空气横掠单管时平均换热系数的测定
热交换器中广泛使用各种管子作为传热元件，其外侧通常为流体横向掠过管子的强制对流换热方式，因此测定流体横向掠过管子时的平均换热系数是传热中的基本试验。本实验是测定空气横向掠过单圆管时的平均换热系数。
一、实验目的及要求
1．了解实验装置、熟悉空气流速及管壁温度的测量方法，掌握测试仪器、仪表的使用方法；
2．通过对实验数据的综合、整理，掌握强制对流换热实验数据整理的方法；
3．了解空气横掠管子时的换热规律。
二、基本原理
根据对流换热的分析，稳定受迫对流的换热规律可用下列准则关系式来表示： Pr)(Re,f Nu = （1）
对于空气，温度变化范围又不大，上式中的普朗特数Pr 变化很小，可作为常数看待。故上式简化为：
(Re)f Nu = （2） 努谢尔特数：
λ
αD Nu = 雷诺数： νuD =Re
其中：α――空气横掠单管时的平均换热系数，)/(2C m W ?；
u ――来流空气的速度，s m /；
D ――定型尺寸，取管子外径，m ；
λ――空气的导热系数，)/(C m W ?；
ν――空气的运动粘度，s m /2
要通过实验确定空气横向掠过单管时Nu 与Re 的关系，就要求实验中雷诺数Re 有较大范围的变化，才能保证求得的准则方程式的准确性。改变雷诺数可以通过改变空气流速u 及管子直径D 来达到。改变流速u 受风机压头及风量的限制。本实验采用在不同的空气速度条件下进行实验，就可以达到Re 较大范围的变化。
测量的基本量为：管口的空气流速、空气温度、管子表面的温度及管子表面散出的热量。然后将全部实验结果整理在一起，以求得换热准则关系的具体表达式。 三、实验装置及测量系统
实验装置本体是由风源和实验段构成。
风源为一箱式风洞，似一个工作台。风机、稳压箱、收缩口都设置在箱体内。风箱中央
为空气出风口，形成一有均匀流速的空气射流。实验段的风道直接放置在出风口上。风机吸入口有一调节风门，可以改变实验段风道中的空气流速。
图1为测定空气横掠单管平均换热系数的实验段简图。
图1 实验段
实验段风道1由有机玻璃制成。实验管2为不锈钢薄壁管，横置于风道中间。为了保证管子加热量测量及管壁温度测量的准确性，管子用低压直流电直接通电加热。管子两端经接座与电源导板3连接，并易于更换不同直径的实验管。为了准确测定实验管上的加热功率，在离管端一定距离处焊有二个电压测点a、b，以排除管子两端的影响。铜－康铜热电偶5设置在管内，在绝热条件下准确地测量出管内壁温度，然后确定出管外壁温度。
图2为该实验装置及其测量系统简图。
b a 8
7
3
4
6
52
1
图2 测定空气横掠单管平均换热系数的试验装置简图
1.电源
2.风源 3倾斜式微压计 4.毕托管
5.电位差计
6.转换开关
7. 热电偶冷端
8.热电偶热端
实验管加热用的低压大电流直流电由硅整流电源1供给，调节整流电源输出电压可改变对管子的加热功率。电路中串联一个标准电阻，测量标准电阻上的电压降，可以确定流过不锈钢管的电流量，电流值由整流电源上的电流表读出。实验管两测压点a ，b 间的电压用电位差计测量。由于受电位差计量程限制，测量a ，b 间电压的电路中接入分压箱。
为了简化测量系统，测量管内壁温度1t 的热电偶，其参考点温度不是摄氏零度，而是空气温度f t 。即热电偶的热端8设在管内，冷端7则放在风道空气流中。所以热电偶反映的为管内壁温度与空气温度之差f t t -1的热电势),(1f t t E ，经过转换开关，用电位差计测量。
风道上装有毕托管4，通过倾斜式微压计3测出试验段中的空气流的动压h ?，以确定实验段中空气流的流速u 。
空气流的温度f t 用水银温度计测量。
四、实验步骤
1．联接并检查所有线路和设备。将硅整流电源电压调节旋钮转至零位。然后接通风机电源，调节风门至最大风量。再接通整流电源，将电流调到指定的参考值。将微压计、热电偶读数稳定后即可测量各有关数据。
2．保持加热功率基本不变，调风门关小，稳定后又可测到一组数据。实验时，空气流
速可调整4－5个工况。加热电流及电压可保持不变。每调整一个工况，须待微压计、热电偶读数等稳定后方能测量各有关数据。
五、实验数据的计算与整理
实验数据：
风道通流截面0.08m ×0.16m
圆柱直径D=48×10-3m
总长度L=0.147m
1． 空气来流速度U （详见附录A ）
h U ???=ρ81
.92 s m / （3）
其中：⊿h ――毕托管测得空气流的动压，O mmH 2；
ρ――空气密度，3/m kg
2． 管壁温度w t
实验管为有内热源的圆筒形壁，且内壁绝热，因此，内壁温度1t 大于外壁温度w t 。（根据管内温度可以计算外壁温度w t ）。由于所用管壁很薄，仅0.2～0.3mm ，且空气对管外的换热系数较小，可足够准确地认为w t ＝1t 。
3． 流过试验管的电流I
标准电阻为150A/75mV ,所以测得标准电阻上每mV 1的电压降等于A 2电流流过，即：
12V I ?= A （4）
其中：1V ――标准电阻两端的电压降，mV 。
4． 实验管工作段a ,b 间的电压降V
3210-??=V T V V （5）
其中：T ――分压箱倍率，T ＝201；
V 2――a ,b 间电压经分压箱后测得的值，mV 。
5． 试验管工作段a ,b 间的发热量Q
