -=φ 在稳态下： 21φφ=∴ 6.14756.1748)(44111==-+=K T T hT T w b f σε℃为减少测量误差，可利用以下措施：① 减少ε1（采用磨光热电偶表面的方法，但往往由于生锈和污染而降低效果）；② 提高接点处的h 值（可采用抽气装置来加大流速）； ③ 管外敷以绝热层，使T w ↑； ④ 加设遮热罩（遮热罩两端是空的，使废气能与接点接触）。
接点与壁面之间有辐射换热，其辐射换热量即为接点的热损失，这一损失，应通过废气对接点的对流换热进行补偿。
第十二章 传热过程和换热器热计算基础12.1 冬季室内空气温度t f 1=20℃，室外大气温度t f 2=―10℃，室内空气与壁面的对流换热系数h 1=8W/(m 2·℃)，室外壁面与大气的对流换热系数h 2=20W/(m 2·℃)，已知室内空气的结露温度t d =14℃，若墙壁由λ=0.6W/(m ·℃) 的红砖砌成，为了防止墙壁内表面结露，该墙的厚度至少应为多少？解：传热问题热阻网络：热流密度 2121212111h h t t R R R t t q f f C C f f ++-=++-=λδλ （1）若墙壁内壁面温度t =t d =14℃时会结露，由于串联热路中q 处处相等，所以 2212211h t t R R t t q f w C f w +-=+-=λδλ （2）（1）、（2）联立求解，可求得q 和墙的厚度δ。
热工基础课后习题参考答案完整版童钧耕,王平阳,苏永康编《热工基础》上海交通大学出版社
解：由题意可知 p1v1 = p2v2 ,= v2 2=v1 2m3
因此有 p=2
p1
v=1 v2
0.2MPa × =1 2
0.1MPa
在可逆定温膨胀过程中，设某一时刻的压力为 p，则有
∫ ∫ w=
v2 pd=v
v1
v2 p1v1 d=v v v1
p1v1
ln
1-3 用斜管压力计测量锅炉烟道气的真空度，管子倾斜角 α= 30° ，压力计使用密度 ρ = 0.8g/cm3 的煤油，斜管中液柱长 l = 200mm ，当地大气压力 pb = 745mmHg 。求烟
气的真空度（ mmHg ）及绝对压力。
2 / 78
解：压力计斜管中煤油产生的压力为
p j = ρ gl sina = 0.8×103 kg / m3 × 9.8× 0.2m × sin30°=784Pa
1-6 气体= 初态为 p1 0= .3MPa, V1 0.2m3 ，若在等压条件下缓慢可逆地膨胀到V2 = 0.8m3 ，
求气体膨胀所做的功。
解：有条件可得气体膨胀所做的功为
∫ ( ) W=
V2 pdV=
V1
p (V2 −V1 )=
0.3MPa × 0.8m3 − 0.2m3 = 180kJ
1-71m3空气， p1 = 0.2MPa ，在可逆定温膨胀后容积为原来的两倍。求：终压p2和气体所
当地大气压为
= pb 745mmHg=745mm ×133.3224Pa/mm=99325.2Pa
则烟气的绝对压力为
p = pb − pj = 99325.2Pa − 784Pa = 98541.2Pa
若压力计斜管中煤油产生的压力用mmH2O表示，则烟气的真空度为
热工基础试题讲解及答案
热工基础试题讲解及答案1. 热力学第一定律的数学表达式是什么？热力学第一定律的数学表达式为：\(\Delta U = Q - W\)，其中\(\Delta U\)表示内能的变化，\(Q\)表示系统吸收的热量，\(W\)表示系统对外做的功。
2. 什么是热机效率，其计算公式是什么？热机效率是指热机将热能转换为机械能的效率，其计算公式为：\(\eta = \frac{W}{Q_{\text{in}}}\)，其中\(W\)表示输出的机械功，\(Q_{\text{in}}\)表示输入的热量。
3. 理想气体状态方程是什么？理想气体状态方程为：\(PV = nRT\)，其中\(P\)表示气体的压强，\(V\)表示气体的体积，\(n\)表示气体的摩尔数，\(R\)表示理想气体常数，\(T\)表示气体的温度（单位为开尔文）。
