发布时间 : 星期日 文章传热学更新完毕开始阅读bf346c3683c4bb4cf7ecd1a5
第一章、基本内容：
一、热量传递的三种基本方式
⒈导热 掌握导热系数λ是一物性参数，其单位为w／(m·K)；它取决于物质的热力状态，如压力、温度等。 ⒉对流 掌握对流换热的表面传热系数h为一过程量，而不像导热系数λ那样是物性参数。 ⒊热辐射 掌握黑体辐射的斯蒂藩—玻耳兹曼定律。 二、传热过程与传热系数
⒈传热过程 理解传热系数K是表征传热过程强弱的标尺。⒉热阻分析
1、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。 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
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传热系数为20W/(m·K)；室外空气温度为-10℃，表面传热系数为15W/(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。
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/(m2·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/m3。
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30W/(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：
。
m上式，得Tc?300K
将q?669W2,h?30W?m2?K?,Tf?293K,Tsky?0K代入
填空题
1、厚度δ，导热系数λ为常数的大平壁的单位面积导热热阻是_δ/λ。
1
2、在地球引力场作用的范围内，单纯的导热只能发生在密实的固体中。因为，当有温差时，液体和气体就会出现__对流现象__，难以维持单纯的导热。
3. 保温材料是指导热系数小于_0.2w/(mk)_的材料。 4. 金属含有较多的杂质，则其导热系数将__减小_。 5、单位面积的热阻总可以写作___⊿t/q__。 6、导热可以在固体、液体及气体中发生。 名词解释
1、热传导：2、传热过程：3、热对流：4、热辐射：5、对流换热：6、辐射换热：7、传热热阻：8、传热系数：9、热流量： 问答题
1、一容器内存热水，将其放在室内，缓慢冷却，试绘出热量由热水传给室内空气的全部热量传递过程。
答：热水与壁对流换热、导热、壁与空气对流换热、壁与壁辐射换热、空气与壁对流换热、导热、壁与空气对流换热、壁发射辐射。 3、什么是对流换热系数？什么是传热系数？它们是否属流体的物性参数？
2
答：流体与固壁温差1℃时，单位时间内通过单位面积传递的热量，称为对流换热系数。以h表示，单位为w/(m℃)；固壁两侧流体
2
温差1℃时，单位时间内通过单位面积传递的热量为传热系数，单位为w/(m℃)；它们都不是物性参数。
第二章、导热理论基础及稳态导热部分
一、傅里叶定律与导热系数 二、导热微分方程及单值性条件
三、一维稳态导热问题的解析解(无限大平板、无限长圆筒壁、球壳)
关于温度分布曲线的绘制 关于温度计套管测温误差
温度计套管是典型的等截面直肋一维稳态导热问题。温度计套管产生误差的原因是由于沿肋高(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。因此，要减小测温误差，一方面应减小沿肋高方向的导热量(即增加导热热阻和减小套管根部与外界环境的散热)，另—方面应增加流体与套管壁的对流换热表面传热系数。请提出减小测温误差的措施。
1、一维无内热源、平壁稳态导热的温度场如图所示。试说明它的导热系数λ是随温度增加而增加，还是随温度增加而减小?
答:由傅立叶里叶定律，图中随x增加而减小，因而随温度增加而减小。
随2增加x而增加，而温度t随x增加而降低，所以导热系数
2、如图所示的双层平壁中，导热系数λ1，λ2为定值，假定过程为稳态，试分析图中三条温度分布曲线所对应的λ1和λ2的相对大小。
答：由于过程是稳态的，因此在三种情况下，热流量Φ分别为常数，即：所以对情形①：同理，对情形②：
； ；
对情形③：。
3、两种几何尺寸完全相同的等截面直肋，在完全相同的对流环境(即表面传热系数和流体温皮均相同)下，沿肋高方向温度分布曲线如图所示。请判断两种材料导热系数的大小和肋效率的高低?
答：对一维肋片，导热系数越高时，沿肋高方向热阻越小，因而沿肋高方向的温度变化(降落或上升)越小。因此曲线1对应的是导热系数大的材料．曲线2对应导热系数小的材料。而且，由肋效率的定义知，曲线1的肋效率高于曲线2。
4、用套管温度计测量容器内的流体温度，为了减小测温误差，套管材料选用铜还是不锈钢?