IV Q = W （6）
6． 空气流对管外壁的平均换热系数α
)
(f w t t A Q -=α )/(C m W ? （7） 其中：A ――电压测点a ,b 间实验管的外表面积，2m 。
7. 换热准则方程式
根据每一实验工况所测得的值，可计算出相应的Nu 值及Re 值。在双对数坐标纸上，
以Nu 为纵轴，Re 为横轴，将各工况点绘出，它们的规律可近似地用一条直线表示：
Re lg a lg m Nu += （8） 则Nu 和Re 之间的关系可近似表示为一指数方程的形式：
m C Nu Re = （9）
其中C a lg =
如用：Re lg =x ；Nu y lg =,则可表示成：
mx a y +=
根据最小二乘法原理，系数a 及m 可按下式计算：
∑∑∑∑∑∑--=222)(x xy a x n x x y
∑∑∑∑∑--=2
2)(y x m x n x xy n 其中：n ――实验的数目；
)R e )(l g (l g Nu xy =；
22R e )(l g
=x ； 在计算Nu 及Re 时，所用的空气物性参数λ、ν，以边界层的平均温度2f w m t t t +=
为
定性温度，查有关表格。 六、实验注意事项
1．首先了解整个实验装置各个部分，并熟悉仪表的使用，以免损坏仪器。
2．为确保管壁温度不致超过允许的范围，启动及工况改变时都必须注意操作顺序。启动时必须先开风机，调整风速，然后对实验管通电加热，并调整到要求的工况。注意电流表上的读数，不允许超过工作电流参考值。实验完毕时，必须先关加热电源，待试件冷却后，再关风机。
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： dx dt q λ-=，其中，q －热流密度；λ－导热系数；dx dt －沿x 方向的温度变化率，“－”表示热量传递的方向是沿着温度降低的方向。 ② 牛顿冷却公式： )(f w t t h q -=，其中，q －热流密度；h －表面传热系数；w t －固体表面温度；f t －流体的温度。 ③ 斯忒藩－玻耳兹曼定律：4T q σ=，其中，q －热流密度；σ－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/(m 2.K)；③ 传热系数的单位是：W/(m 2.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。 第二章 思考题 1 试写出导热傅里叶定律的一般形式，并说明其中各个符号的意义。 答：傅立叶定律的一般形式为：n x t gradt q ??-=λλ＝－，其中：gradt 为空间某点的温度梯度；n 是通过该点的等温线上的法向单位矢量，指向温度升高的方向；q 为该处的热流密度矢量。
[实验一]用球体法测定粒状材料的导热系数 一、实验目的 1、巩固和深化稳态导热的基本理论，学习测定粒状材料的热导率的方法。 2、确定热导率和温度之间的函数关系。 二、实验原理 热导率是表征材料导热能力的物理量，其单位为W/(m ·K)，对于不同的材料，热导率是不同的。对于同一种材料，热导率还取决于它的化学纯度，物理状态（温度、压力、成分、容积、重量和吸湿性等）和结构情况。各种材料的热导率都是专门实验测定出来的，然后汇成图表，工程计算时，可以直接从图表中查取。 球体法就是应用沿球半径方向一维稳态导热的基本原理测定粒状和纤维状材料导热系数的实验方法。 设有一空心球体，若内外表面的温度各为t 1和t 2并维持不变，根据傅立叶导热定律： dr dt r dr dt A λπλφ24-=-= （1） 边界条件 2 211t t r r t t r r ====时时 （2） 1、若λ= 常数，则由（1）（2）式求得 1 22121122121) (2)(4d d t t d d r r t t r r --=--=πλπλφ[W] ) (2) (212112t t d d d d --= πφλ [W/(m ·K)] (3) 2、若λ≠ 常数，（1）式变为 dr dt t r ) (42λπφ-= （4） 由（4）式，得 将上式右侧分子分母同乘以（t 2－t 1），得 )()(412122 2 1 2 1 t t t t dt t r dr t t r r ---=?? λπφ (5) 式中 1 22 1 )(t t dt t t t -?λ项显然就是λ在t 1和t 2范围内的积分平均值，用m λ表示即
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λ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Φ/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、λ=λ0（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λ0则代表0℃时该材料的导热系 数。因为代入t = 0℃，得λ＝λ0。”你认为这种说法对不对？为什么？有时会把方程写作λ=λ0＋bt。这个b、λ0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？?2t /?x2 >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Φx和Φy，另外的两面绝热。导入的总热流量等于： (a)(Φx2+Φy2)1/2；(b) Φx + Φy；(c) q x A x + q y A y；(d) (q x2A x+ q y2A y)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
