《工程热力学与传热学》——期末复习题——答案
的缘故。
4-18 非稳态导热可以分为 周期性非稳态导热 和 非周期性非稳态导热 两种。
4-19 对非周期性非稳态导热，存在着受 初始条件 影响的 非正规状况 阶段，和仅受 边界条件和 几何条件 影响的 正规状况 阶段。
4-20 一般情况下，稳态导热的温度分布取决于物体的 导热系数 （导热系数，导温系数）。但非稳态导热的温度分布则不仅取决于 导热系数 （导热系数，导温系数），还取决于 导温系数 （导热系数，导温系数）。
4-21 在非稳态导热中，根据 毕渥数Bi 的大小，可以将导热物体分为厚材和薄材。 根据毕渥准数大小的不同，一维非稳态导热存在三种情形，即 δ/λ ? 1/h （Bi→0） ，δ/λ ?1/h （Bi→∞） 和 δ/λ ~ 1/h （Bi→0(1)） 。
4-22 集总参数法是 可以忽略物体内部导热热阻的非稳态导热问题简化分析方法 。 此时物体温度仅是 时间 的函数，而与 空间坐标 无关。 4-23 设有一个无限大的平壁（无内热源，常物性），初始温度均匀，两侧表面对称加热，则平壁的中心面为 绝热 面。
4-24 第三类边界条件下一维非稳态导热物体，其导热微分方程的分析解用无量纲温度表示时，只取决 毕渥数 Bi ， 傅立叶数 Fo 和 无量纲尺寸x/δ 三个无量纲量。与用温度t表示温度分布相比，优势主要有两个方面，一方面 大幅度减少变量个数，有利于表达求解的结果 ，另一方面 有利于对影响因素的分析，深刻反映物理现象的本质 。
4-25 当傅立叶准数满足 Fo≥0.2 条件时，一维非稳态导热进入 正规状况 阶段。从数学上表现为解的无穷级数只需取 第一 项，而从物理上表现为 初始条件 影响消失，只剩下 边界条件 和 几何因素 的影响。 4-26 对流传热是 流体流过固体表面时，由于两者温度不同所发生的 热量传递过程，
4-27 按照引起流动的原因，可将对流换热分为 强制对流换热 和 自然对流换热 。
4-28 一般来说，同一种流体强制对流表面传热系数比自然对流表面传热系数要 大 。
4-29 对流换热无相变时，流体仅有显热变化，而有相变时，流体会吸收或放出 汽化热 。
4-30 对于同一种流体，有相变时对流传热表面传热系数比无相变时大，其原因主要是（1） 同一种流体的汽化热要比比热容大得多 ，（2） 沸腾时液体中气泡的产生和运动增加了液体内部的扰动 。
4-31 当流体与固体壁面进行对流换热时，以热边界层外缘为界，将流体分为两部分：沿壁面法线方向有温度变化的 热边界层 和 温度几乎不变的 等温流动区 。 4-32热边界层厚度和流动边界层厚度不能混淆。热边界层厚度由流体中垂直于壁面方向上的 温度分布 确定，而流动边界层厚度由流体中垂直于壁面方向上的 速度分布 确定。
4-33 流动边界层的厚度δ反映了 流体分子动量扩散的 程度，与 运动粘度 有关；而热边界层厚度δt反映了 流体分子热扩散的 程度，与 热扩散率 有关。
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4-34当流体沿壁面流动时，若壁面温度等于流体温度，流体沿壁面流动只会形成 流动边界层 ，不会形成 热边界层 。
