考研真题 《传热学》（第4版）配套题库（真题 课后题 章节题 模拟题）

杨世铭主编的《传热学》(第4版)是我国高校物理类广泛采用的权威教材之一，也被众多高校(包括科研机构)指定为考研考博专业课参考书目。为了帮助参加研究生入学考试指定参考书目为杨世铭主编的《传热学》(第4版)的考生复学》(第4版)辅导用书(均提供免费下载，免费升级):1.杨世铭《传热学》(第4版)笔记和考研真题详解[免费下载]2.杨世铭《传热学》(第4版)配套题库【名校考研真题+章节题库+模拟试题】[免费下载]不同一般意义的传统题库，本题库是详解杨世铭《传热学》(第4版)的配套题库，包括历基础；又对一些重难点部分(包括教材中未涉及到的知识点)进行详细阐释，以使学员不遗第二部分为章节题库。本部分严格按照杨世铭《传热学》(第4版)教材内容进行编写，每第三部分为模拟试题。参照杨世铭《传热学》(第4版)教材，根据历年考研真题的命题规()提供全国各高校物理类专业考研考博辅导班【一对一辅导(面授/网授)、网授精讲班等】、多媒体e书、多媒体题库(免费下载，免费升级)、全套资料(历年真题及答案、笔记讲义等)、物理类国内外经典教材名师讲堂、考研教辅图书等。本题究生入学考试指定考研参考书目为杨世铭《传热学》(第4版)的考生，也可供各大院校学1.720度立体旋转：好用好玩的全新学习体验2.质量保证：每本e书都经过图书编辑队伍多次反复修改，顾问团队严格审核目的考试要点，把重要考点全部固化为试题(或讲义)形式，形成精准领先及时的备考e3.免费升级：更新并完善内容，终身免费升级4.功能强大：记录笔记、答案遮挡等十大功能(1)e书阅读器——工具栏丰富实用【为考试教辅量身定做】(2)便笺工具——做笔记、写反馈【独家推出】(3)答案遮挡先看题后看答案，学习效果好【独家推出】5.品种齐全：包括全部职称资格考试、、主要包括：、、,共3万余种，每天新上线约30种e书，每天下载约1万次。为您处理!()是一家为全国各类考试和专业课学习提供辅导方案【保过班、网授班、3D电子书、3D题库】的综合性学习型视频学习网站，拥有近100种考试(含418个考试科目)、194种经典教材(含英语、经济、管理、证券、金融等共16大类),合计近万小时的面授班、网授如您在购买、使用中有任何疑问，请及时联系我们，我们将竭诚为您服务!全国热线：(8:30～00:30),(8:30～00:30)第一部分名校考研真题第2章稳态热传导第3章非稳态热传导第4章热传导问题的数值解法第5章对流传热的理论基础第6章单相对流传热的实验关联式第7章相变对流传热第8章热辐射基本定律和辐射特性第9章辐射传热的计算第10章传热过程分析与换热器的热计算第11章传质学简介第二部分章节题库第2章稳态热传导第3章非稳态热传导第4章热传导问题的数值解法第5章对流传热的理论基础第6章单相对流传热的实验关联式第7章相变对流传热第8章热辐射基本定律和辐射特性第9章辐射传热的计算第10章传热过程分析与换热器的热计算第11章传质学简介第三部分模拟试题杨世铭《传热学》(第4版)配套模拟试题及详解(一)杨世铭《传热学》(第4版)配套模拟试题及详解(二)第一部分名校考研真题江大学2006、2007研]【答案】一半查看答案【解析】根据传热方程式Φ=Ak△t,在热流一定的情况下，传热系数增加一倍，由于E保持不变，所以冷热流体间的温差是原来的一半。1-2锅炉炉墙外墙与大气间的换热是。[浙江大学2006研]【答案】对流换热查看答案1-3已知一个换热过程的温压为100℃,热流量为10Kw,则其热阻为。[浙江大学2006【解析】设热阻为F,则根据传热方程式可知1-4在一维稳态传热过程中，每一个换热环节的热阻分别为0.01K/【解析】热阻为一一的换热环节在总热阻中占主导地位，它具有改变总热阻的最大潜力。因此，在热阻为≥一的换热环节上采取强化传热措施效果最好。1-6对流换热。[东南大学2002研]1-7传热系数。[东南大学2002研]答：传热系数在数值上等于冷、热流体间温差二IC、传热面积≥1-8对于室内安装的暖气设施，试说明从热水至室内空气的热量传递过程中，包含哪些传热环节?[华中科技大学2004研]1-9图1-1所示为一半圆与一平面所组成的表面，温度保持在500℃,周围流体的问题为300℃,对流换热系数h=1W/(m²·K),已知D=100mm,L=300mm,试求出此表面的散热量。[上海交通大学2001研]图1-11-10解释以下现象：某办公室由中央空调系统维持室内恒温，人们注意到尽管冬夏两季室内都是20℃,但感觉却不同。[东南大学2000研]1-12在某产品的制造过程中，厚度为2.0mm基板上紧贴一层厚为0.1mm的透明薄膜，薄膜表面上有一股冷气流流过，其温度为10℃,对流换热系数为50W/(m²-k),同时有辐射能透过薄膜投射到薄膜与基板的结合面上，基板的另一面维持在30℃,生产工艺要求薄膜与基板的结合面的温度应为60℃,试确定辐射热流密度q应为多大?(已知薄膜导热系数为0.02W/(m.k),基板的导热系数为0.06W/(m·k)。投射到结合面上的辐射热流全部被结合面吸收，薄膜对60℃的热辐射不透明，而对投入辐射是完全透明的。)[浙江大学2001解：分析结合面，可知存在如下传热过程：热辐射；通过透明薄膜的热传导，薄膜与冷气流之间的对流传热；经过基板的热传导。传热过程示意图图1-2所示。图1-2对上述传热过程进行热阻分析：薄膜的导热热阻为：冷气流换热热阻：基板的导热热阻：根据能量守恒可得辐射热流密度为：1-13“对流换热”是否是基本的传热方式并作比较。[重庆大学2005研]答：对流换热不是基本的传热方式。它是流体与相互接触的固体表面之间的热能传递现象，是导热和热对流两种基本传热方式共同作用的结果；而热对流是由于流体的宏观运动使不同温度的流体相对位移而产生的热能传递现象，热对流只发生在流体之中，并伴随有微观粒子热运动而产生的导热。1-14流体与表面对流换热时，热量是如何传递的?[西北工业大学2001研]流”这两种作用来完成的。因而流体与表面的对流换热是热传导和热对流综合作用的结果。1-15热阻的定义是什么?给出三种传热模式热阻的表达式。[中国科学院2009研]解：热阻的定义为温度差与传热功率的比值。1-16写出牛顿冷却定律在外部流动、内部流动以及沸腾过程中的形式，并指出各温度的物理意义。[中国科学院2008研]其中，卡为固体壁面表面温度，为流体温度，=为流体在管道横截面上的平均温度，F为1-17一扇玻璃窗的宽和高分别为W=1m和H=2m,厚为5mm,导热系数kg=1.4W/m.K。如果在一个寒冷的冬天，玻璃的内外表面温度分别为15℃和-20℃,通过窗户的热损速率是多少?为减少通过传呼的热损，习惯上采用双层玻璃结构，开。如果间隙厚为10mm,且与空气接触的玻璃表面的温度分别为10℃和-15℃,通过一个1m×2m的窗户的热损速率是多少?空气的导热系数为ka=0.024W/m-K。[中国科学院2008研]1.55mm,导热系数乍=387W/(m²·k),水侧表面的对流换热系数为h₂=5000W/(m²·k)。空气侧换热面积热阻：传热壁面面积热阻：水侧换热面积热阻：所以空气到水的总传热系数为：由上面计算可知，空气侧、传热壁导热、水侧的面积热阻分别占总热阻的99.09%、0.02%、0.89%。