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第一章1.试说明热传导、热对流和热辐射三种热传递方式之间的区别和联系。答：区别：热传导是指物体各部分之间不发生相对位移时，依靠分子、原子及自由电子等微观粒子的热运动而传递热量过程；热对流是指流体中温度不同的各部分发生相互混合的宏观运动而引起的热量传递现象；热辐射是指物体由于自身温度（热）的原因而发出辐射能的现象。热传导和热辐射都是物体的固有属性，但热对流过程与外界环境有关，不是物体的固有属性。联系：三种传递方式都有热量的转移过程。2.试举例出生活中热传导，对流传热，辐射传热的实例。答：热传导：将金属棒的一端伸入火炉中烧，另一端用手拿着，过了一会儿手就感到热；冬天用手触摸木制门上的铁把手，会感到凉，是由于作为高温物体的手将热量传递给了低温物体的铁把手的缘故。对流传热：热量由人体表面的散失；暖气表面和空气的热交换；热水在管内与管壁的换热；钻井液、油井产液等在管内或管外与管壁的换热。辐射传热：暖气片与墙壁间的辐射传热等等。3.试说明热对流与对流传热之间的区别和联系。答：区别：热对流是指流体中温度不同的各部分发生相互混合的宏观运动而引起的热量传递现象；而对流传热是指流动的流体与温度不同的固体壁面之间的热量传递过程。联系：对流传热包括热对流和热传导。4.导热系数，表面传热系数和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：.导热系数：W/(m·K)，表面传热系数:W/(m2·K)，传热系数:W/(m2·K).导热系数是物性参数，表面传热系数和传热系数与过程有关。5.导热系数，表面传热系数和传热系数的单位中的绝对温度K若换成摄氏温度，试问其数值是否发生变化？为什么？答：不发生变化。因为我们由三者相关的热量计算公式可知，三者都与温差相乘，而无论是开尔文温度还是摄氏温度，其温差是一样的，因此数值不发生改变。6.冬天，在同样的气温下，为什么有风是比无风时感到寒冷？答：冬天，人体的温度要高于周围环境温度，在人体表面与空气间存在对流传热，热能散失，因此会感觉到冷，但有风时的表面传热系数要比无风时大，因此热量散失得越快，因此有风是比无风时感到寒冷。7.在有空调的房间内，夏天和冬天的室温均控制在20度，为什么夏天只需穿衬衫，但冬天穿衬衫会觉得冷呢？答：人体和墙壁之间存在辐射传热，但由于冬天的墙壁要比夏天的冷，人体热辐射所传递的能量更多，因此冬天穿衬衫会觉得冷。8.在计算机主机箱中为什么在CPU处理器和电源旁要加风扇？答：CPU处理器和电源会产生大量的热，加风扇可以增加传热系数，加快热量的散失，保护CPU处理器和电源由于过热而损坏。9.在保温瓶中，热量有热水经过双层瓶胆传到瓶外的空气及环境，试分析此传热过程包涵哪些传热的基本方式和过程，并判断暖瓶保温的关键在哪里？答：热水以对流传热的方式将热量传给瓶胆内壁，以导热的方式将热量传到壁面的另一侧，因为两层瓶胆之间是真空，不存在对流传热，第一层瓶胆的外壁以辐射传热的方式传给第二层瓶胆的内壁，再以导热的方式将热量传到壁面的另一侧，最后另一侧壁面以对流传热的方式将热量传给瓶外的空气及环境，另外，热水由于温度很高，对外也存在热辐射。关键：一方面两层瓶胆之间是真空，消除了对流传热；另一方面，瓶胆上涂有银粉，减小发射率，使热辐射减弱。10.有两个外形相同的保温杯A和B，注入同样温度，同样体积的热水后不久，在A杯的外表面就可以感到热，而B杯则感觉不到温度的变化，试问哪个保温杯的保温效果好？答:B杯保温效果好。A杯外表面感到热说明杯中热水的热能更快地传递到外表面，进而通过对流传热散失到空气中，A杯热水温度下降更快。11.试分析室内暖气片的散热过程中有哪些热量传递环节和方式？以暖气片管内内走热水为例。答：有热水与暖气片内壁的对流传热，内壁到外壁的热传导，外壁到室内空气的对流传热，以及暖气片外表面与墙壁等之间的辐射传热。