传热学思考题

在有空调的房间内，夏天和冬天的室温均在20℃，夏天只需要穿衬衫，但冬天穿衬衫会感觉的冷，这是为什么？
答：那么在恒定20度（室内空气温度）的房间内，人体表面通过对流换热的方式散热量（由牛顿冷却公式计算）在冬天和夏天是一样的。

但是人体散热还有跟环境（在这里是室内墙壁）的辐射换热，应用大空间包小物体的简化模型可以计算，这个换热量与人体表面温度四次方和室内壁温四次方的差成正比，由于冬天比夏天室内壁温低，所以冬天人体辐射散热量大。

综上分析，人体总的散热量冬天比夏天多，因此冬天要比夏天多穿。

热水瓶的保温原理是什么？
答：热水瓶胆用双层玻璃做成，两层玻璃都镀上了银，好像镜子一样，能把热射线反射回去，这就断绝了热辐射的通路。

把热水瓶的两层玻璃之间抽成真空，就破坏了对流传导的条件。

热水瓶盖选用不容易传热的软木塞，隔断了对流传热的通路。

完善地把传热的三条道路都挡住了，热就可以长久地保留下来。

第二章
12，为什么导电性能好的金属导热性能也好？
答：如果从原理上来解释的话，导电快的金属电子运动更频繁和自由，因此对于运动状态的传递也就快，也就是导热快。

15 冬天，经过白天太阳晒过的棉被，晚上盖起来感到很暖和，并且经过拍打以后效果更加明显。

试解释原因。

答：晒过的被子比较蓬松，里面空隙比较大，所以空气较多，空气的导热系数比较低，所以该在身上热量不易散失
为什么冰箱要定期除霜？
答：从电冰箱的工作原理来说，任何形式的制冷系统都有可能产生结霜现象。

其主要因素在于冰箱内空气的湿度和食物的含水量。

当箱内霜层很薄时，对蒸发器的传热影响不十分明显，但霜层逐渐增厚并使整个蒸发器被霜包住后，就会严重影响蒸发器的传热能力，使箱内温度降不下来。

第四章
冬天，72℃的铁和600℃的木材摸上去的感觉是一样的，为什么？
答：因为人手感觉到的冷暖实质是热量传递的快慢，而铁的导温系数远远大于木头的导温系数。

第五章
传热系数的物理意义温差1K时，单位面积内在单位时间传递的热量
1.何谓温度场、等温面、等温线、温度梯度、热流线、热阻？
答：温度场：在任一瞬间，物体内各点温度分布的总称。

等温面：在温度场中,将温度相等的点连成面即为等温面。

等温线：等温面与任一平面的交线便是等温线。

温度梯度：在温度场中，温度在空间上改变的大小程度。

热流线：与等温线垂直，且指向温度降低的方向。

热阻：反映阻止热量传递的能力的综合参量。

2 试述热传递的三种基本方式及特征
答；热传导（气液固中进行，无宏观运动），热对流（气液中进行，有宏观运动），辐射换热（无需介质，有能量形式的转换）。

2.物体内的等温线为何不相交？热流线能否相交？
答：物体内的等温线若相交则会出现某点同时具有两个温度,故等温线不相交。

又因为热流线与等温线垂直，所以热流线有可能相交。

3、影响导热系数的因素是什么？
答：与物质的种类的关系: l值的大小：金属＞非金属固体＞液体＞气体。

与物质的温度的关系:保温材料：平均温度不高于350℃时的导热系数不大于0.12
w/(m.k)的材料称为保温材料。

与物质的湿度的关系:多孔物质的l值较小，吸水后导热系数急剧增大。

与物质的各项同性的关系:木材、石墨，它们各向不同性，因此在不同方向上导热系数差别很大。

4.冬天，棉被经过晒后拍打，为什么感觉特别暖和？
答：被晒过的棉被，轻轻拍打后，大量的空气进入棉絮空间，空气在狭小的棉絮空间内自然对流换热不容易展开，由于空气的导热系数很低
(20℃,0.101325×106 Pa时)，故能起到很好的保温作用。

