传热学-常考名词解释和简答题

热阻：反映阻止热量传递的能力的综合参量。

肋效率：征肋片散热的有效程度。肋片的实际散热量与其整个肋片都处于肋基温度下得散热量之比。

接触热阻：在未接触的界面之间的间隙常常充满了空气，与两个固体便面完全接触相比，增加了附加的传递阻力，称为接触热阻。

换热器的污垢热阻：换热器在运行中积起的垢层的导热阻力，它所表现出来的一个当量的热阻值。491

导热系数：物体中单位温度降单位时间通过单位面积的导热量。热边界层及厚度：在对流传热条件下,主流与壁面之间存在着温度差,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的变化,而在此薄层之外,流体的温度梯度几乎为零,此薄层称为温度边界层.

定性温度：定性温度为流体的平均温度。

汽化核心：加热表面能产生气泡的地点。

黑度：实际辐射力E和同温度下黑体的辐射力Eb之比

黑体指能吸收投入到其表面上的所有热辐射能量的物体。

灰体：对于各种波长的电磁波的吸收系数为常数且与波长无关的物体，其吸收系数介于0与1之间的物体。

有效辐射：有效辐射是指单位时间内离开表面单位面积的总辐射能，记为J。

投射辐射：单位时间内从外界投入到物体的单位表面积上的总辐射能。

重辐射面：表面温度未定而净辐射传热量为零的表面。

简单逆流式换热器：

定向辐射强度：从黑体单位可见面积发射出去的落到空间任意方向的单位立体角中的能量，称为定向辐射强度。

膜状凝结：如果凝结液体很好地润湿壁面，它就在壁面上铺展成膜，这种凝结形式就称为膜状凝结。

珠状凝结：当凝结液体不能很好地润湿壁面时，凝结液体在壁面上形成以个个的小液珠，称为珠状凝结。

热扩散率：定义式为a=λ/ρc，它表示物体在加热或冷却中，温度趋于均匀一致的能力。这个综合物性参数对稳态导热没有影响，但是在非稳态导热过程中，它是一个非常重要的参数。

定向辐射强度：指垂直于辐射方向的物体单位表面积在单位时间、单位立体角内向外发射出的辐射能量。是一表征物体表面沿不同方向发射能量的强弱的物理量。

特征尺寸：在分析计算中作为依据的对换热有决定意义的尺寸。辐射力：辐射力是指单位时间内物体单位表面积向半球空间所有方向发射出去的全部波长的辐射能的总量，它的常用单位是W/㎡。

对流换热和表面传热系数：流体经过固体表面时流体与固体间的热量交换。对流传热基本计算式——牛顿冷却公式中的比例系数，一般记做h，以前又常称对流换热系数，单位是W/(㎡*K)，含义是对流换热速率。

