第1章作业(课堂)1.温度是怎样定义的?温标主要有哪三种?它们相互间存在怎样的换算关系?80℉为多少℃和多少K?(12分)答:世间万物(任何物体)都包含着热能;温度是描述物体处于某一状态时所包含热能这一属性的状态参量。在热学中用它来判别一物体与其他物体是否处于热平衡状态。温标主要有三种:摄氏温标、开氏温标、华氏温标。三者的关系是:1)摄氏温标与开氏温标的关系为:T(开氏)=t(摄氏)+273.15(K)2)华氏温标与摄氏温标的关系为:t(摄氏)=[F(华氏)-32]*5/9(℃)3)开氏温标与华氏温标的关系为:T(开氏)=[F(华氏)-32]*5/9+273.15(K)80℉为26.667℃、为299.817K2.空气的湿球温度该怎样定义?什么是空气的绝对湿度和相对湿度?两者间存在怎样的关系?(9分)答:空气的湿球温度是指温度计的温包部分为液态水润湿(裹上薄层润湿纱布),置于空气中稳定后读出的温度。空气的绝对湿度是指1m3湿空气中含有多少质量的水分,单位kg/m3。空气的相对湿度是指湿空气的绝对湿度ρv与同温同压下饱和绝对湿度ρs之比,它表示空气容纳水分的能力大小和空气干燥程度,即RH=ρv/ρs两者之间的联系:在空气温度不变的情况下,相对湿度与绝对湿度成正比,即RH=ρv/ρs。两者之间的区别:绝对湿度是指1m3湿空气中含有水分的多少,它与空气温度无关;相对湿度与饱和绝对湿度ρs有关,而ρs只与空气温度有关,随空气温度的升高而升高;所以相对湿度与空气温度有关,在绝对湿度不变的情况下,随温度升高而减少.3.什么是导热?影响导热的因素有哪些?(10分)答:由于温度不同引起物体微观粒子(分子、原子、电子等)的热运动,从而产生热量转移的现象。影响导热的因素有:导热面积F、材料种类(反映在导热系数λ上)、材料厚度d,还与温差(t1-t2)和时间长短有关。4.有一内墙为砖砌体,其导热系数为0.81W/(m·℃),面积为12m2,厚度为240mm,两表面温度分别维持为27℃和22℃,保持10小时。求此墙导热热阻R和通过该墙的热量Q为多少kJ及热流密度q为W/m2。(15分)解:墙的导热热阻和热流分别为:通过该墙的热量Q:5.什么是对流传热和对流换热,两者有什么区别?影响对流换热的因素有哪些?(15分)答:对流传热是指温度不同的流体有宏观相对位移(即发生相对运动)时,依靠流体微团的相互渗合,把热量从一处转移到另一处的现象。对流换热是指流体流过固体表面,与固体间进行的热交换的现象。两者的区别:对流传热只在流体间进行热量传递和转移,只有单一传热机制;而对流换热是指固体与流体之间的换热,包含了导热和对流传热两种机制。影响对流换热的因素:流体流过固体表面的流速、流体种类、固体种类,固体放置方式、流体流动模式、固体与流体接触面积、固体表面与流体间的温差、换热时间有关。2/892.16296.0/)2227(/mWRtqWCmdR/296.081.0/24.02kJJFqQ297.729729.7297297360010892.16126.对于自然对流的换热系数,有下述3个经验公式可供选择,试说明各公式的应用条件及各系数不同的原因。(10分)答:前者用于垂直表面自然对流换热;中者用于水平下表面自然对流换热;后者用于水平上表面自然对流换热。系数不同的原因:对流换热与气流流动速度有关,流动速度越大,换热越强。由于上述各种放置和加热方式对气流流动的阻碍作用不同,造成了系数不同。中者对气流流动阻碍作用最大,气流最不易流动,故换热系数最小;后者最有利于气流流动,故换热系数最大;前者间于两者之间,故系数也间于两者之间。7.辐射传热的机理与导热传热、对流传热有什么不同?什么是黑度?影响辐射换热的因素有哪些?