《冶金傳輸原理—傳熱傳質》部分習題集概念題-1溫度場溫度梯度對流給熱（對流換熱）熱流量與熱通量流向傳質與非流向傳質熱通量與傳質通量黑體黑度（輻射率）熱輻射有效輻射角系數非穩態導熱導熱問題第三類邊界條件（導熱問題第一類邊界條件）熱邊界層（傳質邊界層）努塞爾特準數及其物理意義格拉曉夫準數及其物理意義施密特與修伍德準數的表達式傅立葉準數及其物理意義修伍德準數的表達式傅立葉準數的物理意義概念題-2在平板層流給熱分析解法求解對流給熱系數的過程中，層流邊界層對流給熱微分方程組有四個微分方程，若用文字或數學解析式表達，它們分別是①、②、③、和④連續性方程（）。影響流體對流給熱系數的因素可以歸結為四個方面。他們是、、溫度和壁面幾何形狀與位置。求解傳熱微分方程或傳質微分方程的定解條件一般有四類，分別是、、和邊界條件。根據斯蒂芬－波爾茲曼定律和有關實際物體黑度的定義，實際物體的輻射力與溫度的關系可表示為：E＝w/m2，其中稱為物體的黑度，或稱，其值介于0～1之間。對三維穩態導熱的有限差分方法來說，任何一個內部節點的溫度，其實就等于周圍相鄰節點溫度的，即ti,j,k=。影響流體對流給熱系數的因素可以歸結為四個方面。它們分別為：流體流速、、和。根據動量守恒定律，可以推導出納維－斯托克斯方程；根據，可以推導出傳熱微分方程；根據質量守恒定律則可以分別推導出流體連續性方程方程和微分方程。研究對流給熱的主要任務，就是求解對流給熱系數h。一般求解h的方法有四種，它們分別是、邊界層近似積分解、、和。如果動量傳輸微分方程可以寫作，則熱量傳輸微分方程可以寫作，質量傳輸微分方程可以寫作。影響流體對流給熱系數的因素可以歸結為四個方面。它們分別為：流體流速、、和和。一般說來，固體的導熱系數（大于、等于、小于）液體，液體的導熱系數（大于、等于、小于）氣體；在固體中，通常金屬的導熱系數比非金屬（大、小、等于），結晶物質的導熱系數要比非晶物質的導熱系數（大、小、等于）；大多數金屬的導熱系數隨溫度的升高而（升高、降低、不變）。在平板層流給熱分析解法求解對流給熱系數的過程中，層流邊界層對流給熱微分方程組有四個微分方程，若用文字或數學解析式表達，它們分別是①、②、③、和④連續性方程（）。影響流體對流給熱系數的因素可以歸結為四個方面。他們是、、溫度和壁面幾何形狀與位置。求解傳熱微分方程或傳質微分方程的定解條件一般有四類，分別是、、和邊界條件。根據斯蒂芬－波爾茲曼定律和有關實際物體黑度的定義，實際物體的輻射力與溫度的關系可表示為：E＝w/m2，其中稱為物體的黑度，或稱，其值介于0～1之間。求解對流給熱系數h有一種方法叫做層流邊界層近似積分法。建立和求解這個方程的四個近似分別是：=1\*ROMANI、沿平板方向上溫度梯度為0，即；=2\*ROMANII、；=3\*ROMANIII、；=4\*ROMANIV、。一般說來，固體的擴散系數隨溫度升高而；同一種物質，其物態從氣體、液體變化到固體，其擴散系數是（是由小變大還是由大變小），其中，由氣態變為液態，其擴散系數的變化是（是漸變還是突變）因為是熱量傳輸的推動力，而在同一等溫面上各點溫度，所以在同一等溫面上不可能發生熱量傳輸，熱量只能再沿等溫面的方向，由向傳遞。傅里葉定律指出，q=—，式中負號表示。多孔材料的傳熱實際上是基體材料與孔隙傳熱的綜合作用。它包括基體材料的導熱和空隙中氣體的導熱，也包括孔隙中的和作用。材料中的孔隙越多、越細、越密閉，其導熱能力也就。熱擴散系數a是物性參數，它反映了物體的能力與能力之間的關系。它表明物體在被加熱或冷卻時，物體內部各處趨于一致的能力。與電學上求某點的電位相似，對=1\*ROMAN第I類邊界條件下、多層平板的一維穩態導熱問題，第i層和第i+1層之間的界面溫度為ti+1=t1—q()。對于第=3\*ROMANIII類邊界條件下多層平板的一維穩態導熱問題，ti+1=tf1—q()。我們通常把靠近壁面的、溫度有變化的、厚度為δt的薄層稱之為熱邊界層，并認為規定t—tw=0.99()處為熱邊界層的外緣。湍流邊界層一般可分為湍流核心層、緩沖層、層流底層，熱阻主要集中在。對第一類邊界條件下的導熱問題，稱之為溫度，稱之為溫度。角函數的三個性質分別是相對性、性、性。質量傳輸方式有傳質和對流流動傳質；對流流動傳質又分為傳質和傳質。