篇一：传热学第四版完整版答案
第一章
思考题
1． 试用简练的语言说明导热、对流换热及辐射换热三种热传递方式之间的联系和区别。
答：导热和对流的区别在于：物体内部依靠微观粒子的热运动而产生的热量传递现象，称为导热；对流则是流体各部分之间发生宏观相对位移及冷热流体的相互掺混。联系是：在发生对流换热的同时必然伴生有导热。
导热、对流这两种热量传递方式，只有在物质存在的条件下才能实现，而辐射可以在真空中传播，辐射换热时不仅有能
量的转移还伴有能量形式的转换。
2． 以热流密度表示的傅立叶定律、牛顿冷却公式及斯忒藩－玻耳兹曼定律是应当熟记的传热学公
式。试写出这三个公式并说明其中每一个符号及其意义。
答：① 傅立叶定律：度变化率，“－”表示热量传递的方向是沿着温度降低的方向。
q???
dtdt
dx，其中，q－热流密度；?－导热系数；dx－沿x方向的温
② 牛顿冷却公式：q?h(tw?tf)，其中，q－热流密度；h－表面传热系数；tw－固体表面温度；
tf－流体的温度。
4
③ 斯忒藩－玻耳兹曼定律：q??T，其中，q－热流密度；?－斯忒藩－玻耳兹曼常数；T－辐射物体的热力学温度。
3． 导热系数、表面传热系数及传热系数的单位各是什么？哪些是物性参数，哪些与过程有关？
答：① 导热系数的单位是：W/(m.K)；② 表面传热系数的单位是：W/(m2.K)；③ 传热系数的单位是：W/(m2.K)。这三个参数中，只有导热系数是物性参数，其它均与过程有关。
4． 当热量从壁面一侧的流体穿过壁面传给另一侧的流体时，冷、热流体之间的换热量可以通过其
中任何一个环节来计算（过程是稳态的），但本章中又引入了传热方程式，并说它是“换热器热工计算的基本公式”。试分析引入传热方程式的工程实用意义。
答：因为在许多工业换热设备中，进行热量交换的冷、热流体也常处于固体壁面的两侧，是工程技术中经常遇到的一种典型热量传递过程。
5． 用铝制的水壶烧开水时，尽管炉火很旺，但水壶仍然安然无恙。而一旦壶内的水烧干后，水壶
很快就烧坏。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。 6． 用一只手握住盛有热水的杯子，另一只手用筷子快速搅拌热水，握杯子的手会显著地感到热。
试分析其原因。
答：当没有搅拌时，杯内的水的流速几乎为零，杯内的水和杯壁之间为自然对流换热，自热对流换热的表面传热系数小，当快速搅拌时，杯内的水和杯壁之间为强制对流换热，表面传热系数大，热水有更多的热量被传递到杯壁的外侧，因此会显著地感觉到热。
7． 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。
8.有两个外形相同的保温杯A与B，注入同样温度、同样体积的热水后不久，A杯的外表面就可以感觉到热，而B杯的外表面则感觉不到温度的变化，试问哪个保温杯的质量较好？
答：Ｂ：杯子的保温质量好。因为保温好的杯子热量从杯子内部传出的热量少，经外部散热以后，温度变化很小，因此几乎感觉不到热。 能量平衡分析
1-1夏天的早晨，一个大学生离开宿舍时的温度为20℃。他希望晚上回到房间时的温度能够低一些，
于是早上离开时紧闭门窗，并打开了一个功率为15W的电风扇，该房间的长、宽、高分别为5m、3m、2.5m。如果该大学生10h以后回来，试估算房间的平均温度是多少？
解：因关闭门窗户后，相当于隔绝了房间内外的热交换，但是电风扇要在房间内做工产生热量：为
15?10?3600＝540000J全部被房间的空气吸收而升温，空气在20℃时的比热为：1.005KJ/Kg.K,
540000?10?3
?t??11.893
5?3?2.5?1.205?1.005密度为1.205Kg/m,所以
当他回来时房间的温度近似为32℃。
1-2理发吹风器的结构示意图如附图所示，风道的流通面积A2?60cm，进入吹风器的空气压力
2
p?100kPa，温度t1?25℃。要求吹风器出口的空气温度t2?47℃，试确定流过吹风器的空气
的质量流量以及吹风器出口的空气平均速度。电加热器的功率为1500W。
解：
cm。冷水通过电热器从15℃被加热到1-3淋浴器的喷头正常工作时的供水量一般为每分钟1000
43℃。试问电热器的加热功率是多少？为了节省能源，有人提出可以将用过后的热水（温度为38℃）送入一个换热器去加热进入淋浴器的冷水。如果该换热器能将冷水加热到27℃，试计算采用余热回收换热器后洗澡15min可以节省多少能源？ 解：电热器的加热功率：
P?
3
Q
?
?
cm?t
?
