1.2　典型题（含考研真题）详解

一、填空题

1．在热流给定的传热过程中，传热系数增加一倍，冷热流体间的温差是原来的_________。[浙江大学2006、2007研]

【答案】一半

【解析】根据传热方程式，在热流一定的情况下，传热系数增加一倍，由于保持不变，所以冷热流体间的温差是原来的一半。

2．锅炉炉墙外墙与大气间的换热是__________。[浙江大学2006研]

【答案】对流换热

3．在一维稳态传热过程中，每一个换热环节的热阻分别为0.01K/W、5K/W、100K/W，则热阻为________的换热环节上采取强化传热措施效果最好。[浙江大学2006研]

【答案】

【解析】热阻为的换热环节在总热阻中占主导地位，它具有改变总热阻的最大潜力。因此，在热阻为的换热环节上采取强化传热措施效果最好。

二、名词解释

1．对流换热。[东南大学2002研]

答：工程上，把流体流过一个物体表面时流体与物体表面间的热量传递过程称为对流换热。

2．传热系数。[东南大学2002研]

答：传热系数在数值上等于冷、热流体间温差℃、传热面积时热流量的值。它表征传热过程强烈程度。

3．傅里叶定律与斯蒂芬—玻耳兹曼定律。[重庆大学2006研]

答：傅里叶定律指在导热过程中，单位时间内通过给定截面的导热量，正比于垂直该截面方向上的温度变化率和截面面积，而热量传递的方向则与温度升高的方向相反。其数学表达式为：

式中是垂直于面积的坐标轴。

斯蒂芬—玻耳兹曼定律指黑体辐射正比于绝对温度的四次方。其数学表达式为：

式中为黑体辐射系数，其值为。

三、简答题

1．对于室内安装的暖气设施，试说明从热水至室内空气的热量传递过程中，包含哪些传热环节？[华中科技大学2004研]

答：传热环节包括热水与暖气内壁面的对流换热和辐射换热、暖气内壁面与外壁面之间的导热、外壁面与室内空气的对流换热和辐射换热。

2．解释以下现象：某办公室由中央空调系统维持室内恒温，人们注意到尽管冬夏两季室内都是20℃，但感觉却不同。[东南大学2000研]

答：这是因为冬夏两季室外温度不同，在对流传热的作用下，导致冬夏两季墙壁的温度是不同的。考虑辐射换热，人体与墙壁之间进行辐射换热。由于冬天的壁温较低，所以冬天人体与墙壁之间的辐射换热量更大。所以尽管冬夏两季室内都是℃，但人的感觉是不一样的。

3．“对流换热”是否是基本的传热方式，它与“热对流”有何本质上的区别？解释这两种现象并作比较。 [重庆大学2005研]

答：对流换热不是基本的传热方式。它是流体与相互接触的固体表面之间的热能传递现象，是导热和热对流两种基本传热方式共同作用的结果；而热对流是由于流体的宏观运动使不同温度的流体相对位移而产生的热能传递现象，热对流只发生在流体之中，并伴随有微观粒子热运动而产生的导热。

4．热阻的定义是什么？给出三种传热模式热阻的表达式。[中国科学院2009研]

答：热阻的定义为温度差与传热功率的比值。

（1）平壁的导热热阻：。

（2）对流换热热阻：。

（3）辐射换热热阻：。

5．一般保温瓶胆为真空玻璃夹层，夹层内两侧镀银，为什么它能较长时间地保持热水的温度？并分析热水的热量是如何通过胆壁传到外界的？什么情况下保温性能会变得很差？

答：（1）保温瓶胆能较长时间地保持热水的温度的原因

①内层镀银减弱了水与内壁的辐射换热，外层镀银减弱了外壁与外界的辐射换热；

②真空夹层阻止了空气与壁之间的对流换热。

（2）热水的热量通过胆壁传到外界的方式

热水通过对流换热将热量传到内壁，内壁通过辐射将热量传到外壁，外壁通过对流换热和辐射将热量传到外界。

（3）如果真空中渗入空气，则保温性能将变得很差。

四、计算题

1．一扇玻璃窗的宽和高分别为W＝1m和H＝2m，厚为5mm，导热系数λ_g＝1.4W/m·K。如果在一个寒冷的冬天，玻璃的内外表面温度分别为15℃和﹣20℃，通过窗户的热损速率是多少？为减少通过传呼的热损，习惯上采用双层玻璃结构，其中相邻的玻璃由空气间隙隔开。如果间隙厚为10mm，且与空气接触的玻璃表面的温度分别为10℃和﹣15℃，通过一个1m×2m的窗户的热损速率是多少？空气的导热系数为λ_a＝0.024 W/m·K。[中国科学院2008研]

解：利用热阻分析法。

（1）单层玻璃结构的情形

单层玻璃的导热面积热阻为

根据传热基本方程式，可得通过窗户的热损速率为

（2）双层玻璃结构的情形

双层玻璃空气间隙的导热面积热阻为

根据传热基本方程式，可得通过窗户的热损速率为

2．有一个水冷器，其空气侧表面的对流换热系数，传热壁面厚度为，导热系数，水侧表面的对流换热系数为。设传热壁可以看成无限大的平壁，试计算各个环节中单位面积的热阻以及空气到水的总传热系数。你能否指出，为了强化这一传热过程，应该首先从哪个环节入手？[国防科技大学2005研]

解：（1）三个环节的单位面积热阻

①空气侧换热面积热阻

②传热壁面面积热阻

③水侧换热面积热阻

。

所以空气到水的总传热系数为

（2）由上面计算可知，空气侧、传热壁导热、水侧的面积热阻分别占总热阻的99.09%、0.02%、0.89%。空气侧热阻占总热阻的主要地位，它具有改变总热阻的最大潜力。所以，为了强化这一过程，应该从强化空气侧换热这一环节着手。

3．求房屋外墙的散热热流密度q以及它的内外表面温度t_w1和t_w2。已知：δ＝360mm，室外温度t_f2＝－10℃，室内温度t_f1＝18℃，墙的λ＝0.61W/（m·K），内壁的表面传热系数h₁＝87W/（m²·K），外壁h₂＝124W/（m²·K）。已知该墙高2.8m，宽3m，求它的散热量Φ？

解：散热热流密度q

内表面温度t_w1

外表面温度t_w2

散热量Φ