传热比赛范文

传热比赛范文第1篇

关键词：化工原理;教学改革;教学方法

基金项目：吉林农业大学教改示范课校级优秀课《化工原理》

化工原理不仅是化学工程及其相近专业，也是食品、制药、生物、环境、轻化、高分子等专业必修的一门重要专业基础课，是连结基础课与专业课之间的纽带。化工原理又是一门工程学科，它和工程应用的结合非常密切。在培养学生工程学的观点，提高学生工程应用与创新能力方面起着重要作用[1]。但是，学生普遍反映该课程较复杂难以理解，笔者认为这是由《化工原理》课程的特殊性所决定的。

因此，作为《化工原理》课程的授课教师，如何把握课程特点与相关专业特色的统一，使学生学好这门课程就显得尤为重要。笔者通过对不同专业学生的教学研究，总结了自己的一些观点，以供参考。

1 明确教与学的关系与地位

以教师为中心灌输理论知识，教学中只注重知识的传递，忽视动手能力、独立思考能力、自学能力与创造能力的培养理念是教学改革的严重障碍。随着社会的发展这种理念不再适合教学和社会的要求。现在教学的突出特点是，以发展学生智能为出发点，充分发挥教师的主导作用，充分调动学生的学习积极性，尤其注意学生学习方法的研究。确立教学活动中学生的主体地位，发挥学生的主体作用;要有重视实践的观念，应让学生在实践活动中锻炼成长。但是，要想充分发挥学生主体作用，必须发挥教师的主导作用。主导是为主体确立的，而不能削弱、代替或否定主体。发挥主导作用，是为了发挥主体作用。

2 多种教学方法，生动灵活

优化教学方法和手段有利于学生对教学内容的理解,有利于充分调动学生的主观能动性、积极性,有利于培养学生的自学能力、分析能力、总结能力和解决问题的能力。为此,我们在教学中运用了如下的教学方法[2-3]:

2.1 采用多媒体教学

采用现代化教学手段是解决有限的课堂教学时间与丰富教学内容之间矛盾的有效途径。丰富的多媒体课程教学软件开发与运用,将教授的知识以各种音频信息、文本、图像、视频等方式生动、形象地表达, 有利于提供感性知识，启发思维能力，有助于化难为易加深理解，进一步激发学生的学习兴趣。有利于学生对比较复杂、抽象知识的理解，为掌握知识创造有利条件。增强学生的感性知识，引导学生分析、归纳、综合、形成科学概念和思想，掌握事物的本质和发展规律，进一步提高抽象思维能力和概括事物的能力。

2.2 培养学生工程性的意识

《化工原理》是一门实践性和综合性的工程技术课，是从事相关工程生产工作的理论支柱和基本指导。《化工原理》的学习在掌握扎实的理论知识前提下，还要掌握必要的工程知识和实践。一般认为工程概念包括：理论正确性、技术可行性、操作安全性和经济合理性。这四个方面相互关联、相互影响，组成一个有机的整体，理论正确性是前提，技术可行性和操作安全性是关键，经济性是整个概念的核心。

3 知识的衔接与拓展

3.1 基础知识的衔接

教师在教授《化工原理》课程时，要立足于所教授知识内容的来源基础，即采用已学过的知识作为现在所学内容的基础，并在此基础上结合相关知识点进行具体应用。指导学生牢牢把握基础知识和基本技能这一环节。而学生要想学好这门课程必须具有扎实的基础知识和基本技能。基础知识要连成线，穿成串，结成网，形成体。

3.2 拓展与专业相关的知识点

在教学过程中，可以通过提问提出相关专业中某些内容(该内容是其他科目的常见问题或知识点)，教师利用正在学习的知识来解释说明这些内容体现的原理。使学生知其然，知其所以然。例如，在微生物摇床培养过程中，摇床转速的大小对微生物生长的影响，主要体现了流体动力学中流体流速对物质传质和传热的影响，即转速越快，传质与传热的效率越高，但是达到一定程度，流体的剪切力对微生物又会产生一定损伤，所以微生物在摇床培养过程中要注意转速的控制。

4 教师自身素质的提高

教师在教学过程中起主导作用，教师在具备本专业扎实地基础理论、基本知识和技能的前提下，为了更好的提高教师自身能力，完善自身的体系只有不断的扩充自身的知识，必须熟悉本专业最新的科研成果和发展前沿;必须了解与《化工原理》课程相关的专业知识;还应该追踪新兴学科知识的进步，及在本专业方面的应用。自身的知识结构要多元化，实现学科交叉，知识互补，活跃学术思想，深入开展学术交流，更大程度的提高和发挥自身的积极性和创造性[4]。

总之，课程教学是一项综合性系统工程, 课程教学方法的改革，是教学研究的永恒的课题，是提高教学质量的关键。教师在鼓励创新精神、培养创造能力的合格人才的同时还要具有全面发展的整体观念，树立以学生为主体的观念、重视实践的观念、教育思想发展的动态观念及教书育人的观念。

参考文献

[1] 王振芳，陆维玮，任晓红，等.化工原理课程建设与改革的几点经验和体会[J].化工高等教育，2006，23(1)：46-47.

[2] 李明艳，班书昊. 用多媒体技术提高专业课教学效果探讨[J].现代商贸工业，2010, 22(17)：237-238.

[3] 陈蔚萍，陈丹云，毛立群.《化工原理》教学的探讨与实践[J]. 广东化工，2009, 36(5)：209-211.

[4] 叶志明. 谈当好一名高等学校教师的基本素质[J]. 中国大学教学，2006,11：1-5.

朱学军(1970-)，男，汉族，吉林柳河人，吉林农业大学生命科学学院讲师，吉林大学生物化学与分子生物学博士毕业，研究方向：化工原理、酶工程和酶制剂生产。

传热比赛范文第2篇

A .等于

B .大于

C .小于

D .可能大于、小于

3 .对充换热系数为 1000W/(m 2 K) 、温度为 77 ℃的水流经 27 ℃的壁面，其对流换热的热流密度为( d )

A . 8 × 10 4 W/m 2 B . 6 × 10 4 W/m 2 C . 7 × 10 4 W/m 2 D . 5 × 10 4 W/m 2 4 .流体流过管内进行对流换热时，当 l/d 时，要进行入口效应的修正。(c ) A .> 50 B .= 80 C .< 50 D .= 100 5 .炉墙内壁到外壁的热传递过程为( d )

A .热对流 B .复合换热 C .对流换热 D .导热 6 .下述哪个参数表示传热过程的强烈程度?( a ) A . k B .λ C .α c D .α 7 .雷诺准则反映了 的对比关系?(b ) A .重力和惯性力 B .惯性和粘性力 C .重力和粘性力 D .浮升力和粘性力 8 .下列何种材料表面的法向黑度为最大? c A .磨光的银 B .无光泽的黄铜 C .各种颜色的油漆 D .粗糙的沿

9 .在热平衡的条件下，任何物体对黑体辐射的吸收率 同温度下该物体的黑度。(c ) A .大于 B .小于 C .恒等于 D .无法比较

10 .五种具有实际意义的换热过程为：导热、对流换热、复合换热、传热过程和(a ) A .辐射换热 B .热辐射 C .热对流 D .无法确定

第二部分 非选择题

二、填空题(本大题共 10 小题，每小题 2 分，共 20 分)

11 .已知某大平壁的厚度为 10mm ，材料导热系数为 45W/(m K) ，则通过该平壁单位导热面积的导热热阻为 。

12 .已知某换热壁面的污垢热阻为 0.0003 ( m 2 K )，若该换热壁面刚投入运行时的传热系数为 340W ( m 2 K )，则该换热壁面有污垢时的传热系数为 。 13 .采用小管径的管子是 对流换热的一种措施。 14 .壁温接近换热系数 一侧流体的温度。

15 .研究对流换热的主要任务是求解 ，进而确定对流换热的热流量。 16 .热对流时，能量与 同时转移。

17 .导热系数的大小表征物质 能力的强弱。

18 .一般情况下气体的对流换热系数 液体的对流换热系数。 19 .在一定的进出口温度条件下， 的平均温差最大。 20 . 是在相同温度下辐射能力最强的物体。

三、名词解释(本大题共 5 小题，每小题 4 分，共 20 分) 21 .稳态导热 22 .稳态温度场 23 .热对流 24 .传热过程 25 .肋壁总效率

四、简答题(本大题共 2 小题，每小题 8 分，共 16 分)

26 .不凝结气体含量如何影响了蒸汽凝结时的对流换热系数值?其影响程度如何?凝汽器如何解决这个问题?

27 .写出直角坐标系中导热微分方程的一般表达式，它是根据什么原理建立起来的?它在导热问题的分析计算中有何作用?

五、计算题(本大题共 2 小题，每小题 12 分，共 24 分)

28 .两块平行放置的平板 1 和 2 ，相关尺寸如图示。已知： t 1 =177 ℃、 t 2 =27 ℃、ε 1 =0.8 、

ε 2 =0.4 、 X 1 ， 2 = 0.2 。试用网络法求：

• 两平板之间的辐射换热量;

• 若两平板均为黑体表面，辐射换热量又等于多少?

