第1章 《绪 论》思考题
1、 一维大平壁稳态导热傅里叶定律的形式与牛顿冷却公式颇相似，那么为什么导热系数?是物性，表面传热系数h却不
是物性？
2、 导热傅里叶定律的写法（指负号）与问题中坐标的方位有没有什么关系？思考题1.1附图中两种情形所对应的热流
方程是否相同？
3、 试分析一只普通白炽灯泡点亮时的热量传递过程。
4、 试分析一个灌满热水的暖水瓶的散热全过程中所有环节，应如何提高它的保温性能？ 5、 请说明“传热过程”和“复合换热过程”这两个概念的不同点和相同点？ 6、 对导热热流密度q和对对流换热时热流密度q的正负规定是否相同？为什么？
7、 你能正确区别热量，热流量，热流密度（或称热流通量）几个不同称呼的准确含义吗？它们哪些是矢量？在针对控
制体积求和时，上述三个量是否处理方法相同？ 8、 把q写成 ?/A，需要附加什么条件，还是无条件？
9、 你认为100 ℃的水和100 ℃的空气，哪个引起的烫伤更严重？为什么？ 10、 酷热的夏天，用打开冰箱门的方法能不能使室内温度有明显的下降？ 11、 热对流与对流换热有何根本的区别？
12、 列举你所了解的生活中或工程领域中传热的若干应用实例，并分析他们的基本传热原理。 13、 为什么针对控制容积和针对表面的能量平衡关系有根本的差别？ 14、 你认为传热学与热力学的研究对象和研究内容有什么相同和不同？
15、 三十多年以前，一名叫姆贝巴（Mpemba）的非洲学生曾经发现，同等条件下放在冰箱中的热冰琪淋汁反而比冷冰琪
淋汁先开始结冰。他请一位物理系的教授解释这个现象。教授作了实测：用直径45 mm，容积 100 cm3 的玻璃杯放入温度不同的水在冰箱中冻结。实验结果证明， 在初始温度30℃～80℃范围内，温度越高，结冰越早。你对这个问题如何认识？
16、 一位家庭主妇告诉她的工程师丈夫说，站在打开门的冰箱前会感觉很冷。丈夫说不可能，理由是冰箱内没有风扇，
不会将冷风吹到她的身上。你觉得是妻子说得对，还是丈夫说得对？
17、 夏季会议室中的空调把室温定在24℃，同一个房间在冬天供暖季内将室温也调到24℃。但是夏季室内人们穿短裤、
裙子感觉舒适，冬天则必须穿长袖长裤甚至毛衣。请问这是为什么？ 第2章 《导热理论基础》思考题
18、 傅里叶定律表示导热物体内的温度梯度与导热热流q之间的定量数学关系。其中未曾出现时间变量。那么，你如何
理解并解释在分析非稳态导热问题时也可以应用傅氏定律？ 19、 应用傅里叶定律时有哪些限制？
20、 现代宇航工程和超低温工程中应用的超级绝热材料的导热系数甚至可以低到10－4 W/(m?℃)以下，该数值已经大大
低于导热性能最低的气体介质。试分析它是如何实现的？
21、 在一定温度区间内，物质的导热系数大都可以表示为温度的线性函数：
22、 ? =?0（1＋b t）。式中t为摄氏温度。有人认为，“b为导热系数随t变化的斜率。而?0则代表0℃时该材料的导热系
数。因为代入t = 0℃，得?＝?0。”你认为这种说法对不对？为什么？有时会把方程写作 ?=?0＋bt。这个b、?0又代表什么意义？
23、 对于一维稳态导热，?t /?x >0，?t /?x <0分别具有什么含义？?t /?x >0又具有什么含义？
24、 已知某个确定的热流场q = f (x, y)，能否由此唯一地确定物体的温度场？或者需要什么条件？反过来从温度场能否唯
一地确定热流场？
25、 某二维导热物体，常物性，部分边界q = 常数，另一部分绝热，能否确定其温度场？