空气侧热阻占总热阻的主要地位，它具有改变总热阻的最大潜力。所以，为了强化这一过程，应该从强化空气侧换热这一环节着手。1-19若冷热流体分别在一块大平板的两侧流过，试写出平板传热的总传热系数。[国防科技大学2004研]解：冷热流体分别在一块大平板的两侧流过，这个传热过程主要由下面三个环节组成：(1)热量从高温流体以对流传热方式传给壁面；(2)热量从一侧壁面以导热方式传到另一侧壁面；(3)热量从低温流体侧壁面以对流传热方式传给低温流体。高温流体侧对流传热系数为，低温流体侧对流传热系数为，大平板厚度为日，平板材料导热系数为F,如图1-3所示。图1-3对于高温侧对流传热，热流量表达式为：对于中间平壁导热，热流量表达式为：对于低温侧对流传热，热流量表达式为：所以，平板传热的总传热系数为：1-20无限大平壁的壁厚δ以及两侧表面的温度，均已知，材料的导热系数对温度的依变关系为-1,式中ko和均为常数值。请导出平壁导热热流密度的计算式。[国防科技大学2004研]解：根据傅里叶定律，热流密度的表达式为：等式两边同乘，并且积分可得：把代入上式，可得：计算整理可得平壁导热热流密度的计算式为：2-1试将圆筒壁的热阻与同材料、同厚度的平壁的热阻进行比较，如果温度条件相同，而平面的面积等于圆筒壁的内表面，则()是正确的。[湖南大学2006研]A.平壁的热阻较小B.平壁的热阻较大C.二者的热阻相等D.缺少条件，不好比较【答案】A查看答案【解析】设圆筒内壁的直径为三、圆筒和平壁的厚度为δ,则圆筒外壁的直径为该材料的导热系数为λ,圆筒和平壁的长度为三。2-2肋壁总效率的数学表达式为。[浙江大学2006研]【答案】其中，为两个肋片之间的根部表面积，为肋片的表面积，「为肋效率查看答案2-3肋效率的定义是,当肋片高度为时肋效率F达到。[浙江大学2005【答案】;零查看答案2-4如图2-10所示的双层平壁中的稳态温度分布判断两种材料的导热系数相对大小为 。[浙江大学2005研1图2-10【答案】#三查看答案【解析】分别考虑材料A和B的导热，可以看作是单层平壁导热问题，根据傅里叶定律可由此可得：λA<g。2-5导热微分方程的推导依据是和_。直角坐标下一维，非稳态、无内热源导热问题的导热微分方程可以表示成_。[浙江大学2004研]【答案】傅里叶定律；能量守恒定律；查看答案2-6如果测的通过一块厚50mm的大木板的热流密度为一三，木板两侧的表面温度分别为40℃和20℃,则该木板的导热系数为_;若将加热热流密度提高到一三，该木板的一侧表面温度为25℃,则另外一侧的表面温度应为_.[浙江大学2004研]【答案】;>查看答案【解析】根据傅里叶定律可知,把代入，计算可得木板导热系数为：时，木板两侧温度差为：因为木板一侧的表面温度为间，因而另外一侧的表面温度为≥信。2-7描述导热物体内部温度扯平能力的物性量叫,它由物性量决定，其定义式为_。[浙江大学2001研]【答案】热扩散率；物体的导热系数λ、密度、比热容；查看答案2-8确定导热微分方程的定解条件中有边界条件，常用的有三种：第三类边界条件为_。[浙江大学2001研]【答案】规定了边界上的温度值；规定了边界上的热流密度值；规定了边界上物体与周围流体间的表面传热系数「以及周围流体的温度三。查看答案2-9在求解导热热阻时，常碰到变导热系数的情况。当材料的导热系数为温度的线性函数，常取_下的导热系数作为平均导热系数。[浙江大学2001研]【答案】材料定型温度，即算数平均温度。查看答案2-10肋片效率是。[浙江大学2000研]【答案】实际散热量与假设整个肋表面处于肋基温度下的散热量查看答案2-11导温系数a描述了物体_的能力。[浙江大学2000研]【答案】传播温度变化的能力查看答案2-12对于需要强化换热的换热面来说，当毕渥数时加肋片才有效。[湖南大学2006研]【答案】对查看答案【解析】因为增加肋片加大了对流传热面积有利于减小总面积的热阻，但是肋片增加了固体的导热阻力。因而当毕渥数时，加肋片才有效。四、名词解释题2-13肋片效率"和肋壁总效率=。[重庆大学2005研]解：肋片效率表征单个肋片散热的有效程度，它的物理意义是实际散热量与假设整个肋片表面处于肋基温度下的散热量之比。肋壁总效率是表征整个肋壁散热的有效程度，它的物理意义是整个肋壁的实际散热量与假设整个肋壁均处于肋基温度下的散热量之比。2-14接触热阻。[东南大学2002研]答：如图2-11所示，两个名义上互相接触的固体表面，实际上接触仅发生在一些离散的面积元上，在未接触的界面之间的间隙中充满空气，热量将以导热的方式穿过这种气隙层。这种情况下与两固体表面真正完全接触相比，增加了附加的传递阻力，称为接触热阻。图2-112-15写出肋效率7的定义。对于等截面直肋，肋效率受哪些因素影响?[华中科技大学2006研]解：肋效率的定义：肋表面的实际散热量与假设整个肋表面处于肋基温度时的散热量的肋表面的换热系数h,肋片高度等尺寸。2-16试说明推导导热微分方程所依据的基本定律。[华中科技大学2005研]解：能量守恒方程和傅里叶定律。2-17导热系数和热扩散系数各自从什么公式产生?他们各自放映了物质的什么特性?并指出他们的差异。[华中科技大学2005研]2-18在圆管外表加装肋片，就一定能够增强传热吗?为什么?[华中科技大学2004研]2-19如图2-12所示，一厚度为10mm,导热系数为50W/(m·K)的不锈钢板，两维持固定温度50℃,已知钢板两端之间的距离为20cm,在垂直纸面方向很长。钢板上表面绝热，下表面有20℃的空气缓慢流动，对流表面传热系数为32W/(m²·K),试导出此钢板的导热微如表2-1所示。[华中科技大学2004研]X0图2-12表2-1式中，2=为截面积。P肋片界面周长令边界条件为：微分方程通解为：确定常数：温度分布为：钢板中心温度为：2-20常物性、无内热源的稳态导热方程中不包含任何物性量，这是否说明导热物体中的温度分布与导热物体的物性无关，为什么?[西安交通大学2005研]答：常物性、无内热源的导热微分方程公式是导热微分方程的一般形式的简化结果，公式中只有在物体的导热率为常数时，才能简化为若导热系数不为常数，则上式便不成立。故上式不能说明物体中的温度分布与物性无关。2-21定性绘出在稳态导热条件如图2-13所示物体内的温度分布并说明理由。设物体导热系数入为常数。[西安交通大学2004研]图2-13解：稳态导热有,沿x方向面积A逐渐增大，而稳态导热时为定值，可知逐渐减小。2-22用套管式温度计测量管道中流体的温度，为减小测温误差。(1)若有铜和不锈钢两种材料，用哪一种做套管较好?为什么?(2)将套管温度计安装在图2-14中①、②、③哪个位置较好?为什么?[西安交通大学2003研]图2-14解：温度计套管产生误差的主要原因是由于沿肋高(即套管长度方向)有热量导出和套管表面与流体之间存在换热热阻。因而要减小温度计套管的测温误差，可以选择导热系数小的材料，增加导热热阻，故选不锈钢。套管温度计安装在②处比较好，因为流体在流过②处时，由于离心力的作用，在横截面上产生了二次环流，增加了扰动，从而强化了换热，对应的h增加，从而使测温误差减小。