烧毁点：燃料元件发生烧毁的位置。傅立叶定律及其表达式：在导热的过程中，单位时间内通

过给定截面的导热量，正比于垂直该截面方向上的变化率

和截面面积，而热量传递的方向则与温度升高的方向相

反。

△Q=—λAdt/dx

牛顿冷却公式：对单位面积有 q=h△t ；对于面积为A

的接触面：Ф=Ah△tm（m是下标）

黑体辐射的四个基本定律：①斯忒藩—波尔兹曼定律②普

朗克定律③兰贝特定律④维恩定律

基尔霍夫定律：在给定温度下，对于给定波长，所有物体

的比辐射率与吸收率的比值相同，且等于该温度和波长下

理想黑体的比辐射率。

相似原理的基本内容及其应用：

Bi数：hl/入固体内部导热热阻与界面上换热热阻之比。

Fo数：aτ/l²非稳态过程的无量纲时间，表征过程进行

的深度。

Nu数：hl/λ壁面上的流体无量纲温度梯度。

Re数：ul/v 惯性力与粘性力之比的一种度量。

Pr数：μсp/λ=v/a 动量扩散能力与热量扩散能力的一

种度量。

Gr数：gl³αv△t/v²浮升力与粘性力之比的一种量度。

1．热量传递有哪几种基本方式？它们各自的传热机理是

什么？

热量传递有三种基本方式：导热、对流和热辐射。

物体各部分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量传递称为导

热（或称为热传导）。

对流是指由于流体的宏观运动，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。

物体会因为各种原因发出辐射能，其中因为热的原因

发出辐射能的现象称为热辐射。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——辐射换热。

2．什么叫传热过程？传热系数的定义及物理意义是什

么？

热量由壁面一侧的流体通过壁面传到另一侧的流体

中去的过程称为传热过程。

传热系数，数值上它等于冷、热流体间温压

1

t∆=℃、传热面积2

1

A m

=时的热流量的值，

是表征传热过程强烈程度的标尺。传热过程越强，传热系

数越大，反之越小。

3．简述接触热阻，污垢热阻的概念。

两个名义上互相接触的固体表面，实际上接触仅发

生在一些离散的面积元上。在未接触的界面之间的间隙中常

常充满了空气，热量将以导热及辐射的方式穿过这种气隙

层。这种情况与两固体表面真正完全接触相比，增加了附加

的传递阻力，称为接触热阻。

换热器运行一段时间后，换热面上常会积起水垢、

污泥、油污、烟灰之类的覆盖物垢层。所有这些覆盖物层都

表现为附加的热阻，使传热系数减小，换热器性能下降。这

种热阻称为污垢热阻。

4．简述对流换热和传热过程的区别、表面传热系数(对流换

热系数)和传热系数的区别。

对流换热是指流体流过一个物体表面时的热量传递过

程。

传热过程是指热量由壁面一侧的流体通过壁面传到另

一侧的流体中去的过程。传热过程包含着三个环节：（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。

表面传热系数是对流换热计算时的比例系数，

h

A t

Φ

=

∆，它不仅取决于流体的物性以及换热表面的

形状、大小与布置，而且还与流速有密切的关系。

传热系数为传热过程计算时的比例系数，

12

1

11

k

h h

δ

λ

=

++

，其大小不仅取决于传热过程的

两种流体的种类，还与过程本身有关。

5．简述导热系数，表面传热系数和传热系数之间的区别。

导热系数是表征材料导热性能优劣的参数，即是一

种物性参数。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。

表面传热系数是表征对流换热强弱的参数，它不仅取决

于流体的物性以及换热表面的形状、大小与布置，而且还与

流速有密切的关系，是取决于多种因素的复杂函数。

传热系数是表征传热过程强烈程度的标尺，其大小

不仅取决于参与传热过程的两种流体的种类，还与过程本身

有关，如流速的大小，有无相变等。

6．简述温度场，等温面，等温线的概念。

物体中存在着温度的场，称为温度场，它是各时刻物体

中各点温度分布的总称。

温度场中同一瞬间同温度各点连成的面称为等温面。在

任何一个二维的截面上等温面表现为等温线。

7．写出导热问题三类边界条件的定义及其数学描述。

（1）规定了边界上的温度值，称为第一类边界条件。

其数学描述为：

0τ>时，()1w t f τ=。对于稳态导

热问题，w t

＝ 常量。

（2）规定了边界上的热流密度值，成为第二类边界条

件

。

其

数

学

描

述

为

：

τ>时，

()2w

t f n λτ∂⎛⎫

-= ⎪∂⎝⎭，式中，n 为表面A 的外法

线方向。对于稳态导热问题，

w q ＝ 常量。

（3）规定了边界上物体与周围流体间的表面传热系数

h 及周围流体的温度f

t ，成为第三类边界条件。其数学描述

为：()

w f

w

t h t t n λ∂⎛⎫

-=- ⎪∂⎝⎭。在非稳态导热时，式中

h 及f

t 均可为时间的函数。

8,导热系数为什么和物体温度有关？而在实际工程中为什么经常将导热系数作为常数？

物体各部分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量传递称为导热。导热系数是表征材料热性能优劣的参数。而微观粒子的热运动与温度密切相关，因此导热系数和物体温度有关。

