中国计量学院过程基础朱云课后答案

1、第一章 习 题思考题1. 工程热力学中能量交换的基本形式有那些?答：质量交换，功量交换，热量交换2热力学系统是如何分类的?答：（1）按其与外界进行质量交换的情况分为：闭口系，开口系，简单热力系，绝热系，孤立系（2）按物质均匀性不同分为：均匀系，非均匀系。（3）按相态分为：单相系，复相系（4）按物质的成分分为：单元系，多元系3. 热和功有哪些异同之处？答：相同：（1）都是系统与外界的相互作用。能量的一种形式 （2）都是过程量，具有过程的特征。 （3）单位都是能量单位。不同：（1）产生的原因不同。 （2）表现形式不同。4. 状态参数的基本性质有那些?答：（1）f是状态参数（2）过程积分与从a到b所

2、经历的过程无关（3）封闭积分(4) 5. 准平衡过程与可逆过程有无共同点?差别在哪里?答：共同点：两者均为平衡状态，系统内部均可描述，都可回到原状态。准平衡系统允许不可逆状态的存在。不同点：准平衡状态回到原状态对外界可能留下影响，可逆状态不会留下影响。6. 如何理解引入可逆过程的意义?答：（1）提供了一个系统可经历的理想的过程（2）使许多热力学的计算得以解决（3）提供了一个分析问题的途径7如果闭口热力系与外界没有发生能量交换，系统内是否可能发生状态变化？答：可能变化。当系统平衡突然被打破，外界对系统又无影响时，短时间内，系统内部可能变化。8为什么说是热力学第一定律的基本表达式？它适用于闭系所进

3、行的切准平衡过程和非平衡过程吗？答：，由实验过程中直接总结出来的，是最早发现的，形式最简单。 适用于一切的准平衡过程和非平衡过程。9. 试述第一定律、第二定律的意义,并指出作为经验性的定律分别引出什么状态参数?答：第一定律的本质就是能量守恒定律，根据热力学第一定律对各系统的分析，就可以得到计算各种能量数值和能量取得平衡时的方程。 第二定律的基本任务就在于为判断任何热过程的进行提供一般性的依据，阐明热过程进行的条件和限制。分别引出了内能和熵10热力学第二定律是否可表述为：功可以完全变为热，但热不能完全为功，这种说法有何不妥？答：在无摩擦损失的理想条件下，功可以全部转换成热，热不可能全部转换成功而

4、不造成任何影响。11. 如何理解第一定律、第二定律中数学表述的等效性?答：12有人说：自发过程是不可逆过程而非自发过程是可逆过程。这种说法对吗？为什么？答：说法错误。违背了可逆过程的定义，自发过程与可逆过程的做功不等，对环境的影响也不等13. 应用第二定律的不同数学表述求解问题要注意什么?答：14以下的说法有无错误或不完全的地方：(1) 熵增大的过程必为不可逆过程；(2)不可逆过程无法计算；(3)若从某一初态沿可逆或不可逆途径到达同一终态，则不可逆途径的必大于可逆途径的；（4）工质经历一封闭循环后或；（5）工质经历一不可逆循环后，由于，所以。答：（1）错误;15系统经历了某一复杂的可逆的变化过

5、程，只知道过程终态的熵大于初态的熵，你能判断这一过程一定吸入了热量吗？答：16-图的重要性何在？不可逆过程能否在-图上表示？答：重要性：（1）T-S图本身是两个重要的物理量。（2）T-S图上的面积可表示可逆过程的热量。准平衡状态的不可逆过程，T-S图上可以表示，但面积不为整个过程的热量。不可逆过程中交换的热量不能在T-S图上表示。17用克劳修斯克拉贝龙方程，解释一般物质的汽化线、升华线和熔解线的斜率为正，而冰水熔解线的斜率却为负。答：克劳修斯克拉贝龙方程：，表示了饱和曲线斜率与饱和状态各参数间的关系，是相变潜热，表示两相的比体积。一般物质汽化、升华和溶解时，是吸热的，相变潜热大于零，体积也是增

