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傳熱學(xué)問答題答案
在學(xué)習(xí)和工作中，我們總免不了要接觸或使用練習(xí)題，通過這些形形色色的習(xí)題，使得我們得以有機(jī)會認(rèn)識事物的方方面面，認(rèn)識概括化圖式多樣化的具體變式，從而使我們對原理和規(guī)律的認(rèn)識更加的深入。大家知道什么樣的習(xí)題才是好習(xí)題嗎？下面是小編收集整理的傳熱學(xué)問答題答案，歡迎大家借鑒與參考，希望對大家有所幫助。
傳熱學(xué)問答題答案 1
第一章
思考題
1. 試用簡練的語言說明導(dǎo)熱、對流換熱及輻射換熱三種熱傳遞方式之間的聯(lián)系和區(qū)別。
答：導(dǎo)熱和對流的區(qū)別在于：物體內(nèi)部依靠微觀粒子的熱運(yùn)動而產(chǎn)生的熱量傳遞現(xiàn)象，稱為導(dǎo)熱；對流則是流體各部分之間發(fā)生宏觀相對位移及冷熱流體的相互摻混。聯(lián)系是：在發(fā)生對流換熱的同時必然伴生有導(dǎo)熱。
導(dǎo)熱、對流這兩種熱量傳遞方式，只有在物質(zhì)存在的條件下才能實現(xiàn)，而輻射可以在真空中傳播，輻射換熱時不僅有能量的轉(zhuǎn)移還伴有能量形式的轉(zhuǎn)換。
2. 以熱流密度表示的傅立葉定律、牛頓冷卻公式及斯忒藩－玻耳茲曼定律是應(yīng)當(dāng)熟記的傳熱學(xué)公式。試寫出這三個公式并說明其中每一個符號及其意義。
答：① 傅立葉定律：
向的溫度變化率，“－”表示熱量傳遞的方向是沿著溫度降低的方向。
�、� 牛頓冷卻公式：
�。腆w表面溫度；qdtdtdx，其中，q－熱流密度；－導(dǎo)熱系數(shù)；dx－沿x方，其中，q－熱流密度；h－表面?zhèn)鳠嵯禂?shù)；
4qh(twtf)twtf－流體的溫度。 ③ 斯忒藩－玻耳茲曼定律：qT，其中，q－熱流密度；－斯忒藩－玻耳
茲曼常數(shù)；T－輻射物體的熱力學(xué)溫度。
3. 導(dǎo)熱系數(shù)、表面?zhèn)鳠嵯禂?shù)及傳熱系數(shù)的單位各是什么？哪些是物性參數(shù)，哪些與過程有關(guān)？
2答：① 導(dǎo)熱系數(shù)的單位是：W/(m.K)；② 表面?zhèn)鳠嵯禂?shù)的單位是：W/(m.K)；③ 傳熱
2系數(shù)的單位是：W/(m.K)。這三個參數(shù)中，只有導(dǎo)熱系數(shù)是物性參數(shù)，其它均與過程有關(guān)。
4. 當(dāng)熱量從壁面一側(cè)的流體穿過壁面?zhèn)鹘o另一側(cè)的流體時，冷、熱流體之間的換熱量可以通過其中任何一個環(huán)節(jié)來計算（過程是穩(wěn)態(tài)的），但本章中又引入了傳熱方程式，并說它是“換熱器熱工計算的基本公式”。試分析引入傳熱方程式的工程實用意義。
答：因為在許多工業(yè)換熱設(shè)備中，進(jìn)行熱量交換的冷、熱流體也常處于固體壁面的兩側(cè)，是工程技術(shù)中經(jīng)常遇到的一種典型熱量傳遞過程。
5. 用鋁制的水壺?zé)_水時，盡管爐火很旺，但水壺仍然安然無恙。而一旦壺內(nèi)的水燒干后，水壺很快就燒壞。試從傳熱學(xué)的觀點(diǎn)分析這一現(xiàn)象。
