传热学第四版第11章
传热学 第四版 (章熙民 任泽霈 著) 中国建筑工业出版社 课后答案
令m =
h 1 = 5.2432 1/ m 且 θ = t − t g ，则 θl = θ 0 ， ch ( ml ) λδ
得到 l = 200mm ， t g = 157.07 C ， ∆t = 157.07 − 84 = 73.07 C ,
0
0
ξ=
157.07 − 84 × 100% = 46.52% 157.07
xc =
Rec ν 5 ， Rec = 5 ×10 ，最后得到 u∞
⎛5 ⎞ Nu = ⎜ C Re 4 5 − 831⎟ Pr1 3 ，又因为已知 Nu = ( 0.0359 Re 4 5 − 831) Pr1 3 ，故 ⎝4 ⎠
传热学课后题答案及相关解题性
C = 0.02872 ， Nu x ,t = 0.02872 Re x 4 5 ⋅ Pr1 3
23 题 分析 参考课本 P123 页（15）到（5-33）式。
⎛ d 2t ⎞ t = a − by + cy 2 ； y = 0, t = tw ； ⎜ 2 ⎟ = 0 ； y = δ t , t = t f 得到 ⎝ dy ⎠ w
t − tw θ y = = ，代入速度场和该温度场于能量积分方程 t f − tw θ f δ t
⎧−4ta + 2tb + 100 = 0 ⎪t − 4t + t + 500 = 0 ⎪a b c 第 7 题： ⎨ ⎪tb − 4tc + td + 500 = 0 ⎪ ⎩tc − 3td + 500 = 0
⎧ta ⎪t ⎪b ⎨ ⎪tc ⎪ ⎩td
= 133 = 216 = 240.3 = 245.8
⎞ ⎟ ， τ = 328.07 s = 5.47 min ⎠
《传热学》第四版课后习题答案
《传热学》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/；② 表面传热系数的单位是：W/；③ 传热系数的单位是：W/。
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。
传热学第四版课后习题与思考题答案_高等教育出版社
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。
《传热学》第四版课后习题问题详解
《传热学》第一章思考题1． 试用简练的语言说明导热、对流换热与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；对流如此是流体各局部之间发生宏观相对位移与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、牛顿冷却公式与斯忒藩－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与其意义。
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 －外表传热系数；w t －固体外表温度；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、外表传热系数与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外表传热系数的单位是：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“换热器热工计算的根本公式〞。
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，进展热量交换的冷、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。
传热学第四版课后习题与思考题答案高等教育出版社
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。
r dt dtq ——九——答：① 傅立叶定律：dx，其中，q —热流密度；导热系数；dx —沿x方向的温度变化率，“一”表示热量传递的方向是沿着温度降低的方向。
q = h(t w -tf)，其中，q —热流密度；h —表面传热系数；t w —固体表面温度；t f—流体的温度。
②牛顿冷却公式：4③斯忒藩—玻耳兹曼定律：q =°T，其中，q—热流密度；忘—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。