29 .一台逆流式换热器用水来冷却润滑油。流量为 2.5kg /s 的冷却水在管内流动，其进出口温度分别为 15 ℃ 和 60 ℃ ，比热为 4174J/(kg k) ;热油进出口温度分别为 110 和 70 ，比热为 2190 J/(kg k) 。传热系数为 400W ( m 2 k )。试计算所需的传热面积。

传热学

(二)参考答案

一、单项选择题(本大题共 10 小题，每小题 2 分，共 20 分) 1• A 2 . B 3 . D 4 . C 5 . D 6 . A 7 . B 8 . C 9 . C 10 . A

二、填空题(本大题共 10 小题，每小题 2 分，共 20 分)

11 . 2.22 × 10 - 4 ( m 2 k ) /W (若没写单位，扣 0.5 分。)

12 . 308.5W/ ( m 2 k ) [ 或 309W/ ( m 2 k )或 308W/ ( m 2 k ) ] (若不写单位，扣 0.5 分) 13 .强化 14 .较大

15 .对流换热系数(或α c 均可) 16 .质量(或物质) 17 .导热 18 .小于 19 .逆流 20 .黑体

三、名词解释(本大题共 5 小题，每小题 4 分，共 20 分) 21 . 【参考答案】

发生在稳态温度场内的导热过程称为稳态导热。

(或：物体中的温度分布不随时间而变化的导热称为稳态导热。) 22 .【参考答案】

温度场内各点的温度不随时间变化。(或温度场不随时间变化。) 23 .【参考答案】

依靠流体各部分之间的宏观运行，把热量由一处带到另一处的热传递现象。 24 .【参考答案】

热量由固体壁面一侧的热流体通过固体壁面传递给另一侧冷流体的过程。 25 .【参考答案】

肋侧表面总的实际散热量与肋壁 测温度均为肋基温度的理想散热量之比。

四、简答题)本大题共 2 小题，每小题 8 分，共 16 分) 26 .【参考答案及评分标准】

( 1 )因在工业凝汽器设备的凝结温度下，蒸汽中所含有的空气等气体是不会凝结的，故称这些气体成分为不凝结气体。当蒸汽凝结时，不凝结气体聚积在液膜附近，形成不凝结气体层，远处的蒸汽在抵达液膜表面进行凝结前，必须以扩散方式穿过这个气体层，这就使凝结换热过程增加了一个热阻，即气相热阻，所以 α c 降低。( 3 分)

( 2 )在一般冷凝温差下，当不凝结气体含量为 1% 时，换热系数将只达纯净蒸汽的 40% 左右，后果是很严重的。( 3 分，答 50% 左右也可)

( 3 )这是凝汽器必须装设抽气器的主要原因之一。( 2 分) 27 . 【参考答案及评分标准】

( 1 )直角坐标系中导热微分方程的一般表达式为： ( 3 分)

( 2 )它是根据导热基本定律(或傅里叶定律)和能量守恒定律建立起来的。( 2 分)

( 3 )作用：确定导热体内的温度分布(或温度场)。( 3 分)

五、计算题(本大题共 2 小题，每小题 12 ，共 24 分) 28 . 【参考答案及评分标准】

( 1 ) (3 分 ) 4

=1105.65W ( 1 分)

• 若两表面为黑体表面，则

(2 分 ) ( 3 分)

=1492.63W ( 1 分)

( 2 分)

若不写单位，扣 0.5 分若直接把值代入而没写出公式，也可给分。 29 . 【参考答案及评分标准】

已知： q m2 =2.5kg/s

• 计算平均温差

( 2 )计算水所吸收的热量

( 3 分)

( 3 )计算传热面积

由 得

(4 分 )

( 5 分)

若不写单位，扣 0.5 分若没写公式，直接把值代入，也可给分。

传热学

(三)

本试题分两部分，第一部分为选择题， 1 页至 2 页，第二部分为非选择题， 3 页至 7 页。本试题共 7 页;选择题 20 分，非选择题 80 分，满分 100 分。考试时间 150 分钟。

第一部分 选择题

一、单项选择题(本大题 10 小题，每小题 2 分，共 20 分)

在每小题列出的四个选项中只有一个选项是符合题目要求的，请将正确项前的字母填在题后的括号内。 1. 在锅炉的炉墙中：烟气 内壁 外壁 大气的热过和序为 : 【 】 A. 辐射换热 , 导热 , 复合换热 B. 导热，对流换热，辐射换热 C. 对流换热泪盈眶，复合换热，导热 D. 复合换热，对流换热，导热

2. 由表面 1 和表面 2 组成的封闭系统中： X 1,2 _____ X 2,1 。 A. 等于 B. 小于 C. 可能大于，等于， 小于 D. 大于 3. 流体流过短管内进行对流换热时其入口效应修正系数 【 】 A.=1 B. >1 C. <1 D. =0 4. 在其他条件相同的情况下 , 下列哪种物质的导热能力最差 ? 【 】 A. 空气 B. 水 C. 氢气 D. 油 5. 下列哪种物质中不可能产生热对流 ? A. 空气 B. 水 C. 油 D. 钢板 6.Gr 准则反映了 ________ 的对比关系。 A. 重力和惯性力 B. 惯性力和粘性力 C. 重力和粘性力 D. 角系数 7. 表面辐射热阻与 ________ 无关。 A. 表面粗糙度 B. 表面温度 C. 表面积 D. 角系数

8. 气体的导热系数随温度的升高而 【 】 A. 减小 B. 不变

C. 套管式换热器 D. 无法确定

9. 下列哪种设备不属于间壁式换热器 ? 【 】 A.1-2 型管壳式换热器 ? B. 2-4 型管壳式换热器 C. 套管式换热器 D. 回转式空气预热器 10. 热传递的三种基本方式为 【 】 A. 导热、热对流和传热过热 B. 导热、热对流和辐射换热 C. 导热、热对流和热辐射 D. 导热、辐射换热和对流换热

第二部分 非选择题

二、填空题(本大题共 10 小题，每小题 2 分，共 20 分)

11. 在一台顺流式的换热器中，已知热流体的进出口温度分别为 180 和 100 ，冷流体的进出口温度分别为 40 和 80 ， 则对数平均温差为 ___________ 。

12. 已知一灰体表面的温度为 127 ，黑度为 0.5 ， 则其车辆射力为 ____________ 。 13. 为了达到降低壁温的目的，肋片应装在 ________ 一侧。 14. 灰体就是吸收率与 ________ 无关的物体。

15. 冬季室内暖气壁面与附近空气之间的换热属于 ________ 换热。 16. 传热系数的物理意义是指 _________ 间温度差为1时的传热热流密度。 17. 黑度是表明物体 ________ 能力强弱的一个物理量。

18. 肋壁总效率为 _______ 与肋壁侧温度均为肋基温度时的理想散热量之比。

19. 在一个传热过程中，当壁面两侧换热热阻相差较多时，增大换热热阻 _______ 一侧的换热系数对于提高传热系数最有效。

20. 1-2型管壳式换热器型号中的“2”表示 _________ 。

三、名词解释(本大题5小题，每小题4分，共20分) 21. 换热器的效能(有效度) 22. 大容器沸腾 23. 准稳态导热

24. 黑体 25. 复合换热

四、简答题(本大题共2小题，每小题8分，共16分) 26. 气体辐射有哪些特点?

27. 为什么高温过热器一般采用顺流式和逆流式混合布置的方式?

五、计算题(本大题2小题，每小题12分，共24分)

28. 某炉墙由耐火砖和保温板组成，厚度分别为 200mm 和 80mm ，导热系数分别为 0.8W/(m. K) 和 0.11W/(m. K) ，炉墙内外侧壁温分别为 600 。 C 和 70 。 C 。求炉墙单位面积的热损失和两层材料间的温度。

29. 以 0.8m/s 的流速在内径为 2.5cm 的直管内流动，管子内表面温度为 60 。 C ，水的平均温度为 30 。管长2 m 。试求水所吸收的热量。(已知 30 。 C 时 , 水的物性参数为： C p =4.17KJ/(kg.K), λ =61.8 × 10 -2 W/(m.K), ρ =995.7kg/m 3 , μ =0.805 × 10 -6 m 2 /s, ) Pr=5.42, 水 60 。 C 时的 υ =469.9 × 10 -6 kg/(m.s)) 。已知水在管内流动时的准则方程式为

(1) Nu f =0.027Re f 0.8 Pr f 0.4 ε 1 ε R 适用条件： Re f =10 4 1.2 × 10 5 , Rr f =0.6-120, 水与壁面间的换热温差 t ≤ 30C ° (2) Nu f =0.027Re f 0.2 Pr f 1/3 ( μ f / μ w ) 0.11 ε 1 ε R 适用条件： Re f =10 4 ~ 1.75 × 10 6 , Pr f = 0.6 ~ 700, 水与壁面间的换热温差 t > 30 以上两个准则方程式的定性温度均为流体的平均温度(μ w 的定性温度为管内壁温度) , 特性尺度为管内径。

传热学

(三)参考答案

一、单项选择题(本大题共 10 小题，每小题 2 分，共 20 分) 1 . A 2. C 3. B 4. A 5. D 6. D 7. D 8. C 9. D 10. C

二、填空题(本大题共 10 小题，每小 2 分，共 20 分)

11 . 61.7 ° C 或 61.7 ° C( 若不写单位 , 扣 0.5 分 ) 12 . 725.76W/m 2 或 726W/m 2 ( 若不写单位 , 扣 0.5 分 ) 13 .冷流体

14 .波长或 “ λ ” 复合 15. 复合

16 .热冷流体 ( 或"冷热流体"也可，"热流体和冷流体 ) 也可 ) 17. 辐射 18. 肋壁实际散热量

19. 较大或 “ 大"、“较高” 20. 管程数

三、名词解释(本大题共 5 小题，每小题 4 分，共 20 分) 21 .【参考答案及评分标准】

换热器的实际传热量与最大可能传热量之比。或 22 .【参考答案及评分标准】

高于液体饱和温度的热壁面沉浸在具有自由表面的液体中所发生的沸腾。

• 【参考答案及评分标准】

物体内各点温升速度不变的导热过程。

• 【参考答案及评分标准】

吸收率等于 1 的物体。

• 【参考答案及评分标准】

对流换热与辐射换热同时存在的综合热传递过程。

四、简答题(本大题共 2 小题，每小题 8 分，共 16 分) 26 .【参考答案及评分标准】

( 1 )气体的辐射(和吸收)对波长有强烈的选择性，即它只能辐射和吸收某些波长范围内的能量。

( 2 )气体的辐射(和吸收)是在整个容积中进行的。固体和液体不能穿透热射线，所以它们的辐射(和吸收)只在表面进行。

评分标准：( 1 )答出 4 分：( 2 )答出 4 分。 27 .【参考答案及评分标准】

( 1 )因为在一定的进出口温度条件下，逆流的平均温差最大，顺流的平均温差最小，即采用逆流方式有利于设备的经济运行。

( 2 )但逆流式换热器也有缺点，其热流体和冷流体的最高温度集中在换热器的同一端，使得该处的壁温较高，即这一端金属材料要承受的温度高于顺流型换热器，不利于设备的安全运行。 ( 3 )所以高温过热器一般采用顺流式和逆流式混合布置的方式，即在烟温较高区域采用顺流布置，在烟温较低区域采用逆流布置。

评分标准：( 1 )答出 2 分;( 2 )答出 2 分;

( 3 )答出 3 分。

五、计算题(本大题共 2 小题，每小题 12 分，共 24 分)

传热比赛范文第3篇

1、体积、压强和温度是描述气体宏观性质的三个状态参量。

①温度：表征系统热平衡时宏观状态的物理量。摄氏温标，t表示，单位摄氏度(℃)。热力学温标，即开尔文温标，T表示，单位开尔文，简称开(K)。 热力学温标的刻度单位与摄氏温标相同，他们之间的换算关系：

