传热学例题讲解
传热学第五版[完整版]答案解析
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1.冰雹落地后，即慢慢融化，试分析一下，它融化所需的热量是由哪些途径得到的？答：冰雹融化所需热量主要由三种途径得到：a、地面向冰雹导热所得热量；b、冰雹与周围的空气对流换热所得到的热量；c、冰雹周围的物体对冰雹辐射所得的热量。
2.秋天地上草叶在夜间向外界放出热量，温度降低，叶面有露珠生成，请分析这部分热量是通过什么途径放出的？放到哪里去了？到了白天，叶面的露水又会慢慢蒸发掉，试分析蒸发所需的热量又是通过哪些途径获得的？答：通过对流换热，草叶把热量散发到空气中；通过辐射，草叶把热量散发到周围的物体上。
白天，通过辐射，太阳和草叶周围的物体把热量传给露水；通过对流换热，空气把热量传给露水。
4.现在冬季室内供暖可以采用多种方法。
就你所知试分析每一种供暖方法为人们提供热量的主要传热方式是什么？填写在各箭头上。
答：暖气片内的蒸汽或热水对流换热暖气片内壁导热暖气片外壁对流换热和辐射室内空气对流换热和辐射人体；暖气片外壁辐射墙壁辐射人体电热暖气片：电加热后的油对流换热暖气片内壁导热暖气片外壁对流换热和辐射室内空气对流换热和辐射人体红外电热器：红外电热元件辐射人体；红外电热元件辐射墙壁辐射人体电热暖机：电加热器对流换热和辐射加热风对流换热和辐射人体冷暖两用空调机（供热时）：加热风对流换热和辐射人体太阳照射：阳光辐射人体5．自然界和日常生活中存在大量传热现象，如加热、冷却、冷凝、沸腾、升华、凝固、融熔等，试各举一例说明这些现象中热量的传递方式？答：加热：用炭火对锅进行加热——辐射换热冷却：烙铁在水中冷却——对流换热和辐射换热凝固：冬天湖水结冰——对流换热和辐射换热沸腾：水在容器中沸腾——对流换热和辐射换热升华：结冰的衣物变干——对流换热和辐射换热冷凝：制冷剂在冷凝器中冷凝——对流换热和导热融熔：冰在空气中熔化——对流换热和辐射换热5.夏季在维持20℃的室内，穿单衣感到舒服，而冬季在保持同样温度的室内却必须穿绒衣，试从传热的观点分析其原因？冬季挂上窗帘布后顿觉暖和，原因又何在？答：夏季室内温度低，室外温度高，室外物体向室内辐射热量，故在20℃的环境中穿单衣感到舒服；而冬季室外温度低于室内，室内向室外辐射散热，所以需要穿绒衣。
传热学题及解析-05-09
（A）雷诺数 Re，普朗特数 Pr，努塞尔特数 Nu
（B）格拉晓夫数 Gr，雷诺数 Re，普朗特数 Pr
（C）普朗特数 Pr，努塞尔特数 Nu，格拉晓夫数 Gr
（D）雷诺数 Re，努塞尔特数 Nu，格拉晓夫数 Gr
解析：自然对流的准侧关联式为 Nu = f (Gr , Pr) = C(Gr ⋅ Pr)n
答案：C
4
2.5 对流换热分析
2-5-1（2005 年）在温度边界条件和几何条件相同的情况下，湍流受迫对流传热系数要高于层流对流
传热系数，其原因是：
（A）流速的提高增加了流体携带能量的速率
（B）湍流时产生了强烈的横向脉动
（C）流动阻力增加
（D）对流输送能量的增加和流体横向脉动的共同作用
解析：层流是流体层与层之间无质量交换，因此层流对流换热是靠垂直于流动方向的流体的导
（A）雷诺数 Re
（B）普朗特数 Pr
（C）努塞尔特数 Nu
解析： δt = Pr −1/3 δ
答案：B
（D）格拉晓夫数 Gr
2-5-3（2007 年）能量和动量的传递都是和对流与扩散相关的，因此两者之间存在着某种类似。可以
采用雷诺比拟来建立湍流受迫对流时能量传递与动量传递之间的关系，这种关系通常表示为：
=
0
（D） λ
d 2t dx 2
+
qv
=
0
解析：柱坐标系的导热微分方程表达式为
ρc ∂t ∂τ
= 1 ∂ (λ ∂t ) + 1 r ∂r ∂r r2
∂ ∂φ
(λ
∂t ∂φ
)
+
∂ ∂z
(λ