2-23请写出直角坐标系中，非稳态，有内热源，常导热系数的导热微分方程表达式，并说明表达式中各项的物理意义。[北京科技大学2007研]解：。其中，方程左边的项以及方程右边的第一项表示微元体热力学能的增量，方程右边的第二项表示微元体内热源的生产热。2-24为强化传热，可采取哪些具体措施?[北京科技大学2007研]解：为强化传热，可增加传热面积A,增加传热温差△t,增加表面换热系数h以及固体的导热系数λ。2-25半径为-三的圆球，其热导率(导热系数)为λ,单位体积发热量为一三，浸在温度为-三的流体中，流体与球表面间的对流换热系数为h。求稳态时圆球内的温度分布，并计算当-==0.1m,λ=4.5W/(m.K),=5000W/m³,h=15W/(m².K),时，球内的最高温度。[北京科技大学2007研]解：由题意：球体温度只能沿半径方向变化，球坐标系内的稳态导热方程可简化为：2-26试在t—x坐标图上画出厚为δ的无限大平板一维稳态导热温度分布曲线图并简扼解释学2002研]低而增大。因而，对于无限大平板的一维稳定导热的温度分布曲线如图2-15所示。图2-152-27试在t—x坐标图上画出厚为δ的无限大平板一维稳定导热时的温度分布曲线，条件为交通大学2000研]低而减小。因而，对于无限大平板的一维稳定导热的温度分布曲线如图2-16所示。图2-162-28有均与内热源的无限大平板稳定导热的边界条件及温度分布如图2-17所示。(1)画出q₁及q₂的方向；(2)比较q₁及q₂的大小；(3)比较h₁及h₂的大小(“比较”值<、=或>)。[上海交通大学2000研]图2-17图2-18如图2-18所示。(3)分析边界处对流传热，根据对流传热基本计算式，可知：2-29如图2-19所示，这是一个直径为d,长为1的圆棒状伸展体一维稳定导热问题，试写出该伸展体向四周空气散热量φ的微分和积分计算式，假定该伸展体温度分布用t=t(x)表示，材料导热系数为λ,换热系数为h,空气温度为tr。[上海交通大学2000研]图2-19解：(1)分析长为l的圆棒状伸展体的热平衡，不妨简化为如图2-20所示模型。图2-20(1)根据对流传热基本表达式一，分析伸展体中F长的微元块，可知：2-30简述影响导热系数的因素。[东南大学2002研]0.3×106W/m³。对流换热表面的传热系数为450W/(m²·K),平壁的导热系数为18W/(m-K)。试确定平壁中的最高温度及其位置。[东南大学2002研]①本问题的模型示意图如图2-21所示。图2-21在x=δ处，根据热平衡关系：代=代=综上平壁上在x=0处，最高温度为一面℃。2-32解释以下现象：冰箱里结霜后，耗电量增加。[东南大学2000研]藏室的温度保持温度，那么需要冰箱中食物向制冷剂传递更多的热量，这就要求制冷剂的温度能降得更低。根据工程热力学的相关知识，为了满足上述的要求，就需要增加压缩机功率，所以会增加耗电量。图2-222-33半径为的圆球，其导热率(导热系数)为λ,单位体积发热量为中，浸在温度为车的流体中，流体与球表面间的对流换热系数为h。求稳态时，(1)圆球内的温度分布；时，球内的最高温度。[东南大学2000研]解：(1)根据导热基本定律：设圆球半径处的温度为，把已知条件代入上式可得：整理该式，解微分方程组可得：①设圆球在一F处的温度为，根据能量守恒可得：整理上式可得：把这一边界条件代入①式，可得：由此可得，圆球内的温度分布为：(2)把已知数据代入上面已经得出的温度分布方程，可得：当-三时，球内的最高温度为：2-34一长为H,宽为b,厚度为δ的铝板水平放置(2三),长度方向两端温度均为-三，底面绝热，周围空气的温度为车，与铝板的对流换热系数为h。设铝板的热导率为入，求铝板的温度分布。[东南大学2000研]解：本题的模型示意简图如图2-23所示。图2-23由于铝板在长度方向上具有对称性，所以坐标原点建立在铝板中心，对铝板上dx长度的微元块进行热平衡分析。设铝板内非处的温度为t,令过余温度一=三。根据导热基本定律可知，从右侧导入微元块的热量为：从左侧导出微元块的热量为：该微元块与空气的对流换热量为：根据热平衡可得：整理后可得：解该微分方程可得：根据已知条件可得到如下的边界条件：把边界条件代入微分方程，可得：代入微分方程可得铝板的温度分布方程为：2-35有个复合炉墙由三层材料组成，其中A、C两种材料的导热系数和厚度已知，分别为：处于中间层的材料B的厚度为0.15m。稳态条件下炉墙两侧裸露表面的温度已知，分别为,炉内烟气的复合换(1)材料B的导热系数是多少?(2)画出该复合炉墙的热阻图，并在图上标出各个节点的温度、热流量和热阻的大小。[浙江大学2005研]解：(1)设复合炉墙的热流密度为，则根据牛顿冷却公式，可知：通过热阻分析法，可知三层材料的总热阻为：代入上式，计算可得：即材料B的导热系数为(2)本问题共涉及四个环节的热阻，分别如下：复合炉墙内侧换热面积热阻：材料A导热面积热阻： 材料B导热面积热阻：材料C导热面积热阻：仅对材料A进行热阻分析法，得到传热方程式：仅对材料C进行热阻分析法，得到传热方程式：由此可得该复合炉墙的热阻图如图2-24所示。图2-242-36试解释材料的导热系数和导温系数之间有什么区别和联系。[浙江大学2004研]解：导热系数入的定义式由傅里叶定律的数学表达式给出：。它在数值上等于单位温度梯度作用下物体的热流密度矢量的模。导热系数取决于物质的种类和温度等因素。导温系数昨又称热扩散率，定义式为：>。它的物理意义是衡量材料温度变化能力大小的指标。由定义式可知，导热系数是λ、两个因子的结合。物体的导热系数λ越大，在相同的温度梯度下可以传导更多的热量，材料温度变化传播得就会越迅速。此外，导温系数作还跟有关，干越小，温度上升干所需的热量越少，可以剩下更多的热量继续向物体内部传递，能使物体内各点的温度更快地随界面温度的升高而升高。材料导热系数与导温系数都是材料的物性参数，但是物理意义不同。2-37一块大平板，厚度δ=5cm,有内热源三，平板中的一维稳态温度分布为式中b=200℃,c=-200K/m²。假定平板的导热系数λ=50W/(m·K),试确定：(1)平板中内热源-三之值；(2)x=0和x=δ边界处的热流密度。[上海九校联考2002研]解：(1)本问题可以认为是常物性，稳态一维导热问题，所以可知其导热微分方程为：把代入，可得：(2)根据傅里叶定律，可得：所以x=0和x=δ处的热流密度分别为画、2-38如图2-25所示，长30cm的铜杆，两端分别坚固地连接在平壁上，一端壁温保持200℃,另一端壁温保持90℃。空气横向掠过铜杆，表面传热系数维持17W/(m².℃),杆的直径12mm,空气温度38℃,铜杆的导热系数2=386W/(m·℃)。求铜杆三给空气的净热损失是多少?[华北电力大学(北京)2005研]图2-25解：如图2-26所示。图2-26导热微分方程为：A=πdch(t-t)=π×0.012×17×(2-39如图2-27所示，一厚7cm的平壁，一侧绝热，另一侧暴露于温度为30℃的流体中，内热,平壁的导热系数为=。试确定平壁内温度分布、最高温度及其位置。[华北电力大学(北京)2004研]解：由题意可得：一维、常物性稳态的导热方程及边界条件为：解得：所以，当x=0.07时，1.82kW,导热面积为0.2m²。