教材上的思考题 第8章 思考题 1．试说明热传导（导热）、热对流和热辐射三种热量传递基本方式之间的联系与区别。 区别：它们的传热机理不同。导热是由于分子、原子和电子等微观粒子的热运动而产生的热量传递现象，其本质是介质的微观粒子行为。热对流是由于流体的宏观运动，致使不同温度的流体相对位移而产生的热量传递现象，其本质是微观粒子或微团的行为。辐射是由于物体内部微观粒子的热运动而使物体向外发射辐射能的现象，其本质是电磁波，不需要直接接触并涉及能量形式的转换。 联系：经常同时发生。 2．试说明热对流与对流换热之间的联系与区别。 热对流是由于流体的宏观运动，致使不同温度的流体相对位移而产生的热量传递现象。对流换热是流体与固体表面之间由热对流和导热两种传热方式共同作用导致的传热结果。 3. 从传热的角度出发，采暖散热器和冷风机应放在什么高度最合适？ 答：采暖器和冷风机主要通过对流传热的方式使周围空气变热和变冷，使人生活在合适的温度范围中，空气对流实在密度差的推动下流动，如采暖器放得太高，房间里上部空气被加热，但无法产生自然对流使下部空气也变热，这样人仍然生活在冷空气中。为使房间下部空气变热，使人感到舒适，应将采暖器放在下面，同样的道理，冷风机应放在略比人高的地方，天热时，人才能完全生活在冷空气中 4．在晴朗无风的夜晚，草地会披上一身白霜，可是气象台的天气报告却说清晨最低温度为2℃。试解释这种现象。但在阴天或有风的夜晚（其它条件不变），草地却不会披上白霜，为什么？ 答：深秋草已枯萎，其热导率很小，草与地面可近似认为绝热。草接受空气的对流传热量，又以辐射的方式向天空传递热量，其热阻串联情况见右图。所以，草表面温度t gr 介于大气温度t f 和天空温度t sk 接近，t gr 较低，披上“白霜”。如有风，hc 增加，对流传热热阻R 1减小，使t gr 向t f 靠近，即t gr 升高，无霜。阴天，天空有云层，由于云层的遮热作用，使草对天空的辐射热阻R 2增加，t gr 向t f 靠近，无霜（或阴天，草直接对云层辐射，由于天空温度低可低达-40℃），而云层温度较高可达10℃左右，即t sk 在阴天较高，t gr 上升，不会结霜）。 5．在一有空调的房间内，夏天和冬天的室温均控制在20℃，但冬天得穿毛线衣，而夏天只需穿衬衫。这是为什么？ 答：人体在房间里以对流传热和辐射传热的方式散失热量，有空调时室内t fi 不变，冬天和夏天人在室内对流散热不变。由于夏天室外温度0f t 比室内温度fi t 高，冬天0f t 比fi t 低，墙壁内温度分布不同，墙壁内表面温度wi t 在夏天和冬天不一样。显然，wi t 夏>wi t 冬 ，这样人体与墙壁间的辐射传递的热量冬天比夏天多。在室温20℃的房间内，冬天人体向外散热比夏天多而感到冷，加强保温可使人体散热量减少，如夏天只穿衬衫，冬天加毛线衣，人就不会感到冷。 第十一章（基本概念较多，就交给你了！！） 第十二章 没找到现成的。。
自然对流换热实验报告 一、实验目的 （1）了解空气沿水平圆柱体表面自然流动是的换热过程，掌握实验测试技术。 （2）测定单管（水平放置）的自然对流换热系数h 。 （3）根据实验测得的有关数据，计算各实验管的Nu 数、Gr 数和Pr 数，然后用作图法或最小二乘法确定经验方程式n Gr c Nr Pr)(=中的c 值和n 值，并给出 Pr Gr 的范围。 二、实验原理 对铜管进行加热，热量是以对流和辐射两种方式来散发，所以对流换热量为总流量与辐射热量之差。即 r h c Φ-Φ=Φ （W ） 式中：)(f w c t t hA -=Φ；UI h =Φ；??? ???????? ??-??? ??=Φ4f 4w 0100T 100T A c r ε，所以 ? ?????????? ??-??? ??---=4 f 4w 0100T 100T )()(f w f w t t c t t A UI h ε[]）（K /W ?m 式中：c Φ为对流换热量，W ；h Φ为加热器产生的热量，W ；r Φ为辐射换热量，W;U 加热器电压，V ；I 为加热器电流，A ；ε为圆柱体表面黑度，ε=0.064；0c 为黑体辐射系数，） （420K m /W 67.5?=c ；w t 为管壁平均温度，℃；f t 为玻璃室内空气温度，℃；A 为圆柱体的表面积，m 2；h 为自然对流换热系数，）（K /W 2?m 。 当实验管表面温度稳定时，测定每根管的加热电压U 、电流I 、管壁温度w t 、玻璃室内温度f t ，从表中查出圆管的直径和长度，计算出圆管表面积A ，计算出其对流换热系数h 。 根据相似理论，自然对流换热的准则为 Pr),(Gr f Nr = 在工业中广泛使用的是比式更为简单的经验方程式，即 n Gr c Nr Pr)(= 式中：c 、n 是通过实验所确定的常数（在一定的Pr Gr 数值范围内）。为