传热学考研题库及答案解析
传热学考研题库及答案解析传热学是研究热量传递规律的科学，它在工程领域中有着广泛的应用。
考研题库及答案解析可以帮助学生更好地掌握传热学的基本概念、原理和计算方法。
以下是一些典型的传热学考研题目及答案解析：# 题目一：稳态导热问题题目描述：一个长方体物体，其尺寸为Lx=0.2m，Ly=0.1m，Lz=0.5m，初始温度为T0=20°C。
若物体的一侧表面（x=0面）被加热至T1=100°C，而其他五个面绝热，求经过时间t后物体内部某点P(x,y,z)的温度。
答案解析：此问题可以通过求解一维稳态导热方程来解决。
一维稳态导热方程为：\[ \frac{d^2T}{dx^2} = 0 \]由于其他五个面绝热，导热只在x方向发生，因此温度T只与x有关。
根据边界条件，我们有：\[ T(x=0) = T_1 \]\[ \frac{dT}{dx}(x=Lx) = 0 \]利用傅里叶定律，温度分布可以表示为：\[ T(x) = T_1 + (T_0 - T_1) \left(1 - \frac{x}{Lx}\right) \]所以，点P(x,y,z)的温度为：\[ T(x,y,z) = T_1 + (T_0 - T_1) \left(1 - \frac{x}{Lx}\right) \]# 题目二：非稳态导热问题题目描述：一个无限大平板，初始温度为T0=20°C。
在t=0时刻，平板的一侧表面被加热至T1=100°C，求经过时间t后，距离加热面x处的温度。
答案解析：这是一个典型的非稳态导热问题，可以使用傅里叶定律的非稳态形式来求解。
非稳态导热方程为：\[ \frac{\partial T}{\partial t} = \alpha \nabla^2 T \]其中，α是热扩散率。
对于无限大平板，问题可以简化为一维问题，即温度T只与x和t有关。
初始条件和边界条件分别为：\[ T(x,0) = T_0 \]\[ T(0,t) = T_1 \]利用分离变量法，可以得到温度分布的解为：\[ T(x,t) = T_0 + (T_1 - T_0)\text{erfc}\left(\frac{x}{2\sqrt{\alpha t}}\right) \]其中，erfc是互补误差函数。
传热学例题讲解(习题附答案)
240s
3－2 工程上常用非稳态导热的方法测得燃气轮 机表面的传热系数，一种方法是：把边长为 6mm的铜质立方体埋入机片，使立方体只有一 面与高温燃气接触，立方体与叶片间加有一薄 层高温粘结剂。因粘结剂的热扩散率较小，叶 片与立方体之间可近似视为绝热，设初温为 38℃他铜块与538℃的高温燃气接触3.7s后，温 度升为232℃。求叶片表面的传热系数。 铜：
一温度为21℃，横截面积为50mm×100mm的矩 形长杆放入温度为593℃的热处理炉中消除热应力， 宽100mm的一面置于炉子底面上，长杆表面与高 2 温流体的表面传热系数为114 W /(m ，根据 .K ) 工艺要求，要加热到580℃以上才能消除应力，试 说明1h后，能否满足工艺要求？
35W /(m .K ) a 0.037m / h
380W / m.K 3 8940kg / m cp 385J / kg.K
解：
6 6 6mm
3
A 166.7 V
306 ln ln 0.491 500 0
已知：0 t0 t f ℃ 538 306℃ 0 －500 38 －500℃
3
m 0.98 0.38 m 0
m 0.38 0.98 0.372 0 o m
t t f (t0 t f ) 0.372 t t f (t0 t f ) 0.372
70 (200 70) 0.372
cp 430J / kg.K
分析：
8W / m.K
100 0.0037 Bi 0.044 0.1 8 hR
可以用集总参数法。
已知：
(整理)传热学典型习题详解1.