Sc是施密特準數，數學表達式為；表示物質的能力與能力之比；Sh是舍伍德準數，數學表達式為，表示能力與能力之比。概念題-3某平板內溫度分布為℃，平板導熱系數，則通過平板表面（y=0）的導熱熱流密度為w/m2。60302015已知環境流體對直徑為100mm的圓柱體的總對流給熱系數h為120w/m2·K，圓柱體的平均導熱系數λ為163w/m·K，比熱Cp為440J/kg·K，密度ρ為8800kg/m3，則。因為體系的畢奧準數等于0.0736<0.1，所以可以視為薄材。因為體系的畢奧準數等于0.0368>0.033，所以不能視為薄材。因為體系的畢奧準數等于0.0368<0.1，所以可以視為薄材。因為體系的畢奧準數等于0.0736>0.033，所以不能視為薄材。如果半無限厚、無限大平壁的溫度分布可寫作，有限厚、無限大平板的溫度分布可寫作，無限長圓柱體的溫度分布可寫作，那么，一個短圓柱體內的溫度分布式可寫作。A×BB×CA×CA×B×C現有兩種保溫材料，要敷設在外徑為0.025m的管道外層保溫。已知保溫材料Ⅰ的導熱系數Ⅰ＝0.135J/sm℃，保溫材料Ⅱ的導熱系數Ⅱ＝0.090J/sm℃，保溫層外表面與空氣的對流給熱系數h＝9J/sm2℃。那么，不管敷設厚度如何，只要敷設，能對管道起到保溫作用。保溫材料Ⅰ保溫材料Ⅱ保溫材料Ⅰ和Ⅱ兩者都保溫材料Ⅰ和Ⅱ兩者都不如果半無限厚、無限大平壁的溫度分布可寫作，有限厚、無限大平板的溫度分布可寫作，無限長圓柱體的溫度分布可寫作，那么，一個半無限長圓柱體內的溫度分布式可寫作。A×BB×CA×CA×B×C現有兩種保溫材料，要敷設在外徑為0.025m的管道外層保溫。已知保溫材料Ⅰ的導熱系數Ⅰ＝0.135J/sm℃，保溫材料Ⅱ的導熱系數Ⅱ＝0.090J/sm℃，保溫層外表面與空氣的對流給熱系數h＝9J/sm2℃。那么，不管敷設厚度如何，只要敷設，能對管道起到保溫作用。保溫材料Ⅰ保溫材料Ⅱ保溫材料Ⅰ和Ⅱ兩者都保溫材料Ⅰ和Ⅱ兩者都不某平板內溫度分布為℃，平板導熱系數，則通過平板表面（y=0）的導熱熱流密度為w/m2。60302015已知環境流體對直徑為100mm的圓柱體的總對流給熱系數h為120w/m2·K，圓柱體的平均導熱系數λ為163w/m·K，比熱Cp為440J/kg·K，密度ρ為8800kg/m3，則。因為體系的畢奧準數等于0.0736<0.1，所以可以視為薄材。因為體系的畢奧準數等于0.0368>0.033，所以不能視為薄材。因為體系的畢奧準數等于0.0368<0.1，所以可以視為薄材。因為體系的畢奧準數等于0.0736>0.033，所以不能視為薄材。單層圓筒壁內外流經性質和溫度不同的流體1和流體2，那么該圓筒壁在第=3\*ROMANIII類邊界條件下，一維穩態導熱的總熱阻為RΣ=。求解對流給熱系數h有四種方法。由層流邊界層微分方程組分析解可求得的結果是；由層流邊界層近似積分解可求得；由雷諾類比求得的結果是；科爾朋對類諾類比修正后的結果是。A.B.C.D.概念題-4自然對流與強制對流給熱機理有和聯系與區別？液態金屬的普朗特準數（Pr）比一般液體的Pr要小得多，為什么？輻射傳熱與其他兩種傳熱方式的區別。分子擴散傳質與傳導傳熱的聯系與區別。氣體輻射與火焰輻射及其區別。分子擴散傳質與傳導傳熱的聯系與區別。自然對流與強制對流給熱機理有和聯系與區別？液態金屬的普朗特準數（Pr）比一般液體的Pr要小得多，為什么？為什么有人認為傳熱基本方式只有導熱和熱輻射，而不把對流傳熱列為真正的傳熱基本方式？寫出傳熱微分方程式，包括源項；并指出方程式中各項的物理意義。寫出傳質微分方程式，并指出其中各項的物理意義。簡述速度邊界層與熱邊界層狀況對對流給熱的影響。熱邊界層與速度邊界層的區別。在室內溫度相同、穿著相同的條件下，為什么冬天的室內比夏天的室內讓人感覺更冷？為什么松軟的棉衣或羽絨服比板結的棉衣的保暖性要好得多？燒開水時，為什么一旦水燒干了，鋁壺就很容易燒壞？同樣是25°電影《泰坦尼克號》里，為什么Jack凍死了，而Rose沒有？72°C的鐵和摩托車手的膝蓋需要特別的保溫,你知道為什么嗎?由圖10-20和圖10-21分析Bi的大小對第Ⅲ類邊界條件下無限大平板內不穩態導熱溫度分布的影響，并解釋工程上的“薄材”概念。