传热学简答题

1.晚上入睡之前，用热水泡脚时对睡眠和健康有益。人们玩玩感觉到，刚刚把脚浸入热水时觉得水足够热，但如果脚不动、很快就会觉得水不热了。这时只要用脚把水搅动一下，立即就会感觉水又“变热了”。解释这种感觉产生原因。

答：（1）脚不动的情况：

一个单位的热量，在水和皮肤最靠近的那一层分子之前，发生碰撞，动能从水传到了皮肤。此时最表层的水温度降低，次表层的水和最表层的水分子发生碰撞，动能从次表层传导最表层，如此类推。热量通过分子自由碰撞的方式，从远处的水分子一步步传到脚。传递“速度”很慢，这个温度感受，基本上和用脚去摸一个40摄氏度的水杯一样，感受是“温温的，很舒服，甚至有点凉”。

（2）脚动的情况：

经过长时间脚不动的情况，远处水的温度到楼主脚的温度，达到稳态，呈线性变化。此时最表层的低温水大约36.5摄氏度，和和楼主脚基本同温（假设0.5摄氏度温差），脚，水温度梯度很小，q很小，如果楼主的脚在盆里搅动，最表层的低温水瞬间离开楼主，远处的40摄氏度水分子立刻接触楼主的脚，脚，水温度梯度变大很多，q变大很多，假设大概是8倍，楼主立刻觉得换热量大好多，觉得好烫。如果楼主脚呈一个规律性的运动，那么流体有可能发生全展，不久之后，热边界层也全展，此时，单位时间远处水碰到楼主脚的质量不变，温度不变，那么q也就不变了。

所以，本质上是因为，楼主脚动了以后，把热传导时形成的温度边界层破坏了，从而温度梯度变大了，从而q大了，而不是什么h大了，q大了。

2.例题6-1 在流体的物性和流道截面的周长相同的条件下 , 圆管和椭圆管内单相流体的受迫紊流换热 , 何者换热系数大 ? 为什么 ?

答：椭圆管的换热系数大。因为h∝d-0.2，椭圆管的d e <圆管的d。对于周长相同的圆和椭圆，其中椭圆的面积小于圆的面积，而d e = 4A /p ，则d e(椭圆)

3.思考题：北方深秋季节的清晨，树叶叶面上常常结霜。试问树叶上、下表面的哪一面结霜?为什么?

答：比较容易在树叶的上表面结霜，因为树叶上表面朝向大气层外宇宙空间，而大气层外宇宙空间的温度接近绝对零度；而当下表面朝向地面，而地表的温度与树叶温度差别不是很大。因此，相对于下表面来说，树叶上表面向外辐射散热较多，温度下降的快，很容易结霜

4.具有一个小孔的等温空腔表面，若有外部投射辐射从小孔进入空腔内，必将在其内表面经历无数次的吸收和反射，最后能够从小孔重新选出去的辐射能量必定微乎其微。认为几乎全部入射能量都被空腔吸收殆尽。从这个意义上讲，小孔非常接近黑体的性质。

5.思考题：某楼房室内是用白灰粉刷的, 但即使在晴朗的白天, 远眺该楼房的窗口时, 总觉得里面黑洞洞的, 这是为什么?

答：窗口相对于室内面积来说较小, 当射线(可见光射线等)从窗口进入室内时在室内经过多次反复吸收、反射, 只有极少的可见光射线从窗口反射出来, 由于观察点距离窗口很远, 故从窗口反射出来的可见光到达观察点的份额很小, 因而就很难反射到远眺人的眼里, 所以我们就觉得窗口里面黑洞洞的.

6.电影《泰坦尼克号》里，男主人公杰克在海水里被冻死，而女主人公罗丝却因躺在筏上而幸存下来，试从传热学的角度解释这一现象。

答：杰克在海水里其身体与海水之间通过自然对流交换热量，而罗丝在筏上其身体与空气之间产生自然对流。在其它条件相同时，水的自然对流换热强度要远大于空气，因此杰克身体由于自然对流散失热量的速度比罗丝快得多。所以，杰克被冻死而罗丝却幸免于难。

7.冬天时，用手摸72 ℃的铁和600 ℃的木材感觉一样吗？

答：一样，因为人手感觉到的冷暖实质是热量传递的快慢，而铁的导热系数远远大于木头的导热系数。不同的温差和不同的导热系数产生相同的热流密度，故导热效果相同。

8.冬天，在相同的室外温度条件下，为什么有风比无风时感到更冷些？

答：假定人体表面温度相同时，人体的散热在有风时相当于强制对流换热，在无风时属自然对流换热（不考虑热辐射或假定辐射换热量相同时），而空气的强制对流换热强度要比自然对流强烈。因而在有风时从人体带走的热量更多，所以感到更冷一些。

9.利用同一冰箱储存相同的物质时，结霜的冰箱耗电量大还是未结霜的冰箱耗电量大？

答：当其它条件相同时，冰箱的结霜相当于在冰箱蒸发器和冰箱冷冻室（或冷藏室）之间增加了一个附加热阻，因此，要达到相同的制冷室温度，必然要求蒸发器处于更低的温度。所以，结霜的冰箱耗电量更大。

10.在寒冷的北方地区，建房用砖采用实心砖好还是多孔的空心砖好？

答：在其它条件相同时，实心砖材料如红砖的导热系数约为0.5 W/（m·K），而多孔空心砖中充满着不动的空气，空气在纯导热（即忽略自然对流）时其导热系数很低，是很好的绝热材料，因而用多孔空心砖好。

11.在太阳系中地球和火星距太阳的距离相差不大，但为什么火星表面温度昼夜变化却比地球要大得多？

答：由于火星附近没有大气层，在白天太阳辐射时火星表现温度很高，而在夜间，没有大气层的火星与温度接近于绝对零度的太空进行辐射换热，因而表面温度很低。地球附近由于有大气层（主要成份是CO2和水蒸气）的辐射作用，夜间天空温度比太空高，白天大气层又会吸收一部分来自太阳的辐射能量，因而昼夜温差较小。

12.用焊锡的铁壶烧水，壶烧不坏，若不装水，把它放在火上一会儿就烧坏了，为什么？

答：这是因为水的沸点在1标准大气压下是100 ℃，锡的熔点是232 ℃，装水烧时，只要水不干，壶的温度不会明显超过100 ℃，达不到锡的熔点，更达不到铁的熔点，故壶烧不坏。若不装水在火上烧，不一会儿壶的温度就会达到锡的熔点，焊锡熔化，壶就烧坏了。

13.许多人都喜欢在冬天有暖暖阳光时晒被子，我们都会深有体会，冬天经过在白天太阳底下晒过的棉被，晚上盖起来会觉得很暖和，并且经过拍打以后，效果更加明显。为什么？

答：棉被经过晾晒以后，可使棉花的空隙里进入更多的空气。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，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。

14.在冬季的晴天，白天和晚上空气温度相同，但白天感觉暖和，晚上却感觉冷。