绪论部分一、基本概念主要包括导热、对流换热、辐射换热的特点及热传递方式辨析。
1、冬天，经过在白天太阳底下晒过的棉被，晚上盖起来感到很暖和，并且经过拍打以后，效果更加明显。
试解释原因。
答：棉被经过晾晒以后，可使棉花的空隙里进人更多的空气。
而空气在狭小的棉絮空间里的热量传递方式主要是导热，由于空气的导热系数较小(20℃，1.01325×105Pa时，空气导热系数为0.0259W/(m·K)，具有良好的保温性能。
而经过拍打的棉被可以让更多的空气进入，因而效果更明显。
2、夏季在维持20℃的室内工作，穿单衣感到舒适，而冬季在保持22℃的室内工作时，却必须穿绒衣才觉得舒服。
试从传热的观点分析原因。
答：首先，冬季和夏季的最大区别是室外温度的不同。
夏季室外温度比室内气温高，因此通过墙壁的热量传递方向是出室外传向室内。
而冬季室外气温比室内低，通过墙壁的热量传递方向是由室内传向室外。
因此冬季和夏季墙壁内表面温度不同，夏季高而冬季低。
因此，尽管冬季室内温度(22℃)比夏季略高(20℃)，但人体在冬季通过辐射与墙壁的散热比夏季高很多。
根据上题人体对冷感的感受主要是散热量的原理，在冬季散热量大，因此要穿厚一些的绒衣。
3、试分析室内暖气片的散热过程，各环节有哪些热量传递方式？以暖气片管内走热水为例。
答：有以下换热环节及热传递方式(1)由热水到暖气片管到内壁，热传递方式是对流换热(强制对流)；(2)由暖气片管道内壁至外壁，热传递方式为导热；(3)由暖气片外壁至室内环境和空气，热传递方式有辐射换热和对流换热。
4、冬季晴朗的夜晚，测得室外空气温度t高于0℃，有人却发现地面上结有—层簿冰，试解释原因(若不考虑水表面的蒸发)。
解：如图所示。
假定地面温度为了Te ，太空温度为Tsky，设过程已达稳态，空气与地面的表面传热系数为h，地球表面近似看成温度为Tc 的黑体，太空可看成温度为Tsky的黑体。
则由热平衡：，由于Ta ＞0℃，而Tsky＜0℃，因此，地球表面温度Te有可能低于0℃，即有可能结冰。
传热学精选作业题讲解含答案
Rf
1 h
1 10
0 .1(m 2 k / W
)
R总 =R +Rf
= 0 .0 1 1 2 5 + 0 .1 0 .1 1 1 2 5 ( m 2 k / W )
由 R= t得 :
P = 1
t R总
=
t1 -t f R总
=
400-298 = 917W 0 .1 1 1 2 5
传热学精选作业题讲解含答案
解 ： 由 导 热 公 式 ： = - A d t ， dx
d x = - A d t
d x = - A
tw 2 d t
0
tw1
推导得：
Q损
=
=
A
t w1 -t w 2
1 .0 4
20 520
0 .1 3
50
7 5 2 0 0W
Q 1day t 7 5 .2 2 4 3 6 0 0 8 6 4 0 0 s
187.22 K
传热学精选作业题讲解含答案
1-24
• 在附图所示的稳态热传递过程
中，已知： tw1 = 460℃，tf2= 300℃，δ1= 5mm，δ2= 0.5mm ，λ1= 46.5W/(m·K)，λ2= 1.16 W/(m.K)，h2= 5800 W/(m 2·K)。 试计算单位面积所传递的热量
