1、1 傳熱學第二章熱傳導習題一、名詞解釋.溫度場：某一瞬間物體內各點溫度分布的總稱。一般來說，它是空間坐標和時間坐標的函數。2 .等溫面（線）：由物體內溫度相同的點所連成的面（或線）。3,溫度梯度：在等溫面法線方向上最大溫度變化率。4 .熱導率：物性參數，熱流密度矢量與溫度降度的比值，數值上等于1K/m的溫度梯度作用下產生的熱流密度。熱導率是材料固有的熱物理性質，表示物質導熱能力的大小。5 .導溫系數：材料傳播溫度變化能力大小的指標。6 .穩態導熱：物體中各點溫度不隨時間而改變的導熱過程。7 .非穩態導熱：物體中各點溫度隨時間而改變的導熱過程。8 .傅里葉定律：在各向同性均質的導熱物體中，通過某

2、導熱面積的熱流密度正比于該導熱面法向溫度變化率。9 .保溫（隔熱）材料：入00.12W/（mK）（平均溫度不高于350c時）的材料。10 .肋效率：肋片實際散熱量與肋片最大可能散熱量之比。11 .接觸熱阻：材料表面由于存在一定的粗糙度使相接觸的表面之間存在間隙，給導熱過程帶來額外熱阻。12 .定解條件（單值性條件）：使微分方程獲得適合某一特定問題解的附加條件，包括初始條件和邊界條件。1 二、填空題.導熱基本定律是定律，可表述為。（7=-Az2 （傅立葉，加）.非穩態導熱時，物體內的場和熱流量隨而變化。3 （溫度，時間）.導溫系數的表達式為,單位是,其物理意義為。4 9=入/cp,m2/s,材料

3、傳播溫度變化能力的指標）.肋效率的定義為。5 （肋片實際散熱量與肋片最大可能散熱量之比。）.按照導熱機理，水的氣、液、固三種狀態中態下的導熱系數最小。6 （氣）.一般，材料的導熱系數與?口:有關。7 （種類，溫度）.保溫材料是指的材料.8 （入0.12W/（m-K）（平均溫度不高于350c時）.已知材料的導熱系數與溫度的關系為k=k0（1+bt）,當材料兩側壁溫分別為t1、t2時，其平均導熱系數可取下的導熱系數。9 （t1+t2）/2）.發電機水冷、氫冷、空冷三種方式中，以方式的效果最好，方式的效果最差。10 (水冷、空冷).第三類邊界條件是指已知。11 (物體邊界與周圍流體間的表面傳熱系數h

4、及周圍流體的溫度tf).及其單值性條件可以完整地描述一個具體的導熱問題。12 (導熱微分方程).第一類邊界條件是。13 (給定物體邊界上任何時刻的溫度分布).初始條件是指。14 (如以某時刻作為時間的起算點，在該時刻導熱物體內的溫度分布).通過長圓筒壁導熱時，圓筒壁內的溫度呈分布規律.15 (對數曲線).溫度梯度表示溫度場內的某一地點等溫面法線方向的。16 (溫度變化率).第二類邊界條件是指。(給定物體邊界上任何時刻的熱流密度qw分布)三、選擇題1.當采用加肋片的方法增強傳熱時，最有效的辦法是將肋片加在哪一側？()(1)傳熱系數較大的一側(2)傳熱系數較小的一側(3)流體溫度較高的一側(4)流

5、體溫度較低的一側2,下列各參數中，屬于物性參數的是：3 (1)肋化系數(2)導熱系數(3)導溫系數(4)傳熱系數.導溫系數的物理意義是什么？(1)表明材料導熱能力的強弱(2)反映了材料的儲熱能力(3)反映材料傳播溫度變化的能力4 (4)表明導熱系數大的材料一定是導溫系數大的材料.常溫下，下列物質中哪一種材料的導熱系數較大？(1)純銅(2)碳鋼5 (3)不銹鋼(4)黃銅.溫度梯度表示溫度場內的某一點等溫面上什么方向的溫度變化率？(1)切線方向(2)法線方向6 (3)任意方向(4)溫度降低方向.接觸熱阻的存在使相接觸的兩個導熱壁面之間產生什么影響？出現溫差(2)出現臨界熱流7 (3)促進傳熱(4)