6、大，所以斜率为正。冰溶解为水时也吸热，相变潜热大于零，但体积变小，所以，斜率为负。18有人认为供暖使室内温度升高意味落室内空气的总内能增加。核算一下：看这种认识是否正确(室内气压与室外大气相同)。答：练习题1氧气瓶的容积为，瓶中氧气的绝对压力，温度。问瓶中盛有多少千克氧气？如果在气焊时用去了(按质量计)，而温度不变，问瓶中氧气压力为多少？ 解：(1) 得： (2) 2流速为500m/s的高速空气流突然受阻，停止流动。若此滞止过程进行迅速，气体在受阻过程中与外界的热交换可以忽略不计。空气的定压比热为1 kJ/ (kgK)。求在滞止过程中空气的焓变化？温度变化？解：没有热交换 q=0 所以： 所以

7、 3气体初态为，在压力为定值的条件下可逆膨胀到，求气体膨胀所作的功。解：由公式得4理想气体状态方程式为试导出：（1）定温下气体、间的关系；（2）定压下气体、间的关系；（3）定容下气体、间的关系。解：（1） 定温，R为常数，所以、成反比。 （2） 定压，R为常数，所以、成正比。 （3） 定容，R为常数，所以、成正比。5. 1kg气体在一个可逆过程中吸热为80kJ，同时内能的增加为45kJ。此过程为压缩过程还是膨胀过程？气体与外界交换的功是多少千焦？解： 可逆过程 所以,体积增大 对外膨胀做功 交换功为35KJ6某于管内气体的参数为，。该气体为理想气体。体积为1的真空容器与干管间通过阀门相联。现打

8、开阀门对容器充气，直至其压力为时为止。若该气体的内能与温度的关系为，求充入的气体为多少千克？解：干管对容器充气，容器的内能增加即为输入的气体的比焓 即，所以又因为 ,所以得7某气体服从状态方程式中，为气体常数，为另一常数，且对于任何 存在。（a）试导出每千克气体从初始容积膨胀到终态容积所作准静功的表达式；(b)如果气体是理想气体进行同样的过程所作的功是多些还是少些 ？解：(1)(2)气体为理想气体，所以 因为所以： 所以理想气体进行同样的过程所作的功是少些8如图所示某封闭系统沿途径由状态变化到状态时，吸人热量，对外作功。 （1）若沿途径一一变化时对外作功，求此时进入系统的热量。 （2）当系统沿

9、曲线途径从返回到初始状态时，外界对系统作功。求此时系统与外界交换热量的大小和方向。 （3），时，过程和中交换的热量又是多少？ 解：由题意知时，(1) 吸热（2）时， 放热（3）过程中，体积不变，所以，所以9闭系中某一过程的熵变化为，此过程中系统仅从热源（）得到热量。问此过程是可逆、不可逆或不可用能？解： 所以是不可逆过程。 不可用能为10巳知理想气体的定压比热容为，其中，为常数。试求出其内能、焓和熵的变化量的计算式。 解：11 已知理想气体的定容比热容为，其中，为常数。试导出其内能、焓和熵的变化量的计算式。解：12的理想气体从初态、绝热膨胀到原来容积的2倍。设气体，试确定在下述情况下气体的终温

10、，对外所作的功及熵变化量。 (1)可逆绝热过程； (2)气体向真空进行自由膨胀。解：（1）由绝热膨胀得，其中又由 得：系统所做的膨胀功（2）向真空自由膨胀13空气分别经过定温膨胀和绝热膨胀的可逆过程，如图所示。从初态、膨胀到终态容积为初态容积的倍。试计算不同过程中空气的终态参数、对外界所作的功和交换的热量以及过程中内能、焓、熵的变化量。设空气，。 解：（1）定温膨胀： 所以： 定温膨胀中，系统与外界交换的热量与膨胀功在数值上相等 ，所以， （2）绝热膨胀： 14空气在多变过程中吸取的热量时，容积增大倍压力降低倍。求： (1)过程中空气的内能变化量； (2)空气对外所作的膨胀功及技术功。设空气的