《传热学》复习题 一、判断题 1．稳态导热没有初始条件。（） 2．面积为A的平壁导热热阻是面积为1的平壁导热热阻的A倍。（） 3．复合平壁各种不同材料的导热系数相差不是很大时可以当做一维导热问题来处理（） 4．肋片应该加在换热系数较小的那一端。（） 5．当管道外径大于临界绝缘直径时，覆盖保温层才起到减少热损失的作用。（） 6．所谓集总参数法就是忽略物体的内部热阻的近视处理方法。（） 7．影响温度波衰减的主要因素有物体的热扩散系数，波动周期和深度。（） 8．普朗特准则反映了流体物性对换热的影响。（） 9. 傅里叶定律既适用于稳态导热过程，也适用于非稳态导热过程。（） 10.相同的流动和换热壁面条件下，导热系数较大的流体，对流换热系数就较小。（） 11、导热微分方程是导热普遍规律的数学描写，它对任意形状物体内部和边界都适用。( ) 12、给出了边界面上的绝热条件相当于给出了第二类边界条件。 ( ) 13、温度不高于350℃，导热系数不小于0.12w/(m.k)的材料称为保温材料。 ( ) 14、在相同的进出口温度下，逆流比顺流的传热平均温差大。 ( ) 15、接触面的粗糙度是影响接触热阻的主要因素。 ( ) 16、非稳态导热温度对时间导数的向前差分叫做隐式格式，是无条件稳定的。 ( ) 17、边界层理论中，主流区沿着垂直于流体流动的方向的速度梯度零。 ( ) 18、无限大平壁冷却时，若Bi→∞，则可以采用集总参数法。 ( ) 19、加速凝结液的排出有利于增强凝结换热。 ( ) 20、普朗特准则反映了流体物性对换热的影响。( ) 二、填空题 1．流体横向冲刷n排外径为d的管束时，定性尺寸是。 2．热扩散率（导温系数）是材料指标，大小等于。 3．一个半径为R的半球形空腔，空腔表面对外界的辐射角系数为。 4．某表面的辐射特性，除了与方向无关外，还与波长无关，表面叫做表面。 5．物体表面的发射率是ε，面积是A，则表面的辐射表面热阻是。 6．影响膜状冷凝换热的热阻主要是。
第一章 1-3 宇宙飞船的外遮光罩是凸出于飞船船体之外的一个光学窗口，其表面的温度状态直接影响到飞船的光学遥感器。船体表面各部分的表明温度与遮光罩的表面温度不同。试分析，飞船在太空中飞行时与遮光罩表面发生热交换的对象可能有哪些？换热方式是什么？ 解：遮光罩与船体的导热 遮光罩与宇宙空间的辐射换热 1-4 热电偶常用来测量气流温度。用热电偶来测量管道中高温气流的温度，管壁温度小于气流温度，分析热电偶节点的换热方式。 解：结点与气流间进行对流换热 与管壁辐射换热 与电偶臂导热 1-6 一砖墙表面积为12m 2，厚度为260mm ，平均导热系数为1.5 W/(m ·K)。设面向室内的表面温度为25℃，而外表面温度为－5℃，确定此砖墙向外散失的热量。 1-9 在一次测量空气横向流过单根圆管对的对流换热试验中，得到下列数据：管壁平均温度69℃，空气温度20℃，管子外径14mm ，加热段长80mm ，输入加热段的功率为8.5W 。如果全部热量通过对流换热传给空气，此时的对流换热表面积传热系数为？ 1-17 有一台气体冷却器，气侧表面传热系数95 W/(m 2·K)，壁面厚2.5mm ，导热系数46.5 W/(m ·K)，水侧表面传热系数5800 W/(m 2·K)。设传热壁可看作平壁，计算各个环节单位面积的热阻及从气到水的总传热系数。为了强化这一传热过程，应从哪个环节着手。 1-24 对于穿过平壁的传热过程，分析下列情形下温度曲线的变化趋向：(1)0→λδ；(2)∞→1h ；(3) ∞→2h 第二章 2-1 用平底锅烧水，与水相接触的锅底温度为111℃，热流密度为42400W/m 2。使用一段时间后，锅底结了一层平均厚度为3mm 的水垢。假设此时与水相接触的水垢的表面温度及热流密度分别等于原来的值，计算水垢与金属锅底接触面的温度。水垢的导热系数取为1 W/(m ·K)。 解： δλt q ?= 2 .2381103424001113 12=??+=?+=-λδ q t t ℃ 2-2 一冷藏室的墙由钢皮、矿渣棉及石棉板三层叠合构成，各层的厚度依次为0.794mm 、 152mm 及9.5mm ，导热系数分别为45 W/(m ·K)、0.07 W/(m ·K)及0.1 W/(m ·K)。冷藏室的有效换热面积为37.2m 2，室内、外气温分别为－2℃和30℃，室内、外壁面的表面传热系数可分别按1.5 W/(m 2·K)及2.5 W/(m 2·K)计算。为维持冷藏室温度恒定，确定冷藏室内的冷却排管每小时内需带走的热量。 解：()2 3 233221116.95.21101.05.907.015245794.05.1123011m W h h t R t q =+ ???? ??+++--=++++?=?= -λδλδλδ总 W A q 12.3572.376.9=?=?=Φ 2-4一烘箱的炉门由两种保温材料A 和B 做成，且δA =2δB (见附图) 。 h 1 t f1 h 2 t f2 t w δA δ B
传热学上机实验 班级: 学号： 姓名：
