传热学【第四版】课后答案

第一章 导热理论基础

1. 按20℃时,铜、碳钢(1.5%C )、铝和黄铜导热系数的大小,排列它们的顺序;隔热保温材料导热系数的数值最大为多少?列举膨胀珍珠岩散料、矿渣棉和软泡沫塑料导热系数的数值。 答:铜>铝>黄铜>碳钢;

隔热保温材料导热系数最大值为0.12W/(m ?K )

膨胀珍珠岩散料:25℃ 60-300Kg/m 3 0.021-0.062 W/(m ?K ) 矿渣棉: 30℃ 207 Kg/m 3 0.058 W/(m ?K )

软泡沫塑料: 30℃ 41-162 Kg/m 3 0.043-0.056 W/(m ?K ) 2. 推导导热微分方程式的已知前提条件是什么? 答:导热物体为各向同性材料。 3.(1)

m k x

t /2000=?? , q=-2×105(w/m 2

). (2)

m k x

t /2000-=??, q=2×105(w/m 2

). 4. (1),00==x q 3109?==δx q w/m 2 (2) 5108.1?=νq w/m 3

5. 已知物体的热物性参数是λ、ρ和c ,无内热源,试推导圆柱坐标系的导热微分方程式。

答:2222211[()]t t t t a r r r r r z

τφ?????=++????? 6. 已知物体的热物性参数是λ、ρ和c ,无内热源,试推导球坐标系的导热微分方程式。

答:2222222111[()(sin )]sin sin t t t t

a r r r r r r θτθθθθ?

??????=++?????? 7. 一半径为R的实心球,初始温度均匀并等于t 0,突然将其放入一

温度恒定并等于t f 的液体槽内冷却。已知球的热物性参数是λ、ρ和c ,球壁表面的表面传热系数为h ,试写出描写球体冷却过程的完整数学描述。

答:

2201[()],0,00,0,0,,()

f r R r R

t t r r R c r r r r R t t t

r R h t t r

λττρττλ

==???=><=-=-?

0,

0dt

r dr

== 8. 从宇宙飞船伸出一根细长散热棒,以辐射换热将热量散发到外部空间去,已知棒的发射率(黑度)为ε,导热系数为λ,棒的长度为l ,横截面面积为f ,截面周长为U,棒根部温度为T0。外部空间是绝对零度的黑体,试写出描写棒温度分布的导热微分方程式和相应的边界条件。

答:0)273(422=+-

??f U

t b x t εσλ x=0 , t+273=T 0

第二章 稳态导热

1. 为什么多层平壁中温度分布曲线不是一条连续的直线而是一条折

线?

答:因为不同材料的平壁导热系数不同。

2. 导热系数为常数的无内热源的平壁稳态导热过程,若平壁两侧都给定第二类边界条件,问能否惟一地确定平壁中的温度分布?为什么?

答:不能。因为在导热系数为常数的无内热源的平壁稳态导热中t

x

??为

常数,q 为定值,由t q x λ?=-?求解得q

t x c λ

=-+常数c 无法确定,所

以不能惟一地确定平壁中的温度分布。

3. 导热系数为常数的无内热源的平壁稳态导热过程,试问(1)若平壁两侧给定第一类边界条件t w1和t w2,为什么这一导热过程的温度分布与平壁的材料无关?为什么?(2)相同的平壁厚度,不同的平壁材料,仍给定第一类边界条件,热流密度是否相同。

答:(1)因为在该导热过程中12w w t t dt

c dx δ-==-

(2)不相同。因为t q x λ?=-?,t x

??为定值,而λ不同,则q 随之而变。

4. 如果圆筒壁外表面温度较内表面温度高,这时壁内温度分布曲线的情形如何?

答:圆筒壁内的温度分布曲线为1

112122

1

ln ()()ln w w w w w d d t t t t t t d

d =--<

5. 参看图2-19,已知球壁导热系数λ为常数,内外表面分别保持t w1和t w2,度推导空心球壁导热量计算公式和球壁的导热热阻。

答:球体的222

22222211()(2)020t t t t r r r r r r r r r

t t r r r

?????==+=??????+=??

当r=r 1时,t=t w1

当r=r 2时,t=t w2

对上式进行求解得

212

111dt dr c r

t c c r

==-+

12

11

2

2

12

1

1w w t c c r t c c r =-+=-+ ?