4.18?103?103?1000?10?6?(43?15)??1950.6W?1.95kW
60
15分钟可节省的能量：
Q?cm?t?4.18?103?103?1000?10?6?15?(27?15)?752400J?752.4kJ
1-4对于附图所示的两种水平夹层，试分析冷、热表面间热量交换的方式有何不同？如果要通过实验来测定夹层中流体的导热系数，应采用哪一种布置？
解：（a）中热量交换的方式主要为热传导。
（b）热量交换的方式主要有热传导和自然对流。
所以如果要通过实验来测定夹层中流体的导热系数，应采用（a）布置。
1-5 一个内部发热的圆球悬挂于室内，对于附图所示的三种情况，试分析：（1）圆球表面散热的方式；（2）圆球表面与空气之间的换热方式。 解：（2）圆球为表面传热方式散热。 （1）换热方式：（a）自然对流换热；（b）自然对流与强制对流换热相当的过渡流传热；（c）强制对流换热；
1-6 一宇宙飞船的外形示于附图中，其中外遮光罩是凸出于飞船体之外的一个光学窗口，其表面的温度状态直接影响到飞船的光学遥感器。船体表面各部分的表面温度与遮光罩的表面温度不同。试分析，飞船在太空中飞行时与遮光罩表面发生热交换的对象可能有哪些？换热的方式是什么？ 解：一遮光罩与外界发生辐射换热及遮光罩外表与船体外表进行辐射。传热方式为（辐射） 1-7 热电偶常用来测量气流温度。如附图所示，用热电偶来测量管道中高温气流的温度Tf ,壁管温度Tw?Tf。试分析热电偶结点的换热方式。
解：具有管道内流体对节点的对流换热，沿偶丝到节点的导热和管道内壁到节点的热辐射。
1-8 热水瓶胆剖面的示意图如附图所示。瓶胆的两层玻璃之间抽成真空，内胆外壁及外胆内壁涂了反射率很低的银。试分析热水瓶具有保温作用的原因。如果不小心破坏了瓶胆上抽气口处的密闭性，这会影响保温效果吗？
解：保温作用的原因：内胆外壁外胆内壁涂了反射率很低的银，则通过内外胆向外辐射的热量很少，抽真空是为了减少内外胆之间的气体介质，以减少其对流换热的作用。如果密闭性破坏，空气进入两层夹缝中形成了内外胆之间的对流传热，从而保温瓶的保温效果降低。 导热
1-9 一砖墙的表面积为12m，厚为260mm，平均导热系数为1.5W/（m.K）。设面向室内的表面温度为25℃，而外表面温度为-5℃，试确定次砖墙向外界散失的热量。 解：根据傅立叶定律有：
2
25?(?)5
?2076.9W
?0.26
2
1-10 一炉子的炉墙厚13cm，总面积为20m，平均导热系数为1.04w/m.k，内外壁温分别是520℃
???A
?1.5?12?
及50℃。试计算通过炉墙的热损失。如果所燃用的煤的发热量是2.09×104kJ/kg，问每天因热损失要用掉多少千克煤？ 解：根据傅利叶公式
每天用煤
?t
Q?
?A?t1.04?20?(520?50)
??75.2KW?0.13
24?3600?75.2
?310.9Kg/d4
2.09?10
1-11 夏天，阳光照耀在一厚度为40mm的用层压板制成的木门外表面上，用热流计测得木门内表面
热流密度为15W/m2。外变面温度为40℃，内表面温度为30℃。试估算此木门在厚度方向上的导热系数。
?，解：
1-12 在一次测定空气横向流过单根圆管的对流换热实验中，得到下列数据：管壁平均温度tw=69℃，空气温度tf=20℃，管子外径 d=14mm，加热段长 80mm，输入加热段的功率8.5w，如果全部热量通过对流换热传给空气，试问此时的对流换热表面传热系数多大？ 解：根据牛顿冷却公式
q?2?rlh?tw?tf?
q
h?
?dtw?tf＝49.33W/(m2.k) 所以
q??
?t
??
q?15?0.04
??0.06W/(m.K)?t40?30
1-13 对置于水中的不锈钢束采用电加热的方法进行压力为1.013?10Pa的饱和水沸腾换热实验。
测得加热功率为50W，不锈钢管束外径为4mm，加热段长10mm，表面平均温度为109℃。试计算此时沸腾换热的表面传热系数。
解：根据牛顿冷却公式有??Ah?t
5
A?t W/(m.K)
1-14 一长宽各为10mm的等温集成电路芯片安装在一块地板上，温度为20℃的空气在风扇作用下冷
却芯片。芯片最高允许温度为85℃，芯片与冷却气流间的表面传热系数为175 W/(m.K)。试确定在不考虑辐射时芯片最大允许功率时多少？芯片顶面高出底板的高度为1mm。
2
???(85℃-20℃) ??hA?t?175W/m.K??0.01?0.01?4??0.01?0.001max解：
2
?h??442.23
2
??
