传热学第四版第10章
传热学课后答案(完整版)
绪论思考题与习题（89P -）答案：1．冰雹落体后溶化所需热量主要是由以下途径得到： Q λ—— 与地面的导热量 f Q ——与空气的对流换热热量注：若直接暴露于阳光下可考虑辐射换热，否则可忽略不计。
2．略 3．略 4．略 5．略6．夏季：在维持20℃的室内，人体通过与空气的对流换热失去热量，但同时又与外界和内墙面通过辐射换热得到热量，最终的总失热量减少。
（T T 〉外内）冬季：在与夏季相似的条件下，一方面人体通过对流换热失去部分热量，另一方面又与外界和内墙通过辐射换热失去部分热量，最终的总失热量增加。
（T T 〈外内）挂上窗帘布阻断了与外界的辐射换热，减少了人体的失热量。
7．热对流不等于对流换热，对流换热 = 热对流 + 热传导 热对流为基本传热方式，对流换热为非基本传热方式 8．门窗、墙壁、楼板等等。
以热传导和热对流的方式。
9．因内、外两间为真空，故其间无导热和对流传热，热量仅能通过胆壁传到外界，但夹层两侧均镀锌，其间的系统辐射系数降低，故能较长时间地保持热水的温度。
当真空被破坏掉后，1、2两侧将存在对流换热，使其保温性能变得很差。
10．t R R A λλ= ⇒ 1t R R A λλ== 2218.331012m --=⨯11．q t λσ=∆ const λ=→直线 const λ≠ 而为λλ=（t ）时→曲线12、略13．解：1211t q h h σλ∆=++＝18(10)45.9210.361870.61124--=++2W m111()f w q h t t =-⇒ 11137.541817.5787w f q t t h =-=-=℃222()w f q h t t =-⇒ 22237.54109.7124w f q t t h =+=-+=-℃ 45.92 2.83385.73q A W φ=⨯=⨯⨯= 14. 解：40.27.407104532t K R W A HL λσσλλ-====⨯⨯⨯30.2 4.4441045t R λσλ-===⨯2m K W • 3232851501030.44.44410t KW q m R λ--∆-==⨯=⨯ 3428515010182.37.40710t t KW R λφ--∆-==⨯=⨯ 15．()i w f q h t h t t =∆=-⇒i w f qt t h=+51108515573=+=℃0.05 2.551102006.7i Aq d lq W φππ===⨯⨯=16.解：12441.2 1.2()()100100w w t t q c ⎡⎤=-⎢⎥⎣⎦ 44227350273203.96()()139.2100100W m ++⎡⎤=⨯-=⎢⎥⎣⎦12''441.21.2()()100100w w t t qc ⎡⎤=-⎢⎥⎢⎥⎣⎦442273200273203.96()()1690.3100100W m ++⎡⎤=⨯-=⎢⎥⎣⎦'21.2 1.2 1.21690.3139.21551.1Wq q q m ∆=-=-=17．已知：224A m =、215000()Wh m K =•、2285()Wh m K =•、145t =℃2500t =℃、'2285()Wk h m K ==•、1mm σ=、398λ=()W m K •求：k 、φ、∆解：由于管壁相对直径而言较小，故可将此圆管壁近似为平壁即：12111k h h σλ=++＝3183.5611101500039085-=⨯++2()W m k • 383.5624(50045)10912.5kA t KW φ-=∆=⨯⨯-⨯= 若k ≈2h'100k k k -∆=⨯％8583.561.7283.56-==％ 因为：1211h h =，21h σλ= 即：水侧对流换热热阻及管壁导热热阻远小于燃气侧对流换热热阻，此时前两个热阻均可以忽略不记。
第四版《传热学》课后习题答案
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：dx dt，其中，q －热流密度；－导热系数；dxdt－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，q－热流密度；h－表面传热系数；wt－固体表面温度；ft－流体的温度。
③斯忒藩－玻耳兹曼定律：，其中，q －热流密度；－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/(m2.K)；③传热系数的单位是：W/(m2.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。
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。
《传热学》第四版课后习题问题详解