5.多孔材料受潮后，其导热系数λ值如何变化？
答：多孔物质的?值较小，吸水后传热和传质方向一致，故导热系数急剧增大。

6.导温系数a愈大，则在同样的外部加热或冷却条件下物体内各处的温度差是越大还是越小？为什么？
答：越小，a说明物体被加热或冷却时其各部分温度趋于一致的能力。

a 大的物体被加热时，各处温度能较快地趋于一致。

7. 72°C的铁和600°C的木头摸上去的感觉是一样的，您知道为什么吗？
答：因为人手感觉到的冷暖实质是热量传递的快慢，而铁的导温系数远远大于木头的导温系数。

8 冷库蒸发器的表面结霜以后，会使库温如何变化？
答：温度上升，因为相当于多层平壁导热，多串联一个热阻
9.家用“热得快”上为什么必须要及时清除水垢？
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(使水烧开)，必然耗电量要增加。

10.因为地球在不断的向外发射辐射能，所以地球的气温会变得越来越低？答：同时又不断同吸收其他物体发出的热辐射。

辐射与吸收的中和效果所以地球的气温不会变得越来越低。

11.何为辐射，热辐射，辐射换热？热辐射与导热、热对流有何区别？
答：辐射：物体通过电磁波来传递能量的方式称为辐射
热辐射：当物体的温度高于绝对温度时，物体由于具有一定温度而向外放射辐射能，辐射能通过电磁波向外传播。

辐射换热：具有不同表面温度的物体之间，依靠电磁波进行的热传递过程，称为辐射换热。

热辐射不依靠任何介质在真空中传播，有能量形式的变化。

而导热热对流均需要介质。

12.为什么窗口是黑色的？
答：所示窗口是黑体模型的一个实例。

13.何谓黑体，何谓灰体，他们有何异同？
答：黑体：吸收比为1的物体，α=1的物体称为黑体, 即全部吸收半球空间所有方向及全部波长的能量。

灰体：如在所有波长下，物体的单色辐射力Eλ与同温度、同波长下绝对黑体的单色辐射力Eb,λ之比为定值，这样的物体称为“灰体”
14 受迫对流换热主要受哪些因素的影响？它们是如何影响换热的？换热系数h 的影响因素：
答：（1）流体流动的起因：强迫对流：由外力引起的流体运动，宏观运动。

自然对流：由温差引起的流体运动
在其它条件相同时，强制对流换热强度大于自然对流.
（2）换热壁面的热状态：有相变：壁温高于流体饱和温度，发生凝结,汽化,沸腾现象.
无相变：对流换热系数比有相变时小得多在其它条件相同时，无相变比有相变时换热小得多
（3）流体流动的状态：层流：无流体微团的横向脉动，法线方向为导热
过渡状态
湍流：有流体微团的横向脉动
其它条件相同时，湍流换热强度强于层流换热。

（4）换热壁面的几何因素：换热壁面的形状、大小以及相对于流动方向的位置都会引起换热
系数的变化。

水平板热面朝上大于水平板热面朝下，管内流动与外掠管。

（5）流体的热物性：导热系数l、比热容c、动力粘度m、密度r，在相同条件下，h粘大<h粘小
14.什么条件下物体吸收率等于他的黑度ε=α。

在什么情况下ε≠α，当ε≠α时，是否意味着物体的辐射违反了基尔霍夫定律？
答在热平衡条件下或者漫灰表面上
15.何谓辐射角系数？
答：从表面1发射的辐射能落在表面2上的百分数，用X1,2表示。

16.何谓有效辐射，何为投入辐射？
答：有效辐射：本身辐射和反射辐射的和。

投入辐射：单位时间内投入到单位表面积上的总辐射能
18.遮热板减少热辐射的原因原理？
答：为了有效削弱辐射换热，往往采用黑度较低的金属薄板作为遮热板每增加一块遮热板即增加了二个表面热阻和一个空间热阻，因而大大削弱了换热
20.保温瓶如何削弱了换热？
答：保温瓶内外壁间为真空，靠辐射传热，内壁涂有黑度很小的银因此吸收辐射能量很少，散热减少。