11、，。解：设空气为理想气体 多变过程：=定值，得n=0.903，15如图所示，为可逆定容过程；为可逆定压过程。试比较： (1) 点及点在同一条绝热线上时，和的大小； (2) 点及点在同一条定温线上时，和的大小。 解：(1) 点及点在同一条绝热线上 所以(2) 点及点在同一条定温线上所以16试证明定比热理想气体在图上任意两条定压线(或定容线)之间的水平距离相等，即线段。 证明：设两条为定压线。对过程对过程所以：即17试证明定比热理想气体在图上任意两条定压线(或定容线)之间；线。 解：设两条为定压线。对过程对过程所以：即 即：18将气缸中温度为压力为的气体可逆定温地压缩到，然后又可逆绝热地膨胀到初始

12、容积。求：气体质量、压缩过程中气体与外界交换的热量及膨胀过程中气体的内能变化量。设气体，。解：首先是可逆定温压缩，所以膨胀时：由于为常数。所以191kg的某理想气体从初态，可逆绝热膨胀到，接着又可逆定容加热到、；最后再可逆定温压缩到初态。求：(1)绝热指数 ；(2)绝热膨胀过程中气体的内能变化量及气体所作的膨胀功；(3)定容过程中气体吸收的热量； (4)定温过程中外界对气体所作的压缩功。设气体定压比热。解：（1） （2）（3）（4）20试将满足下列要求的多变过程曲线在及图上示意地表示：(1)工质既膨胀又放热； (2)工质既膨胀义升温； (3)工质既压缩又升温还放热；(4)工质既压缩又升温还吸热

13、；(5)工质既压缩又降温还降压；（6）工质既放热又降温还升压。解：21某热机从的热源吸热，向的冷源放热。此循环满足克劳修斯不等式吗，是可逆循环还是不可逆循环？若将此热机作制冷机用，从冷源吸热时，是否可能向热源放热？解：（1）满足克劳修斯不等式，是不可逆循环（2）不满足克劳修斯不等式，不可能。22两物体质量相等，比热容相同（都为常数），其中物体初温为， 物体初温为。用它们作热源和冷源，使可逆机在其间工作，直至两物体温度相等时为止。 (1)试证明平衡时的温度为； (2)求可逆机作出的总功量； (3)如果两物体直接接触进行热交换直至温度相等，求此时两物体的平衡温度及两物体的总熵增。解：(1)可逆 (

14、2) (3)直接接触热交换，即 故 23热力系从温度为的高温热源吸热，问系统得到多少可用能？若吸热过程为在有限温差下进行的不可逆过程，吸热时热力系温度为（）吸入同样的热量这时系统得到的可用能又是多少？二者之差与过程的不可逆性有何关系？环境温度为。解：可逆时： 不可逆时：24如图所示绝热系由热源、冷源和热机组成。在第一种情况下，热机从高温热源取得热量，并在热源及冷源间完成可逆循环。在第二种情况下，高温热源将热量在有限温差下传向中间热源 ()，热机从中间热源取得热量，并在热源及冷源间完成可逆循环。 (1)求系统在完成上述可逆及不可逆过程中的熵变化； (2)求不可逆过程比可逆过程少作的功量及其与系统

15、熵变化量间的关系。 解：（1）可逆过程：,不可逆过程： 25. 在一个绝热容器内，温度为80的水3kg和温度为20的水5kg相混合。求此混合过程的熵变化，并说明为什么混合过程是一个不可逆过程。解：26试计算下述各过程中系统的总熵变化量。 (1)将温度为、热容量为的铜块投入温度为的湖水中； (2)同样大小，但温度为的铜块由高处投入湖水中； (3)将温度分别为和的同样大小的铜块连在一起。解：(1) (2) (3) 27气体在气缸中被压缩，气体的内能变化为，熵变化为，输给气体的功为。温度为的环境可与气体发生热交换，试确定每压缩气体时的熵产。解：28某可逆热机工作在的高温热源和的低温热源之间求： (1