＝1.5925W
1-15 用均匀的绕在圆管外表面上的电阻带作加热元件，以进行管内流体对流换热的实验，如附图所
示。用功率表测得外表面加热的热流密度为3500W/m；用热电偶测得某一截面上的空气温度为45℃，内管壁温度为80℃。设热量沿径向传递，外表面绝热良好，试计算所讨论截面上的局部表面传热系数。圆管的外径为36mm，壁厚为2mm。
2
解：由题意3500W/m?2?Rl?h?2?rl?（80℃-45℃）
2
又r=R??=(18-2)mm=16mm
?h?112.5 W/(m.K)
1-16为了说明冬天空气的温度以及风速对人体冷暖感觉的影响，欧美国家的天气预报中普遍采用风冷温度的概念（wind-chill temperature）。风冷温度是一个当量的环境温度，当人处于静止空气的风冷温度下时其散热量与人处于实际气温、实际风速下的散热量相同。从散热计算的角度可以将人体简
2
W/mK时化为直径为25cm、高175cm、表面温度为30℃的圆柱体，试计算当表面传热系数为15
人体在温度为20℃的静止空气中的散热量。如果在一个有风的日子，表面传热系数增加到50W/m2K，人体的散热量又是多少？此时风冷温度是多少？
辐射
1-17 有两块无限靠近的黑体平行平板，温度分别为T1,T2。试按黑体的性质及斯藩-玻尔兹曼定律导出单位面积上辐射换热量的计算式。（提示：无限靠近意味着每一块板发出的辐射能全部落到另一块板上。）
4
q??Tq??T2f2; 1; 解：由题意 1f
4
?
2
?
??
两板的换热量为 q??(T1?T2)
1-18 宇宙空间可近似地看成为0K的真空空间。一航天器在太空中飞行，其外表面平均温度为250℃，表面发射率为0.7，试计算航天器单位表面上的换热量。
解：q???T=0.7?5.67?10W/(m.K)?250?155W/m
1-19 在1-14题目中，如果把芯片及底板置于一个封闭的机壳内，机壳的平均温度为20℃，芯片的表面黑度为0.9，其余条件不变，试确定芯片的最大允许功率。
2
44
4?8244
?844
???A?T?T＝0.9?5.67?10[(85?273)?(20?273)]?0.00014 12解：辐射
?
44
?
P?对流＋?辐射＝1.657W
1-20 半径为0.5 m的球状航天器在太空中飞行，其表面发射率为0.8。航天器内电子元件的散热总共为175W。假设航天器没有从宇宙空间接受任何辐射能量，试估算其表面的平均温度。
4
Q???T解：电子原件的发热量＝航天器的辐射散热量即：
A
=187K 热阻分析
1-21 有一台气体冷却器，气侧表面传热系数h1＝95W/(m
2
?T?.K)，壁面厚
?
＝2.5mm，
??46.5W/(m.K)水侧表面传热系数h2?5800W/(m2.K)。设传热壁可以看成平壁，试计算各个
环节单位面积的热阻及从气到水的总传热系数。你能否指出，为了强化这一传热过程，应首先从哪一环节着手？
111?0.010526;R2???0.0025?5.376?10?5;R3???1.724?10?4;h1h25800?46.5解：
1
K?
11??
h1h2?＝94.7W/(m2.K)，应强化气体侧表面传热。 则
R1?
W/(m.K);水侧结了一层厚为1mm1-22 在上题中，如果气侧结了一层厚为2mm的灰，??0.116
的水垢??1.15W/(m.K)。其他条件不变。试问此时的总传热系数为多少？
解：由题意得
K?
1
11231????h1?1?2?3h2
2
?
1
10.0020.00250.0011????950.11646.51.155800
＝34.6W/(m.K)
1-23 在锅炉炉膛的水冷壁管子中有沸腾水流过，以吸收管外的火焰及烟气辐射给管壁的热量。试针对下列三种情况，画出从烟气到水的传热过程的温度分布曲线： （1） 管子内外均干净；
（2） 管内结水垢，但沸腾水温与烟气温度保持不变；
（3） 管内结水垢，管外结灰垢，沸腾水温及锅炉的产气率不变。 解：
1-24 在附图所示的稳态热传递过程中，已知： tw1?460℃，tf2?300℃，?1?5mm，
?2?0.5mm，?1?46.5W/(m.K)，?2?1.16W/(m.K),h2?5800W/(m2.K)。试计算单位面积所传
递的热量。 解：由题意得
=225.35KW
1-25 在工程传热问题的分析中定性地估算换热壁面的温度工况是很有用的。对于一个稳态的传热过程，试概括出通过热阻以估计壁面温度工况的简明法则。
解：因为稳态传热所以通过每个截面的热流量都相等，热阻越小的串联环节温降小，则换热壁面温度越趋于接近，否则温差较大。
传热过程及综合分析
1-26 有一台传热面积为12m的氨蒸发器，氨液的蒸发温度为0℃，被冷却水的进口温度为9.7℃，出口温度为5℃，蒸发器中的传热量为69000W，试计算总传热系数。 解：由题意得
2
1?1?2
???0.00071h1?1?2
?ttw?tf
?q??