传热学第四版完整版答案
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。
解：由题意3500W/ （80℃-45℃）
又r= =(18-2)mm=16mm
W/(m .K)
1-16为了说明冬天空气的温度以及风速对人体冷暖感觉的影响，欧美国家的天气预报中普遍采用风冷温度的概念（wind-chill temperature）。风冷温度是一个当量的环境温度，当人处于静止空气的风冷温度下时其散热量与人处于实际气温、实际风速下的散热量相同。从散热计算的角度可以将人体简化为直径为25cm、高175cm、表面温度为30℃的圆柱体，试计算当表面传热系数为 时人体在温度为20℃的静止空气中的散热量。如果在一个有风的日子，表面传热系数增加到 ，人体的散热量又是多少？此时风冷温度是多少？
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。
解：一遮光罩与外界发生辐射换热及遮光罩外表与船体外表进行辐射。传热方式为（辐射）
1-7热电偶常用来测量气流温度。如附图所示，用热电偶来测量管道中高温气流的温度Tf
,壁管温度 。试分析热电偶结点的换热方式。
第四版传热学课后习题答案_杨世铭-陶文铨 带目录
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。
《传热学(第四版)》课后习题及答案
《传热学》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：，其中，－热流密度；－导热系数；－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：，其中，－热流密度；－表面传热系数；－固体表面温度；－流体的温度。
③ 斯忒藩－玻耳兹曼定律：，其中，－热流密度；－斯忒藩－玻耳兹曼常数；－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dx dt q λ-=q λdx dt)(f w t t h q -=q h w tft 4T q σ=q σT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。
第四版《传热学》课后习题答案详解
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；wt －固体表面温度；ft －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。
传热学11-12
17
• 解：在其他条件一样的情况下，热电偶节点越大， 它的温度变化一定幅度所需要吸收（或放出）的 热量越多，此时虽然节点换热表面积也有所增大， 但其增大的幅度小于体积增大的幅度。故综合来 讲，节点大的热电偶在相同的时间内吸收热量所 产生的升温要小一些。以球形节点为例，分析如 下： 球形节点半径 由 r1 增大到 r2 表面换热速率 h 4r12 h 4r22
19
3.2.3 集总参数系统的适用范围
集总参数法要求物体内部热阻忽略不计，即任一时 刻物体内温度相同。在实际应用时，要求物体中各 点过余温度的最大偏差小于5%。或者说，Bi越小， 采用集总参数法分析的结果就越接近实际情况。 如何去判定一个任意的系统是集总参数系统？
Bi
hlc
l
0.1
特征长度
V Ah(t t )
物体被冷却，φ应为负值
dt cV Ah(t t ) d
集总参数系统导热微分方程
7
方法二：根据能量守恒定律 物体与环境的对流散热量 = 物体内能的减少量
分析求解
dt hA(t t ) - Vc d
令: = t －t∞ (过余温度）
W 2 2 m hA W 1 m K Vc J s kg J 3 3 Kkg [m ] m
1 即与 的量纲相同
14
hA 若 =1 hA Vc
Vc
0
e 1 36.8% 0
温度呈指 数分布9
0
exp( Bi, Fo) 0
Bi Fo
应用集总参数法时，物体过余温度随时间的变化关 系是一条负自然指数曲线。在过程的开始阶段温度 变化很快，随后逐渐减慢。 10
传热学【第四版】课后答案
第一章 导热理论基础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。