22

1112

12211

111w w w w w r r c t t t t c t r r -=

--=+

-

所以球体的温度分布为22

1212

1111w w w w w t t t t t t r r r r r r --=-++

-- 球体的导热量计算公式为

Q=Aq=4

π

r 2q,且

2122

2211

2

1212211

12121

4()14.411111()4w w w w w w t t dt q r r dr c r

r r t t t t Q r c r c r r r r λλλπλπλλππλ

-=-=-=----=-=-==

--

空心球壁的导热量为1212111()

4w w t t r r πλ

--,导热热阻为12111

()4r r πλ-

6. 同上题,若已知边界条件改为第三类边界条件,即已知t f1,h 1和t f2,h 2试推导通过空心球壁传热量的计算公式和球壁的传热热阻。

答:

2111112

222

2222121122

12124()

4()11111()4111()4w f f f w f w w Q r h t t t t Q r h t t Q r r r h r h t t Q r r πππλλπλ

=--=-?=

--+-=

-

传热热阻为22121122

11111()4r r r h r h πλλ--+

7.答:通过砖墙总散热:φ=672(W ) 8.答:内表面温度t w1=1.5℃

9.答:加贴泡沫层厚度δ=0.091(m)=91(mm) 10. 答:保温层厚度147.0≥δ(m )=147(mm) 11. 答:红砖层厚度应改为500(mm ) 12. 答:该双层玻璃窗的热损失41.66(W )

单层玻璃;其它条件不变时热损失2682.68(W ) 13.答:第一层占总热阻比:22.2%

第二层占总热阻比:51.9% 第三层占总热阻比:25.9%

14.答:表面传热系数 K=30.23 W/(m 2·K ) 热流通量q=5687.2 W/m 2

15. 方案(1)K=29.96 W/(m 2·K ) 方案(2)K=29.99 W/(m 2·K ) 方案(3)K=37.4 W/(m 2·K ) 16.答:取修正系数96.0=?

单位面积导热阻:0.204(m 2·K )/W 17.答:(1)单位长度管壁中:

第一层材料导热阻:W m (k

R /)1066.124

1??=-λ 第二层材料导热阻:()W m k R /517.022?=λ 第三层材料导热阻:()W m k R /2796.023?=λ (2)每米蒸汽管热损失 q 1=314.0(W/m) (3)t w2=299.95℃ t w3=137.61℃

18. 解:调换后是调换前的79 % 19.电流是6.935(A ) 20.解:保温层材料厚度71.5mm

21.解:取保温材料外表面温度为室温25℃时,蒸发量m=1.85 kg/h 22. 解:有, 2

2

4h d c λ=

23. 根据现有知识,试对肋壁可以使传热增强的道理作一初步分析。 答:肋壁加大了表面积,降低了对流换热的热阻,直到了增强传热的作用。

24. 一直径为d ,长度为l 的细长圆杆,两端分别与温度为t 1和t 2的表面紧密接触,杆的侧面与周围流体间有对流换热,已知流体的温度为t f ,而t f

答:把细长圆杆看作肋片来对待,那么单位时间单位体积的对流散热

量就是内热源强度。2()4()

()2

f f v h t t ddx h t t q d d dx

ππ--=-=- 22

4()0f d t h

t t dx d λ--= 0

令m =,则224()0f d t h t t dx d λ-

-=可化为222()f d t

传热学【第四版】课后答案

m t t dx

=- 肋的过余温度为θ=t-t f ,则θ1=t 1-t f ,θ2=t 2-t f ,2

22d m dx

θ

θ=

12exp()exp()c mx c mx θ=+-

根据边界条件,求得:

211exp()

exp()exp()

ml c ml ml θθ--=--

12

2exp()exp()exp()

ml c ml ml θθ-=

--

所以该杆长的温度分布为:

2112

exp()

exp()exp()exp()exp()exp()

exp()exp()

ml ml mx mx ml ml ml ml θθθθθ---=

+

-----

25. 解:温度[]x ch 9.18472.088.44-=θ 散热量φ=321.33(W) 26. 解:t f =100℃

测温误差:△t=16℃

27. 解:材料改变后,测出t L =99.85% 误差:100-99.85=0.15℃ 28. 答:(1)铝材料961.0=f η (2) 钢材853.0=f η