一：实验问题 一个长方形截面的冷空气通道的尺寸如附图所示。假设在垂直于纸面的方向上冷空气及通道墙壁的温度变化很小，可以忽略。试用数值方法计算下列两种情况下通道壁面中的温度分布及每米长度上通过壁面的冷量损失： (1)内、外壁面分别维持在10℃及30℃； (2)内、外壁面与流体发生对流传热，且有λ=0.53W/（m·K），t f1=10°C、h1=20W/（m2·K）, t f2=30°C、h2=4W/（m2·K）。
二：问题分析与求解 本题采用数值解法，将长方形截面离散成31×23个点，用有限个离散点的值的集合来代替整个截面上温度的分布，通过求解按傅里叶导热定律、牛顿冷却公式及热平衡法建立的代数方程，来获得整个长方形截面的温度分布，进而求出其通过壁面的冷量损失。 1. 建立控制方程及定解条件 对于第一问，其给出了边界上的温度，属于第一类边界条件。 ????? ??? ??=?==??+??C C y t x t 301002222外壁温内壁温 对于第二问，其给出了边界上的边界上物体与周围流体间的表面传热系数h 及周围流体的温度 t f ，属于第三类边界条件。 ()?????? ?-=??? ????-=??+??f w w t t h n t y t x t λ02222 2. 确定节点（区域离散化） 用一系列与坐标轴平行的网格线把长方形截面划分为31×23个节点。则步长为0.1m ，记为△x=△y=0.1m 。
3. 建立节点物理量的代数方程 对于第一问有如下离散方程： ()()()()()()()()()()? ??? ???? ? ????? ???+++==?==?==?==?==?==?==?==?=+-+-代表内部点,，点41 26~6,1018,26~6,106,18~6,10,2618~6,10,631~1,3023,31~1,301,23~1,30,3123~1,30,11,1,,1,1,n m t t t t t n C m t n C m t n C n t n C n t n C m t n C m t n C n t n C n t n m n m n m n m n m 对于第二问有如下离散方程： 对于外部角点（1,1）、（1,23）、（31,1）、（31,，23）有： ()()02 222,1,,22,,1,22 =??-+-?+??-+-?±±x y t t t t x h y x t t t t y h n m n m n m f n m n m n m f λλ 得到： ()()()()????? ??? ?? ? ++ =++=++=++=22,3123,3023,312,311,301,3122 ,123,223,12,11,21,11865331400186533140018653314001865331400t t t t t t t t t t t t 同理可得： 对于内部角点（6,6）（6,18）（26,6）（26,18） ，有 ()() ()()()()()()????? ??? ??? ++++ =++++ =++++=++++=7,2618,2518,2719,2618,267,266,256,275,266,2618 ,717,619,618,518,67,66,75,66,56,671853359533592000718533595335920007185335953359200071853359533592000t t t t t t t t t t t t t t t t t t t t
在有空调的房间内，夏天和冬天的室温均在20℃，夏天只需要穿衬衫，但冬天穿衬衫会感觉的冷，这是为什么？ 答：那么在恒定20度（室内空气温度）的房间内，人体表面通过对流换热的方式散热量（由牛顿冷却公式计算）在冬天和夏天是一样的。但是人体散热还有跟环境（在这里是室内墙壁）的辐射换热，应用大空间包小物体的简化模型可以计算，这个换热量与人体表面温度四次方和室内壁温四次方的差成正比，由于冬天比夏天室内壁温低，所以冬天人体辐射散热量大。综上分析，人体总的散热量冬天比夏天多，因此冬天要比夏天多穿。 热水瓶的保温原理是什么？ 答：热水瓶胆用双层玻璃做成，两层玻璃都镀上了银，好像镜子一样，能把热射线反射回去，这就断绝了热辐射的通路。把热水瓶的两层玻璃之间抽成真空，就破坏了对流传导的条件。热水瓶盖选用不容易传热的软木塞，隔断了对流传热的通路。完善地把传热的三条道路都挡住了，热就可以长久地保留下来。 第二章 12，为什么导电性能好的金属导热性能也好？ 答：如果从原理上来解释的话，导电快的金属电子运动更频繁和自由，因此对于运动状态的传递也就快，也就是导热快。 15 冬天，经过白天太阳晒过的棉被，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：晒过的被子比较蓬松，里面空隙比较大，所以空气较多，空气的导热系数比较低，所以该在身上热量不易散失