4. 什么是熵，熵变的计算公式是什么？熵是热力学中描述系统无序程度的物理量，其计算公式为：\(\DeltaS = \int \frac{\delta Q}{T}\)，其中\(\Delta S\)表示熵变，\(\delta Q\)表示系统吸收或释放的热量，\(T\)表示绝对温度。
5. 热传导、热对流和热辐射是热传递的三种基本方式，请分别解释这三种方式。
热传导是指热量通过物体内部分子振动和碰撞传递的过程，通常在固体中进行。
热对流是指热量通过流体（如气体或液体）的宏观运动传递的过程，常见于流体内部或流体与固体表面之间。
热辐射是指物体通过电磁波（如红外线）传递热量的过程，不需要介质，可以在真空中进行。
6. 什么是临界压力和临界温度？临界压力是指在临界温度下，物质的液相和气相可以共存的压力。
临界温度是指在该温度下，物质的液相和气相可以共存的最高温度。
7. 什么是卡诺循环，其效率如何计算？卡诺循环是一种理想化的热机循环，由两个等温过程和两个绝热过程组成。
其效率计算公式为：\(\eta_{\text{Carnot}} = 1 -\frac{T_{\text{cold}}}{T_{\text{hot}}}\)，其中\(T_{\text{cold}}\)和\(T_{\text{hot}}\)分别表示冷热源的绝对温度。
热工基础习题参考答案
11.3 题略解： m 2.127481.92.110)7893(3=´´-=×D =××=D gph h g p r r1.5 题略m1.05.02.030sin m2.0200kg/m800/8.033=´======l h mm l cm g r 已知：烟气的真空度为：Pa8.78430sin 2.081.9800=´´=××=h g p vr∵ 1 mmH 2O = 9.80665 Pa ∴ 1 Pa = 0.10197 mmH 2OOmmH 027.808.7842==Pa p v烟气的绝对压力为：kPa 540.98Pa 388.985408.7843224.133745==-´=-= v b p p p1.10 题略解：锅内表压力g 40.77kg 04077.081.91041010063==´´´=×=×=-gA p m Ag m p g g2.2填空缺数据（兰色）： 过程 Q/kJ W/kJ △U/kJ 1-2 1390 0 1390 2-3395 -395 3-4 -1000 0 -1000 4-1-552.9题略 已知：D 1 = 0.4 m ，p 1 =150 kPa ，且气球内压力正比于气球直径，即p = kD ，太阳辐射加热后D 2 = 0.45 m 求：过程中气体对外作功量解：由D 1=0.4 m ，p 1=150 kPa ，可求得：k =375 kPa/mkJ27.2)(822)6(41423333321=-===×==òD D k dD kD W dDkD D d kD pdV dW D D ppp p答：过程中气体对外作功量为2.27 kJ 2.12 题略解：（1）确定空气的初始状态参数K300)27273(m10101010100kPa1.29310100108.919510213324143111=+==´´´===´´´+=+=+=-----T AH V Ag m p p p p b g b（2）确定拿去重物后，空气的终了状态参数由于活塞无摩擦，又能与外界充分换热，因此终了平衡状态时缸内空气的压力和温度与外界的压力和温度相等。
考研热工基础真题答案解析
考研热工基础真题答案解析热工基础作为考研的一门科目，对于热能与动力工程专业的考生来说，是重要的参考标准。
掌握热工基础的理论知识和解题技巧，对于考研的成功至关重要。
本文将对热工基础的真题进行答案解析，帮助考生更好地掌握这门科目的考试技巧。
第一题：热功与功率题目：一个热力机械按正压循环进行工作，其净功输出为20 kW，热功输入为30 kW，求瞬时循环效率。
答案解析：循环效率可以通过热功输出与热功输入的比值来计算。
循环效率 = 热功输出 / 热功输入 = 20 kW / 30 kW = 2/3 = 66.67%。