29. 答:总散热量包括肋表面管壁面散热之和:11.885kW 31. 答:散热量:484.29(W/m ) 32. 答:γ3≥H ,()W 21.154=φ 34. 答:接触面上温差51.4℃

第三章 非稳态导热

1. 何谓正常情况阶段,这一阶段的特点是什么? 答:正常情况阶段:物体内各处温度随时间的变化率具有一定的规律,该阶段为物体加热或冷却过程中温度分布变化的第二阶段。

2. 何谓集总参数分析,应用这种方法的条件是什么?应怎样选择定型尺寸?

答:当Bi<0.1时,可以近似地认为物体的温度是均匀的,这种忽略物体内部导热热阻,认为物体温度均匀一致的分析方法称为集总参数法。

给出任意形态的物体,由于它的导热系数很大,或者它的尺寸很小,或者它的表面与周围流体间的表面传热系数很小,因此物体的Bi 准则小于0.1,可以采用集总参数法。 3. 试举例说明温度波的衰减和延迟性质。

答:综合温度的振幅为37.1℃,屋顶外表面温度振幅为28.6℃,内表面温度振幅为4.9℃,振幅是逐层减小的,这种现象称为温度波的衰减。

不同地点,温度最大值出现的时间是不同的,综合温度最大值出现时间为中午12点,而屋顶外表面最大值出现时间为12点半,内表面最大值出现时间将近16点,这种最大值出现时间逐层推迟的现象叫做时间延迟。

4. 用不锈钢作底板的家用电熨斗初始时处于室温t f 。当开关接通后,电热器在底板内以q v W/m 3的强度发热。不锈钢的热物性参数λ、ρ和c 均为已知,不锈钢的体积为V,暴露于空气中的表面面积为A,该表面与空气之间的表面传热系数为h ,试用集总参数法分析电熨斗底板温度变化T(τ).

答:根据物体热平衡方程式得,

()exp()

v v cV Vq hA q V hA

c hA cV

θρθ

τ

θττρ?=-?=+ 又当τ=0时,θ(0)=0,v q V

c hA

=

所以,

()[1exp()]v q V hA hA cV θττρ=+- 5. 该热电偶外形为球形,定性尺寸m R

L 025.03

==

52.11=c τ s

7.02=c τ s

6.

S

n

cL

A

cV

mm L c 56.111)(000716.0003.0016.0003.0016

.0003.04242==

=

=?+????=

ρρτππ

π

7.此答案取热电偶球形直径d=0.5mm,则τ=14.43 s T=119.05℃ 8. )(426s =τ 9. τ=0.554(h) 10. h=83.2 W/(m 2·K) 11.min 48=τ 12. ()h 6=τ 13. τ=3.56(h)

14. 3422120=--=θ 102212-=-=θ

)

(448717341041105.71.170s h L h

hA

c n =???

?????-=?--=-

=- δαλθθν

ρτ

15. )(97.5h =τ

16. 10分钟后棒中心及表面均为油温c t t W m 030≈= 71=τ s,

1043=I φ KJ

17. τ=2.508(h)

18. t w =30.85℃ t x=0.1=21.53℃ 19. λ=0.0502w/(m ·k) 20.

传热学【第四版】课后答案

21.h

τ

=

32

.2

22. Qw=1014.97(w/m2)

23.砖墙x=0.618 m

木墙x=0.25 m

24. x=0.1m t min=-1.883℃h1.2

ξ

=

x=0.5 m,t min=0.681℃h5.

ξ

=

10

第五章对流换热分析

1. 影响对流换热的因素有流体种类、速度、物理性质、表面温度、环境温度、形状、尺寸、位置、表面状况.....等等,试以你的感性认识举例说明这些因素的存在。

答:①日常生活中,蒸汽换热与水换热,其种类不同,物理性质也不同,则换热效果也明显不同。

②在晴朗无风的天气里与有风的天气里晒衣服,其流体速度不同,衣服晒干的时间也是不同的,说明换热效果有不同。

③一杯水放在空气装配能够与放在冰箱里,环境温度不同,其换热效果有是不同的。

④板式换热器与肋片式换热器形状不同,定性尺寸也不同,换热效果也不同。

⑤粗糙管与光滑管的换热效果也是不一样的。

⑥换热器放在窗下面与放在墙角换热效果是不一样的。

2.试设想用什么方法可以实现物体表面温度恒定、表面热流恒定的边界条件?