试求：(1)确定在此条件下平板的平均导热系数。(2)设平板材料的导热系数按=2(H变化(其中t为局部温度)。为了确定上述范围内的三和b值，还需要补充测定什么量?如果需要补充的物理量为已知，给出此时确定三和b的计算式。[华北电力大学(北京)2004研]所以，此时，解得：2-41什么是肋片效率7?它与肋壁效率「有何不同?[湖南大学2006研]解：肋片效率7的物理意义：。其中A为两个肋片之间的根部表面积，A为肋片肋壁效率=定义式为：的表面积。显然，肋壁效率-E高于肋片效率7。2-42简述导热系数「的物理意义，并说明温度升高时纯金属的导热系数的大小变化趋势如何?为什么?[湖南大学2006研]解：导热系数的定义式由傅里叶定律的数学表达式给出：在数值上，它等于在单位温度梯度作用下的物体内热流密度矢量的模。导热系数的值取决于物质的种类和温度等因素。纯金属的导热系数随着温度升高反而降低。这是因为金属的导热依赖于自由电子的定向移动，而温度升高加剧了电子的无规则运动，这不利于导热。2-43对于一等截面直肋，设肋根温度为，周围介质温度为，且—。试定性画出沿肋高方向的温度分布，并扼要分析在设置肋片时，肋片高度是否越长越好。[南京航空航天大学2000研]解：沿肋高方向的温度分布如图2-28所示。图2-28如图所示，肋片温度随肋片高度成指数下降。根据肋片散热量的分析解，可知肋片散热量为：2-44已知平壁两侧温度分别为E和仁，壁厚为三，材料的导热系数与温度的系为航天大学2000研]2-45计算一圆管壁的传热热流。已知管内流体温度为90℃,I,直径-F=50mm;管外流体温度为20℃,,直径-E=58mm;导热系数2-46解释：傅里叶定律与斯蒂芬—玻耳兹曼定律[重庆大学2006研]2-47能量微分方程与固体导热微分方程义上有何区别?什么情况下能量微分方程可以转化为固体导热微分方程?[重庆大学2008下热平衡关系：导入微元体的总热量+微元体内热源的生成热=导出微元体的总热量+微元对比上面两条方程可知，当二、2=时，即对于静止流体问题，两条方程可以相互转2-48如图2-29所示，通过圆筒壁的一维稳态导热，设(1)绘出壁内的温度分布曲线；(2)内外壁表面温度梯度的比值。[重庆大学2007研]图2-29图2-30解：(1)壁内的温度分布曲线如图2-30所示。(2)根据傅里叶定律有：即内外壁表面温度梯度的比值为三。2000℃/m²。若平壁材料的导热系数为45W/(m.℃),试求：(1)平壁两侧表面处的热流密度?(2)平壁中是否有内热源?为什么?若有的话，内热源的强度有多大?[重庆大学2007研]解：(1)根据傅里叶定律可知：(2)假设平壁中的的内热源为中，则根据常物性一维稳态具有内热源的温度场控制式有：2-50如图2-31所示坐标，一厚度为6、导热系数入为常数的大平壁，壁内具有均匀内热源，壁两侧分别维持恒定温度三和。试求：(1)建立这一导热问题完整的数学描写(即写出微分方程式和求解所需定解条件);(2)推导出温度分布表达式；高温度点位置及最高温度，并在图中绘出温度分布线。[重庆大学2006研]图2-31解：(1)分析本问题可知本问题为常物性、稳态、一维并且具有内热源的导热问题。所以(2)对(1)中得到的微分表达式进行两次积分，可得：代入把边所以温度分布表达式为：(3)把代入温度分布表达式，可知当x取下值时：所以壁内最高温度点位置为-,最高温度为温度分布线，如图2-32所示。图2-322-51空间直角坐标系中的导热微分方程式可表达为：根据下列各条件分别简化该方程。(1)导热体内物性参数为常数，无内热源；(2)二维稳态温度场，无内热源；(3)导热体内物性参数为常数，一维稳态温度场。[重庆大学2005研]解：(1)由导热体内物性参数为常数可知P、c、λ为常数，令由无内热源可因此可以把已知的导热微分方程式简化为：(2)由二维稳态条件，可知由无内热源由无内热源可知一因此可以把已知的导热微分方程式简化为：(2)由导热体内物性参数为常数可知P、c、λ为常数，,由一维稳态条件可。因此可以把已知的导热微分方程式简化为：2-52在长圆管的径向一维稳态导热中，如管壁的导热系数为常数，圆管内外半径的比值(1)证明管内表面与管外表面温度梯度不相等；(2)求内外表面温度梯度的比值。[重庆大学2005研]解：(1)根据傅里叶定律有：根据热平衡条件可知，经过长圆管内外壁面传导的热量值相等，可得：整理上面两式可得：(2)已知代入(1)的推导结果，则可得内外表面温度梯度的比值为：2-53在稳态、常物性、无内热源的导热中，物体内部某一点的温度是否会低于其表面上任意一点的温度，为什么?[西北工业大学2001研]2-54设计肋片时，是否肋片越长越好?[西北工业大学2001研]2-55写出热导率和热扩散系数的定义式，并给出两者的物理意义和单热扩散率的定义式为：I。它的物理意义是材料传播温度变化能力2-56何为肋片有效度?热水流过一根管子将热能传至流过管子外表面的空气，为增强换热，应将肋片装在管子的内表面还是外表面上?请给出理由。[中国科学院2009研]2-57给出一维(x)传热中常见的三种边界条件，并画出边界处温度分布的示意图。[中国科学院2008研]解：(1)规定了边界上的温度值。如图2-33温度分布的示意图所示，规定边界温度保持常图2-33图2-34图2-35(2)规定了边界上的热流密度值。如图2-34的温度分布示意图所示，规定边界上的热流密度保持定值，即：(3)规定了边界上物体与周围流体间的表面传热系数「及周围流体的温度车。如图2-35的温度示意图所示，第三类边界条件可表示为：2-58已知一根一维均质棒，在稳态、无内热源条件下，实验发现(式中T为温度，x为空间坐标),试判断棒材的导热系数三随T增大呢，还是减小?[中国科学技术大学2000研]解：根据傅里叶定律可知：。等式两边对X所由此可以判断，棒材的导热系数一随作增大。2-59一无限大平壁厚δ,导热系数λ=常量，内热源产热率中均匀，且为常数，已知两壁面温度分别保持(1)出现在平壁内部的最高温度(2)从两壁面传出的热流密度值(或热流量)。[中国科学技术大学2000研]解：(1)本问题属于具有内热源、一维稳态导热问题，因而导热微分方程为：2-60一个半径为R的实心球，初始温度为t0,突然将其放入液体温度为三的恒温槽内冷却。已知球的导热系数入、密度P和比热容C、球壁表面与液体的表面传热系数h,试写出球体冷却过程的数学描述。[国防科技大学2005研]解：首先分析半径为r,厚度为年的微元球壳的导热。根据球壳导热计算公式因为>则上式可化简为：可可x=δ,微元段的导出热为：微元段内热源的生成热为：微元段表面换热量为：根据能量守恒，可得热平衡方程为：2-63一长为L的薄板，两端分别接于温度为T₁与T₂的墙壁上，板以对流方式将热量传给温度为F的周围流体，假定T₁>T₂>F,板与周围流体间的对流换热系数为h,板的导热系数为入，板的横截面面积为A,横截面的周长为P,试推导出：①板的温度分布；②板的散热量。[上海交通大学2001研]解：(1)本问题的简化模型如图2-37所示。图2-37如图所示，分析年段微元段的热传递情况。把通过边界所交换的热量折算成整个截面的体积源项。