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传热学杨世铭第四版第二章答案

篇一:传热学第四版课后习题答案(杨世铭) 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:① 傅立叶定律:

“-”表示热量传递的方向是沿着温度降低的方向。 q??? dtdt

dx,其中,q-热流密度;?-导热系数;dx-沿x方向的温度变化率, ② 牛顿冷却公式:q?h(tw?tf),其中,q-热流密度;h-表面传热

系数;tw-固体表面温度;

tf-流体的温度。 4

q??T③ 斯忒藩-玻耳兹曼定律:,其中,q-热流密度;?-斯忒藩-玻耳兹曼常数;T-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:① 导热系数的单位是:W/(m.K);② 表面传热系数的单位是:W/(m2.K);③ 传热系数的单位是: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:B: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。 能量平衡分析

1-1夏天的早晨,一个大学生离开宿舍时的温度为20℃。他希望晚上回到房间时的温度能够低一些,于是早上离开时紧闭门窗,并打开了一个功率为15W的电风扇,该房间的长、宽、高分别为5m、3m、2.5m。如果该大学生10h以后回来,试估算房间的平均温度是多少?

解:因关闭门窗户后,相当于隔绝了房间内外的热交换,但是电风扇要在房间内做工产生热量:为

15?10?3600=540000J全部被房间的空气吸收而升温,空气在20℃时