(12分)答:辐射传热的机理是依靠原子中电子振动和能级跃迁,将能量以电磁波形式向外辐射而传热;导热的基理是靠微观粒热运动来传递,对流传热基理是依靠流体微团的相互渗合来传递。这就是它们间的不同之处。黑度是指灰体辐射系数C与黑体辐射系数Cb之比值即表示灰体的辐射光谱图与黑体辐射光谱图的接近程度。影响辐射换热的因素有:物体的温度、物体的相对位置、物体的黑度,物体的面积和换热时间。bCC8.假设人体表面为2m2,体表温度为34℃,空调房间为3m×4m×2.9m,内壁辐射温度为26℃。试求空调房间中人与内壁面单位时间的辐射换热量。如果空调气流以1m/s的速度掠过人体,再求人体单位时间的对流散热量。(注:人体表面黑度为0.95,房间内壁面黑度为0.92)。(17分)解答:(1)辐射换热:人体在室内为内壁面所包围,其向外辐射的热量全部落在壁面上,故角系数ψ12=1Cb=5.68W/(m2·K4),C1=0.95Cb=0.95×5.68=5.396W/(m2·K4),C2=0.92Cb=0.92×5.68=5.2256W/(m2·K4),F1=2.0m2,F2=2(3×4+3×2.9+4×2.9)=64.6m2T1=34+273.15=307.15KT2=26+273.15=299.15K298.60004743.01583.01)1761.01914.0(031.01583.01)68.512256.51(6.642396.511)11(11221112bCCFFCCWFTTCQ28.1122]085.8089[298.62110015.29910015.307298.61001004411242411212(2)对流换热量:考虑到人体与空气之间的对流换热,包含自然对流和强制对流两部分,故而换热系数为:WFttQcc48.1202)2634(53.7)(121)/(53.72.433.312.4263498.12.498.124421CmWvttc第2~4章作业(课堂)1.写出人体热平衡方程,并标明其中各项的物理意义。人体要感到热舒适,必要条件和充分条件各是什么?(12分)解答:人体热平衡方程及其中各项的物理意义为:人体要感到热舒适,体温既不能升高,也不能降低,因此,体内产热必须为体外对流、辐射、蒸发散热所平衡,即必要条件是△q=0。人体感到热舒适的充分条件是:对流、辐射、蒸发散热的比例保持在以下范围内:即对流散热:25-30%辐射散热:45-50%蒸发散热:25-30%2.影响人体热冷感觉的因素有哪些?对于同一空调的影剧院(室内气温ta=26℃,相对湿度RH=60%,气流速度v=0.3m/s),为什么人们在夏季着短衫短裤看影剧感到热舒适,而冬季则要着厚衣裤看影剧才感到热舒适?(12分)答:影响人体室内热感觉的因素有室内空气温度、空气湿度、空气流速、周围辐射温度、活动量与衣着状况。在本题中,冬、夏两季影剧院维持相同的室内空气温度、相对湿度、气流状况,人都是坐着看戏活动量也相同。这四个因素对人体热感觉的影响在冬夏两季是相同的,不同之处只有壁面的辐射温度和衣着状况。夏季,由于室外气温较高、太阳辐射较强,致使内壁面温度较高,人体向周围壁面辐射散热较少,当壁温高于体表温度时,还从周围壁体辐射获得热量,穿短薄衣裤可增加人体向室内空气的对流换热、蒸发散热和向内表面的热辐射,提高人体的热舒适感。冬季,由于室外温度较低,致使内壁面温度较低,人体向周围壁面辐射散热较多;因此,在冬季着厚衣服,可以减少向壁体的辐射散热和对流散热,提高人体的热舒适感。3.影响建筑的室外气候因素有哪些?在建筑设计中可采取哪些措施控制建筑的得热和散热?(16分)解答:影响建筑的室外气候因素有:太阳辐射、空气温度、空气湿度、风速风向、降水等;其中太阳辐射是最主要的因素。