答：由于套管温度计的套管可以视为一维等截面直助，要减小测温误差(即使套管顶部温度tH尽量接近流体温度tf)，应尽量减小沿套管长度流向容器壁面的热量，即增大该方向的热阻。所以，从套管树料上说应采用导热系数更小的不锈钢。
5、λ为变量的一维导热问题。某一无限大平壁厚度为δ，内、外表面温度分别为ｔw1、ｔW2，导热系数为λ=λ0(1+bt)W/mK，试确定平壁内的温度分布和热流通量。设平壁内无内热源。
，
2
，，
温度分布：
热流通量：同学们可以根据
的特点，按照题2的方法分析b>0和b<0对应图中哪一条曲线。
二、定量计算 定量计算主要题型包括以下几类：
(1)建立物理问题所对应的数学描写(控制方程及定解条件)及傅里叶定律； (2)平壁、圆管壁、球壳的一维稳态导热计算；
(3)含内热源、变截面、变导热系数的一维稳态导热问题分析求解 (4)一维稳态等截面助及不等截面肋的分析计算；
1、一直径为d。，单位体积内热源的生成热Φ的实心长圆柱体，向温度为t∞的流体散热，表面传热系数为h。试列出圆柱体中稳态温度场的微分方程式及定解条件。
解：
2、金属实心长棒通电加热,单位长度的热功率等于Φl(单位是W/m)，材料的导热系数λ，表面发射率ε、周围气体温度为tf，辐射环境温度为Tsur，表面传热系数h均已知，棒的初始温度为t0。试给出此导热问题的数学描述。
解：此导热问题的数学描述
3、外直径为50mm的蒸汽管道外表面温度为400℃，其外包裹有厚度为40mm，导热系数为0.11W/(m·K)的矿渣棉，矿渣棉外又包有厚为45mm的煤灰泡沫砖，其导热系数λ与砖层平均温度tm的关系如下：λ=0.099+0.0002tm。煤灰泡沫砖外表面温度为50℃。已知煤灰泡沫砖最高耐温为300℃。试检查煤灰泡沫砖层的温度有无超出最高温度?并求通过每米长该保温层的热损失。
解：本题的关键在于确定矿渣棉与煤灰泡沫砖交界处的温度，而由题意，煤灰泡沫砖的导热系数又取决于该未知的界面温度，因而计算过程具有迭代(试凑)性质。
先假定界面温度为tw，如图所示。 则由题意：
，而，
迭代(试凑)求解上式，得：。
所以没有超过该保温层的最高温度。通过每米长保温层的热损失：
3
4、一厚度为2δ的无限大平壁，导热系数λ为常量，壁内具有均匀的内热源Φ(单位为W/m)，边界条件为x＝0，t=tw1；x=2δ，t=tw2；tw1＞tw2。试求平壁内的稳态温度分布t(x)及最高温度的位置xtmax，并画出温度分布的示意图。
解建立数学描述如下：
3
，，
，，
据可得最高温度的位置xtmax，即。温度分布的示意图见图。
填空题
1、等温面之间___不能相交_____相交。
2、物质的导热系数不但因物质的种类而异，而且还和物质的_温度、湿度、压力、密度等因素有关。
3、导热系数的单位是__w/(m℃)__w/(mk)_，它的物理意义是物体中温度降度为1℃/m时，单位时间内通过单位面积的导热量。它表征物质导热能力的大小。
4、在一般工程条件下，可以认为气体的导热系数λ与其_压力_无关，而却随其温度的升高而_增大_。
5、导热理论是从__宏观角度__进行现象分析的，它并不研究物质的微观结构，而把物质看作是_连续介质_。 6、据傅立叶定律表达式可知，要确定热流通量的大小，就必须知道__温度梯度__，亦即知道物体内的_温度场_。 7、对于许多工程材料，在一定的温度范围内，导热系数可以认为是温度的线性函数，即λ=λ0(1+bt)。 8、温度梯度是一个___向_量，_正向_朝着温度增加的方向。
9、求解二维不稳态导热问题时，应该有_至少四_个独立的边界条件和_一_个时间条件。 10、对于任何导热过程，完整的数学描写包括_导热微分方程__和_单值性条件_。 11、稳态导热问题第三类边界条件的数学表达式为____。
2
12、导温系数a称作_热扩散系数_，它的单位是_ｍ／ｓ_。；
13、在同样的加热或冷却条件下，物体导温系数的数值越_愈大(小)__，物体内部各处的温度差则越_愈小(大)_。 14、如果温度只随其__空间_变化，而不随_时间_而变化，则该温度场称之为稳态温度场。
15、如果温度不仅随其__空间_变化，而且还随_时间_而变化，则该温度场称之为不稳态温度场。 16、无限长圆筒壁的单位管长导热热阻是__。
17、稳态导热时通过长园筒壁内的不同半径柱面上的热流密度都__不等__。
18、应用加肋片的方法来增强传热时，应把肋片加在__对流换热系数(h)较小__的一侧。 19、对于通过平壁的一维稳态导热，单位面积的导热热阻的单位是_m2℃/w_。
20、由两种不同材料制成的平壁紧密接触时进行的稳态导热过程，若已知δ1=δ2，(t1-t2)＞(t2-t3)，则_λ1>λ2_成立。 21、λ为常数的单层平壁厚度方向的一维稳定导热，无内热源时，其温度分布一定是一条_直线_。 22、按肋片效率的定义可知，当肋片的高度到一定值后再增加时，肋片效率将__减小_。 23、温度梯度是向量，它朝向温度__升高_______的方向。
24、傅立叶定律的适用条件为___适用于稳态导热和不稳态导热______。 25、不同温度的等温面是__不能相交的_。
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