该微元段的表面总散热量为：折算成相应的体积源项为：对于常物性、稳态、一维导热问题，导热微分方程为：令过于温度θ=t-t,整理上式可得关于过余温度的其次方程为：(2)对上式求导，可得：第3章非稳态热传导3-1对于热电偶时间常数年而言，下面()中描述是正确的。[湖南大学2006研]B.卡越小表示热惯性越小，达到稳态值的时间越长；c.F越大表示热惯性越小，达到稳态值的时间越D.越大表示热惯性越小，达到稳态值的时间越长；【答案】A查看答案象称为热惯性。因而热电偶时间常数卡越小表示热惯性越小，达到稳态3-2某一直径为0.1m、初始温度为300K的轴，其密度为-1,导热系数为流换热系数为,则其时间常数为;要使其中心温度达到800K,则放入加热炉内约需要加热分钟(用几种参数法)。[浙江大学2004研]【答案】【解析】先检验是否可用集中参数法，根据毕渥数的定义可知：可以采用集中参数法。根据时间常数的定义可知：=一代入上式，计算可得时间常数为：3-3导热集总参数系统的热惯性可由时间常数来描述，其影响因素为_。[浙江大学2000研]【答案】取决于物体自身的热容量-后以及表面换热条件年。查看答案3-4判断题：在非稳态导热过程中，当物体的导热系数相当大，或者几何尺寸很小，或者表面换热系数极大时，可以忽略其内部导热热阻。[湖南大学2006研]【答案】错。查看答案或者表面换热系数极大(即保证毕渥数三),可以忽略其内部热阻。3-5什么是时间常数?试说明时间常数对动态温度测量精确度的影响。[华中科技大学2006研]解：时间常数表示物体反映外界温度变化快慢的能力。时间常数越小3-6将一初始温度为F的固体，突然置于壁面和空气温度均为的大房间里。空气和固体间的对流表面传热系数为h,固体体积为E,表面积为A,密度为P,比热容为C,可认为是黑体，若假设固体内部温度分布均匀(集总参数),考虑辐射、对流和非稳态导热，写出固体温度T随时间T变化的微分方程。[华中科技大学2006研]解：设作为辐射和对流的复合表面换热系数，则3-7非周期性的加热或冷却过程可以分为哪两个阶段，他们各自有什么特征?[华中科技大学2005研]系统中各个地方的温度随时间变化，此时温度分布可以用初数的第一项)。3-8写出Bi数的定义式并解释其意义。在Bi→0的情况，一初始温度为0的平面突然置于温度为的流体中冷却，如图3-6所示。粗略画出和>1时平板附近的流体和平板的温度分布。[华中科技大学2005研]图3-63-9有一直径为3mm的纲球，其密度为7701kg/m³,比热容460J/今钢球在炉内加热至t₁=500℃后，突然放置在=20℃的环境中冷却，测得钢球与环境间的换热系数为78W/(m²·℃),试计算3-10什么是时间常数?试说明时间常数对动态温度测量精确度的影响。[华中科技大学2004解：时间常数的定义式为3-11一金属圆柱体直径为d=100mm,长度为1=50mm,密度为7800kg/m³,比热为对流表面传热系数为h₁=200W/(m²·K),其余表面绝热；t≥120s时，上表面再同时与温度为20℃的空气保持接触，对流表面传热系数为h₂=40W/(m²·K),而侧面仍维持绝热。假定圆柱体的导热热阻很小，同一瞬间圆柱体温度均匀一致，求：(1)t=120s时圆柱体的温度。(2)t=600s时圆柱体的温度。(3)热平衡时圆柱体的温度。[华中科技大学2004研]解：(1)当只有下底面与油接触时，有能量守恒：则则初始条件为：因此，当时圆柱体的温度为：(2)当上下底面都传热时，有能量守恒(≥== 可求得此时圆柱体的温度为：(3)热平衡时，,故一,因此有：(3)热平衡时，3-12有一体积为V,表面积为-三的物体。假设物体内部导热热阻很小，可以忽略，则物体在同一时刻各点的温度相同。物体与温度为车的环境发生对流换热，换热系数为α,若物体热导率λ、密度P和比热容C均为已知常数，且物体初始温度为t0。请推导物体温度随时间的变化函数一。[北京科技大学2008研]解：非稳态、有内热源的导热微分方程适用于本问题，即由于物体内部热阻可以忽略，温度与空间坐标无关，所以上式简化为：假设物体被冷却，则为负值，界面上交换的热量应为整个物体的体积热源：假设物体被冷却，由以上两式可得：,引入过余温度≥=,则上式变为：初始条件,分离变量后得到：3-13在用裸露热电偶测定气流的非稳定温度场时，怎样可以改善热电偶的温度响应特性?[北京科技大学2007研]变动。三不仅取决于热电偶的几何参数≥后，物性条件PC,还同换热条件h有关。从物理意义上说，热电偶对流体温度变化反应的快慢取决于自身的热容量-及表面换热条件hA。热容量越大，温度变化得越慢；3-14采用集总参数法求解物体非稳态导热时，需满足什么条件?说明为什么要满足此条件。[北京科技大学2007研]解：采用集总参数法求解物体非稳态导热时需满足：,因为只有的导热热阻远远小于表面对流换热热阻即毕渥数Bi很小时，任何时刻固体内部的温度趋于3-15辨别能否用集总参数法求解非稳态导热问题的准则数是：①Bi,②Fo,③BiFo。[上海交通大学2000研]解：判别能否用集总参数法求解非稳态导热问题的准则数是毕渥数。3-16写出Bi和Fo的组成式，简述其物理意义。[上海交通大学2002研],物理意义表示非稳态过程进行深度的无量纲时间。初始温度E=1700K,下落速度=1m/s,铝滴可看成灰体，其表面辐射率(黑度)=0.2,空气导热系数λ=0.067W/(m.K),运动粘度乍=117.3×10⁶m³/s,F=0.70,空气外掠球体的对流换热规律为一1。[上海交通大学2002研]其中，中为广义内热源。考虑铝滴表面换热与表面辐射换热，可得如下热平衡方程式：由此可得下落铝滴的冷却速率为：根据已知条件可知空气外掠球体的雷诺数为：根据空气外掠球体的对流换热规律可知：根据努塞儿数的定义式可知，铝滴的表面换热系数为：把一三、>、≥一、代入铝滴冷却速率表达式，可得下落铝滴的初始冷却速率为：3-18一无穷大平板，厚为2δ,初始温度t0=const,从T=0时刻起突然将其置于的流体中，此处假设,试针对下列两种情况画出时刻日、「板内的温度分布曲线解：无穷大平板不同毕渥数下，在时刻巨、E板内的温度分布曲线如图3-7所示。图3-73-19一直径10cm,初温100℃的铜球放入20℃的水中自然冷却，铜的密度为8000kg/m³,比热为380J/kg,导热系数为400W/(m.K),水与铜球的自然对流换热系数为240W/(m²·K),(1)时间常数；(2)球的温度降到30℃所需要的时间；(3)此时所释放的总热量。[上海交通大学2001研]解：(1)根据集中参数法的分析解和时间常数的定义可知：(2)根据集中参数法的分析解可知：把二℃、>=℃、一=℃代入，可得球的温度降到-℃所需要的时间为：把把(2)令,可得：(1)热电偶接点的直径d;(2)如果把初温为to=25℃的热电偶放在温度to=200℃气流中，问：当热电偶显示温度为t=199℃时，其需要经历多长时间T。[上海交通大学2000研](1)根据集中参数法的分析解以及时间常数的定义可知，有下式成立：(2)根据集中参数法的分析解可知：方法可以缩短测温的放置时间?[浙江大学2006研]亩,以缩短测温的放置时间。