传热学精选作业题讲解含答案
2 - 3 . 已 知 ： 1 = 2 0 m m = 0 .0 2 m , 1 1 .3W / m k
q 1 5 0 0W , 2 0 .1 2W / (m k )
t1 7 5 0 o C , t3 5 5 o C 求 2
解
：
由
公
传热学典型例题
1-9 一砖墙的表面积为122m ，厚为260mm ，平均导热系数为1.5W/（m.K ）。
设面向室内的表面温度为25℃，而外表面温度为-5℃，试确定次砖墙向外界散失的热量。
解：根据傅立叶定律有：W tA9.207626.05)(25125.1=--⨯⨯=∆=Φδλ1-12 在一次测定空气横向流过单根圆管的对流换热实验中，得到下列数据：管壁平均温度t w =69℃，空气温度t f =20℃，管子外径 d=14mm ，加热段长 80mm ，输入加热段的功率8.5w ，如果全部热量通过对流换热传给空气，试问此时的对流换热表面传热系数多大？解：根据牛顿冷却公式()f w t t rlh q -=π2所()fwt td qh -=π＝49.33W/(m2.k)1-17 有两块无限靠近的黑体平行平板，温度分别为21,T T 。
试按黑体的性质及斯藩-玻尔兹曼定律导出单位面积上辐射换热量的计算式。
（提示：无限靠近意味着每一块板发出的辐射能全部落到另一块板上。
） 解：由题意411T q f σ=;422T q f σ=;两板的换热量为)(4241T T q -=σ1-32 一玻璃窗，尺寸为60cm cm 30⨯，厚为4mm 。
冬天，室内及室外温度分别为20℃及-20℃，内表面的自然对流换热表面系数为W ，外表面强制对流换热表面系数为50)./(K m W。
玻璃的导热系数)./(78.0K m W =λ。
试确定通过玻璃的热损失。
解：λδA Ah A h T ++∆=Φ2111 ＝57.5W2-1 用平底锅烧开水，与水相接触的锅底温度为111℃，热流密度为424002/m W 。
使用一段时间后，锅底结了一层平均厚度为3mm 的水垢。
假设此时与水相接触的水垢的表面温度及热流密度分别等于原来的值，试计算水垢与金属锅底接触面的温度。
水垢的导热系数取为1W/(m.K)。
解：由题意得424001003.0111=-=w t q ＝w/m 2所以t=238.2℃2-3有一厚为20mm 的平板墙，导热系数为1.3)./(K m W 。
传热学习题讲座PPT课件
.
17
1. 座舱内空气对流换热的相似分析
假定座舱内空气为常物性、不可压缩的 牛顿流体，无内热源，对流换热的数学模型
U 0
= T -Tf
由于利用飞船座舱原型进行地面试验，舱
A 24 d24 0.120.00785m 2
A1dl4 d2 0.1335m2
.
2
1 A 11 1 T 1A 411 X 120.1 1 3 35 0 .2 50 .6 .2 7 1 0 0 .0 407 1 851360.3W
（2）单位时间内空腔的净辐射散热损失
1Eb11Eb12 1T114T124
E b1E b2 1313
1
12
A 11 A 1X 1,3 A 33 A 33 A 3X 3,2 A 22
.
