传热学思考题题文全文

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)1/227、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都与平壁本身的物理条件无关？30、用一条加了保温的圆管道输送低温流体，发现保温层外面有结霜，请你分析其中的原因，并说明如何改进它。

第3章《稳态导热分析与计算》思考题31、试证明，圆筒壁一维稳态导热变导热系数计算也可以和平壁时一样，取两侧表面算术平均温度下的导热系数值λm代入原公式求得导热热量。

32、参见附图，圆筒壁内侧t1 < t2，请判断壁内温度分布为两图中哪一种情况？并说明理由，设导热系数等于常数。

33、凸状轴呈对称图形，如果侧面绝热且导热系数为常数，其一维稳态温度分布呈什么？34、两端均给定第一类边界条件的肋，温度各自保持t1、t2，问其算术平均温度位于几何中心，还是偏向高温侧或偏向低温侧？为什么？（不作具体数学推导，仅通过分析来论证）35、金属材料的导热系数很高，因此用测量保温材料导热系数的平板导热仪等设备无法进行有效的测量。

主要困难在于测得的温差太小，因而误差达到无法接受的程度。

请你设计一种用肋测量金属导热系数的方案。

并论证其可行性。

36、参见教材中图3.3，导热系数和厚度均不相同的多层平壁内的温度分布为一折线。

你是否能设法将它变成一条直线？37、为什么对有内热源的导热体不能用一个单元热阻来表示？如果一定要用一个单元热阻来表示，那么与平常的画法应该有何不同？38、对单层平壁的稳态导热来说，保证一维温度场的条件是下述的哪一个？39、平壁的长、宽应该远远大于平壁的厚度；40、两侧表面的温度均匀一致；41、以上两条必须同时满足。

42、肋效率最大可能的数值等于多少？它会在什么条件（包括理想化的条件）下达到？43、试证明肋效率ηf与肋壁总效率η0之间的相对大小关系。

44、是否存在加肋以后反而使散热变小的可能？如有，请具体说明在什么情况下会出现。

45、试对等截面直肋采用如下两种方法增大传热量的效果进行分析和比较：（1）加大肋高；（2）增加肋片的数目。

46、你是否认为减小步长永远可以提高解的精度？47、有人说：“只要把等温面的法线取为坐标方向，那么根据付立叶定律，常物性一维稳态导热的温度梯度必定是一个常数”。

你认为这个说法对不对？48、从提高测量精度的角度考虑，在用热电偶测量包裹有一层保温材料的管壁外表面温度时，热电偶的引线应该如何布置？第4章《非稳态导热》思考题49、非稳态导热的集总参数解法假定物体内部的导热热阻趋近于零，即整个物体的温度随时间同步变化，升高或下降。

这个假设是否有不符合实际之处？如果有，那又为什么可以用来作为这一类问题的常用解法？50、适用集总参数方法（Bi→0）的正方体、球、扁平板和短圆柱体（假设正方体的边长、平板的厚度、球和圆柱的直径三者相等，且短圆柱的高与直径也相等），在相同的加热或冷却条件下，它们的温度变化速率是否相同？为什么？对于Bi→∞的上述形状物体，温度变化速率的相对比较又当如何？51、集总参数法的能量平衡方程（4-2-2a）式适用于加热、还是冷却？还是两者均可以？你能用虚拟内热源方法导出该方程吗？52、在对一个问题是否适用集总参数方法进行判断时，到底应该用h (V/A)/λ <0.1，还是用hδ /λ <0.1（就大平板而言）作为依据？53、有人讲“我刚买了一个灵敏度极高的测温元件（温度传感器）说明书上讲它的时间常数τc< 0.1s”，此话有道理吗？54、现有二个大平板的非稳态导热问题，一个Bi <0.1，另一个Bi>0.1，若规定不准用集总参数方法，你是否有办法解这二个问题？55、对于Bi <0.1 但是Fo <0.2的情况，集总参数法还适用吗？56、你如何理解稳态导热时温度分布与λ有关，而非稳态时却只和热扩散率a有关？57、参见教材附录图1.1，为什么海斯勒曲线在Fo>0.2范围内仍然呈折线而非直线？这是否与正规状况阶段理论相抵触？58、 有人认为“海斯勒图的辅助图（教材附录图1.2）只能用于不太长的时间, 即Fo 不可以太大。

当非稳态过程进行时间很长的时候，物体中所有各点的温度都趋于流体温度，图中的规律将变得不正确了”。

你的看法呢？59、 能否画出与现有不同的另一套“海斯勒”曲线来？该怎么画？60、 请设法证明，对 t τ = 0 非常数的情形，正规状况阶段的理论和特点是否依然存在。

61、 试通过分析（4-3-7）式，证明过余温度比只是Bi , Fo , x/δ 三者的函数。

62、 是否所有的非稳态导热问题都存在正规状况阶段？试举例说明。

63、 非稳态导热过程的极限（指时间趋于无限长）是否一定趋于稳态？64、 不少传热学教科书在讲述周期性导热现象的特征时，均给出了如附图所示的曲线，以表示温度波在半无限大物体内的传播过程。

请你根据所学的这部分内容判断，这张图是否存在什么缺陷？65、 集总参数方法对物体的形状有没有什么要求？66、 把用同一种玻璃材料制作的大小不等的球加热到一定温度后突然投入冷水中急剧冷却。

你认为是较大的球，还是较小的球更容易发生爆裂？为什么？67、 除了物性是温度的函数之外，非稳态或稳态导热节点方程出现非线性的情况还可能有哪些？第5章 《对流换热的理论基础》思考题68、 请分析外部流动对流换热计算时，局部表面传热系数hx 与平均表面传热系数 hm 之间的关系式：1d m x A t h A A =⎰ 或 211d x m x x t h x x =∆⎰ (1)成立的条件是什么？同样的式子，对Nux 和Num 是否成立？为什么？1d m x A N u N u x A =⎰ 或 211d x m x x N u N u x x =∆⎰ (2) 69、 书中（5-1-3）式： w f 1()x x A h h dA t t A A Φ==-⎰, 为什么要求表面与流体的温差必须恒定？如果不恒定会出现什么问题？ 70、 试分析牛顿冷却公式中的温度差。

71、 流动入口段长度和热入口段长度之间具有什么样的关系？72、 流体在圆管内测试段1和2 之间流动，壁面保持恒热流密度。

（a ）流动和换热均已达到充分发展；(b) 尚在入口段内。

请：(1) 就上述两种情形画出壁温和流体平均温度的沿程变化趋势；（2）若两种情况的入口平均温度及热流密度都相同，流体出口温度哪个高？壁温哪个高？为什么？73、 对于恒壁温的管内对流换热，流体沿全管长的平均温度能否写作：m w m f Δt t t ±=（其中“–”用于t w > t f ，“+”用于t w < t f ），其中流体与管壁的平均温差是m ΔΔΔln(ΔΔ)t t t t t '''-='''，且有∆t ' = t w – t f1，和 ∆t '' = t w – t f2 。