传热学实际现象应用

传热学实际现象应用

1.热传导

（1）为什么冬天晒过的棉被盖上去暖和，拍打后效果更好。

要点：导热系数小保温材料

答：棉被经过晾晒后，可使棉花空隙中进入更多的空气，而空气在狭小的棉絮空间里热量的传递方式主要是导热，由于空气的导热系数小，具有良好的保温性能，拍打后让更多的空气进入，效果明显。

（2）在夏天，20℃的室温感到舒适，而冬天同样20℃的室温感到冷。

要点：热传导，辐射换热，对流换热

答：冬夏最大的区别就是室外温度不同。夏季室外温度高，因此通过墙壁的传热方向是室外传到室内，而冬季室外气温比室内低，通过墙壁热量传递的方向是室内到室外。因此冬季墙壁表面温度低于夏季。人体在室内主要是与周围的空气发生对流换热，和墙壁发生辐射换热，人在冬季通过辐射换热与墙壁的散热比夏季高得多，因此冬季感觉到冷。

（3）用套管式温度计测量管道中流体的温度，为减小测量误差，若有铜和不锈钢两种材料，哪一种做套管较好？套管温度计安装在那个位置好？

要点：套筒式温度计

答：1.选择不锈钢。温度计套管产生误差的主要原因是由于沿肋高（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。因而要减小温度计套管的误差，要选择导热系数小的材料，增加导热热阻，故选择不锈钢。

2.安装在拐角处位置好，因为拐角处由于离心力的作用，在横截面上产生了二次环流，增加了扰动，从而强化了换热，对应的换热系数增加，从而使测温误

差减小。

（4）试解释冰箱结霜后耗电量增加。

要点：传热热阻

答：冰箱工作是先吸入处于低压常温下的制冷剂，并压缩到高温高压的蒸汽；然后制冷剂通过蛇形管冷凝器，向外界散热，制冷剂从气体变为液体；最后制冷剂通过更细的蛇形管蒸发器，由于节流作用，从液体变为气体，这个过程需要吸热。而这部分热量来自于冰箱中的食物。当冰箱结霜后，蒸发器与冷藏室中增加了传热热阻，那么如果希望冷藏室的温度保持初始温度，需要冰箱中的食物向制冷剂传递更多的能量，这就要求制冷剂的温度能够降得更低，这就要求增加压缩机的功率，增加了耗电量。

（5）何为肋效率？在设计肋片时，是否肋片越长越好？

要点：肋效率

答：肋片效率指的是肋片的实际散热量与假设整个肋片温度都与肋根温度相同时的理想散热量之比。设计的肋片越长当然能通过增加表面积来强化传热，但是同时增加了固体导热热阻，降低了肋效率。

（6）为什么玻璃测温计测温必须在测温点放置一定的时间？如果设计体温计，有哪些方法可以缩短测温的放置时间？

要点：非稳态导热、热容量越小、时间常数越小反映温度变化越快

答:1.对于玻璃测温计的分析可以简化为分析玻璃体中水银的非稳态导热问题，

由于玻璃体中水银较少，所以可以用集中参数法。根据集中参数法的分析，时间参数为：时间参数=p c v/h A,由此可知玻璃体中的物质热容量越小玻璃体的表面换热条件越好，那么温度变化越快。由于水银的热容量比较大，那么在表面换热条件一定的条件下，温度变化较慢，时间常数较大，所以玻璃温度计测量体温必须在测温点放置一段时间。

2.根据时间参数的定义可知，要缩短测温的放置时间必须从减小物质的热容量p c v和增大表面换热条件h A 以缩短测温的放置时间。

（7）解释什么叫做热电偶的热惯性？

要点：时间常数

答：热电偶是一种感温元件，是一种仪表。它直接测量温度，并把温度信号转变成热电动势信号, 通过电气仪表(二次仪表)转换成被测介质的温度。由于热接点的温度变化，在时间上总是滞后于被测介质的温度变化，热电偶这种现象称为热惯性。热电偶的时间常数越小表示热惯性越小，达到稳态的时间越短。

（8）“热得快”为什么要及时清除水垢？

要点：热阻

答：水垢的存在相当于在传热过程中串联了一个热阻，如果不及时清除水垢，要达到相同的加热效果（把水烧开）会使耗电量增加。

(9)72℃的铁和600℃的木头摸上去的感觉是一样的，为什么？

要求：导温系数a

答：人手感觉到的冷暖实质是热量传递的快慢，铁的导温系数远大于木头的。

（10）为什么住新房子感觉冷？

要点：导热系数大，散热量多。

答：由于水的导热系数远远大于空气，新房子的墙壁含水较多，所以住新房子感觉冷。

2.对流换热

（1）两地完全相同的水珠分别落在120℃和400℃的铁板上，那一滴先气化掉？为什么？

要点：沸腾曲线、核态沸腾区（温压小换热强）、膜态沸腾区

答：落在120℃的铁板上的先气化，因为120℃铁板上的水珠在核态沸腾区换热强，400℃铁板上的水珠在稳定的膜态沸腾区，热量必须要经过热阻较大的气膜，换热系数非常小，换热强度小。

（2）在烧开水的某个阶段，在锅底形成的气泡在上升过程中会逐渐消失，试解释其原因。

要点：降温冷却热胀冷缩

答：气泡在上升过程中，逐渐降温、冷却、热胀冷缩，并有气泡携带的水蒸气在低于沸点时凝结为水，气泡就会越来越小，逐渐消失。

（3）一台氟利昂冷凝器试验台再充氟利昂前没有抽成真空，试问对于冷凝器运行的传热性能有什么影响为什么？

要点：不凝结气体对于膜状凝结换热的影响

答：氟利昂在冷凝器中进行膜态凝结换热，在冲入氟利昂前没有抽成真空会使不凝结气体的成分增加。一方面降低了气液界面蒸汽的分压力，即降低了蒸汽的饱和温度，从而减小了凝结换热的驱动力t w - t s ;另一方面蒸汽在抵达液膜表面凝结前需要通过扩散的方式才能穿过不凝结气体，从而增加了传热热阻，使传热性能降低。

（4）安装空调时在充灌制冷剂之前，往往要对系统抽成真空，简述理由？

要点：不凝结气体对于膜状凝结换热的影响

答：制冷剂在空调内部要进行凝结换热，凝结传热的效果会受到不凝结气体的影响，若不将系统抽成真空，则会降低凝结传热的效果，影响空调正常工作。

（5）为了强化竖管外凝结传热，在竖管外可以隔一段距离布置一些凝结液泄出罩，试简述理由。

要点：强化凝结换热

答：采用泄出罩可以减薄凝结液膜，使已经凝结的液体尽快从凝结表面凝结表面排泄，从而减小凝结热阻强化了传热。

（6）就控制热流和控制壁温两种加热方式，说明确定临界热流密度的意义和实例。

要点：临界热流密度q m a x

答：1.对于控制热流密度的加热方式，当热流密度超过临界热流密度时，工况将沿着虚线跳至稳定的膜态沸腾线，过热度飞升，壁面温度迅速上升，导致设备烧毁。控制加热的热流密度使其不至于烧毁。实例：电加热器，冷却水加热的核反应堆。

2.对于控制壁温的加热方式，当热流密度超过临界热流密度时，可能导致膜态沸腾使相同壁温下传热量大大减小。控制壁温导致传热效率不会下降。实例：蒸发冷凝器。