RZRZ RZ?
?t1??t22＝7.35℃
又???KA?t ??
?K??t
篇二：传热学(第四版)课后题答案
传热学(第四版)
-------中国建筑工业出版社
教材习题答案
绪论
8．1/12；
9． 若λ不随温度变化，则呈直线关系变化；反之，呈曲线关系变化。 11． 37.5W/m2 13.7℃ -8.5℃；
12． 7.4?10℃/W4.4?10 m2℃/W30.4KW/ m2182.4KW 13． 155℃2 KW
14． 139.2 W/ m2 1690.3 W/ m2 辐射换热量增加了11倍。
15． 83.6 W/ (m2K) 1.7% 管外热阻远大于管内及管壁，加热器热阻主要由其构成，故此例忽略管内热阻及
管壁热阻对加热器传热系数影响不大。 第一章
2．傅立叶定律及热力学第一定律，及能量守恒与转化定律。 3．⑴梯度2000，-2000。⑵热流-2?10,2?10。
4．⑴4.5 KW/ m2 ⑵由?t??4000?0可知有内热源。⑶202.5 KW/ m3 7．
2
?5
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?4
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?ta?2?t?2(r) 0?r?R??r?r?r
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t(r,?)?t0 0?r?R??
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?T?2T??bT4U8. 0?x?l?a2?
??f?Cp?x
T?T0 x?0
??0
??0
?T
?0x?l?x
第二章
??0
1． 由热流温差的关系式可以看出：由于通过多层平壁的热流相同，层厚相同的条件下，导热系数小的层温差大，
温度分布曲线（直线）的斜率大。各层斜率不同，形成了一条折线。
2． 不能。任意给定一条温度分布曲线，则与其平行的温度分布曲线都具有同样的第二类边界条件。 3． ⑴因为描述温度分布的导热微分方程及边界条件中均未出现λ值，其解自然与λ值无关。⑵不一定相同。 4． 上凸曲线。 5． 参见6。 6． ??
tf1?tf2
W
r2?r111??2
4?r1h14??r1r24?r22h2
R?
r2?r111
℃／W ??22
4?r1h14??r1r24?r2h2
7． 672W； 8． 15.08℃； 9． 90.6mm；10． 147.4mm；11． 500mm； 12． 41.66W 64倍； 13． 22.2%, 51.9%, 25.9%；
14． 29.9 W/ (m2K) 5.7KW；15． 0.75‰， 2‰， 25.9％；16． 0.204 m2℃/W； 17． 分别为1.66?10 m2℃/W， 0.28m2℃/W， 0.17m2℃/W，R1?R3?R2555.4W/m，299.9℃，144.4℃；
18． 减少21.7%；19． 123.7A；20． 大于等于243.7mm； 21． 3.38 kg/h；22． 有。dc?24． 数学描述为：
?4
4?ins
； h2
d2?2
?m? 2
dx
??t1?tf x?0；
??t2?tf x?l；
温度分布为：
4ld?
4ld?
t?
(t1?tf)e
e
?(t2?tf)
4?d?
4??ld?
e
4xd?
?
(t1?tf)e
e
?(t2?tf)
4?ld?
?e
4??ld?
e
?
4xd?
?tf
?e
25． t?44.88ch(0.473?18.93x)?30
第26题：依题意有
0?x?0.025175.2W/m；
?
?x?0t?400C?1?0
， ?5.24321/m且??t?tg，则?l??0?x?lt?84C
令m?
chml?2ht?tg???dt??
???dx2
00
得到l?200mm，tg?157.07C，?t?157.07?84?73.07C,
??
157.07?84
?100%?46.52%
157.07
第27题：
m?
?22.70,l?160mm,tg?85.340C,?t?85.34?84?1.340C,
??
85.34?84
?100%?1.57%.
85.34
28． 99.7% 98.3%；29． 9.47KW； 第三章 4． T(?)?
qvV[1?e
hA
(?
hA
)?CV
]
?tf；
5． 1.52和0.7； 6． 1362.5 热电偶的时间常数远小于水银温度计； 7． 14.4s119.05℃； 第8题：Bi?
h?
?
?
39?0.003
?0.0024?0.1，故可采用集总参数法
48.5
?2ha?
50?20??300?20?exp?
???
?
?，??328.07s?5.47min ?
第9题： 镍铬钢??16.3W/(mk)
Bi?
h?
?
?
250?0.15
?2.3?0.1，故不能采用集总参数法。将钢板中心8000C，采用书中P59页的（3—10）
16.3
式来计算。由Bi?2.3查P57页的表3—1可得到?1?1.1116，
??x,??
t?tf
?
2sin?1a???x??
cos??1?exp???122?
?1?sin?1cos?1??????
