杨世铭《传热学》(第4版)笔记和考研真题详解 第(1-2)章【圣才出品】
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（3）关系
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①分析任何的热量传递过程都要用到热力学第一定律，即能量守恒定律；
②在研究热能从一种介质传递到另一种介质时，在两种介质的分界面上也要用到能量守
恒的原则。
4．传热学在科学技术各个领域中的应用 大致上可以归纳为三种类型的问题： （1）强化传热； （2）削弱传热； （3）温度控制。
π 2
D
L
D
(tw
tf
)
1
2
0.1
0.3
0.1
(500
300)
71.4W/m2
由此可以确定该表面的散热量为 71.4W/m2 。
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1-10 解释以下现象：某办公室由中央空调系统维持室内恒温，人们注意到尽管冬夏 两季室内都是 20℃，但感觉却不同。[东南大学 2000 研]
k
1
1
1
h1 h2
（1-8）
这个式子揭示了传热系数的构成，即它等于组成传热过程诸串联环节的1 h1 、 及
1 h2 之和的倒数。
（2）传热过程热阻
1 Ak 称为传热过程热阻，其组成为
1 11 1 Ak Ah1 A Ah2
（1-9）
传热过程热阻的组成1 Ah1 、 A 及1 Ah2 分别是各构成环节的热阻。串联热
值。它表征传热过程强烈程度。
三、综合题 1-8 对于室内安装的暖气设施，试说明从热水至室内空气的热量传递过程中，包含哪 些传热环节？[华中科技大学 2004 研] 答：传热环节包括热水与暖气内壁面的对流换热和辐射换热、暖气内壁面与外壁面之间 的导热、外壁面与室内空气的对流换热和辐射换热。
Ak tf1 tf2
（1-7）
（4）传热系数为 k，单位为 W/（m2·K）。数值上，它等于冷、热流体间温差Δt＝1oC、
传热面积 A＝1m2 时的热流量的值。
（5）传热系数大小的影响因素
①参与传热过程的两种流体的种类；
②过程本身（如流速的大小、有无相变等）。
2．传热热阻
（1）传热系数 k 的表达式
传热学不工程热力学的关系1相同点传热学不工程热力学都是研究不热现象有关的科学2丌同点工程热力学研究的是处于平衡状态的系统其中丌存在温差或者压力差而传热学则正是研究有温差存在时的热能传递规律
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第1章 绪 论
1.1 复习笔记
一、传热学的研究内容及其在科学技术和工程中的应用 1．传热学的研究内容 传热学就是研究由温差引起的热能传递规律的科学。
①自然对流传热：流体的流动是由于流体冷、热各部分的密度不同而引起的对流传热。
②强制对流传热：流体的流动是由于水泵、风机或其他压差的作用而引起的对流传热。
③沸腾传热及凝结传热：液体在热表面上沸腾及蒸汽在冷表面上凝结的对流传热问题，
分别简称为沸腾传热及凝结传热，它们是伴随有相变的对流传热。
（4）牛顿冷却公式
三个环节的热流量的表达式如下：
Ah1 tf1 tw1
A
tw1
tw2
Ah2 tw2 tf2
整理后得
（a） （b） （c）
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Atf1 tf2
1 1
h1 h2
（1-6）
也可以表示成
答：这是因为冬夏两季室外温度不同，在对流传热的作用下，导致冬夏两季墙壁的温度 是不同的。考虑辐射换热，人体与墙壁之间进行辐射换热。由于冬天的壁温较低，所以冬天
人体与墙壁之间的辐射换热量更大。所以尽管冬夏两季室内都是 20 ℃，但人的感觉是不一
样的。
1-11 解释以下现象：同样是-6℃的气温，在南京比在北京感觉要冷一些。[东南大学
（5）影响表面传热系数大小的因素
①流体的物性（λ、η、ρ、cp 等）；
②换热表面的形状、大小与布置；
③流速。