为什么冰箱要定期除霜？ 答：从电冰箱的工作原理来说，任何形式的制冷系统都有可能产生结霜现象。其主要因素在于冰箱内空气的湿度和食物的含水量。当箱内霜层很薄时，对蒸发器的传热影响不十分明显，但霜层逐渐增厚并使整个蒸发器被霜包住后，就会严重影响蒸发器的传热能力，使箱内温度降不下来。 第四章 冬天，72℃的铁和600℃的木材摸上去的感觉是一样的，为什么？ 答：因为人手感觉到的冷暖实质是热量传递的快慢，而铁的导温系数远远大于木头的导温系数。 第五章 传热系数的物理意义温差1K时，单位面积内在单位时间传递的热量 1.何谓温度场、等温面、等温线、温度梯度、热流线、热阻？ 答：温度场：在任一瞬间，物体内各点温度分布的总称。等温面：在温度场中,将温度相等的点连成面即为等温面。等温线：等温面与任一平面的交线便是等温线。温度梯度：在温度场中，温度在空间上改变的大小程度。热流线：与等温线垂直，且指向温度降低的方向。 热阻：反映阻止热量传递的能力的综合参量。 2 试述热传递的三种基本方式及特征 答；热传导（气液固中进行，无宏观运动），热对流（气液中进行，有宏观运动），辐射换热（无需介质，有能量形式的转换）。 2.物体内的等温线为何不相交？热流线能否相交？
高等传热学复习题 1．简述求解导热问题的各种方法和傅立叶定律的适用条件。 答：导热问题的分类及求解方法： 按照不同的导热现象和类型，有不同的求解方法。求解导热问题，主要应用于工程之中，一般以方便，实用为原则，能简化尽量简化。 直接求解导热微分方程是很复杂的，按考虑系统的空间维数分，有0维，1维，2维和3维导热问题。一般维数越低，求解越简单。常见把高维问题转化为低维问题求解。有稳态导热和非稳态导热，非稳态导热比稳态导热多一个时间维，求解难度增加。有时在稳态解的基础上分析非稳态稳态，称之为准静态解，可有效地降低求解难度。根据研究对象的几何形状，又可建立不同坐标系，分平壁，球，柱，管等问题，以适应不同的对象。 不论如何，求解导热微分方程主要依靠三大方法： 甲．理论法 乙．试验法 丙．综合理论和试验法 理论法：借助数学、逻辑等手段，根据物理规律，找出答案。它又分： 分析法；以数学分析为基础，通过符号和数值运算，得到结果。方法有：分离变量法，积分变换法(L a p l a c e变换，F o u r i e r变换)，热源函数法，G r e e n函数法，变分法，积分方程法等等，数理方程中有介绍。 近似分析法：积分方程法，相似分析法，变分法等。 分析法的优点是理论严谨，结论可靠，省钱省力，结论通用性好，便于分析和应用。缺点是可求解的对象不多，大部分要求几何形状规则，边界条件简单，线性问题。有的解结构复杂，应用有难度，对人员专业水平要求高。 数值法：是当前发展的主流，发展了大量的商业软件。方法有：有限差分法，有限元法，边界元法，直接模拟法，离散化法，蒙特卡罗法，格子气法等，大大扩展了导热微分方程的实用范围，不受形状等限制，省钱省力，在依靠计算机条件下，计算速度和计算质量、范围不断提高，有无穷的发展潜力，能求解部分非线性问题。缺点是结果可靠性差，对使用人员要求高，有的结果不直观，所求结果通用性差。 比拟法：有热电模拟，光模拟等 试验法：在许多情况下，理论并不能解决问题，或不能完全解决问题，或不能完美解决问题，必须通过试验。试验的可靠性高，结果直观，问题的针对性强，可以发掘理论没有涉及的新规律。可以起到检验理论分析和数值计算结果的作用。理论越是高度发展，试验法的作用就越强。理论永远代替不了试验。但试验耗时费力，绝大多数要求较高的财力和投入，在理论可以解决问题的地方，应尽量用理论方法。试验法也有各种类型：如探索性试验，验证性试验，比拟性试验等等。 综合法：用理论指导试验，以试验促进理论，是科学研究常用的方法。如浙大提出计算机辅助试验法(C A T)就是其中之一。 傅立叶定律的适用条件：它可适用于稳态、非稳态，变导热系数，各向同性，多维空间，连续光滑介质，气、液、固三相的导热问题。 2．定性地分析固体导热系数和温度变化的关系 3．什么是直肋的最佳形状与已知形状后的最佳尺寸？ 答：什么叫做“好”？给定传热量下要求具有最小体积或最小质量或给定
一、实验目的 1、了解对流换热的实验研究方法； 2、测定空气横向流过管束表面时的平均放热系数α，并将实验数据整理成准数方程式； 3、学习测量风速、温度、热量的基本技能。 二、主要实验设备 本对流实验在一实验风洞中进行。实验风洞主要由风洞本体、风机、构架、实验管及其加热器、水银温度计、倾斜式微压计、皮托管、电位差计、功率表以及调压变压器等组成。 三、实验原理 根据相似理论，流体强制流过物体时的放热系数α与流体流速、物体几何参数、物体间的相对几何位置以及物性等的关系可用下列准数方程式描述： Pr)(Re,f Nu = 实验研究表明，空气横向流过管束表面时，由于空气普郎特数（Pr=0.7）为常数，故一般可将上式整理成下列的指数形式， n C Nu Re = 式中 C,n 均为常数，由实验确定， Nu ——努塞尔特准数 λ ad Nu = Re ——雷诺准数 v d ω= Re 上述各准则中，α——壁面平均对流换热系数[?2/m W ℃] d ——实验管外径，作为定性尺寸，[m] λ——空气导热系数，[?2/m W ℃] ω——空气流过实验管外最窄截面处流速，[m/s] ν——空气运动粘度，]/[2s m 定性温度：空气边界层平均温度)(2 1 f w m t t t +=。 式中：m t ——实验管壁面平均温度[℃]
