传热学学生复习题

绪论一、填空题1、厚度δ，导热系数λ为常数的大平壁的单位面积导热热阻是________________。2、在地球引力场作用的范围内，单纯的导热只能发生在密实的固体中。因为，当有温差时，液体和气体就会出现________________，难以维持单纯的导热。

二、选择题1、单位面积的热阻总可以写作________________。(a)q/⊿t；(b)⊿t/q；(c)δ/λ；(d)δ/(λA)2、列叙述中________________正确。(a)导热只能发生在密实的固体中。(b)导热可以在固体、液体及气体中发生。(c)导热只能在固体和静止的流体中发生。(d)导热只能在固体和上面温度高、下面温度低的流体层中发生。填空题1、δ/λ；2、对流现象。选择题1、(b)；2、(b)三、名词解释1、热传导：物体中温度不同的各部分无相对位移或不同温度的物体直接接触时，依靠分子、原子及自由电子的热运动而进行的热量传递现象。或：物体各部分相对静止或不同物体紧密接触时，由于温度不同而发生的热量传递现象。2、传热过程：热量由固体壁面一侧的流体穿过壁面传到另一侧的流体中的过程。两种温度不同的流体通过固体壁面交换热量的过程。3、热对流：依靠流体的运动，将热量从一处传递到另一处的现象。或：流体各部分之间发生相对位移时所引起的热量传递现象。4、热辐射：依靠物体表面对外发射可见或不可见的射线(电磁波)来传递热量的过程。或：因热的原因通过电磁波发出辐射能的过程。5、对流换热：流体与直接接触的固体表面有相互运动时，由于二者的温度不同，所发生的换热过程。或：流体与固体直接接触时的换热过程。6、辐射换热：温度不同的表面之间以热辐射的方式进行热量交换的现象。

7、传热热阻：传热过程热流量及传热系数的计算式为：

则传热热阻为℃/W。8、传热系数：冷热流体温差1℃时，通过单位固壁面积传递的热量值。单位是w/m29、热流量：单位时间所传递的热量称为热流量，以Φ表示，其单位为w。四、问答题1、试分析室内暖气片的散热过程，各个环节有哪些热量传递方式？以暖气片管内走热水为例。答：有以下换热环节及传热方式：由热水到暖气片管道内壁，热传递方式为强制对流换热；由暖气片管道内壁到外壁，热传递方式为固体导热；由暖气片管道外壁到室内空气，热传递方式有自然对流换热和辐射换热。2、试分析冬季建筑室内空气与室外空气通过墙壁的换热过程，各个环节有哪些热量传递方式？答：有以下换热环节及传热方式：室内空气到墙体内壁，热传递方式为自然对流换热和辐射换热；墙的内壁到外壁，热传递方式为固体导热；墙的外壁到室外空气，热传递方式有对流换热和辐射换热。稳态热传导一、填空题1、等温面之间________________相交。2、物质的导热系数不但因物质的种类而异，而且还和物质的________________等因素有关。3、通常把室温下导热系数小于________________w/m℃的材料称为隔热保温材料。4、热流通量是指________________，它的单位是________________。5、导热系数的单位是________________，它的物理意义是________________。6、纯铜的导热系数比黄铜的导热系数值________________。7、气体的导热是由于________________和________________时所发出的能量传递。8、在一般工程条件下，可以认为气体的导热系数λ与其________________无关，而却随其温度的升高而________________。9、导热理论是从________________进行现象分析的，它并不研究物质的微观结构，而把物质看作是________________。10、据傅立叶定律表达式可知，要确定热流通量的大小，就必须知道________________，亦即知道物体内的________________。11、对于许多工程材料，在一定的温度范围内，导热系数可以认为是温度的线性函数，即λ=________________。12、同一时刻，温度场中________________所构成的面叫做等温面。