《传热学》第一章思考题1． 试用简练的语言说明导热、对流换热与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；对流如此是流体各局部之间发生宏观相对位移与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、牛顿冷却公式与斯忒藩－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与其意义。
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 －外表传热系数；w t －固体外表温度；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、外表传热系数与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外表传热系数的单位是：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“换热器热工计算的根本公式〞。
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，进展热量交换的冷、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。
传热学思考题参考答案(陶文铨第四版)
答：放大镜的中间厚，边缘薄，光线在透过放大镜时会产生折射，因此会把物图像放大。要点： 值越大则温度变化率越小，在图上标示出来就是斜率越小（具体可参考换热器原理一书）。当相等时，顺流为对称的两曲线，而逆流时则为平行线。
答：在圆管外敷设保温层和设置肋片都使表面换热热阻降低而导热热阻增加，而一般情况下保温使导热热阻增加较多，使换热热阻降低较少，使总热阻增加，起到削弱传热的效果；设置肋片使导热热阻增加较少，而换热热阻降低较多，使总热阻下降，起到强化传热的作用。但当外径小于临界直径时，增加保温层厚度反而会强化传热。理论上只有当肋化系数与肋面总效率的乘积小于1时，肋化才会削弱传热。
答：条件：（1）材料的导热系数，表面传热系数以及沿肋高方向的横截面积均各自为常数（2）肋片温度在垂直纸面方向（即长度方向）不发生变化，因此可取一个截面（即单位长度）来分析（3）表面上的换热热阻远远大于肋片中的导热热阻，因而在任一截面上肋片温度可认为是均匀的（4）肋片顶端可视为绝热。并不是扩展表面细长就可以按一维问题处理，必须满足上述四个假设才可视为一维问题。
第八章：
1、选择太阳能集热器的表面涂层时，该涂层表面吸收率随波长的变化最佳曲线是什么？有人认为取暖用的辐射采暖片也需要涂上这种材料，你认为合适吗？
分析：太阳辐射的主要能量集中在0.2～2μm，该涂层表面吸收率随波长的变化最佳曲线是当波长小于2μm时，吸收率大，当波长大于2μm时，吸收率要小。
不合适。因为如果暖片在高温（波长小）时有很大的吸收比，那么暖片将有很大的辐射换热量，减小了对流换热量，因此不适合。
答：虽然黑体表面与重辐射面均具有J=Eb的特点，但二者具有不同的性质。黑体表面的温度不依赖于其他参与辐射的表面，相当于源热势。而重辐射面的温度则是浮动的，取决于参与辐射的其他表面。
传热学第十章ppt课件
h A ( t t ) h ( t t ) o 1 wo fo o fA 2 wo fo h A ( t t ) o o o wo fo
(A f A 1 2) A o
肋面总效率
o
A ( t t ) 0 f i f0 1 1 A A 1 1 o o h A A h A hA A h i i i oo o i i i oo
外部对流： h d l ( t t ) o o wo f2
上
1 1 d 1 o ln h 2 d h d id i i o o
对外侧面积而言得传热系数的定义式由下式表示：
kk o 1 d d d 1 o o o ln hd 2 d h i i i o
所以，只要 o 就可以起到强化换热的效果。 1 由于β 值常常远大于1，而使η 0β 的值总是远大于1，这就使
肋化侧的热阻显著减小，从而增大传热系数的值。
9.1.4 临界热绝缘直径
Φ
l( tfi tfo )
1 1 d 1 ln( o) h 2 d h d id i i o o
传热学课件第 十章
本章要求掌握的内容： 定量：传热过程的计算；对数平均温差的计算； 间壁式换热器的设计计算及校核计算。 定性：掌握传热过程的热阻分析法；传热过程 强化与削弱措施。
9-1 传热过程的分析和计算
• 传热过程：热量由壁面一侧的流体通过壁面传到另 一侧流体中去的过程称传热过程。 • 传热过程分析求解的 基本关系为传热方程式
从热阻的角度来看
1 1 1 d 1 o ln kA h 2 l d h A o iA i i o o
9.1.3 通过肋壁的传热
传热学,第十章
（2）浓度扩散的两种基本方式 分子扩散： 分子扩散：在浓度梯度作用下由分子运动而引 起的质量传递过程。 起的质量传递过程。 对流扩散： 对流扩散：在浓度梯度存在的情况下由宏观对流 而引起的质量传递过程。 而引起的质量传递过程。 （3）混合物的浓度
