对流换热部分习题.
第四版传热学第五、六,七 八 章习题解答
第五章复习题1、试用简明的语言说明热边界层的概念。
答：在壁面附近的一个薄层内，流体温度在壁面的法线方向上发生剧烈变化，而在此薄层之外，流体的温度梯度几乎为零，固体表面附近流体温度发生剧烈变化的这一薄层称为温度边界层或热边界层。
2、与完全的能量方程相比，边界层能量方程最重要的特点是什么？答：与完全的能量方程相比，它忽略了主流方向温度的次变化率σα22x A ，因此仅适用于边界层内，不适用整个流体。
3、式（5—4）与导热问题的第三类边界条件式（2—17）有什么区别？答：=∂∆∂-=yyt th λ（5—4）)()(f w t t h h t-=∂∂-λ （2—11）式（5—4）中的h 是未知量，而式（2—17）中的h 是作为已知的边界条件给出，此外（2—17）中的λ为固体导热系数而此式为流体导热系数，式（5—4）将用来导出一个包括h 的无量纲数，只是局部表面传热系数，而整个换热表面的表面系数应该把牛顿冷却公式应用到整个表面而得出。
4、式（5—4）表面，在边界上垂直壁面的热量传递完全依靠导热，那么在对流换热中，流体的流动起什么作用？答：固体表面所形成的边界层的厚度除了与流体的粘性有关外还与主流区的速度有关，流动速度越大，边界层越薄，因此导热的热阻也就越小，因此起到影响传热大小5、对流换热问题完整的数字描述应包括什么内容？既然对大多数实际对流传热问题尚无法求得其精确解，那么建立对流换热问题的数字描述有什么意义？答：对流换热问题完整的数字描述应包括：对流换热微分方程组及定解条件，定解条件包括，（1）初始条件 （2）边界条件 （速度、压力及温度）建立对流换热问题的数字描述目的在于找出影响对流换热中各物理量之间的相互制约关系，每一种关系都必须满足动量，能量和质量守恒关系，避免在研究遗漏某种物理因素。
基本概念与定性分析5-1 、对于流体外标平板的流动，试用数量级分析的方法，从动量方程引出边界层厚度的如下变化关系式：x xRe 1~δ解：对于流体外标平板的流动，其动量方程为：221xy u v dx d y u v x y u ∂+-=∂∂+∂∂ρρ 根据数量级的关系，主流方的数量级为1，y 方线的数量级为δ则有2211111111δρδδv +⨯-=⨯+⨯ 从上式可以看出等式左侧的数量级为1级，那么，等式右侧也是数量级为1级， 为使等式是数量级为1，则v 必须是2δ量级。
习题：对流换热.
h Nu 18179.75 0.0244 221.79W / m2 K
l
2
由热平衡有h(Tw T)=qr解出机翼温度为tw=3.38℃。
重新取定性温度为tm=(tw+ t)/2=1.69℃，与以上所取定 性温度相差不大，空气的物性参数变化甚小，不需重新 计算，故机翼温度为3.38℃。
例4：一通有电流的直径为0.2 mm的金属丝， 被20℃的空气以30 m/s的速度横向垂直吹过。 由金属的电阻推知，金属丝的温度为21.5 ℃。 改变气流速度，使金属丝的温度变成23.6 ℃。 求这时的气流速度。
[解] 流体横掠单管问题
由tm=20.75℃查得空气物性值： =0.0259 w/( m℃)，
=2.4410-2 W/m℃，=13.2810-6 m2/s，Pr =0.707。空气密度=1.293 kg/m3。
空气流过机翼的雷诺数为Re=ul/=15.06106 已进入紊 流边界层。利用流过平板的紊流计算公式:P217,5-35b
Nu 0.037(Re4/5 871) Pr1/3 18179.75
Re
ul
0.5m/s 0.25m 16.96106 m2/s
7.37 103
边界层为 层流。
流动边界层的厚度为
5.0x Re1/2 5.0 0.25m 7.37103 0.5
0.014m 14mm
热边界层的厚度为 t Pr1/3/1.026 14mm0.6991/3 /1.026 15.78mm
Gr Pr 3.43107 得
Num 0.15Gr Pr1/3 48.71
h
l
Num
2.76102 W/(m 0.25m
K)
（高等传热学）对流部分思考题参考答案
对流部分思考题参考答案热动硕士1501 吕凯文1、简述对流换热问题的各种求解方法。
答：对流换热问题的求解方法有：（1）分析法，PDE ，B.L.PDE ，B.L.IDE 等；（2）实验法，相似理论，量纲分析；（3）比拟法，雷诺比拟，切尔顿－柯尔朋比拟，Plant Analogy, 卡门比拟；（4）数值法，差分法，有限元法等。
第二种答案：答：①数学解析法：理论求解或数值求解描述对流换热过程的微分方程组，得到精确解或相似解；②模拟实验法：根据相似理论，将描述对流换热过程的微分方程组通过数学、物理简化成准数方程的形式，然后根据实验确定准数方程的具体关系。
2、能量方程的五种表达形式；边界层微分方程的特点和前提条件。