4001.7928?exp??2.1693?10?4??，最后得到：??5781.6s?1.6h 11801.5089
11． 48min；12． 406℃； 13． 4.7h；14． 25.3min；15． 6.0h； 16． 30.19℃ 30.16℃ 72s 941KJ； 17． 2.8h； 18． 33℃ 23℃； 19． a?2.27?10m/s
?7
2
； ??0.05W/(mK) （115℃应该为11.5℃）
21． 2.3h； 22． 1826.5KJ； 23． 0.62m 0.25m； 24． 分别为-1.88℃ 0.68℃ 滞后时间分别为2.1h 10.5h；
第四章
1． 将P40式⑶改写成节点方程形式即可得证。 2． 假设有（i+1,j）节点，由于绝热3～6需要编程
?t
?0，用中心差分改写后得ti?1,j?ti?1,j结合式4－8即可得证。 ?x
??ta???4ta?2tb?100?0
?t?t?4t?t?500?0
?b?abc
第7题： ? ?
?tb?4tc?td?500?0?t
c
??t?3t?500?0d?c
??td?
1
?2tb?100?41
??ta?tc?500?4 1
??tb?td?500?41
??tc?500?3?
?ta?t?b??tc??td
?133?216?240.3?245.8
8～12 需要编程
第五章
3
2，?t?0.980mm 2?1m013. 答案 ??1.41mm12 题 答案 ??1.47?
1/2
15 题 答案 由??5.0xRe?，可得??2.75mm x
1/2
由??4.64xRe?，可得??2.55mm x
16 题 分析 有连续性推导。
x与x?dx断面的流量差由纵向速度v引起，所以有x断面流量
?
?x
?udy，
d?
dx
??
?x
?udydx??vdx，
3
?
d?x3?y?1?y?v ?dy???????0dx2???2???u?
?
v5d? ???u?8dx17 题 答案 vmax?1.6 ?1?30ms/
21 题 分析 参考课本P121页（5-21）到（5-23）式。
?du?uuyu
? ? ???? ? ?w??? 联合动量积分方程
?u???dy?w?
ud?
? ??0u?u??u?dy??w??? 代入速度场且????
dx?
?
d??
因为x?0，??0，直接接分的 ?6
dx?u?
?
??或者
?
x
? 22 题 分析 参考课本P129页5-3节内容。设紊流局部表面传热系数关联式为Nux,t?CRex
5
?Pr，则有
2
45
l1?xc??u?x???u?x?Prdx?C??? h???0.332??????0xc
l?x?x???????
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24 题 分析 参考课本P115页（5-3）和（5-11）式。 u
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篇三：传热学第四版课后思考题答案(杨世铭-陶文铨)]
第一章
思考题
1． 试用简练的语言说明导热、对流换热及辐射换热三种热传递方式之间的联系和区别。
答：导热和对流的区别在于：物体内部依靠微观粒子的热运动而产生的热量传递现象，称为导热；对流则是流体各部分之间发生宏观相对位移及冷热流体的相互掺混。联系是：在发生对流换热的同时必然伴生有导热。
导热、对流这两种热量传递方式，只有在物质存在的条件下才能实现，而辐射可以在真空中传播，辐射换热时不仅有能
量的转移还伴有能量形式的转换。
2． 以热流密度表示的傅立叶定律、牛顿冷却公式及斯忒藩－玻耳兹曼定律是应当熟记的传热学公式。试
写出这三个公式并说明其中每一个符号及其意义。
dx，其中，q－热流密度；?－导热系数；dx－沿x方向的温度变答：① 傅立叶定律：
化率，“－”表示热量传递的方向是沿着温度降低的方向。
② 牛顿冷却公式：
面温度；q???dtdtq?h(tw?tf)，其中，q－热流密度；h－表面传热系数；tw－固体表tf－流体的温度。
4③ 斯忒藩－玻耳兹曼定律：q??T，其中，q－热流密度；?－斯忒藩－玻耳兹曼常数；T
－辐射物体的热力学温度。
3． 导热系数、表面传热系数及传热系数的单位各是什么？哪些是物性参数，哪些与过程有关？
答：① 导热系数的单位是：W/(m.K)；② 表面传热系数的单位是：W/(m2.K)；③ 传热系数的单位是：W/(m2.K)。这三个参数中，只有导热系数是物性参数，其它均与过程有关。
4． 当热量从壁面一侧的流体穿过壁面传给另一侧的流体时，冷、热流体之间的换热量可以通过其中任何
一个环节来计算（过程是稳态的），但本章中又引入了传热方程式，并说它是“换热器热工计算的基本公式”。试分析引入传热方程式的工程实用意义。
答：因为在许多工业换热设备中，进行热量交换的冷、热流体也常处于固体壁面的两侧，是工程技术中经常遇到的一种典型热量传递过程。
5． 用铝制的水壶烧开水时，尽管炉火很旺，但水壶仍然安然无恙。而一旦壶内的水烧干后，水壶很快就
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。
6． 用一只手握住盛有热水的杯子，另一只手用筷子快速搅拌热水，握杯子的手会显著地感到热。试分析
其原因。
答：当没有搅拌时，杯内的水的流速几乎为零，杯内的水和杯壁之间为自然对流换热，自热对流换热的表面传热系数小，当快速搅拌时，杯内的水和杯壁之间为强制对流换热，表面传热系数大，热水有更多的热量被传递到杯壁的外侧，因此会显著地感觉到热。
7． 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。
8.有两个外形相同的保温杯A与B，注入同样温度、同样体积的热水后不久，A杯的外表面就可以感觉到热，而B杯的外表面则感觉不到温度的变化，试问哪个保温杯的质量较好？
答：Ｂ：杯子的保温质量好。因为保温好的杯子热量从杯子内部传出的热量少，经外部散热以后，温度变化很小，因此几乎感觉不到热。
第二章
思考题
1 试写出导热傅里叶定律的一般形式，并说明其中各个符号的意义。
?t??q＝－?gradt???n?gradt?xn答：傅立叶定律的一般形式为：，其中：为空间某点的温度梯度；?