答：當(dāng)壺內(nèi)有水時，可以對壺底進(jìn)行很好的冷卻（水對壺底的對流換熱系數(shù)大），壺底的熱量被很快傳走而不至于溫度升得很高；當(dāng)沒有水時，和壺底發(fā)生對流換熱的是氣體，因為氣體發(fā)生對流換熱的表面換熱系數(shù)小，壺底的熱量不能很快被傳走，故此壺底升溫很快，容易被燒壞。
6. 用一只手握住盛有熱水的杯子，另一只手用筷子快速攪拌熱水，握杯子的手會顯著地感到熱。試分析其原因。
答：當(dāng)沒有攪拌時，杯內(nèi)的水的流速幾乎為零，杯內(nèi)的水和杯壁之間為自然對流換熱，自熱對流換熱的表面?zhèn)鳠嵯禂?shù)小，當(dāng)快速攪拌時，杯內(nèi)的水和杯壁之間為強(qiáng)制對流換熱，表面?zhèn)鳠嵯禂?shù)大，熱水有更多的熱量被傳遞到杯壁的外側(cè)，因此會顯著地感覺到熱。
7. 什么是串聯(lián)熱阻疊加原則，它在什么前提下成立？以固體中的導(dǎo)熱為例，試討論有哪些情況可能使熱量傳遞方向上不同截面的熱流量不相等。
答：在一個串聯(lián)的熱量傳遞過程中，如果通過每個環(huán)節(jié)的熱流量都相同，則各串聯(lián)環(huán)節(jié)的總熱阻等于各串聯(lián)環(huán)節(jié)熱阻的和。例如：三塊無限大平板疊加構(gòu)成的平壁。例如通過圓筒壁，對于各個傳熱環(huán)節(jié)的傳熱面積不相等，可能造成熱量傳遞方向上不同截面的熱流量不相等。
8.有兩個外形相同的保溫杯A與B，注入同樣溫度、同樣體積的熱水后不久，A杯的外表面就可以感覺到熱，而B杯的外表面則感覺不到溫度的變化，試問哪個保溫杯的質(zhì)量較好？
答：Ｂ：杯子的保溫質(zhì)量好。因為保溫好的杯子熱量從杯子內(nèi)部傳出的熱量少，經(jīng)外部散熱以后，溫度變化很小，因此幾乎感覺不到熱。
第二章
思考題
1 試寫出導(dǎo)熱傅里葉定律的一般形式，并說明其中各個符號的意義。
tq＝－gradtnx，其中：gradt為空間某點(diǎn)的溫答：傅立葉定律的一般形式為：qn度梯度；是通過該點(diǎn)的等溫線上的法向單位矢量，指向溫度升高的方向；為該處的熱流密度矢量。
2 已知導(dǎo)熱物體中某點(diǎn)在x,y,z三個方向上的熱流密度分別為的 熱密度矢量？ qx,qy及qz，如何獲得該點(diǎn)qqiqjqkxyz答：，其中i,j,k分別為三個方向的單位矢量量。
3 試說明得出導(dǎo)熱微分方程所依據(jù)的基本定律。
答：導(dǎo)熱微分方程式所依據(jù)的基本定律有：傅立葉定律和能量守恒定律。
4 試分別用數(shù)學(xué)語言將傳熱學(xué)術(shù)語說明導(dǎo)熱問題三種類型的邊界條件。
答：① 第一類邊界條件：0時，twf1()0時((t)wf2()x
② 第二類邊界條件：
�、� 第三類邊界條件：
5 試說明串聯(lián)熱阻疊加原則的內(nèi)容及其使用條件。
答：在一個串聯(lián)的熱量傳遞過程中，如果通過每個環(huán)節(jié)的熱流量都相同，則各串聯(lián)環(huán)節(jié)的總熱阻等于各串聯(lián)環(huán)節(jié)熱阻的和。使用條件是對于各個傳熱環(huán)節(jié)的傳熱面積必須相等。
7.通過圓筒壁的導(dǎo)熱量僅與內(nèi)、外半徑之比有關(guān)而與半徑的絕對值無關(guān)，而通過球殼的導(dǎo)熱量計算式卻與半徑的絕對值有關(guān)，怎樣理解？