26、 如思考题2.8附图所示的二维控制体积，导入热流量分别是?x和?y，另外的两面绝热。导入的总热流量等于：
(a)
(?x2+?y2)1/2； (b) ?x + ?y ； (c) qx Ax + qy Ay ； (d) (qx 2Ax+ qy 2Ay)1/2
27、 请分析第三类边界条件的数学表达式（2-3-11）是否适用于所有的情况？
28、 导热微分方程从导热物体内部的微元体分析得到。那么它是否能够用于导热物体的边界上？为什么？
29、 无源大平壁一维稳态导热，温度场的通解等于t = c1x + c2，积分常数由边界条件确定。这是否意味着c1，c2都与平壁
2
2
本身的物理条件无关？
30、 用一条加了保温的圆管道输送低温流体，发现保温层外面有结霜，请你分析其中的原因，并说明如何改进它。 第3章 《稳态导热分析与计算》思考题
31、 试证明，圆筒壁一维稳态导热变导热系数计算也可以和平壁时一样，取两侧表面算术平均温度下的导热系数值 ?m
代入原公式求得导热热量。
32、 参见附图，圆筒壁内侧t1 < t2，请判断壁内温度分布为两图中哪一种情况？并说明理由，设导热系数等于常数。 33、 凸状轴呈对称图形，如果侧面绝热且导热系数为常数，其一维稳态温度分布呈什么？
34、 两端均给定第一类边界条件的肋，温度各自保持t1、t2，问其算术平均温度位于几何中心，还是偏向高温侧或偏向低
温侧？为什么？（不作具体数学推导，仅通过分析来论证）
35、 金属材料的导热系数很高，因此用测量保温材料导热系数的平板导热仪等设备无法进行有效的测量。主要困难在于
测得的温差太小，因而误差达到无法接受的程度。请你设计一种用肋测量金属导热系数的方案。并论证其可行性。 36、 参见教材中图3.3，导热系数和厚度均不相同的多层平壁内的温度分布为一折线。你是否能设法将它变成一条直线？ 37、 为什么对有内热源的导热体不能用一个单元热阻来表示？如果一定要用一个单元热阻来表示，那么与平常的画法应
该有何不同？
38、 对单层平壁的稳态导热来说，保证一维温度场的条件是下述的哪一个？ 39、 平壁的长、宽应该远远大于平壁的厚度； 40、 两侧表面的温度均匀一致； 41、 以上两条必须同时满足。
42、 肋效率最大可能的数值等于多少？它会在什么条件（包括理想化的条件）下达到？ 43、 试证明肋效率 ?f 与肋壁总效率 ?0 之间的相对大小关系。
44、 是否存在加肋以后反而使散热变小的可能？如有，请具体说明在什么情况下会出现。
45、 试对等截面直肋采用如下两种方法增大传热量的效果进行分析和比较：（1）加大肋高；（2）增加肋片的数目。 46、 你是否认为减小步长永远可以提高解的精度？
47、 有人说：“只要把等温面的法线取为坐标方向，那么根据付立叶定律，常物性一维稳态导热的温度梯度必定是一个常
数”。你认为这个说法对不对？
48、 从提高测量精度的角度考虑，在用热电偶测量包裹有一层保温材料的管壁外表面温度时，热电偶的引线应该如何布
置？
第4章 《非稳态导热》思考题
49、 非稳态导热的集总参数解法假定物体内部的导热热阻趋近于零，即整个物体的温度随时间同步变化，升高或下降。
这个假设是否有不符合实际之处？如果有，那又为什么可以用来作为这一类问题的常用解法？
50、 适用集总参数方法（Bi?0）的正方体、球、扁平板和短圆柱体（假设正方体的边长、平板的厚度、球和圆柱的直径
三者相等，且短圆柱的高与直径也相等），在相同的加热或冷却条件下，它们的温度变化速率是否相同？为什么？对于Bi?∞的上述形状物体，温度变化速率的相对比较又当如何？