3．热辐射 （1）辐射 物体通过电磁波来传递能量的方式称为辐射。 （2）热辐射 因热的原因而发出辐射能的现象称为热辐射。 （3）辐射传热 又称辐射换热，自然界中各个物体都不停地向空间发出热辐射，同时又不断地吸收其他 物体发出的热辐射。辐射与吸收过程的综合结果就造成了以辐射方式进行的物体间的热量传 递——辐射传热。 （4）导热、对流与辐射的区别 ①导热、对流只在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； ②辐射传热不仅产生能量的转移，而且还伴随着能量形式的转换。 （5）黑体 能吸收投入到其表面上的所有热辐射能量的物体称为黑体。
阻叠加原则与电学中电阻叠加原则相对应，即：在一个串联的热量传递过程中，如果通过各
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个环节的热流量相同，则串联环节的总热阻等于各串联环节热阻之和。
1.2 名校考研真题详解
一、填空题 1-1 在热流给定的传热过程中，传热系数增加一倍，冷热流体间的温差是原来的 ______。[浙江大学 2006、2007 研] 【答案】一半
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【答案】
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【解析】热阻为100K/W 的换热环节在总热阻中占主导地位，它具有改变总热阻的最
大潜力。因此，在热阻为100K/W 的换热环节上采取强化传热措施效果最好。
1-5 自然对流换热是指______。[浙江大学 2000 研] 【答案】没有外部机械力的作用，仅仅靠流体内部温度差而使流体流动，从而产生的流 体与物体表面间的热量传递过程。 【解析】作答本题时应注意解释好自然对流和对流换热两个概念。 ①自然对流：由于流体内部存在着温度差，使得各部分流体的密度不同，温度高的流体 密度小，必然上升；温度低的流体密度大，必然下降，从而引起流体内部的流动为自然对流。 ②对流换热：流体流过一个物体表面时流体与物体表面间的热量传递过程称为对流换 热。 所以自然对流换热即指：流体的流动起因是自然对流的对流换热现象，其具体的定义即 答案。
1-9 图 1-1 所示为一半圆与一平面所组成的表面，温度保持在 500℃，周围流体的问 题为 300℃，对流换热系数 h＝1W/（m2·K），已知 D＝100mm，L＝300mm，试求出此 表面的散热量。[上海交通大学 2001 研]
图 1-1
解：根据对流传热的基本计4 / 84
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（6）斯忒藩-玻耳兹曼定律
A T 4
（1-4）
一切实际物体的辐射能力都小于同温度下的黑体。实际物体辐射热流量的计算可以采用
斯忒藩-玻耳兹曼定律的经验修正形式：
AT 4
（1-5）
三、传热过程和传热系数
二、热能传递的三种基本方式
热能的传递有三种基本方式：热传导、热对流与热辐射。
1．热传导
物体各部分之间不发生相对位移时，依靠分子、原子及自由电子等微观粒子的热运动而
产生的热能传递称为热传导，简称导热。
（1）傅里叶定律（导热基本定律）
A dt dx
（1-1）
λ比例系数，称为热导率，又称导热系数，负号表示热量传递方向与温度升高的方向相
0.1103 0.02
0.005(m2 K)/W
；
冷气流换热热阻： 1 1 0.02W/(m2 K) ； h 50
基板的导热热阻： 2 2
2 103 0.06
0.033(m2 K)/W
【答案】
【解析】设热阻为 R ，则根据传热方程式可知 t 。把 t 100℃、 10kW 代 R
入上式，可得热阻为： R 0.01K/W 。
1-4 在一维稳态传热过程中，每一个换热环节的热阻分别为 0.01K/W、5K/W、 100K/W，则热阻为______的换热环节上采取强化传热措施效果最好。[浙江大学 2006 研]
2．传热学研究中的连续介质假定 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，对于 气体，只要被研究物体的几何尺度远大于分子间的平均自由程，这种连续体的假定总是成立 的。
3．传热学与工程热力学的关系 （1）相同点 传热学与工程热力学都是研究与热现象有关的科学 （2）不同点 ①工程热力学研究的是处于平衡状态的系统，其中不存在温差或者压力差，而传热学则 正是研究有温差存在时的热能传递规律； ②根本区别反映在传热学和传热学中广泛使用的物理使用参数单位上。在热力学的各个 物理量（如焓、热力学能、熵、比热容等）中都不包含时间，而传热学的主要物理量都以时 间作为分母，即关心单位时间内能传递多少热能。