答：因為通過圓筒壁的導(dǎo)熱熱阻僅和圓筒壁的內(nèi)外半徑比值有關(guān)，而通過球殼的導(dǎo)熱熱阻卻和球殼的絕對直徑有關(guān)，所以絕對半徑不同時，導(dǎo)熱量不一樣。
6 發(fā)生在一個短圓柱中的導(dǎo)熱問題，在下列哪些情形下可以按一維問題來處理？ 答：當(dāng)采用圓柱坐標(biāo)系，沿半徑方向的導(dǎo)熱就可以按一維問題來處理。
8 擴(kuò)展表面中的導(dǎo)熱問題可以按一維問題來處理的條件是什么？有人認(rèn)為，只要擴(kuò)展表面細(xì)長，就可按一維問題來處理，你同意這種觀點(diǎn)嗎？
答：只要滿足等截面的直肋，就可按一維問題來處理。不同意，因為當(dāng)擴(kuò)展表面的'截面不均時，不同截面上的熱流密度不均勻，不可看作一維問題。
9 肋片高度增加引起兩種效果：肋效率下降及散熱表面積增加。因而有人認(rèn)為，隨著肋片高度的增加會出現(xiàn)一個臨界高度，超過這個高度后，肋片導(dǎo)熱熱數(shù)流量反而會下降。試分析這一觀點(diǎn)的正確性。
答：錯誤，因為當(dāng)肋片高度達(dá)到一定值時，通過該處截面的熱流密度為零。通過肋片的熱流已達(dá)到最大值，不會因為高度的增加而發(fā)生變化。
10 在式（2-57）所給出的分析解中，不出現(xiàn)導(dǎo)熱物體的導(dǎo)熱系數(shù)，請你提供理論依據(jù)。 答：由于式（2-57）所描述的問題為穩(wěn)態(tài)導(dǎo)熱，且物體的導(dǎo)熱系數(shù)沿x方向和y方向的數(shù)值相等并為常數(shù)。
11 有人對二維矩形物體中的穩(wěn)態(tài)無內(nèi)熱源常物性的導(dǎo)熱問題進(jìn)行了數(shù)值計算。矩形的一個邊絕熱，其余三個邊均與溫度為f的流體發(fā)生對流換熱。你能預(yù)測他所得的溫度場的解嗎？ 答：能，因為在一邊絕熱其余三邊為相同邊界條件時，矩形物體內(nèi)部的溫度分布應(yīng)為關(guān)于絕熱邊的中心線對稱分布。
第三章
思考題
1. 試說明集總參數(shù)法的物理概念及數(shù)學(xué)處理的特點(diǎn)
答：當(dāng)內(nèi)外熱阻之比趨于零時，影響換熱的主要環(huán)節(jié)是在邊界上的換熱能力。而內(nèi)部由于熱阻很小而溫度趨于均勻，以至于不需要關(guān)心溫度在空間的分布，溫度只是時間的函數(shù)， 數(shù)學(xué)描述上由偏微分方程轉(zhuǎn)化為常微分方程、大大降低了求解難度。
2. 在用熱電偶測定氣流的非穩(wěn)態(tài)溫度場時,怎么才能改善熱電偶的溫度響應(yīng)特性
答：要改善熱電偶的溫度響應(yīng)特性，即最大限度降低熱電偶的時間常數(shù)上要降低體面比，要選擇熱容小的材料，要強(qiáng)化熱電偶表面的對流換熱。 ccvhA,形狀
3. 試說明”無限大平板”物理概念,并舉出一二個可以按無限大平板處理的非穩(wěn)態(tài)導(dǎo)熱問題
答；所謂“無限大”平板，是指其長寬尺度遠(yuǎn)大于其厚度，從邊緣交換的熱量可以忽略 不計，當(dāng)平板兩側(cè)換熱均勻時，熱量只垂直于板面方向流動。如薄板兩側(cè)均勻加熱或冷卻、 爐墻或冷庫的保溫層導(dǎo)熱等情況可以按無限大平板處理。