51、 集总参数法的能量平衡方程（4-2-2a）式适用于加热、还是冷却？还是两者均可以？你能用虚拟内热源方法导出该方
程吗？
52、 在对一个问题是否适用集总参数方法进行判断时，到底应该用h (V/A)/? <0.1，还是用h? /? <0.1（就大平板而言）作
为依据？
53、 有人讲“我刚买了一个灵敏度极高的测温元件（温度传感器）说明书上讲它的时间常数 ? c< 0.1s”，此话有道理吗？ 54、 现有二个大平板的非稳态导热问题，一个Bi <0.1，另一个Bi>0.1，若规定不准用集总参数方法，你是否有办法解这
二个问题？
55、 对于Bi <0.1 但是Fo <0.2的情况，集总参数法还适用吗？
56、 你如何理解稳态导热时温度分布与?有关，而非稳态时却只和热扩散率a有关？
57、 参见教材附录图1.1，为什么海斯勒曲线在Fo > 0.2范围内仍然呈折线而非直线？这是否与正规状况阶段理论相抵
触？
58、 有人认为“海斯勒图的辅助图（教材附录图1.2）只能用于不太长的时间, 即Fo不可以太大。当非稳态过程进行时
间很长的时候，物体中所有各点的温度都趋于流体温度，图中的规律将变得不正确了”。你的看法呢？ 59、 能否画出与现有不同的另一套“海斯勒”曲线来？该怎么画？
60、 请设法证明，对 t? = 0 非常数的情形，正规状况阶段的理论和特点是否依然存在。 61、 试通过分析（4-3-7）式，证明过余温度比只是Bi, Fo, x/? 三者的函数。 62、 是否所有的非稳态导热问题都存在正规状况阶段？试举例说明。 63、 非稳态导热过程的极限（指时间趋于无限长）是否一定趋于稳态？
64、 不少传热学教科书在讲述周期性导热现象的特征时，均给出了如附图所示的曲线，以表示温度波在半无限大物体内
的传播过程。请你根据所学的这部分内容判断，这张图是否存在什么缺陷？ 65、 集总参数方法对物体的形状有没有什么要求？
66、 把用同一种玻璃材料制作的大小不等的球加热到一定温度后突然投入冷水中急剧冷却。你认为是较大的球，还是较
小的球更容易发生爆裂？为什么？
67、 除了物性是温度的函数之外，非稳态或稳态导热节点方程出现非线性的情况还可能有哪些？ 第5章 《对流换热的理论基础》思考题
68、 请分析外部流动对流换热计算时，局部表面传热系数hx与平均表面传热系数 hm 之间的关系式：
tm?1?AhxdA 或 tm?A??x1x2x1hxdx (1)
成立的条件是什么？同样的式子，对Nux和Num是否成立？为什么？
Num?69、 书中（5-1-3）式： h?题？
1A??ANuxdx 或 Num??11?x?x2x1Nuxdx (2)
(tw?tf)A?AAhxdAx, 为什么要求表面与流体的温差必须恒定？如果不恒定会出现什么问
70、 试分析牛顿冷却公式中的温度差。
71、 流动入口段长度和热入口段长度之间具有什么样的关系？
72、 流体在圆管内测试段1和2 之间流动，壁面保持恒热流密度。（a）流动和换热均已达到充分发展；(b) 尚在入口段
内。请：(1) 就上述两种情形画出壁温和流体平均温度的沿程变化趋势；（2）若两种情况的入口平均温度及热流密度都相同，流体出口温度哪个高？壁温哪个高？为什么？
73、 对于恒壁温的管内对流换热，流体沿全管长的平均温度能否写作：
tf m?tw?Δtm（其中“–”用于tw > tf，“+”用
???于tw < tf），其中流体与管壁的平均温差是Δt?Δt?Δt，且有?t? = tw – tf1，和 ?t?? = tw – tf2 。