在建筑设计中,控制建筑的得热和散热是维持室内热舒适和建筑节能的重要措施。在全年都较寒冷的地区,主要控制建筑的散热,在全年都较炎热的地区,主要控制建筑的得热,而在冬季寒冷和夏季炎热的地区,既要控制建筑的得热,又要控制建筑的散热。控制建筑得热,主要从遮阳和通风入手:(1)安排建筑之间相互遮荫,避免相互阻风。(2)选择建筑主要朝向,避免东、西向暴晒。(3)在屋顶、东、西向使用构件遮阳或绿化遮阳。(4)门窗位置、大小安排有利于内外自然通风和遮阳。(5)提高建筑围护结构的隔热能力。(6)减少室内散热设备,减小设备发热量。控制建筑散热,主要从避风和提高围护结构保温性能入手:(1)选址规划“负阴抱阳”。(2)安排建筑之间相互避风(围合),减小风速造成的散热。(3)选择建筑主要朝向,争取日照。(4)减小建筑外表与室外空气接触面积,即减小建筑体型系数。(5)门窗位置、大小有利于避风,减小冷风渗漏,争取日照。(6)提高门窗、外墙、屋面的保温能力。4.城市气候有哪些特点?如何减弱或消除城市气候带来的不利影响?(16分)答:城市气候是指某一地区在城市化后,由于人口密集,下垫面改变,大量资源消耗等原因,形成的一种与城市周围不同的局地气候。城市气候特点:(1)大气透明度差,太阳辐射减弱。(2)气温较高,形成“热岛”效应。(3)风速减小,风向各地而异。(4)蒸发减弱,湿度变小,形成“城市干岛”。(5)城区降水量增多,形成“城市雨岛”。城市云量比郊区为多,城市中下风方向降水量多。(6)雾多、能见度差。城市气候有利有弊。“热岛”效应在冬季有利于采暖,但不利于夏季防热;大气透明度差,有利于减少人体受太阳辐射,但各种污染物,不利于人体健康;蒸发减弱,不利于城市降温;降水增多,会形成洪涝;能见度度差,对交通安全不利。因此,总体上讲,城市气候带来的影响,不利大于有利。减弱或消除城市气候的不利影响,可从以下几方面入手:(1)在城市选址和规划中,控制城市人口规模;考虑主导风大小和方向,城市街道安排有利于城市通风,并将工业区布置在主导风下风侧,减轻城市污染。5.中国建筑区划分为几个一级区和二级区?一级区划分的主要指标是什么?二级区划分的指标又是什么?(12分)答:中国建筑区划分为7个一级区和20个二级区。一级区反应大差别,其主要指标是平均气温(1月和7月)、相对湿度(7月)。二级区划分进一步反映一级下的差别,其指标依据不同气候特性而定,见下表:6.中国建筑热工设计分区分为哪五个区,各区对建筑的得失热量设计方面提出了什么要求?(15分)答:中国建筑热工设计分区,以累年最冷月(1月)和最热月(7月)平均温度作为主要指标;用累年日平均温度≤5℃和≥25℃的天数为辅助指标,将我国分为严寒地区、寒冷地区、夏热冬冷地区、夏热冬暖地区、温和地区,主要用于建筑的热环境和保温隔热设计。方位角和时角区别:时角是基于赤道面而定义的,用来表示太阳离中午的时间,只在1天中变化,Ω=15(t-12);同一时刻同一经度线上太阳时角相同,与纬度无关。方位角是基于地平面而定义的,用来表示太阳的方位。同一时刻同一经度线上,太阳方位角随纬度变化。太阳方位角随时刻和季节而变化。方位角和时角联系:子午圈平面是定义时角和方位角的共同平面;在子午圈上,太阳时角等于方位角为0°;都是向西为正,向东为负。如果知道太阳在某一时刻的赤纬角,某地纬度,则方位角和时角可相互换算:可以通过上述式子计算日出日落的太阳方位和时角,从而计算某地在某天的日出日落太阳时。9.厦门(φ=23°)有一组住宅建筑,室外地平的高度相同,设其朝向南偏东15°,后栋建筑一层窗台高1.5m,前栋建筑总高15m(从室外地平至檐口,则其计算高度H0为13.5m),要求后栋建筑在大寒日正午12点前后各1.5小时日照(共3小时),求其必需的建筑间距。如果朝向改为正南向,