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学 2001 研]
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解：分析结合面，可知存在如下传热过程：热辐射；通过透明薄膜的热传导，薄膜与冷
气流之间的对流传热；经过基板的热传导。传热过程示意图图 1-2 所示。
图 1-2
对上述传热过程进行热阻分析。
薄膜的导热热阻为： 1 1
【解析】根据传热方程式 Akt ，在热流一定的情况下，传热系数 k 增加一倍，由 于 A 保持不变，所以冷热流体间的温差 t 是原来的一半。
1-2 锅炉炉墙外墙与大气间的换热是______。[浙江大学 2006 研] 【答案】对流换热
1-3 已知一个换热过程的温压为 100℃，热流量为 10kW，则其热阻为______。[浙江 大学 2006 研]
二、名词解释题 1-6 对流换热。[东南大学 2002 研] 答：工程上，把流体流过一个物体表面时流体与物体表面间的热量传递过程称为对流换 热。
1-7 传热系数。[东南大学 2002 研]
答：传热系数在数值上等于冷、热流体间温差 t 1℃、传热面积 A 1m2 时热流量的
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1．传热方程式
（1）传热过程
热量由壁面一侧的流体通过壁面传到另一侧流体中去的过程称为传热过程。
（2）传热过程串联着三个环节
①从热流体到壁面高温侧的热量传递；
②从壁面高温侧到壁面低温侧的热量传递，亦即穿过固体壁的导热；
③从壁面低温侧到冷流体的热量传递。
（3）热流量表达式
由于是稳态过程，通过串联着的每个环节的热流量Ф应该是相同的。设平壁表面积为 A，
（m·K）。
②不同材料的导热系数值不同，即使是同一种材料，导热系数值还与温度等因素有关。
2．热对流
（1）热对流
热对流是指由于流体的宏观运动而引起的流体各部分之间发生相对位移，冷、热流体相
互掺混所导致的热量传递过程。
（2）对流传热
流体流过一个物体表面时流体与物体表面间的热量传递过程称为对流传热。
（3）对流传热可区分为
反。Ф的单位为 W。
（2）热流量
单位时间内通过某一给定面积的热量称为热流量，记为Ф，单位为 W。
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（3）热流密度
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通过单位面积的热流量，记为 q，单位为 W/m2。
（4）导热系数
①导热系数是表征材料导热性能优劣的参数，即是一种热物性参数，其单位为 W/
2000 研]
答：本问题可以通过简单的传热模型解释。物体（无相变）在温度变化时所吸收或放出
的热量为
Q cmt
南京的空气湿度大于北京，而湿空气的比热大于干空气。由上式可知，相同质量的空气
在变化相同的温度时，南京的湿空气吸收的热量大于北京的干空气。所以同样的温度，在南
京比在北京感觉要冷。
1-12 在某产品的制造过程中，厚度为 2.0mm 基板上紧贴一层厚为 0.1mm 的透明薄 膜，薄膜表面上有一股冷气流流过，其温度为 10℃，对流换热系数为 50W/（m2·K），同时 有辐射能透过薄膜投射到薄膜与基板的结合面上，基板的另一面维持在 30℃，生产工艺要 求薄膜与基板的结合面的温度应为 60℃，试确定辐射热流密度 q 应为多大？（已知薄膜导 热系数为 0.02W/（m·K），基板的导热系数为 0.06W/（m·K）。投射到结合面上的辐射热流 全部被结合面吸收，薄膜对 60℃的热辐射不透明，而对投入辐射是完全透明的。）[浙江大
①流体被加热时 ②流体被冷却时
q htw tf
（1-2）
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q htf tw
（1-3）
式中， tw 及 tf ，分别为壁面温度和流体温度。表面传热系数（表面传热系数以前又常