6、沒有影響.下述哪一點不是熱力設備與冷凍設備加保溫材料的目的？(1)防止熱量(或冷量)損失(2)提高熱負荷8 (3)防止燙傷(或凍傷)(4)保持流體溫度.某熱力管道采用兩種導熱系數不同的保溫材料進行保溫，為了達到較好的保溫效果，應將哪種材料放在內層？(1)導熱系數較大的材料(2)導熱系數較小的材料9 (3)任選一種均可(4)無法確定.金屬含有較多的雜質，則其導熱系數將如何變化？(1)變大(3)不變(2)變小(4)可能變大，也可能變小10 .下列材料中，導熱材料較差的材料是什么？鋁合金鑄鐵11 (3)不銹鋼(4)普通玻璃.物體之間發生熱傳導的動力是什么？(1)溫度場(2)溫差12 (3)等溫面(4

7、)微觀粒子運動.下面哪種物質材料具有較大的導熱系數？(1)水(2)空氣13 (3)水蒸氣(4)冰塊.通過大平壁導熱時，大平壁內的溫度分布規律是下述哪一種？(1)直線(2)雙曲線14 (3)拋物線(4)對數曲線.若已知某種氣體的密度為0.617kg/m3,比熱為1.122kJ/(kgK),導熱系數為0.0484W/(m.K),則其導溫系數是多少？()(1)14.3m2/s(2)69.9x10-6m2/s(3)0.0699m2/s(4)1.43x104m2/s15.已知某一導熱平壁的兩側壁面溫差是30C,材料的導熱系數是22W/(m.K),通過的熱流密度是300W/m2,則該平壁的壁厚是多少？()

8、16. (1)220m(2)22m2.2m(4)0.22m第二類邊界條件是什么？(1)已知物體邊界上的溫度分布。(2)已知物體表面與周圍介質之間的傳熱情況。(3)已知物體邊界上的熱流密度。(4)已知物體邊界上流體的溫度與流速。17. 冬天用手分別觸摸置于同一環境中的木塊和鐵塊，感到鐵塊很涼，這是什么原因？(1)因為鐵塊的溫度比木塊低(2)因為鐵塊摸上去比木塊硬18. (3)因為鐵塊的導熱系數比木塊大因為鐵塊的導溫系數比木塊大什么情況下圓筒壁導熱可以按平壁處理？(1)當其長度大于其外半徑的10倍時(2)當其長度是其壁厚的10倍時19. (3)當其外徑大于2倍的內徑時(4)當其外徑大干大壁厚的4倍

9、時溫度升高時，氣體的導熱系數一般隨溫度會發生怎樣的變化？()增大減小20. (3)不變(4)可能增大也可能減小一般情況下，對于材料的導熱系數，下述哪種說法是錯誤的？21. (1)合金小于純金屬(2)氣體小于固體(3)液體小于固體(4)導由體小干邪導由體下列那種情況內燃機汽缸溫度場不會隨時間發生變化？(1)內燃機啟動過程(2)內燃機停機(3)內燃機變工況運行內燃機生機22. 運行在穩態導熱中，已知三層平壁的內外表面溫度差為120C,三層熱阻之比R入1、R入2、R入3=1:2:3,則各層的溫度降為。23. (1)60C、40C、20C(2)70C、40C、10C(3)20C、40C、60c(4)1

