第一章 绪 论
从现代化楼宇的暖通空调到自然界风霜雪雨的形成，从航天飞机重返大气层到电子元器件的有效冷却，从一年四季人们穿着的变化等等，无不与热能的传递过程紧密相关。
传热学（heat transfer ）是研究由温差（temperature difference ）引起的热能传递规律的科学。主要是指单位时间内所传递的热量与物体中相应的温度差之间的关系。凡是有温差的地方就存在热量传递，自然界中温差无处不在，无时不有，因而热量传递就是自然界和生产技术领域中一种普遍存在的现象。
1-1热量传递的基本方式
自然界的热量传递有三种方式，他们是热传导、热对流和热辐射。所有的热量传递过程都是以这三种方式进行的。一个实际的热量传递过程可以是以其中的一种热量传递方式进行的，但多数情况下都是以两种或三种方式进行的。
1.热传导
热传导（heat conduction ）简称导热，是在物体内部或者相互接触的物体表面之间，由于分子、原子及自由电子等微观粒子的热运动而产生的热量传递现象。例如：手握金属棒的一端，将另一端伸进灼热的火炉，就会有热量通过金属棒传到手掌，这种热量传递现象就是通过导热引起的。
当物体内部存在温度梯度时，热量就会通过热传导从温度高的区域传递到温度低的区域。 首先引入两个概念，热流量和热流密度：
在传热学中，单位时间传递的热量称为热流量，用Φ表示，单位是W 。
单位时间通过单位面积的热流量称为热流密度，用q 表示，单位是W/m 2。
实验证实，平壁一维稳态导热的热流量与平壁的面积A 及两侧的温差t W1-t W2成正比，与平壁的厚度成反比，并与平壁的导热性能有关，可表示为：
12
W W t t A λδ-Φ= （1-1）
式中的比例系数λ为材料的导热率，成为导热系数。单位是W/(m·K)，其数值大小反映了材料的导热能力，热导率（导热系数）越大，材料的导热能力越强。材料的导热系数一般由实验测得，接下来将进一步讨论。
借鉴电学中欧姆定律表达式的形式（电流=电位差/电阻），热流量的式子可以写成“热流=温度差/热阻”的形式。
1212W W W W t t t t R A λ
δ
λ--Φ== （1-1a ） 式（1-1a ）中A δλ
称为平壁的导热热阻，K/W 。平壁厚度愈大，导热热阻越大；导热材料的导热系数越大，导热热阻越小。热阻是一个重要的概念，表示物体对热量传递的阻力，热阻越小，传热越强。 通过平壁一维稳态导热的热流密度为：
1212W W W W t t t t q A λδδ
λ
--Φ=== （1-2） 式中δλ
称为单位面积平壁的导热热阻，简称面积热阻，单位是m 2·K/W 。 【例题1-1】三块分别由纯铜、碳钢和硅藻土砖制成的大平板，它们的厚度都为δ=50mm ，两侧表面的温差都是Δt =t W1-t W2=100℃不变，试求通过平板的热流密度，纯铜、碳钢和硅藻土砖的导热系数分别为λ1=398W/(m·K)，λ2=40W/(m·K)，λ3=0.242W/(m·K)。
解：这是通过大平板的一维稳态导热问题，根据公式
对于纯铜板，热流密度为
521211
100398/()7.9610/0.05W W t t q W m K W m m
λδ-==??=?℃ 对于碳钢板 52122210040/()0.810/0.05W W t t q W m K W m m
λδ-==??=?℃ 对于硅藻土砖 2212331000.242/() 4.8410/0.05W W t t q W m K W m m λδ-==??
=?℃ 2.热对流
若流体有宏观的运动，且内部存在温差，则由于流体的宏观运动使温度不同的流体发生相对位移而产生的热量传递现象称为热对流（heat convection ）。显然，热对流只发生在流体之中，而且必然伴随着有微观粒子热运动产生的导热。故热对流和热传导总是同时存在的。如锅炉中水和管壁之间，室内空气与暖气片及墙面之间的热量交换等。
当流体流经物体表面时，由于粘性作用，紧贴物体表面的流体是静止的，热量传递的方式只能是以导热的方式进行。离开物体表面，流体具有宏观运行，热对流方式将发挥作用。所以流体和固体表面的热量传递是热对流和导热两种基本方式来共同作用的结果，这种传热现象称为对流换热。
就引起流动的原因而论，对流换热可分为强制对流（forced convection ）和自然对流（natural convection ）两大类。如果流体的流动是由于水泵、风机或其他压差作用而引起的，则为强制对流。自然对流是由于流体、冷热部分之间的密度不同而导致的流体的流动。另外工程上经常遇到流体在热表面上的沸腾及蒸汽在冷表面上的凝结的对流传热问题，分别简称沸腾换热（boiling heat transfer ）及凝结换热（condensation heat transfer ）。
1701年，英国科学家牛顿提出，当物流收到流体冷却时，表面温度对时间的变化率与流体和物体表面间的温差t ?成正比。在此基础上，人们后来总结出来计算对流换热的基本计算式，称为牛顿冷却公式，形式如下：
Ah t Φ=? （1-3）
q h t =? （1-3）
式中：t ?——流体和物体表面的温差，约定永远为正，当流体被加热时W f t t t ?=-，当流体被冷却
时，f W t t t ?=-，t W 为固体壁面温度，℃；t f 为流体温度，℃；
h ——称为对流换热的表面传热系数，习惯上称为对流换热系数，单位为W/(m 2·K)。
牛顿冷却公式也可写成热阻的形式：
1W f W f h t t t t R Ah
--Φ== 式中，1h R Ah
=称为对流换热热阻，K/W 。 对流换热系数反映了对流换热的强弱，它不仅取决于流体的物性（粘度、导热系数、密度、比热容等）、流动的形态（层流、紊流）、流动的成因（自然对流和强迫对流）、物体的表面形状和尺寸，还与流体有无相变（凝结和沸腾）有关。接下来将详细讨论。
表1-1 对流换热表面传热系数的大致范围
【例题1-2】一室内暖气片的散热面积为A=2.5m ，表面温度为t W =50℃，和温度为20℃的室内空气之间自然对流换热系数为h =5.5W/( m 2·K)。试求该暖气片的对流换热量。
解：暖气片和室内空气之间是稳态的自然对流换热
22()
2.5 5.5/()(5020)412.5W f Ah t t m W m K W
Φ=-=???-=℃℃
3.热辐射
辐射是指物体受某种因素的激发而向外发射辐射能的现象。通常是通过电磁波来传递能量。物体会因各种原因而向外发射辐射能，其中因热的原因而发出辐射能的现象称为热辐射（thermal radiation ）。
自然界的各个物体都在不停的向空间发出辐射能，同时又在不断的吸收其他物体发出的辐射能。辐射与吸收过程的综合作用就造成了以辐射方式进行的物体之间能量传递——辐射换热（radiative heat transfer ）。
导热和对流必须有物质存在的条件下才能实现，而热辐射可以在真空中传递，而且实际上在真空中辐射能传递最有效。一切温度高于绝对零度的物体都能产生热辐射，温度愈高，辐射出的总能量就愈大，短波成分也愈多。
物体表面单位时间内单位面积对外辐射的能量称为辐射力，用E 表示，常用单位是J/m 2·s 或W/m 2，其大小与物体表面性质及温度有关。实践与理论证实，辐射力与温度的四次方成正比，即斯蒂芬波尔兹曼定律：
4E T εσ=
ε ——物体表面发射率；
ζ ——黑体辐射常数，ζ=5.67×10-8W/(m 2·K 4)
T ——热力学温度，K 。
如果一个表面积为A 1、表面温度为T 1、发射率为ε1的物体被包容在一个很大的表面温度T 2为的空腔内，此时的辐射换热量可以用下式来计算：
()441112E A T T εσ=-
以例题1-2为例来计算，若该暖气片的发射率为ε=0.8，室内墙壁温度为20℃，试计算该暖气片和墙壁的辐射换热量。
解：墙壁和暖气片之间的换热量为
44122824444()
0.8 2.5 5.6710/()(323293)398.5A T T m W m K K W
εσ-Φ=-=?????-=
通过计算可以看出此暖气片室内的对流散热量和辐射散热量大致相当，不能忽略。
1-2 传热过程和传热系数
工程上经常遇到热量从壁一侧的流体通过壁传递给另一侧的流体，称为传热过程（overall heat transfer process ）。