8
5.67108(47343734)
1 0 .00 5. 80.801 .0510 1. 07 05 .050.0520.1 0751 10 .1 0 .80.8
9.99W /m
作 业 ： 8 － 29 ， 8 － 42 ， 8 － 44
解：根据发射率的定义，
2
E Eb
式中E为人工黑体腔开口的辐射力，
Eb为温度等于人工黑体腔温度的黑 体的辐射力。
从人工黑体腔开口发射出去的辐射能为
A2E A22Eb1
Eb
11
1
. A11 A2
5
A2E A22Eb1
Eb
11
1
A11 A2
2A2 A11111
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5．（本题15分）某种火警报警器的有效部位是一 个半径为r的金属球，其熔化温度为ts=500 º C，其 密度为=7200kg/m3，比热为c=400J/(kg.º C)，导 热系数为=200 W/(m.º C)。正常状态下金属球的温 度为25º C，当突然受到温度为tf=675º C的烟气加热 后，为保证在20秒内发出警报，问金属球的半径应 为多少？设烟气与球表面间的对流换热系数为 =25W/(m2.º C)。 若考虑到金属球升温后其辐射散热会增加（四周墙 壁温度低于烟气温度），为保证仍在20秒内发出警 报，其半径应稍增大些还是应减少些？为什么？
或少用暖气。这样便可达到节能的目的。
11、利用肋化换热器来实现水与空气间的换 热，若要强化传热，应将肋片加在空气侧还 是水侧？为什么？
为强化传热，应将肋片加在空气侧。 原因：与水侧相比，空气侧对流换热系数较 小、热阻较大，加肋片后可显著降低传热热 阻，提高传热量。
计算题
1、有一输送液化天然气的长管道，管内液 化天然气的温度为-125º C。管道外直径为 89mm，其外敷设导热系数为0.05W/(m.º C)、 厚度为100mm的保温层。环境气温为25º C，管 外空气与保温层之间的对流换热系数为 12W/(m2.º C)。试计算单位管长的热损失。假 设管外壁温与管内流体温度相同。
0.365 0.326
0.295
2.21 1.95
1.75
解：这是一个管内强迫对流换热问题。 （1）确定定性温度及物性参数： 流体平均温度， 壁温tw=95C
tf t f1 tf 2 2
20 60 40C 2
（2）查附录得水的物性参数为：
f 992.2kg / m3
' 2 t1'' t2 50 30 20 oC
，
则对数平均温差：
tm
max min 1 2 35 20 26.8 oC 35 ln ln 1 ln max 20 2 min
（3）忽略换热器的热损失，根据热量平衡方程得到
面温度分别为T1=500K、T2=1000K，表面黑度
分别为1=0.85、2=0.95。试计算：
（1）两板之间单位面积上的辐射换热量；
（2）若在两板之间插入一块两面黑度均为
3=0.05的遮热板，此时两板间的辐射换热量
又为多少？
解：建议画出示意图、辐射热阻图（略）。 由题意知，
A1 A2 A, X1,2 1
解：本题为通过圆筒壁及保温层的传热问题。由题意知： 管道外壁壁温：
two t fi 125 oC
管道外径：
do 89mm 0.089m
保温层外径：
do' do 2 89 100 2mm 289mm 0.289m
则单位管长的传热量（热损失）
l
t fo two do ' 1 1 ln ho ' do ' 2 do 25 (125) 39.1W / m 1 1 289 ln 12 3.14 0.289 2 3.14 0.05 89
10、绿色住宅的一种节能方式（夏天少用空
调、冬天少用暖气）就是在其房屋前栽种几
棵大型落叶乔木，试从传热学角度说明大树
的作用。
夏天室内热负荷主要来自太阳辐射，如房屋 前栽种几棵大树，枝叶繁茂会遮挡阳光，使 房屋处于树荫下，可以凉快些，从而减少使 用空调。到了冬天，树叶落光，太阳光线可 直射到房屋上，因而又可推迟使用暖气时间
解： ' o '' o ' o '' o t 95 C , t 50 C , t 30 C , t 60 C 1 2 2 （1）由题意知道， 1 由于原油出口温度大于热水出口温度，则判断为逆流。 '' 1 t1' t2 95 60 35 oC （2）换热器端差：
（3）计算对流传热系数：
h Nu f
f
D
360.6
0.634 9145W /(m2 .C ) 0.025
根据热平衡方程求管长：
qmcpf (t f 2 t f 1 ) hAtm