答:加热水使其在沸腾状态,放一物体在沸腾水中,此状况下物体表面温度可认为是恒定的。将一物体外层包裹一层绝热材料,再将物体连入一恒定电流的加热器中,则其物体可认为是表面热流恒定。 3.试就自然界和日常生活中的对流换热现象举例,说明哪些现象可以作为常壁温或者常热流边界条件来处理?哪些现象可以近似地按常壁温或常热流处理?

答:在冰箱内层结了一层冰,与冰箱内物体换热,此时,冰箱内壁是常壁温的。电炉加热可视为常热流。水壶烧开水,可近似认为是恒热流的加热方式。暖壶装满热水内壁可近似认为是常壁温的。

5. 沸腾水与常温水的温度有没有数量级差别?如果厚度相比是否可以认为是1与§之比?

答:沸腾水与常温水的温度没有数量级差别。如果流体外掠长度只有1mm 的平板,那么它的板长与边界厚度相比是可以认为是1与§之比。

6.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两者有什么不同之处?

答:对流换热过程微分方程式:,()x w x x t

h t y

l -?=D ? ① 导热过程的第三类边界条件表达式为:

h (t |s - t |f )=- l ()s t

n

?? ②

①式中为x 点贴壁处流体的温度梯度,k/m 。由近壁面的温度场确定,

l

为流体的导热系数,q x 为对流换热量,是随着x 的变化而变化的,

而②中是确定的。②式中的l 是传热体的导热系数,由传热材料决定。 7.流体外掠平板,在温度条件不变的情况下,主流速度增加时,它的局部和平均表面传热系数都增加,试从换热原理进行分解释。 答:主流速度增加时,速度边界层厚度减小,在温度条件不变时即使温度条件不变,热边界层厚度减小,增加了边界层内的温度梯度,从而局部和平均表面传热系数都增加。

8.在相同温度及速度条件下,不同Pr 流体外掠平板时的温度及速度边界层厚度、速度及温度梯度及平均表面传热系数等有何差异? 答:Pr 大的流体,温度边界层厚度小于速度边界层厚度,温度梯度速度大于速度梯度,则平均表面传热系数将较大。

11. 为什么Pr 《1时,则δt 》δ,试分析在δt >δ区域内的流动及换热的机制。

答:13Pr ,Pr 1,>>t

t δδδδ

-≈<<由公式,

此时在边界层内热量扩散强度远大于动量扩散。 12.m 31047.1-?=δ 13.m t 41078.9-?=δ

14.局部表面传热系数:2.22731.0==m x h w/(m 2·k)

2.16082.0==m x h w/(m 2

·k) 13123.0==m x h w/(m 2·k) 2.107145.0==m x h w/(m 2·k)

平均表面 h =2142.4 w/(m 2·k) 15.m 3max 1054.2-?=δ

16.34

22.0376.0δ

δν

x y x y u -=∞ 注:∞=u x νδ64.4

17.3max 103.1-?=νm/s 18.x c =0.923 m

全板长为层流: h=13.9 W/(m 2.k)

)(556W =φ

19.x c =0.026 m

紊流换热系数关联式:h=24289 W/(m 2·k) )(971577W =φ

20.x c =8.265m,全板长流动层流

h=325.5 W/(m 2·K ),()W 13020=

θ

21.∞

=U x

νδ46

.3

22.3

15

4

02872.0r e Ux P R N =

23.w f

W dt b

h t dy t t λλ??

=-

= ?

?-?? 25.()??

? ??++

-=+202

022

2n f w N b r a t t λπφ 26. Q=120.5w 27. h=104 W/(m 2·k) 28. h 2=8.24 W/(m 2·k) 29.W 8.296=φ 30.使22

1

1G d d G =

31. h=31.4 W/(m 2·k)

第六章 单相流体对流换热及准则关联式

1.试定性分析下列问题:

(1)夏季与冬季顶棚内壁的表面传热系数是否一样?

