1.2　典型題（含考研真題）詳解

一、填空題

1．在熱流給定的傳熱過(guò)程中，傳熱系數(shù)增加一倍，冷熱流體間的溫差是原來(lái)的_________。[浙江大學(xué)2006、2007研]

【答案】一半

【解析】根據(jù)傳熱方程式，在熱流一定的情況下，傳熱系數(shù)增加一倍，由于保持不變，所以冷熱流體間的溫差是原來(lái)的一半。

2．鍋爐爐墻外墻與大氣間的換熱是__________。[浙江大學(xué)2006研]

【答案】對(duì)流換熱

3．在一維穩(wěn)態(tài)傳熱過(guò)程中，每一個(gè)換熱環(huán)節(jié)的熱阻分別為0.01K/W、5K/W、100K/W，則熱阻為_(kāi)_______的換熱環(huán)節(jié)上采取強(qiáng)化傳熱措施效果最好。[浙江大學(xué)2006研]

【答案】

【解析】熱阻為的換熱環(huán)節(jié)在總熱阻中占主導(dǎo)地位，它具有改變總熱阻的最大潛力。因此，在熱阻為的換熱環(huán)節(jié)上采取強(qiáng)化傳熱措施效果最好。

二、名詞解釋

1．對(duì)流換熱。[東南大學(xué)2002研]

答：工程上，把流體流過(guò)一個(gè)物體表面時(shí)流體與物體表面間的熱量傳遞過(guò)程稱(chēng)為對(duì)流換熱。

2．傳熱系數(shù)。[東南大學(xué)2002研]

答：傳熱系數(shù)在數(shù)值上等于冷、熱流體間溫差℃、傳熱面積時(shí)熱流量的值。它表征傳熱過(guò)程強(qiáng)烈程度。

3．傅里葉定律與斯蒂芬—玻耳茲曼定律。[重慶大學(xué)2006研]

答：傅里葉定律指在導(dǎo)熱過(guò)程中，單位時(shí)間內(nèi)通過(guò)給定截面的導(dǎo)熱量，正比于垂直該截面方向上的溫度變化率和截面面積，而熱量傳遞的方向則與溫度升高的方向相反。其數(shù)學(xué)表達(dá)式為：

式中是垂直于面積的坐標(biāo)軸。

斯蒂芬—玻耳茲曼定律指黑體輻射正比于絕對(duì)溫度的四次方。其數(shù)學(xué)表達(dá)式為：

式中為黑體輻射系數(shù)，其值為。

三、簡(jiǎn)答題

1．對(duì)于室內(nèi)安裝的暖氣設(shè)施，試說(shuō)明從熱水至室內(nèi)空氣的熱量傳遞過(guò)程中，包含哪些傳熱環(huán)節(jié)？[華中科技大學(xué)2004研]

答：傳熱環(huán)節(jié)包括熱水與暖氣內(nèi)壁面的對(duì)流換熱和輻射換熱、暖氣內(nèi)壁面與外壁面之間的導(dǎo)熱、外壁面與室內(nèi)空氣的對(duì)流換熱和輻射換熱。

2．解釋以下現(xiàn)象：某辦公室由中央空調(diào)系統(tǒng)維持室內(nèi)恒溫，人們注意到盡管冬夏兩季室內(nèi)都是20℃，但感覺(jué)卻不同。[東南大學(xué)2000研]

答：這是因?yàn)槎膬杉臼彝鉁囟炔煌?，在?duì)流傳熱的作用下，導(dǎo)致冬夏兩季墻壁的溫度是不同的?？紤]輻射換熱，人體與墻壁之間進(jìn)行輻射換熱。由于冬天的壁溫較低，所以冬天人體與墻壁之間的輻射換熱量更大。所以盡管冬夏兩季室內(nèi)都是℃，但人的感覺(jué)是不一樣的。

3．“對(duì)流換熱”是否是基本的傳熱方式，它與“熱對(duì)流”有何本質(zhì)上的區(qū)別？解釋這兩種現(xiàn)象并作比較。 [重慶大學(xué)2005研]

答：對(duì)流換熱不是基本的傳熱方式。它是流體與相互接觸的固體表面之間的熱能傳遞現(xiàn)象，是導(dǎo)熱和熱對(duì)流兩種基本傳熱方式共同作用的結(jié)果；而熱對(duì)流是由于流體的宏觀運(yùn)動(dòng)使不同溫度的流體相對(duì)位移而產(chǎn)生的熱能傳遞現(xiàn)象，熱對(duì)流只發(fā)生在流體之中，并伴隨有微觀粒子熱運(yùn)動(dòng)而產(chǎn)生的導(dǎo)熱。