答：铜>铝>黄铜>碳钢；隔热保温材料导热系数最大值为0.12W/（m •K ）膨胀珍珠岩散料：25℃ 60-300Kg/m 3 0.021-0.062 W/（m •K ） 矿渣棉： 30℃ 207 Kg/m 3 0.058 W/（m •K ）软泡沫塑料： 30℃ 41-162 Kg/m 3 0.043-0.056 W/（m •K ） 2. 推导导热微分方程式的已知前提条件是什么？ 答：导热物体为各向同性材料。
3．(1)m k xt /2000=∂∂ , q=-2×105(w/m 2). (2)m k xt /2000-=∂∂, q=2×105(w/m 2). 4. (1),00==x q 3109⨯==δx q w/m 2 (2) 5108.1⨯=νq w/m 35. 已知物体的热物性参数是λ、ρ和c ，无内热源，试推导圆柱坐标系的导热微分方程式。
答：2222211[()]t t t t a r r r r r zτφ∂∂∂∂∂=++∂∂∂∂∂ 6. 已知物体的热物性参数是λ、ρ和c ，无内热源，试推导球坐标系的导热微分方程式。
答：2222222111[()(sin )]sin sin t t t ta r r r r r r θτθθθθϕ∂∂∂∂∂∂=++∂∂∂∂∂∂ 7. 一半径为Ｒ的实心球，初始温度均匀并等于t 0，突然将其放入一温度恒定并等于t f 的液体槽内冷却。
已知球的热物性参数是λ、ρ和c ，球壁表面的表面传热系数为h ，试写出描写球体冷却过程的完整数学描述。
答：2201[()],0,00,0,0,,()f r R r Rt t r r R c r r r r R t t tr R h t t rλττρττλ==∂∂∂=><<∂∂∂=≤≤=∂>=-=-∂0,0dtr dr== 8. 从宇宙飞船伸出一根细长散热棒，以辐射换热将热量散发到外部空间去，已知棒的发射率（黑度）为ε，导热系数为λ，棒的长度为l ，横截面面积为f ，截面周长为Ｕ，棒根部温度为Ｔ0。
传热学第四版完整版答案
导热
1-9一砖墙的表面积为12 ，厚为260mm，平均导热系数为1.5W/（m.K）。设面向室内的表面温度为25℃，而外表面温度为-5℃，试确定次砖墙向外界散失的热量。
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。
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： ，其中， －热流密度； －导热系数； －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： ，其中， －热流密度； －表面传热系数； －固体表面温度； －流体的温度。
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。
《传热学》第四版课后习题答案
《传热学》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。
传热学11-1
Heat Transfer 11-1
例 11-2 与无限长三角通道相联 系的角系数 如图11-13所示，求该无限长三角 通道任一面对其它面的角系数，横 截面如图所示。
解：下面求解与无限长三角通道 相联系的角系数。
图 11-13
例11-2中考虑的无限长三角管
Beijing Jiaotong University
Heat Transfer 11-1
对三个表面逐个运用角系数的完整性得： F11+ F12+ F13=1 F21+ F22+ F23=1 F31+ F32+ F33=1
注意到F11 = F22 = F33 = 0 并将第一个方程乘以A1,第 二个乘以 A2,以及第三个乘以A3 得：
Heat Transfer 11-1
3) Fi → j = t离开 i表面的辐射直接落到它本身的百分数。 4) Fii = 0 对应平面或凸面 5) Fii ≠ 0 对应凹面 6) 角系数的值在0和1之间变化。
2. 角系数关系式 1) 相对性
Ai=Aj : Fji = Fij Ai≠Aj F ji ≠Fij Ai Fij = Aj Fji
Heat Transfer 11-1
11-1 角系数
不同表面间的辐射换热取决 于表面彼此取向以及它们的 辐射特性和温度。
为了说明方向对于两个表面间辐射换热的影响，我们