T/K=273.15℃+ t 温度没有上限，却有下限，即热力学温标的绝对零度。温度可以无限接近0K，但永远不能达到0K。

②压强：气体作用在容器壁单位面积上指向器壁的垂直作用力。单位帕斯卡，简称帕(Pa)。其他：标准大气压(atm)、毫米汞高(mmHg)。

1 atm =1.01325×105 Pa = 760 mmHg ③体积：气体分子运动时所能到达的空间。单位立方米(m3)、升(L)

2、热力学第零定律：如果两个热力学系统中的每一个都与第三个热力学系统处于热平衡，则这两个系统也必处于热平衡。

该定律表明：处于同一热平衡状态的所有热力学系统都具有一个共同的宏观特征，这一特征可以用一个状态参量来表示，这个状态参量既是温度。

3、平衡态：对于一个孤立系统(与外界不发生任何物质和能量的交换)而言，如果宏观性质在经过充分长的时间后保持不变，也就是系统的状态参量不再岁时间改变，则此时系统所处的状态称平衡态。

通常用pV图上的一个点表示一个平衡态。(理想概念)

4、热力学过程：系统状态发生变化的整个历程，简称过程。可分为：

①准静态过程：过程中的每个中间态都无限接近于平衡态，是实际过程进行的无限缓慢的极限情况，可用pV图上一条曲线表示。

②非准静态过程：中间状态为非平衡态的过程。

5、理想气体状态方程: 一定质量的气体处于平衡态时，三个状态参量P.V.T存在一定的关系，即气体的状态方程fP,V,T注：难免有疏漏和不足之处，仅供参考。 教材版本：高等教育出版社《大学物理学》

)

0。

P1V1理想气体p、V、T关系状态方称

T1P2V2T2，设质量m，摩尔质量M

PV的理想气体达标准状态，有

TP0V0T0mP0VmMT0

令RP0Vm/T0,则有理想气体状体方程 PVR8.31Jmol1mMRT

式中

K1，为摩尔气体常量。

第 1 页 共 9 页

设一定理想气体的分子质量为m0，分子数为N，并以NA表示阿伏伽德罗常数，可得

pmRTMV

Nm0RTNAm0VNRVNAT

令k=R / NA =1.38×10-23JK-1，令n=N/V为单位体积分子数，即分子数密度，则有pnkT

6、热力学第一定律：

QEA

Q表示相同与外界交换的热量，W表示系统对外界所做的功，△E表示内能的增量。相应的符号规定：

系统吸热时Q>0,放热时Q<0.;系统对外做功时，W>0, 外界对系统做功时，W<0; 系统内能增加时△E>0,内能减少时，△E<0。既有上式表明，系统从外界吸收的热量，一部分用于增加自身的内能，另一部分用于对外做功，在状态变化过程中能量守恒。对于微小过程而言，表达式可改写成：dQdEdW(系统经历的过程必须为准静态过程)。

热力学第一定律还可以表述为：不可能制造出第一类永动机。

7、准静态过程中的热量、功、内能：

①准静态过程中的功：系统对外所做的功在数值上p-V曲线下的面积。 W=pdV(适用于任何准静态过程)，当V2>V1时，气体膨胀，系统对外V1V2做功，W>0;当V2

mc. 一个质量为m,摩尔质量M的系统，在某一微过程中吸收的热量为

dQmMcMdTmMCmdT

第 2 页 共 9 页

当温度从T1升值T2时，其吸收的热量为

CT2mM-

1T1CmdT-1

，式中m/M为物质的量，CmcM称为摩尔热容，单位JmolK ，其定义式：

CmmMdQCmdT。 ，对微小过程dQMmdTiC1R 定压摩尔热容：p,mR

22i定体摩尔热容：Cv,m③准静态过程中的内能变化：dET2mMCV,mdT

E2E1mMT1CV,mdTmMCV,mT2T1，代表了任何热力学过程内能增量与始末两状态的关系，又可表示为

dEmiM2RdT 或 E2E1miM2RT2T1

可见，理想气体的内能只是温度的单值函数。

8、热力学第一定律的应用

①等体过程：pTmRMV恒量，由于dV=0，因此dWpdV0，即系统对外不做功。故：QVEVTmRMpmiM2R(T2T1)i2p2p1V。

②等压过程：V2恒量，对外做功

WV1pdVp(V2V1)mMRT2T1，内能增量EmiM2mMR(T2T1)

吸收热量：

Qp(E2E1)WmMR(T2T1)miM2R(T2T1)(i21)p(T2T1)第 3 页 共 9 页

miQ1pV2V1Cp,mT2T1 或 pM2③定体摩尔热容与定压摩尔热容的关系为Cp,mCv,mR，即迈耶公式。

比热容比：Cp,mCV,mmMi2i

④等温过程：pVRT常量。T0，故E0。

吸收热量QTWmMRTlnV2V1mMRTp2p1mMCT,mT

⑤绝热过程：状态变化中，系统与外界没有热量的交换，dQEW0表示为EW即在绝热过程中，外界对系统所做的功全部用来增加系统的内能;或表示为EW即在绝热过程中，系统对外界做功只能凭借消耗自身的内能。即，WQEmiM2R(T2T1)。

绝热方程的几种表示方法: 1pVC1 TVC2

PTr1rC3

9、循环过程：是指系统经历了一系列变化以后，又回到原来状态的过程。 循环过程沿顺时针方向进行时，系统对外所做的净功为正，这样的循环称为正循环，能够实现正循环的机器称为热机。循环过程沿逆时针方向进行时，系统对外所做的净功为负，这样的循环称为逆循环，能够实现正循环的机器称为制冷机。 特点：△E=0，由热力学第一定律得，吸收的热量-放出的热量=对外所做的功，Q1Q2W ①热机效率WQ11Q2Q11 ②制冷系数eQ2WQ2Q2Q1

10、卡诺循环：两个等温过程和两个绝热过程

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卡诺循环效率1Q2Q11T2T1

卡诺循环制冷系数

eQ2Q1Q2T2T1T2

11、热力学第二定律：开尔文表述：不可能制造出这样的一种热机，它只从单一热源吸收热量，并将其完全转化为有用的功而不产生其他影响(热机转换的不可逆性);克劳休斯指出：不可能把热从低温物体传到高温物体而不长生其他影响。热量不可能自发的从低温物体传到高温物体(热传导的不可逆性)。

12、卡诺定理

定理1：在相同的高温热源和相同的低温热源之间工作的一切可逆热机，其效率都相等，与工作物质无关。即1T2T1

定理2：在相同的高温热源和相同的低温热源之间工作的一切可逆热机，其效率都小于可逆热机的效率，于是有1T2T1(可逆机取等号)。

 气体动理论

1、分子动理论基本观点：每个分子的运动遵从力学规律，而大量分子的热运动则遵从统计规律，这就是气体动理论的基本观点。

2、理想气体的微观模型：

①气体分子的大小与气体分子之间的平均距离相比要小得多，因此可以忽略不计，可将理想气体分子看作质点;

②除分子之间的瞬间碰撞以外，可以忽略分子之间的相互作用力，因此分子在相继两次碰撞之间作匀速直线运动;

③分子间的相互碰撞以及分子与器壁的碰撞可以看作完全弹性碰撞。

/

3、理想气体压强的统计意义：设体积为V的长方体内，有某种理想气体，分子质量为m0分子数为N，由于N非常巨大，所以气体包含各种可能的分子速度，把相同速度的分子分为一组，分子数密度为ni,显然分子数总密度为nii,当气体

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处于平衡状态时，器壁上的压强处处相等，单个分子遵循力学规律，x方向动量变化pix2mvix，单个分子施于器壁的冲量2mvix，两次碰撞间隔时间2xvix，单位时间碰撞次数vix2x。故单个分子单位时间施于器壁的冲量2mvixvix/2xmvixx。则大量分子总冲量，即单位时间N个粒子对器壁总冲量

2imvixx2mxiv2ixNmxivixNFyz2Nmxvx2vx2

故器壁所受平均冲力F由 统计假设nNmx132v，压强p2xNmxyz

Nxyz，v2xv，且分子平均平动动能k12mv2

所以 p23nk 。

道而顿分压定律：如果容器种有多种气体分子，则每种气体的压强由理想气体的压强公式确定，混合气体的压强应该等于每种气体分子组单独作用是时的压强总和。数学表达式为

4、气体分子平均动能

pnkT，ppp1p2p3...

1223nk 得kmv=

232kT,气体温度的微观实质气体温度标志着气体内部分子无规则热运动的剧烈程度，乃是气体分子平均平动动能大小的量度。

p23nkp23nVkpNk

325、能量均分定理

在力学中，我们把确定一个物体在空间的位置所必需的独立坐标数目定义为物体的自由度。单原子分子：质点，自由度3;双原子分子：刚性细杆，自由度5;多原子分子：刚体，自由度6。

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在温度为T的平衡态下，物质分子的每个自由度都具有相同的平均动能，1其值为2kT，则分子的平均动能可表示为：

i2kT。

iA

6、理想气体的内能：1mol 理想气体的内能为Em=N内能为E2kT,所以理想气体的miM2RT。

7、麦克斯韦速率分布函数：速率在v附近单位速率区间内的分子数与总分子数的比。或者说速率在v附近单位速率区间内的分子出现的概率。对于确定的气体，麦克斯韦速率分布函数只与温度有关。

f(v)dNNdv

N0V2V1Nf(v)dv

NNV2V1f(v)dv

f(v)dv1

8、三个统计速率：

①平均速率： v8kTm08RTM1.60RTM

RTM ②方均根速率：v23kTm3RTM1.73③最概然速率：vp2kTm02RTM1.41RTM

9、碰撞频率：单位时间内一个分子与其它分子发生碰撞的平均次数，称为平均碰撞频率，简称为碰撞频率。

Z2ndv2

10、平均自由程：分子在与其它分子发生频繁碰撞的过程中，连续两次碰撞之间自由通过的路程的长短具有偶然性，我们把这一路程的平均值称为平均自由程。

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12dn2 若代入

pnkT得到

kT2d2p 所以，温度T一定时，当压强P越小，气体越稀薄。

11、熵与热力学第二定律

热力学第二定律的统计应用：孤立系统内部发生的一切不可逆过程总数由包含微观态数目少的宏观态像包含微观态数目多的宏观态转变。一切不可逆过程都是从有序状态向无序状态的方向进行。

