传热学典型习题详解
绪论部分
一、基本概念
主要包括导热、对流换热、辐射换热的特点及热传递方式辨析。
1、冬天，经过在白天太阳底下晒过的棉被，晚上盖起来感到很暖和，并且经过拍打以后，效果更加明显。试解释原因。
答：棉被经过晾晒以后，可使棉花的空隙里进人更多的空气。而空气在狭小的棉絮空间里的热量传递方式主要是导热，由于空气的导热系数较小(20℃，1.01325×10Pa时，空气导热系数为0.0259W/(m·K)，具有良好的保温性能。而经过拍打的棉被可以让更多的空气进入，因而效果更明显。
2、夏季在维持20℃的室内工作，穿单衣感到舒适，而冬季在保持22℃的室内工作时，却必须穿绒衣才觉得舒服。试从传热的观点分析原因。
答：首先，冬季和夏季的最大区别是室外温度的不同。夏季室外温度比室内气温高，因此通过墙壁的热量传递方向是出室外传向室内。而冬季室外气温比室内低，通过墙壁的热量传递方向是由室内传向室外。因此冬季和夏季墙壁内表面温度不同，夏季高而冬季低。因此，尽管冬季室内温度(22℃)比夏季略高(20℃)，但人体在冬季通过辐射与墙壁的散热比夏季高很多。根据上题人体对冷感的感受主要是散热量的原理，在冬季散热量大，因此要穿厚一些的绒衣。
3、试分析室内暖气片的散热过程，各环节有哪些热量传递方式？以暖气片管内走热水为例。 答：有以下换热环节及热传递方式
(1)由热水到暖气片管到内壁，热传递方式是对流换热(强制对流)； (2)由暖气片管道内壁至外壁，热传递方式为导热；
(3)由暖气片外壁至室内环境和空气，热传递方式有辐射换热和对流换热。
4、冬季晴朗的夜晚，测得室外空气温度t高于0℃，有人却发现地面上结有—层簿冰，试解释原因(若不
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考虑水表面的蒸发)。
解：如图所示。假定地面温度为了Te，太空温度为Tsky，设过程已达稳态，空气与地面的表面传热系数为h，地球表面近似看成温度为Tc的黑体，太空可看成温度为Tsky的黑体。则由热平衡：
，
由于Ta＞0℃，而Tsky＜0℃，因此，地球表面温度Te有可能低于0℃，即有可能结冰。
二、定量计算
本节的定量计算主要是利用热量传递的三种基本方式所对应的定律，即导热的傅里叶定律，对流换热的牛顿冷却公式，热辐射的斯蒂藩—玻耳兹曼定律进行简单的计算。另外，传热过程、热阻综合分析法及能量守恒定律也是较重要的内容。
1、一双层玻璃窗，宽1.1m，高1.2m，厚3mm，导热系数为1.05W/(m·K)；中间空气层厚5MM，设空气隙仅起导热作用，导热系数为0.026W/(m·K)。室内空气温度为25℃。表面传热系数为20W/(m·K)；室外空气温度为-10℃，表面传热系数为15 W/(m·K)。试计算通过双层玻璃窗的散热量，并与单层玻璃窗相比较。假定在两种情况下室内、外空气温度及表面传热系数相同。
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解：(1)双层玻璃窗情形，由传热过程计算式：
(2)单层玻璃窗情形：
显然，单层玻璃窃的散热量是双层玻璃窗的2.6倍。因此，北方的冬天常常采用双层玻璃窗使室内保温。
2、一外径为0.3m，壁厚为5mm的圆管，长为5m，外表面平均温度为80℃。200℃的空气在管外横向掠过，表面传热系数为80W/(m·K)。入口温度为20℃的水以0.1m/s的平均速度在管内流动。如果过程处于稳态，试确定水的出口温度。水的比定压热容为4184J/(kg·K)，密度为980kg/m。
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解：(1)管外空气与管子之间的对流换热量：
(2)由于过程处于稳态，管外空气所加的热量由管内水带走，因此，
其中Ac为管内流通截面积。故出口温度为：
3、白天，地球表面接受来自太阳的辐射热流密度为669W/m2。设地表空气与地面向的表面传热系数为30 W/(m2·K)，空气温度为20℃。设地球可以看成黑体表面，且地球对太空的辐射可看成是对0K黑体空间的辐射。试确定地球表面的平衡温度。
解：由热平衡关系，地球接受来自太阳的辐射热量以两种方式散掉，即与空气的对流换热及与太空的辐射换热，设过程为稳态，有：
。
课堂分析:
1、一个内部发热的圆球悬拄于室内．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。
答：圆球表面热量散失的方式三种情况均为热辐射及对流换热；)圆球表面与空气之间的热交换方式：（a）自然对流换热；(b)混合对流换热；(c)强制对流换热。
2、已知：如附图所示的两种水平夹层。试分析冷、热表面间热量交换的方式有何不同？如果要通过实验来测定夹层中流体的导热系数，应采用哪一种布置？
答：热量交换的方式：（a）纯导热；(b)自然对流换热。因此，应采用(a)布置。
3、已知热水瓶瓶胆剖面的示意图如附图所示。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的（约0.05）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？
答：热水散热的途径：热水 对流换热 内壁内壁面 导热 内壁外壁面 对流换热、热辐射 外壁内壁面 导热 外壁外壁面 对流换热 室内空气。
瓶胆的两层玻璃之间抽成真空，目的是大幅度削弱内外壁间的对流换热；内胆外壁及外胆内壁涂了发射率很低的银，则是大幅度削弱内外壁间的辐射换热，从而使热水瓶具有保温作用。
若瓶胆的两层玻璃之间失去真空，内外壁间的对流换热会大大增强，将影响热水瓶的保温效果。