(≥的大平板，与温度为5的流体处于热平衡。当时间3-23一块厚度为2时，左侧流体温度升高并保持为恒定温度25。假定平板两侧表面传热系数相同，当时，试确定达到新的稳态时平板中心及两侧表面的温度，画出相应的板内及流体侧温度分布的示意性曲线，并做简要说明。[上海九校联考2002研]解：图3-8为板内及流体侧温度分布的示意性曲线。图3-8与低温流体之间的对流传热。当时，平板内部的导热热阻几乎可以忽略，此②所以达到新的热稳态时，平板中心与两侧表面温度为3-24将初始温度为T的固体，突然放入气温和壁温都为三的房间里，房间内壁的面积十分大，固体与空气之间的表面传热系数为h,表面发射率为E,固体体积为V,参与换热面积为A,比热容为C,密度为P。请问在什么条件下，可以采用集总参数法分析固体和环境之间的非稳态传热过程?同时考虑辐射换热和对流换热，请应用集总参数法写出固体温度随时间变化的微分方程式。[华北电力大学(北京)2005研](1)将固体近似看成球体，则其与形状有关的无量纲常数时，可用集总参数法分析固体与环境之间的非稳态传热过程。3-25设1kg的牛排与2kg的牛排均为扁平的长方体，且几何相似。如果烤熟1kg的牛排要西“Z1=1h,试用集总参数法估算2kg的牛排需要的时间。[湖南大学2006研]解：根据集中参数法温度场的分析解可知：由此可见，对于不同质量但几何相似的牛排来说，在都烤熟的前提下，满足如下关系式：3-26写出Bi准则的表达式及物理意义，并定性画出当和Bi→0时，置于恒温流体中的一维平板非稳态导热的温度分布随时间的变化。[南京航空航天大学2000研]解：,它的物理意义表示固体内部单位导热面积上的导热热阻与单位面积上的换热热阻之比。Bi→0、Bi→0时，置于恒温流体中的一维平板非稳态导热的温度分布随时间变化示意图，如图3-9所示，图3-93-27直径为30mm的钢球，具有均匀的初始温度450℃,突然放入温度保持为100℃的恒温介质中，已知钢的导热系数为46.5W/(m.K),,比热为0.5kJ/(kg.K),密度为7600kg/m³,钢球与介质间的对流换热系数为11.6W/(m².K),求钢球被冷却到150℃所需的时间。[南京航空航天大学2000研]综上，钢球被冷却到2℃需要二3-28一物性参数P=7800kg/m³,C=470J/(kg.℃),恒=50W/(m.℃),、边长为20mm的正立方体钢锭，在高温炉中被加热到420℃,将其突然取出放到完全绝热的地板上被周围气流冷却，周围气流温度=20℃,钢锭与气流间的表面传热系数h=50W/(m².℃)。试(1)钢锭的过余温度(2画)达到初始过余温度()的2.5%时所需的时间；(2)此时钢锭的温度是多少?[重庆大学2008研]综上，钢锭过余温度达到初始温度所需时间为,此时钢锭温度为亩。3-29某建筑物外墙(墙体材料散热率a=5.11×10-7m²/s)夏季在室外日空气温度变化及阳光表面有多厚?温度波在该处达到最高温度的延迟时间巨为多少?已知半无限大均质物体周由题意可知，当：时，3-30为了测量气流温度随时间的变化规律，所采用的热电偶的热容是否越大越好?[西北工业大学2001研]3-31通过观测紫铜球的温度随时间的变为12.7mm,在插入温度为27℃的空气流之前处于66℃。在插入空气流后69s时球体外表面上热电偶的读数为55℃。假定并证明球体是一个空间上等温的物体，计算已知：纯铜(333K):P=8933kg/m³,Ce=389J/(kg.K),k=398W/(m.K)。[中国科学院2009研]度不超过给定的极限，必须把热耗传给太空。为此，有人提出一种称为液滴辐射器(LDR)的新型散热方案，如图3-10所示。首先把热量传给一种高真空油，然后把油以小滴流的形式排入外部空间。油滴流的穿行距离为L,在这个距离上它通过向处于绝对零度的外部空间考虑以下情形：发射率和直径分别为E=0.95和-E=0.55mm的油滴排出时的温度和速度分别为l1=500K和V=0.1m/s。油的性质为P=885kg/m³,c=1900J/(kg:K)和k=0.145W(m.K)。假定每个油滴均向处于F=0K的深空发射能量，确定这些油滴在以最终温度=300K撞击收集器之前需要穿行的距离L。每个油滴排放的热能是多少?[中国科学院2007图3-10解：先检验是否可以采用集中参数法。根据热平衡可知，油滴与外界的对流换热量等于油滴与外界的辐射传热量，由此可得：①其中，h为对流换热系数；石为黑体辐射常数，σ=5.67×10-⁸W/(m².K⁴);B通过计算可得，在油滴排出时和油滴撞击收集器时的对流换热系数分别为：根据毕渥数的定义可知：。所以可以采用集中参数法。根据集中参数法温度场的分析解，可得微分方程为：把①代入上式，可得：求解该微分方程，可得：由此可得油滴穿行的长度为：分析油滴穿行前后的内能变化，即能得到每个油滴的放热量，可得：撞在收集器之前需要穿行的距离为一_,每个油滴排放的热能为3-33将直径为D,初始均温Ti的金属圆球悬挂在四周壁温为Tw,空气温度为T。的大房间内。已知圆球表面发射率ε,空气对流系数h。如果对流换热和辐射换热两者数量级相同，(1)能应用集总热容法(即集总参数法)的准则；(2)在上述准则下，圆球温度随时间t的微分方程。[中国科学技术大学2000研]解：(1)如果对流换热和辐射换热两者数量级相同，那么等效对流换热系数二，相应的毕渥数为：由此可以确定本问题应用集中参数法的准则为：(2)忽略物体的内部热阻，则本问题的导热微分方程为：其中，Φ看成是广义热源。物体表面的对流换热与辐射换热折算成整个物体的体积热源，有下式成立：对于球体：,消去上面两式中广义热源中，可得圆球温度T随时间T变化的微分方程为：初始条件为：3-34将具有相同温度的两块相同材料的平板A和B放入冷流体中冷却。已知A的厚度是B的厚度的两倍，流体与各表面间的表面传热系数均可视为无限大。已知板B中心点的过余温度下降到初始值的一般需要20min,问板A下降到同样温度的工况需要多少时间?[国防科技大学2005研]解：由于流体与各表面传热系数,所以一,则有：,则可求得所需时间为：第4章热传导问题的数值解法值法可以估算出下图中处的温度为()。[湖南大学2006研]图4-15【答案】D查看答案【解析】采用热平衡法，分析1、2、3、4节点通过各自界面传导到中间节点的热流量，可4-2如图4-7所示出了常物性、有均匀内热源图4-74-3二维无内热源稳态导热问题，网格划分如图所示，试导出图4-8中节点2的节点方程。[上海交通大学2001研]图4-8图4-9解：分析图4-9所示节点2周围单元的热平衡。如图所示，该单元存在热传导和对流传热，整理后可得节点2的节点方程为：4-4试导出二维稳态导热时右上拐角点一三的能量守恒表达式，即有限差分方程式(不需要展开、化简)。已知右侧壁绝热；顶端处于温度为5,换热系数为h的冷流体环境，同 时受到外界热辐射-[W/m₂}照射；有内热源-W/m₃];网格；;材料热导系数为旦。[上海交通大学2000研]解：本问题的简化模型如图4-10所示。