21.何谓温室的“加热效应”？
答：当太阳照射到玻璃上时，由于玻璃对波长小于2.2μm的辐射能的吸收比很小，从而使大部分太阳能可以进入到暖房．但暖房中的物体由于温度较低，其辐射能绝大部分位于波长大于3μm的红外范围内．而玻璃对于波长大于3μm的辐射能的吸收比很大，从而阻止了辐射能向暖房外的散失．
22.气体辐射和固体辐射有何区别？
答：气体辐射对特定波长具有选择性
23.从传热学角度，应该如何选择太阳能吸收器的表面材料？
答：外层对小于2.2μm的辐射能的吸收比很小，透过率较好，但是对大于3μm 的红外线吸收能力较强。

内层有较大黑度。

24.传热系数的物理意义是什么？
答：导热系数表明物体导热能力的程度，是每单位温度梯度所传导的热流密度值。

25.换热器加肋片的作用是什么？肋片应该加在哪一边？
答：为了增强传热，加肋是常采用的方式，但必须在分热阻较大的一侧，也即是h值较小的一侧加装肋片。

27.对平壁，所加保温层越厚，散热量下降，这一结论对圆管外加肋片情况是否也适用？
答：在平壁上敷设绝热层，厚度增加，传热量减少，但是圆管则可能会出现不同的情况，加厚保温层并不一定会使传热量下降。

当保温层直径等于临界热绝缘直径时，可使散热量达到最大。

小于时加保温层散热加大，
4 为什么要进行短管修正、弯曲修正和温差修正？
短管修正?利用开口效应
弯曲修正?二次环流，增大了扰动
温差修正?修正热物性质随着温差变化的影响
5、管束的顺排和叉排是如何影响换热的？
看后排管是否受到前排管尾流的影响扰动大小
Re小时，换热系数前者小
Re大时，换热系数前者大
6、流体横掠圆管束换热时的特征长度能否用当量直径de ?
不能。

沿着圆管周长方向换热系数不均匀。

30.试述顺流和逆流换热器的区别和优缺点。

答:逆流布置时△tm比顺流时大，也就是说，在同样传热量下，逆流布置可以减少传热面使换热器尺寸更为紧凑。

所以一般的换热器大都采用逆流布置，不过逆流布置也有缺点，其热流体与冷流体的最高温度都在换热器的一端，使得该处的
壁温过高，对于高温换热器如锅炉中的过热器，为了避免这个问题，有意采用顺流布置.
31.强化换热器中传热过程的措施是什么？要考虑哪些因素？
答：减少对流热阻。

改变流体流动状况从而增加扰动，破坏边界层，或者增加了湍流度；改变换热器表面状况，形状，尺寸。

32.应用热绝缘的目的是什么？
答：节约燃料；满足工程技术条件的要求；改善劳动条件。

33.对热绝缘材料的主要要求是什么？
答：通常导热系数小于0.12W/(m.K)导热性,导热系数λ值小的材料；机械性能，如抗压和抗拉强度等；不吸水性和耐高热的能力。