12、熵与热力学概率：玻尔兹曼关系式：Skln

式中的k是玻尔兹曼常量，熵的单位与玻尔兹曼常量相同，为JK-1

熵S是组成系统的微观粒子额无序性的量度，在孤立系统中一切实际过程都是从热力学概率小的状态向热力学概率大的状态进行。当系统趋于平衡状态时，其熵S达到最大。

13、克劳修斯熵 熵增加原理： 积分计算，即BAdQdT。在不可逆过程中熵变大于该过程热温比的积分。熵变可以用玻尔兹曼熵计算SkNlnCVV2V1则气体体积从V变化到V，系统

1

2熵的变化为SS2S1kNln (N为分子数目)与等温过程相比SQT称为热温比。

SmMRlnV2V1 Sklnkln1kln2S1S2

孤立系统中发生的一切不可逆过程都将导致系统熵的增加;而在孤立系统中发生的一切可逆过程，系统的熵保持不变。这一结论称为熵增加原理。其数学表达式为：S0 注意：

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①熵是一个态函数，熵的变化之取决于初末两个状态，与具体过程无关。 ②熵具有可加性。系统的熵等于系统内个部分的熵之和。

③克劳修斯熵只能用于描述平衡状态，而玻尔兹曼熵则可以用于描述非平衡态。

传热比赛范文第4篇

关键词：行业高校;传热学;案例教学;探讨与实践

传热学是工程科学的重要领域之一，是理论与实践结合十分密切的专业基础课，课程修完后要求学生能够运用传热学理论分析计算实际的热量传递过程，在大机械类专业本科生的培养中占有重要的地位。

上海电力学院是一所电力行业类高校，培养的“能源与动力工程”专业学生主要面对发电企业，而电力产生过程中的传热现象可以说无处不在，这就要求所培养的学生不仅要掌握传热学的基础知识，而且要能将传热学知识电厂的实际现象相结合。

但是，作者在多年的实际教学过程中发现，学生在该课程的学习过程中比较迷茫，究其原因，是因为教材讲授知识的思路多是先讲述基本定律或方程，再描述从工程实践中抽象出来的数学模型，然后运用数学知识或引用经验公式加以求解。而该阶段的学生还缺少对电力生产过程的感性知识，缺少对电力生产过程中涉及到的传热现象和传热设备的认识和了解，因此普遍感觉“传热学”的理论知识和计算方法抽象，不易理解，较难将“传热学”课程与自己所学的专业切实地联系起来。

近几年，有些教育工作者结合自己的工作经验分享了授课中案例式教学的应用心得[1-5]，这让作者深受启发，由此萌发出结合实际问题讲授理论知识，围绕日常生活案例以及与电厂联系紧密的工程案例来组织教学的想法。为此作者所在的课程组结合多年的“传热学”教学经验，设计与编写相关教学案例，将其运用于课堂教学，取得了较好的课堂授课效果，为行业类高校课程教学的有效开展提供了有益的参考。

一、教学案例的制作

教学案例的搜集与制作是案例教学实施首当其冲的第一个环节。案例准备得恰當、充分与否关系着案例教学的成败。

1.教学案例的选择原则：课程组通过深入研究教学内容与教学目标，结合我校“能源与动力工程”专业主要培养“电力工程师”的人才培养目标，首先确立了教学案例的选择原则。

①教学案例要贴切、恰当。案例教学法是一种教学方法，本质上还是要服务于教学的。因此所选的案例要能反映教学内容，不能“离题千里”，以免给学生造成知识体系的混乱。

②教学案例要生动、具有吸引力。所选的教学案例不能过于刻板，要具有一定的趣味性，这样才能提起学生的兴趣，调动学生的积极性，吸引他们参与和思考，让学生真正掌握所学内容。

③教学案例还要难易适度。所选的教学案例要充分考虑学生知识面和学习能力的差异，尽量不要选择分析难度大的教学案例，不要让学生产生畏难心理而达不到预期的教学效果。

④教学案例要贴近生活和电厂实际。讲解知识点用到的案例应尽可能是学生们耳熟能详的例子以增加案例与学生的亲近感，帮助学生消化、理解枯燥的知识;而在知识点应用阶段的案例应尽可能的源于电力生产中的传热知识应用，凸显我们教学中的电力特色，让学生明白如何“学以致用”。

2.教学案例的模块化。“传热学”课程内容以能量守恒为基础、以三种不同的热量传递规律为主线，教学内容主要包含热传导、对流换热、辐射换热和传热过程及换热器四大模块。依照上述原则，紧紧围绕这四大模块的知识点，分别制作了“传热现象”、“热传导”、“对流换热”、“辐射换热”、“换热器”五个案例库。而且每个案例库又都是针对模块中的各个知识点来建立的。另外，每个知识点都尽量寻找两个以上的案例，每个案例都表明所对应的知识点。建立起的模块化案例库清晰、明了，便于教师后期使用的便利化，便于加强学生对知识的巩固。

3.教学案例的形式多样化。根据课程知识点的特点不同，教学案例的组织还设计了多种形式。对于理解起来相对容易的知识点，采用“讲授型”的形式;对于需要有一定应用拓展的知识点，采用“讨论型”的形式;而对于需要亲自实践才能较好掌握的知识点，则采用“参与完成型”的形式。各种形式的教学案例根据教学内容和教学时间适度组织。

二、案例教学的实施

案例教学是对常规教学方法的改进，是一种以日常和工程案例为导向的教学方法。在案例教学的过程中，我们注意了与案例相配合的授课方法。

1.“点明式”教学方法。对于课程内容中比较明朗的知识点，配合以“讲授型”案例，采用直接明了的“点明式”教学方法，通过直接的描述将案例与知识点相结合。比如在讲到多层圆管壁面导热时，我们配合以凝汽器冷却管污垢的清洗案例，让同学们知道污垢积结就好比多了一层圆管壁，增加了一层圆管壁热阻，不利于热量的传递，制作的案例如下：

案例名称：凝汽器冷却管的污垢清洗案例(圆管壁导热)

凝汽设备在汽轮机装置的热力循环中起到冷源的作用。凝汽器真空过低会严重影响电厂机组的安全经济运行，而造成凝汽器真空过低其中一个重要原因就是凝汽器冷却水管结垢。凝汽器的结垢对凝集器的性能影响较大，它不仅使汽机端差增大，而且使汽机真空度降低，排气温度升高，影响汽轮机的经济性和安全性。

2.“提问式”教学方法。对于课程内容中需要拓展的知识点，配合以“讨论型”案例，通过“有的放矢”的提问，让学生的认知有一定的顺序性和层次性，从而达到掌握所学知识的目的。比如在讲到等截面直肋片在温度计套管上的应用时，设计启发式的提问，逐步将问题深入化，引导学生将知识点拓展到应用实例。制作的案例如下。

案例名称：温度计套管的热分析(等截面直肋片导热分析)(参考答案略)

提问1：温度计套管如何使用?

提问2：温度计套管的作用?

提问3：温度计的读数能否准确地代表被测点处的温度?

提问4：既然存在测量误差，那误差的原因是什么?

提问5：根据上面的分析，温度计测量高温流体和低温流体时测得结果有什么不同?

3.“指导式”教学方法。对于课程内容中需要切身实践才能较好掌握的知识点，配合以“参与完成型”案例，教学活动采用老师指导、学生课外完成和课堂报告的形式完成。比如为了帮助学生初步掌握计算机求解传热问题的技能，提高学生应用计算机解决工程实际问题的能力，课程组由易到难设计了一维稳态导热、二维稳态导热和一维非稳态导热三种题型供学生选作练习。教学活动中，教师首先在课堂上将导热问题数值计算的问题分析、方程列出和离散、计算流程设计、计算程序编写等步骤进行讲解和指导，并将计算任务布置给学生;然后同学自由结合，各自组成小组，再利用课外时间完成计算任务;最后每一小组派出一位代表上台讲解计算思路，逐句分析计算程序，展示计算结果。

三、案例教学的效果与体会

本课程的案例工作从设想、组织到实施，历经两年有余的时间。案例教学通过在我校的“热能与动力工程”专业“卓越工程师”班的试点实施，取得了较好的效果，同学们普遍反映书本中的知识与日常生活和电厂实际联系起来了，也学会了用“传热学”的眼光来发现周围的世界，尤其在导热问题的数值求解的案例教学中，同学们反映收获最大，通过对活动的参加，同学们巩固了编程语言的熟练度，训练了编程的设计能力，加深了对导热问题的理解，增强了团队协作意识，锻炼了口头表达能力，受益匪浅。

在工作开展的过程中我们也深刻体会到案例教学是一项系统工程，它涉及到案例库的制作、教学方法的设计、教学过程的实施、教学效果的总结等环节，每一个环节的工作状况都会影响到案例教学的效果。与此同时，案例教学过程中除了涉及案例这一主要要素外，还涉及到其他两个要素：教师、学生。这两個要素也关乎着案例教学效果的好坏。对于教师来说，案例教学对教师提出了更高的要求，不仅要求教师对课程知识和专业知识具有很好的掌握，而且要求教师要具备组织、驾驭和协调的能力。对于学生来说，要求学生能够给予积极的配合，从被动学习转变成勤于思考、主动参与。此外，案例教学中的案例还应在教学反馈中根据真实的教学不断地进行完善和更新。

四、结束语

案例教学法是现今大学教育中比较先进的教学方法之一，其优势在于密切联系实际，具有较强的针对性、目的性和实效性。案例教学法在电力行业类高校的“传热学”课程教学中的实施让学生在学专业基础知识的同时也接触到了电厂中的传热现象，理论联系实际，促进了学生学业成绩的提高，有利于高素质人才的培养。但同时我们也认识到案例也不是万能的，如何将案例教学与传统教学方法相融合，取得更好的教学效果，值得我们继续深入研究与探索下去。

参考文献：

[1]郝俊才，赵春香，于月民，盖芳芳.材料力学案例教学方式研究[J].经济师，2015，(1)：259，261.

[2]吕悦晶，周兴林，张海霞.案例教学在道路施工组织与概预算教学中的实践[J].黑龙江教育学院学报，2011，30(2)：82-84.

[3]王学仁，艾春安，宁超.高等院校“传热学”案例式教学法探讨[J].中国电力教育，2010，(12)：74-76.