12：请从传热学的角度分析冬天的采暖器和夏天的空调器应该放在室内什么位置最合适？答：冬天的采暖器应该放在低处，而夏天的空调器则应该放在室内的高处。冬天室内空气较低温，采暖器加热低处的冷空气，使空气密度减小而上升，四周的冷空气聚集到暖气周围受热再上升；夏天室内空气较高温，空调器放在高处冷却空气，使空气密度增大而下沉，周围热空气补充到空调周围，冷却后下沉。利用空气密度差异引起空气的运动，可以增大表面传热系数，加快对流传热过程。第二章2.1什么是傅里叶导热定律？它的意义是什么？答：傅里叶定律是指在任意时刻，各向同性连续介质内任意位置处的热流密度在数值上与该点的温度梯度成正比，但方向相反。意义：揭示了导热热流与局部温度梯度之间的内在关系。2.2傅里叶定律中没有时间项，能否用来计算非稳态导热过程中的导热量？答:能，傅里叶定律是导热的基本定律，是分析导热问题的理论基础。非稳态导热过程的求解需要导热微分方程，而导热微分方程是在傅里叶定律的基础上推到得到。2.3举例说明影响导热系数的因素有哪些？答：导热系数与物质的种类、物态、、结构、温度、压力等诸多因素有关。如：对于同一物质，导热系数固态液态气态；金属的导热系数又大于其合金；有些材料导热系数还与方向有关，如木材，石墨，这类材料被称为各向异性材料。2.4什么是保温材料?选择和安装时应注意哪些问题。答：导热系数小的非金属材料在保温隔热、保冷工程中应用广泛，这类材料被称为保温材料或隔热材料。工程上对保温材料的要求是高效、耐温、易得和廉价，选择是应注意保温材料的导热系数不大于0.12w/(m*k)，使用时材料吸水后会使性能下降，导热系数增加，因此使用时应注意防水。2.5推导导热微分方程时依据的原理和定律是什么？答:依据能量守恒原理推导，基本定律傅里叶导热定律。对于选择的微元体由控制容积的能量守恒定律：进入控制容积的总热流量+控制容积内热源的生成热-离开控制容积的总流量=控制容积内热力学能的增加。2.6说明直角坐标系下的导热微分方程的适用条件答：适用于满足傅里叶定律的一切导热过程。2.7具体导热问题完整的数学描述应当包括哪些内容？答:应包括反应导热问题共性的导热微分方程和体现具体问题特性或个性的定解条件。2.8何谓导热问题的单值性条件？它包括哪些内容？答：对一般导热问题单值性条件包括：几何条件、物理条件、初始条件、边界条件。2.9试分别用数学语言及传热学术语说明导热问题的三种类型边界条件。答：第一类边界条件：规定导热物体边界上的温度一般情况τ0t|=f(x,y,z,τ)一种常见的情况:t|=常数第二类边界条件：规定了导热物体在边界上的热流密度分布τ0𝑞|𝑤=−𝜆𝜕𝑡𝜕𝑛|𝑤=𝑓(𝑥,𝑦,𝑥,𝜏)一种经常遇到的恒热流边界：𝑞|𝑤=常数第三类边界条件:规定边界上的换热状况：−𝜆𝜕𝑡𝜕𝑛|𝑤=ℎ(𝑡|𝑤−𝑡𝑓)2.10能否将三类边界条件转换成统一的表达式，什么情况下第三类能转换成第一类边界条件？答：不会做。2.11二维无内热源稳态导热微分方程为;𝝏𝟐𝒕𝝏𝒙𝟐+𝝏𝟐𝒕𝝏𝒚𝟐=𝟎并无导热系数，因此有人说该导热物体内温度的分布与导热系数无关，你认为呢？答：由傅里叶定律可知物体内温度分布梯度，傅里叶定律与导热系数有关。2.12一维无限大平壁稳态导热问题，两侧给出第二类边界条件能否求温度分布?两侧面边界条件哪些组合可以求得温度场确定结果？答：见例2-22.13为什么导电性能好的金属导热性能也好？答：纯金属中热量传递主要是自由电子的迁移与金属导热的机理相同。2.14冬天新建的居民楼比旧楼房感觉更冷为什么?答：新建的楼房，墙体中含有较多的水分，导热系数较大，导热能力较强。2-15空心砖好，因为空心砖内部充满空气，而空气的导热系数相对较小，热阻较大，空心砖导热性较之实心砖差，同一条件下空心砖的房间的散热量小，保温性好。2-16棉被中棉絮的中充斥着空气，空气导热系数小，所以棉絮中的热量不容易散发出来，拍打过后，棉絮更加蓬松，空气增多，故效果更好。