f t ——空气平均温度本实验的任务在于确定C 与 n 的数值，首先使空气流速一定，然后测定有关的数据：电流I 、电压 V 、管壁温度w t 、空气温度f t 、微压计动压头h 。至于α和ω在实验中无法直接测得，可通过计算求得，而物性参数可在有关书中查得。得到一组数据后，可得一组 Re 、Nu 值；改变空气流速，又得到一组数据，再得一组 Nu 、Re 值；改变几次空气流速，就可得到一系列的实验数据。 四、实验数据及处理结果 1.测试所得原始数据 表1测试数据表 2.数据分析与计算 ◆表2热电偶测管温度平均值 ◆已知管长L=450mm,管直径d=40mm ，求得管表面积为205655 .0m L d A =??=π ◆空气进出口的平均绝对温度[K]:K T T T f 15.273)(2 1 21++= ,（见表3）由差值法及查表可知，热电偶
1、烧开水时，为什么一旦水烧干了，铝壶就很容易烧坏？ 答案：水侧沸腾的表面传热系数远大于火焰侧的表面传热系数，没烧干时，壶底更接近于水的温度，所以不会达到铝的熔点。 2、同样是25°C的房子，为什么夏天可以穿衬衫，而冬天却要穿毛衣？ 答案：墙壁内侧温度夏天比冬天高。所以，人体向外辐射的能量冬天比夏天多，而自然对流和辐射换热处于同一数量级。 3、电影《泰坦尼克号》里，为什么Jack冻死了，而Rose没有？ 答案：一般来说，在相同温度和压力状态下，水的换热能力比空气强，所以Jack 身体散热比Rose快。（物性的影响） 4、中央电视台1999年9月5日的《科技博览》指出：72°C的铁和600°C 的木头摸上去的感觉是一样的，您知道为什么吗？ 答案：人手感觉到的冷暖实际上是热量传递的快慢，而铁的导（吸）热系数远大于木头的。 5、摩托车手的膝盖需要特别的保温,你知道为什么吗? 答案：因为膝盖处的热边界层很薄（相当于外掠物体的前驻点），换热能力较强，该处与空气的换热量较大。 6、冬天，隔着玻璃晒太阳感觉更暖和，为什么？ 答案：普通玻璃对太阳辐射的光几乎完全穿透，而对常温下室内物体的红外辐射能量被阻挡在房间内，这一现象类似于“温室效应”。 7、北方,深秋或者初冬季节的清晨，为什么树叶总是在朝向太空的一面结霜？ 答案：因为与背向太空的一面相比，树叶朝向太空的一面须向温度很低的太空辐射更多的热量，使其表面温度更低，所以更易结霜。 8、室温下呈黑色的铁棒在炉中加热时，颜色渐呈暗红、红、橙黄，您知道为 什么吗？
答案：随着铁棒加热，温度升高，其辐射能量最大的波长向短波方向移动，即经历了由远红外线、近红外线到可见光的区域，因此呈现了上述颜色变化。 9、冬天,棉被经过晒后拍打,为什么感觉特别暖和? 答案：被晒过的棉被，轻轻拍打后，大量的空气进入棉絮空间，空气在狭小的棉絮空间内自然对流不容易展开，由于空气的导热系数很低，故能起到很好的保温作用。 10、为什么耳朵大的人更容易生冻疮? 答案：耳朵的散热可看成是一维肋片导热，耳朵大的人沿肋高的方向热阻较小，耳朵温度更容易接近于周围环境的温度。 11、大电流电线外所包的绝缘层，是否不利于电线散热？ 答案：家用电线的直径一般都小于20mm，在一般情况下，小于其临界绝缘直径，此时在电线外加绝缘层，不仅起到了电绝缘的作用，而且有利于电线散热。 12、用纸可以烧开水，你相信吗？ 答案：水侧的热阻远小于加热侧的热阻，纸的温度更接近于水的温度，所以不会达到纸的着火点。 13、冬天，屋顶积雪有助于房屋保温，您知道为什么吗？ 答案：在相同的室内外温度下，屋顶积雪相当于增加了一层热阻，从而使散热量降低。 13、人造地球卫星返回地球时，为什么会被烧毁？ 答案：卫星返回地球时，以极高的速度穿过大气层，由于与空气的摩擦产生大量的热量，而使表面温度急剧上升，因此会被烧毁。 15、海水的颜色为什么总是蓝色的？ 答案：这是由于海水的非灰性质引起的，海水对不同波长的可见光的吸收率不同，对蓝色波长附近的射线的吸收少，反射多，所以程蓝色。
《传热学》实验指导书 实验名称：强迫流动单管管外放热系数的测定 实验类型: 验证性实验 学 时：2 适用对象: 热动、集控、建环、新能源等专业 一、实验目的 1.该项实验涉及较多课程知识，测量参数多，如风速、功率、温度，可考查学生的综合能力。 2.测量空气横向流过单管表面的平均表面传热系数h ，并将实验数据整理成准则方程式。 3.学习测量风速、温度、热量的基本技能，了解对流放热的实验研究方法。 二、实验原理 根据相似理论，流体受迫外掠物体时的表面传热系数h 与流速、物体几何形状及尺寸、流体物性间的关系可用下列准则方程式描述： ),(r e u P R f N = 实验研究表明，流体横掠单管表面时，一般可将上式整理成下列具体的指数形式： m n r m n e um P CR N ?= 式中：m n c ,,均为常数，由实验确定 努谢尔特准则---um N m um hd N λ= ---em R 雷诺准则 m em d R νμ= ---rm P 普朗特准则 m n rm P αν=