答：能量方程的五种表达形式： ①总能形式的能量方程：W dxdydz q q q dxdydz D De s r +++∙-∇=*)(τρ ②热力学能形式的能量方程：ηφτρ+∙∇-++∙-∇=V P q q q D De s r ③焓形式的能量方程：i=e+P/ρηφττρ++++∙-∇=D DP q q q D Di s r ④定压比热形式的能量方程：ηφτβτρ++++∙-∇=D DP T q q q D DT C s r p P T)(1∂∂-=ρρβ体胀系数 ⑤定容比热形式的能量方程：ηφτρρ+∙∇∂∂-++∙-∇=V T P T q q q D DT C s r v)( 边界层微分方程的特点：前提条件：①流体为不可压缩的牛顿流体，稳定流动；②常物性，无内热源；③忽略由黏性摩擦而产生的耗散热。
3、相似原理理论求解对流换热问题的原理、步骤及应用。
答：原理：凡是相似的物理现象，其物理量的场一定可以用一个统一的无量纲的场来表示；凡是彼此相似的现象，描写该现象的同名特征数——准数对应相等。
步骤：①写出所写研究对象的微分方程组；②根据相似原理，利用置换的方法，找出相似准数；③将所研究的问题用准数方程的形式表示出来；④用物理实验的方法，找出准数函数的具体函数关系；⑤将函数关系推广应用。
《传热学》习题课(对流换热部分)
6
3.3426 106
w
0.04 3.3426 0.9
10 5.4
1
0.698 3
19.6 10 6
1.2
50
21.564 Pa
第五章 对尹流华换杰热专—用习题
5-10．两无限大平板之间的流体，由于上板 运动而引起的层流粘性流动，文献中常称库 埃特流。若不计流体中由于粘性而引起的机 械能的转换。试求解流体的速度与温度分布。 上板温度为tw2，下板温度为tw1。
第六章 单相对流传热的实验关联 式—尹复华习杰题专用
1. 什么叫做两个同类的物理现象相似？相 似的物理现象有什么共性？怎样才能做到两 个物理现象相似？
答：如果两个同类的物理现象，在相应时刻与 相应地点上与现象有关的物理量一一对应成比 例，则称此两物理现象彼此相似。 共性：同名相似特征数相等，单值性条件相似。 在两个同类物理现象的初始条件、边界条件、 几何条件和物理条件相似时，可做到两个物理 现象相似。
u21 p x(y2H)yuH Hy
第五章 对尹流华换杰热专—用习题
速度和温度分布
积分简化能量方程可得：
tf3xyf4x
代入上下面的温度边界条件得：
t
tw2
tw1tw2 H
y
第五章 对尹流华换杰热专—用习题
5-14 实验测得一置于水中的平板某点的切应 力为1.5Pa，如果水温与平板温度分别为15℃ 与60℃，试计算当地的局部热流密度。
第五章 对尹流华换杰热专—用习题
速度和温度分布
由于两板无限大，稳态情况下压力沿x方向的变化 率为常数，积分简化动量方程可得：
u y 1 p x y f1 x u 2 1 p x y 2 f1 x y f2 x
传热学第五版第1 4章习题解答
℃
℃
(m2·K)/W
1
0-14：解：
RA
qA 45.92 2.8 3 =385.73 W
A
0.2 45 3 2
R 0.2 4.4 103 (m2·K)/W 45
q
t R
285 150 4.4 103
qA 3.07 104 6 1.84 105 W
K/W
W/m2
℃
909636
(面积为 A2 的平板表面上的热阻) （单位面积热阻）
（3）可以忽略，因为厚度很小，金属的导热系数较大，则导热热阻 很小。故可以忽略。
第一章 导热理论基础
1-4：前提是假定所研究的物体是各向同性的连续介质，其导热系数 , 比热容 c，和密度 均为已知，并假定物体内具有内热源。
0-15：解：
∵ q h(tw t f )
∴ tw
tf
q h
85
7.4 104
3.07 104
5110 73
qA q 2R l 5110 50 103 3.14 2.5 2006.7 W
155
0-17：解：
（1） R 1 1 1 1 0.012 (m2·K)/W h1 h2 5000 85
k 1 1 83.3 W/(m2·K) R 0.012
ktA 83.3 (500 45) 24 909636 W
（2） ' ktA 85 (500 45) 24 928200 W
误差 ' 100% 928200 909636 2%
传热学_杨茉_部分习题与解答
第一章:1-1 对于附图所示的两种水平夹层，试分析冷、热表面间热量交换的方式有何不同？如果要通过实验来测定夹层中流体的导热系数，应采用哪一种布置？解：（a ）中热量交换的方式主要有热传导和热辐射。
（b ）热量交换的方式主要有热传导，自然对流和热辐射。
所以如果要通过实验来测定夹层中流体的导热系数，应采用（a ）布置。
1-2 一炉子的炉墙厚13cm ，总面积为20m 2 ，平均导热系数为1.04w/m ·k ，内外壁温分别是520 ℃及50 ℃。
试计算通过炉墙的热损失。