第二题：热泵制冷系统题目：一个热泵制冷系统的制冷量为5000 J，制冷机的制冷功率为800 W，求热泵的性能系数。
答案解析：热泵的性能系数可以通过制冷量与制冷机功率的比值来计算。
性能系数 = 制冷量 / 制冷机功率 = 5000 J / 800 W =6.25 J/W。
第三题：理想气体的状态方程题目：对于摩尔质量为M的理想气体，已知温度T和压力P满足理想气体的状态方程P = ρRT，其中R为气体常数，ρ为气体密度。
求气体的摩尔质量M。
答案解析：理想气体的状态方程可以表示为P = ρRT/M，其中M为气体摩尔质量。
根据题目已知条件，化简方程得到M = ρRT/P。
第四题：焓的计算题目：由300 K的空气经过等压加热到600 K，焓的变化为1200 J/mol，求空气的定压比热容。
答案解析：焓的变化可以表示为ΔH = C_pΔT，其中C_p为空气的定压比热容，ΔT为温度的变化。
根据题目已知条件，化简方程得到C_p = ΔH / ΔT = 1200 J/mol / (600 K - 300 K) = 6 J/(mol·K)。
第五题：热传导题目：一个热导率为λ、截面面积为A、长度为L的导热棒，两端温度分别为T1和T2，求导热棒的热流量。
答案解析：热传导的热流量可以表示为Q = λAΔT/L，其中λ为热导率，A为截面面积，ΔT为温度的差值，L为长度。
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第一章1-1试列举生活中热传导、对流传热核辐射传热的事例。
1-2 冬天，上午晒被子，晚上睡觉为什么还感到暖和？答：被子散热可是为无限大平面导热。
晒被子使被子变得蓬松，含有更多的空气，而空气热导率较小，使被子的表现电导率变小。
另外，被子晒后厚度增加。
总之，被子晒后，其导热热阻δ/λA变大，人体热量不易向外散失，睡在被子里感到暖和（被子蓄热不必考虑：①被子蓄热不多；②上午晒被子，晚上蓄热早已散光）。
1-3通过实验测定夹层中流体的热导率时，应采用图1-6种哪个装置？为什么？答：左边一种。
这种装置热面在上，冷面在下，使流体对流传热减少到零，由这种装置测得的热导率不受对流传热的影响。
如果采用右边一种装置，由于对流传热的影响而测得的热导率偏大。
1-4在思考题1-3中，流体为空气时热导率可用式（1-1）计算，式中Δt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，Δt 不能太大，否则测得的热导率比真实热导率大。
试分析其原因。
答：热面和冷面的传热热流量Φ=Φc+Φd+Φr=λΔtA/δ。
由思考题1-3可见，左边一种装置虽然减少了对流传热的影响，但如Δt较大，辐射传热量Φr对测量气体热导率的影响却不能忽略，会影响热导率λ测定的准确性。
这时，热传导率实质上是以导热和辐射传热两种方式传递热量形式的表现热导率λe。
显然，λe>λ（其中λ为气体的真实热导率）。
由于辐射传热量Φr正比于热面和冷面温度的四次方之差（T14-T24），只有在热面和冷面温度之差（t1-t2）较小时，辐射传热的影响才可忽略，Φ≈Φd=λΔtA/δ。
1-5从传热的角度出发，采暖散热器和冷风机应放在什么高度最合适？答：采暖器和冷风机主要通过对流传热的方式使周围空气变热和变冷，使人生活在合适的温度范围中，空气对流实在密度差的推动下流动，如采暖器放得太高，房间里上部空气被加热，但无法产生自然对流使下部空气也变热，这样人仍然生活在冷空气中。
为使房间下部空气变热，使人感到舒适，应将采暖器放在下面，同样的道理，冷风机应放在略比人高的地方，天热时，人才能完全生活在冷空气中。
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？答：从表1-1可看出如下规律：①空气的对流传热系数小于水的对流传热系数；②同一种流体，强迫对流传热系数大于自然对流传热系数；③同一种流体有变相时的对流传热系数大于无变相识的对流传热系数；④水变相时的对流传热系数大于有机介质相变对流传热系数。