是通过该点的等温线上的法向单位矢量，指向温度升高的方向；q为该处的热流密度矢量。
2 已知导热物体中某点在x,y,z三个方向上的热流密度分别为qx,qy
???????q?q?i?q?j?q?kxyz答：，其中i,j,k分别为三个方向的单位矢量量。
3 试说明得出导热微分方程所依据的基本定律。
答：导热微分方程式所依据的基本定律有：傅立叶定律和能量守恒定律。
4 试分别用数学语言将传热学术语说明导热问题三种类型的边界条件。
答：① 第一类边界条件：??0时，及qz，如何获得该点的 热密度矢量？ tw?f1(?)
??(?t
?x)w?f2(?) ??0时② 第二类边界条件：
?x③ 第三类边界条件：
5 试说明串联热阻叠加原则的内容及其使用条件。
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。使用条件是对于各个传热环节的传热面积必须相等。
7.通过圆筒壁的导热量仅与内、外半径之比有关而与半径的绝对值无关，而通过球壳的导热量计算式却与半径的绝对值有关，怎样理解？
答：因为通过圆筒壁的导热热阻仅和圆筒壁的内外半径比值有关，而通过球壳的导热热阻却和球壳的绝对直径有关，所以绝对半径不同时，导热量不一样。
6 发生在一个短圆柱中的导热问题，在下列哪些情形下可以按一维问题来处理？
答：当采用圆柱坐标系，沿半径方向的导热就可以按一维问题来处理。
8 扩展表面中的导热问题可以按一维问题来处理的条件是什么？有人认为，只要扩展表面细长，就可按一维问题来处理，你同意这种观点吗？
答：只要满足等截面的直肋，就可按一维问题来处理。不同意，因为当扩展表面的截面不均时，不同截面上的热流密度不均匀，不可看作一维问题。
9 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，肋片导热热数流量反而会下降。试分析这一观点的正确性。
答：错误，因为当肋片高度达到一定值时，通过该处截面的热流密度为零。通过肋片的热流已达到最大值，不会因为高度的增加而发生变化。
10 在式（2-57）所给出的分析解中，不出现导热物体的导热系数，请你提供理论依据。
答：由于式（2-57）所描述的问题为稳态导热，且物体的导热系数沿x方向和y方向的数值相等并为常数。 11 有人对二维矩形物体中的稳态无内热源常物性的导热问题进行了数值计算。矩形的一个边绝热，其余三个边均与温度为??(?t)w?h(tw?tf)tf的流体发生对流换热。你能预测他所得的温度场的解吗？
答：能，因为在一边绝热其余三边为相同边界条件时，矩形物体内部的温度分布应为关于绝热边的中心线对称分布。
第三章
思考题
1. 试说明集总参数法的物理概念及数学处理的特点
答：当内外热阻之比趋于零时，影响换热的主要环节是在边界上的换热能力。而内部由于热阻很小而温度趋于均匀，以至于不需要关心温度在空间的分布，温度只是时间的函数，
数学描述上由偏微分方程转化为常微分方程、大大降低了求解难度。
2. 在用热电偶测定气流的非稳态温度场时,怎么才能改善热电偶的温度响应特性? 答：要改善热电偶的温度响应特性，即最大限度降低热电偶的时间常数
上要降低体面比，要选择热容小的材料，要强化热电偶表面的对流换热。 ?c??cvhA,形状
3. 试说明”无限大平板”物理概念,并举出一二个可以按无限大平板处理的非稳态导热问题
答；所谓“无限大”平板，是指其长宽尺度远大于其厚度，从边缘交换的热量可以忽略
不计，当平板两侧换热均匀时，热量只垂直于板面方向流动。如薄板两侧均匀加热或冷却、
炉墙或冷库的保温层导热等情况可以按无限大平板处理。
4. 什么叫非稳态导热的正规状态或充分发展阶段?这一阶段在物理过程及数学处理上都有些什么特点? 答：非稳态导热过程进行到一定程度,初始温度分布的影响就会消失，虽然各点温度仍
随时间变化,但过余温度的比值已与时间无关，只是几何位置(x/?)和边界条件(Bi数)
的函数，亦即无量纲温度分布不变，这一阶段称为正规状况阶段或充分发展阶段。这一阶段的数学处理十分便利，温度分布计算只需取无穷级数的首项进行计算。
5. 有人认为,当非稳态导热过程经历时间很长时,采用图3-7记算所得的结果是错误的.理由是： 这个图表
明,物体中各点的过余温度的比值与几何位置及Bi有关,而与时间无关.但当时间趋于无限大时,物体中各点的温度应趋近流体温度,所以两者是有矛盾的。你是否同意这种看法,说明你的理由。
答：我不同意这种看法，因为随着时间的推移，虽然物体中各点过余温度的比值不变
但各点温度的绝对值在无限接近。这与物体中各点温度趋近流体温度的事实并不矛盾。
6. 试说明Bi数的物理意义。Bi?o及Bi??各代表什么样的换热条件?有人认为, Bi??代表
了绝热工况,你是否赞同这一观点,为什么?