图4-10分析上图所示灰色单元，有热传导、对流传热和热辐射，并且考虑内热源，那么得到的热平衡方程式如下所示：该单元的内热量为：根据热传导的基本方程式，可知：根据对流换热的基本方程式，可知：根据已知条件，可知该单元受到的外界热辐射为：综上推导可知，二维稳态导热右上拐角节点的能量守恒表达式为：4-5请解释非稳态导热分析中的集总参数法，其适用条件是什么?为何可以在这种条件下使用?[浙江大学2005研]解：当固体内部的导热热阻远小于其表面的换热热阻时，任何时刻固体内部的温度都趋于一致，以致可以认为整个固体在同一瞬间均处于同一温度下。这时所要求解的温度仅是时间的一元函数而与空间坐标无关。这种忽略物体内部导热热阻的简化分析方法称为集中参数法。其适用条件：。在这种条件下，物体中最大与最小的过余温度之差小于对于一般工程计算，此时已经足够精确地可以认为整个物体温度均匀。4-6图4-11给出了常物性、有均匀内热源φ、二维稳态导热问题局部边界区域的网格配置，试用热平衡法建立节点0的有限差分方程式(设△x=△y)。[上海九校联考2002研]图4-11图4-12解：如图4-12所示，0单元为内部角点，代表四分之三个元体。采用热平衡法建立节点0的有限差分方程式，根据傅里叶定律，可得节点1、2、3、4传导到节点0的热流量分别为：边界传递的热流量为：节点0的内热源为：根据能量守恒定律，可得：①把上面各式代入①式，整理可得：时，整理上式可得：表面传热系数h,取步长为=。针对边界节点1,应用热平衡法推导出数值计算的显示差即T(1)位于对角边界上的节点m、n,与温度为¹的流体进行对流，换热系数为h。假定△x流过程，流体温度为，换热系数为h。假定△x=△y。[中国科学院2009研]解：(1)相关示意图如图4-14所示。图4-14分析图中三角形微元块，根据能量守恒定律可知：把△x=△v代入上式，整理后可得该结构中节点的有限差分方程为：(2)相关示意图如图4-15所示。图4-15分析刀尖三角形微元块，根据能量守恒定律可知：第5章对流传热的理论基础5-1Pr(普朗特)准则反映的准则，它表征了_的相对大小。[浙江大学2006研]【答案】流体中动量扩散能力与热扩散能力；流动边界层与热边界层查看答案5-2数中，λ表示,l表示。[浙江大学2006研]【答案】流体导热系数；特征长度查看答案5-3方程是微分方程，式中的参数是。[浙江大学2005案5-4纵掠平板强迫对流换热的能量方程为。[浙江大学2004研]5-5流体在大空间沿竖壁作自然对流换热时，对于紊流工况度的次方。[浙江大学2000研]【答案】零查看答案5-6流动边界层和热边界层。[重庆大学2005研]5-7边界层动量方程的形式为,试指出各项反映出的物理过程的实质?这是什么类型的偏微分方程，其物理特征如何?[华中科技大学2006研]5-8与完全的能量方程相比，边界层能量方程最重要的特点是什么?[华中科技大学2005研]5-9对流换热过程微分方程组的无量钢化可以产生一系列无量纲的准则，试问雷若数(Re)贝克莱数(Pe)和努赛尔数(Nu)各自是从什么微分方程中导出的?并写出它们各自的表达方式。[华中科技大学2005研]贝克莱数(Pe)从能连微分方程产生，5-10什么是热边界层?什么是速度边界层?普朗特数的大小反映了速度边界层与热边界层的怎样的关系?[华中科技大学2004研]边界层厚度δ:通常规定达到主流速度处99%处的为流动边界层的厚度。在近壁面的一个一般温度达到来流温度99%的位置定义为热边界层。是栋梁扩散与热扩散能力之比。当二时，2丽：当-时，2=:当2后5-11写出稳态强制对流换热的边界能量方程，并说明各项的意义。[华中科技大学2004科技大学2004研]解：,是固体内部导热热阻和边界处对流热阻的比值。E是固体的导热系5-13从传热观点看，为什么暖气片一般都放在窗户的下面?[西安交通大学2005研](1)可以提高换热效率。在室内，靠近窗户处的空气温度较低，假设暖气片温度一定，当暖气片放在窗下时，暖气片与周围空气温度的温差△t最大，从(2)可以使室内温度分布均匀。靠近窗户处的空气温度较低，暖气片放在窗下可以使室内5-14为了测量管内流体温度，常采用水银温度计并在管道壁上安装上温度计套管，试问：(1)安装温度计套管后，为什么会产生测温误差?(2)为了减小测温误差，可采取哪些措施?[西安交通大学2004研](1)温度计套管产生误差的主要原因是由于沿肋高(即套管长度方向)有热量导出和套管(2)要减小温度计套管的测温误差，一方面应减小沿肋高方向的导热量，选择导热系数小5-15用空气冷却高温设备的内通道壁，为了提高冷却效果，有人提出在其通道内紧插一块沿轴向放置的金属平板。试问该方法能否使设备内通道壁的冷却加强、壁温下降?为什么?[西安交通大学2004研]答：该方法可以使设备内通道壁的冷却加强。因为相当于增加了肋片，强化了散热；同时也增强了辐射散热；加入平板后，也增加了流体的扰动，破坏边界层，减小了对流热阻，强化了对流换热。5-16有一台冷油器，管内的油被管外的冷却水冷却。为了强化传热，管内加装一细的螺旋状金属丝。另有一台暖风器，以热水在管内流动来加热管外空气，同样在管内加装一细的螺旋状金属丝。比较这两种方案强化换热的效果如果?为什么?[西安交通大学2004研]答：对于冷油器，由于油的粘度比较大，对流换热表面传热系数较小，占整个传热过程中热阻的主要部分，在管内加装一细化螺旋金属丝，可以破坏边界层，减小油侧热阻，从而强化传热，效果明显；对于暖风机，由于空气的表面对流换热系数比热水的要小，占整个传热过程中热阻的主要部分，但在管内加装螺旋金属丝，只能强化热水侧换热，对于总热阻则减小很少，强化效果不明显。5-17有人认为，“因为对流换热的强度只取决于贴壁处流体的温度梯度，所以流体梯度不会影响换热的强度”。请判断这一说法的正确性，并说明理由。[西安交通大学2003研]答：这种说法是不对的，靠近壁面的边界层换热为,所以，。其中温度场t既是时间的函数，又是空间的函数。流体的速度场会影响温度场，进而影响对流换热强度。5-18在一热处理过程中，将温度为220℃的金属薄板竖直地置于温度为20℃,流速为7m/s的空气气流中。平板沿流动方向长度为3m,宽度为2m,如图5-5所示。测得作用于平板的摩擦阻力为0.86N。试确定该金属板与空气间的对流换热系数和传热量。空气的物性参数为：P=1.204kgm³,F=1.007KJ/kg:K),Pr=0.7309。[北京科技大学2008研]图5-5解：范宁局部摩擦系数其中,则：又Pr=0.7309,0.6<Pr<60,所以：由以上两式得h=25.41≥,所以传热量5-19外掠平板时边界层动量积分方程为,为了求解边界层厚度δ,速度分布选用多项式一,试列出在确定系数-E、E、E、匡时所采用的边界条件。[上海交通大学2001研]5-20什么叫热边界层?试用边界层理论解释在单相对流换热中，使层流边界层变薄可以强化传热。[浙江大学2005研]5-21为什么用红外测温计可以测量人体温度，分析可能有哪些因素影响红外测温计精度(试举3个因素)。[浙江大学2005研](1)发射率。所有物体会反射、透过和发射能量，只有发射的能量能指示物体的温度。当固定的发射率为0.95。该发射率值是对于多数有机材料、油漆或氧化表面温度，就要用一种胶带或平光黑漆涂于被测表面加以补偿。使胶带或漆达到与基底材料相同温度时，测量胶带或漆表面的温度，即为其真实温度。