设有一大平壁，面积为Am 2，两侧分别为t f1的热流体和
温度为t f2的冷流体，两侧的换热系数分别为h 1和h 2，两侧的壁温分别为t W1 和t W1，壁材的导热系数为λ，厚度为δ，若导
热过程处于稳态，对传热过程三个阶段分析可得：
（1）热量由热流体以对流换热的形式传递给壁左侧，对于单位时间和单位面积有： 1111()f W q h t t =-
（2）热量以导热方式传递给壁，则：
212()W W q t t λδ
=
- （3）热量由壁右侧以对流换热的方式传递给流体，即： 3222()W f q h t t =-
在稳态情况下，以上三式的热流密度q 相等，整理后得：
2121212
1
()()/11f f f f q t t k t t W m h h δλ=-=-++ 2121
/()11k W m h h δλ=?++℃
式中，k 为传热系数（overall heat transfer coefficient ），它表明单位时间、单位面积上，冷热流体通过壁面是单位温差克传递的热量。k 可以反映传热过程的强弱。可以按热阻形式写成：
121f f k t t t q R k
-?== R K 为平壁单位面积的传热热阻，即：
212111/k R m W k h h δλ==++?℃
可见传热热阻等于热流体、冷流体与壁面的对流换热热阻及壁面的导热热阻之和，相当于串联电阻的计算方法。对于换热器，k 值越大说明传热越好；但是对于建筑物维护结构和热力管道的保温层等，k 值越小越好。
学习传热学的目的：认识传热规律；计算各种情况下的传热量或传热过程中的温度分布；学习增强或削弱热量传递过程的方法以及对传热现象进行研究方法。
思考题
【1-1】试分析室内暖气片的散热过程，各个环节有哪些热量传递方式？以暖气片管内走热水为例。
答：有以下换热环节及传热方式：
由热水到暖气片管道内壁，热传递方式为强制对流换热；
由暖气片管道内壁到外壁，热传递方式为固体导热；
由暖气片管道外壁到室内空气，热传递方式有自然对流换热和辐射换热。
【1-2】试分析冬季建筑室内空气与室外空气通过墙壁的换热过程，各个环节有哪些热量传递方式？
答：有以下换热环节及传热方式：
室内空气到墙体内壁，热传递方式为自然对流换热和辐射换热；
墙的内壁到外壁，热传递方式为固体导热；
墙的外壁到室外空气，热传递方式有对流换热和辐射换热。
【1-3】按照导热机理，水的气、液、固三种状态中那种状态的导热系数最大？
答：根据导热机理可知，固体导热系数大于液体导热系数；液体导热系数大于气体导热系数。所以水的气、液、固三种状态的导热系数依次增大。
【1-4】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冰箱耗电量大？为什么？
答：在其它条件相同时，冰箱的结霜相当于在冰箱的蒸发器和冰箱的冷冻室（或冷藏室）之间增加了一个附加的热阻，因此，冷冻室（或冷藏室）要达到相同的温度，必须要求蒸发器处于更低的温度。所以，结霜的冰箱的耗电量要大。
【1-5】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：采用空心砖较好，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。
【1-6】冬天，经过在白天太阳底下晒过的棉被，晚上盖起来为什么感到很暖和？并且经过拍打以后，为什么效果更加明显？
回答：棉被经过晾晒以后，可使棉花的空隙里进入更多的空气。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，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。
【1-7】冬天，在相同的室外温度条件下，为什么有风比无风时感到更冷些？
回答：假定人体表面温度相同时，人体的散热在有风时相当于强制对流换热，而在无风时属自然对流换热（不考虑热辐射或假定辐射换热量相同时）。而空气的强制对流换热强度要比自然对流强烈。因而在有风时从人体带走的热量更多，所以感到更冷一些。
讨论：读者应注意的是人对冷暖感觉的衡量指标是散热量的大小而不是温度的高低，即当人体散热量低时感到热，散热量高时感到冷，经验告诉我们，当人的皮肤散热热流为58W/㎡时感到热，为232W/㎡时感到舒服，为696W/㎡时感到凉快，而大于为928W/㎡时感到冷。
【1-8】夏季在维持20℃室内工作，穿单衣感到舒适，而冬季保持在22℃的室内工作时，为什么必须穿绒衣才觉得舒服？
回答：首先，冬季和夏季的最大区别是室外温度不同。夏季室外温度比室内温度高，因此通过墙壁的热量传递方向是由室外传向室内。而冬季室外气温比室内气温低，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。根据上题人体对冷暖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。
【1-9】有人将一碗热稀饭置于一盆凉水中进行冷却。为使稀饭凉得更快一些，你认为他应该搅拌碗中的稀饭还是盆中的凉水？为什么？
回答：从稀饭到凉水是一个传热过程。显然，稀饭和水的换热在不搅动时属自然对流。而稀饭的换热比水要差。因此要强化传热增加散热量，应该用搅拌的方式强化稀饭侧的传热。
【1-10】电影《泰坦尼克号》里，男主人公杰克在海水里被冻死而女主人公罗丝却因躺在筏上而幸存下来。试从传热学的观点解释这一现象。
回答：杰克在海水里其身体与海水间由于自然对流交换热量，而罗丝在筏上其身体与空气之间产生自然对流。在其他条件相同时，水的自然对流强度要远大于空气，因此杰克身体由于自然对流散失能量的速度比罗丝快得多。因此杰克被冻死而罗丝却幸免于难。
【1-11】人造地球在卫星在返回地球表面时为何容易被烧毁？
回答：卫星在太空中正常运行时，其表面的热量传递方式主要依靠与太空及太阳等星体的辐射。而在卫星返回地面的过程中，由于与大气层之间的摩擦，产生大量的热量，无法及时散失，因而易被烧毁。
【1-12】 北方深秋季节的清晨，树叶叶面上常常结霜，试问树叶上、下表面的哪一面结霜？为什么？
回答：霜会结在树叶上的表面。因为清晨，上表面朝向太空，下表面朝向地面。而太空表面的温度低于摄氏零度，而地球表面温度一般在零度以上。由于相对树叶下表面来说，其上表面需要向太空辐射更多的能量，所以树叶下表面温度较高，而上表面温度较低且可能低于零度，因而容易结霜。
【1-13】窗玻璃对红外线几乎不透明，但为什么隔着玻璃晒太阳却使人感到暖和？
回答：窗玻璃对红外线不透明，但对可见光却是透明的，因而隔着玻璃晒太阳，太阳光可以穿过玻璃进入室内，而室内物体发出的红外线却被阻隔在窗内，因而房间内温度越来越高，因而感到暖和。
【1-14】在太阳系中地球和火星距太阳的距离相差不大，但为什么火星表面温度昼夜变化却比地球要大得多？
回答：由于火星附近没有大气层，因而在白天，太阳辐射时火星表现温度很高，而在夜间，没有大气层的火星与温度接近于绝对零度的太空进行辐射换热，因而表面温度很低。而地球附近由于大气层（主要成份是CO 2和水蒸气）的辐射作用，夜间天空温度比太空高，白天大气层又会吸收一部分来自太阳的辐射能量，因而昼夜温差较小。
【1-15】在冬季的晴天，白天和晚上空气温度相同，但白天感觉暖和，晚上却感觉冷。试解释这种现象。
回答：白天和晚上人体向空气传递的热量相同，且均要向温度很低的太空辐射热量。但白天和晚上的差别在于：白天可以吸收来自太阳的辐射能量，而晚上却不能。因而晚上感觉会更冷一些。
习 题
【例题0-3】一单层玻璃，高1.2 m ，宽1.5m ，玻璃厚3mm ，玻璃的导热系数为λ=0.5W/(m·K)，室内外的空气温度分别为20℃和5℃，室内外空气与玻璃窗之间的对流换热系数分别为h 1=5.5W/( m 2·K)和h 2=20W/( m 2·K)，试求玻璃窗的散热损失及玻璃的导热热阻、两侧的对流换热热阻。
解： 12
21225563/1110.00315.50.520
f f t t q W m h h δλ--===++++ 1.5 1.263113.5Aq W Φ==??=
11110.101/1.2 1.5 5.5R K W Ah =
==?? 0.0030.0033/1.2 1.50.5
R K W A δδλ===??