答；Bi数是物体内外热阻之比的相对值。Bi?o时说明传热热阻主要在边界，内部温度趋于均匀，可以用集总参数法进行分析求解；Bi??时，说明传热热阻主要在内部，可以近似认为壁温就是流体温度。认为Bi?o代表绝热工况是不正确的，该工况是指边界热阻相对于内部热阻较大，而绝热工况下边界热阻无限大。
7. 什么是分非稳态导热问题的乘积解法,他的使用条件是什么?
答；对于二维或三维非稳态导热问题的解等于对应几个一维问题解的乘积，其解的形式是无量纲过余温度，这就是非稳态导热问题的乘积解法，其使用条件是恒温介质，第三类边
界条件或边界温度为定值、初始温度为常数的情况。
8.什么是”半无限大”的物体?半无限大物体的非稳态导热存在正规阶段吗?
答：所谓“半大限大”物体是指平面一侧空间无限延伸的物体：因为物体向纵深无限延
伸，初脸温度的影响永远不会消除，所以半死限大物体的非稳念导热不存在正规状况阶段。
9.冬天，72℃的铁与600℃的木材摸上去的感觉一样吗，为什么？
10.本章的讨论都是对物性为常数的情形作出的,对物性温度函数的情形,你认为怎样获得其非稳态导热的温度场?
答：从分析解形式可见，物体的无量纲过余温度是傅立叶数（??/l）的负指数函数，
即表示在相同尺寸及换热条件下，导温系数越大的物体到达指定温度所需的时间越短、这正
说明导温系数所代表的物理含义。
第五章
复习题
1、试用简明的语言说明热边界层的概念。
答：在壁面附近的一个薄层内，流体温度在壁面的法线方向上发生剧烈变化，而在此薄层之外，流体的温度梯度几乎为零，固体表面附近流体温度发生剧烈变化的这一薄层称为温度边界层或热边界层。
2、与完全的能量方程相比，边界层能量方程最重要的特点是什么？ 2
?A答：与完全的能量方程相比，
它忽略了主流方向温度的次变化率2x?2
，因此仅适用于边界层
内，不适用整个流体。
3、式（5—4）与导热问题的第三类边界条件式（2—17）有什么区别？ h??