13、________________等温面与________________平面相交，则在此平面上构成一簇曲线称为等温线。14、因为等温面上________________，故不可能有热量的传递，热量的传递只发生在________________等温面之间。15、导热理论的任务就是要找出________________物体中各处的________________。16、温度梯度是一个________________量，________________朝着温度增加的方向。17、温度降度是温度梯度的________________，它的数值与温度梯度相等而方向________________。18、热流通量是一个向量，它的方向与________________的方向相同。19、对于任何导热过程，完整的数学描写包括________________和________________。20、稳态导热问题第三类边界条件的数学表达式为________________。21、导温系数a称作________________，它的单位是________________。22、在同样的加热或冷却条件下，物体导温系数的数值越________________，物体内部各处的温度差则越________________。23、如果温度只随其________________变化，而不随________________而变化，则该温度场称之为稳态温度场。24、如果温度不仅随其________________变化，而且还随________________而变化，则该温度场称之为不稳态温度场。二、选择题1、温度梯度是向量，它朝向温度_________的方向。(1)不变；(2)升高；(3)降低2、傅立叶定律的适用条件为_________。(1)适用于稳态导热和不稳态导热(2)只适用于稳态导热(3)只适用于非稳态导热3、不同温度的等温面是_________。(1)不能相交的；(2)不须相交的；(3)可以相交或不相交。4、在稳定的温度场中，温度_________。(1)不必均匀；(2)一定不均匀；(3)可以均匀或不均匀一、填空题答案1、不能相交2、温度、湿度、压力、密度等3、0.2w/(m℃)或0.17－0.25w/(m℃)4、单位时间内通过单位面积的热量；w/m25、瓦/米·度；w/(m℃)；w/(mk)；，物体中温度降度为1℃6、大7、分子的热运动相互碰撞8、压力增大9、宏观角度,连续介质10、温度梯度温度场11、λ0(1+bt)12、所有温度相同点的连接13、不同的同一14、不存在温度差异不同的15、任何时刻温度16、向正向17、负值相反18、温度降度19、导热微分方程单值性条件20、21、热扩散系数；米2/秒或ｍ2／ｓ22、愈大(或愈小)愈小(或愈大)23、空间时间24、空间时间

二、选择题答案1、(2)；2、(1)；3、(1)；4、(3)三、名词解释1、导热系数:物体中温度降度为1℃/m时，单位时间内通过单位面积的导热量。它表征物质导热能力的大小，单位是w/(m℃2、温度场:物体中各点温度值的总和。3、等温面:同一时刻，温度场中所有温度相同的点连接所构成的面叫做等温面。4、等温线:不同的等温面与同一平面相交，则在此平面上构成一簇曲线，称为等温线。5、温度梯度:两等温面之间的温度差△t与其法线方向的距离△n的比值的极限，称为温度梯度。记为gradt，它是一个向量，正向超着温度增加的方向。6、热流通量：单位时间，通过单位面积所传递的热量称为热流通量，以q表示，其单位为w/m2。7、温度降度：温度梯度的负值“-gradt”叫做温度降度，它的数值与温度梯度相等而方向相反。8、导温系数：物体内各部分温度趋于均匀一致的能力。a=λ/(ρ·c)单位m2/s9、复合换热：壁面与流体之间除存在对流换热外，还同时存在辐射换热时，称之为复合换热过程，是几种传热方式同时存在的传热现象。四、问答题1、何为傅立叶定律？答：单位时间内以导热方式传递的热量，与温度梯度及垂直于导热方向的表面积A成正比，方向指向温度降度。即：Φ=-λAgradt(w)，对于单位面积而言q=Φ/A=-λgradt(w/m2)。2、傅立叶定律表达式为Φ=-λAgradt，其中的负号“-”表示什么物理意义？