称为对流换热系数）h，单位是 W/（m2·K）。
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（3）关系
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①分析任何的热量传递过程都要用到热力学第一定律，即能量守恒定律；
②在研究热能从一种介质传递到另一种介质时，在两种介质的分界面上也要用到能量守
恒的原则。
4．传热学在科学技术各个领域中的应用 大致上可以归纳为三种类型的问题： （1）强化传热； （2）削弱传热； （3）温度控制。
π 2
D
L
D
(tw
tf
)
1
2
0.1
0.3
0.1
(500
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71.4W/m2
由此可以确定该表面的散热量为 71.4W/m2 。
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1-10 解释以下现象：某办公室由中央空调系统维持室内恒温，人们注意到尽管冬夏 两季室内都是 20℃，但感觉却不同。[东南大学 2000 研]
k
1
1
1
h1 h2
（1-8）
这个式子揭示了传热系数的构成，即它等于组成传热过程诸串联环节的1 h1 、 及
1 h2 之和的倒数。
（2）传热过程热阻
1 Ak 称为传热过程热阻，其组成为
1 11 1 Ak Ah1 A Ah2
（1-9）
传热过程热阻的组成1 Ah1 、 A 及1 Ah2 分别是各构成环节的热阻。串联热
值。它表征传热过程强烈程度。
三、综合题 1-8 对于室内安装的暖气设施，试说明从热水至室内空气的热量传递过程中，包含哪 些传热环节？[华中科技大学 2004 研] 答：传热环节包括热水与暖气内壁面的对流换热和辐射换热、暖气内壁面与外壁面之间 的导热、外壁面与室内空气的对流换热和辐射换热。
Ak tf1 tf2
（1-7）
（4）传热系数为 k，单位为 W/（m2·K）。数值上，它等于冷、热流体间温差Δt＝1oC、
传热面积 A＝1m2 时的热流量的值。
（5）传热系数大小的影响因素
①参与传热过程的两种流体的种类；
②过程本身（如流速的大小、有无相变等）。
2．传热热阻
（1）传热系数 k 的表达式
传热学不工程热力学的关系1相同点传热学不工程热力学都是研究不热现象有关的科学2丌同点工程热力学研究的是处于平衡状态的系统其中丌存在温差或者压力差而传热学则正是研究有温差存在时的热能传递规律
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第1章 绪 论
1.1 复习笔记
一、传热学的研究内容及其在科学技术和工程中的应用 1．传热学的研究内容 传热学就是研究由温差引起的热能传递规律的科学。
①自然对流传热：流体的流动是由于流体冷、热各部分的密度不同而引起的对流传热。
②强制对流传热：流体的流动是由于水泵、风机或其他压差的作用而引起的对流传热。
③沸腾传热及凝结传热：液体在热表面上沸腾及蒸汽在冷表面上凝结的对流传热问题，
分别简称为沸腾传热及凝结传热，它们是伴随有相变的对流传热。
（4）牛顿冷却公式
三个环节的热流量的表达式如下：
Ah1 tf1 tw1
A
tw1
tw2
Ah2 tw2 tf2
整理后得
（a） （b） （c）
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Atf1 tf2
1 1
h1 h2
（1-6）
也可以表示成
答：这是因为冬夏两季室外温度不同，在对流传热的作用下，导致冬夏两季墙壁的温度 是不同的。考虑辐射换热，人体与墙壁之间进行辐射换热。由于冬天的壁温较低，所以冬天
人体与墙壁之间的辐射换热量更大。所以尽管冬夏两季室内都是 20 ℃，但人的感觉是不一
样的。
1-11 解释以下现象：同样是-6℃的气温，在南京比在北京感觉要冷一些。[东南大学
（5）影响表面传热系数大小的因素
①流体的物性（λ、η、ρ、cp 等）；
②换热表面的形状、大小与布置；
③流速。