[4]范培珍，何其宝.基于案例教学的数控编程与操作课程教学改革[J].滁州学院学报，2014，16(5)：132-133，136.

[5]许璐.软件工程案例教学法探讨[J].中国管理信息化，2011，14(15)：120.

传热比赛范文第5篇

1.不同材料制成的物体，导热性能是不一样的。

2.像金属这样导热性能好的物体称为热的良导体;而像塑料、木头这样导热性能差的物体称为热的不良导体。

过程与方法

1.进行不同材料物体热传导性能的比较实验。 2.分析热的良导体与热的不良导体在生活中的运用。 情感态度与价值观

1.发展对探究的浓厚兴趣。

2.意识到实验方法的选择和改进对实验数据的准确性产生影响。 【养成教育训练点】

1.培养学生的设计实验能力。 2.培养学生对探究的浓厚兴趣。 【教学重点】

通过设计实验方案并进行实验来证明热在不同物体中的传导有差异，即热的良导体与热的不良导体。

【教学难点】进行不同材料物体热传导性能的比较实验。 【教学准备】

1.教师准备：酒精灯、火柴、蜡烛、金属导热性能演示器、水壶、实验记录单。

2.学生准备：塑料勺、木勺、钢勺、杯子、热水、蜡烛、铜丝、钢丝、铝丝。

【教学过程】

一、创设情境，激情导入

1.在展示台上出示一个壶把和壶身是两种材料的水壶，倒进一些热水，请学生上来摸一下壶身。

师：手有什么感觉?

(追问：水只装了一点，为什么水壶就热了?热是怎样传到水壶的上面的?)(再请同学摸水壶把)

师：手有什么感觉?这是怎么回事?

水壶分别是用什么材料做成的?(请大家观察壶身、壶把) 2.猜想不同材料制成的物体在传热性能方面的不同?

师：怎样知道哪种材料传热快，哪种材料传热慢呢?本节课就让我们一起来做传热比赛吧!(板书课题)

二、学生实验验证

(一)金属、木头、塑料的导热比赛。

1.老师为大家提供实验材料：金属小勺儿、木头小勺儿、塑料小勺。你们能不能自己设计一个传热比赛的实验方案，比一比哪种实验材料的传热速度快。在实验前可以请一位同学来预测一下哪种材料的传热快哪种慢，下面请大家设计实验方案并且通过你们的实验来进一步验证你们的预测是否正确。

2.小组讨论自己的实验方案。 师：谁来汇报一下?

(生：把三把小勺放到烧杯里，倒入热水，用手摸，看哪只小勺最先变热。) 师：人的感觉可能不十分准确，那么哪个小组再来说一说?

生：把三把小勺勺柄顶端涂上凡士林把勺子放进烧杯里，哪个小勺传热快，勺柄上的凡士林就会最先融化。

3.分组实验，教师巡视指导。

师：下面各小组进行实验，实验前，老师要求同学们注意(课件出示) (1)实验中我们使用了热水，水温很高但不要烫手。 (2)凡士林的量相等。 4.汇报实验情况。

5.小结：不同材料的传热的快慢不相同，金属材料的传热较快，塑料、木头等材料传热较慢。不同材料传热的快慢不相同。像实验中的金属那样，传热能力好的物体叫做热的良导体。塑料、木头等传热能力弱的物体叫做热的不良导体。

(二)铜丝、铝丝与钢丝的导热比赛 1.提问引起兴趣。

师：通过刚才的实验我们发现，物体的导热性能是不同的，金属材料导热性能要好一些，铜、铁、铝都是金属，都是热的良导体，大家猜想一下它们的传热速度是否相同呢? 2.根据材料设计实验方法，自主研究。

根据老师给你们准备的酒精灯、铁架台、铜丝、铝丝、钢丝，火柴等材料设计实验方案，自主探究。

3.学生实验活动。

师：下面就用实验来验证你们的猜想。 温馨提示：酒精灯的使用步骤方法：

① 使用前先检察酒精灯的灯身是否完好，酒精不可超过灯身的1/2; ② 使用时，打开的灯帽要扣放在自己的右前方，以免实验中将其碰掉; ③ 火柴要自内向外划燃，点灯时注意自下向上的点燃;

④ 注意观察酒精灯的火焰，分为外、中、内三层，其中外焰的温度最高，加热时，应该用外焰加热;

⑤ 实验完毕，用灯帽灭火，盖灭后迅速提起灯帽再盖一次。 4.汇报交流：同样都是金属，但它们的导热速度也是不同的。 实验中还有什么新的发现?遇到了哪些困难，是怎样解决的? 师小结：同样是金属，但它们的导热速度也是不同的。

(三)演示铜、铁、铝金属导热性能

教师演示教科书第42页下部设计的实验，让学生再次观察比较这三种材料的导热性能。说说观察到的现象和想法。

三、认识生活中的相关应用拓展

1.请你联系生活想一想，我们是如何利用热的良导体和热的不良导体? 生1：炒菜的锅是用金属做的，是热的良导体，很快能把菜炒好。

生2：炒锅的把手是木头做的，木头可以隔热，这样炒菜时摸起来就不会烫手。

生3：我们的桌椅都是用木头做的，木头是热的不良导体，冬天坐上去不会很快的把身体的热吸走，所以不会感觉很冷。

生4：工人叔叔运用气焊进行焊接时也运用到了热传导等。 2.鼓励学生，激发学生学习兴趣。

孩子们，其实在我们的生活中有许许多多的科学现象等待我们去探索、去发现，只要你们能够留意生活，多观察，主动探究，就一定能够发现很多大自然的秘密。

四、总结

通过今天的学习，你都有哪些收获?还有什么问题想要探讨? 【板书设计】 7. 传热比赛 热的良导体

金属 不同材料物体导热性能不一样 热的不良导体

传热比赛范文第6篇

一、概念题

1、试分析室内暖气片的散热过程，各个环节有哪些热量传递方式?以暖气片管内走热水为例。

答：有以下换热环节及传热方式：

(1)

由热水到暖气片管道内壁，热传递方式为强制对流换热;

(2)

由暖气片管道内壁到外壁，热传递方式为固体导热;

(3)

由暖气片管道外壁到室内空气，热传递方式有自然对流换热和辐射换热。

2、试分析冬季建筑室内空气与室外空气通过墙壁的换热过程，各个环节有哪些热量传递方式?

答：有以下换热环节及传热方式：

(1)

室内空气到墙体内壁，热传递方式为自然对流换热和辐射换热;

(2)

墙的内壁到外壁，热传递方式为固体导热;

(3)

墙的外壁到室外空气，热传递方式有对流换热和辐射换热。

3、何谓非稳态导热的正规阶段?写出其主要特点。

答：物体在加热或冷却过程中，物体内各处温度随时间的变化率具有一定的规律，物体初始温度分布的影响逐渐消失，这个阶段称为非稳态导热的正规阶段。

4、分别写出Nu、Re、Pr、Bi数的表达式，并说明其物理意义。

答：(1)努塞尔(Nusselt)数，，它表示表面上无量纲温度梯度的大小。(2)雷诺(Reynolds)数，，它表示惯性力和粘性力的相对大小。

(3)普朗特数，，它表示动量扩散厚度和能量扩散厚度的相对大小。

(4)毕渥数，，它表示导热体内部热阻与外部热阻的相对大小。

5、竖壁倾斜后其凝结换热表面传热系数是增加还是减小?为什么?。

答：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部分，液膜流

动变慢，从而热阻增加，表面传热系数减小。另外，从表面传热系数公式知，公式中的亦要换成，从而h减小。

6、按照导热机理，水的气、液、固三种状态中那种状态的导热系数最大?

答：根据导热机理可知，固体导热系数大于液体导热系数;液体导热系数大于气体导热系数。所以水的气、液、固三种状态的导热系数依次增大。

7、热扩散系数是表征什么的物理量?它与导热系数的区别是什么?

答：热扩散率

，与导热系数一样都是物性参数，它是表征物体传递温度的能力大小，亦称为导温系数，热扩散率取决于导热系数

和

的综合影响;而导热系数是反映物体的导热能力大小的物性参数。一般情况下，稳态导热的温度分布取决于物体的导热系数，但非稳态导热的温度分布不仅取决于物体的导热系数，还取决于物体的导温系数。

8、集总参数法的适用条件是什么?满足集总参数法的物体，其内部温度分布有何特点?

答：集总参数法的适用条件是Bi<0.1，应用于物体的导热系数相当大，或者几何尺寸很小，或表面传热系数极低;其特点是当物体内部导热热阻远小于外部对流换热热阻时，物体内部在同一时刻均处于同一温度，物体内部的温度仅是时间的函数，而与位置无关。

9、灰体的含义?

答：灰体是指物体单色辐射力与同温度黑体单色辐射力随波长的变化曲线相似，或它的单色发射率不随波长变化的物体;或单色吸收比与波长无关的物体，即单色吸收比为常数的物体。

10、漫射表面?

答：通常把服从兰贝特定律的表面称为漫射表面，即该表面的定向辐射强度与方向无关。或物体发射的辐射强度与方向无关的性质叫漫辐射，具有这样性质的表面称为漫射表面。

11、气体的热边界层与流动边界层的相对大小?

答：由于，对于气体来说，所以气体的热边界层的厚度大于流动边界层的厚度。

12、沸腾换热的临界热流密度的含义是什么?

答：在泡态沸腾阶段时，液体温度与壁面温度之差若进一步增大，汽泡在表面上生成、长大，随后引因浮力作用而离开表面。沸腾的液体主体温度这时有一定的过热度，故汽泡通过液体层时还会继续被加热、膨胀，直到逸出液面，由于气泡的大量迅速生成和它的剧烈运动，换热强度剧增，热流密度随的提高而急剧增大，直到达到热流密度的峰值，此时的热流密度称为临界热流密度。当进一步增大时，热流密度又开始下降。

13、影响强制对流换热的表面换热系数的因素有哪些?

答：影响强制对流换热的表面换热系数的因素有流态、流体的物性、换热表面的几何因素等，用函数表示为。

14、;利用同一冰箱储存相同的物质时，试问结霜的冰箱耗电量大还是未结霜冰箱耗电量大?为什么?

答：在其它条件相同时，冰箱的结霜相当于在冰箱的蒸发器和冰箱的冷冻室(或冷藏室)之间增加了一个附加的热阻，因此，冷冻室(或冷藏室)要达到相同的温度，必须要求蒸发器处于更低的温度。所以，结霜的冰箱的耗电量要大。

16、圆管临界热绝缘直径与哪些因素有关?