上述各准则中--d 实验管外径，作定性尺寸(米) --μ流体流过实验管外最窄面处流速，（)/s m --λ流体导热系数（)/K m W ? --α流体导温系数)/(2s m --ν流体运动粘度)/(2s m --h 表面传热系数)/(2K m W ? 准则角码m 表示用流体边界层平均温度)(2 1 f w m t t t -= 作定性温度。 鉴于实验中流体为空气，rm P =0.7，故准则式可化成： n em um CR N = 本实验的任务在于确定n c 与的数值。首先使空气流速一定，然后测定有关的数据：电流I 、电压V 、管壁温度w t 、空气温度f t 、测试段动压P 。至于表面传热系数h 和流速μ在实验中无法直接测量，可通过计算求得，而物性参数可在有关书中查到。得到一组数据后，即可得一组e R 、u N 值，改变空气流速，又得到一组数据，再得一组e R 、u N 值，改变几次空气流速，就可得到一系列的实验数据。 三、实验设备 本对流实验在一实验风洞中进行。实验风洞主要由风洞本体、风机、构架、实验管及其加热器、水银温度计、动压计、毕托管、电位差计、电流表、电压表以及调压变压器组成。 由于实验段前有两段整流，可使进入实验段前的气流稳定。毕托管置于测速段，测速段截面较实验段小，以使流速提高，测量准确。风量由风机出口挡板调节。
西安建筑科技大学传热学（郭亚军）常考简答题 题目类型：10道简答题（*6分）三道大题14分/14分/12分无填空题无选择题重点看课后思考题哦 绪论 1.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。 2.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。 3.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。 4热水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反射率很低的银。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闭性，这会影响保温效果吗？ 解：保温作用的原因：内胆外壁外胆内壁涂了反射率很低的银，则通过内外胆向外辐射的热量很少，抽真空是为了减少内外胆之间的气体介质，以减少其对流换热的作用。如果密闭性破坏，空气进入两层夹缝中形成了内外胆之间的对流传热，从而保温瓶的保温效果降低。 5、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℃，1.01325×105Pa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。 6、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。 7、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。 8、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。 导热 1、在寒冷的北方地区，建房用砖采用实心砖还是多孔的空心砖好?为什么? 答：在其他条件相同时，实心砖材料如红砖的导热系数约为0．5W/(m·K)(35℃)，而多孔空心砖中充满着不动的空气，空气在纯导热(即忽略自然对流)时，其导热系数很低，是很好的绝热材料。因而用多孔空心砖好。 2、东北地区春季,公路路面常出现“弹簧”,冒泥浆等“翻浆”病害。试简要解释其原因。为什么南方地区不出现
传热学思考题参考答案 第一章： 1、用铝制水壶烧开水时，尽管炉火很旺，但水壶仍安然无恙。而一旦壶内的水烧干后水壶很快就被烧坏。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。 2、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。 第二章： 1、扩展表面中的导热问题可以按一维问题处理的条件是什么?有人认为,只要扩展表面细长,就可按一维问题处理,你同意这种观点吗? 答：条件：（1）材料的导热系数，表面传热系数以及沿肋高方向的横截面积均各自为常数（2）肋片温度在垂直纸面方向（即长度方向）不发生变化，因此可取一个截面（即单位长度）来分析（3）表面上的换热热阻远远大于肋片中的导热热阻，因而在任一截面上肋片温度可认为是均匀的（4）肋片顶端可视为绝热。并不是扩展表面细长就可以按一维问题处理，必须满足上述四个假设才可视为一维问题。 2、肋片高度增加引起两种效果:肋效率下降及散热表面积增加。因而有人认为随着肋片高度的增加会出现一个临界高度，超过这个高度后，肋片导热热流量会下降，试分析该观点的正确性。 答：的确肋片高度增加会导致肋效率下降及散热表面积增加，但是总的导热量是增加的，只是增加的部分的效率有所减低，所以我们要选择经济的肋片高度。 第三章： 1、由导热微分方程可知，非稳态导热只与热扩散率有关,而与导热系数无关。你认为对吗？答：错，方程的边界条件有可能与λ有关，只有当方程为拉普拉斯方程和边界条件为第一边界条件时才与λ无关。 2、对二维非稳态导热问题，能否将表面的对流换热量转换成控制方程中的内热源产生的热量？ 答：不能，二维问题存在边界微元和内边界微元，内边界微元不一定与边界换热，所以不存在源项。 第四章： 1、在第一类边界条件下，稳态无内热源导热物体的温度分布与物体的导热系数是否有关？为什么？ 答：无关，因为方程为拉普拉斯方程，边界为第一边界条件均与λ无关。 2、非稳态导热采用显式格式计算时会出现不稳定性，试述不稳定性的物理含义。如何防止这种不稳定性？ 答：物理意义：显示格式计算温度时对时间步长和空间步长有一定的限制，否则会出现不合