第四版《传热学》课后习题答案

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第四版《传热学》课后习题答案

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：

)(

tthq 

，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/(m2.K)；③ 传热系数

的单位是：W/(m2.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。

答：当壶内有水时，可以对壶底进行很好的冷却（水对壶底的对流换热系数大），壶底的

热量被很快传走而不至于温度升得很高；当没有水时，和壶底发生对流换热的是气体，因

为气体发生对流换热的表面换热系数小，壶底的热量不能很快被传走，故此壶底升温很快，

容易被烧坏。

6．用一只手握住盛有热水的杯子，另一只手用筷子快速搅拌热水，握杯子的手会显著地感到

热。试分析其原因。

答：当没有搅拌时，杯内的水的流速几乎为零，杯内的水和杯壁之间为自然对流换热，自

热对流换热的表面传热系数小，当快速搅拌时，杯内的水和杯壁之间为强制对流换热，表

面传热系数大，热水有更多的热量被传递到杯壁的外侧，因此会显著地感觉到热。

7．什么是串联热阻叠加原则，它在什么前提下成立？以固体中的导热为例，试讨论有哪些情

况可能使热量传递方向上不同截面的热流量不相等。

答：在一个串联的热量传递过程中，如果通过每个环节的热流量都相同，则各串联环节的

总热阻等于各串联环节热阻的和。例如：三块无限大平板叠加构成的平壁。例如通过圆筒壁

对于各个传热环节的传热面积不相等，可能造成热量传递方向上不同截面的热流量不相等。

8.有两个外形相同的保温杯A与B，注入同样温度、同样体积的热水后不久，A杯的外表面就可

以感觉到热，而 B杯的外表面则感觉不到温度的变化，试问哪个保温杯的质量较好？

　　答：Ｂ：杯子的保温质量好。因为保温好的杯子热量从杯子内部传出的热量少，经外部散

热以后，温度变化很小，因此几乎感觉不到热。

能量平衡分析

1-1 夏天的早晨，一个大学生离开宿舍时的温度为 20℃。他希望晚上回到房间时的温度能够低

一些，于是早上离开时紧闭门窗，并打开了一个功率为 15W 的电风扇，该房间的长、宽、高分

别为 5m、3m、2.5m。如果该大学生 10h 以后回来，试估算房间的平均温度是多少？

解：因关闭门窗户后，相当于隔绝了房间内外的热交换，但是电风扇要在房间内做工产生热量：

为

J54000036001015 ＝

全部被房间的空气吸收而升温，空气在20℃时的比热为：1.005KJ/

Kg.K,密度为 1.205Kg/m3,所以

89.11

005.1205.15.235

10540000











　　　当他回来时房间的温度近似为32℃。

1-2 理发吹风器的结构示意图如附图所示，风道的流通面积

260cmA 

，进入吹风器的空气压

力

kPap 100

，温度

t

℃。要求吹风器出口的空气温度

t

℃，试确定流过吹风器的空

气的质量流量以及吹风器出口的空气平均速度。电加热器的功率为 1500W。

解：

1-3 淋浴器的喷头正常工作时的供水量一般为每分钟

1000cm

。冷水通过电热器从 15℃被加热到

43℃。试问电热器的加热功率是多少？为了节省能源，有人提出可以将用过后的热水（温度为

38℃）送入一个换热器去加热进入淋浴器的冷水。如果该换热器能将冷水加热到 27℃，试计算

采用余热回收换热器后洗澡 15min 可以节省多少能源？

解：

1-4 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为热传导。

（b）热量交换的方式主要有热传导和自然对流。

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。

1-5 一个内部发热的圆球悬挂于室内，对于附图所示的三种情况，试分析：（1）圆球表面散热

的方式；（2）圆球表面与空气之间的换热方式。

解：（2）圆球为表面传热方式散热。

（1）换热方式：（a）自然对流换热；（b）自然对流与强制对流换热相当的过渡流传热；

（c）强制对流换热；

1-6 一宇宙飞船的外形示于附图中，其中外遮光罩是凸出于飞船体之外的一个光学窗口，其表

面的温度状态直接影响到飞船的光学遥感器。船体表面各部分的表面温度与遮光罩的表面温度

不同。试分析，飞船在太空中飞行时与遮光罩表面发生热交换的对象可能有哪些？换热的方式

是什么？

解：一遮光罩与外界发生辐射换热及遮光罩外表与船体外表进行辐射。传热方式为（辐射）

1-7 热电偶常用来测量气流温度。如附图所示，用热电偶来测量管道中高温气流的温度 Tf

,壁管温度

TT 

。试分析热电偶结点的换热方式。

解：具有管道内流体对节点的对流换热，沿偶丝到节点的导热和管道内壁到节点的热辐射。

1-8 热水瓶胆剖面的示意图如附图所示。瓶胆的两层玻璃之间抽成真空，内胆外壁及外胆内壁涂

了反射率很低的银。试分析热水瓶具有保温作用的原因。如果不小心破坏了瓶胆上抽气口处的密

闭性，这会影响保温效果吗？

解：保温作用的原因：内胆外壁外胆内壁涂了反射率很低的银，则通过内外胆向外辐射的热量

很少，抽真空是为了减少内外胆之间的气体介质，以减少其对流换热的作用。如果密闭性破坏，

空气进入两层夹缝中形成了内外胆之间的对流传热，从而保温瓶的保温效果降低。

导热

1-9 一砖墙的表面积为12

，厚为260mm，平均导热系数为 1.5W/（m.K）。设面向室内的表

面温度为 25℃，而外表面温度为-5℃，试确定次砖墙向外界散失的热量。

解：根据傅立叶定律有：

A9.2076

26.0

5)(25

125.1 













1-10 一炉子的炉墙厚 13cm，总面积为20

，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 2.09×104kJ/kg，问每天因

热损失要用掉多少千克煤？

解：根据傅利叶公式

Q2.75

13.0

)50520(2004.1 













每天用煤

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摘要：

第四版《传热学》课后习题答案第一章思考题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：dx...

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