答：圆管临界热绝缘直径，根据公式加以分析(略)。

17、为什么珠状凝结表面换热系数比膜状凝结表面换热系数大?

答：膜状凝结换热时

沿整个壁面形成一层液膜，并且在重力的作用下流动，凝结放出的汽化潜热必须通过液膜，因此，液膜厚度直接影响了热量传递。

珠状凝结换热时，

凝结液体不能很好的浸润壁面，仅在壁面上形成许多小液珠，此时壁面的部分表面与蒸汽直接接触，因此，换热速率远大于膜状凝结换热。

18、不凝结气体对表面凝结换热强弱有何影响?

答：不凝结气体的存在，一方面使凝结表面附近蒸汽的分压力降低，从而蒸汽饱和温度降低，使得传热驱动力即温差减小;另一方面，凝结蒸汽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。因此，上述两方面原因导致凝结换热时的表面传热系数降低。

19、空气横掠垂直管束时，沿流动方向管排数越多，换热越强，而蒸汽在水平管束外凝结时，沿液膜流动方向管排数越多，换热强度降低，为什么?

答：空气横掠垂直管束时，沿流动方向管排数越多，气流扰动越强，换热越强，而蒸汽在水平管束外凝结时，沿液膜流动方向管排数越多，凝结液膜越厚，凝结换热热阻越大，换热强度降低。

20、写出时间常数的表达式，时间常数是从什么导热问题中定义出来的?它与哪些因素有关?

答：时间常数的表达式为，是从非稳态导热问题中定义出来的，它不仅取决于几何参数和物性参数，还取决于换热条件h。

21、什么是物体表面的发射率?它与哪些因素有关?

答：实际物体的辐射力与同温度下黑体辐射力之比称为该物体的发射率，物体的发射率只取决于物体的表面特性(物体的种类、表面状况和温度)，而与外界条件无关。

22、什么是物体表面的吸收比(率)?它与哪些因素有关?

答：物体对投入辐射所吸收的百分数称为该物体的吸收比(率)，物体的吸收比(率)只取决于物体的表面特性(物体的种类、表面状况和温度)，对于全波长的特性还与投射能量的波长分布有关关。

23、何谓遮热板(罩)?

答：插入两个辐射换热表面之间的用于削弱两个表面之间辐射换热的薄板或罩。

24、黑体辐射包括哪几个定律?

答：普朗克定律、维恩位移定律、斯蒂芬-玻尔兹曼定律、兰贝特定律。

25、其它条件相同时，同一根管子横向冲刷与纵向冲刷相比，哪个的表面换热系数大?为什么?

答：同一根管子横向冲刷比纵向冲刷相比的表面换热系数大。因为纵向冲刷时相当于外掠平板的流动，热边界层较厚，热阻较大;而横向冲刷时热边界层较薄且在边界层由于分离而产生的旋涡，增加了流体扰动，因而换热增强。

26、下列三种关联式描述的是那种对流换热?，，

答：描述的是无相变的强迫对流换热，且自然对流不可忽略;

描述的是自然对流可忽略的无相变的强迫对流换热;描述的是自然对流换热。

27、写出辐射换热中两表面间的平均角系数的表达式，并说明其物理意义。

答：平均角系数X1,2=

，它表示A1表面发射出的辐射能中直接落到另一表面A2上的百分数。或者它表示离开A1表面的辐射能中直接落到另一表面A2上的百分数。

28、表面辐射热阻

答：当物体表面不是黑体时，该表面不能全部吸收外来投射的辐射能量，这相当于表面存在热阻，该热阻称为表面辐射热阻，常以表示。

29、有效辐射

答：单位时间内离开单位面积的总辐射能为该表面的有效辐射J

，它包括辐射表面的自身的辐射E和该表面对投射辐射G的反射辐射，即。

30、换热器的污垢热阻

答：换热设备运行一段时间以后，在管壁产生污垢层，由于污垢的导热系数较小，热阻不可以忽略，这种由于污垢生成的产生的热阻称为污垢热阻。

31、在寒冷的北方地区，建房用砖采用实心砖还是多孔的空心砖好?为什么?

答：采用空心砖较好，因为空心砖内部充满着空气，而空气的导热系数相对较小，热阻较大，空心砖导热性较之实心砖差，同一条件下空心砖的房间的散热量小保温性好。

32、下列材料中导热系数最大的是

(

纯铜

)

(a)

纯铜

(b)纯铁

(c)黄铜

(d)天然金刚石

33、什么是雷诺类比律(写出表达式)?它的应用条件是什么?答：雷诺类比率：，条件：Pr=1，

34、下列工质的普朗特数最小的是

(液态金属)

(a)水

(b)

空气

(c)液态金属

(d)变压器油

35、为什么多层平壁中的温度分布曲线不是一条连续的直线而是一条折线?

36、对管壳式换热器来说，两种工质在下列哪种情况下，何种工质走管内，何种工质走管外?

(1)

清洁的和不清洁的工质(2)腐蚀性大与小的工质(3)高温与低温的工质

(2)

答：(1)不清洁流体应在管内，因为壳侧清洗比较困难，而管内可以拆开端盖进行清洗;(2)腐蚀性大的流体走管内，因为更换管束的代价比更换壳体要低，且如将腐蚀性大的流体走壳程，被腐蚀的不仅是壳体，还有管子外侧。

(3)温度低的流体置于壳侧，这样可以减小换热器的散热损失。

37、北方深秋季节的清晨，树叶叶面上常常结霜。试问树叶上、下表面的哪一面上容易结霜?为什么?

答：霜会容易结在树叶的上表面，因为树叶上表面朝向太空，而太空表面的温度会低于摄氏零度;下表面朝向地面，而地球表面的温度一般在零度以上。相对于下表面来说，树叶上表面向外辐射热量较多，温度下降的快，一旦低于零度时便会结霜。

38、什么是物体的发射率和吸收率?二者在什么条件下相等?

答：实际物体的辐射力与同温度下黑体的辐射力之比称为该物体的发射率;投射到物体表面的总能量中被吸收的能量所占的份额是物体的吸收率。由基尔霍夫定律可知：当物体表面为漫灰表面时，二者相等。

39、窗玻璃对红外线几乎是不透过的，但为什么隔着玻璃晒太阳却使人感到暖和?

答：窗玻璃对红外线几乎不透过，但对可见光则是可透过的，当隔着玻璃晒太阳时，太阳光可以穿过玻璃进入室内，而室内物体发出的红外线却被阻隔在室内，因房间内温度越来越高，从而感到暖和。

40、对流换热过程微分方程式与导热过程的第三类边界条件表达式有什么不同之处?

答：对流换热过程微分方程式与导热过程的第三类边界条件表达式都可以用下式表示，但是，前者的导热系数为流体的导热系数，而且表面传热系数h是未知的;后者的导热系数为固体的导热系数，而且表面传热系数h是已知的。

41、写出竖平壁上膜状凝结的冷凝雷诺数的表达式。

答：冷凝雷诺数：,

或者，其中

42、为什么用电加热时容易发生电热管壁被烧毁的现象?而采用蒸汽加热时则不会?

答：用电加热时，加热方式属于表面热流密度可控制的，而采用蒸汽加热时则属于壁面温度可控制的情形。由大容器饱和沸腾曲线可知，当热流密度一旦超过临界热流密度时，工况就有可能很快跳至稳定的膜态沸腾，使得表面温度快速上升，当超过壁面得烧毁温度时，就会导致设备的烧毁;采用蒸汽加热由于壁面温度可控制，就容易控制壁面的温升，避免设备壁面温度过度升高，使其温度始终低于设备的烧毁温度。

43、用热电偶监测气流温度随时间变化规律时，应如何选择热电偶节点的大小?

答：在其它条件相同时，热电偶节点越大，它的温度变化一定幅度所需要吸收(或放出)的热量越多，此时虽然节点换热表面积也有所增大，但其增大的幅度小于体积增大的幅度。故综合地讲，节点大的热电偶在相同的时间内吸收热量所产生的温升要小一些。由定义知，，为节点的半径，显然，节点半径越小，时间常数越小，热电偶的相应速度越快。

44、由导热微分方程可知，非稳态导热只与热扩散率有关，而与导热系数无关。你认为对吗?

答：由于描述一个导热问题的完整数学表达，不仅包括控制方程，还包括定解条件。虽然非稳态导热控制方程只与热扩散率有关，但边界条件中却有可能包括导热系数。因此，上述观点不正确。

45、由对流换微分方程可知，该式中没有出现流速，有人因此认为表面传热系数与流体速度场无关。你认为对吗?

答：这种说法不正确，因为在描述流动的能量方程中，对流项含有流体速度，要获得流体的温度场，必须先获得流体的速度场，在对流换热中流动与换热是密不可分的。因此，对流换热的表面传热系数与流体速度有关。

46、什么是等温线?在连续的温度场中，等温线的特点是什么?

47.大平壁在等温介质中冷却的冷却率与哪些因素有关

48、何谓集总参数法?其应用的条件是什么?应怎样选择定型尺寸?

答：集总参数法是忽略物体内部导热热阻的简化分析方法。应用于物体的导热系数相当大，或者几何尺寸很小，或表面传热系数极低。集总参数法的适用条件是对于平板Bi<0.1，对于圆柱Bi<0.05，对于球Bi<0.033。

49、写出计算一维等截面直肋散热量的公式。

50、简述遮热罩削弱辐射换热的基本思想。

51、判定两个物理现象相似的条件是什么?

1.同名的以定特征数相等;2.单值性条件相似

52、试述强化管内流体对流换热采用的方法，并简述理由。

54、影响膜状凝结换热的主要热阻是什么?

55、大空间饱和沸腾有哪三种状态?什么是沸腾换热的临界热负荷?

答：核态沸腾、过渡沸腾、稳定膜态沸腾。由大容器饱和沸腾曲线可知，当热流密度一旦超过临界热流密度时，工况就有可能很快跳至稳定的膜态沸腾，使得表面温度快速上升，当超过壁面得烧毁温度时，就会导致设备的烧毁，这个临界热负荷为沸腾换热的临界热负荷。

56、写出傅立叶定律的数学表达式，并解释其物理意义。

57、简要说明太阳能集热器采用的选择性表面应具备的性质和作用原理。

58、试用传热学理论解释热水瓶的保温原理。

59、无内热源，常物性二维导热物体在某一瞬时的温度分布为t=2y2cosx。试说明该导热物体在x=0，y=1处的温度是随时间增加逐渐升高，还是逐渐降低。

答：由导热控制方程，得：

当时，，故该点温度随时间增加而升高。

60、工程中应用多孔性材料作保温隔热,使用时应注意什么问题?为什么?