3．热辐射 （1）辐射 物体通过电磁波来传递能量的方式称为辐射。 （2）热辐射 因热的原因而发出辐射能的现象称为热辐射。 （3）辐射传热 又称辐射换热，自然界中各个物体都不停地向空间发出热辐射，同时又不断地吸收其他 物体发出的热辐射。辐射与吸收过程的综合结果就造成了以辐射方式进行的物体间的热量传 递——辐射传热。 （4）导热、对流与辐射的区别 ①导热、对流只在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； ②辐射传热不仅产生能量的转移，而且还伴随着能量形式的转换。 （5）黑体 能吸收投入到其表面上的所有热辐射能量的物体称为黑体。
阻叠加原则与电学中电阻叠加原则相对应，即：在一个串联的热量传递过程中，如果通过各
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个环节的热流量相同，则串联环节的总热阻等于各串联环节热阻之和。
1.2 名校考研真题详解
一、填空题 1-1 在热流给定的传热过程中，传热系数增加一倍，冷热流体间的温差是原来的 ______。[浙江大学 2006、2007 研] 【答案】一半
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【答案】
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【解析】热阻为100K/W 的换热环节在总热阻中占主导地位，它具有改变总热阻的最
大潜力。因此，在热阻为100K/W 的换热环节上采取强化传热措施效果最好。
1-5 自然对流换热是指______。[浙江大学 2000 研] 【答案】没有外部机械力的作用，仅仅靠流体内部温度差而使流体流动，从而产生的流 体与物体表面间的热量传递过程。 【解析】作答本题时应注意解释好自然对流和对流换热两个概念。 ①自然对流：由于流体内部存在着温度差，使得各部分流体的密度不同，温度高的流体 密度小，必然上升；温度低的流体密度大，必然下降，从而引起流体内部的流动为自然对流。 ②对流换热：流体流过一个物体表面时流体与物体表面间的热量传递过程称为对流换 热。 所以自然对流换热即指：流体的流动起因是自然对流的对流换热现象，其具体的定义即 答案。
1-9 图 1-1 所示为一半圆与一平面所组成的表面，温度保持在 500℃，周围流体的问 题为 300℃，对流换热系数 h＝1W/（m2·K），已知 D＝100mm，L＝300mm，试求出此 表面的散热量。[上海交通大学 2001 研]
图 1-1
解：根据对流传热的基本计4 / 84
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（6）斯忒藩-玻耳兹曼定律
A T 4
（1-4）
一切实际物体的辐射能力都小于同温度下的黑体。实际物体辐射热流量的计算可以采用
斯忒藩-玻耳兹曼定律的经验修正形式：
AT 4
（1-5）
三、传热过程和传热系数
二、热能传递的三种基本方式
热能的传递有三种基本方式：热传导、热对流与热辐射。
1．热传导
物体各部分之间不发生相对位移时，依靠分子、原子及自由电子等微观粒子的热运动而
产生的热能传递称为热传导，简称导热。
（1）傅里叶定律（导热基本定律）
A dt dx
（1-1）
λ比例系数，称为热导率，又称导热系数，负号表示热量传递方向与温度升高的方向相
0.1103 0.02
0.005(m2 K)/W
；
冷气流换热热阻： 1 1 0.02W/(m2 K) ； h 50
基板的导热热阻： 2 2
2 103 0.06
0.033(m2 K)/W
【答案】
【解析】设热阻为 R ，则根据传热方程式可知 t 。把 t 100℃、 10kW 代 R
入上式，可得热阻为： R 0.01K/W 。
1-4 在一维稳态传热过程中，每一个换热环节的热阻分别为 0.01K/W、5K/W、 100K/W，则热阻为______的换热环节上采取强化传热措施效果最好。[浙江大学 2006 研]
2．传热学研究中的连续介质假定 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，对于 气体，只要被研究物体的几何尺度远大于分子间的平均自由程，这种连续体的假定总是成立 的。