16、)热机的热效率为多少？ (2)如果热机输出功为时，从高温热源吸收的热量及向低温热源放出的热量各是多少？ (3)如果将该热机反向作为热泵运行在两热源之间，热泵的性能系数是多少？当工质从温度为的低温热源吸取热流时要求输入的功率为多少？解：(1) (2) 从高温热源吸收的热量为8.2KJ，向低温热源放出的热量为5.5KJ29有和两个卡诺热机串联工作，若机从温度为的高温热源吸热，对温度为中间热源放热，机从温度为中间热源吸入机排出的热量并向温度为的低温热源排热，求在下列情况下中间热源的温度是多少？ (1)两热机的输出功相等； (2)两热机的热效率相等。解：（1） (2) 第二章 习 题思考题1.气压计读

17、数为汞柱时，水面以下深处的绝对压强为多大？答：大气压强设为,由得：2试述表压与绝对压力在性质上的差别。 答：表压即相对压力，,是体现在液柱高度上的;绝对压力为是重力作用下的液体中一点的真实压力3如何用U型管检测厨房中煤气管道是否有泄漏？答：（1）关闭总阀门以及厨房里所有的煤气阀门 （2）以热水器为例，将U形管接在热水器的接口处，U形管内装水 （3）打开热水器阀门，打开总阀门 （4）U形管内接热水器的一端液位降低，另一端液位升高 （5）关闭总阀门，观察U形管内有无变化 （6）若液位发生变化，说明管道有泄漏；无变化则管道不泄漏。4建立流体动力学方程的基本方法有哪两种？其差别何在？答：拉格朗日法和欧

18、拉法 拉格朗日法：选定一个流体质点，并在整个过程中追随这一质点，观察它的运动特性的变化。 欧拉法：把流体所占据的空间中的任一点挑选出来，观察通过这一点的流体运动特性的变化。5. 流线的定义是什么？什么情况下流线就是轨迹？答：流线是在流体中某一瞬间想象的一条曲线，在这条曲线上任一点所引的切线就是这点的流体质点在此瞬间的流动方向。当流体为稳定流动时，轨迹与流线重合。6. 质量守恒定律应用于管道内流体，其表达式如何推导？答：质量守恒定率对于管道内的流体，表面A由前后两个截面和管道环面A组成所以 ,当不变时，7. 欧拉运动微分方程与奈维-斯托克公式建立的依据是什么？差别何在？答：都是依据牛顿第二定律；

19、 欧拉运动微分方程是理想流体的流动微分方程；奈维-斯托克公式对实际流体微元所受的表面力除了法向力之外还需考虑由于与相邻流体层间的摩擦而受的切向力。8. 运动微分方程组的各个微分方程的建立依据分别是什么？答：9. 流动边界层的性质如何？ 答：1）流体有粘性，由壁面附近的流体层向流体内部，粘性造成的减速作用越来越小 （2）在垂直于流动方向，仍有梯度，边界层内的阻力不可忽视 （3）主流区（外流区）流体粘性阻力可以忽略10引入流动边界层的意义是什么？ 答：(1)反映客观存在 （2）利用其性质，有利于求解N-S方程11. 流动边界层的结构形式是什么样的？答：层流，过渡流，紊流。12实际流体产生流动阻力的

20、根本原因是什么？答：实际流体具有粘性是产生流动阻力的根本原因。13. 层流层和紊流层各自的主要阻力是什么？答：层流层：低速层流体对高速层流体产生阻滞作用而使之减速，高速层流体对低速层流体产生携带作用，而使之加速。造成的流体摩擦阻力是主要阻力。 紊流层：紊流中速度分布比较均匀的区域内，由于流体微团的无规则迁徙、脉动，使得流体微团间进行动量交换非常剧烈。造成的流动阻力是主要阻力。14欧拉运动微分方程在什么条件下适用？答：流体为理想流体。15是否所有准则都有一定的物理意义？雷诺准则的物理意义是什么？答：所有的准则数都有一定的物理意义。雷诺数是作为判别流体流动状态的准则，当雷诺数较小时，流体做层流运动