在实际工程中，在相当的温度范围内导热系数随物体温度的变化较小，因此常常将导热系数作为常数。

9．什么是形状因子？如何应用形状因子进行多维导热问题的计算？

导热问题中，两个等温面间导热热流量总是可以表示成

以下统一的形式：

()12S t t λΦ=-，其中，S 与导

热物体的形状及大小有关，成为形状因子。形状因子S 是有量

纲的物理量，其单位为

m 。

在多维导热问题中，如已知两个等温面的温度，计算出形状因

子，带入

()

12S t t λΦ=-，即可求得两个等温表面之

间的导热热流量。 19．对管内流和管外流，

Re 准则数中的特性长度的取法是不

一样的，说明其物理原因。

选取特征长度时，要把所研究问题中具有代表性的尺度

取为特征长度。由于管内流和管外流的换热面不同，管内流的换热面为管壁内表面，因此取管内径为特征长度；管外流的换热面为管壁外表面，因此取管外径为特征长度。

10．简述非稳态导热的分类及各类型的特点。

根据物体随时间的推移而变化的特性可以将非稳态导热区分为两类：物体的温度随时间的推移逐渐趋近于恒定的值及物体的温度随时间而作周期性的变化。

前者物体中的温度分布存在着两个不同的阶段。在

第一阶段里，温度分布呈现出主要受初始温度分布控制的特性，即在这一阶段中物体中的温度分布受初始温度分布很大的影响。这一初始阶段称为非正规状况阶段。当过程进行到一定深度时，物体的初始温度分布的影响逐渐消失，物体中不同时刻的温度分布主要取决于边界条件和物性，此时非稳态导热过程进入到了第二个阶段，即正规状况阶段。

后者物体中各点的温度及热流密度都随时间作周

期性的变化。 11．简述

Bi 准则数，Fo 准则数的定义及物理意义。

hl

Bi λ

=，表征固体内部导热热阻与其界面

上换热热阻比值的无量纲数。

2

a Fo l τ=

，非稳态过程的无量纲时间，表

征过程进行的深度。 12．

0Bi →和Bi →∞各代表什么样的换热条

件？

/1/Bi h

δλ

=

，

Bi →时，/1/h δλ

，物体内部的导热热阻/δλ几乎

可以忽略，因而任一时刻物体中各点的温度接近均匀，并随着时间的推移，逐渐趋近于周围流体的温度。

Bi →∞时，1//h δλ，表面对流换热热

阻1/h 几乎可以忽略，因而过程一开始物体的表面温度

变化到周围流体温度。随着时间的推移，物体内部各点的温度逐渐趋近于周围流体的温度。

13．简述集总参数法的物理意义及应用条件。

忽略物体内部导热热阻的简化分析方法称为集总参数法。如果物体的导热系数相当大，或者几何尺寸很小，或表面换热系数极低，则其导热问题都可能属于这一类型的非稳态导热问题。一般以式

()

/0.1V h V A Bi M

λ

=

<作为容许采用集

总参数法的判断条件，其中M 是与物体几何形状有关

的无量纲数。

24．对于实际凝结换热器，有那些方法可以提高膜状凝结换热系数？（1）排除不凝结气体 （2）使蒸气流动方向与液膜向下的流动同方向（3）管外侧强化凝结的表面结构 （4）管内侧采用扰动避免液膜厚度不断增厚

14．无限大平板和半无限大平板的物理概念是什么？半无限大平板的概念是如何应用在实际工程问题中的？

所谓无限大平板是对实际物体的一种抽象及简化处

理。当一块平板的长度和宽度远大于其厚度，因而平板的长度和宽度的边缘向四周的散热对平板内的温度分布影响很小，以致于可以把平板内各点的温度看作仅是厚度的函数时，该平板就是一块“无限大”平板。