如果所燃用的煤的发热量是2.09 ×10 4 kJ/kg ，问每天因热损失要用掉多少千克煤？解：根据傅利叶公式每天用煤1-3 在一次测定空气横向流过单根圆管的对流换热实验中，得到下列数据：管壁平均温度t w = 69 ℃，空气温度t f = 20 ℃，管子外径d= 14mm ，加热段长80mm ，输入加热段的功率8.5w ，如果全部热量通过对流换热传给空气，试问此时的对流换热表面传热系数多大？解：根据牛顿冷却公式1-4宇宙空间可近似的看作0K 的真空空间。
一航天器在太空中飞行，其外表面平均温度为250K ，表面发射率为0.7 ，试计算航天器单位表面上的换热量？解：航天器单位表面上的换热量1-5附图所示的空腔由两个平行黑体表面组成，孔腔内抽成真空，且空腔的厚度远小于其高度与宽度。
其余已知条件如图。
表面2 是厚δ= 0.1m 的平板的一侧面，其另一侧表面3 被高温流体加热，平板的平均导热系数λ=17.5w/m ? K ，试问在稳态工况下表面3 的t w3 温度为多少？解：表面1 到表面2 的辐射换热量= 表面2 到表面3 的导热量第二章:2-1一烘箱的炉门由两种保温材料A 和B 做成，且δA =2 δB ( 见附图) 。
已知λA =0.1 w/m ? K ，λB =0.06 w/m ? K 。
烘箱内空气温度t f1 = 400 ℃，内壁面的总表面传热系数h 1 =50 w/m 2 ? K 。
传热学课后答案(完整版)
绪论思考题与习题（89P -）答案：1．冰雹落体后溶化所需热量主要是由以下途径得到： Q λ—— 与地面的导热量 f Q ——与空气的对流换热热量注：若直接暴露于阳光下可考虑辐射换热，否则可忽略不计。
2．略 3．略 4．略 5．略6．夏季：在维持20℃的室内，人体通过与空气的对流换热失去热量，但同时又与外界和内墙面通过辐射换热得到热量，最终的总失热量减少。
（T T 〉外内）冬季：在与夏季相似的条件下，一方面人体通过对流换热失去部分热量，另一方面又与外界和内墙通过辐射换热失去部分热量，最终的总失热量增加。
（T T 〈外内）挂上窗帘布阻断了与外界的辐射换热，减少了人体的失热量。
7．热对流不等于对流换热，对流换热 = 热对流 + 热传导 热对流为基本传热方式，对流换热为非基本传热方式 8．门窗、墙壁、楼板等等。
以热传导和热对流的方式。
9．因内、外两间为真空，故其间无导热和对流传热，热量仅能通过胆壁传到外界，但夹层两侧均镀锌，其间的系统辐射系数降低，故能较长时间地保持热水的温度。
当真空被破坏掉后，1、2两侧将存在对流换热，使其保温性能变得很差。
10．t R R A λλ=⇒ 1t R R A λλ==2218.331012m --=⨯11．q t λσ=∆ const λ=→直线 const λ≠ 而为λλ=（t ）时→曲线 12、略13．解：1211t q h h σλ∆=++＝18(10)45.9210.361870.61124--=++2W m111()f w q h t t =-⇒ 11137.541817.5787w f q t t h =-=-=℃ 222()w f q h t t =-⇒ 22237.54109.7124w f q t t h =+=-+=-℃ 45.92 2.83385.73q A W φ=⨯=⨯⨯= 14. 解：40.27.407104532t K R W A HL λσσλλ-====⨯⨯⨯30.24.4441045t R λσλ-===⨯2m K W • 3232851501030.44.44410t KW q m R λ--∆-==⨯=⨯ 3428515010182.37.40710t t KW R λφ--∆-==⨯=⨯ 15．()i w f q h t h t t =∆=-⇒i w f qt t h=+51108515573=+=℃0.05 2.551102006.7i Aq d lq W φππ===⨯⨯=16.解：12441.2 1.2()()100100w w t t q c ⎡⎤=-⎢⎥⎣⎦44227350273203.96()()139.2100100W m ++⎡⎤=⨯-=⎢⎥⎣⎦12''441.21.2()()100100w w t t qc ⎡⎤=-⎢⎥⎢⎥⎣⎦442273200273203.96()()1690.3100100W m ++⎡⎤=⨯-=⎢⎥⎣⎦'21.2 1.2 1.21690.3139.21551.1Wq q q m ∆=-=-=17．已知：224A m =、215000()Wh m K =•、2285()Wh m K =•、145t =℃2500t =℃、'2285()Wk h m K ==•、1mm σ=、398λ=()W m K •求：k 、φ、∆解：由于管壁相对直径而言较小，故可将此圆管壁近似为平壁 即：12111k h h σλ=++＝3183.5611101500039085-=⨯++2()W m k • 383.5624(50045)10912.5kA t KW φ-=∆=⨯⨯-⨯= 若k ≈2h'100k k k -∆=⨯％8583.561.7283.56-==％ 因为：1211h h ，21h σλ 即：水侧对流换热热阻及管壁导热热阻远小于燃气侧对流换热热阻，此时前两个热阻均可以忽略不记。