22110.0278/1.2 1.520
R K W Ah ===?? 【例题0-4】已知钢板、水垢及灰垢的导热系数各为46.4W/(m ·K)、1.16 W/(m ·K)及0.116 W/(m ·K)，试比较厚度为1mm 钢板、水垢及灰垢的面积热阻。
解：钢板 3
52A 110 2.1610/46.4/()
R m K W W m K --?==??? 水垢 3
42A 1108.6210/1.16/()
R m K W W m K --?==??? 灰垢 3
32A 1108.6210/0.116/()
R m K W W m K --?==??? 由此可见，1mm 后水垢的热阻相当于40mm 厚钢板的热阻，而1mm 后灰垢的热阻相当于400mm 厚钢板的热阻。因此在换热器的运行过程中尽量保持换热器表面的干净是十分重要的。
【0-5】有一个氟利昂冷凝器，管内有冷却水流过，表面对流换热系数为h 1=8800W/( m 2·K)，管外是氟利昂凝结，表面传热系数h 2=1800W/( m 2·K)，管壁厚为δ=1.5mm ，导热系数为λ=380W/(m·K)，试计算三个环节的热阻和总传热热阻，欲增强换热应从哪个环节入手。（将管壁做平壁处理）。
解：三个环节的面积热阻分别如下：
水侧的换热热阻： 422111 1.1410/8800/()
m K W h W m K -==??? 管壁的导热热阻： 621.5 3.9510/380/()
mm m K W W m K δλ-==??? 蒸汽凝结热阻： 422211 5.5610/1800/()
m K W h W m K -==??? 冷凝器的总传热系数为： 12
426242211111.1410/ 3.9510/ 5.5610/1484/()k h h m K W m K W m K W
W m K δλ---=++=
??+??+??=? 三个环节的热阻比例分别为16.9%、0.6%、82.5%。故蒸汽侧的热阻占主要部分，应从这一环节入手增
【0-6】一房屋的外墙为混凝土，其厚度为δ=150mm ，混凝土的热导率为λ=1.5W/(m·℃)，冬季室外空气温度为t f2=-10℃，有风天和墙壁之间的表面传热系数为α2=20W/( m 2·℃)，室内空气的温度为t f1=25℃，和墙壁之间的表面传热系数为α1=5W/( m 2·℃)，假设墙壁及两侧的空气温度及表面传热系数都不随时间变化，求单位面积墙壁的散热损失及内外墙壁面的温度t W1和t W2。
解：通过墙壁的热流密度，即单位面积墙壁的散热损失为：
12
12
222
1125(10)10.1515/() 1.5/()20/()100/f f t t q h h K m W m K W m K W m K W m δλ-=++--=
++???= 根据牛顿冷却公式，对于内、外墙与空气之间的对流换热
111()f W q h t t =-
222()W f q h t t =-
于是可求得
1111125-10055
W f t t q h =-=?=℃ 2221110100520
W f t t q h =+=-+?=-℃ 分析本例题中三个环节的热阻可以发现，由于自然对流表面传热系数小，热阻大，总的传热温差
[25-(-10)=35℃]中，室内自然对流所占温差最大，为20℃，墙壁的导热温差次之，为10℃，室外的强制对流热阻最小，所需温差也最小，为5℃。
【0-7】一根水平放置的蒸汽管道，其保温层外径d=583 mm ，外表面实测平均温度及空气温度分别为t W =48℃.空气温度t f =23℃，此时空气与管道外表面间的自然对流换热的表面传热系数α=3.42 W /(m 2·℃), 保温层外表面的发射率ε=0.9。
试求：（1）此管道的散热必须考虑哪些热量传递方式；
（2）计算每米长度管道的总散热量。
解：（1）此管道的散热有辐射换热和自然对流换热两种方式。
（2）把管道每米长度上的散热量记为q l,c ，当仅考虑自然对流时，单位长度上的自然对流散热量为：
,2()
3.140.583 3.42/()(4823)156.5/l c W f q dh t dh t t m W m W m
ππ=?=-=????-=℃℃℃
每米长度管子上的辐射换热量为：
44,128244444()
3.140.583 5.6710/()0.9[(48273)(23273)]27
4.7/l r q d T T m W m K K K W m
πσε-=-=??????+-+=
于是每米长度管道上的总散热量为
,,156.5/274.7/431.2/l l c l r q q q W m W m W m =+=+=
讨论： 计算结果表明， 对于表面温度为几上几十摄氏度的一类表面的散热问题， 自然对流散热量与辐射具有相同的数量级，必须同时予以考虑。
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。
第一章 绪 论 从现代化楼宇的暖通空调到自然界风霜雪雨的形成，从航天飞机重返大气层到电子元器件的有效冷却，从一年四季人们穿着的变化等等，无不与热能的传递过程紧密相关。 传热学（heat transfer ）是研究由温差（temperature difference ）引起的热能传递规律的科学。主要是指单位时间内所传递的热量与物体中相应的温度差之间的关系。凡是有温差的地方就存在热量传递，自然界中温差无处不在，无时不有，因而热量传递就是自然界和生产技术领域中一种普遍存在的现象。 1-1热量传递的基本方式 自然界的热量传递有三种方式，他们是热传导、热对流和热辐射。所有的热量传递过程都是以这三种方式进行的。一个实际的热量传递过程可以是以其中的一种热量传递方式进行的，但多数情况下都是以两种或三种方式进行的。 1.热传导 热传导（heat conduction ）简称导热，是在物体内部或者相互接触的物体表面之间，由于分子、原子及自由电子等微观粒子的热运动而产生的热量传递现象。例如：手握金属棒的一端，将另一端伸进灼热的火炉，就会有热量通过金属棒传到手掌，这种热量传递现象就是通过导热引起的。 当物体内部存在温度梯度时，热量就会通过热传导从温度高的区域传递到温度低的区域。 首先引入两个概念，热流量和热流密度： 在传热学中，单位时间传递的热量称为热流量，用Φ表示，单位是W 。 单位时间通过单位面积的热流量称为热流密度，用q 表示，单位是W/m 2。 实验证实，平壁一维稳态导热的热流量与平壁的面积A 及两侧的温差t W1-t W2成正比，与平壁的厚度成反比，并与平壁的导热性能有关，可表示为： 12 W W t t A λδ-Φ= （1-1） 式中的比例系数λ为材料的导热率，成为导热系数。