10、0C、40C、70C材料的導熱能力與吸熱能力之比稱為。24. (1)放熱系數(2)傳熱系數(3)導熱系數(4)導溫系數.蒸汽管道的內外直徑分別為68mnf口100mm導熱系數入1=63W/(m.C),內表面溫度為140C。今采用玻璃棉墊料保溫，入2=0.053W/(m.C)。若要求保溫層外表面的溫度不超過50C,且蒸汽管道允許的熱損失ql=50W/m,則玻璃棉墊料保溫層的厚度至少為。25. (1)41mm(2)54mm91mm(4)104mm導熱體中不同溫度的等溫面將。26. (1)互相相交(2)互不相交(3)互相相切(4)不定材料的導溫系數是材料和的比值。27. (1)吸熱能力/導熱能力(2

11、)導熱能力/吸熱能力(3)比熱容/導熱系數(4)導熱系數/比熱容固體壁面上敷設肋片后，其實際散熱量與假設整個肋表面處于肋基溫度下的散熱量的比值為。28. (1)肋壁效率(2)肋化系數(3)肋片效率(4)無明確的專用名稱忽略物體內部導熱熱阻的分析方法稱為。29. (1)正規狀況法(2)數學分析法(3)數值解法(4)集總參數法下列哪個是非穩態導熱的表達式？30. (1)t=f(x,y,z)(2)t=f(y,(3)t=f(x,y)(4)t=f(z,x)下列那個表示非穩態導熱過程的無因次時間？(1)Bi(2)Fo(3)RePr四、簡答題1.試解釋材料的導熱系數與導溫系數之間有什么區別和聯系。(提示：從

12、兩者的概念、物理意義、表達式方面加以闡述，如從表達式看，導溫系數與導熱系數成正比關系(a=入/cp),但導溫系數不但與材料的導熱系數有關，還與材料的熱容量(或儲熱能力)也有關；從物理意義看，導熱系數表征材料導熱能力的強弱，導溫系數表征材料傳播溫度變化的能力的大小，兩者都是物性參數。)2,試用所學的傳熱學知識說明用溫度計套管測量流體溫度時如何提高測溫精度。(提示：溫度計套管可以看作是一根吸熱的管狀肋(等截面直肋)，利用等截面直肋計算肋端溫度th的結果，可得采用溫度計套管后造成的測量誤差At為At*th=1：0、，其中mH眄H展H，欲使測量誤差At下降，可以采用ch(mH)；A.以下幾種措施：(1

13、)降低壁面與流體的溫差(tf-t。)，也就是想辦法使肋基溫度t0接近tf,可以通過對流體通道的外表面采取保溫措施來實現。(2)增大(mH)值，使分母ch(mH)增大。具體可以用以下手段實現：增加H,延長溫度計套管的長度；減小入，采用導熱系數小的材料做溫度計套管，如采用不銹鋼管，不要用銅管。因為不銹鋼的導熱系數比銅和碳鋼小。降低6,減小溫度計套管的壁厚，采用薄壁管。提高h增強溫度計套管與流體之間的熱交換。）3.試寫出直角坐標系中，一維非穩態無內熱源常導熱系數導熱問題的導熱微分方程表達式；并請說明導熱問題常見的三類邊界條件。（提示：直角坐標系下一維非穩態無內熱源導熱問題的導熱微分方程式4 t2ta

14、x第一類邊界條件：>>0,tw=fw（x,）第二類邊界條件：T>0,-fw（X,）第三類邊界條件：T>0,shtwtfnw.在一根蒸汽管道上需要加裝一根測溫套管，有三種材料可選：銅、鋁、不銹鋼。問選用哪種材料所引起的測溫誤差最小，為什么？為減小測量誤差，在套管尺寸的選擇上還應注意哪些問題？5 （提示：與簡答題2的第（2）點類似，套管材料應選用不銹鋼，因給出的三種材料中，不銹鋼的導熱系數最小）.什么是接觸熱阻？減少固體壁面之間的接觸熱阻有哪些方法？（提示：材料表面由于存在一定的粗糙度使相接觸的表面之間存在間隙，給導熱過程帶來額外熱阻稱為接觸熱阻，接觸熱阻的存在使相鄰的兩個