1-7 多层热绝热有铝箱和玻璃纤维纸、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20~300K的温度下它的热导率可抵达（0.1~0.6）×10-4W/(m·K)，试分析其原因。
答：由于系统处于高真空，导热和对流传热的作用减少到很小，多层铝箱间用热导率很小的玻璃纤维纸、玻璃布、尼龙网隔开，导热作用较小；铝箱的玻璃作用使辐射传热也很小（详见第八章）。
这样，这个系统使三种传热方式传递的热流量都大大减少，所以其表现热导率就很小。
1-8在晴朗无风的夜晚，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（其它条件不变），草地却不会披上白霜，为什么？答：深秋草已枯萎，其热导率很小，草与地面可近似认为绝热。
草接受空气的对流传热量，又以辐射的方式向天空传递热量，其热阻串联情况见右图。
所以，草表面温度t gr介于大气温度t f和天空温度t sk接近，t gr较低，披上“白霜”。
如有风，hc增加，对流传热热阻R1减小，使t gr向t f靠近，即t gr升高，无霜。
阴天，天空有云层，由于云层的遮热作用，使草对天空的辐射热阻R2增加，t gr向t f靠近，无霜（或阴天，草直接对云层辐射，由于天空温度低可低达-40℃），而云层温度较高可达10℃左右，即t sk在阴天较高，t gr上升，不会结霜）。
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，在解释这种现象。
）答：人体在房间里以对流传热和辐射传热的方式散失热量，有空调时室内t fi 不变，冬天和夏天人在室内对流散热不变。
由于夏天室外温度t f0比室内温度t ft 高，冬天t f0比t f0低，墙壁内温度分布不同，墙壁内表面温度t wi 在夏天和冬天不一样。
显然，t 夏wi >t 冬wi ，这样人体与墙壁间的辐射传递的热量冬天比夏天多。
在室温20℃的房间内，冬天人体向外散热比夏天多而感到冷，加强保温可使人体散热量减少，如夏天只穿衬衫，冬天加毛线衣，人就不会感到冷。
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 保温层到空气的传递过程，并画出热阻串并联图。
答：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。
答：蒸汽凝结h c 很大，热阻R lc 很小。
金属管道热导率较大，而其厚度很小，导热热阻R 2d 也很小。
管道保湿时，管道散热量Φ很小，管壁外表面t w2=t f1-φX (R 1c +R 2d )≈t f1。
1-12 某双层壁中的温态温度分布如图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？答：由4r111q gradt λ=-，222q gradt λ=-，稳态时12q q =，而12gradt gradt >，所以12λλ<。
二热阻串联，由t Rφ=，12t t <，所以12R R <。
1-13 某传热过程的温度分布如图1-8所示，是分别画出其在下列情况下的温度分布曲线：（1）/δλ→∞；（2）1h →∞；（3）2h →∞；（4）1h →∞，2h →∞。
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得快？为什么？答：稀饭放在冷水中冷却时，热量由稀饭经碗壁传给碗外盆中水。
由经验判断，水侧表面对流传热系数要大于稀饭侧表面对流传热系数，即稀饭侧热阻大于水侧热阻。
用汤勺搅动来使表面对流传热系数h c 增加即减少对流传热热阻，减少最大热阻效果最佳，所以用汤勺搅动稀饭时冷却效果较好。
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 为在管外加一玻璃罩，但罩与金属管间抽真空。
试分析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。
答：a 中水管接受太阳能后，直接向周围物体（天空等）辐射散热，又向周围空气对流散热。