所谓半无限大平板，几何上是指从

0x =的界面

开始向正的

x 方向无限延伸的平板

若一具有有限厚度和均匀初温的平板，其一侧表面

的边界条件突然受到热扰动。当扰动的影响还局限在表面附近而尚未深入到平板内部中去时，就可有条件地把该平板视为一“半无限大平板”。

15．对流换热是如何分类的？影响对流换热的主要物理因素有哪些？对流换热的分类如下所示：

影响对流换热的因素主要有以下五个方面：（1）流体流动的起因；（2）流体有无相变；（3）流体的流动状态；（4）换热表面的几何因素；（5）流体的物理性质

16．速度边界层和温度边界层的物理意义和数学定义是什

么？在固体表面附近流体速度发生剧烈变化的薄层称为流动边界层，又称速度边界层。通常规定达到主流速度的99％处的距离为速度边界层的厚度，记为

δ

。

固体表面附近流体温度发生剧烈变化的薄层称为温

度边界层或热边界层，其厚度记为

t δ。一般以过余温度为

来流过余温度的99％处定义为

t δ的外边界。

17．管外流和管内流的速度边界层有何区别？

管外流情况下，换热壁面上的速度边界层能自由发

展，不会受到邻近壁面存在的限制。

管内流情况下，当流体从大空间进入圆管时，速度

边界层有一个从零开始增长直到汇合于管子中心线的过程。 18．什么是特征长度和定性温度？选取特征长度的原则是什么？出现在特征数定义式中的几何尺度称为特征长度。

用以决定流体物性参数的温度称为定性温度。 选取特征长度的原则为：要把所研究问题中具有代

表性的尺度取为特征长度。

20．什么是相似原理？判断物理现象相似的条件是什么？相

似原理在工程中有什么作用？对于两个同类的物理现象，如果在相应的时刻与相应的地点上与现象有关的物理量一一

对应成比例，则称此两现象彼此相似。判断两个同类物理现象相似的条件是：（1）同名的已定特征数相等；（2）单值性条件相似。所谓单值性条件，是指使被研究的问题能被唯一地确定下来的条件，它包括：（1）初始条件；（2）边界条件；（3）几何条件；（4）物理条件。

相似原理可用来指导试验的安排及试验数据的整

理，也可用来知道模化试验。

21．

Nu ，Re ，Pr ，Gr 准则数的物理意义是什么？

hl

Nu λ=，是壁面上流体的无量纲温度梯度。

Re ul

ν

=，是惯性力与粘性力之比的一种度量。

Pr p c a

ηνλ==，是动量扩散厚度与热量扩散

厚度之比的一种度量。

3

2

gl t

Gr αν

∆=

，是浮升力与粘性力之比的一种

度量。

22．简述膜状凝结和珠状凝结的概念。

如果凝结液体能很好地湿润壁面，它就在壁面上铺展成

膜。这种凝结形式称为膜状凝结。

当凝结液体不能很好地湿润壁面时，凝结液体在壁面上

形成一个个的小液珠，称为珠状凝结。

23．对于单根管子，有那些因素影响层流膜状凝结换热？它们起什么作用？（1）不凝结气体 ，在靠近液膜表面的蒸气侧，随着蒸气的凝结，蒸气分压力减小而不凝结气体的分压力增大。蒸气在抵达液膜表面进行凝结前，必须以扩散方式穿过聚积在界面附近的不凝结气体层。因此，不凝结气体层的存在增加了传递过程的阻力。同时蒸气分压力的下降，使相应的饱和温度下降，减小了凝结的驱动力

t ∆，也使凝结过程削弱。

（2）蒸气流速 ，蒸气流速高时，蒸气流对液膜表面会产生明显的粘滞应力。其影响又随蒸气流向与重力场同向或异向、流速大小以及是否撕破液膜等而不同。一般来说，当蒸气流动方向与液膜向下的流动同方向时，使液膜拉薄，h 增大；反方向时则会

阻滞液膜的流动使其增厚，从而使

h 减小。

（3）过热蒸气 对于过热蒸气，只要把计算式中的潜热改用过热蒸气与

饱和液的焓差，亦可用饱和蒸气的实验关联式计算过热蒸气的凝结换热。（4）液膜过冷度及温度分布的非线性

只要用

r '代替计算公式中的r ，就可以照顾到这两

个因素的影响：

()0.68p s w r r c t t '=+-。

（5）管内冷凝，以水平管中的凝结为例，当蒸气流速低时，凝结液主要积聚在管子的底部，蒸气则位于管子上半部。如果蒸气流速比较高，则形成所谓环状流动，凝结液较均匀地展布在管子四周，而中心则为蒸气核。随着流动的进行，液膜厚度不断增厚以致凝结完时占据了整个截面。

