传热学思考题参考答案(陶文铨第四版)

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1、传热学思考题参考答案第一章：1、用铝制水壶烧开水时，尽管炉火很旺，但水壶仍安然无恙。而一旦壶内的水烧干后水壶很快就被烧坏。试从传热学的观点分析这一现象。答：当壶内有水时，可以对壶底进行很好的冷却（水对壶底的对流换热系数大），壶底的热量被很快传走而不至于温度升得很高；当没有水时，和壶底发生对流换热的是气体，因为气体发生对流换热的表面换热系数小，壶底的热量不能很快被传走，故此壶底升温很快，容易被烧坏。2、什么是串联热阻叠加原则，它在什么前提下成立？以固体中的导热为例，试讨论有哪些情况可能使热量传递方向上不同截面的热流量不相

2、等。答：在一个串联的热量传递过程中，如果通过每个环节的热流量都相同，则各串联环节的总热阻等于各串联环节热阻的和。例如：三块无限大平板叠加构成的平壁。例如通过圆筒壁，对于各个传热环节的传热面积不相等，可能造成热量传递方向上不同截面的热流量不相等。第二章：1、扩展表面中的导热问题可以按一维问题处理的条件是什么?有人认为,只要扩展表面细长,就可按一维问题处理,你同意这种观点吗?答：条件：（1）材料的导热系数，表面传热系数以及沿肋高方向的横截面积均各自为常数（2）肋片温度在垂直纸面方向（即长度方向）不发生变化，因此可取一个截面

3、（即单位长度）来分析（3）表面上的换热热阻远远大于肋片中的导热热阻，因而在任一截面上肋片温度可认为是均匀的（4）肋片顶端可视为绝热。并不是扩展表面细长就可以按一维问题处理，必须满足上述四个假设才可视为一维问题。2、肋片高度增加引起两种效果:肋效率下降及散热表面积增加。因而有人认为随着肋片高度的增加会出现一个临界高度，超过这个高度后，肋片导热热流量会下降，试分析该观点的正确性。答：的确肋片高度增加会导致肋效率下降及散热表面积增加，但是总的导热量是增加的，只是增加的部分的效率有所减低，所以我们要选择经济的肋片高度。第三章：

4、1、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：错，方程的边界条件有可能与有关，只有当方程为拉普拉斯方程和边界条件为第一边界条件时才与无关。2、对二维非稳态导热问题，能否将表面的对流换热量转换成控制方程中的内热源产生的热量？答：不能，二维问题存在边界微元和内边界微元，内边界微元不一定与边界换热，所以不存在源项。第四章：1、在第一类边界条件下，稳态无内热源导热物体的温度分布与物体的导热系数是否有关？为什么？答：无关，因为方程为拉普拉斯方程，边界为第一边界条件均与无关。2、非稳态导热采

5、用显式格式计算时会出现不稳定性，试述不稳定性的物理含义。如何防止这种不稳定性？答：物理意义：显示格式计算温度时对时间步长和空间步长有一定的限制，否则会出现不合理的振荡解；防止出现不稳定性的方法：各节点对下一时层同一点的影响为正。第五章：1、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换热系数h的大小，你认为如何？答：在流体温度边界层中，固体表面处的温度梯度的绝对值最大，因为在固体表面与流体之间存在着极薄的一层不动的流体层，在此流体层中流

6、体温度变化极为剧烈。可以，因为根据传热系数关系式：可知，对于固体表面处同温差的同种流体，和均为定值，h与贴壁处温度梯度成正比。2、试写出边界层能量微分方程的表达式，它与能量微分方程相比有何特点？答：边界层能量微分方程:,它较能量方程略去了项，这是由于在边界层中应用数量级分析法发现，能量微分方程得以简化。第六章：1、什么叫做两个同类的物理现象相似？相似的物理现象有什么共性？怎样才能做到两个物理现象相似？答：对于两个同类的物理现象，如果在相应的时刻及相应的地点上与现象有关的物理量一一对应成比例，则称此两现象彼此相似。相似的

7、物理现象中，同名相似特征数相等。当满足(1)同名的已定特征数相等（2）单值性条件相似时，两个同类物理现象相似。2、一般情况下，粘度大的流体其Pr数也较大。其对流换热的实验关联式Nu=cRemPrn可知，Pr数越大，Nu数也越大，从而h也越大。即粘度大的流体其表面换热系数也越高。这与经验得出的结论相反，为什么？答：由于Re与粘度呈反比例关系，且在多数情况下，Re的指数项大于Pr指数项，所以当粘度增大时，Re减少的速率快于Pr增大的速率，使整个式子呈减小的趋势，即Nu减小，从而表面换热系数h减小。第七章：1、空气横掠管束时

8、，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，沿液膜流动方向管束排数越多，换热强度降低，试对上述现象做出解释。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。2、两滴完全相同的水滴在大气压下分别滴在