单位是W/(m·K)，其数值大小反映了材料的导热能力，热导率（导热系数）越大，材料的导热能力越强。材料的导热系数一般由实验测得，接下来将进一步讨论。 借鉴电学中欧姆定律表达式的形式（电流=电位差/电阻），热流量的式子可以写成“热流=温度差/热阻”的形式。 1212W W W W t t t t R A λ δ λ--Φ== （1-1a ） 式（1-1a ）中A δλ 称为平壁的导热热阻，K/W 。平壁厚度愈大，导热热阻越大；导热材料的导热系数越大，导热热阻越小。热阻是一个重要的概念，表示物体对热量传递的阻力，热阻越小，传热越强。 通过平壁一维稳态导热的热流密度为： 1212W W W W t t t t q A λδδ λ --Φ=== （1-2） 式中δλ 称为单位面积平壁的导热热阻，简称面积热阻，单位是m 2·K/W 。 【例题1-1】三块分别由纯铜、碳钢和硅藻土砖制成的大平板，它们的厚度都为δ=50mm ，两侧表面的温差都是Δt =t W1-t W2=100℃不变，试求通过平板的热流密度，纯铜、碳钢和硅藻土砖的导热系数分别为λ1=398W/(m·K)，λ2=40W/(m·K)，λ3=0.242W/(m·K)。 解：这是通过大平板的一维稳态导热问题，根据公式
绪论 §1-1 “三个W” §1-2 热量传递的三种基本方式 §1-3 传热过程和传热系数 要求：通过本章的学习，读者应对热量传递的三种基本方式、传热过程及热阻的概念有所了解，并能进行简单的计算，能对工程实际中简单的传热问题进行分析（有哪些热量传递方式和环节）。作为绪论，本章对全书的主要内容作了初步概括但没有深化，具体更深入的讨论在随后的章节中体现。 本章重点： 1.传热学研究的基本问题 物体内部温度分布的计算方法 热量的传递速率 增强或削弱热传递速率的方法 2.热量传递的三种基本方式 (1).导热：依靠微观粒子的热运动而产生的热量传递。传热学重点研究的是在宏观温差作用下所发生的热量传递。 傅立叶导热公式： (2).对流换热：当流体流过物体表面时所发生的热量传递过程。 牛顿冷却公式： (3).辐射换热：任何一个处于绝对零度以上的物体都具有发射热辐射和吸收热辐射的能力，辐射换热就是这两个过程共同作用的结果。由于电磁波只能直线传播，所以只有两个物体相互看得见的部分才能发生辐射换热。 黑体热辐射公式： 实际物体热辐射： 3.传热过程及传热系数：热量从固壁一侧的流体通过固壁传向另一侧流体的过程。 最简单的传热过程由三个环节串联组成。 4.传热学研究的基础 傅立叶定律 能量守恒定律+ 牛顿冷却公式 + 质量动量守恒定律 四次方定律 本章难点 1.对三种传热形式关系的理解 各种方式热量传递的机理不同，但却可以（串联或并联）同时存在于一个传热现象中。 2.热阻概念的理解 严格讲热阻只适用于一维热量传递过程，且在传递过程中热量不能有任何形式的损耗。思考题： 1.冬天经太阳晒过的棉被盖起来很暖和，经过拍打以后，效果更加明显。为什么？ 2.试分析室内暖气片的散热过程。 3.冬天住在新建的居民楼比住旧楼房感觉更冷。试用传热学观点解释原因。 4.从教材表1-1给出的几种h数值，你可以得到什么结论？
传热学习题_建工版V 0-14 一大平板，高3m ，宽2m ，厚，导热系数为45W/, 两侧表面温度分别为 w1t 150C =?及w1t 285C =? ，试求热流密度计热流量。 解：根据付立叶定律热流密度为： 2 w2w121t t 285150q gradt=-4530375(w/m )x x 0.2λλ??--??=-=-=- ? ?-???? 负号表示传热方向与x 轴的方向相反。 通过整个导热面的热流量为： q A 30375(32)182250(W)Φ=?=-??= 0-15 空气在一根内经50mm ，长米的管子内流动并被加热，已知空气的平均温度为85℃，管壁对空气的h=73(W/m 2.k)，热流密度q=5110w/ m 2, 是确定管壁温度及热流量?。 解：热流量 qA=q(dl)=5110(3.140.05 2.5) =2005.675(W) πΦ=?? 又根据牛顿冷却公式 w f hA t=h A(t t )qA Φ=??-= 管内壁温度为：
w f q5110 t t85155(C) h73 =+=+=? 1-1．按20℃时，铜、碳钢（%C）、铝和黄铜导热系数的大小，排列它们的顺序；隔热保温材料导热系数的数值最大为多少列举膨胀珍珠岩散料、矿渣棉和软泡沫塑料导热系数的数值。 解： (1)由附录7可知，在温度为20℃的情况下， λ铜=398 W/(m·K)，λ碳钢＝36W/(m·K)， λ铝＝237W/(m·K)，λ黄铜＝109W/(m·K). 所以,按导热系数大小排列为: λ铜>λ铝>λ黄铜>λ钢 (2) 隔热保温材料定义为导热系数最大不超过 W/(m·K). (3) 由附录8得知，当材料的平均温度为20℃时的导热系数为: 膨胀珍珠岩散料:λ=+ W/(m·K) =+×20= W/(m·K); 矿渣棉: λ=+ W/(m·K) =+×20= W/(m·K);
绪 论 一、概念 1．传热学：研究热量传递规律的科学。 2．热量传递的基本方式：热传导、热对流、热辐射。 3．热传导(导热)：物体的各部分之间不发生相对位移、依靠微观粒子的热运动产生的热量传递现象。（纯粹的导热只能发生在不透明的固体之中。） 4．热流密度：通过单位面积的热流量(W ／m 2)。 5．热对流：由于流体各部分之间发生相对位移而产生的热量传递现象。热对流只发生在流体之中，并伴随有导热现象。 6．自然对流：由于流体密度差引起的相对运功c 7．强制对流：出于机械作用或其他压差作用引起的相对运动。 8．对流换热：流体流过固体壁面时，由于对流和导热的联合作用，使流体与固体壁面间产生热量传递的过程。 9．辐射：物体通过电磁波传播能量的方式。 10．热辐射：由于热的原因，物体的内能转变成电磁波的能量而进行的辐射过程。 11．辐射换热：不直接接触的物体之间，出于各自辐射与吸收的综合结果所产生的热量传递现象。 12．传热过程；热流体通过固体壁而将热量传给另一侧冷流体的过程。 13．传热系数：表征传热过程强烈程度的标尺，数值上等于冷热流体温差1时所产生的热流密度)/(2k m W ?。 14．单位面积上的传热热阻：k R k 1= 单位面积上的导热热阻：λ δλ=R 。 单位面积上的对流换热热阻：h R 1= λ 对比串联热阻大小就可以找到强化传热的主要环节。 15．导热系数λ 是表征材料导热性能优劣的系数，是一种物性参数，不同材料的导热系数的数值不同，即使是同一种材料，其值还与温度等参数有关。对于各向异性的材料，还与方向有关。 常温下部分物质导热系数：银：427；纯铜：398；纯铝：236；普通钢：30-50；水：0.599；空气：0.0259；保温材料：<0.14；水垢：1-3；烟垢：0.1-0.3。