21、，较大时，流体做紊流运动。16准则方程式指什么？答：17. 为什么要引入简单管路的概念？答：简单管路管道截面不变，输送的质量流量始终保持为常数，计算起来简单方便。18沿程阻力计算的复杂性在工程计算中是如何处理的？答：靠理论分析与实验相结合，并且主要依赖于实验的结果。练习题1. 矩形风道的断面为，风量为，求断面平均流速。若出风口断面缩小为，该处的平均流速多大？解：, 得：2封闭容器中盛有比重的油，下面为水，测压管中汞液面读数，求封闭容器中的油面压强值。 解：3. 盛水容器的形状如图所示，已知各水面高程为，求1、2、3、4各点的相对压强。 解：点2与空气直接接触，所以，4判断下列不可压缩流体的流动

22、是否连续：解： 所以满A足连续性方程，所以流动连续。5试确定下列流场是否连续？（1），；（2），；解：（1） 连续 （2） 连续6检查下列各综合数是否为无因次数： （1）； （2）解：7设有不可压缩流体的流线方程式为： ，（1）试计算其加速度，并证明与成比例；（2）当质量力和阻力都不存在时，求压力方程式。解：8三段管路串联如附图所示，直径，已知断面平均流速，求，和质量流量 (流体为水)。 解： 所以 9蒸气管道的干管直径，平均流速，密度，分为两支管流出，出口处的蒸气密度分别为，出口流速应各为多大才能保证两支管的质量流量相等？ 解：10水箱下部开口面积为，箱中恒定水位高度为，水箱断面甚大，其中流

23、速可以忽略，如图，求孔口流出的水流断面与其位置的关系。 解：以水箱的上水平面为在轴的原点，垂直向下为z轴的负方向。由水面分别对处分别用伯努利方程: 得得由流量相等：得11一抽吸设备水平放置，求开始能够抽吸时的流量，抽吸和被抽吸介质相同，设备尺寸如下：， ， 。 解：在小管的最低点处：得：又因为：流量相等。,所以由伯努利方程得 整理得12用汞比压计测定水管中的点流速，当读数时，流速为多少？若管中通过的是的油，值相同时，油的流速又为多大？ 解：设水管中的压力为，在测定管口处压力为，流速减为0，即：忽略重力由伯努利方程得得 所以：设流线与右侧水银面的高度差为，则得整理得当流体为水时，当流体为油时13

24、一高位大水池的侧壁开一直径的小圆孔，水池水面比孔口高，孔口比地面向，求泄流量及射程：(1)若箱壁厚度；(2) 若箱壁厚度。解：（1）壁厚忽略不计。由伯努利方程： 得 （2）壁厚不可忽略由伯努利方程：得14某房间通过天花板用大量小孔口分布送风，孔口直径，风道的静压 空气温度，要求总风量，问应布置多少个孔口？ 解：由伯努利方程得： 即 得所以：15管道直径，末端装一薄壁孔扳，直径，用以测定管道中的流量。已知压力计中心比管轴线高，读数，求流量值。 解： 16两水箱用一直径的薄壁孔口连通，下水箱底部又接一直径的圆柱形管嘴，长若上游水深保持恒定，求流动恒定后的流量和下游水深。解：对上水箱流出的液体，由伯

25、努利方程 流量稳定后，由两个孔流出的液体的流量相等，所以： 对圆柱形管嘴的最下端，由伯努利方程： 得17供热管路系统的作用水头为时，流量为，流动在阻力平方区。若增加流量至，问作用水头应为多大？解：18某建筑物的模型，在风速为时，迎风面压强为，背风面压强为。若温度不变，风速增至，则迎风面和背风面的压强差将为多少？解：室温下，空气密度为由伯努利方程 19炮弹运动的模拟应保证数和数都相等。已知原型炮弹速度为、空气温度为，模型几何比尺为1：10，空气温度为，试确定模型中应有的风速。解： 所以： 查表得： 20在温度为的水中有一潜体模型，长，以的速度拖曳时阻力为，若在的大气中运动，速度为，则潜体长度应为