mA mB , ρB = kg/m3 质量浓度ρ ： ρ A = V V nA nB 3 , cB = kmol/m 物质的量浓度c ：cA = V V 对于理想气体， 对于理想气体， piV = ni RT pi ci = R = 8.314 J/(mol ⋅ K) RT
（4）通量密度 定义： 定义 ： 单位时间内在垂直于扩散方向单位面积上 通过的某组分的物质的数量称为该组分的通量密度 通过的某组分的物质的数量称为该组分的通量密度。 通量密度。 质量通量密度： 质量通量密度： 单位时间内在垂直于扩散方向单位面积上通过的 某组分的质量， 表示，单位为kg/(m 某组分的质量，用Mi 表示，单位为kg/(m2·s) 。 物质的量通量密度（摩尔通量密度 物质的量通量密度（摩尔通量密度）： 通量密度） 单位时间内在垂直于扩散方向单位面积上通过的 某组分的物质的量（摩尔数量） 表示， 某组分的物质的量（摩尔数量），用Ni 表示，单位为 kmol/(m2·s) 。
D dp w D dpw D dpw cwx Nw = − + cwx ⋅ = − − RT dx RT dx RT dx cAx
cwx pw pw pA = cwx = , cAx = cAx pA RT RT D pw + pA dpw D p0 dpw Nw = − =− RT pA dx RT p0 − pw dx
dpA dp w =− dx dx
由于空气几乎不溶于水， 由于空气几乎不溶于水，不 能向水中扩散，在水面处， 能向水中扩散，在水面处，空气 的分压力梯度接近于零。 的分压力梯度接近于零。但由于 筒口处的空气分压力大于水面处， 筒口处的空气分压力大于水面处， 必然有空气不断从筒口向下扩散， 必然有空气不断从筒口向下扩散， 会使水面处的空气越来越多。 会使水面处的空气越来越多。为 了维持稳定的扩散过程， 了维持稳定的扩散过程，一定存 在一股自下而上的混合气流， 在一股自下而上的混合气流，其 中携带的空气量正好等于向下扩 散的空气量，即在任一截面处， 散的空气量，即在任一截面处， 都有 D dpA
《传热学》第四版课后习题答案
《传热学》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：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；ft －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． 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。
《传热学》课程教学大纲
《传热学》课程教学大纲课程名称：传热学英文名称：Heat Transfer课程编码：CJX0120课程学时：56学分：3.5适用对象：机械系能动和建环专业先修课程：高等数学，物理，流体力学使用教材：戴锅生编，《传热学》，第二版，北京：高等教育出版社，1999主要参考书：[1]杨世铭、陶文铨主编，《传热学》，第四版，北京：高等教育出版社，2006[2]傅秦生主编，《热工基础与应用》，第三版，北京：机械工业出版社，2015一、课程性质、目的和任务传热学是研究热量传递规律及其应用，以提高热能利用经济性的一门学科。
传热学是我院机械系能动和建环专业的一门必修的主干专业基础课程。
本课程不仅为学生学习有关的专业课程提供基本的理论知识，而且也为学生以后从事热能的合理利用、热工设备效能的提高及换热器的设计和开发研究等方面的工作打下必要的基础。
通过本课程的学习1. 应使学生获得比较宽广和巩固的热量传递规律的基础知识，具备分析工程传热问题的基本能力；2. 掌握计算工程传热问题的基本方法，并具有相应的计算（包括理论分析和数值计算）能力。
二、教学基本要求要求学生熟练掌握导热、对流和热辐射三种热量传递方式的物理概念、特点和基本规律，并能综合应用这些基础知识正确分析工程实际中的传热问题。
掌握计算各类热量传递过程的基本方法，能对典型的工程传热问题进行计算，能对间壁式换热器进行热设计。
掌握强化或削弱热量传递过程的方法，并能提出工程实际中切实可行的强化或削弱传热的措施。
三、课程内容第一章绪论了解传热学与工程热力学在研究内容和方法上的区别，掌握传热学的研究对象、任务、方法及其在工程中的应用。
作为一门研究热量传递基本规律及其应用的技术基础课，学习目的在于掌握一般工程技术中热量传递的基本规律和处理传热问题的基本方法，以提高热能直接利用的经济性；能够应用这些知识来解决遇到的实际问题；并为学习有关的工程技术课程提供必要的理论基础。
掌握热量传递的基本方式：导热、对流和热辐射的概念和所传递热量的基本计算公式。
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10-2换热器的类型
间壁式换热器的主要形式
套管式换热器
10-2换热器的类型
间壁式换热器的主要形式
壳管式换热器
管程 流经管内流体所经过的路经 壳程 流经管间流体所经过的路经 多管程 I（壳程数）—J（管程数） 多壳程