答：“-”表示热流量Φ的方向与温度梯度gradt的方向相反，即其热量传递的方向永远顺着温度降低的方向。3、何谓导热系数？其物理意义是什么？答：傅立叶定律表达式q=-λgradt(w/m2)，其中的比例系数λ称为导热系数。它是物质的一个重要热物性参数，其单位为w/m2℃。其物理意义为:物体中温度降度为1℃/m时，单位时间内通过单位面积的导热量。导热系数的数值表征物质导热能力的大小。4各向均为常物性物体，二维稳态导热时，物体中任意一点可否具有两个温度梯度？为什么？答：任意一点只能具有一个温度梯度。因为不同温度的等温面是不能相交的，而任意点的温度梯度是沿该点等温面正法向的，故只有一个。5、为什么大多数纯金属的导热系数随其温度的升高而减小？答：因为这些金属的导热是依靠自由电子的迁移和晶格的振动来实现的，而且主要是依靠前者。当温度升高时，晶格的振动加强了，这就干扰了自由电子的运动，使导热系数减小。6、何谓稳态温度场？何谓不稳态温度场？答：如果温度只随其空间变化而不随时间变化，即，则该温度场称之为稳态温度场，其一般表达式为t=f(x.y.z)；如果温度不仅随空间变化，而且还随时间变化，即，则该温度场称之为不稳态温度场，其一般表达式为t=f(x.y.z.τ)。7、何谓稳态导热？何谓不稳态导热？答：具有稳态温度场的导热过程叫稳态导热。.温度场随时间变化的导热过程叫做不稳态导热。8、推导导热微分方程式的前提条件是什么？答：傅立叶定律；热力学第一、第二定律；各向同性，均匀连续介质；物性已知。9、求解不稳定导热问题的单值性条件有哪些？答：几何条件、物理条件、时间条件、边界条件。10描述导热现象有傅立叶定律，为什么还要导热微分方程式？答：傅立叶定律确定了热流通量和温度梯度之间的关系，但要确定温度梯度必须知道物体内的温度场。导热微分方程是建立温度场的通用微分方程。11有一个由导热系数都是常数的三种不同材料组成的多层平壁，它在稳态时的温度分布如图所示；(1)试说明q的特点及其计算式；；(2)试说明导热系数的相对大小。答：(1)q1=q2=q3；其计算式为(2)由图知，根据(1)，知。非稳态导热一、填空题1、无限长方柱加热或冷却时，其导热过程属于_________导热问题，其导热微分方程式为_________。2、判别物体是否为集总热容系统的条件是_________。答案：1、二维不稳态2、Bi<0.1二、问答题1、试绘出Bi→0，Bi→∞和0＜Bi＜∞时厚度为2δ无限大平壁在温度tf、对流换热系数为h的环境中冷却时，温度随时间的变化情况。2、何谓非稳态导热的正规阶段？写出其主要特点。答：物体在加热或冷却过程中，物体内各处温度随时间的变化率具有一定的规律，物体初始温度分布的影响逐渐消失，这个阶段称为非稳态导热的正规阶段。3、分别写出Nu、Re、Pr、Bi数的表达式，并说明其物理意义。答：（1）努塞尔(Nusselt)数，，它表示表面上无量纲温度梯度的大小。（2）雷诺(Reynolds)数，，它表示惯性力和粘性力的相对大小。（3）普朗特数，，它表示动量扩散厚度和能量扩散厚度的相对大小。（4）毕渥数，，它表示导热体内部热阻与外部热阻的相对大小。4、热扩散系数是表征什么的物理量？它与导热系数的区别是什么？答：热扩散率，与导热系数一样都是物性参数，它是表征物体传递温度的能力大小，亦称为导温系数，热扩散率取决于导热系数和的综合影响；而导热系数是反映物体的导热能力大小的物性参数。一般情况下，稳态导热的温度分布取决于物体的导热系数，但非稳态导热的温度分布不仅取决于物体的导热系数，还取决于物体的导温系数。5、集总参数法的适用条件是什么？满足集总参数法的物体，其内部温度分布有何特点？答：集总参数法的适用条件是Bi<0.1，其特点是当物体内部导热热阻远小于外部对流换热热阻时，物体内部在同一时刻均处于同一温度，物体内部的温度仅是时间的函数，而与位置无关。对流传热的理论基础一、填空题1、流体掠过平板紊流换热时，其对流换热热阻仍集中在_______________。因此，_______________________是强化对流换热的主要途径之一。