《传热学》课后习题答案-第一章
传热学习题集第一章思考题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。
工程热力学和传热学16对流换热计算
q
t 1 Rt
t
1
1 2
20 (20) 257.65W m 2 1 0.4 10－2 1 10 0.762 20
Q＝Fq 100 80 10－4 257. ＝20：传热系数 k 1 1
C 和 m 的值见下表。
叉排或顺排、管间距不同时，C、m的选取
Nu C Re
m
排数的影响见教材P202
表16－2
第二节
自然对流换热
流体受壁面加热或冷却而引起的自然对流换热 与流体在壁面附近的由温度差异所形成的浮升力有 关。不均匀的温度场造成了不均匀的密度场，由此 产生的浮升力成为运动的动力。在热壁面上的空气 被加热而上浮,而未被加热的较冷空气因密度较大而 下沉。所以自然对流换热时,壁面附近的流体不像受 迫对流换热那样朝同一方向流动。一般情况下，不 均匀温度场仅发生在靠近换热壁面的薄层之内。在 贴壁处，流体温度等于壁面壁面温度tW，在离开壁 面的方向上逐步降低至周围环境温度。
后排管受前排管尾流的扰动作用对平均表面传热系数的影 响直到10排以上的管子才能消失。 这种情况下，先给出不考虑排数影响的关联式，再采用管 束排数的因素作为修正系数。 气体横掠10排以上管束的实验关联式为
Nu C Rem
式中：定性温度为 tr (tw tf )/ 2; 特征长度为 管外径d， Re 数中的流速采用整个管束中最窄截面处 的流速。 实验验证范围： Ref 2000 ~ 40000。
边界层的成长和脱体决定 了外掠圆 管换热的 特征 。
可采用以下分段幂次关联式：
; 式中：C及n的值见下表；定性温度为 (tw t )/ 2 特征长度为管外径； Re 数的特征速度为来流速度 u 。
化工原理换热习题答案
化工原理换热习题答案化工原理换热习题答案换热是化工过程中非常重要的一环，通过换热可以实现能量的传递和转化。
在实际的工程应用中，我们常常会遇到一些与换热相关的习题。
本文将为大家提供一些常见的换热习题答案，希望能够帮助读者更好地理解和应用换热原理。
一、传热方式的选择1. 问题描述：在某个化工过程中，需要将高温的流体A与低温的流体B进行换热。
根据实际的工艺要求，我们需要选择一种合适的传热方式。
请问，在以下几种传热方式中，应该选择哪一种？(1) 对流传热(2) 辐射传热(3) 导热传热答案解析：根据问题描述，我们需要将高温的流体A与低温的流体B进行换热。
在这种情况下，我们通常会选择对流传热。
对流传热是通过流体的运动来实现能量的传递，可以快速有效地完成换热过程。
辐射传热主要依靠物体表面的热辐射来传递能量，适用于高温物体的换热。
导热传热则是通过物体内部的热传导来实现能量的传递，适用于固体材料的换热。
在这个问题中，由于我们需要将两种流体进行换热，因此对流传热是最合适的选择。
二、换热器的热效率计算2. 问题描述：某个换热器的进口温度为150℃，出口温度为70℃，冷却介质的进口温度为20℃，出口温度为40℃。
请问该换热器的热效率是多少？答案解析：热效率是指换热器中传递的热量与输入的热量之比。
根据题目中的信息，我们可以计算出热量的传递量和输入量。
热量的传递量可以通过计算两种流体的热量差来获得，即：热量的传递量 = 热量的输入量 - 热量的输出量热量的输入量 = 进口流体A的热量 - 出口流体A的热量热量的输出量 = 进口流体B的热量 - 出口流体B的热量进口流体A的热量 = 流体A的质量流量× 流体A的比热容× (进口温度 - 出口温度)进口流体B的热量 = 流体B的质量流量× 流体B的比热容× (进口温度 - 出口温度)根据以上公式，我们可以计算出热量的传递量和输入量。
然后，将热量的传递量除以热量的输入量，即可得到换热器的热效率。
(整理)传热学典型习题详解1.
绪论部分一、基本概念主要包括导热、对流换热、辐射换热的特点及热传递方式辨析。
1、冬天，经过在白天太阳底下晒过的棉被，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：棉被经过晾晒以后，可使棉花的空隙里进人更多的空气。
而空气在狭小的棉絮空间里的热量传递方式主要是导热，由于空气的导热系数较小(20℃，1.01325×105Pa时，空气导热系数为0.0259W/(m·K)，具有良好的保温性能。
而经过拍打的棉被可以让更多的空气进入，因而效果更明显。
2、夏季在维持20℃的室内工作，穿单衣感到舒适，而冬季在保持22℃的室内工作时，却必须穿绒衣才觉得舒服。
试从传热的观点分析原因。
答：首先，冬季和夏季的最大区别是室外温度的不同。