4-35 在自然对流中，反映浮升力与粘性力相对大小的特征数是 格拉晓夫数Gr ，起作用相当于强制对流换热中的 雷诺数Re 。
4-36管内湍流强制对流换热时，考虑到短管和弯管的情况，需引入修正系数，其数值 大于 （填大于或小于）1。
4-37热辐射是 物体由于受热的原因而产生的电磁波辐射 。辐射换热是 物体之间相互辐射和吸收的总效果 。
4-38 在工业上常见到的温度范围内，即2000K以下，绝大部分辐射能在红外线区段的 0.76--20μm 波长范围内，一般可将热辐射看作 红外线 辐射。 4-39 当热辐射的能量投射到物体表面上时，一部分会被物体 吸收 ，另一部分会被物体 反射 ，其余部分会 透过 物体，各部分能量占投入辐射能的百分比称为 吸收比 ， 反射比 ，和 透过比 。
4-40 固体和液体的吸收和辐射都是在 物体表面上 进行的，而气体的辐射和吸收则在 整个气体的容积中 进行。
4-41 热辐射投射到物体表面后的反射现象，有 镜反射 和 漫反射 之分。它取决于物体表面的 粗糙程度 ，一般工程材料表面的反射可看做 漫反射 。 4-42 在辐射换热中，我们把 吸收比α=1 的物体称为黑体，把 反射比ρ=1 的物体称作白体，把 透过比τ=1 的物体称作透明体，把 光谱吸收比与波长无关的物体，及吸收比等于光谱吸收比α=αλ 的物体称作灰体。
4-43 黑体辐射的基本定律包括 斯蒂藩-波尔兹曼定律 ， 普朗特定律 ，以及 兰贝特定律 。它们分别确定了黑体的 辐射力Eb ， 光谱辐射力Eb,λ ，以及 定向辐射强度Ib 。
4-44 斯蒂藩-波尔兹曼定律指出，黑体的辐射力同 其绝对温度的四次方 成正比。 4-45 根据兰贝特定律，黑体表面或漫射物体表面的辐射力和辐射强度的关系可表示为：Eb=πlb， E=πL 。
4-46 一般来说，对同种材料而言，表面粗糙与表面光滑相比， 表面粗糙时的 发射率要高，表面氧化与表面非氧化相比， 表面氧化时 发射率要高。
4-47 物体表面的吸收比不仅与 物体本身的性质 有关，还取决于投入辐射 按波长分布 的情况。
4-48 根据基尔霍夫定律，（1）在同温度下，所有物体中 黑体 的辐射力最大。（2）物体的吸收比恒等于同温度下物体的 发射率 ，即善于发射的物体必善于吸收。 4-49 角系数的性质包括 非自见面的角系数为０ ， 角系数的相对性 ，角系数的 完整性 ，以及 角系数的可加性 。
4-50 对黑体而言，单位时间内离开单位表面上的总辐射能量为 黑体的辐射力Eb ，对实际物体而言，单位时间离开物体单位表面积上的总辐射能量为 实际物体的有效辐射J 。
4-51 若参与辐射的封闭空腔中某一个表面的 净辐射热流q=0，该表面称为 重辐射面 。
4-52在工程上，为削弱辐射换热，可采用的方法有（1）采用反射率较高，发射率较小的材料 ，（2） 采用辐射遮热板 。
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4-53 在两块大平行平板间插入1块发射率相同的遮热板时，其辐射换热量减小为无遮热板时的 二分之一 ，在两块大平行平板间插入n块发射率相同的遮热板时，其辐射换热量为无遮热板时辐射换热量的 1/（n+1）
5、基本概念题和问答题
5-1 室内安装的暖气设施，试说明从热水至室内空气的传热过程包含哪些传热环节?