对流→导热→对流
传热关系式
t fi twi hidil
twi
two
2 l
ln
do di
l t fi t fo
1 1 ln do 1
hidi 2 di hodo
kA0 t fi t fo kdol t fi t fo
10-2换热器的类型
间壁式换热器的主要形式
壳管式换热器
10-2换热器的类型
间壁式换热器的主要形式
壳管式
10-2换热器的类型
间壁式 换热器 的主要 形式
交叉流
10-2换热器的类型
间壁式换热器的主要形式
板式
10-2换热器的类型
间壁式换热器的主要形式
板式
10-2换热器的类型
kAo hi Ai 2 l di ho Ao
10-1传热过程分析和计算
通过肋壁的传热过程计算
传热过程
对流→导热→带肋片的对流
λ hi
δ
传热关系式
hi Ai t fi twi
Ai
twi
two
Ai
ho A1 tw0 t fo ho f A2 tw0 t fo hoo Ao tw0 t fo tfi
圆管外加肋片及加保温层的辩证关系
10-1传热过程分析和计算
临界绝热直径
圆管外加肋片及加保温层 的辩证关系
圆管外敷设保温层 外敷设保温层，也增加对流 换热面积（减少了表面换热 热阻），但同时也增加了导 热热阻。由于保温层的导热 系数较小，导热热阻增加较 大，而对流换热面积增加有 限，一般地使总热阻增加
1 ho d o
2
0
do
2
ho
这个do称为临界热绝缘直径
Bi
ho d o
2
10-2换热器的类型
换热器的定义
用来使热量从热流体传递到冷流体，以满足规定的工艺要求 的装置
按操作过程的换热器分类
间壁式 冷热流体分别位于壁面两侧 混合式 冷热流体直接接触，互相混合 蓄热式
two t fo hodol
tfi
ho
twi hfi
two
tfo
ro ri
o
10-1传热过程分析和计算
通过圆筒壁的传热过程计算
传热系数计算式（以管外侧面积为基准）
1 k
do do ln do 1
传热热阻计算hidi式2（ 以d管i 外ho 侧面积为基准）
1 1 1 ln dA1 f A2 称为肋面总效率
Ao
twi
t fi t fo
1
1
hi Ai Ai hoo Ao
A1
ho
tf0 Φ
A2
two
10-1传热过程分析和计算
通过肋壁的传热过程计算
传热系数计算式
以肋侧表面积Ao为基准 1
k f Ao Ao 1 hi Ai Ai hoo
当β≥700m2/m3或者dh≤6mm时，称为紧凑式换热 器
非紧凑式换热器
当β＞3000m2/m3或者100μm≤dh≤1mm时，由于 水流直径的减小，导致Re数减小，通道内的流动一 般为层流，称为层流换热器
10-2换热器的类型
按表面紧凑程度的换热器分类
非紧凑式换热器
当β＞15000m2/m3或者100μm≤dh≤0.22mm时， 属微型换热器
圆管外加肋片及加保温层的辩证关系
10-1传热过程分析和计算
临界绝热直径
达到最大散热量时的临界热绝缘直径
定义：对应散热量最大时的保温层外径
临界绝缘直径
d
ddo
l t fi
1 hi d
i
t fo
1
2do
1
ho
d
2 o
1
2
ln
do di
采用各种肋化表面（即扩展表面）。其中在翅 片上开缝的翅片传热效率更高
采用丝网状材料等。这是实现紧凑性的重要方 法
10-2换热器的类型
管壳式换热器的近期发展
螺旋折流式换热器
10-2换热器的类型
管壳式换热器的近期发展
间壁式换热器的主要形式
板式
10-2换热器的类型
间壁式换热器的主要形式
螺旋板式
10-2换热器的类型
间壁式换热器的主要形式
螺旋板式
10-2换热器的类型
提高换热器紧凑性的途径
减小管径。当管壳式换热器的圆管的直径小于 5mm时，可超过660m2/m3
采用板式结构。由多层薄板形成的流道可使水 力直径降低，并且可以在板上压制出波纹，以 增加对流体的扰动
传热学
第十章 传热过程分析与换热器的热计算
课件制作人：尹华杰
10-1传热过程分析和计算
传热基本关系式
kA t f 1 t f 2
k传热系数或总传热系数
通过平壁的传热过程计算
k
1
1
1
h1 h2
10-1传热过程分析和计算
t
通过圆筒壁的传热过程计算
传热过程
冷热两流体依次交替地流过同一换热表面，热流体流过 换热面蓄能，然后冷流体流过换热面吸热被加热。是非 稳态传热
10-2换热器的类型
按表面紧凑程度的换热器分类
紧凑式换热器
紧凑程度用水力直径（dh也称当量直径，即流动截 面积的4倍除以湿周长）来区别，或者用每立方米体 积中的传热面积即传热面积密度β来衡量
以光侧表面积Ai为基准
k f
1
1
Ai
1
1
1
hi hoo Ao hi hoo
式中， Ao ， 称为肋化系数
Ai
10-1传热过程分析和计算
临界绝热直径
圆管外加肋片及加保温层的辩证关系
圆管外加肋片 加肋片增加外表面积，增大了 对流换热（减小了表面换热热 阻），但同时增加了导热热阻 。由于肋片选用导热系数很大 的材料制作，换热面积的增加 倍数较高，导热热阻增加较小 。综合结果是使总热阻还是明 显降低