夏季室外温度比室内气温高，因此通过墙壁的热量传递方向是出室外传向室内。
而冬季室外气温比室内低，通过墙壁的热量传递方向是由室内传向室外。
因此冬季和夏季墙壁内表面温度不同，夏季高而冬季低。
因此，尽管冬季室内温度(22℃)比夏季略高(20℃)，但人体在冬季通过辐射与墙壁的散热比夏季高很多。
根据上题人体对冷感的感受主要是散热量的原理，在冬季散热量大，因此要穿厚一些的绒衣。
3、试分析室内暖气片的散热过程，各环节有哪些热量传递方式？以暖气片管内走热水为例。
答：有以下换热环节及热传递方式(1)由热水到暖气片管到内壁，热传递方式是对流换热(强制对流)；(2)由暖气片管道内壁至外壁，热传递方式为导热；(3)由暖气片外壁至室内环境和空气，热传递方式有辐射换热和对流换热。
4、冬季晴朗的夜晚，测得室外空气温度t高于0℃，有人却发现地面上结有—层簿冰，试解释原因(若不考虑水表面的蒸发)。
解：如图所示。
假定地面温度为了Te ，太空温度为Tsky，设过程已达稳态，空气与地面的表面传热系数为h，地球表面近似看成温度为Tc 的黑体，太空可看成温度为Tsky的黑体。
则由热平衡：，由于Ta ＞0℃，而Tsky＜0℃，因此，地球表面温度Te有可能低于0℃，即有可能结冰。
传热学--对流换热的练习题
Tm, L T
其中
hx ( L)
是x＝L处内部的对流换热系数，因此知道了雷诺数就可求得内部的对流系数。
4m 4 0.05kg / s Re D 20404 7 2 D 0.15m 208 10 N s / m
因此流动是湍流。另外利用
L D (5/ 0.15) 33.3
• 所以，该水平蒸汽管道的自然对流换热系 数为7.74，单位管长的散热量为547W/m， 若这是一条3.5m高的竖直管道，则自然对 流换热系数为6.0，单位管长的散热量为 424.1 W/m，由此可见，水平横管的自然对 流散热较强。
• 例6. 热空气以质量流率通过不隔热的直径 D＝0.15m的钢皮风道，该风道通过房间内 布置管道的狭小空间。热空气进入风道时 温度为103℃，经过距离L=5m之后，冷却 到温度为77℃，在风道外表面和温度为的 冷的环境空气之间的换热系数假定是恒定 值，。 • 计算整个长度L上的风道的散热损失（W） • 确定x＝L处的热流密度及风道表面温度。
(Gr Pr) m 3.314 107 0.689 2.283 107 , 查表得c 0.53, n 1/ 4
4 7 1/ 4 Num 0.53(Gr Pr)1/ 0.53 (2.283 10 ) 36.64 m
3.17 102 c Nu 36.64 7.74 d 0.15
因此选用希德-台特公式：
3
.8 1/ 3 0.14 Nu f 0.027 Re 0 Pr ( / ) 0f f f w
，
30℃时水的物性查表得： ρ=995.7kg/m
2 c 4.174 kJ /( kg K ) ， 61.8 10 W /(m k ) p 6 Pr 5.42 801.5 10 kg /(m s)，
传热学部分习题答案(第五版)
传热学部分习题答案（第五版）教材p8冰雹落在地上后，慢慢融化。
试着分析一下，尽管熔化所需的热量是通过什么方式获得的？答：共有3个途径：（1）冰雹与地面接触处的热传导；（2）冰雹表面与周围空气之间的热对流和热传导（对流换热）；（3）冰雹表面和周围固体表面的热辐射。
4.现在冬季室内供暖可以采用多种方法。
就你所知试分析每一种供暖方法为人们提供热量的主要传热方式是什么?填写在各箭头上。
答复:暖气片：暖气片内的蒸汽或热水对流换热暖气片内壁导热暖气片外壁⑴对流换热室内空气对流换热人体；暖气片外壁⑵热辐射墙壁热辐射人体。
电加热散热器：电加热后的油对流换热、散热器内壁的热传导、散热器外壁的对流换热、室内空气对人体的对流换热。
红外电热器：红外电热元件⑴热辐射人体；红外电热元件⑵热辐射墙壁热辐射人体。
电加热器：电加热器对流换热加热风对流换热人体。
冷暖两用空调（加热时）：加热空气对流传热人体。
太阳辐射：太阳热辐射人体。
6.夏季在维持20℃的室内，穿单衣感到舒服，而冬季在保持同样温度的室内却必须穿绒衣，试从传热的观点分析其原因?冬季挂上窗帘布后顿觉暖和，原因又何在？答：人体衣服表面散热有两种方式：一种是通过对流换热将热量散发到周围空气中；二是通过热辐射将热量散发到周围墙面。
为了保暖，冬季室内空气的温度必须与夏季相同，但冬季墙体的温度必须与夏季相同。
冬季挂上窗帘减少了通过窗户的热辐射散热，因此人感觉暖和。
9.一般来说，保温瓶内衬为真空玻璃夹层，两侧镀银。
为什么它能长期保持热水的温度？并分析热水的热量是如何通过胆汁壁传递到外部世界的？在什么情况下，绝缘性能会变得非常差？答：保温瓶胆为真空玻璃夹层，其目的是保证夹层散热方式仅是热辐射而没有对流换热方式，同时夹层内两测镀银是为了提高表面反射率，以降低热辐射散热，因此保温瓶可以较长时间地保持热水温度。