引入角系数的概念。它是一个单纯的几何量并与表面
性质和表面温度无关。
Beijing Jiaotong University
Heat Transfer 11-1
考虑两个温度维持在T1 和T2 的任意形状的黑体表面。
传热学第四版课后习题与思考题答案高等教育出版社
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：因为在许多任务业换热设备中，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。
传热学第四版第11章
传热学在科学技术领域中的应用
3.开发或选择有效的冷却方法，以提高发热 （受热）元件或设备的冷却效果，保障设备 的安全、经济运行
电子器件的导 热模块（TCM） 核反应堆中的 燃料棒冷却
1 D dpA 1 D dpw vx c Ax RT dx c Ax RT dx D dpw D dpw D dpw cwx Nw cwx v x RT dx RT dx RT dx c Ax 对于理想气体, 有 c Ax pw pA , cwx , RT RT cwx pw c Ax p A
11-1质扩散与斐克定律
质扩散裴克（Fick）定律及典型扩散过程
两种典型的质扩散过程
单向扩散 问题描述 但另一方面，量筒口处空气的分压力显然要大于水 面上的分压力，因而必须有空气不断地从量筒口向 量筒底部扩散，这样便会在水平面上积聚起越来越 多的空气。为了维持一个稳定的扩散过程，可以设 想一定会有一股沿水面的法线方向向上流动的混合 气流。该混合气流中夹带有空气，以补偿从量筒口 向水面的空气扩散。在量筒的任一截面上这股向上 的气流的流速应使该截面上空气的净质量交换率 （空气向下的扩散与补偿气流向上夹带的空气之差） 为零
11-1质扩散与斐克定律
质扩散裴克（Fick）定律及典型扩散过程
两种典型的质扩散过程
等摩尔逆向扩散 稳态扩散时，等摩尔逆向扩散系数DAB与DBA间的关 系 稳态时整个扩散系统的总压力为常数：
dpA dpB p0 p A pB const 0 dx dx dcA DAB dpA DBA dpB N A DAB , NB dx RT dx RT dx 因N A N B , 得 : DAB DBA D
传热学第十一章
传热学第⼗⼀章11. 传热过程分析与换热器计算11.1 知识结构1．传热系数k （平壁，圆桶壁，肋壁）； 2．热绝缘临界直径；3．肋壁传热（肋化系数β，肋效率ηf ，肋⾯总效率ηo ）； 4．平均温压Δt m ；5．换热器计算（设计、校核）（平均温压法、ε-NTU 法）； 6．污垢热阻，传热过程分热阻的威尔逊图解法； 7．换热器的型式与特点； 8．传热的强化与削弱。
11.2 重点内容剖析11.2.1 传热过程分析与计算⼀. 传热计算公式与传热系数传热量计算公式： ()k f f f f f f R t t kAt t t t kA 2121211-=-=-=Φ (11-1) 式中：k(传热系数)——传热强弱的度量参数，数值上等于单位传热温差作⽤下的热流密度。
R k ——传热过程总热阻。
1. 平壁传热热阻和传热系数A h A A h R k 2111++=λδ (11-2) 211111h h AR k k ++==λ (11-3)2. 圆筒壁传热热阻和传热系数ld h d d l l d h A h d d l A h R o o i o i i o o i o i i k ππλππλ1ln 2111ln 211++=++= (11-4)传热系数：（1）以外表⾯积为基准(l d A o o π=)oi o o i o i ok h d d d d d h A R k 1ln 2111++==λ (11-5)（2）以内表⾯积为基准(l d A i i π=)oi o i o i i ok d d h d d d h A R k 1ln 2111++==λ (11-6) 热绝缘临界直径：由圆筒壁传热热阻公式可见，对于圆管外保温，随着保温层厚度的增加，导热热阻增加，⽽外层换热热阻减⼩，总热阻的极值点外径为临界直径。
令：011212=?-=??o o o o k d l h d l d R ππλ ocr o o h d d h λλ20121==- (11-7) 由于保温材料的导热系数较⼩，临界直径⼀般很⼩，对于热⼒⼯程保温⼀般⽆须考虑。