4. 什么叫非穩(wěn)態(tài)導(dǎo)熱的正規(guī)狀態(tài)或充分發(fā)展階段這一階段在物理過程及數(shù)學(xué)處理上都有些什么特點(diǎn)
答：非穩(wěn)態(tài)導(dǎo)熱過程進(jìn)行到一定程度,初始溫度分布的影響就會消失，雖然各點(diǎn)溫度仍 隨時間變化,但過余溫度的比值已與時間無關(guān)，只是幾何位置(x/)和邊界條件(Bi數(shù)) 的函數(shù)，亦即無量綱溫度分布不變，這一階段稱為正規(guī)狀況階段或充分發(fā)展階段。這一階段的數(shù)學(xué)處理十分便利，溫度分布計算只需取無窮級數(shù)的首項進(jìn)行計算。
5. 有人認(rèn)為,當(dāng)非穩(wěn)態(tài)導(dǎo)熱過程經(jīng)歷時間很長時,采用圖3-7記算所得的結(jié)果是錯誤的理由是： 這個圖表明,物體中各點(diǎn)的過余溫度的比值與幾何位置及Bi有關(guān),而與時間無關(guān).但當(dāng)時間趨于無限大時,物體中各點(diǎn)的溫度應(yīng)趨近流體溫度,所以兩者是有矛盾的。你是否同意這種看法,說明你的理由。
答：我不同意這種看法，因為隨著時間的推移，雖然物體中各點(diǎn)過余溫度的比值不變 但各點(diǎn)溫度的絕對值在無限接近。這與物體中各點(diǎn)溫度趨近流體溫度的事實并不矛盾。
6. 試說明Bi數(shù)的物理意義。Bio及Bi各代表什么樣的換熱條件有人認(rèn)為,Bi代表了絕熱工況,你是否贊同這一觀點(diǎn),為什么
答；Bi數(shù)是物體內(nèi)外熱阻之比的相對值。Bio時說明傳熱熱阻主要在邊界，內(nèi)部溫度趨于均勻，可以用集總參數(shù)法進(jìn)行分析求解；Bi時，說明傳熱熱阻主要在內(nèi)部，可以近似認(rèn)為壁溫就是流體溫度。認(rèn)為Bio代表絕熱工況是不正確的，該工況是指邊界熱阻相對于內(nèi)部熱阻較大，而絕熱工況下邊界熱阻無限大。
7. 什么是分非穩(wěn)態(tài)導(dǎo)熱問題的乘積解法,他的使用條件是什么
答；對于二維或三維非穩(wěn)態(tài)導(dǎo)熱問題的解等于對應(yīng)幾個一維問題解的乘積，其解的形式是無量綱過余溫度，這就是非穩(wěn)態(tài)導(dǎo)熱問題的乘積解法，其使用條件是恒溫介質(zhì)，第三類邊 界條件或邊界溫度為定值、初始溫度為常數(shù)的情況。
8.什么是”半無限大”的物體半無限大物體的非穩(wěn)態(tài)導(dǎo)熱存在正規(guī)階段嗎
答：所謂“半大限大”物體是指平面一側(cè)空間無限延伸的物體：因為物體向縱深無限延 伸，初臉溫度的影響永遠(yuǎn)不會消除，所以半死限大物體的非穩(wěn)念導(dǎo)熱不存在正規(guī)狀況階段。
10.本章的討論都是對物性為常數(shù)的情形作出的,對物性溫度函數(shù)的情形,你認(rèn)為怎樣獲得其非穩(wěn)態(tài)導(dǎo)熱的溫度場
答：從分析解形式可見，物體的無量綱過余溫度是傅立葉數(shù)（/l）的負(fù)指數(shù)函數(shù)， 即表示在相同尺寸及換熱條件下，導(dǎo)溫系數(shù)越大的物體到達(dá)指定溫度所需的時間越短、這正 說明導(dǎo)溫系數(shù)所代表的物理含義。
第五章
復(fù)習(xí)題
1、試用簡明的語言說明熱邊界層的概念。