热水散热方式：热水对流换热内衬内壁面、导热内衬外壁面⑴ 内衬的热辐射内墙面、内衬的热传导外墙面、流动换热室内空气；衬里外壁（2）对流换热夹层空气对流换热外胆内壁面导热外胆外壁面对流换热室内空气。
传热学习题
传热学习题1－1对于附图所示的两种水平夹层，试分析冷、热表面间热量交换的方式有何不同如果要通过实验来测定夹层中流体的导热系数，应采用哪一种布置解：热面在下时可能引起夹层中流体的自然对流，应采用布置（a ）1-6 一砖墙的表面积为122m ,厚为260mm ，平均导热系数为()K m /W .⋅51。
设面向室内的表面温度为25C ,而外表面温度为C 5-，试确定此砖墙向外界散失的热量。
解：W ...t t Aw w 321100772260301251⨯=⨯⨯=-=δλφ。
1－9 在一次测定空气横向流过单根圆管的对流换热实验中，得到下列数据：管壁平均温度C t w 69=,空气温度C t f 20=,管子外径mm d 14=，加热段长mm 80，输入加热段的功率为W .58。
如果全部热量通过对流换热传给空气，试问此时的对流换热表面传热系数为多大 解：()K m /W .....t A h ⋅=⨯⨯⨯==234949080014014358∆φ。
1－19 在锅炉炉膛的水冷壁管子中有沸腾水流过，以吸收管外的火焰及烟气辐射给管壁的热量。
试针对下列三种情况，画出从烟气到水的传热过程的温度分布曲线：（1）管子内、外均干净；（2）管内结水垢，但沸腾水温与烟气温度保持不变；（3）管内结水垢，管外结灰垢，沸腾水温及锅炉的产气率不变。
解：2－6 一双层玻璃窗系由两层厚为mm6的玻璃及其间的空气隙所组成，空气隙厚度为mm8。
假设面向室内的玻璃表面温度与面向室外的表面温度各为C20及C20-,试确定该双层玻璃窗的热损失。
如果采用单层玻璃窗，其他条件不变，其热损失是双层玻璃的多少倍玻璃窗的尺寸为cmcm6060⨯。
不考虑空气间隙中的自然对流。
玻璃的导热系数为()Km/W.⋅780。
解：双层时，()235116024410878106220203m/W...q s=⨯+⨯⨯--=--，W ....Aq 94151166060=⨯⨯==φ;单层时，23520010640780m /W .q d =⨯⨯=-。
传热学典型习题详解2
传热学典型习题详解2单相流体对流换热及准则关联式部分⼀、基本概念主要包括管内强制对流换热基本特点；外部流动强制对流换热基本特点；⾃然对流换热基本特点；对流换热影响因素及其强化措施。
1、对皆内强制对流换热，为何采⽤短管和弯管可以强化流体的换热答：采⽤短管，主要是利⽤流体在管内换热处于⼊⼝段温度边界层较薄，因⽽换热强的特点，即所谓的“⼊⼝效应”，从⽽强化换热。
⽽对于弯管，流体流经弯管时，由于离⼼⼒作⽤，在横截⾯上产⽣⼆次环流，增加了扰动，从⽽强化了换热。
2、其他条件相同时，同⼀根管⼦横向冲刷与纵向冲刷相⽐，哪个的表⾯传热系数⼤，为什么￥答：横向冲刷时表⾯传热系数⼤。
因为纵向冲刷时相当于外掠平板的流动，热边界层较厚，⽽横向冲刷时热边界层薄且存在由于边界层分离⽽产⽣的旋涡，增加了流体的扰动，因⽽换热强。
3、在进⾏外掠圆柱体的层流强制对流换热实验研究时，为了测量平均表⾯传热系数，需要布置测量外壁温度的热电偶。
试问热电偶应布置在圆柱体周向⽅向何处答：横掠圆管局部表⾯传热系数如图。
在0-1800内表⾯传热系数的平均值hm 与该曲线有两个交点，其所对应的周向⾓分别为φ1，φ2。
布置热电偶时，应布置在φ1，φ2所对应的圆周上。
由于对称性，在圆柱的下半周还有两个点以布置。
4、在地球表⾯某实验室内设计的⾃然对流换热实验，到太空中是否仍然有效，为什么答：该实验到太空中⽆法得到地⾯上的实验结果。
因为⾃然对流是由流体内部的温度差从⽽引起密度差并在重⼒的作⽤下引起的。
在太空中实验装置格处于失重状态，因⽽⽆法形成⾃然对流，所以⽆法得到顶期的实验结果。
5、管束的顺排和叉排是如何影响换热的`答：这是个相当复杂的问题,可简答如下：叉排时,流体在管间交替收缩和扩张的弯曲通道中流动,⽽顺排时则流道相对⽐较平直,并且当流速和纵向管间距s 2较⼩时,易在管的尾部形成滞流区.因此,⼀般地说,叉排时流体扰动较好,换热⽐顺排强.或：顺排时，第⼀排管⼦正⾯受到来流的冲击，故φ=0处换热最为激烈，从第⼆排起所受到的冲击变弱，管列间的流体受到管壁的⼲扰较⼩，流动较为稳定。
《传热学》第5-6章-对流换热
dxdy
λ
∂ 2t ∂x2
+
∂ 2t ∂y 2
dxdy
−
ρc
p
∂
(ut
∂x
)
+
∂
(vt
∂y
)dxdy
=
ρc p
∂t ∂τ
dxdy
ρc
p
∂t ∂τ
+ u ∂t ∂x
+ v ∂t ∂y
+
t
∂u ∂x
+
∂v ∂y
=
λ
∂ 2t ∂x 2
+
似，已很少再用
5-2对流换热的数学描述
1) 对流换热微分方程
取边长为∆x, ∆y, ∆z=1的微元体为研究对象