26、多大才能达到动力相似？并估算其阻力。解： 所以： 查表得： 第三章 习 题思考题1 试述各种介质导热的机理。答：气体：导热是气体分子不规则运动时的相互碰撞的结果。温度越高，分子的运动动能越大。导电固体：自由电子的运动起主要作用。非导电固体：通过晶格结构的振动，即原子、分子在其平衡位置附近的振动实现。液体：一种为：类似于气体，分子间的相互碰撞；另一种为：类似于非导电固体， 主要靠弹性波的作用；2 三种传热基本方式中热阻的形式、特点。答：平壁：，与电学中相似，可并串联。圆筒壁：，球壳壁：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：导热系数： 是物性参数，

27、 表面换热系数： 与过程有关 传热系数： ，与过程有关4 为什么求解导热问题的首要工作一般应是分析导热体的温度分布。答：传热的动力是由于温度差的存在，导热热量与温度梯度有关。单位时间内通过给定截面的热量，正比于垂直于该截面方向上的温度变化率和截面面积。5 用铝制的水壶烧开水时，尽管炉火很旺，但水壶仍安然无恙。而一旦壶内的水被烧干后，水壶很快就被烧坏，试从传热学的观点分析这一现象。 答：当水壶中有水的时候，尽管炉火很旺，但壶底与水有对流传热存在，水的蒸发将热量带走，壶底本身的温度不会增加；但水被烧干后，壶底没有与水的传热，壶底吸热自身的温度增加，达到金属的熔点，水壶就被烧坏。6 试写出导热傅里叶

28、定律的一般形式，并说明其中各个符号的意义。答： 为导热系数，表征材料的导热性能优劣的参数，grad表示梯度。7 导热系数、导温系数分别反映导体的什么性质？答：导热系数为单位温度梯度作用下的热流密度，是表征材料导热性能优劣的参数。导温系数表示材料传播温度变化能力大小的指标。8 用一只手握住盛水的杯字子，另只手用筷子快速搅拌热水，握杯子的手会显著地感到热，试分析其原因。答：用筷子快速搅拌时，增加了水与杯面的接触面积，水与杯子之间的传热增加，所以会显著感觉到热9 试分析何种情况下用导热微分方程或直接用傅里叶公式求解问题方便些。答：一维导热问题，利用傅里叶定律的表达式进行积分就可获得解答。多维的导热问

29、题比较复杂，需用导热微分方程解答10 试分别用数学语言及传热学术语说明导热问题三种类型的边界条件。答：11 试说明得出导热微分方程所依据的基本定律。答：傅里叶定律和能量守恒定律。12 试述建立对流换热微分方程组的意义、依据。答：假定流体为不可压缩的牛顿型流体，常物性，无内热源，由粘性摩擦产生的耗散热可以忽略不计。对流换热微分方程，x方向及y方向的动量方程、连续性方程及能量方程，是对流换热微分方程组一般包括的五个方程，它有效解决对流传热不仅与流体的物理性质和受热条件有关，而且还与流体流动引起的质量、能量、动量传递情况有关的复杂问题。 依据：质量守恒定律，动量守恒定律和能量守恒定律。13 针对求换

30、热系数的复杂性，概述对流换热问题求解的方法。答：求取换热系数的表达式有两个基本途径：一是分析法以及包括比拟法在内的理论解法；二是应用相似原理或量纲分析法，将众多的影响因素归为为数不多的几个无量纲的准则。求解：对流换热微分方程组及边界层微分方程组14 试述引入热边界层的意义及边界层的性质。答：15 为什么在解决对流换热问题中需要推导原则性准则方程？有哪些方法？答：原因在于描述物理现象的因素众多，规律复杂，参数之间的关系难以求解，需要使复杂的参数关系转变为相对简单的关系。方法：整理分析解、相似原理、量纲分析法。16.用相似原理或量纲分析在对流换热问题中推导原则性准则方程在条件上有何差别？并试述各自