（6）凝结表面的几何形状，用各种带有尖峰的表面使在其上冷凝的液膜减薄，以及使已凝结的液体尽快从换热表面上排泄掉。这样可以强化膜状凝结换热。

25．什么是黑体，灰体？实际物体在什么样的条件下可以看成是灰体？吸收比

1α=的物体叫做绝对黑体，简

称黑体。在热辐射分析中，把光谱吸收比与波长无关的物体称为灰体。对工程计算而言，只要在所研究的波长范围内光谱吸收比基本上与波长无关，则灰体的假定即可成立，而不必要求在全波段范围内()

α

λ为常数

26．物体的发射率，吸收比，反射比，穿透比是怎样定义的？发射率和反射比有何不同？实际物体的辐射力与同温度下黑体辐射力的比值称为实际物体的发射率，记为

ε

。物体对投入辐射所吸收的百分数称为该物体的吸收

比。物体对投入辐射所反射的百分数称为该物体的反射比。投入辐射穿透物体的百分数称为该物体的穿透比。 发射率是表征实际物体辐射力的大小。反射比是表征物体对投入辐射的反射能力的大小。

28．物体的发射率取决于物体本身，而不涉及外部条件。因此，发射率可看成是物性。但是吸收比与外界条件有关。为什么对于灰体，吸收比也可看成是物性，并等于发射率？按灰体的定义，其吸收比与波长无关，在一定温度下是一个常数。假设在某一温度T 下，一灰体与黑体处于

热平衡，按基尔霍夫定律

()()T T αε=。然后，

考虑改变该灰体的环境，使其所受到的辐射不是来自同温下的黑体辐射，但保持其自身温度不变，此时考虑到发射率及灰体吸收比的性质，显然仍有

()()T T αε=。所以对于灰体，一定有

αε=。

29．简述黑体辐射基本定律的物理意义及计算应用。

普朗克定律揭示了黑体辐射能按照波长分布的规

律：

()

25

1/1

b c T c E e

λλλ-=

-

式中：

b E λ：光谱辐射力，3/W m ； λ：

波长，

m T ：黑体的热力学温度，K

1

c ：第一辐射常量，其值为

1623.74210W m -⨯；n 2c ：第二辐射常

量，其值为

21.438810m K -⨯。

斯忒藩－玻尔兹曼定律说明黑体辐射力正比例于

其热力学温度的四次方：

4b E T σ=

兰贝特定律揭示了黑体辐射强度与方向无关的规律：

()L L θ=＝常量

30．简述角系数的定义及性质。

把从表面1发出的辐射能中落到表面2上的百分数，成为表面1对表面2的角系数，记为X 1,2。 角系数的性质（1）相对性

11,222,1A X A X = （2）

完整性对N 个表面组成的封闭腔有，

1,1

1N

j

j X

==∑

（3）可加性设表面2有2a 和2b 两部分组成，则有

1,21,21,2a B X X X =+

31．什么是有效辐射？如何应用在灰体辐射计算中？

单位时间内离开表面单位面积的总辐射能为该表面

的有效辐射，记为

J 。

在两个等温的漫灰表面组成的二维封闭系统中，无

论对于哪种情况，表面1、2之间的辐射换热量为：

1,2111,2222,1A J X A J X Φ=-

32．气体辐射有什么特点？

（1）不同气体，辐射和吸收的本领不同。 （2）气体辐射对波长具有选择性。

（3）气体的辐射和吸收是在整个容器中进行的，与气体在容器中的分子数目及容器的形状和容积有关。 33．强化传热的原则是什么？

强化传热时，对热阻较大的一侧流体换热下功夫，往往能收到显著的效果。即在传热温差不变时，改变传热过程中热阻大的那一环节的热阻，可以大大增加传热过程的传热量。

如果要采用加肋片的方式强化传热过程的话，只有在h i ,h o 相差较大，而A i ，A o 相差不大时，在h 较小的一侧加肋才能收到显著的强化效果。当A i h i ≈A o h o 但数值都很小时，两侧都要强化措施，如双侧强化管。