传热学-学习指南
一、
概念题
1. 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。
2. 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。
3. 利用同一冰箱储存相同的物质时，试问结霜的冰箱耗电量大还是未结霜的冰箱耗电量大?
4. 导热系数的定义？
5. 写出傅里叶定律的一般表达式，并说明式中各量和符号的物理意义。 6. 管内强制对流换热的强化机理和手段。 7. 试简述强化凝结换热的原则和途径。 8. 影响沸腾换热的因素有哪些？
9. 空气横掠管束时，沿流动方向管排数越多，换热越强，面蒸气在水平管束外凝结时，沿液膜流动方向管束排数越多，换热强度降低。试对上述现象做出解释。
10. 为强化一台冷油器的传热，有人用提高冷却水流速的办法，但发现效果并不显著，试分析原因。
11. 热水在两根相同的管内以相同流速流动，管外分别采用空气和水进行冷却。经过一段时间后，两管内产生相同厚度的水垢。试问水垢的产生对采用空冷还是水冷的管道的传热系数影响较大?为什么?
12. 有一台钢管换热器，热水在管内流动，空气在管束间作多次折流横向冲刷管束以冷却管内热水。有人提出，为提高冷却效果，采用管外加装肋片并将钢管换成铜管。请你评价这一方案的合理性。 二、
计算题
1. 平壁与圆管壁材料相同，厚度相同，在两侧表面温度相同条件下，圆管内表面积等于平壁表面积，如图所示，试问哪种情况下导热量大？
(a)平板 (b)圆管
图1 题1示意图
2. 导热系数分别为?1＝0.08W／(m·K)，?2＝0.03W／(m·K)的材料，其厚度分别为2mm和1mm，中间紧夹有一层厚度可以不计的加热膜．加热膜温度维持在60℃。材料1一侧维持在t1＝30℃的温度，材料2的一侧的温度tf＝20℃，表面传热系数h＝50W／(m2·K)的气流相通，如图所示。假定过程为稳态，试确定加热膜所施加的热流密度大小。
图2 题2示意图
3. 夏天，—置于室外的球形液氦罐，罐内液体温度保持在-196℃。球罐外直径为2m，其外包有厚为30 cm的保温层。由于某种原因，该保温材料的保温性能变差，其平均导热系数为0.6W／(m·K)。环境气温高达40℃，罐外空气与保温层间的表面传热系数为5W/(m2·K)。试计算通过保温层的热损失并判断保温层外是否结霜？假定球罐外壁温与罐内液体温度相等。
图3 题3示意图
4. 一厚度为10cm的无限大平壁，导热系数为15W/(m·K)。平壁两侧置于温度为20℃，表面传热系数为50W/(m·K)的流体中，平壁内有均匀的内热源?＝4x104W/m3。试确定平壁内的最高温度及平壁表面温度。
2
?
图4 题4示意图
5. 如图所示的墙壁，其导热系数为50 W/(m·K)，厚度为50mm，在稳态情况下的墙壁内一维温度分布为：t?200?2000x2，式中t的单位为℃，x的单位为m。试求：
(1) 墙壁两侧表面的热流密度；
(2) 壁内单位体积的内热源生成热。
图5 题5示意图
6. 对于一有限大物体在第三类边界条件下发生的非稳态导热过程，试分别叙述：在Bi?0， Bi??及Bi为中等大小三种情况下，哪一侧热阻对过程起控制作用？温度分布差异主要发生在哪一侧？
7. 图给出极坐标系中二维、常物性、无内热源的非稳态导热体。试利用热平衡法列出节点（i，j）的离散方程式。网格划分如图所示。
图6 题7示意图
8. 如图所示为圆截面直肋的一维稳态、无内热源、常物性导热问题，试分别列出内节点m和端部节点M的离散方程式。已知圆截面直径为d。
图7 题8示意图
9. 如图所示，一等截面直肋，高为H＝45mm，厚?＝10mm，助根温度to＝100℃，流体温度tf＝20℃，表面传热系数h＝50w／(m2·K)，肋片导热系数?＝50W／(m·K)，设肋端绝热。将它分成四个节点。试列出节点2、3、4的离散方程式，并计算其温度。
图8 题9示意图
10. 如图所示，对横掠正方形截面棒的强制对流换热进行实验测定，测得的结果如下：
当u1=20 m／s时，h1=50 W／(m2·K) 当u2=15 m／s时，h2=40 W／(m2·K)
假定换热规律遵循如下函数形式：Nu?CRePr，其中C，m，n为常数。正方形截而对角线长为l=0.5m。
mn试确定：
(1)形状仍为正方形但l＝1m的柱体，当空气流速为15m／s和30m／s时的平均表面传 热系数；
(2)如果用正方形杆的边长而不是对角线长度来作为特征长度，上述结果是否一样。
假定上述各情形下的定性温度之值均相同。
图9 题10示意图
11. 一套管式换热器，饱和蒸汽在内管中凝结，使内管外壁温度保持在100℃，初温为25℃，质量流量为0.8kg/s的水从套管换热器的环形空间中流过，换热器外壳绝热良好。环形夹层内管外径为40mm，外管内径为60mm，试确定把水加热到55℃时所需的套管长度，及管子出口截面处的局部热流密度。不考虑温差修正。（温度为40℃时，水的物性参数：??0.635W/(m?K)，
?6??653.3?10Pa?s，cp?4174J/(kg?K)，Pr?4.31）
12. 温度为50℃，压力为1.01325×105Pa的空气，平行掠过一块表面温度为100℃的平板上表面，平板下表面绝热。平板沿流动方向长度为0.2m，宽度为0.1m。按平板长度计算的Re数为4×l04。温度为75℃时，空气的物性参数为
?=0.0299W/(m·K)，Pr=0.70。试确定平板表面与空气间的表面传热系数和传热量。
13. 已知太阳可视为温度Ts=5800K的黑体。某选择性表面的光谱吸收比随波长?变化的持性如图所示。当太阳的投入辐射Gs=800W／m2时，试计算该表面对太阳辐射的总吸收比及单位面积上所吸收的太阳能量。其中，当
?T?8000?m?K时，Fb?0???=0.8564；当?T?8500?m?K时，Fb?0???=0.8747
图10 题13示意图