(2)夏季与冬季房屋外墙外表面的表面传热系数是否相同? (3)普通热水或蒸汽散热器片型高或矮对其外壁的表面传热系数是否有影响?

(4)从传热观点看,为什么散热器一般都放在窗户的下面?

(5)相同流速或者相同的流量情况下,大管和小管(管内或管外)的表面传热系数会有什么变化? 答:(1)夏季与冬季顶棚内壁的表面传热系数是不一样的。因为夏季与冬季顶棚内壁与室内的空气温度的温差是不一样的。

(2)同(1)夏季与冬季房屋外墙外表面的表面传热系数也是不一样的。

(3)普通热水或蒸汽散热器片型高或矮对其外壁的表面传热系数是有影响的。因为他们的定性尺寸是不一样的。

(4)因为窗户附近负荷大,散热器放在窗户的下面可以在窗户附近形成一热幕,使冷负荷尽可能少的进入房间。这样使室内温度更均匀。

(5)相同流速或者相同的流量情况下,大管的对流传热系数小,小管的对流传热系数较大些。

2.传热学通常把“管内流动”称为内部流动,将“外掠平板,外掠圆管”等称为外部流动,请说明它们的流动机制有什么差别。这些对

流换热问题的数学描写有什么不同? 答:管内流动对流换热的热阻主要在边界层。Re 〉410为旺盛湍流区,Re =2300~410为过度区。无论层流还是湍流,都存在入口段,且入口段的换热很强。管内充分发展的流动与换热,表面传热系数h 为常数。管内流动的换热边界条件有两种,即恒壁温及恒热流条件。对层流和低u N 数介质的流动,两种边界条件结果不同。但队湍流和高r p 数介质的换热,两种边界条件的影响可以忽略不计,即换热的u N 是一样的。管内流动与外部流动其边界层也是不同的。内部湍流数学描写

0.80.023Re 0.4

0.3

f f n

u f r N P n n ===加热流体冷却流体外掠单管关联式为

1/3

Re Re f f n u f r f N c P =c 、n 值根据来确定。

6-5.答:第一种散热器进出口方法是最不利的,热水根本就不进入

管内。第二种比较可靠,稳定。其要是受迫对流是更可靠和稳定。第三种只能是受迫对流,其可靠性和稳定性不及第二种的受迫对流。 6-12 答:(1).先计算管内流体的出口温度"f t 。("')p f f q dl Mc t t p =-。 (2)由于管壁为常热流边界条件。根据管内流体进出口温度的算术平均值计算出管内流体平均温度"'2

f f f t t t +=

(3.)由f t 查表得流体的热物性参数值f

f f r f l p l n m r 、、、、。

(4.)根据质量流量M 及管子断面积,求出管内流体速度

2

4/()l M

u M A d r r p ==

(5.)计算雷诺数e R ,并判断流动状态并根据常热流的边界条件,选择相应的换热关联式。计算u N (6.)由u N 数,可计算出h 。

(7.)由常热流的边界条件,在热充分发展段,流体与壁面间的温度差沿管长保持不变。

6-13 关于管内对流换热的热进口段的长度有几种表达方式,它们各适应什么条件?(1)从管子入口到热边界层在管中心闭合前的一段长度;(2)当

0.r h const P x

q

?==?e 和前的一段长度;(3)l/d=0.05R 答:对第一种表达方式,为热进口段长度的定义。适用于粘性流体在管内进行对流换热的任何情形。对第二种表达方式,适用于常物性流体,在管内的流动状态为层流,且边界条件为常壁温的情形。

6-14答:对外掠平板,随层流边界层增厚,局部表面传热系数有较快的降低。当层流想紊流转变后,x h 因紊流传递作用而一迅速增大,并

且明显高于层流,随后,由于紊流边界层厚度增加。x h 再呈缓慢下降之势。对紊流情况下的管内受迫流动,在进口段,随着边界层厚度的增加。局部表面传热系数x h 沿主流方向逐渐降低。在进口处,边界层最厚,x h 具有最高值,当边界层转变为紊流后,因湍流的扰动与混合作用又会使x h 有所提高,但只有少量回升,其x h 仍小于层流。少量回升。x h 再逐渐降低并趋向于一个定值,该定值为热充分发展段的x h 。 6-15.解:令1h 为管内流动气体与不锈钢管内壁之间的对流表面传热系数。2h 为室内空气与不锈钢管外壁之间的对流表面传热系数。室内温度为f t ,微元段处不锈钢管壁温度为1w t ,管内微元段处流体的平均温度为fx t ,管径为 d.则热平均式为