绪论 一、名词解释 热流量：单位时间通过某一面积所传递的热量，单位：W 热流密度：单位时间通过单位面积的热流量(W／m2 对流换热：流体流过固体壁面时，流体与固体壁面间产生热量传递的过程 传热过程：热流体通过固体壁而将热量传给另一侧冷流体的过程 二、解答题和分析题 1、热能、热量、热流量与热流密度有何联系与区别？ 答：热能：物质所具有的内动能(广延量，物质的微观运动属性。单位：焦耳J。 热量Q：系统与外界依靠温差传递的能量(过程量。单位：焦耳J。 热流（量）φ：单位时间通过某一面积所传递的热量。单位：瓦特w 。 热流密度q：通过单位传热面上的热流量。单位：W／m2。 相互关系：其中是时间 2、描述导热、对流换热及辐射换热三种传递方式之间的联系与区别。 或（热量的传递有哪三种基本方式？试用简练的语言说明这三种热传递方式之间的联系和区别。）。 答：热量传递的三种基本方式为：热传导、热对流和热辐射。 1）导热和热对流的区别在于：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；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所导致的热量传递过程 2）导热和热对流的联系是：在发生热对流的同时必然伴随有导热。这两种热量传递方式，只有在物质存在的条件下才能实现， 3）热辐射指由于热的原因而发出辐射能的现象，热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。 注意：若考试是“对流换热”则把“热对流”的定义换成“对流换热”
3、“热对流”与“对流换热”是否为同一现象?对流换热是否属于基本的传热方式? 答：热对流与对流换热是两个不同的概念．属于不同现象，其区别为： 1）热对流是由于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所导致的热量传递过程。由于流体质点间的紧密接触，热对流也同时伴随有导热现象； 2）而对流换热必然具有流体与固体壁面间的相对运动，工程中流体与温度不同的固体壁面因相对运动而发生的传热过程称为对流换热；对流换热是导热和热对流这两种基本传热方式的综合作用 4、导热系数、表面换热系数及传热系数的单位分别是什么？哪些是物性参数，哪些与过程有关？ 答：导热系数是表征材料导热性能优劣的系数，是一种物性参数，不同材料的导热系数的数值不同，即使是同一种材料，其值还与温度等参数有关。单位 表面换热系数不是物性参数，它与流体物性参数、流动状态、换热表面的形状、 大小和布置等因素都有关。单位：，是过程量。 传热系数k：表征传热过程强烈程度的标尺，数值上等于冷热流体温差1℃，传热面积为时的热流量的值。单位，不是物性参数是过程量。 5、保温瓶散热过程分析。 热量从保温瓶内的热水散失到周围环境中去的过程包括哪些环节？ 答：(1热量由热水通过自然对流换热传递到内层瓶胆的内壁； (2通过内层瓶胆的导热，热量由内层瓶胆内壁传到其外壁；
读书破万卷下笔如有神 3－15 一种火焰报警器采用低熔点的金属丝作为传热元件，当该导线受火焰或高温烟气的作??210K)W/(m?0，C，用而熔断时报警系统即被触发，一报警系统的熔点为 5003?m/7200kg?c?420J/(kg?K)00C650烟气加热，初始温度为25C，。问当它突然受到后，为在1min内发生报警讯号，导线的直径应限在多少以下？设复合换热器的表面换热系212W/(m?K)。数为解：采用集总参数法得： ?hA?)exp(????cv0?C500?，要使元件报警则0500?650hA?)exp(?? ?cv?65025，代入数据得D＝0.669mm 验证Bi数： h(V/A)hD?3?0.Bi?050.0095??10???4，故可采用集总参数法。 01 。在进行静推力试验时，温度为30C－31 一火箭发动机喷管，壁厚为9mm，出世温度为 32)Km?1950W/(0的高温燃气送于该喷管，燃气与壁面间的表面传热系数为750C。喷管材 3??m/?8400kg)?KJ/(kgk/(m?)c?560?24.6W。假设喷料的密度，，导热系数为管因直径与厚度之比较大而可视为平壁，且外侧可作绝热处理，试确定：为使喷管的最高温度不超过材料允许的温度而能允许的运行时间；1（） 在所允许的时间的终了时刻，壁面中的最大温差；2）（在上述时刻壁面中的平均温度梯度与最大温度梯度。3）（?h?0.解：Bi?7134??＝0.?769211?1000?1750???(1)0.43605 ?30?1750m??????cossin??111?ln?? ???cossin2??110?0.9993Fo?2??1． 下笔如有神读书破万卷22???c??Fo?Fo?15.5s ??1??????)1?????(2)?(????mmaxm?cos110C.9)?2931?(1000?1750)(? cos0.76921?t?th0?C/(3)59451m???????xmax?x??x??1xt1??? ?????m))cos(dx??(x? 001????x??x0?1000?293.9?17500?m C/655m?1)?32(cos?1)??(cos0.?76921 1?0.009无限长圆管 0C的空气来模拟实物中平均温度为的模型中，用20－1、在一台缩小成为实物1/860C空气的加热过程。实物中空气的平均流速为6.03m/s，问模型中的流速应为若干？若2002K)，求相应实物中的值。在这一实物中，模型与实模型中的平均表面传热系数为195W/(m物中流体的Pr数并不严格相等，你认为这样的模化试验有无实用价值？