答：应注意防潮。保温材料的一个共同特点是它们经常呈多孔状，或者具有纤维结构，其中的热量传递是导热、对流换热、热辐射三种传热机理联合作用的综合过程。如果保温材料受潮，水分将替代孔隙中的空气，这样不仅水分的导热系数高于空气，而且对流换热强度大幅度增加，这样材料保温性能会急剧下降。

61、用套管温度计测量容器内的流体温度，为了减小测温误差，套管材料选用铜还是不锈钢?

答：由于套管温度计的套管可以视为一维等截面直助，要减小测温误差(即使套管顶部温度tH尽量接近流体温度tf)，应尽量减小沿套管长度流向容器壁面的热量，即增大该方向的热阻。所以，从套管树料上说应采用导热系数更小的不锈钢。

62、两种几何尺寸完全相同的等截面直肋，在完全相同的对流环境(即表面传热系数和流体温皮均相同)下，沿肋高方向温度分布曲线如图所示。请判断两种材料导热系数的大小和肋效率的高低?

答：对一维肋片，导热系数越高时，沿肋高方向热阻越小，因而沿肋高方向的温度变化(降落或上升)越小。因此曲线1对应的是导热系数大的材料.曲线2对应导热系数小的材料。而且，由肋效率的定义知，曲线1的肋效率高于曲线2。

63、一维无内热源、平壁稳态导热的温度场如图所示。试说明它的导热系数λ是随温度增加而增加，还是随温度增加而减小?

答:由傅立叶里叶定律，

图中随x增加而减小，因而随2增加x而增加，而温度t随x增加而降低，所以导热系数随温度增加而减小。

64、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。

65、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/(mK)，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。

66、由对流换热微分方程知，该式中没有出现流速，有人因此得出结论：表面传热系数h与流体速度场无关。试判断这种说法的正确性?

答：这种说法不正确，因为在描述流动的能量微分方程中，对流项含有流体速度，即要获得流体的温度场，必须先获得其速度场，“流动与换热密不可分”。因此表面传热系数必与流体速度场有关。

67、在流体温度边界层中，何处温度梯度的绝对值最大?为什么?有人说对一定表面传热温差的同种流体，可以用贴壁处温度梯度绝对值的大小来判断表面传热系数h的大小，你认为对吗?

答：在温度边界层中，贴壁处流体温度梯度的绝对值最大，因为壁面与流体间的热量交换都要通过贴壁处不动的薄流体层，因而这里换热最剧烈。由对流换热微分方程，对一定表面传热温差的同种流体λ与△t均保持为常数，因而可用绝对值的大小来判断表面传热系数h的大小。

68、简述边界层理论的基本论点。

答：边界层厚度δ、δt与壁的尺寸l相比是极小值;

边界层内壁面速度梯度及温度梯度最大;

边界层流动状态分为层流与紊流,而紊流边界层内,紧贴壁面处仍将是层流,称为层流底层;

流场可以划分为两个区：边界层区(粘滞力起作用)和主流区，温度同样场可以划分为两个区：边界层区(存在温差)和主流区(等温区域);

对流换热热阻主要集中在热边界层区域的导热热阻。层流边界层的热阻为整个边界层的导热热阻。紊流边界层的热阻为层流底层的导热热阻

69、有若干个同类物理现象,怎样才能说明其单值性条件相似。试设想用什么方法对以实现物体表面温度恒定、表面热流量恒定的边界条件?

答：所谓单值条件是指包含在准则中的各已知物理量，即影响过程特点的那些条件──时间条件、物理条件、边界条件。所谓单值性条件相似,首先是时间条件相似(稳态过程不存在此条件)。然后,几何条件、边界条件及物理条件要分别成比例。采用饱和蒸汽(或饱和液体)加热(或冷却)可实现物体表面温度恒定的边界条件，而采用电加热可实现表面热流量恒定的边界条件。

70、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。

71、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。

72、在对流温度差大小相同的条件下,在夏季和冬季,屋顶天花板内表面的对流放热系数是否相同?为什么?

答：在夏季和冬季两种情况下,虽然它们的对流温差相同,但它们的内表面的对流放热系数却不一定相等。原因:在夏季tftw,即在夏季,温度较高的水平壁面在上,温度较低的空气在下,自然对流不易产生,因此放热系数较低.反之,在冬季,温度较低的水平壁面在上,而温度较高的空气在下,自然对流运动较强烈,因此,放热系数较高。

73、试述沸腾换热过程中热量传递的途径。

答：半径R≥Rmin的汽泡在核心处形成之后,随着进一步地的加热,它的体积将不断增大,此时的热量是以导热方式输入,

其途径一是由汽泡周围的过热液体通过汽液界面输入,

另一是直接由汽泡下面的汽固界面输入,由于液体的导热系数远大于蒸汽,故热量传递的主要途径为前者。

当汽泡离开壁面升入液体后,周围过热液体继续对它进行加热,直到逸出液面,进入蒸汽空间。

74、两滴完全相同的水滴在大气压下分别滴在表面温度为120℃和400℃的铁板上，试问滴在哪块板上的水滴先被烧干，为什么?

答：在大气压下发生沸腾换热时，上述两水滴的过热度分别是℃和℃，由大容器饱和沸腾曲线，前者表面发生的是核态沸腾，后者发生膜态沸腾。虽然前者传热温差小，但其表面传热系数大，从而表面热流反而大于后者。所以水滴滴在120℃的铁板上先被烧干。

75、有台放置于室外的冷库，从减小冷库冷量损失的角度出发，冷库外壳颜色应涂成深色还是浅色?

答：要减少冷库冷损，须尽可能少地吸收外界热量，而尽可能多地向外释放热量。因此冷库败取较浅的颜色，从而使吸收的可见光能量较少，而向外发射的红外线较多。

76、何谓“漫─灰表面”?有何实际意义?

答：“漫─灰表面”是研究实际物体表面时建立的理想体模型.漫辐射、漫反射指物体表面在辐射、反射时各方向相同.

灰表面是指在同一温度下表面的辐射光谱与黑体辐射光谱相似,吸收率也取定值.“漫─灰表面”的实际意义在于将物体的辐射、反射、吸收等性质理想化,可应用热辐射的基本定律了。大部分工程材料可作为漫辐射表面,并在红外线波长范围内近似看作灰体.从而可将基尔霍夫定律应用于辐射换热计算中。

77、某楼房室内是用白灰粉刷的,

但即使在晴朗的白天,

远眺该楼房的窗口时,

总觉得里面黑洞洞的,

这是为什么?

答：窗口相对于室内面积来说较小,

当射线(可见光射线等)从窗口进入室内时在室内经过多次反复吸收、反射,

只有极少的可见光射线从窗口反射出来,

由于观察点距离窗口很远,

故从窗口反射出来的可见光到达观察点的份额很小,

因而就很难反射到远眺人的眼里,

所以我们就觉得窗口里面黑洞洞的.

78、黑体表面与重辐射面相比，均有J=Eb。这是否意味着黑体表面与重辐射面具有相同的性质?

答：虽然黑体表面与重辐射面均具有J=Eb的特点，但二者具有不同的性质。黑体表面的温度不依赖于其他参与辐射的表面，相当于源热势。而重辐射面的温度则是浮动的，取决于参与辐射的其他表面。

79、要增强物体间的辐射换热，有人提出用发射率ε大的材料。而根据基尔霍夫定律，对漫灰表面ε=α，即发射率大的物体同时其吸收率也大。有人因此得出结论：用增大发射率ε的方法无法增强辐射换热。请判断这种说法的正确性，并说明理由。

答：在其他条件不变时，由物体的表面热阻可知，当ε越大时，物体的表面辐射热阻越小，因而可以增强辐射换热。因此，上述说法不正确。

80、对壳管式换热器来说，两种流体在下列情况下，何种走管内，何种走管外?

(1)清洁与不清洁的;(2)腐蚀性大与小的;(3)温度高与低的;(4)压力大与小的;(5)流量大与小的;(6)粘度大与小的。

答：(1)不清洁流体应在管内，因为壳侧清洗比较困难，而管内可定期折开端盖清洗;(2)腐蚀性大的流体走管内，因为更换管束的代价比更换壳体要低，且如将腐蚀性强的流体置于壳侧，被腐蚀的不仅是壳体，还有管子;(3)温度低的流体置于壳侧，这样可以减小换热器散热损失;(4)压力大的流体置于管内，因为管侧耐压高，且低压流体置于壳侧时有利于减小阻力损;(5)流量大的流体放在管外，横向冲刷管束可使表面传热系数增加;(6)粘度大的流体放在管外，可使管外侧表面传热系数增加。

二、计算题

（一）计算题解题方略

1、稳态导热问题

(1)截面直肋肋片的传热量和肋端温度的求解。

(1)

(2)

(3)

(4)

(5)

(6)

(2)单层及多层平壁在第三类边界条件

(7)

(8)

(9)

下导热问题的计算，

(3)单层及多层圆筒壁在第三类边界条件下导热

每米供热管道的散热损失。

2、非稳态导热问题

(1)集总参数法求解任意形状物体(如热电偶)的瞬态冷却或加热问题。

(2)公式法或诺谟图法求解任意形状物体(如热电偶或平板)的瞬态冷却或加热问题。

3、对流换热问题

(1)外掠平板或管内强制对流换热问题在不同流态下的换热分析及计算。

(2)横掠单管或管束的自然或强制对流换热问题的计算。

4、辐射换热问题

(1)两个和三个非凹面组成的封闭腔体，各个表面之间的辐射换热问题的计算，(2)两个平行平板之间的辐射换热问题的计算。

5、注意事项

(1)

对流换热问题中，当流体为气流时，有时需要同时考虑对流和辐射换热;

(2)

对于长直的园管换热问题，往往要计算单位管长的换热量;

(3)

对于管内强迫对流换热问题，应注意层流和紊流时的实验关联式的选取，而且流体定性温度的在不同边界条件下(如常壁温和常热流边界条件)确定方法有两种：算数平均法和对数平均法。

(4)

注意多个非凹面组成的封闭腔体，各个表面之间的辐射换热问题的计算中的某个表面的净辐射热量与任意两个表面之间的辐射换热量的区别与联系。

（二）计算题例题

1、室内一根水平放置的无限长的蒸汽管道，

其保温层外径d=583

mm，外表面实测平均温度及空气温度分别为

，此时空气与管道外表面间的自然对流换热的表面传热系数h=3.42

W

/(m2

K),

墙壁的温度近似取为室内空气的温度，保温层外表面的发射率

问：(1)

此管道外壁的换热必须考虑哪些热量传递方式;

(2)计算每米长度管道外壁的总散热量。(12分)

解：

(1)此管道外壁的换热有辐射换热和自然对流换热两种方式。

(2)把管道每米长度上的散热量记为

当仅考虑自然对流时，单位长度上的自然对流散热

近似地取墙壁的温度为室内空气温度，于是每米长度管道外表面与室内物体及墙壁之间的辐射为：

总的散热量为

x

t

O

2、如图所示的墙壁，其导热系数为50W/(mK),厚度为50mm，在稳态情况下的墙壁内的一维温度分布为：t=200-2000x2，式中t的单位为0C，x单位为m。试求：

(1)墙壁两侧表面的热流密度;

(2)墙壁内单位体积的内热源生成的热量。

解：(1)由傅立叶定律：

所以墙壁两侧的热流密度：

(3)

由导热微分方程得：

3、一根直径为1mm的铜导线，每米的电阻为。导线外包有厚度为0.5mm，导热系数为0.15W/(mK)的绝缘层。限定绝缘层的最高温度为650C，绝缘层的外表面温度受环境影响，假设为400C。试确定该导线的最大允许电流为多少?