34.热对流与对流换热有何区别？
答：热对流：指流体微团宏观运动,从而流体各部分之间发生相对位移,冷、热流体相互掺混所引起的热量传递过程。

对流换热：特指流体经过一个物体表面时的流体与物体表面间的热量传递过程。

35.为什么自然对流的换热系数要比受迫对流时低？夏天开动风扇时人们感到凉快，你认为空气温度是升高了还是降低了？
答：强制对流流体流速大，换热系数高。

升高了。

36.受迫对流换热主要是受哪些因素的影响？他们是如何影响换热的？
答：流体的流速。

流速大换热系数答。

37.增强对流换热有哪些措施？若发现滑油冷却器温度过高，就应开大冷却阀门来加大冷却水流量，使出口的滑油温度下降，试分析这是由于改变了那些条件才取得了这一效果。

答：强制对流。

流体发生相变，湍流、热面朝上，传热性质好的流体。

提高流速，使流体产生湍流，换热系数加大。

38.速度边界层与热边界层有何区别？有何共同点？为什么速度边界层愈厚时，热边界层也愈厚？
答：速度边界层：流体在壁面附近有一薄层具有明显的速度梯度，称为速度边界层.
温度边界层：流体在壁面附近有一薄层具有明显的温度梯度，称为温度边界层，也称为热边界层。

区别：速度边界层形成于平板前缘。

热边界层形成于有温差的地方。

1、试述珠状凝结和膜状凝结的形成和特点？
答：蒸汽遇到冷的壁面冷却，冷凝液体不能湿润冷却壁面时，凝结成一个个液珠，称为珠状凝结。

冷凝液体能够湿润并在壁面上形成一层液膜，并受重力作用而向下流动，称为膜状凝结，液膜成为换热的主要热阻。

特点1.产生原因不同（液体与壁面浸润化）2.换热强度不同(珠状凝结换热系数>膜状凝结换热系数)
2 温差升高，所以热流密度升高是否正确？
答：1、对于无相变对流换热成立。

2、对于有相变对流换热不成立，如大容器沸腾曲线，温差增大，热流密度非单调增函数，其值会先降低后上升。

3 为什么冷凝器中要加装抽气装置？
答：蒸汽中含有不凝结气体，即使是极微量也会对凝结换热产生有害的影响。

例如:在一般冷凝温差下，蒸汽中的不凝气体的含量为0.2%时，换热系数会降低
20%～30%；含量为0.5%时，降低50%；含量为1 %时，换热系数将只有纯蒸汽的1/3。

46.蒸汽中含有不凝气体，为什么会影响换热强度？
答：不发生相变的气体换热系数远低于发生相变时的换热系数；增加阻力；降低饱和温度
47 木板和铝板同时放在阳光下，哪个表面温度高？为什么？
答1，两板吸收能量来说，铝板所吸收的太阳能辐射（λ<2μm）比木头高。

2、就两板自身辐射能量来说，木板和铝板的自身辐射在红外辐射区域
（λ>2μm ），根据Kirchhoff定律告诉我们α=ε，铝板向外辐射的红外能量少于木板。

根据分析，铝板从太阳吸收的热量大于木板所吸收的，并且铝板向环境释放的能量小于木头的。

所以铝板温度高于木板11.何为辐射，热辐射，辐射换热？热辐射与导热、热对流有何区别？
答：辐射：物体通过电磁波来传递能量的方式称为辐射
热辐射：当物体的温度高于绝对温度时，物体由于具有一定温度而向外放射辐射能，辐射能通过电磁波向外传播。

辐射换热：具有不同表面温度的物体之间，依靠电磁波进行的热传递过程，称为辐射换热。

热辐射不依靠任何介质在真空中传播，有能量形式的变化。

而导热热对流均需要介质。

12.为什么窗口是黑色的？
答：所示窗口是黑体模型的一个实例。

13.何谓黑体，何谓灰体，他们有何异同？
答：黑体：吸收比为1的物体，α=1的物体称为黑体, 即全部吸收半球空间所有方向及全部波长的能量。

灰体：如在所有波长下，物体的单色辐射力Eλ与同温度、同波长下绝对黑体的单色辐射力Eb,λ之比为定值，这样的物体称为“灰体”
14 受迫对流换热主要受哪些因素的影响？它们是如何影响换热的？换热系数h 的影响因素：
答：（1）流体流动的起因：强迫对流：由外力引起的流体运动，宏观运动。