31、的步骤。答：差别：（1）相似原理推导原则性方程是需要由微分方程；量纲分析推导原则性方程在理论上不需要微分方程。（2） 量纲分析法必须知道分析的每个变量的量纲；相似原理不需要(3) 量纲分析法必须准确的知道变量的个数；相似原理不需要。步骤：相似原理1.列出描述对流换热现象的某一微分方程；2.假设有两个相似的现象，并针对所列的方程分别表达，得表达式1和表达 式2；对两个表达式中所涉及的不同类别的量，分别对应地设定相似倍数；3将两个不同表达式中任一式的不同类别的量，分别用相似倍数和另一式的对应量表示，并代入该式整理；4.将所得式子与另一式子比较，可得相似倍数之间关系；5.用前面设定的相似倍数定义代入

32、相似倍数间关系式，整理出一个准则数；6.对其它所有描述对流换热现象的微分方程，重复1.5.，则可得其它描述对流换热现象的准则数。 量纲分析法步骤：1.根据微分方程或经验列出所有与现象有关的物理量；2. 分析所有物理量的量纲并确定所有的基本量纲；3. 依据定理确定简化后的原则性方程的准则数个数nr；4. 按照共同项选取的原则，共同项应包含所有基本量纲但不能组成无量纲数，分别列出1，2，.n-r 的指数表达式；5. 利用i 无量纲的性质，可列出以其各项指数为未知数的方程组；6. 求解方程组得到i 的各项指数，即可得到各个i 的表达式17.什么叫两个现象相似，它们有什么共性？描述现象的方程是否必须是

33、微分方程？答：两个物理现象相似时，其有关的物理量场分别相似。各物理量的相似倍数之间存在着由描写现象的微分方程规定东风相互制约关系。18.试分析微分方程与可从中推出的准则数的关系。19.什么叫黑体，在热辐射理论中为什么要引入这一概念？答：黑体：是个理想的物理模型，入射的电磁波全部被吸收，既没有反射，也没有透射，吸收率为1. 黑体是个理想化的概念，实际物体的辐射能不容易计算，引入黑体后，一个实际物体的辐射能就可以由同温下的黑体辐射力表示：为吸收率20.陈述角系数的性质并简单归纳求解的方法。答：角系数与表面的热力状况、辐射能特性无关；只与表面的尺寸大小、几何形状、相对位置有关。具有互换性和完整性。2

34、1.说明引入发射率概念的意义。答：发射率在数值上等于吸收率。是某种具体材料的特性，表示了材料在整个波长范围内的积分性能，实际物体所发出的辐射能比理想黑体小的程度，是用发射率来衡量的。22.用相似原理从一个微分方程是否只能推得一个准则数？说明什么？答：是。一个物理方程反映的是一个物理性质，所以从该方程推出的物理量之间的关系只能是用一个准则数来表示。23.为什么导热热阻的形式会因为导热体的形状而改变？答：热转移过程中的阻力称为热阻。不同形状的导热体推出来的热量计算式不一样，所以热阻形式会因为形状而改变24.对管道上的绝热，外覆的绝热层是否越厚效果越好？答：不是越厚越好。管道的导热与半径成一定的函数

35、关系，存在极大值25. 为什么说对流换热经验公式包含的条件对工程换热计算的意义重大？答：对流换热经验公式是借助实验的方法获得设计资料，从而积累起来的确实可靠的数据，但受实验条件的支配。26为什么遮热罩常常采用反射率高，导热系数低的材料？答：遮热罩的反射率越高，到达下一级的能量就越少，但由于导热系数低，自身吸收的热量也少。练习题1. 试推导通过平壁导热的温度分布，热流密度，热阻。解：两次微分得通解： 边界条件，；， 其中为常数，解得温度分布： 热力密度： 热阻： 2试推导通过圆筒壁导热的温度分布，热流量，热阻。解： 分离变量积分得： 热流量： 热阻为：温度分布：3试推导通过球壳导热的温度分布，热