答：（1）热水—暖气片内侧表面：对流换热；（2）暖气片内侧壁面—暖气片外侧表面：暖气片内部的导热；（3）暖气片外侧表面—外界环境和空气：对流换热和辐射换热。
5-2 分析置于室外大气中的架空输送蒸汽的保温管道有哪些传热环节？
答：（1）管道内蒸汽—管道内侧表面：辐射换热，对流换热；（2）管道内侧表面—管道外侧表面：导热；（3）保温层内部：导热；（4）保温层外侧表面—外界环境和大气：对流换热和辐射换热。
5-3 写出傅里叶定律的一般表达式，并说明式中各量和符号的物理意义？
答：傅立叶定律的表达式：Q???A?tn???Agradt ?n5-4 比较下列三种物质：空气，金属，水导热系数的大小。
答：空气，金属，水的导热系数大小比较：?金属??水??空气 5-5 解释是保温材料？
答：我国国家标准规定：凡平均温度不高于350 ℃，导热系数不大于0.12 W/(m．k) 的材料，称为保温材料。
5-7 一个具体导热问题的完整数学描述应包括哪些方面？写出直角坐标系，无内热源，常物性，非稳态三维导热的微分方程。
答：一个具体导热问题的解包括导热微分方程+单值性条件。
?t?2t?2t?2t直角坐标系，无内热源，常物性，非稳态导热微分方程为：?a(2?2?2)
???x?y?z5-8 何谓导热问题的单值性条件，它包括哪些内容？
答：导热问题的单值性条件包括几何条件，物理条件，时间条件和边界条件。 5-9 回答热扩散率的定义式，以及物理意义。
答：热扩散率：a??，其物理意义为：材料传播温度变化能力大小的指标。 ?c5-10 回答导热问题的三类边界条件，并分别用数学表达式表示。
答：（1）第一类边界条件：已知固体边界上所有各点的温度分布，t=f(x,y,z,τ)。（2）第二类边界条件：已知固体边界上所有各点的热流密度分布，q=f(x,y,z,τ)。（3）第三类边界条件：已知固体边界周围流体的温度和周围流体与固体之间的换热系数，
???t?h(tw-tf)。 ?yy?0 19 / 31
5-11 解释肋片效率。
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答：肋片效率=肋片的实际散热量与假设整个肋片处于肋基温度下的理想散热量之比。
5-12 说明非稳态导热的基本特点。
答：非稳态导热的基本特点：（1） 物体内各点的温度随时间变化，而且物体的温度变化明显地分为部分物体不参与变化与整个物体参与变化两个阶段，（2） 非稳态导热过程中，在热量传递方向上不同位置处的导热量是处处不同的。
5-13 两块厚度为30mm的无限大平板，初始温度为20℃，分别用铜和钢制成。平板两侧表面的温度突然上升到60℃，试计算使两板中心温度均上升到56℃时两板所需时间之比。铜和钢的导温系数分别为103×10-6m2/s，12.9×10-6m2/s。
答：一维非稳态无限大平板内的温度分布形式为：
?(x,?)t?t?x??f(Fo,Bi,) ?0t0?t??两块不同材料的无限大平板，均处于第一类边界条件下，依题意，两种材料到达相同工况时，Bi数和x/δ都相等，要使温度分布相同，只需Fo相同。 因此：（Fo）铜 =（Fo）钢 既是：(a??)?(2铜a??2)钢
?铜a钢12.9?10?6式中两种情况下的δ相同，因此： ???0.125 ?6?钢a铜103?105-14 写出以下几种热阻的表达形式：通过平壁的导热热阻，通过圆筒壁的导热热阻，对流换热热阻，辐射空间热阻，辐射表面热阻。
答：通过平壁的导热热阻：
d1?，通过圆筒壁的导热热阻：ln2，对流换?A2??ld1热热阻：1，辐射空间热阻：1，辐射表面热阻：1??。
A?hAA1X1,25-15 试说明热对流与对流换热之间的联系和区别。
答：热对流是指由于流体的宏观运动使温度不同的流体相对位移而产生的 热量传递现象，显然，热对流只能发生在流体之中。流体与固体表面之间的热量传递是热对流和导热两种基本传热方式共同作用的结果，这种传热现象称为对流换热。 5-16 说明影响对流换热的因素有哪些？
答：影响对流换热的因素有：流动的起因（自然对流或强迫对流），流动的状态（层流和湍流），流体有无相变，流体的物理性质（如：?,?,?,c,?等），换热表面的几何因素。
5-17 说明影响对流换热的因素有哪些。分析在相同的流动和换热壁面条件下，导热系数大的流体，表面传热系数是大还是小。
答：影响对流换热的因素有：流动的起因（自然对流或强迫对流），流动的状态（层流和湍流），流体有无相变，流体的物理性质（如：?,?,?,c,?等），换热表面的几何因素。导热系数愈大的流体，导热热阻愈小，对流换热愈强烈。
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