3．传热学与工程热力学的关系 （1）相同点 传热学与工程热力学都是研究与热现象有关的科学 （2）不同点 ①工程热力学研究的是处于平衡状态的系统，其中不存在温差或者压力差，而传热学则 正是研究有温差存在时的热能传递规律； ②根本区别反映在传热学和传热学中广泛使用的物理使用参数单位上。在热力学的各个 物理量（如焓、热力学能、熵、比热容等）中都不包含时间，而传热学的主要物理量都以时 间作为分母，即关心单位时间内能传递多少热能。
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解：分析结合面，可知存在如下传热过程：热辐射；通过透明薄膜的热传导，薄膜与冷
气流之间的对流传热；经过基板的热传导。传热过程示意图图 1-2 所示。
图 1-2
对上述传热过程进行热阻分析。
薄膜的导热热阻为： 1 1
【解析】根据传热方程式 Akt ，在热流一定的情况下，传热系数 k 增加一倍，由 于 A 保持不变，所以冷热流体间的温差 t 是原来的一半。
1-2 锅炉炉墙外墙与大气间的换热是______。[浙江大学 2006 研] 【答案】对流换热
1-3 已知一个换热过程的温压为 100℃，热流量为 10kW，则其热阻为______。[浙江 大学 2006 研]
二、名词解释题 1-6 对流换热。[东南大学 2002 研] 答：工程上，把流体流过一个物体表面时流体与物体表面间的热量传递过程称为对流换 热。
1-7 传热系数。[东南大学 2002 研]
答：传热系数在数值上等于冷、热流体间温差 t 1℃、传热面积 A 1m2 时热流量的
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1．传热方程式
（1）传热过程
热量由壁面一侧的流体通过壁面传到另一侧流体中去的过程称为传热过程。
（2）传热过程串联着三个环节
①从热流体到壁面高温侧的热量传递；
②从壁面高温侧到壁面低温侧的热量传递，亦即穿过固体壁的导热；
③从壁面低温侧到冷流体的热量传递。
（3）热流量表达式
由于是稳态过程，通过串联着的每个环节的热流量Ф应该是相同的。设平壁表面积为 A，
（m·K）。
②不同材料的导热系数值不同，即使是同一种材料，导热系数值还与温度等因素有关。
2．热对流
（1）热对流
热对流是指由于流体的宏观运动而引起的流体各部分之间发生相对位移，冷、热流体相
互掺混所导致的热量传递过程。
（2）对流传热
流体流过一个物体表面时流体与物体表面间的热量传递过程称为对流传热。
（3）对流传热可区分为
反。Ф的单位为 W。
（2）热流量
单位时间内通过某一给定面积的热量称为热流量，记为Ф，单位为 W。
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（3）热流密度
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通过单位面积的热流量，记为 q，单位为 W/m2。
（4）导热系数
①导热系数是表征材料导热性能优劣的参数，即是一种热物性参数，其单位为 W/
2000 研]
答：本问题可以通过简单的传热模型解释。物体（无相变）在温度变化时所吸收或放出
的热量为
Q cmt
南京的空气湿度大于北京，而湿空气的比热大于干空气。由上式可知，相同质量的空气
在变化相同的温度时，南京的湿空气吸收的热量大于北京的干空气。所以同样的温度，在南
京比在北京感觉要冷。
1-12 在某产品的制造过程中，厚度为 2.0mm 基板上紧贴一层厚为 0.1mm 的透明薄 膜，薄膜表面上有一股冷气流流过，其温度为 10℃，对流换热系数为 50W/（m2·K），同时 有辐射能透过薄膜投射到薄膜与基板的结合面上，基板的另一面维持在 30℃，生产工艺要 求薄膜与基板的结合面的温度应为 60℃，试确定辐射热流密度 q 应为多大？（已知薄膜导 热系数为 0.02W/（m·K），基板的导热系数为 0.06W/（m·K）。投射到结合面上的辐射热流 全部被结合面吸收，薄膜对 60℃的热辐射不透明，而对投入辐射是完全透明的。）[浙江大
①流体被加热时 ②流体被冷却时
q htw tf
（1-2）
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q htf tw
（1-3）
式中， tw 及 tf ，分别为壁面温度和流体温度。表面传热系数（表面传热系数以前又常
称为对流换热系数）h，单位是 W/（m2·K）。