36、流量，热阻。解：温度分布：4 已知钢板、水垢及灰垢的导热系数各为，及试比较厚钢板、水垢及灰垢的单位面积热阻。解： 所以：5一个内部发热的圆球悬挂于室内，对于附图所示的三种情况，试分析：（1）圆球表面热量散失的方式；（2）圆球表面与空气之间的热交换方式。 解：（1）通过对流换热及与周围其他物体间的辐射换热 （2）a：自然对流 b:自然对流及强制对流 c：强制对流6热水瓶瓶胆的两层玻璃之间抽成真空，内胆外壁及外胆内壁涂了发射率很低(约)的银。试分析热水瓶具有保温作用的原因。如果不小心破坏了瓶胆上抽气口处的密封性，这会影响保温效果吗？解：抽真空使对流与导热几乎都不会发生，很低的发射率大大削弱了内外壁

37、之间的辐射换热。抽气口密封破坏使气体进入夹层，保温性能下降。7.一砖墙的表面积为，厚为，平均导热系数为，设面向室内的表面温度为，而外表面温度为，试确定此砖墙向外界散失的热量。解：8.夏天，阳光照耀在一厚为的用层压板制成的木门外表面，用热流计测得木门内表面的热流密度为，外表面温度为内表面温度为试估算此木门在厚度方向上的导热系数。解： 9有两块无限靠近的黑体平行平板，温度分别为及试按黑体的性质及斯忒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：无限靠近意味看每块板发出的辐射能全部落到另一块板上。)解：10半径为的球状航天器在太空中飞行其表面发射率为。航天器内电子元件的散热量总共为。假设航

38、天器没有从宇宙空间接受到任何辐射能，试估算其外表面的平均温度。解： 11有一台传热面积为的氨蒸发器，氨液的蒸发温度为，被冷却水的进口温度为出口温度为，蒸发器中的传热量为，试计算总传热系数。解： 12.冷藏室的墙由钢皮、矿渣棉及石棉板三层叠合构成，各层的厚度依次为、 ，导热系数分别为、。冷藏室的有效换热面积为，室内、外气温分别为及，室内、外壁面的表面传热系数可分别按及计算。为维持冶藏室温度恒定，试确定冷藏室内的冷却排管每小时内需带走的热量。解： 13对于无限大平板内的维稳态导热问题，试说明在三类边界条件中，两侧面边界条件的哪些组合可以使平板中的温度场获得确定的解？解：14双层玻璃系由两层厚为6m

39、m的玻璃及其间的空气隙所组成、空气隙厚度为。假设面向室内的玻璃表面温度与面向室外的玻璃表面温度各为及，试确定该双层玻璃窗的热损失。如果采用单层玻璃窗、其他条件不变，其热损失是双层坡璃的多少倍？破璃窗的尺寸为 ，不考虑空气间隙中的自然对流，玻璃的导热系数为。解：双层玻璃时： 单层玻璃时： 比值： 15. 外径为的蒸汽管道外，包覆有原为、平均导热系数为的矿渣棉，其外为厚、平均导热系数为的煤灰泡沫砖。绝热层外表面温度为。试求矿渣棉与煤灰泡沫砖交界面处的温度？又，增加煤灰泡沫砖的厚度对热损失及交界面处的温度有什么影响？蒸汽管道的表面温度取为。解：设蒸汽管道温度为，矿渣棉的温度为，煤灰泡沫转的温度为 由

40、圆筒壁的计算公式得： 得 增加煤灰泡沫棉的厚度会使热损失减少，但接触面的温度会增加。16空心长圆柱，在处，处，t为局部温度。试导出圆柱中温度分布的表达式及导热量计算式。解：热流密度： 温度分布： 17试写出有内热源一维平板导热体在其两表面存在对流换热情况下的导热微分方程。解：18两块不同材料的平板组成如附图所示厚为的大平板。两板的面积分别为、，导热系数分别为及。如果该大平板的两个表面分别维持在均匀的温度及，试导出通过该大平板的导热热量计算式。 解： 19. 对于恒壁温边界条件的自然对流换热，试用量纲分析方法导出：。提示：在自然对流换热中起相当于强制对流中流速的作用。解： 共有7个物理量，4个基本量纲，,因此，有3个准则， 分别展开量纲由准则数无量纲，即要求指数均为0.得得：代入得同理得：得所以：所以：20. 对能量微分方程用相似原理推导贝克利准则Pe = ul/a 。21. 在一台缩小成为实物