解：(1)以长度为L的导线为例，导线通电后生成的热量为,其中的一部分热量用于导线的升温，其热量为：一部分热量通过绝热层的导热传到大气中，其热量为：。

根据能量守恒定律知：

即

(2)当导线达到最高温度时，导线处于稳态导热，

，，

4、解：以长度为L的导线为例，通电后生成的热量为I2RL。所生成的热量，一部分通过绝缘层以导热方式传递到大气中，另一部分热量则用于导线温度的升高。

(1)

导热热量

(2)

温度的升高所需要的热量

(3)根据能量守恒定律有：

(4)当时，导线处于最高温度。于是，，即

4、初温为250C的热电偶被置于温度为2500C的气流中，设热电偶节点可以近似看成球形，要使其时间常数，问热节点的直径为多大?忽略热电偶引线的影响，且热节点与气流间的表面传热系数为h=300W

/(m2

K)，热节点材料的物性参数为：导热系数为20W/(mK)，，如果气流与热节点间存在着辐射换热，且保持热电偶时间常数不变，则对所需热节点直径大小有和影响?

解：(1)

解：由于热电偶的直径较小，一般满足集总参数条件，时间常数为

,

故热电偶直径：

验证毕渥数Bi是否满足集总参数法：

满足集总参数法条件。

(2)若热节点与气流间存在辐射换热，则总的表面传热系数h(包括对流和辐射)将增加，由知，要保持不变，可以使增加，即热节点的直径增加。

5、空气以10m/s速度外掠0.8m长的平板，

故热电偶的直径：

验证Bi数是否满足集总参数法：

说明上述假设是正确的。

5、空气以10m/s速度外掠0.8m的长平板，,，计算该平板在临界雷诺数下的、全板平均表面传热系数以及换热量。(层流时平板表面局部努塞尔数，紊流时平板表面局部努塞尔数，板宽为1m，已知，定性温度时的物性参数为：，，)

解：(1)根据临界雷诺数求解由层流转变到紊流时的临界长度

,此时空气得物性参数为：

，，

由于板长是0.8m，所以，整个平板表面的边界层的流态皆为层流

(2)板长为0.8m时，整个平板表面的边界层的雷诺数为：

解：临界长度

由于板长为0.8m，所以整个平板表面的流动边界层流态皆为层流。此时

当平板长度为0.8m时，雷诺数

全板平均表面传热系数:

全板平均表面换热量

6、一厚度为2δ的无限大平壁，导热系数λ为常量，壁内具有均匀的内热源Φ(单位为W/m3)，边界条件为x=0，t=tw1;x=2δ，t=tw2;tw1>tw2。试求平壁内的稳态温度分布t(x)及最高温度的位置xtmax，并画出温度分布的示意图。

解建立数学描述如下：

，，

，，

据可得最高温度的位置xtmax，即。

温度分布的示意图见图。

7、金属实心长棒通电加热,单位长度的热功率等于Φl(单位是W/m)，材料的导热系数λ，表面发射率ε、周围气体温度为tf，辐射环境温度为Tsur，表面传热系数h均已知，棒的初始温度为t0。试给出此导热问题的数学描述。

解：此导热问题的数学描述

8、热处理工艺中，常用银球来测定淬火介质的冷却能力。今有两个直径均为20mm的银球，加热到650℃后分别置于20℃的静止水和20℃的循环水容器中。当两个银球中心温度均由650℃变化到450℃时，用热电偶分别测得两种情况下的降温速率分别为180℃/s及360℃/s。在上述温度范围内银的物性参数ρ=10

500

kg/m3，c=2.62×102J/(kgK)，=360w/(mK)。试求两种情况下银球与水之间的表面传热系数。

解：本题表面传热系数未知，即Bi数为未知参数，所以无法判断是否满足集总参数法条件。为此.先假定满足集总参数法条件，然后验算。

(1)对静止水情形，由

且，，

故：

验算Bi数：

满足集总参数条件。

(2)对循环水情形，同理，

验算，不满足集总参数法条件。改用诺谟图。

此时，，。

查图得，

故：

9、初始温度为300℃，直径为12cm，高为12cm的短钢柱体，被置于温度为30℃的大油槽中，其全部表面均可受到油的冷却，冷却过程中钢柱体与油的表面传热系数为300w/(m2K)。钢柱体的导热系数=48W/(mK)，热扩散率a=1×10-5

m2/s。试确定5min后钢柱体中的最大温差。

解：本题属二维非稳态导热问题，可采用相应的无限长圆柱体和无限大平板的乘积解求解。显然，圆柱体内最高温度位于柱体中心，最低温度位于柱体的上、下边角处。

对无限长圆柱：，

查教材附录2图l，得：，由附录2图2，得：，

其中表示表面过于温度。

所以：

对无限大平板：

由教材图36得：，由教材图37得：

所以

所以短圆柱中的最低温度：

即：℃

短圆柱中最高温度：

℃

故5min后钢柱体中最大温差：℃

10、温度为50℃，压力为1.01325×105Pa的空气，平行掠过一块表面温度为100℃的平板上表面，平板下表面绝热。平板沿流动方向长度为0.2m，宽度为0.1m。按平板长度计算的Re数为4×l04。试确定：

(1)平板表面与空气间的表面传热系数和传热量;

(2)如果空气流速增加一倍，压力增加到10.1325×105Pa，平板表面与空气的表面传热系数和传热量。

解：本题为空气外掠平板强制对流换热问题。

(1)由于Re=4×104<5×105，属层流状态。故：

空气定性温度：℃

空气的物性参数为，Pr=0.70

故：

W/(m2.K)

散热量W

(2)若流速增加一倍，，压力，则，，

而：，故：

所以：，属湍流。

据教材式(542b)=961

W/(m2K)

散热量：W

11、用热线风速仪测定气流速度的试验中.将直径为0.1mm的电热丝与来流方向垂直放置，来流温度为25℃，电热丝温度为55℃，测得电加热功率为20W/m。假定除对流外其他热损失可忽略不计。试确定此时的来流速度。

解本题为空气外掠圆柱体强制对流换热问题。

由题意，=20

W/m，由牛顿冷却公式

W/(m2K)

定性温度：℃

空气的物性值：，m2/s，

由此得：

假设Re数之值范围在40-4000，有：，其中C=0.683，n=0.466

即：，得Re=233.12符合上述假设范围。

故：m/s

12、一所平顶屋，屋面材料厚δ=0.2m，导热系数λw=0.6W/(mK)，屋面两侧的材料发射率ε均为0.9。冬初，室内温度维持tf1=18℃，室内四周墙壁亦为18℃，且它的面积远大于顶棚面积。天空有效辐射温度为-60℃。室内顶棚表面对流表面传热系数h1=0.529W/(m2K)，屋顶对流表面传热系数h2=21.1W/(m2K)，问当室外气温降到多少度时，屋面即开始结霜(tw2=0℃)，此时室内顶棚温度为多少?此题是否可算出复合换热表面传热系数及其传热系数?

解：⑴求室内顶棚温度tw1

稳态时由热平衡，应有如下关系式成立：

室内复合换热量Φ’=导热量Φ=室内复合换热量Φ”

;

因Φ’=Φ，且结霜时℃，可得：

，即

解得：℃。

⑵求室外气温tf2

因Φ”=Φ，可得：

，即：

℃

⑶注意到传热方向，可以求出复合换热系数hf1、hf2

依据，得

依据，得

⑷求传热系数K

13、一蒸汽冷凝器，内侧为ts=110℃的干饱和蒸汽，汽化潜热r=2230，外侧为冷却水，进出口水温分别为30℃和80℃，已知内外侧换热系数分别为104，及3000，该冷凝器面积A=2m2，现为了强化传热在外侧加肋，肋壁面积为原面积的4倍，肋壁总效率η=0.9，若忽略冷凝器本身导热热阻，求单位时间冷凝蒸汽量。

解：对数平均温差：℃，℃

℃

传热系数

单位时间冷凝蒸汽量：

14、一台逆流套管式换热器在下列条件下运行，传热系数保持不变，冷流体质流量0.125kg/s，定压比热为4200J/kg℃，入口温度40℃，出口温度95℃。热流体质流量0.125kg/s，定压比热为2100J/kg℃，入口温度210℃，

(1)该换热器最大可能的传热量及效能分别是多少?(2)若冷、热流体侧的对流换热系数及污垢热阻分别为2000W/m2℃、0.0004m2℃/W、120W/m2℃、0.0001m2℃/W，且可忽略管壁的导热热阻，试利用对数平均温差法确定该套管式换热器的换热面积。

解：(1)确定换热器最大可能的传热量：

确定换热器的效能：

根据热平衡方程式确定热流体出口温度，即：

℃

确定换热器的面积：

对数平均温差：℃，℃

℃

1.热交换器的总传热系数与传热方程：。

能量守恒方程(不计散热损失)：

该式与一般传热方程的区别在于传热温差是沿程变化的。