传热学第四版课后思考题答案(杨世铭-陶文铨)]
8页1、第一章思考题1 试用简练的语言说明导热、对流换热及辐射换热三种热传递方式之间的联系和区别。答:导热和对流的区别在于:物体内部依靠微观粒子的热运动而产生的热量传递现象,称为导热;对流则是流体各部分之间发生宏观相对位移及冷热流体的相互掺混。联系是:在发生对流换热的同时必然伴生有导热。导热、对流这两种热量传递方式,只有在物质存在的条件下才能实现,而辐射可以在真空中传播,辐射换热时不仅有能量的转移还伴有能量形式的转换。2 以热流密度表示的傅立叶定律、牛顿冷却公式及斯忒藩玻耳兹曼定律是应当熟记的传热学公式。试写出这三个公式并说明其中每一个符号及其意义。答: 傅立叶定律:,其中,热流密度;导热系数;沿x方向的温度变化率,“”表示热量传递的方向是沿着温度降低的方向。 牛顿冷却公式:,其中,热流密度;表面传热系数;固体表面温度;流体的温度。 斯忒藩玻耳兹曼定律:,其中,热流密度;斯忒藩玻耳兹曼常数;辐射物体的热力学温度。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: 导热系数的单位是:W/(m.K); 表面传热系数的单位是:W/(m2.K); 传热系数的单位是
2、:W/(m2.K)。这三个参数中,只有导热系数是物性参数,其它均与过程有关。4 当热量从壁面一侧的流体穿过壁面传给另一侧的流体时,冷、热流体之间的换热量可以通过其中任何一个环节来计算(过程是稳态的),但本章中又引入了传热方程式,并说它是“换热器热工计算的基本公式”。试分析引入传热方程式的工程实用意义。答:因为在许多工业换热设备中,进行热量交换的冷、热流体也常处于固体壁面的两侧,是工程技术中经常遇到的一种典型热量传递过程。5 用铝制的水壶烧开水时,尽管炉火很旺,但水壶仍然安然无恙。而一旦壶内的水烧干后,水壶很快就烧坏。试从传热学的观点分析这一现象。答:当壶内有水时,可以对壶底进行很好的冷却(水对壶底的对流换热系数大),壶底的热量被很快传走而不至于温度升得很高;当没有水时,和壶底发生对流换热的是气体,因为气体发生对流换热的表面换热系数小,壶底的热量不能很快被传走,故此壶底升温很快,容易被烧坏。6 用一只手握住盛有热水的杯子,另一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:当没有搅拌时,杯内的水的流速几乎为零,杯内的水和杯壁之间为自然对流换热,自热对流换热的表面传热系
3、数小,当快速搅拌时,杯内的水和杯壁之间为强制对流换热,表面传热系数大,热水有更多的热量被传递到杯壁的外侧,因此会显著地感觉到热。7 什么是串联热阻叠加原则,它在什么前提下成立?以固体中的导热为例,试讨论有哪些情况可能使热量传递方向上不同截面的热流量不相等。答:在一个串联的热量传递过程中,如果通过每个环节的热流量都相同,则各串联环节的总热阻等于各串联环节热阻的和。例如:三块无限大平板叠加构成的平壁。例如通过圆筒壁,对于各个传热环节的传热面积不相等,可能造成热量传递方向上不同截面的热流量不相等。8.有两个外形相同的保温杯A与B,注入同样温度、同样体积的热水后不久,A杯的外表面就可以感觉到热,而B杯的外表面则感觉不到温度的变化,试问哪个保温杯的质量较好?答:杯子的保温质量好。因为保温好的杯子热量从杯子内部传出的热量少,经外部散热以后,温度变化很小,因此几乎感觉不到热。第二章思考题1 试写出导热傅里叶定律的一般形式,并说明其中各个符号的意义。答:傅立叶定律的一般形式为:,其中:为空间某点的温度梯度;是通过该点的等温线上的法向单位矢量,指向温度升高的方向;为该处的热流密度矢量。2 已知导热物体中
4、某点在x,y,z三个方向上的热流密度分别为及,如何获得该点的 热密度矢量?答:,其中分别为三个方向的单位矢量量。3 试说明得出导热微分方程所依据的基本定律。答:导热微分方程式所依据的基本定律有:傅立叶定律和能量守恒定律。4 试分别用数学语言将传热学术语说明导热问题三种类型的边界条件。答: 第一类边界条件: 第二类边界条件: 第三类边界条件:5 试说明串联热阻叠加原则的内容及其使用条件。答:在一个串联的热量传递过程中,如果通过每个环节的热流量都相同,则各串联环节的总热阻等于各串联环节热阻的和。使用条件是对于各个传热环节的传热面积必须相等。7.通过圆筒壁的导热量仅与内、外半径之比有关而与半径的绝对值无关,而通过球壳的导热量计算式却与半径的绝对值有关,怎样理解?答:因为通过圆筒壁的导热热阻仅和圆筒壁的内外半径比值有关,而通过球壳的导热热阻却和球壳的绝对直径有关,所以绝对半径不同时,导热量不一样。6 发生在一个短圆柱中的导热问题,在下列哪些情形下可以按一维问题来处理?答:当采用圆柱坐标系,沿半径方向的导热就可以按一维问题来处理。8 扩展表面中的导热问题可以按一维问题来处理的条件是什么?有人认为
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