b 中水管接受太阳能后，直接向玻璃管辐射散热。
玻璃管的温度要比天空温度高得多，使辐射散热减少。
水管向夹层中空气对流散热，夹层中空气比外界空气温度高，而且封闭的夹层也使对流传热系数减少，对流散热也减少。
C 中水管接受太阳能后，直接向玻璃管辐射散热，情况用b ，由于夹层中真空，没有空气，使对流散热为零。
所以，由a 至c 散热量逐渐减少，效率逐步提高。
1-16 有两幢形状和大小相同的房屋，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。
答：屋顶有霜，表示屋顶外表面温度t w0较低，而屋顶散热系数较小（h 0变化不大），即屋顶的导热量也小，这表明有霜的屋顶保温性能好。
为便于观察，将屋顶转至垂直位置，其传热过程温度分布曲线画t wi 在右图，有霜屋顶t fi -t wi 和t w0-t f0都小，表示散热小，无霜屋顶保温性能不好有两种可能性：①屋顶较薄；②屋顶材料热导率较高。
这两种可能性都会使t w0提高而无霜。
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t 1，右面维持均匀恒定的温度t 2。
如λB 比λC 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？答：利用热阻并、串联规律求总热阻，再模仿电路欧姆定律求出热流量，必须符合下列条件：①稳态导热；②一维；③无内热源。
当λB >λC 时，ABCD 中均不是一维稳态导热，按上法计算偏差较大。
当λB 与λC 相差不显著时，ABCD 中近似一维稳态导热，按上法计算偏差不大。
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R 1i 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R 23；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。
答：由于4R 晶体管温度相同，t l1=t l2=t l3=t l4=t 1，右图中用虚线相连，Φli 是各只晶体管功耗产生的热流量。
Φli 经各自内部导热热阻R 1i 到外壳和支架上。
由于支架和外壳热阻可以忽略，支架温度相同，即t 21=t 22=t 23=t 24=t 2，4个点用实线相连。
管壳和支架成为一体，部分热量由它们向外界对流散热和辐射散热，表面热阻分别为R 2c 和R 2r ，还有部分热量通过支架与隔板连接处的接触电阻R 23流入隔板，由隔板表面向外界进行对流散热和辐射散热，其表面热阻分别为R 3c 和R 3r 。
显然，表面对流热阻R c 和表面辐射热阻R r 均为并联。
第二章2-1 不同温度的等温面（线）不能相交，热流线能相交吗？热流线为什么与等温线垂直？ 答：热流线垂直于等温线，不同温度的等温线不能相交，热流线也不能相交。
如热流线不垂直等温线，则等温线上必有一热流分量。
而等温线上无温差，q=0，只有热流线垂直于等温线才能使等温线上的分热流为零。
2-2 一无内热量平壁稳态导热时的温度场如图2-28所示。
试说明它的热导率是随温度增加而增加，还是随温度增加而减少？答：稳态无内热源时Φ不变，由傅里叶定律，Φ=-λA dt dx ，平壁A 为常数，由图dt dx从左向右变大，这表明热导率λ从左到右减小，而温度自左向右减小，故热导率λ随温度t 的增加而增加。
2-3 根据对热导率主要影响因素分析，试说明在选择和安装保温隔热材料时要注意哪些问题？ 答：①选择热导率小的材料，最好其密度在最佳密度附近，使其具有最佳保温性能；②进行保温计算时必须考虑温度对保温材料热导率的影响；③保温材料保温性能受水分的影响，必须采取防水措施，外加保护层，如材料中已加憎水剂，不易含水分，不受水的影响，应首选该种材料；④为防止保温材料（或绝热材料）层结冰，要采取防冻措施，不让外界水分渗入，无法防止时，可适当加厚，以弥补结冰使材料性能下降；⑤采用各向异性材料时要注意导热方向对热导率的影响。