当粘性流体在壁面上流动时，由于 粘性的作用，流体的流速在靠近壁 面处随离壁面的距离的缩短而逐渐 降低；在贴壁处被滞止，处于无滑 移状态（即：y=0, u=0）
在这极薄的贴壁流体层中， 热量只能以导热方式传递
∂ρ ∂T
p
λ ↑⇒ h ↑ (流体内部和流体与壁面间导热热阻小)
ρ、c ↑⇒ h ↑ (单位体积流体能携带更多能量)
µ ↑⇒ h ↓ (有碍流体流动、不利于热对流)
α ↑⇒ 自然对流换热增强
5) 换热表面的几何因素
对流换热分类
1
对流换热的主要研究方法
v (1) 分析法——解析解 v (2) 数值法——近年发展的方法 v (3) 实验法——主要方法（拟合公式） v (4) 比拟法——热量传递与动量传递 的相
在层流边界层与层流底层内，垂直于壁面方向上的热量传递 主要靠导热。紊流边界层的主要热阻在层流底层。
第一章 部分习题参考答案-高建强
m1 / n
ρ
= uA ，定性温度 t = (t1 + t2 ) / 2 = (50 + 90) / 2 = 70 ℃
3
第 1 章 传热学基础
u=
m1 66.53 = = 1.3m / s nρA 231 × 977.8 × 3.14 × 0.00852 ud
Re =
ν
=
1.3 × 0.017 = 53253 0.415 × 10− 6
2
第 1 章 传热学基础
1-12 厂房外有一外径为 300mm 蒸汽管道，其外侧敷设有厚度为 30mm 的保温材料。若在某段 时间， 测得保温层外侧壁温为 40℃， 室外空气温度为 20℃， 风速为 3m/s （横向吹过该管道） 。 （1）试利用特征数关联式计算管道外侧对流换热的表面传热系数； （2）计算单位管长上外 侧的对流散热量。 附：空气横掠圆管对流换热实验关联式为 Nu = C Re Pr
2
式中 x 的单位为 m，平壁材料的导热系数为 0.5 W/(m⋅K)。计算通过平壁两侧的热流密度。 解：t1=200℃，t2=200-2000×0.32=20℃，Δt= t1- t2=180℃ 热流密度
q=
Δt 180 = = 300W / m 2 δ / λ 0.3 / 0.5
1-6 一炉子的炉墙厚 13cm，总面积 20m2，平均导热系数 1.04 W/(m·K)，内、外壁温分别为 520℃和 50℃。试计算通过炉墙的热损失。如果所燃煤的发热值为 2.09×104kJ/kg，问每天因 热损失要用掉多少千克煤？ 解：将炉墙可以看成是一个平板。 散热量：
4
1-7 有一根蒸汽管道，直径为 150mm，外敷设导热系数为 0.12 W/(m·K) 的蛭石保温材料。 若已知正常情况下，保温层内、外表面温度分别为 250℃、45℃。为使单位长度的热损失不 大于 160W/m，问蛭石层的厚度是多少才能满足要求？ 解：保温层可以看成一个圆筒，则单位长度的热损失：
高等传热学对流练习题
hx
=
qw Tw − Tb
=
35 17b
Nux
=
hx
( 4b )
=
140 17
=
8.235
5. Pr 1，常物性不可压缩流体的惯性力相对很小，可以忽略不计。若采用无量纲坐标
=
y x
Grx 4
14
Pr
，
f
=
4(Grx Pr
4)1
4
a
，
=
T Tw
− T − T
证明：描述该流体竖壁自然对流边界层流动和换热的常微分方程为：
qw = const ，求热充分发展时壁面 Nu。
解：由于对称性，取两平板中心线为 x 轴，垂直平板方向为 y 轴。对于充分发展的均匀热流边界条件问题，
轴向导热为零， T x
=
dTb dx
= const
， 2T x2
= 0 。可得能量方程和边界条件为：
能量方程：
T 2T u x = cp y2
边界条件：
3
4
y
2
b
−
1 8
y b
2
−
5
8
由面平均概念得：
b
b
udy udy
ub =
−b b
dy
=
−b
2b
−b
b
Tb =
uTdy
−b b
udy
=
1 2bub
b
uTdy
−b
−b
将 u、T 代入上式：
Tb
=
1 2bub
b −b
3 2 ub
1 −
y b
2
Tw
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例十：空气横掠管束时，沿流动方向管排数
越多，换热越强，而蒸气在水平管束外凝结 时，沿液膜流动方向管束排数越多，换热强 度降低。试对上述现象作出解释。
解：空气外掠管束时，沿流动方向管排数越
多，气流扰动增加，换热越强。而蒸气在管 束外凝结时，沿液膜流动方向排数越多，凝 结液膜越来越厚，凝结传热热阻越来越大， 因而换热强度降低。
例三：其他条件相同时，同一根管子横向冲
刷与纵向冲刷相比，哪个的表面传热系数大， 为什么？
解：横向冲刷时表面传热系数大。因为纵向
冲刷时相当于外凉平板的流动，热边界层较 厚，而横向冲刷时热边界层薄且存在由于边 界层分离而产生的漩涡，增加了流体的扰动， 因而换热强。
例四：在地球表面某实验室内设计的自然对