自然对流：由温差引起的流体运动
在其它条件相同时，强制对流换热强度大于自然对流.
（2）换热壁面的热状态：有相变：壁温高于流体饱和温度，发生凝结,汽化,沸腾现象.
无相变：对流换热系数比有相变时小得多在其它条件相同时，无相变比有相变时换热小得多
（3）流体流动的状态：层流：无流体微团的横向脉动，法线方向为导热
过渡状态
湍流：有流体微团的横向脉动
其它条件相同时，湍流换热强度强于层流换热。

（4）换热壁面的几何因素：换热壁面的形状、大小以及相对于流动方向的位置都会引起换热
系数的变化。

水平板热面朝上大于水平板热面朝下，管内流动与外掠管。

（5）流体的热物性：导热系数l、比热容c、动力粘度m、密度r，在相同条件下，h粘大<h粘小
14.什么条件下物体吸收率等于他的黑度ε=α。

在什么情况下ε≠α，当ε≠α时，是否意味着物体的辐射违反了基尔霍夫定律？
答在热平衡条件下或者漫灰表面上
15.何谓辐射角系数？
答：从表面1发射的辐射能落在表面2上的百分数，用X1,2表示。

16.何谓有效辐射，何为投入辐射？
答：有效辐射：本身辐射和反射辐射的和。

投入辐射：单位时间内投入到单位表面积上的总辐射能
18.遮热板减少热辐射的原因原理？
答：为了有效削弱辐射换热，往往采用黑度较低的金属薄板作为遮热板每增加一块遮热板即增加了二个表面热阻和一个空间热阻，因而大大削弱了换热20.保温瓶如何削弱了换热？
答：保温瓶内外壁间为真空，靠辐射传热，内壁涂有黑度很小的银因此吸收辐射能量很少，散热减少。

21.何谓温室的“加热效应”？
答：当太阳照射到玻璃上时，由于玻璃对波长小于2.2μm的辐射能的吸收比很小，从而使大部分太阳能可以进入到暖房．但暖房中的物体由于温度较低，其辐射能绝大部分位于波长大于3μm的红外范围内．而玻璃对于波长大于3μm的辐射能的吸收比很大，从而阻止了辐射能向暖房外的散失．
22.气体辐射和固体辐射有何区别？
答：气体辐射对特定波长具有选择性
23.从传热学角度，应该如何选择太阳能吸收器的表面材料？
答：外层对小于2.2μm的辐射能的吸收比很小，透过率较好，但是对大于3μm 的红外线吸收能力较强。

内层有较大黑度。

24.传热系数的物理意义是什么？
答：导热系数表明物体导热能力的程度，是每单位温度梯度所传导的热流密度值。

25.换热器加肋片的作用是什么？肋片应该加在哪一边？
答：为了增强传热，加肋是常采用的方式，但必须在分热阻较大的一侧，也即是h值较小的一侧加装肋片。

27.对平壁，所加保温层越厚，散热量下降，这一结论对圆管外加肋片情况是否也适用？
答：在平壁上敷设绝热层，厚度增加，传热量减少，但是圆管则可能会出现不同的情况，加厚保温层并不一定会使传热量下降。

当保温层直径等于临界热绝缘直径时，可使散热量达到最大。

小于时加保温层散热加大，
4 为什么要进行短管修正、弯曲修正和温差修正？
短管修正?利用开口效应
弯曲修正?二次环流，增大了扰动
温差修正?修正热物性质随着温差变化的影响
5、管束的顺排和叉排是如何影响换热的？
看后排管是否受到前排管尾流的影响扰动大小
Re小时，换热系数前者小
Re大时，换热系数前者大
6、流体横掠圆管束换热时的特征长度能否用当量直径de ?
不能。

沿着圆管周长方向换热系数不均匀。

30.试述顺流和逆流换热器的区别和优缺点。

答:逆流布置时△tm比顺流时大，也就是说，在同样传热量下，逆流布置可以减少传热面使换热器尺寸更为紧凑。

所以一般的换热器大都采用逆流布置，不过逆流布置也有缺点，其热流体与冷流体的最高温度都在换热器的一端，使得该处的壁温过高，对于高温换热器如锅炉中的过热器，为了避免这个问题，有意采用顺流布置.
31.强化换热器中传热过程的措施是什么？要考虑哪些因素？
答：减少对流热阻。