- 1、下载文档前请自行甄别文档内容的完整性，平台不提供额外的编辑、内容补充、找答案等附加服务。
- 2、"仅部分预览"的文档,不可在线预览部分如存在完整性等问题,可反馈申请退款(可完整预览的文档不适用该条件!)。
- 3、如文档侵犯您的权益，请联系客服反馈,我们会尽快为您处理(人工客服工作时间：9:00-18:30)。
11-1质扩散与斐克定律
质扩散裴克（Fick）定律及典型扩散过程
两种典型的质扩散过程
单向扩散 问题描述 考虑如图所示的量筒底部的水层向 顶部大气的扩散过程。由于水面上 水分的蒸发，水蒸气不断地向上扩 散。此外，设在量筒口有一股极低 流速的气流不断地把水蒸气带走， 则可建立起一个稳态的扩散过程
应用实例
质量与热量同时传递的过程
干湿球温度计的质热传递现象
来流空气中水蒸气浓度的计算式
达到热平衡时,气流传给水膜的热量等于水分蒸发所消 耗的潜热,即 1 h hm w r ht t w w t t w r hm 式中r为水的潜热。 所研究的对流传质与传 热问题具有 相同的单值性条件 ， 路易斯关系式适用 ， 取n 1 / 3
11-2对流传质及表面传质系数
对流传热与传质的类比
对流换热与对流传质具有相同的单值性条件时的 关系—路易斯（Lewis）关系
n
Nu C Re m P rn , Sh C Re m Scn Nu P r Sh Sc
n
hl D D hml a
式中: hm为表面传质系数 , m / s; c A, w , A, w分别为界面处 组分A的物质的量浓度与质量 浓度, 单位分别为km ol/ m 3 和kg / m 3 ; c A, f , A, f 分别为主流中组分 A的物质的量浓度 与质量浓度, 单位分别为km ol/ m 3和kg / m 3
两种典型的质扩散过程
单向扩散 斯蒂芬（Stephan）定律的积分表达式
dpA RT N w dx pA Dp0
Dp0 1 p A2 Nw ln RT x p A1
用水蒸气的气体常数 Rw来代替摩尔气体常数 R,则 计算得到的是质量流通 量密度(单位时间内单位截 面积上所扩散的质量 ),即 Dp0 1 p A2 Mw ln 其中x x2 x1 RwT x p A1
理想混合气体第i组分物质的量浓度ci与组分的分 压力pi及温度T的关系
ci
pi RT 式中: pi为混合物中组分 i的分压力，Pa ; R为摩尔气体常数 ， R 8314103 J / m ol K
11-1质扩散与斐克定律
质扩散裴克（Fick）定律及 典型扩散过程
质扩散裴克定律
传热学在科学技术领域中的应用
3.开发或选择有效的冷却方法，以提高发热 （受热）元件或设备的冷却效果，保障设备 的安全、经济运行
电子器件的导 热模块（TCM） 核反应堆中的 燃料棒冷却
传热学
第十一章 传质学简介
课件制作人：尹华杰
11-1质扩散与斐克定律
传质学的几个概念
质量传递或传质
在含有两种或两种以上组分的流体内部，如果有浓度 梯度存在，则每一种组分都有向低浓度方向转移，以 减弱这种浓度不均匀的趋势。混合物的组分在浓度梯 度作用下由高浓度向低浓度方向的转移过程称为传质， 亦称质量传递
对流换热 对流传质
传递方式 管内强制 对流 .4
换热充分发展段，流体被加热
.8 13 Nu x 0.0292 Re 0 Pr x
Sh 0.023Re 0.83 Sc0.44 2 103 Re 3.5 104 0.6 Sc 2.5 .8 13 Shx 0.0292Re 0 Sc x
热扩散、压力扩散引起浓度扩散
11-1质扩散与斐克定律
混合物浓度的表示方法
浓度梯度是传质的一种推动力
质量浓度ρ，单位是kg/m3 物质的量浓度c，单位是kmol/m3
nA cA V nB cB V mA A V mB B V
11-1质扩散与斐克定律
混合物浓度的表示方法
11-1质扩散与斐克定律
质扩散裴克（Fick）定律及典型扩散过程
两种典型的质扩散过程
单向扩散 问题描述 由图可见，空气中的分压力梯度 在接近于水面处几乎为零。这是 因为空气在水中的溶解度几乎为 零，因而不能向水中扩散。由于 在这一过程中水面上的水蒸气不 断向空气扩散，而空气不能进入 水面，因而称为单向扩散。
A M A DAB x 式中: M A为质量通量密度 ，kg / m 2 s ；
DAB为比例系数， 称为质扩散率，m 2 / s； 下标AB表示物质A同物质B扩散； 负号表示质量通量密度 的通量指向浓度降低的 方向
11-1质扩散与斐克定律
质扩散裴克（Fick）定律及典型扩散过程