答：在壁面附近的一個薄層內(nèi)，流體溫度在壁面的法線方向上發(fā)生劇烈變化，而在此薄層之外，流體的溫度梯度幾乎為零，固體表面附近流體溫度發(fā)生劇烈變化的這一薄層稱為溫度邊界層或熱邊界層。
2、與完全的能量方程相比，邊界層能量方程最重要的特點(diǎn)是什么？ 2A答：與完全的能量方程相比，它忽略了主流方向溫度的次變化率2x2，因此僅適用于邊界層內(nèi)，不適用整個流體。
3、式（5—4）與導(dǎo)熱問題的第三類邊界條件式（2—17）有什么區(qū)別？ httyy0答：（5—4）(t)h(twtf)h （2—11）
式（5—4）中的h是未知量，而式（2—17）中的h是作為已知的邊界條件給出，此外（2—17）中的為固體導(dǎo)熱系數(shù)而此式為流體導(dǎo)熱系數(shù)，式（5—4）將用來導(dǎo)出一個包括h的無量綱數(shù)，只是局部表面?zhèn)鳠嵯禂?shù)，而整個換熱表面的表面系數(shù)應(yīng)該把牛頓冷卻公式應(yīng)用到整個表面而得出。
4、式（5—4）表面，在邊界上垂直壁面的熱量傳遞完全依靠導(dǎo)熱，那么在對流換熱中，流體的流動起什么作用？
答：固體表面所形成的邊界層的厚度除了與流體的粘性有關(guān)外還與主流區(qū)的速度有關(guān)，流動速度越大，邊界層越薄，因此導(dǎo)熱的熱阻也就越小，因此起到影響傳熱大小
5、對流換熱問題完整的數(shù)字描述應(yīng)包括什么內(nèi)容？既然對大多數(shù)實際對流傳熱問題尚無法求得其精確解，那么建立對流換熱問題的數(shù)字描述有什么意義？
答：對流換熱問題完整的數(shù)字描述應(yīng)包括：對流換熱微分方程組及定解條件，定解條件包括，（1）初始條件 （2）邊界條件 （速度、壓力及溫度）建立對流換熱問題的數(shù)字描述目的在于找出影響對流換熱中各物理量之間的相互制約關(guān)系，每一種關(guān)系都必須滿足動量，能量和質(zhì)量守恒關(guān)系，避免在研究遺漏某種物理因素。
第六章
復(fù)習(xí)題
1、什么叫做兩個現(xiàn)象相似，它們有什么共性？
答：指那些用相同形式并具有相同內(nèi)容的微分方程式所描述的現(xiàn)象，如果在相應(yīng)的時刻與相應(yīng)的地點(diǎn)上與現(xiàn)象有關(guān)的物理量一一對于成比例，則稱為兩個現(xiàn)象相似。
凡相似的現(xiàn)象，都有一個十分重要的特性，即描述該現(xiàn)象的同名特征數(shù)（準(zhǔn)則）對應(yīng)相等。
�。�1） 初始條件。指非穩(wěn)態(tài)問題中初始時刻的物理量分布。
�。�2） 邊界條件。所研究系統(tǒng)邊界上的溫度（或熱六密度）、速度分布等條件。
�。�3） 幾何條件。換熱表面的幾何形狀、位置、以及表面的粗糙度等。
（4） 物理條件。物體的種類與物性。
5、對于外接管束的換熱，整個管束的平均表面?zhèn)鳠嵯禂?shù)只有在流動方向管排數(shù)大于一定值后才與排數(shù)無關(guān)，試分析原因。
答：因后排管受到前排管尾流的影響（擾動）作用對平均表面?zhèn)鳠嵯禂?shù)的影響直到10排管子以上的管子才能消失。
6、試簡述充分發(fā)展的管內(nèi)流動與換熱這一概念的含義。
答：由于流體由大空間進(jìn)入管內(nèi)時，管內(nèi)形成的邊界層由零開始發(fā)展直到管子的中心線位置，這種影響才不發(fā)生變法，同樣在此時對流換熱系數(shù)才不受局部對流換熱系數(shù)的影響。