改变流体流动状况从而增加扰动，破坏边界层，或者增加了湍流度；改变换热器表面状况，形状，尺寸。

32.应用热绝缘的目的是什么？
答：节约燃料；满足工程技术条件的要求；改善劳动条件。

33.对热绝缘材料的主要要求是什么？
答：通常导热系数小于0.12W/(m.K)导热性,导热系数λ值小的材料；机械性能，如抗压和抗拉强度等；不吸水性和耐高热的能力。

34.热对流与对流换热有何区别？
答：热对流：指流体微团宏观运动,从而流体各部分之间发生相对位移,冷、热流体相互掺混所引起的热量传递过程。

对流换热：特指流体经过一个物体表面时的流体与物体表面间的热量传递过程。

35.为什么自然对流的换热系数要比受迫对流时低？夏天开动风扇时人们感到凉快，你认为空气温度是升高了还是降低了？
答：强制对流流体流速大，换热系数高。

升高了。

36.受迫对流换热主要是受哪些因素的影响？他们是如何影响换热的？
答：流体的流速。

流速大换热系数答。

37.增强对流换热有哪些措施？若发现滑油冷却器温度过高，就应开大冷却阀门来加大冷却水流量，使出口的滑油温度下降，试分析这是由于改变了那些条件才取得了这一效果。

答：强制对流。

流体发生相变，湍流、热面朝上，传热性质好的流体。

提高流速，使流体产生湍流，换热系数加大。

38.速度边界层与热边界层有何区别？有何共同点？为什么速度边界层愈厚时，热边界层也愈厚？
答：速度边界层：流体在壁面附近有一薄层具有明显的速度梯度，称为速度边界层.
温度边界层：流体在壁面附近有一薄层具有明显的温度梯度，称为温度边界层，也称为热边界层。

区别：速度边界层形成于平板前缘。

热边界层形成于有温差的地方。

1、试述珠状凝结和膜状凝结的形成和特点？
答：蒸汽遇到冷的壁面冷却，冷凝液体不能湿润冷却壁面时，凝结成一个个液珠，称为珠状凝结。

冷凝液体能够湿润并在壁面上形成一层液膜，并受重力作用而向下流动，称为膜状凝结，液膜成为换热的主要热阻。

特点1.产生原因不同（液体与壁面浸润化）2.换热强度不同(珠状凝结换热系数>膜状凝结换热系数)
2 温差升高，所以热流密度升高是否正确？
答：1、对于无相变对流换热成立。

2、对于有相变对流换热不成立，如大容器沸腾曲线，温差增大，热流密度非单调增函数，其值会先降低后上升。

3 为什么冷凝器中要加装抽气装置？
答：蒸汽中含有不凝结气体，即使是极微量也会对凝结换热产生有害的影响。

例如:在一般冷凝温差下，蒸汽中的不凝气体的含量为0.2%时，换热系数会降低20%～30%；含量为0.5%时，降低50%；含量为1 %时，换热系数将只有纯蒸汽的1/3。

46.蒸汽中含有不凝气体，为什么会影响换热强度？
答：不发生相变的气体换热系数远低于发生相变时的换热系数；增加阻力；降低饱和温度
47 木板和铝板同时放在阳光下，哪个表面温度高？为什么？
答1，两板吸收能量来说，铝板所吸收的太阳能辐射（λ<2μm）比木头高。

2、就两板自身辐射能量来说，木板和铝板的自身辐射在红外辐射区域（λ>2μm ），根据Kirchhoff定律告诉我们α=ε，铝板向外辐射的红外能量少于木板。

根据分析，铝板从太阳吸收的热量大于木板所吸收的，并且铝板向环境释放的能量小于木头的。

所以铝板温度高于木板。