15、表面產生溫降（溫度不連續）。接觸熱阻主要與表面粗糙度、表面所受壓力、材料硬度、溫度及周圍介質的物性等有關，因此可以從這些方面考慮減少接觸熱阻的方法，止匕外，也可在固體接觸面之間襯以導熱系數大的銅箔或鋁箔等以減少接觸熱阻。）.管外包兩種不同導熱系數材料以減少熱損失，若12,試問如何布置合理？.某一維導熱平板，平板兩側表面溫度分別為T1和T2,厚度為。在這個溫度范圍內導熱系數與溫度的關系為1/T,求平板內的溫度分布？6 .有人認為，傅里葉定律并不顯含時間，因此不能用來計算非穩態導熱的熱量。你認為對嗎？7 .導熱是由于微觀粒子的擴散作用形成的。迄今為止，描述物質內部導熱機理的物理模型有哪些？用它們可

16、以分別描述哪些物質內部的導熱過程？8 .用穩定法平板導熱儀對某廠提供的保溫試材的導熱系數進行測定，試驗時從低溫開始，依次在6個不同溫度下測得6個導熱系數值。這些數據表明該材料的導熱系數隨溫度升高而下降，這一規律與絕熱保溫材料的導熱機理不符，經檢查未發現實驗裝置有問題，試分析問題可能出在哪里？9 .在超低溫工程中要使用導熱系數很低的超級保溫材料。如果要你去研制一種12.13.這樣的新保溫材料，試從導熱機理出發設計一種超級保溫材料，列出你為降低導熱系數采取了哪些措施？并解釋其物理原因？試對比分析在氣體中由分子熱運動產生的熱量遷移與在金屬中自由電子熱運動產生的能量遷移這兩個物理模型的共同點和差異之處

17、。h(TfTx0)x0h(Tx0Tf)x014.15.16.17.18.一維常物性穩態導熱中，溫度分布與導熱系數無關的條件有哪些？發生在一個短圓柱中的導熱問題，在哪些情況下可以按一維導熱問題來處理？擴展表面中的導熱問題可以按一維處理的條件什么？有人認為，只要擴展表面細長，就可以按一維問題處理，你同意這種觀點嗎？某材料導熱系數與溫度的關系為0(1bT2),式中0,b為常數，若用這種材料制成平板，試求其單位面積的熱阻表達式。對于如圖所示的兩種水平夾層，試分析冷、熱表面間熱量交換的方式有何不同？如果要通過實驗來測定夾層中流體的導熱系數，應采用哪一種布置？熱面冷面尸尸尸;1尸/(a)夾層冷面在下(b)

18、夾層熱面在下19.20.21.22.在測量金屬導熱系數的實驗中，為什么通常把試件制作成細而長的棒？高溫下氣體導熱系數的測定有何困難？在實際中能否用常溫下的數據來替代？肋化系數，肋效率和肋壁效率是如何定義的？在選用和設計肋片時它們有何用途？有兩根材料不同，厚度均為2的等截面直肋A和B,處于相同的換熱環境中，肋基溫度均為T0，肋端絕熱，它們的表面均被溫度為Tf、對流換熱系數在任意直角坐標系下，對于以下兩種關于第三類邊界條件的表達形式，你認為哪個對，哪個不對，或者無法判別？陳述你的判斷和理由。h為常數的流體所冷卻，且/Vho現測得材料A和B內的溫度分布如圖所示，試分析材料A和B導熱系數的大小。x23.為測量管道內流體的溫度，可采用溫度計套管。實用中常常布置成如圖所示的斜插形式，試從傳熱學的角度解釋其合理性。24 II.覆蓋熱絕緣層是否在任何情況下都能減少熱損失？保溫層是否越厚越好？25 .對室內冷凍管道和熱力管道的保溫層設計有何不同？26 .在管道內部貼上一層保溫材料，是否存在某一臨界絕熱直徑？為什么？27 .非穩態導熱的正規狀況階段或充分發展階段在物理過程及數學處理上有什么特點？28 .有人認為，當非穩態導熱過