mln(Δt?Δt??)74、 请说明为什么对热边界层厚度定义不能象对流动边界层那样表达成：“流体温度达到来流温度99％处的离壁距离”？ 75、 试从普朗特边界层的基本观点出发，解释为什么边界层基本方程对平板前缘不适用？
76、 请参照层流边界层速度分布积分解（附录1.2），分析并判断在沿平板的x 方向上，壁面上的速度梯度
如何变化的？
77、 管内对流换热达到充分发展的基本依据是什么？还可以根据什么参数来判断换热是否已经达到了充分发展？ 78、 层流时，可以用什么参数来判断速度边界层与热边界层哪个发展得更快？为什么？湍流时呢？
79、 对无界流动（湍流或层流），若定性温度为40℃，试在相同位置、相同流速下比较水与空气表面传热系数的相对大
小（概略值）。
80、 有人说，强迫流动换热时，边界层动量方程和能量方程是非耦合的，而自然对流时是耦合的。你认为这种说法是否
准确？
81、 层流外部流动边界层方程积分解的“近似性”主要表现在哪里？ 82、 你觉得作为一种近似解法，讨论边界层微分方程积分解有什么意义？”
(?u/?y)y?0是
83、 雷诺类比中采用了哪些假设？
84、 定性温度实际上只是对对流换热中流体平均温度的一种近似处理方法，它并不是严格意义上的“流体平均温度”。那
么用特征数方程计算表面传热系数时，为什么各项物性均取为定性温度下的数值？
85、 St数的定义为St = h /?cu? ，其中并不显含特征尺寸。这一点与Nu不同，但是为什么St和Nu一样也有局部值与平
均值之分？
86、 查看如下附图所表示的管内速度场，你认为图（a）与图（b）哪一对速度场可能是相似的？或者两者都可能相似？
请说明你的理由。
87、 一位同学说：“雷诺数就是惯性力与粘性力的比值。”这句话是否正确？为什么？ 88、 能否说：“Pr数即速度边界层厚度与温度边界层厚度的比值”？为什么？
/21/389、 从特征数关联式 Nux?0.664Re1?Pr 能否得出高Pr 流体换热的Nu数比低Pr数流体更高的结论？ x90、 **一本教科书上讲，“类比律适用于层流、紊流以致分离流（绕流脱体）。”[1] 另一本书则认为：“雷诺比拟只有在满
足下述条件时才是正确的：(1) Pr＝1；(2) 阻力实际上完全是粘性力。… 如果阻力不全是粘性力，则式Cf ?(Fd /Ac)/(?u2? / 2) 就不适用，雷诺比拟也就不正确了。(其中Fd为阻力，Ac是流体与表面的接触面积)。满足没有形状阻力这一要求的流动状况是在密闭管道中的流动或不发生边界层脱体情况的任何外部流动。”[2] 显然以上两种说法互相抵触。你的看法呢？
[1] 章熙民等. 传热学（新一版）. 北京：中国建筑工业出版社，1993. 120
[2] 威尔蒂 J R. 工程传热学. 任泽霈，罗棣庵译. 北京：人民教育出版社，1982，177～179 第6章 《对流换热计算》思考题
91、 管内充分发展的层流和湍流换热相比，管径（特征尺寸）对哪一种流体的对流换热影响更大？为什么？
92、 一本教科书中讲：“对于管内对流换热关联式：Nuf = 0.023 Ref 0.8 Pr n ，Pr的幂指数n，对气体：流体被加热时n = 0.3，
被冷却时n = 0.4，对液体：流体被加热时n = 0.4，被冷却时n = 0.3。”请你分析这种说法正确与否？
93、 试分析，根据水平管内层流充分发展段的实验结果得出的特征数关联式，能否在实验Re数和Pr数范围内应用于竖