2

1121()()w fx w fx

h d t t dx h d t t dx I R p p -+-= 17.h=9541.4 W/(m 2·k) 18. d=114mm,L=23.1m 19.出口水流 t f =67℃ 20.出口c t f 097=''

21.h=3328.2 w/(m 2·k) △ t m =10.9℃ 22.5.83=''f t 10565.4?=φ W 24.类比定律;h=7051 w/(m 2·k)

光滑管:西得一塔特公式8026 w/(m 2·k) 迪图斯——贝尔特式 7033 w/(m 2·k) 25.H=5.2 w/(m 2·k) 26. h=16.3 w/(m 2·k) 27. h=20513 w/(m 2·k)

28. t w =65.24℃ h=31.42 w/(m 2·k) ()W 484=φ 29.相差百分比:18.7% 31.t w =158.5℃ 32.p max =50.463(kw) 33.h=131.7 w/(m 2·k)

34.h=157.2 w/(m 2·k) 35.h=20157 w/(m 2·k)

36.h=70.4 w/(m 2·k) h 顺=69.5 w/(m 2·k) 37.27=''f t h=73.7 w/(m 2·k) 38.N=79.42(W) q=6559.3 w/(m 2·k) 功耗比82.6 39.

比例 0.85 0.95 1 1.05 1.25 1.5 功耗 50.87 70.02 80.09 90.21 133.18 190.64 40.换热量

W 510809.1?=φ N 功耗=65.5(W ) 42.h=5.16 w/(m 2·k) 43. ()W 3154=φ 44.m W q /132=

45. ()W 1016=φ h=4.233 w/(m 2·k) 46.t w,max =55.5℃ 48.N=779.2(W)

52.H=7.07 w/(m 2·k) ()W 3.1021=φ 53.325.1=e α w/(m 2·k) q=13.25 w/(m 2·k) 54.)(5.10mm =δ q=23.9 w/m 2

第七章 凝结与沸腾换热

1.凝液量:m=0.0116(kg/s)

2.水平放置时,凝水量m=0.0166(kg/s)

3.壁温t w =1000 , h=12029 w/(m 2·k)

4.

传热学【第四版】课后答案

H=6730 w/(m 2·k) 6.竖壁高 h=9.2 mm

7.单管与管束平均表面传热系数之比:管束

单h h =2.1

8.凝结水量 m=5.14?10-3 (kg/s) 9.考虑过冷度时,m=5.12?10-3(kg/s) 相差:

%39.0%10014

.512

.514.5=?- 10.管长 m L 1= ,管长减少量

31

5

.115.1=- 11.凝结表面传热系数 h=700.2 w/(m 2·k) 凝液量:m=5.242?10-3(kg/s) 12. 管长能缩短

13.用于水时, h=5341.1 w/(m 2·k) 与11题相比换热系数倍率

63.72

.7001

.5341= 15.氟利昂 12: φ=42143(W ) 氟利昂 22: φ=50810(W ) 差异:20.6%

16.用电加热时,加热方式是控制表面的热流密度。而采用蒸汽加热则是壁面温度可控的情形。由大容器饱和沸腾曲线可知,当加热

功率q 稍超过max q 值时,工况将沿max q 虚线跳至稳定膜态沸腾线,使壁面温度飞升,导致设备烧坏。总之,电加热等依靠控制热流来改变工况的设备,一旦热流密度超过峰值,工况超过热流密度峰值后,沸腾温差将剧烈上升到1000℃左右,壁温也急剧升高,发生器壁烧毁现象。

采用蒸气加热时,工况点沿沸腾曲线依次变化。不会发生壁面温度急剧上升情况。

18.由式(7)t

T R s

?=

υγρσ2min ,在一定的s T t ,,,,υργσ?五个量中,只有υρ随压强变化最大,P 增加时,υρ的增加值将超过T s 的增值和γ的减

少,最终使R min 随P 的增加而减小。

19.h=1.51?104 w/(m 2·k) 20. h=67140 w/(m 2·k)

21.温度降为183℃ h=1585 w/(m 2·k) 与自然对流相比较,

485.01585

769

==

沸腾

自然对然h h 22.Q=3077.18 w/(m 2·k) ,t w =106.6℃ 23.0115.0,= w C

第八章 热辐射的基本定律

1.热辐射和其他形式的电磁辐射有何相同之点?有何区别?