第十章 思考题 1、 所谓双侧强化管是指管内侧与管外侧均为强化换热表面得管子。设一双侧强化管用内径 为d i 、外径为d 0的光管加工而成，试给出其总传热系数的表达式，并说明管内、外表面传热系数的计算面积。 2、 在圆管外敷设保温层与在圆管外侧设置肋片从热阻分析的角度有什么异同？在什么情 况下加保温层反而会强化其传热而肋片反而会削弱其传热？ 答：在圆管外敷设保温层和设置肋片都使表面换热热阻降低而导热热阻增加，而一般情况下保温使导热热阻增加较多，使换热热阻降低较少，使总热阻增加，起到削弱传热的效果；设置肋片使导热热阻增加较少，而换热热阻降低较多，使总热阻下降，起到强化传热的作用。但当外径小于临界直径时，增加保温层厚度反而会强化传热。理论上只有当肋化系数与肋面总效率的乘积小于1时，肋化才会削弱传热。 3、 重新讨论传热壁面为平壁时第二题中提出的问题。 答：传热壁面为平壁时，保温总是起削弱传热的作用，加肋是否起强化传热的作用还是取决于肋化系数与肋面总效率的乘积是否人于1。 4、推导顺流或逆流换热器的对数平均温差计算式时做了一些什么假设，这些假设在推导的哪些环节中加以应用？讨论对大多数间壁式换热器这些假设的适用情形。 5、对于22112211221m1q c q c q c q c q c c q m m m m m =<≥及、 三种情形，画出顺流与逆流时冷、热流体温度沿流动方向的变化曲线，注意曲线的凹向与c q m 相对大小的关系。 6、进行传热器设计时所以据的基本方程是哪些？有人认为传热单元数法不需要用到传热方程式，你同意吗？ 答：换热器设计所依据的基本方程有： 传热单元法将传热方程隐含在传热单元和效能之中。 7、在传热单元数法中有否用到推导对数平均温差时所做的基本假设，试以顺流换热器效能的计算式推导过程为例予以说明。 答：传热单元数法中也用到了推导平均温差时的基本假设，说明略o 8、什么叫换热器的设计计算，什么叫校核计算？ 答：已知流体及换热参数，设计一个新的换热器的过程叫做设计计算，对已有的换热器，根据流体参数计算其换热量和流体出口参数的过程叫做校核计算。 9、在进行换热器的校核计算时，无论采用平均温差法还是采用传热单元数法都需要假设一种介质的出口温度，为什么此时使用传热单元数法较为方便？ 答：用传热单元数法计算过程中，出口温度对传热系数的影响是通过定性温度来体现的，远没有对平均温差的影响大，所以该法用于校核计算时容易得到收敛的计算结果。 10、试用简明语言说明强化单相强制对流换热、核态沸腾及膜状凝结的基本思想。 答：无相变强制对流换热的强化思路是努力减薄边界层．强化流体的扰动与混合；核态沸腾换热的强化关键在于增加汽化核心数；膜状凝结换热强化措施是使液膜减薄和顺利排出凝结液。 11、在推导换热器效能的计算公式时在哪些环节引入了推导对数平均温差时提出的四个假设？ 习题
第三章 思考题 1. 试说明集总参数法的物理概念及数学处理的特点 答：当内外热阻之比趋于零时，影响换热的主要环节是在边界上的换热能力。而内部由于热阻很小而温度趋于均匀，以至于不需要关心温度在空间的分布，温度只是时间的函数， 数学描述上由偏微分方程转化为常微分方程、大大降低了求解难度。 2. 在用热电偶测定气流的非稳态温度场时,怎么才能改善热电偶的温度响应特性? 答：要改善热电偶的温度响应特性，即最大限度降低热电偶的时间常数hA cv c ρτ= ,形状 上要降低体面比，要选择热容小的材料，要强化热电偶表面的对流换热。 3. 试说明”无限大平板”物理概念,并举出一二个可以按无限大平板处理的非稳态导热问题 答；所谓“无限大”平板，是指其长宽尺度远大于其厚度，从边缘交换的热量可以忽略 不计，当平板两侧换热均匀时，热量只垂直于板面方向流动。如薄板两侧均匀加热或冷却、 炉墙或冷库的保温层导热等情况可以按无限大平板处理。 4. 什么叫非稳态导热的正规状态或充分发展阶段?这一阶段在物理过程及数学处理上都有 些什么特点? 答：非稳态导热过程进行到一定程度,初始温度分布的影响就会消失，虽然各点温度仍 随时间变化,但过余温度的比值已与时间无关，只是几何位置(δ/x )和边界条件(Bi 数) 的函数，亦即无量纲温度分布不变，这一阶段称为正规状况阶段或充分发展阶段。这一阶段的数学处理十分便利，温度分布计算只需取无穷级数的首项进行计算。 5. 有人认为,当非稳态导热过程经历时间很长时,采用图3-7记算所得的结果是错误的.理由 是： 这个图表明,物体中各点的过余温度的比值与几何位置及Bi 有关,而与时间无关.但当时间趋于无限大时,物体中各点的温度应趋近流体温度,所以两者是有矛盾的。你是否同意这种看法,说明你的理由。 答：我不同意这种看法，因为随着时间的推移，虽然物体中各点过余温度的比值不变 但各点温度的绝对值在无限接近。这与物体中各点温度趋近流体温度的事实并不矛盾。 6. 试说明Bi 数的物理意义。o Bi →及∞→Bi 各代表什么样的换热条件?有人认为, ∞→Bi 代表了绝热工况,你是否赞同这一观点,为什么? 答；Bi 数是物体内外热阻之比的相对值。o Bi →时说明传热热阻主要在边界，内部温度趋于均匀，可以用集总参数法进行分析求解；∞→Bi 时，说明传热热阻主要在内部，可以近似认为壁温就是流体温度。认为o Bi →代表绝热工况是不正确的，该工况是指边界热阻相对于内部热阻较大，而绝热工况下边界热阻无限大。
绪论 1．试以生活和生产实践中的例子说明导热、对流换热、辐射换热现象? 2．夏季在维持20℃内，穿单衣感到舒适，而冬季在保持同样温度的室内却必须穿绒衣， 从传热的观点分析其原因?冬季挂上窗帘布后顿觉暖和，原因又何在? 3．热对流和对流换热是否同一现象?试以实例说明。对流换热是不是基本传热方式? 4．试述暖水瓶从热水到室内的散热过程(一般瓶胆为镀银真空夹层玻璃)? 5．面积为122m 壁的总导热热阻与它单位面积上的热阻之比为多少? 6．利用式(0-1)分析，在什么条件下图0-2中平壁内的温度呈直线关系变化? 7．一燃气加热炉，炉子内壁为耐火砖，外壁为普通红砖，两种砖之间有的填充保温材料 而有的则为空气夹层，试分析这两种情况下由炉内到炉外环境的散热过程? 8．求房屋外墙的散热量q 以及它的内外表面温度1w t 和2w t 已知：δ=360mm ，室外温度2f t －10℃, 室内温度1f t =18℃，墙的λ=0.61W/m.℃，内表面换热系数1α=8.7W/m.℃， 表面2α=24.5W/m 2.℃。 9．一大平板，高3m, 宽2m ，厚0.02m ，导热系数为45W/m.℃，两侧表面温度分别为1t =1500℃,及2t =285℃，试求该板的热阻、单位面积热阻、热流通量及热流量。 10．空气在一根内径50mm,长2.5m 的管子内流动并被加热，已知空气平均温度为85℃，管壁对空气的α=73W/m.℃，热流通量q =5110W/2m 。，试确定管壁温度及热流量。 11．已知两平行平壁，壁温分别为1t =50℃，2t =20℃，辐射系数 1.2C =3.96，求每平方米的 辐射换热量W/2m 。若1t 增加到200℃，辐射换热量变化了多少? 12．燃气热水加热器传热面积为242m ，管内热水1α=5000W/m 2.℃，管外燃气 2α=85W/m.℃， ．已知燃气平均温度1f t =500℃，热水2f t =45℃，求此加热器的传热系数W/m.℃，传热量W 。分析本题的计算结果，若直接把燃气的换热系数作为传热系数，即K=45计算，误差多大?为什么?又本题中管子为厚度1mm 的铜管，是否需要考虑管壁的热阻?为什么?