2、边界层理论的基本依据为：在流动边界层内，流体的运动由___________方程来描述，而在主流区内，流体的运动由_________________方程来描述。3、动量微分方程是从分析微元体的_______________中建立起来的，它描述了流体的______________。4、对流换热微分方程式描述了_________________________________之间的关系，对于给定流体和已定的换热温差，则对流换热系数h取决于____________________________。5、能量微分方程是从分析微元体的______________中建立起来的，它描述流体的________________。6、雷诺类比律反映了_________________________之间的关系，它只适用于Pr____________________的流体。7、格拉晓夫准则的数值反映______________________与________________之比。8、如果两对流换热现象相似，必然是_________________准则相等。填空答案：1、层流底层，通过改善流动状况，使层流底层的厚度减小2、粘性流体运动微分方程(N，S方程)，无粘性理想流体运动方程(伯努利方程)3、动量守恒，速度场4、对流换热系数h与流体温度场，壁面处流体的温度梯度5、能量守恒，温度场6、对流换热系数和摩擦系数，=17、浮升力，粘性力8、Nu同名相似二、名词解释1、层流边界层:流体在边界层内的流动完全处于层流状态时的边界层，称为层流边界层。在层流边界层中，流体的运动有秩序且分层，相邻层间无流体的宏观运动。流动中粘性力起主要作用。4、层流底层：在紊流边界层中，在紧贴壁面附近的一薄层内，由于粘滞应力较大，流体速度很低，仍然处于层流状态，这个极薄层称之为紊流边界层的层流底层。5、努谢尔特准则Nu：，它反映了对流换热的强弱程度，是换热表面层内的无因次温度梯度。7、雷诺类比律：雷诺类比律反映了换热系数和摩擦系数之间的定量关系，即已知摩擦系数，就可以由类比律算出对流换热系数。对于纵掠平板紊流换热St=Cf/2。这种类比关系建立在动量传递和热量传递的类比。雷诺类比律只适用于Pr=1的流体。8、普朗特准则Pr：，它是一个完全由物性参数构成的准则，反映流体物性对换热的影响。Pr数反映了流体中分子的动量扩散和热量扩散的相对比值。Pr=1时，ν=a，速度边界层和温度边界层的厚度相等，δ=δt。Pr＜1即ν＜a，温度场的传递速度比速度场快，则δt>δ。Pr>1时情况相反，δt＜δ。9、格拉晓夫准则Gr：，它反映流体在自由流动过程中浮升力和粘滞力之间的相对大小。Gr数的增大，表明浮升力作用增长。在准则方程式中，Gr数反映在自由流动中流体运动状态对换热的影响。10、柯尔朋类比律：雷诺类比律只适用于Pr=1的流体，为使类比关系能用于较广泛的Pr≠1范围内则必须修正雷诺类比律。柯尔朋提出用Pr2/3考虑物性影响来修正St准则，对于纵掠平板紊流换热，该式称之为柯尔朋类比律。三、问答题1、简述边界层理论的基本论点。答：当流体流过壁面时由于摩擦力的作用，使壁面附近的流体速度减低，直至到零。我们把减速的区域称为流动边界层，流动边界层的特征为：⑴边界层厚度δ与壁的尺寸l相比是极小值；⑵边界层内壁面法线方向速度变化率最大，即很大；⑶边界层流动状态分为层流与紊流，而紊流边界层内，紧贴壁面处仍将是层流，称为层流底层；⑷流场可以划分为两个区：边界层区和主流区。边界层区是流体粘性起作用的区域，它的运动可由粘性流体运动微分方程描述。主流区速度梯度为0，可视为无粘性的理想流体，它的运动由伯努利方程描述。以上四点就是边界层理论的基本论点。2、流动边界层的意义是指什么？热边界层的意义是什么？边界层厚度是怎样定义的？答：流动边界层的意义是指流体经壁面时，由于流体的粘性，使流体在靠近壁面处产生了较大的流速的变化，这个区域就是流动边界层，在流动边界层中粘性起作用。热边界层是指流体流经壁面时，由于流体的导热性能以及流体的温度与壁温的不同，使流体在靠近壁面处产生了较大的温度变化，这个区域称热边界层。流动边界层厚度是指速度达到主流速度的99%的点到壁面的距离。温度边界层厚度是指边界层中温度达到主流温