4．熱阻的定義是什么？給出三種傳熱模式熱阻的表達(dá)式。[中國(guó)科學(xué)院2009研]

答：熱阻的定義為溫度差與傳熱功率的比值。

（1）平壁的導(dǎo)熱熱阻：。

（2）對(duì)流換熱熱阻：。

（3）輻射換熱熱阻：。

5．一般保溫瓶膽為真空玻璃夾層，夾層內(nèi)兩側(cè)鍍銀，為什么它能較長(zhǎng)時(shí)間地保持熱水的溫度？并分析熱水的熱量是如何通過(guò)膽壁傳到外界的？什么情況下保溫性能會(huì)變得很差？

答：（1）保溫瓶膽能較長(zhǎng)時(shí)間地保持熱水的溫度的原因

①內(nèi)層鍍銀減弱了水與內(nèi)壁的輻射換熱，外層鍍銀減弱了外壁與外界的輻射換熱；

②真空夾層阻止了空氣與壁之間的對(duì)流換熱。

（2）熱水的熱量通過(guò)膽壁傳到外界的方式

熱水通過(guò)對(duì)流換熱將熱量傳到內(nèi)壁，內(nèi)壁通過(guò)輻射將熱量傳到外壁，外壁通過(guò)對(duì)流換熱和輻射將熱量傳到外界。

（3）如果真空中滲入空氣，則保溫性能將變得很差。

四、計(jì)算題

1．一扇玻璃窗的寬和高分別為W＝1m和H＝2m，厚為5mm，導(dǎo)熱系數(shù)λ_g＝1.4W/m·K。如果在一個(gè)寒冷的冬天，玻璃的內(nèi)外表面溫度分別為15℃和﹣20℃，通過(guò)窗戶(hù)的熱損速率是多少？為減少通過(guò)傳呼的熱損，習(xí)慣上采用雙層玻璃結(jié)構(gòu)，其中相鄰的玻璃由空氣間隙隔開(kāi)。如果間隙厚為10mm，且與空氣接觸的玻璃表面的溫度分別為10℃和﹣15℃，通過(guò)一個(gè)1m×2m的窗戶(hù)的熱損速率是多少？空氣的導(dǎo)熱系數(shù)為λ_a＝0.024 W/m·K。[中國(guó)科學(xué)院2008研]

解：利用熱阻分析法。

（1）單層玻璃結(jié)構(gòu)的情形

單層玻璃的導(dǎo)熱面積熱阻為

根據(jù)傳熱基本方程式，可得通過(guò)窗戶(hù)的熱損速率為

（2）雙層玻璃結(jié)構(gòu)的情形

雙層玻璃空氣間隙的導(dǎo)熱面積熱阻為

根據(jù)傳熱基本方程式，可得通過(guò)窗戶(hù)的熱損速率為

2．有一個(gè)水冷器，其空氣側(cè)表面的對(duì)流換熱系數(shù)，傳熱壁面厚度為，導(dǎo)熱系數(shù)，水側(cè)表面的對(duì)流換熱系數(shù)為。設(shè)傳熱壁可以看成無(wú)限大的平壁，試計(jì)算各個(gè)環(huán)節(jié)中單位面積的熱阻以及空氣到水的總傳熱系數(shù)。你能否指出，為了強(qiáng)化這一傳熱過(guò)程，應(yīng)該首先從哪個(gè)環(huán)節(jié)入手？[國(guó)防科技大學(xué)2005研]

解：（1）三個(gè)環(huán)節(jié)的單位面積熱阻

①空氣側(cè)換熱面積熱阻

②傳熱壁面面積熱阻

③水側(cè)換熱面積熱阻

。

所以空氣到水的總傳熱系數(shù)為

（2）由上面計(jì)算可知，空氣側(cè)、傳熱壁導(dǎo)熱、水側(cè)的面積熱阻分別占總熱阻的99.09%、0.02%、0.89%?？諝鈧?cè)熱阻占總熱阻的主要地位，它具有改變總熱阻的最大潛力。所以，為了強(qiáng)化這一過(guò)程，應(yīng)該從強(qiáng)化空氣側(cè)換熱這一環(huán)節(jié)著手。

3．求房屋外墻的散熱熱流密度q以及它的內(nèi)外表面溫度t_w1和t_w2。已知：δ＝360mm，室外溫度t_f2＝－10℃，室內(nèi)溫度t_f1＝18℃，墻的λ＝0.61W/（m·K），內(nèi)壁的表面?zhèn)鳠嵯禂?shù)h₁＝87W/（m²·K），外壁h₂＝124W/（m²·K）。已知該墻高2.8m，寬3m，求它的散熱量Φ？

解：散熱熱流密度q

內(nèi)表面溫度t_w1

外表面溫度t_w2

散熱量Φ