管？
94、 ** 绕流圆柱体对流换热时，随着Red不同，在圆柱表面的不同角位置将发生“分离”的情况。一般在Red＞2×105
以后，分离点出现在? = 140o附近。但观察发现，当Red ?2×105时，边界层保持层流，分离点出现在? = 80o附近。这一现象似乎与流体压力的沿程变化相矛盾。因为一般认为在 ? ＜ 90o以前，流体尚处于顺压梯度区，而发生“分离”或“脱体”的基本条件是必须位于逆压梯度区。你如何解释这个似乎矛盾的现象？ 95、 为什么对管内充分发展的层流对流换热计算要强调必须谨慎使用当量直径的概念？
96、 在流体种类相同、流速相等、当量直径也相等的条件下，园管内和大平板之间充分发展的层流表面传热系数哪一个
更大些？为什么？如果是湍流呢？
97、 恒热流自然对流换热的特征数关联式中为什么采用修正的格拉晓夫数Gr*？采用Gr* 以后，是否能够完全避免叠代
计算？
98、 自然对流换热中表征流态的特征数Gr的物理意义究竟是什么？
99、 动量方程中的耗散项是否需要考虑，主要看流速的高低。定量地衡量究竟多高的速度才能算“高速”（即必须考虑耗
散项）？
第7章 《沸腾与凝结》思考题
100、 如果定义以下的无量纲凝结数 Co = h [g?3 ?2 /?2 ] ?1 / 3，试证明（7-3-8）式能够整理为Co =1.47 Re?1 / 3的形式。 101、 本章第一节给出了根据量纲分析得出的相变换热的无量纲特征数关联式的形式，即式（7-1-4），试证明式（7-3-8）
也可以表达成这种无量纲函数的形式。
102、 试导出直径d，高度L的竖圆管凝结Re的计算公式。
103、 试对比水蒸汽竖壁的膜状凝结与空气沿竖壁层流自然对流（下沉）换热的共同点与不同点。
104、 对于沿竖壁的层流膜状凝结，液膜越薄，表面传热系数h越大。但是薄液膜必定以温差 ?t = (ts－tw) 小为前提。那
么就提高热负荷q而言，液膜究竟应该薄些好还是厚些更好？ 105、 你认为强化膜状凝结的基本出发点是什么？
106、 仅就几何尺寸而言，竖管膜状凝结表面传热系数h在什么条件下会与水平管相同？（l/d = ?）,竖管的h在什么条件
下会大于水平管？
107、 试根据水在1atm下的沸腾曲线作出表面传热系数曲线，并分析qmax与hmax是否对应同一个沸腾温差（即横坐标）？
为什么？
108、 试分析在105 Pa情况下，水在月球表面作池沸腾时和在地球表面上比较最大热流密度qmax 将相差多少倍？ 109、 请把核沸腾的Rohsenow 公式式转换成特征数关联式的形式。 第8章 《辐射理论基础》思考题
110、 有人把光谱辐射力定义为单位时间单位物体表面积向周围空间发射的某一特定波长的能量。你认为该定义对不对？ 111、 请对黑体的性质作一总结。
112、 所谓“黑体辐射具有各向同性的特征”能否理解为黑体向空间各方向发出的辐射能量一样多？
113、 试将普朗克定律用一条曲线，而不是一个曲线族表示出来。（请选取适当的坐标）这也是得出Wien定律的方法之一。 114、 **你认为究竟人工黑体空腔上的小孔是黑体，还是空腔的腔体内表面是黑体？请说明你的理由。 115、 判断以下两个关系式对不对？并请说明理由。
?????0??d?,???0??d?
116、 黑体是否差不多都是黑颜色，或至少也是深颜色的物体？试对此问题阐述你的观点。 117、 请分别给出以下四个等式成立的条件：
① ?? = ?； ② ?? = ?； ③ ?? = ??； ④ ? = ?