质扩散裴克定律
c A N A D AB x 式中 : N A为物质的量的通量密度 ，kg / m 2 s ；
D AB为比例系数， 称为质扩散率，m 2 / s； 下标AB表示物质A同物质B扩散； 负号表示物质的量的通 量密度的通量指向浓度 降低的方向
11-1质扩散与斐克定律
应用实例
质量与热量同时传递的过程
干湿球温度计的质热传递现象
来流空气中水蒸气浓度的计算式
在单位面积上的质交换为
M w hm w
由于水分的蒸发要吸收潜热，从而使水膜温度降低(tw 低于干球温度t∞)，气流与水膜表面间又产生了对流换 热，单位面积上的换热量为
q ht tw
11-1质扩散与斐克定律
质扩散裴克（Fick）定律及典型扩散过程
两种典型的质扩散过程
等摩尔逆向扩散 稳态扩散时，等摩尔逆向扩散系数DAB与DBA间的关 系 稳态时整个扩散系统的总压力为常数：
dpA dpB p0 p A pB const 0 dx dx dcA DAB dpA DBA dpB N A DAB , NB dx RT dx RT dx 因N A N B , 得 : DAB DBA D
传热学在科学技术领域中的应用
3.开发或选择有效的冷却方法，以提高发热（受 热）元件或设备的冷却效果，保障设备的安全、 经济运行
大型发电机冷却技术的发展过程
空气冷却 氢气冷却 水-氢冷却 双水内冷 全水内冷 蒸发冷却
20世纪30年代 <100MW 始于1937年(美国) <500MW 始于1956年(美国) 可达600MW以上 始于1958年(中国) 125kW 始于1962年(前苏联) >1000MW 尚处于研究阶段 我国已研制成功1200kVA的样机
11-1质扩散与斐克定律
质扩散裴克（Fick）定律及典型扩散过程
两种典型的质扩散过程
单向扩散 问题描述 但另一方面，量筒口处空气的分压力显然要大于水 面上的分压力，因而必须有空气不断地从量筒口向 量筒底部扩散，这样便会在水平面上积聚起越来越 多的空气。为了维持一个稳定的扩散过程，可以设 想一定会有一股沿水面的法线方向向上流动的混合 气流。该混合气流中夹带有空气，以补偿从量筒口 向水面的空气扩散。在量筒的任一截面上这股向上 的气流的流速应使该截面上空气的净质量交换率 （空气向下的扩散与补偿气流向上夹带的空气之差） 为零
Re x 5 10 5
Re x 5 105
应用实例
质量与热量同时传递的过程
干湿球温度计的质热传递现象
当一股温度为t∞、水蒸气质量浓度 为ρ∞的气流吹过湿球时同时发生着 对流传质及对流传热。首先，水蒸 气由湿球上的水膜表面进入空气流 中，水膜表面水蒸气的分压力即为 湿球温度tw下的饱和蒸汽压力。 相应的水蒸气质量浓度为ρw
1 D dpA 1 D dpw vx c Ax RT dx c Ax RT dx D dpw D dpw D dpw cwx Nw cwx v x RT dx RT dx RT dx c Ax 对于理想气体, 有 c Ax pw pA , cwx , RT RT cwx pw c Ax p A
11-1质扩散与斐克定律
质扩散裴克（Fick）定律及典型扩散过程
两种典型的质扩散过程
等摩尔逆向扩散 等摩尔逆向扩散中物质的量的通量密度计算式
DAB p A1 p A2 DAB c A1 c A2 NA RTx x 式中, p A1 , p A2分别为组分A在1,2两点 的分压, x是两点间的距离
p0 dpw D pw p A dpw D D p0 dpA Nw RT pA dx RT p0 pw dx RT p A dx
这是在裴 克定律的基础上考虑了单向扩散特点后得出的物 质的量的通量密度计算式，称为斯蒂芬定律
11-1质扩散与斐克定律
质扩散裴克（Fick）定律及典型扩散过程
1 a w t t w c p r D t t w 计算时物性参数可按 确定 2
23
复习题、习题
复习题：3 习题
传质：11-17
传热学在科学技术领域中的应用
1.选用或发展合适的换热关联式，以便有效 地设计各类热交换设备 2.利用或开发各种强化换热手段，以提高传 热效果、降低材料消耗、改进设备紧凑性
11-1质扩散与斐克定律
质扩散裴克（Fick）定律及典型扩散过程
两种典型的质扩散过程
单向扩散 问题假定 扩散过程是稳态的 系统是等温的 水面上方空间的压力p0为常数 混合气体可以作为理想气体处理
11-1质扩散与斐克定律
质扩散裴克（Fick）定律及典型扩散过程