例七：一帮情况下粘度大的流体其Pr数也较
大。由对流换热的实验关联式Nu=CRemPrn 可知（m>0,n>0），Pr数越大，Nu数也越大， 从而h也越大。即粘度大的流体其表面传热系 数也越高。这与经验得出的结论相反，为什 么？
解：粘度越高时，Pr数越大，但Re数越小。由
ud Nu C Re m Pr n C e n m
绝热
th
tc
绝热
解：以如图所示的有限空间自然对流为例。如果方 腔内的空气没有对流，仅存在导热，则 t t
q
h c
此时当量的对流换热量可按下式计算
由于以上两式： h 1 即Nu＝1 即方腔内自然对流完全忽略时，依靠纯导热的Nu数 将等于1，即Nu数的最小值为1，不会小于1，所以 上述结果是不正确的。
m n
一般情况下，对流换热m>n，即n-m<0，所以粘度 增加时，Nu数减少，即h减小。
例八：竖壁倾斜后其凝结换热表面传热系数
是增加还是减少，为什么？
解：竖壁倾斜后，使液膜顺壁面流动的力不再是重 力而是重力的一个分量，液膜流动变慢，液膜加厚， 从而热阻增加，表面传热系数减小。另外，从表面 1 3 2 grl中的 l 4g亦要换成 传热系数公式 h 1.13 l t t l s w
例十二：试从沸腾过程分析，为什么用电加热器加 热时加热功率 q qmax 时易发生壁面被烧毁的现象， 而采用蒸气加热则不会？
解：用电加热时，加热方式是控制表面的热
流密度。而采用蒸气加热则是壁面温度可控 制的情形。由大容器饱和沸腾曲线可知，当 加热功率q超过qmax值时，工况将沿qmax虚线 跳至稳定膜态沸腾 q 线，使壁面温度 烧毁点 飞升，导致设备 烧毁。
max
4个不同的区域 1、单相自然对流区域。此时Δt<4℃。在加热表面上没有气泡产生。
2、核态沸腾区域。此时4℃<Δt<25℃，在加热表面上产生气泡，换热 温差小，且产生气泡的速度小于气泡脱离加热表面的速度，气泡的剧烈 扰动使表面传热系数和热流密度都急剧增大，汽化核心对换热起决定性 作用，一般工业应用都设计在这一范围。
例十一：在电厂动力冷凝器中，主要冷凝介
质是水蒸汽，而在制冷剂的冷凝器中，冷凝 介质是氟利昂蒸气。在工程实际中，常常要 强化制冷设备中的凝结换热，而对电厂动力 设备一般无需强化。试从传热角度加以解释。
解：相变对流换热主要依靠潜热传递热量，
而氟利昂的汽化潜热只有水的约1/10，因此 电厂动力冷凝器中水蒸气的凝结表面换热系 数很大，凝结侧热阻不占主导地位。而制冷 设备中氟利昂蒸气的凝结表面传热系数较小， 主要热阻往往在凝结侧，因而其强化就有更 大现实意义。
gsinφ（φ表示与水平轴的倾斜角，φ>0）。从而h减 小。
例九：为什么蒸气中含有不凝结气体会影响
凝结换热的强度？
解：不凝结气体的存在，一方面使凝结表面
附近蒸气的分压力降低，从而蒸气饱和温度 降低，使传热驱动力即温差减小；另一方面 凝结蒸气穿过不凝结气体层到达壁面依靠的 是扩散，从而增加了阻力。上述两个方面的 原因使不凝结气体存在大大降低了表面传热 系数，使换热量降低。所以实际冷凝器中要 尽量降低并排除不凝结气体。
流换热实验，到太空中是否仍然有效，为什 么？
解：该实验到太空中无法得到地面上的实验
结果。因为自然对流是由流体内部的温度差 从而引起密度差并在重力的作用下引起的。 在太空中实验装置将处于失重状态，因而无 法形成自然对流，所以无法得到预期的实验 结果。
例五：对有限空间的自然对流换热，有人经
过计算得出其Nu数为0.5。请利用所学过的传 热学知识判别这个结果的正确性。
例一：对流换热边界层微分方程组是否适用
于粘性很大的油和Pr数很小的液体金属？为 什么？
解：对于粘度很大的油类，Re数很低，速度边界 u 层厚度与x为同一数量级，因而动量微分方程中 x 与 u 为同一量级，不可忽略，且此时由于δx~x y 速度u和v为同一量级，y方向的动量微分方程不能 忽略。 对于液态金属，Pr很小，速度边界层厚度与温度边 界层厚度相比，速度边界层厚度远远小于温度边界 t 厚度，在边界层内 t t ，因而能量方程中 x 不 x y 可忽略。 因此，对流换热边界层微分方程组不适用于粘度大 的油和Pr数很小的液态金属。
2 2
2
例二：对管内强制对流换热，为何采用短管
和弯管可以强化流体的换热？
解：采用短管，主要是利用流体在管内换热
处于入口端边界层较薄，因而换热强的特点， 即所谓的‘入口效应’，从而强化换热。而 对于弯管，流体流经弯管时，由于离心力作 用，在横截面上产生二次环流，增强了扰动， 从而强化了换热。
q h th tc
例六：电影《泰坦尼克号》里，男主人公杰
克在海水里被冻死而女主人公罗丝却躺在筏 上而幸存下来。试从传热学的观点解释这一 现象。
解：杰克在海水里身体与海水间由于自然对
流交换热量，而罗丝在筏上其身体与空气之 间产生自然对流。在其他条件相同时，水的 自然对流强度要远大于空气，因此杰克身体 由于自然对流散失能量的速度比罗丝快得多。 因此杰克被冻死而罗丝却幸免于难。