7、什么叫大空間自然對流換熱？什么叫有限自然對流換熱？這與強(qiáng)制對流中的外部流動和內(nèi)部流動有什么異同？
答：大空間作自然對流時，流體的冷卻過程與加熱過程互不影響，當(dāng)其流動時形成的邊界層相互干擾時，稱為有限空間自然對流。
這與外部流動和內(nèi)部流動的劃分有類似的地方，但流動的動因不同，一個由外在因素引起的流動，一個是由流體的溫度不同而引起的流動。
傳熱學(xué)問答題答案 2
1. 傳熱方式及其聯(lián)系與區(qū)別
傳熱學(xué)中的基本傳熱方式包括導(dǎo)熱、對流換熱和輻射換熱。
導(dǎo)熱：是物體內(nèi)部依靠微觀粒子的熱運(yùn)動而產(chǎn)生的熱量傳遞現(xiàn)象，它不需要介質(zhì)，可以在固體中發(fā)生。
對流換熱：是流體各部分之間發(fā)生宏觀相對位移及冷熱流體的相互摻混，從而實現(xiàn)的熱量傳遞。對流換熱必然伴隨有導(dǎo)熱。
輻射換熱：是通過電磁波的形式傳遞熱量，它可以在真空中傳播，并且傳遞過程中伴有能量形式的轉(zhuǎn)換。
聯(lián)系與區(qū)別：導(dǎo)熱和對流換熱都需要物質(zhì)存在才能實現(xiàn)，而輻射換熱可以在真空中進(jìn)行。在發(fā)生對流換熱的同時，必然伴隨有導(dǎo)熱現(xiàn)象。
2. 傳熱學(xué)基本公式
傅立葉定律：描述了導(dǎo)熱過程中的熱流密度與溫度梯度的關(guān)系，公式為q=λT，其中q為熱流密度，λ為導(dǎo)熱系數(shù)，T為溫度梯度。
牛頓冷卻公式：用于描述對流換熱過程中的熱量傳遞，公式為q=h(TwTf)，其中q為熱流密度，h為表面?zhèn)鳠嵯禂?shù)，Tw和Tf分別為壁面和流體的溫度。
斯忒藩-玻耳茲曼定律：描述了輻射換熱過程中的熱流密度與輻射物體溫度的關(guān)系，公式為q=σT4，其中q為熱流密度，σ為斯忒藩-玻耳茲曼常數(shù)，T為輻射物體的熱力學(xué)溫度。
3. 傳熱系數(shù)與物性參數(shù)
導(dǎo)熱系數(shù)：是物質(zhì)的固有屬性，用于描述物質(zhì)導(dǎo)熱能力的強(qiáng)弱，單位是W/(mK)。
表面?zhèn)鳠嵯禂?shù)：與對流換熱過程有關(guān)，受流體性質(zhì)、流速、溫度差等多種因素影響，單位也是W/(mK)。
傳熱系數(shù)：通常用于描述換熱器等設(shè)備的'整體傳熱性能，單位同樣是W/(mK)。
4. 傳熱學(xué)應(yīng)用實例分析
鋁制水壺?zé)寒?dāng)壺內(nèi)有水時，水對壺底的對流換熱系數(shù)大，壺底熱量被迅速傳走；當(dāng)水燒干后，氣體對流換熱系數(shù)小，壺底熱量無法迅速傳走，導(dǎo)致壺底升溫快，容易燒壞。
攪拌熱水杯子：攪拌使杯內(nèi)水和杯壁之間從自然對流換熱變?yōu)閺?qiáng)制對流換熱，表面?zhèn)鳠嵯禂?shù)增大，熱量傳遞加快，因此握杯子的手會顯著感到熱。
5. 傳熱學(xué)問題求解
對于具體的傳熱學(xué)問題，如計算某磚墻向外界散失的熱量、估算木門的導(dǎo)熱系數(shù)等，需要根據(jù)題目給出的條件，利用傅立葉定律、牛頓冷卻公式等傳熱學(xué)公式進(jìn)行求解。
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