118、 实验观察发现，金属圆球当加热到白炽温度时在球的边缘会出现一个明亮的光环。但是同样的处理方法却使非金属
球体变得中间亮，边缘暗。试解释此现象，并说明为什么在不加热时看不到这种现象？ 119、 把大多数实际工程材料近似视为灰体有什么限制条件吗？为什么？
120、 两种屋顶涂料的光谱吸收率如附图所示。试问：哪一种涂料会使屋顶温度比较低？夏季适合用哪种？冬季又应该用
哪种？
121、 **两种已知材料A和B的光谱发射率与波长的关系如附图所示。试根据该图分析并判断两种材料的总发射率随温度
变化的趋势，并说明理由。
122、 你是否能正确区分相对于有效辐射的辐射强度Le＋r和仅相对于发射而言的辐射强度Le两个概念？
123、 温度为300 K 的4个漫射表面受到太阳的辐射，其光谱吸收特性如附图所示。请问：这几个表面中哪些可以视为全
波长范围内的灰表面？ 第9章 《辐射换热计算》思考题
124、 引进角系数概念时附加了哪几项前提条件？什么地方体现了这几个条件？
125、 为什么说微元面对微元面的角系数为定值，而有限面对有限面的角系数则具有“平均值”内涵？
126、 对角系数X1,2经常存在以下几种不同的说法：(a) 表面A1向半球空间发射（或发出）的辐射能量落到表面A2上的百
分数；(b) 表面A1向半球空间发射（或发出）的辐射能量被表面A2吸收的百分数；(c) 离开表面A1的全部辐射能量落到表面A2上（或被A2拦截）的百分数。请你对这三种不同的说法作出评判。对不正确的说法要指出它错在何处，为什么？
127、 运用角系数的互换性时，对表面的凸凹性有无限制？ 128、 运用角系数的可加性（分解性）对表面的凸凹性有无限制？
129、 **参见附图，试问是否能用式（9-1-12）计算角系数XA1,A2？（该系统中，A1→A2的“视线”部分被A3，A4阻挡。）
此时A1应该由a-g-f 折线计算，还是由ag + gf 弧线计算？A2呢？
130、 你能否根据角系数的基本定义，或根据式（9-1-7）证明式（9-1-8）不成立？
131、 两个平行大平板各自保持恒定温度T1与T2，且有T1 > T2。为减少两板间的辐射在它们中间插入两侧表面发射率不相
同的一块遮热板。请问：（1）为了最大限度地减小热交换，遮热板发射率高的一面应该朝向T1还是T2？（2）遮热板两种不同朝向时，它的平衡温度是否相同？
132、 为什么辐射换热计算必须在“封闭腔”条件下进行？对实际为开口的假想表面的温度和物性（发射率）应该怎么取？
133、 一本传热学教科书中写道：“对于附图所示的由两个灰表面组成的封闭系统的如下三种相对位置，辐射换热的以下计
算式：
?1,2?Eb1?Eb21??1
1??2?1A1替”。请你分析这个说法对不对？为什么？ 134、 请证明：根据下式
n?1A1X1,2??2A2仅适用于附图中a,b两种情况的计算，即A1必须是平面或凸面；对于c的情况则应将式中A1用虚线所示的A3代
Ji??i?Ti?(1??i)?JiXi,j ( i = 1,2, ?? n ) [9-4-5b]
4j?1讨论封闭腔中多个灰表面间辐射换热的数值计算方法时，是否必须限定所有表面都不是内凹的，即所有表面对自身的角系数Xi, i 均必须等于零？可否去掉“不是内凹”的条件？表达式要作相应的改变吗？ 135、 为什么强调“从物理概念上讲，不能把辐射表面视为反射比等于1的纯反射面”？
136、 有人说，“重辐射面的有效辐射与它本身的温度和辐射特性无关，整个系统的辐射换热量也与重辐射面的温度和辐射
特性无关，仅与其几何特性有关。”你认为这个说法对不对？ 137、 为什么说式（9-4-4）不可以直接用于作数值计算？
138、 对流和辐射联合作用时，一般用复合表面传热系数，即对流传热系数与辐射的当量表面传热系数之和来描述总的换
热效果。请问是否永远如此（即有没有两者相互抵销相减的情况发生）？ 第10章 《热交换器》思考题
139、 “既然对数平均温差是热交换器两侧流体沿程温度差的积分平均值，那么它就是严格意义上的换热温差。”这个说法
是否正确？
140、 请判断，以下逆流换热过程中两流体温度沿程变化的画法是否正确？
141、 为什么说对数平均温差计算公式不可以直接用于计算在一台换热器中既有单相换热、又有相变换热时的情形？ 142、 请设想在什么情况下会有意不把换热器布置成逆流方式？
143、 为什么对一台热交换器既需要根据给定参数进行设计计算，从而确定其换 热面积，还要进行校核计算？这种校核计
算是不是设计计算的逆过程？
144、 有人设计了一台利用热管来传递燃油炉所发出的热量的装置，即把热管的蒸发端（吸热端，处于较低的位置）置于
火焰中加热，而冷凝端（即放热端，位于较高位置）则通过风机把热量传递给空气，这些热空气可以用于干燥等。请你根据所学过的传热知识对这种设计的合理性作出评价。