2-17导热系数是从傅里叶定律定义出来的一个物性量，它反映了物质的导热性能；热扩散系数是从导热微分方程从定义出来的一个物性量，它反映了物质的热量扩散性能，也就是热流在物体内的渗流的快慢程度，两者的差异在于前者是导热过程的静态特性量，而或者则是导热过程的动态特征量，因而热扩散系数反映的是非稳态导热过程的特征。第三章1常物性、无内热源平壁稳态导热公式为φ=−λA𝑑𝑡𝑑𝑥=𝜆𝐴𝑡𝑤1−𝑡𝑤2𝛿=𝜆𝐴𝛿Δ𝑡和q=𝜆𝛿Δ𝑡，可见ϕ或q与λ、δ、A和Δt之间的关系，当壁厚，壁温及壁的性质确定时，热流量或热流密度为常数2曲线向下弯曲，说明b＜0，所以𝜆随壁温增加而减小。3稳态。根据傅里叶定律，在没有内热源的情况下，及时导热系数随温度变化，通过平壁的热流密度仍然为常数，通过变物性平壁的的热流密度仍可以按导热系数为常数时的公式进行计算，这可以说明平壁内导热为稳态。4右边平壁斜率明显大于左边平壁，故右边平壁导热性能更好，所以𝜆1＞𝜆25b＞0使曲线上凸，b＜0使平壁下凹，图见课本40页。6圆柱两头有温差，中间形成热流；圆柱有多层，分析其径向传热时7略8略9测量值比实际值偏高。壁温高于流体温度，套管相当于一个肋板，故肋片上温度高于流体温度。10结霜的房屋保温性能好。不结霜的房屋说明房屋内的热量通过房顶导热散失掉了，导致霜的融化，故结霜房屋保温性能好。11冰箱制冷机将具有较低温度的被冷却物体的热量转移给环境介质从而获得冷量，如果冰箱结霜，那么总热阻增大，能耗增大。12、增大总热阻。以双层玻璃为例，当夹层空气只起导热作用时，传热过程有热空气与内层玻璃内表面对流传热、内层玻璃导热、空气层导热、外层玻璃导热以及外层玻璃外表面与室外空气对流传热五个环节；对单层玻璃，只有热空气与玻璃内表面对流传热、玻璃导热和玻璃外表面与室外空气对流传热三个环节。双层玻璃的热阻显著增大，保温性能显著提高。13、略14、管道外表面温度低于零度，附近水汽凝华结为霜。说明其保温性能差，管中低温介质冷量散失。15、物体的温度随时间发生明显变化，称为非稳态导热。以平壁为例，平壁刚刚投入流体中时，由于流体和壁面间的传热温差最大，热流量立即达到最大值，此时温度分布曲线最陡；随着壁面温度的升高，热流量逐渐减小最终趋于零，温度分布曲线逐渐平缓。16、传热学中，当壁面的厚度远远小于宽度和高度，并且可以忽略温度沿宽度和高度方向的变化，即忽略边缘散热的影响，这样的壁面成为平壁。一维平壁导热的特点是温度只沿着厚度方向变化。对房间进行采暖设计时需要计算通过墙壁玻璃等围护结构的散热量，确定冷库制冷压缩机功率时要计算通过墙壁进入冷库的热量，对大型油罐进行保温设计需要知道通过罐壁的散热量。17、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/δ)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。18、Bi数是物体内外热阻之比的相对值。Bi趋近于0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趋向于无穷大时，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趋向于0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。19、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。20、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𝜏𝑐=𝜌𝑐𝑉ℎ𝐴，形状上要降低体面比，要选择热容小的材料，要强化热电偶表面的对流换热。21、不可信22、几何上，半无限大物体可以看成是从界面开始向其内部无限延伸的物体，比如大地看作是以地表为界面向地心延伸的半无限大物体；物理上，