答:物质是由分子、原子、电子等基本粒子组成。当原子内部的电子受到激发或振动时,产生交替变化的电场和磁场,发出电磁波向空间传播,这就是电磁波。它是热辐射和其他电磁辐射的相同点。但由于激发的方法不同,所产生的电磁波长就不相同,它们投射到物体上产生的效应也不相同。如果由于自身温度或热运动的原因而激发产生的电磁波传播就称为热辐射。

2.为什么太阳灶的受热表面要作成粗糙的黑色表面,而辐射采暖板

不需要作成黑色?

答:太阳灶和辐射采暖板的区别主要源于它们对温度的不同要求:太阳灶的温度一般都在几百度以上,为了更有效吸收来自太阳的光热,其受热表面要做成粗糙的黑色表面。辐射采暖板的用处是用来采暖的,气温度一般不会太高,所以不需要做成黑色。

3.窗玻璃对红外线几乎是不透明的,但为什么隔着玻璃晒太阳却使人感到暖和?

答:隔着玻璃晒太阳时,太阳通过热辐射给玻璃热量,而玻璃也对室内进行导热,对流换热,辐射等,使得人感到暖和,同时透过玻璃的光在穿过玻璃后衰减为长波辐射,产生温室效应,使得人感到更加的暖和。

4.深秋及初冬季节的清晨在屋面上常常会看到结霜,试从换热与辐射换热的观点分析a 有霜的早上总是晴天;b 室外气温是否一定要低于零度;c 结霜屋面的热阻(表面对流换热热阻及屋面材料导热热阻)对结霜有何影响?

答:(1)当温度低于某一值时,空气中的水分便会凝结成霜,这样就使得空气中的水蒸气减少,并且在凝结时,水蒸气会消耗空气中的固体粉尘,用其作为凝结核,这样又使得空气中的灰尘减少了,同时水蒸气和固体粉尘的减少也降低了云形成的可能性,所以有霜的早上总是晴天。

(2)不一定要低于零度,因为结霜温度不光与当时水蒸气的含量有关,而且凝结核的多少也对其有一定的影响。但温度应该是接近于零度。

(3)在结霜时的主要换热方式是热辐射。屋面的热阻越小越有利于将表面的热传走,越有利于结霜。

5.实际物体表面在某一定温度T 下的单色辐射力E λ随波长λ的变化曲线与它的单色吸收率λα的变化曲线有何联系?如已知其单色辐射力变化曲线如图8-11所示,试定性地画出它的单色吸收率变化曲线。

解:,在温度T 下,b E E λ

λλ

λ

αε==

传热学【第四版】课后答案

传热学【第四版】课后答案

6.在什么条件下物体表面的发射率等于它的吸收率(εα=)?在什么情况下εα≠?当εα≠时,是否意味着物体的辐射违反了基尔霍夫定律?

答:在热平衡条件下εα=,温度不平衡条件下的几种不同层次: (1),,,,T T λθλθεα=无条件成立; (2),,T T λλεα=漫表面成立; (3),,T T θθεα=灰表面成立;

(4)()()T T εα=漫-灰表面成立。 当εα≠时,并没有违反基尔霍夫定律,因为基尔霍夫定律是有前提条件的,如果没有以上条件,则εα≠。 7.试从普朗克定律推导出维恩位移定律。 解:普朗克定律的表达式为:2521/()1

b C T

C E W m m e

λλλμ-=

?-

则22

2671122

501(1)C T

b C C T T dE C C C e

d e T e λλλλλλλ---=+=--?max 2897.6T m K λμ=?

8.黑体温度T 1=1500K 时,透过百分数:43.35%

T 2=2000K 时,透过百分数:63.38% T 3=6000K 时,透过百分数:82.87% 9.在1μm-4μm 范围内,黑体辐射份额:69.9% 10.T=2000K 时,份额1.49%

太阳,T=5762K ,份额:44.62%

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