第一章 绪论 热量传递过程由导热、对流、辐射3三种基本方式组成。 一 导 热 导热又称热传导，是指温度不同的物体各部分无相对位移或不同温 度的各部分直接紧密接触时，依靠物质内部分子、原子及自由电子等微观粒子的热运动而进行热量传递的现象。 1、 傅里叶公式 A t t w w δ λ 2 1-=Φ （W ） λ——导热系数，)(C m W ο?。（物理意义：单位厚度的物体具有单位温度差时，在单位时间内其单位面积上的导热量。） 2、热流密度 λ λδR t t t A q w w ?=-=Φ=21 （W/m 2） 二 热对流 热对流，依靠流体的运动，把热量从一处传递到另一处的现象。 1、 对流换热 对流换热：流体与温度不同的固体壁面接触时所发生的传热过程。 区别 2、 牛顿冷却公式 )(f w t t h q -= h ——对流换热系数，W/(m 2·)。（物理意义：流体与壁面的温差为1时，单位时间通过单位面积传递的热量。） 三 热辐射 物体表面通过电磁波（或光子）来传递热量的过程。 1、 特点 ○ 1辐射能可以通过真空自由地传播而无需任何中间介质。 ○ 2一切物体只要具有温度（高于0K ）就能持续地发射和吸收辐射能。 ○ 3不仅具有能量传递，还有能量的转换：热能——电磁波——热能。 2、 辐射换热：依靠辐射进行的热量传递过程。 3、 辐射力 物体表面每单位面积在单位时间内对外辐射的全部能量。 4 100? ? ? ??=T C E b (W/m 2) C b ——辐射系数，C b =5.67W/(m 2·K 4)。 4、 辐射量计算 ??? ? ??????? ??-??? ??=424121100100T T C q ， 四 传热过程 1、 总阻
传热学课后习题答案 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12m2，厚度为260mm，平均导热系数为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。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/(m2·K)，壁面厚，导热系数W/(m·K)，水侧表面传热系数5800 W/(m2·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； (2)h1??；(3) h2?? 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/m2。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
传热学名词解释 一、绪论 1．热流量：单位时间内所传递的热量 2．热流密度：单位传热面上的热流量 3．导热：物体各部分之间不发生相对位移时，依靠物质微粒(分子、原子或自由电子)的热运动而产生的热能传递，称为导热。 4．对流传热：流体流过固体壁时的热传递过程，就是热对流和导热联合用的热量传递过程，称为表面对流传热，简称对流传热。5．辐射传热：物体间通过热辐射而进行的热量传递，称辐射传热。6．总传热过程：热量从温度较高的流体经过固体壁传递给另一侧温度较低流体的过程，称为总传热过程，简称传热过程。 7．对流传热系数：单位时间内单位传热面当流体温度与壁面温度差为1K是的对流传热量，单位为W／(m2·K)。对流传热系数表示对流传热能力的大小。 8．辐射传热系数：单位时间内单位传热面当流体温度与壁面温度差为1K是的辐射传热量，单位为W／(m2·K)。辐射传热系数表示辐射传热能力的大小。 9．复合传热系数：单位时间内单位传热面当流体温度与壁面温度差为1K是的复合传热量，单位为W／(m2·K)。复合传热系数表示复合传热能力的大小。 10．总传热系数：总传热过程中热量传递能力的大小。数值上表 示传热温差为1K时，单位传热面积在单位时间内的传热量。
二、热传导 1．温度场：某一瞬间物体内各点温度分布的总称。一般来说，它是空间坐标和时间坐标的函数。 2．等温面(线)：由物体内温度相同的点所连成的面（或线）。 3．温度梯度：在等温面法线方向上最大温度变化率。 4．热导率：物性参数，热流密度矢量与温度降度的比值，数值上等于1 K／m的温度梯度作用下产生的热流密度。热导率是材料固有的热物理性质，表示物质导热能力的大小。 5．导温系数：材料传播温度变化能力大小的指标。 6．稳态导热：物体中各点温度不随时间而改变的导热过程。 7．非稳态导热：物体中各点温度随时间而改变的导热过程。 8．傅里叶定律：在各向同性均质的导热物体中，通过某导热面积的热流密度正比于该导热面法向温度变化率。 9．保温(隔热)材料：λ≤0.12W/(m·K)(平均温度不高于350℃时)的材料。10．肋效率：肋片实际散热量与肋片最大可能散热量之比。 11．接触热阻：材料表面由于存在一定的粗糙度使相接触的表面之间存在间隙，给导热过程带来额外热阻。 12．定解条件(单值性条件)：使微分方程获得适合某一特定问题 解的附加条件，包括初始条件和边界条件。 三、对流传热 1．速度边界层：在流场中壁面附近流速发生急剧变化的薄层。2．温度边界层：在流体温度场中壁面附近温度发生急剧变化的薄层。3．定性温度：确定换热过程中流体物性的温度。
3－15 一种火焰报警器采用低熔点的金属丝作为传热元件，当该导线受火焰或高温烟气的作 用而熔断时报警系统即被触发，一报警系统的熔点为5000 C ，)/(210K m W ?=λ， 3/7200m kg =ρ，)/(420K kg J c ?=，初始温度为250C 。问当它突然受到6500C 烟气加热 后，为在1min 内发生报警讯号，导线的直径应限在多少以下？设复合换热器的表面换热系 数为 )/(122 K m W ?。 解：采用集总参数法得： ) exp(0 τρθθcv hA -=，要使元件报警则C 0500≥τ ) ex p(65025650500τρcv hA -=--，代入数据得D ＝0.669mm 验证Bi 数： 05.0100095.04) /(3
第六章 复习题 1、什么叫做两个现象相似，它们有什么共性？ 答：指那些用相同形式并具有相同内容的微分方程式所描述的现象，如果在相应的时刻与相应的地点上与现象有关的物理量一一对于成比例，则称为两个现象相似。 凡相似的现象，都有一个十分重要的特性，即描述该现象的同名特征数（准则）对应相等。 （1） 初始条件。指非稳态问题中初始时刻的物理量分布。 （2） 边界条件。所研究系统边界上的温度（或热六密度）、速度分布等条件。 （3） 几何条件。换热表面的几何形状、位置、以及表面的粗糙度等。 （4） 物理条件。物体的种类与物性。 2．试举出工程技术中应用相似原理的两个例子． 3．当一个由若干个物理量所组成的试验数据转换成数目较少的无量纲以后，这个试验数据的性质起了什么变化？ 4．外掠单管与管内流动这两个流动现象在本质上有什么不同？ 5、对于外接管束的换热，整个管束的平均表面传热系数只有在流动方向管排数大于一定值后才与排数无关，试分析原因。 答：因后排管受到前排管尾流的影响（扰动）作用对平均表面传热系数的影响直到10排管子以上的管子才能消失。 6、试简述充分发展的管内流动与换热这一概念的含义。 答：由于流体由大空间进入管内时，管内形成的边界层由零开始发展直到管子的中心线位置，这种影响才不发生变法，同样在此时对流换热系数才不受局部对流换热系数的影响。 7、什么叫大空间自然对流换热？什么叫有限自然对流换热？这与强制对流中的外部流动和内部流动有什么异同？ 答：大空间作自然对流时，流体的冷却过程与加热过程互不影响，当其流动时形成的边界层相互干扰时，称为有限空间自然对流。 这与外部流动和内部流动的划分有类似的地方，但流动的动因不同，一个由外在因素引起的流动，一个是由流体的温度不同而引起的流动。 8．简述射流冲击传热时被冲击表面上局部表面传热系数的分布规律． 9．简述数数，数， Gr Nu Pr 的物理意义．Bi Nu 数与数有什么区别？ 10．对于新遇到的一种对流传热现象，在从参考资料中寻找换热的特征数方程时要注意什么？ 相似原理与量纲分析
传热学第五版课后习题答案(1)
传热学习题_建工版V 0-14 一大平板，高3m ，宽2m ，厚0.2m ，导热系数为45W/(m.K), 两侧表面温度分别为w1 t 150C =?及w1 t 285C =? ， 试求热流密度计热流量。 解：根据付立叶定律热流密度为： 2w2w121t t 285150q gradt=-4530375(w/m )x x 0.2λλ??--?? =-=-=- ? ?-???? 负号表示传热方向与x 轴的方向相反。 通过整个导热面的热流量为： q A 30375(32)182250(W)Φ=?=-??= 0-15 空气在一根内经50mm ，长2.5米的管子内流动并被加热，已知空气的平均温度为85℃，管壁对空气的h=73(W/m 2.k)，热流密度q=5110w/ m 2, 是确定管壁温度及热流量?。 解：热流量 qA=q(dl)=5110(3.140.05 2.5) =2005.675(W) πΦ=?? 又根据牛顿冷却公式 w f hA t=h A(t t )qA Φ=??-= 管内壁温度为： w f q 5110t t 85155(C)h 73 =+ =+=?