答：??t?t?yy?0（5—4）??(?t?h)?h(tw?tf) （2—11）
式（5—4）中的h是未知量，而式（2—17）中的h是作为已知的边界条件给出，此外（2—17）中的?为固体导热系数而此式为流体导热系数，式（5—4）将用来导出一个包括h的无量纲数，只是局部表面传热系数，而整个换热表面的表面系数应该把牛顿冷却公式应用到整个表面而得出。
4、式（5—4）表面，在边界上垂直壁面的热量传递完全依靠导热，那么在对流换热中，流体的流动起什么作用？
答：固体表面所形成的边界层的厚度除了与流体的粘性有关外还与主流区的速度有关，流动速度越大，边界层越薄，因此导热的热阻也就越小，因此起到影响传热大小
5、对流换热问题完整的数字描述应包括什么内容？既然对大多数实际对流传热问题尚无法求得其精确解，那么建立对流换热问题的数字描述有什么意义？
答：对流换热问题完整的数字描述应包括：对流换热微分方程组及定解条件，定解条件包括，（1）初始条件 （2）边界条件 （速度、压力及温度）建立对流换热问题的数字描述目的在于找出影响对流换热中各物理量之间的相互制约关系，每一种关系都必须满足动量，能量和质量守恒关系，避免在研究遗漏某种物理因素。
第六章
复习题
1、什么叫做两个现象相似，它们有什么共性？
答：指那些用相同形式并具有相同内容的微分方程式所描述的现象，如果在相应的时刻与相应的地点上与现象有关的物理量一一对于成比例，则称为两个现象相似。
凡相似的现象，都有一个十分重要的特性，即描述该现象的同名特征数（准则）对应相等。
（1）
（2）
（3）
（4） 初始条件。指非稳态问题中初始时刻的物理量分布。 边界条件。所研究系统边界上的温度（或热六密度）、速度分布等条件。 几何条件。换热表面的几何形状、位置、以及表面的粗糙度等。 物理条件。物体的种类与物性。
2．试举出工程技术中应用相似原理的两个例子．
3．当一个由若干个物理量所组成的试验数据转换成数目较少的无量纲以后，这个试验数据的性质起了什么变化？
4．外掠单管与管内流动这两个流动现象在本质上有什么不同？
5、对于外接管束的换热，整个管束的平均表面传热系数只有在流动方向管排数大于一定值后才与排数无关，试分析原因。
答：因后排管受到前排管尾流的影响（扰动）作用对平均表面传热系数的影响直到10排管子以上的管子才能消失。
6、试简述充分发展的管内流动与换热这一概念的含义。
答：由于流体由大空间进入管内时，管内形成的边界层由零开始发展直到管子的中心线位置，这种影响才不发生变法，同样在此时对流换热系数才不受局部对流换热系数的影响。
7、什么叫大空间自然对流换热？什么叫有限自然对流换热？这与强制对流中的外部流动和内部流动有
什么异同？
答：大空间作自然对流时，流体的冷却过程与加热过程互不影响，当其流动时形成的边界层相互干扰时，称为有限空间自然对流。
这与外部流动和内部流动的划分有类似的地方，但流动的动因不同，一个由外在因素引起的流动，一个是由流体的温度不同而引起的流动。
8．简述射流冲击传热时被冲击表面上局部表面传热系数的分布规律．
Pr数，Gr数的物理意义．Nu数与Bi数有什么区别？ 9．简述Nu数，
10．对于新遇到的一种对流传热现象，在从参考资料中寻找换热的特征数方程时要注意什么？
第七章
思考题
1.什么叫膜状凝结，什么叫珠状凝结?膜状凝结时热量传递过程的主要阻力在什么地方？
答：凝结液体在壁面上铺展成膜的凝结叫膜状凝结，膜状凝结的主要热阻在液膜层，凝结液体在壁面上形成液珠的凝结叫珠状凝结。
2．在努塞尔关于膜状凝结理论分析的8条假定中，最主要的简化假定是哪两条?
答：第3条，忽略液膜惯性力，使动量方程得以简化；第5条，膜内温度是线性的，即
膜内只有导热而无对流，简化了能量方程。
3．有人说，在其他条件相同的情况下．水平管外的凝结换热一定比竖直管强烈，这一说法一定成立？ 答；这一说法不一定成立，要看管的长径比。
4．为什么水平管外凝结换热只介绍层流的准则式？常压下的水蒸气在
结，如果要使液膜中出现湍流，试近似地估计一下水平管的直径要多大?
答：因为换热管径通常较小，水平管外凝结换热一般在层流范围。 ?t?ts?tw?10℃的水平管外凝
Re?
对于水平横圆管：4?dh?ts?tw??r
4 ?gr?2?3??h?0.729???d?t?t??
sw??
临界雷诺数
34
Re
由
由c?9.161d34?ts??tw?54?g?2?3?r3?1600 3ts?100tp?95℃,查表：r?2257kJ/kg ??961.85kg/m??0.6815W/?m?K? ℃，查表：
?6??298.7?10
d?976.3kg/?m?s? ?53r
23?ts?tw?g?? 即水平管管径达到2.07m时，流动状态才过渡到湍流。 3???2.07m
5．试说明大容器沸腾的q~?t曲线中各部分的换热机理。
6．对于热流密度可控及壁面温度可控的两种换热情形，分别说明控制热流密度小于临界热流密度及温差小于临界温差的意义，并针对上述两种情形分别举出一个工程应用实例。
答：对于热流密度可控的设备，如电加热器，控制热流密度小于临界热流密度，是为了防止设备被烧毁，对于壁温可控的设备，如冷凝蒸发器，控制温差小于临界温差，是为了防止设备换热量下降。
7．试对比水平管外膜状凝结及水平管外膜态沸腾换热过程的异同。
答：稳定膜态沸腾与膜状凝结在物理上同属相变换热，前者热量必须穿过热阻较大的汽
膜，后者热量必须穿过热阻较大的液膜，前者热量由里向外，后者热量由外向里。
8．从换热表面的结构而言，强化凝结换热的基本思想是什么?强化沸腾换热的基本思想是什么？
答：从换热表面的结构而言，强化凝结换热的基本思想是尽量减薄粘滞在换热表面上液膜的厚度，强化沸
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