(2)光学分辨率。光学分辨率定义为红外测温计到物体的距离与被测光斑尺寸之比。该比值越大，红外测温仪的分辨率越好，且被测光斑尺寸越小。通过增加近焦特性，可对小目标区域提供精确测量，可以防止背景温度的影响。(3)视场。确保目标大于红外测温计测量时的光斑尺寸，目标越小，就应离它越近。当精度特别重要时，要确保目标至少2倍于光斑尺寸。5-22描述物体内部导热机理的物理模型有哪些?它们分别描述哪些物质内部的导热过程?[浙江大学2005研]解：描述物体内部导热机理的物理模型有气体、液体、导电固体和非导电固体等物理模型。它们的导热机理是不同的。气体中，导热是气体分子不规则热运动时相互碰撞的结果。气体的温度越高，其分子的运动动能越大。不同能量水平的分子相互碰撞的结果，使热量从高温处传到低温处。导电固体中有相当多的自由电子，它们在晶格之间像气体分子那样运动。自由电子的运动在导电固体的导热中起着主要作用。在非导电固体中，导热是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来实现的。对于液体中的导热机理，还存在着不同的观点。有一种观点认为定性上类似于气体，只是情况更复杂，因为液体分子间的距离比较近，分子间的作用力对碰撞过程的影响远比气体大。另一种观点则认为液体的导热机理类似于非导电固体，主要靠弹性声波的作用。5-23请解释流动边界层与热边界层。对于油、空气及液态金属，分别有二、≥面、一=,试就这三种冷流体外掠等温热平板流动(一=)分别画出其速度分布与温度分布的大致图像(要能显示δ与E的相对大小),并作简要说明。[浙江大学2001研]解：在固体表面附近流体速度发生剧烈变化的薄层称为流动边界层；固体表面附近流体温度发生剧烈变化的薄层称为热边界层。对于油、空气以及液态金属三种等温冷流体平板流动，在况下，其速度分布与温度分布的大致图像分别如图5-6、5-7、5-8所示。图5-6图5-7图5-8普朗特常数反映的是流体中动量扩散与热扩散能力的对比，它可以表征热边界层与流动边界层的相对厚度。对于高普朗特数的油，其速度边界层的厚度远大于热边界层的厚度；对于普朗特数近似为1的空气，其速度边界层的厚度与热边界层的厚度大致相等；对于普朗特数远小于1的液体金属，其速度边界层的厚度远小于热边界层的厚度。5-24请说明流动边界层和热边界层理论的基本要点，它们的提出对对流换热微分方程组的求解有何意义?写出Pr准则的定义式并说明它的物理意义。[华北电力大学(北京)2005,是运动粘度与热扩展率的比值，它反映了动量扩散与热扩散能力的对比。5-25一块宽20mm、长200mm的平板，平均壁温为40℃。常压下20℃的空气以10m/s的速度纵向(沿长度方向)流过该板表面，试计算平板的对流换热量。题中参考公式为计算局部表面传热系数的准则方程：。干空气的热物理性质如表5-2所示。[华北电力大学(北京)2005表5-2表5-2三。因此可得：查表得：因此有：度分布为(式中a、、C均为常数),流体主流温度为分，壁面温度为三，试求局部表面传热系数。[华北电力大学(北京)2004研]代入得：5-27水从恒温的大平壁上流过，试求流体流到平壁中部的局部表面传热系数、平均表面传热系数和热流密度。已知水的流速为1.0m/s,水温为35℃,其导热系数、运动粘度、普朗特数、密度分别为0.63W/(m.℃),0.732×10⁶kg/(m²·s),4.87,933.9kg/m³。壁温为均匀恒定的95℃,壁面长度为1000mm,换热过程适用的准则关联式：[华北电力大学(北京)2004研]5-28用图并配合简要的文字或公式，说明空气外掠平板强迫对流和竖壁自然对流时(均为层流状态)边界层内的速度分布特征。[南京航空航天大学2000研]解：空气外掠平板强迫对流和竖壁自然对流时(均为层流状态)边界层内的速度分布示意图分别如图5-9、图5-10所示。图5-9图5-10空气外掠平板强迫对流：流体在平板壁面处的速度为0,流体的速度随着离开壁面距离的增5-29一般情况下，黏度大的流体其Pr数也越大，由对流换热的实验关联式I么?请分析。[重庆大学2007研]因为>1=,所以从上面表达式可知，对于黏度大的流体，其努塞尔数越小，因而其表(2)当X=0.5m、流体与壁面的温差为10℃时，确定常数A的值。[重庆大学2005研]=40-210,可知 5-321个大气压，25℃的空气，纵向流过一块长400mm、宽1200mm、温度为35℃的平板，流速为15m/s。分别求离平板前缘50mm、150导热系数λ=2.67×10-²w/(m.K),普朗特数Pr=0.701)[国防科技大学2005研]所以在不同X处，流动边界层和热边界层的厚度如表5-3所示。则平板与空气的换热量为：5-33请写出常物性、不可压缩流体、无内热源的二维平板层流边界层的微分方程组。[国防科技大学2004研]解：对于二维、稳态、无内热源常物性不可压缩流体的边界层类型问题，流场与温度场的控制方程式如下。质量守恒方程：能量守恒方程：对于主流场是均速宣，均温，并给定恒壁温，即2回目的问题，定界条件可表示5-34试写出毕渥数和努塞尔数的表达式，并叙述其物理含义。[国防科技大学2004研]答：毕渥数的表达式为：(λ为固体导热系数)。它的物理意义为固体内部单位导热面积上的导热热阻与单位面积上的换热热阻之比。努塞尔数的表达式为：(λ为流体导热系数)它的物理意义为壁面温度梯度与平均温度梯度的比值，反映对流传热的强弱的无量纲数。第6章单相对流传热的实验关联式6-1强制对流换热系数大小与流体的物性有关，影响它的流体物性有。[浙江大学2006研]【解析】分析流体物性对强制对流换热系数大小的影响，需要考查相适用的实验关联式。以管槽内湍流强制对流传热为例，公式为最普遍的关联式：6-2自然对流是指。[浙江大学2006研]【答案】不依靠泵或风机等外力推动，由流体自身温度场的不均匀所引起的流动查看答案6-3写出Pr(普朗特数)的无量纲组合：。它的物理意义是。[浙江大学20056-4管束强迫对流换热的排列方式主要有_两种。[浙江大学2005研]6-5自然对流在条件下发生自模化现象，此时表面传热系数与无关。[浙江大学2005研]【答案】湍流；特征长度查看答案【答案】固体内部导热热阻与界面上换热热阻；固【答案】普朗特数；动量扩散能力与热量扩散能力的一种量度查看答案6-8管内强迫对流换热，一般来说，流体的导热系数变大，表面换热系数_,流体的粘Nu=0.023RePr₂6-9流体刚入恒壁温的管道作层流换热时，其局部对流换热系数沿管长,这是因为 。[浙江大学2001研]6-10管外流动换热，有纵向冲刷和横向冲刷之分，在其他条件相同时，热更为强烈，这可以解释为。[浙江大学2001研]漩涡和涡束查看答案【答案】入口段的热边界层较薄，局部表面传热系数比充分发展段高查看答案6-12定型温度是,特征尺度是_。[浙江大学2000研]【答案】计算流体物性时所采用的温度；包括在相似准则数中的几何尺度查看答案二、综合题6-13有人曾经给出下列流体外掠正方形柱体(其一界面与流体来流方向垂直)的换热试验定常数C与指数的方法(不需要具体的计算及结果)。[华中科技大学2006研]表6-12,反求可得C;直线