1-1．按20℃时，铜、碳钢（1.5%C）、铝和黄铜导热系数的大小，排列它们的顺序；隔热保温材料导热系数的数值最大为多少？列举膨胀珍珠岩散料、矿渣棉和软泡沫塑料导热系数的数值。 解： (1)由附录7可知，在温度为20℃的情况下， λ铜=398 W/(m·K)，λ碳钢＝36W/(m·K)， λ铝＝237W/(m·K)，λ黄铜＝109W/(m·K). 所以,按导热系数大小排列为: λ铜>λ铝>λ黄铜>λ钢 (2) 隔热保温材料定义为导热系数最大不超过0.12 W/(m·K). (3) 由附录8得知，当材料的平均温度为20℃时的导热系数为: 膨胀珍珠岩散料:λ=0.0424+0.000137t W/(m·K) =0.0424+0.000137×20=0.04514 W/(m·K); 矿渣棉: λ=0.0674+0.000215t W/(m·K) =0.0674+0.000215×20=0.0717 W/(m·K); 由附录7知聚乙烯泡沫塑料在常温下, λ=0.035~0.
第一篇工程热力学 第一章基本概念 一．基本概念 系统：状态参数：热力学平衡态：温度：热平衡定律：温标：准平衡过程：可逆过程：循环：可逆循环：不可逆循环： 二、习题 1．有人说，不可逆过程是无法恢复到起始状态的过程，这种说法对吗？错 2．牛顿温标,用符号°Ｎ表示其温度单位,并规定水的冰点和沸点分别为100°Ｎ和200°Ｎ，且线性分布。（1）试求牛顿温标与国际单位制中的热力学绝对温标(开尔文温标)的换算关系式；（2）绝对零度为牛顿温标上的多少度? 3．某远洋货轮的真空造水设备的真空度为0.0917ＭＰａ，而当地大气压力为0.1013MPa，当航行至另一海域，其真空度变化为0.0874MPa，而当地大气压力变化为0.097MPa。试问该真空造水设备的绝对压力有无变化? 4．如图1-1所示，一刚性绝热容器内盛有水，电流通过容器底 部的电阻丝加热水。试述按下列三种方式取系统时，系统与外界 交换的能量形式是什么。 （1）取水为系统；（2）取电阻丝、容器和水为系统；（3）取虚
线内空间为系统。 （1）不考虑水的蒸发，闭口系统。 （2）绝热系统。注：不是封闭系统，有电荷的交换 （3）绝热系统。 图1-1 5．判断下列过程中那些是不可逆的，并扼要说明不可逆原因。 （1）在大气压力为0.1013MPa时，将两块0℃的冰互相缓慢摩擦，使之化为0℃的水。 耗散效应 （2）在大气压力为0.1013MPa时，用(0＋dt)℃的热源(dt→0)给0℃的冰加热使之变为0℃的水。 可逆 （3）一定质量的空气在不导热的气缸中被活塞缓慢地压缩（不计摩擦）。可逆 （4）100℃的水和15℃的水混合。 有限温差热传递 6．如图1-2所示的一圆筒容器，表A的读 数为360kPa；表B的读数为170kPa，表示 室I压力高于室II的压力。大气压力为 760mmHg。试求: （1）真空室以及I室和II室的绝对压力；
第1章绪论 1.1 概述 1.1.1、传热学研究内容 传热学是研究热量传递规律的学科，研究热量传递的机理、规律、计算和测试方法。 热量传递过程的推动力：温差 1)物体内只要存在温差，就有热量从物体的高温部分传向低温部分； 2)物体之间存在温差时，热量就会自发的从高温物体传向低温物体。 1.1.2、传热学研究中的连续介质假设 将假定所研究的物体中的温度、密度、速度、压力等物理参数都是空间的连续函数。 1.1.3、传热学与工程热力学的关系 相同点： 传热学以热力学第一定律和第二定律为基础。 不同点 a）定义： 工程热力学：热能的性质、热能与机械能及其他形式能量之间相互转换的规律。 传热学：热量传递过程的规律。 b) 状态 工程热力学：研究平衡态； 传热学：研究过程和非平衡态
c）时间 工程热力学：不考虑热量传递过程的时间。 传热学：时间是重要参数。 1.1.4、传热学的应用 ?自然界与生产过程到处存在温差—传热很普遍 ?传热学在日常生活、生产技术领域中的应用十分广泛。 热量传递中的三类问题 ?强化传热 ?削弱传热 ?温度控制 日常生活中的例子 a 人体为恒温体。若房间里气体的温度在夏天和冬天都保持22度，那么在冬天与夏天、人在房间里所穿的衣服能否一样？为什么？ b 夏天人在同样温度（如：25度）的空气和水中的感觉不一样。为什么？ c 北方寒冷地区，建筑房屋都是双层玻璃，以利于保温。如何解释其道理？越厚越好？ d 冬天，经过在白天太阳底下晒过的棉被，晚上盖起来为什么 感到很暖和？并且经过拍打以后，为什么效果更加明显？ e 为什么水壶的提把要包上橡胶？ f 不同材质（塑料、金属）的汤匙放入热水中，哪个黄油融解更快？生产技术领域大量存在传热问题
绪论 1．设有一大平壁，面积为A ，它的一侧为温度为1f t 的热流体，另一侧为温度为2f t 的冷流体；两侧对流换热表面传热系数分别为12h h 及；壁面温度分别为12w w t t 和；壁的材料的导热系数为λ，厚度为δ，传热过程处于稳态。写出单位面积上的传热量的计算式（不考虑辐射换热）。 第一章~第四章 导热部分 1． 厚度为δ的大平壁，无内热源，λ为常数，平壁两侧表面分别维持均匀稳定的温度1w t 和2w t 。写出这一稳态导热过程的完整数学描写。 2． 上题，若λ与温度有关，其余不变，写出这一稳态导热过程的完整数学描写。 3． 1题，若壁两侧壁面均给出第三类边界条件，即已知：X =0处，流体的温度为1f t ，对流换热表面传热系数为1h ；X=δ处，流体的温度为2f t ，对流换热表面传热系数为2h ，且1f t >2f t 。写出这一稳态导热过程的完整数学描写。 4． 对第1题求解，得出温度()t f x =的关系式，并进一步写出导热量q 的关系式。 5． 厚为δ的无限大平壁，无内热源，稳态导热时，壁内温度分布情况如图所示。说明①②③三种情况下，材料导热系数0(1)bt λλ=+中，b 何时为正、为负、为零？ 6． 用一平底壶烧开水，壶底与水接触面的温度为111oC ，通过壶底的热流密度 为424002/w m ，如在壶底结一层水垢厚3mm ，1/w m C λ=??，此时水垢 层与水接触面上的温度和通过的热流密度均不变，计算： (1) 水垢层与壶底接触面上的温度； (2) 单位面积上的导热热阻。 7． 人对冷热的感觉以皮肤表面的热损失作为衡量依据。设人体脂肪层的厚度为3mm ，其内表面温度为36oC 且保持不变，冬季的某一天，气温为–15oC ，无风条件下，裸露的皮肤外表面与空气的表面传热系数为252 /()w m k ?，某一风速时，表面传热系数为652/()w m k ?，人体脂肪层的导热系数为0.2/w m k ?，确定： (1) 要使无风天的感觉与某一风速、气温–15oC 时感觉一样，则无风天气温是多少？ (2) 在同样是–15oC 的气温时，无风天和某一风速时的刮风天，人皮肤单位面积上的热损失之比是多少？（按大平壁处理）。