其中m f u f
4
D 2，A DL
(tw t f 1 ) (tw t f 2 ) (95 20) (95 60) tm 52.48 oC tw t f 1 95 20 ln ln 95 60 tw t f 2
'' ' qm1c p1 (t1' t1'' ) qm 2c p 2 (t2 t2 )
qm 2
qm1c p1 (t1' t1'' )
'' ' c p 2 (t2 t2 )
0.8 4.2 (95 50) 2.016kg / s 2.5 (60 30)
f 0.634 W /(m.C)
c pf 4.1784 kJ /(kg.C)
f 0.659106 m / s
f 653.12106 kg /(m.s)
Prf 4.31
w (314.79 282.43) 106 2 298.61106 kg /(m.s)
与步行相比，骑摩托车时相对速度较大，对
流换热强度大些，因此人体会散失较多的热 量从而感到更冷些。皮手套和护膝，由于透 气性差、导热系数小，增加了传热热阻，降 低了散热量，从而起到保暖作用。
8、灰体表面的有效辐射和本身辐射哪一个大 些？
灰体表面的有效辐射大 些。 J E G E (1 )G ，因 1, G 0 ， 则
所以
f u f Dc pf (t f 2 t f 1 )
4htm 992.2 2 0.025 4178.4 (60 20) 4.32m 4 9143.8 52.48
L
校核： 成立。
L
D
4.32
0.025
60
4．有两块相距甚近且平行放置的大平板，表
Gr
g v tL
3
2
表示流体所受浮升力与粘滞力的相对大小 。
3、两块厚度相同的无限大平壁，分别由金属
铜和木头制成。若保持其两侧表面温度对应
相等，那么，在常物性、稳态导热的情况下
两平壁内的温度分布是否相同？为什么？
相同。因为对于常物性、无内热源的无限大 平壁的稳态导热，第一类边界条件下其温度 分布（如下式）仅取决于边界温度，而与材 料的导热系数无关。来自（2）判定流型：
Re f uf D
f
2 0.025 4 4 7 . 587 10 10 0.659106
为旺盛紊流。 m 0.4 选用公式： tw t f ，流体被加热时， 假设满足 L 60 ，则：
D
0.8 f 0.4 f
n 0.11
f 0.11 653.12 0.11 4 0.8 0.4 Nu f 0.023Re Pr ( ) 0.023 (7.587 10 ) (4.31) ( ) 360.6 w 298.62
传热学习题
思考分析题
1、试比较下列不同情况下管内对流换热系数 的大小（假设其他条件相同，请用 <﹑= 或 > 表示） （1）层流_____紊流 （2） 水_____空气 （3）直管_____弯管（4） 光滑管_____粗糙 管 （5）层流入口段____层流充分发展段
2、写出格拉晓夫准则（Gr数）的表达式及物 理意义
（ 1）
Eb 2 Eb1 b (T24 T14 ) 5.67 108 (10004 5004 ) q21 1 1 1 2 1 1 1 1 1 1 1 1 2 0.85 0.95 1 X 12 2 53156.25 4.325 104 W / m2 1.229
（4）油水间的换热量为：
qm1cp1 (t1' t1'' ) 0.8 4.2 (95 50) 151.2kW
3、冷却水以2m/s的流速在内径为D=25mm的直 铜管内流动，其进口温度为20C，铜管内壁 温度为95C，试求水被加热到60C时所需的
管长。
T C 20 30 40 50 60 70
传热方向是由外部空气向管内流体。
2、有一套管式换热器利用热水加热原油。热水进 出口温度分别为95º C和50º C，热水流量为0.8 kg/s， 比热为4.2 kJ/(kg.º C)；原油的进口温度为30º C， 加热后变为60º C，原油比热为2.5 kJ/(kg.º C)。忽 略换热器的热损失，问： （1）该换热器是逆流还是顺流？ （2）换热器的对数平均温差是多少？ （3）原油流量是多少？ （4）油水之间的换热量是多少？
t t w1
t w1 t w 2
x
4．非稳态导热物体可以用集总参数法分析的
条件是什么？
导热物体内部导热热阻忽略不计，即任一时
刻物体内温度相同。实用判别条件为：
Bi 0.1
或
Biv 0.1M
（M是与
物体几何形状有关的无量纲数）。
5、在气温为10º C的房间内用细绳吊一段直径
kg/m3 998.2 995.7 992.2 998.1 983.2 977.8