用紙杯可以燒開水，而紙杯不會燃燒。為什么？1.00.501.02.0由圖10-211.00.501.02.0冬天，屋頂積雪有助于房屋保溫，您知道為什么嗎？地面上按自然對流設計的換熱裝置，在太空中還能正常工作嗎？為什么要及時清除冰箱內的結霜，否則耗電量就會增加？改變暖氣中的水流速度是否可以改變顯著地增強換熱，為什么？冬天的晴天白天與晚上的空氣溫度相同，為什么白天熱而晚上卻冷些？計算題速度為6m/s的空氣流過酒精表面，已知酒精表面有層流變為湍流時的臨界雷諾準數為3×105，邊界層內酒精－空氣混合物的運動粘度為1.48×10-5m2/s，酒精在空氣中的擴散系數為1.26×10-5m2/s，考慮邊界層前端有一定長度層流邊界層，L長度上的平均對流傳質系數，忽略表面傳質對邊界層的影響，試計算邊界層前沿1.0m長以內的平均對流傳質系數。管道內徑d1＝57mm，內壁溫度tw1＝150℃，周圍空氣溫度tf2＝30℃，外表與空氣間對流給熱系數h2＝10.5w/m2·K，管壁材料＝0.233w/m·K，當厚度分別為50mm、100mm時，求管道熱損失，并計算管道臨界直徑；若將管壁材料更換為＝1.4w/m·K的材料，其他條件不變，管道臨界直徑有何變化？利用空氣自然冷卻直徑為3mm的水平鋁質導線（電阻率ρ＝0.0286mm2/m），此時電線表面溫度為tw＝90℃，遠離導線的空氣溫度為30℃。（1）求對流給熱系數；（2）若要表面溫度保持90℃不變，求允許通過的最大電流I已知，空氣的物性參數：，其它如下表。空氣的物性參數水平柱外繞流準數關系式中的C與nνλa適用范圍（Gr·Pr）Cn30℃16.00×10-62.673×10-222.9×10-6層流10-8~1041.181/860℃18.97×10-62.893×10-227.2×10-6過渡流104~1090.531/490℃22.10×10-63.126×10-231.9×10-6湍流109~10120.131/3含0.10%碳的低碳鋼工件在950℃溫度下表面滲碳，這時碳在鋼中的平均擴散系數為3.00×10-11m2/s，若在滲碳氣氛中使表面碳濃度維持在1.5%。求：經過5小時后距表面1.0mm深度處的碳濃度。已知高斯誤差函數：erf(0.20)＝0.22270erf(0.22)＝0.24430erf(0.24)＝0.26570erf(0.26)＝0.28690erf(0.28)＝0.30788erf(0.30)＝0.32863erf(0.32)＝0.34913erf(0.34)＝0.36936erf(0.36)＝0.38933erf(0.38)＝0.40901erf(0.40)＝0.42839erf(0.42)＝0.44747erf(0.44)＝0.46623erf(0.46)＝0.48466erf(0.48)＝0.50275erf(0.50)＝0.52050erf(0.52)＝0.53790erf(0.54)＝0.55494erf(0.56)＝0.57162erf(0.58)＝0.58792erf(0.60)＝0.60386erf(0.62)＝0.61941erf(0.64)＝0.63459erf(0.66)＝0.64938erf(0.68)＝0.66378erf(0.70)＝0.67780erf(0.72)＝0.69143erf(0.74)＝0.70468erf(0.76)＝0.71754erf(0.78)＝0.73001用熱電偶測量鋼水的溫度。已知鋼水的溫度為1650℃，熱電偶插入鋼水前的溫度為20℃。熱電偶的接點可以看作是球形，直徑d=1mm，密度ρ=7900kg/m3，等壓比熱Cp=420J/(kg℃)，導熱系數λ=50W/(m℃)。熱電偶接點與鋼水的對流換熱系數h=3000W/(m2℃)。已知“薄材”的無量綱溫度計算公式為，求熱電偶測得鋼水溫度為1648℃時所需的時間。有一半徑為0.2m的鋼坯，初始溫度為t0=20，將它置于爐溫為tf=900℃的加熱爐中加熱，如果將鋼坯近似視為無限長圓柱體，爐氣與鋼坯之間的對流換熱系數h=180W/(m2℃)，鋼坯的導熱系數λ=36W/(m℃)，熱擴散系數a=0.695×10-5m2/s。求將鋼坯加熱到800℃時所需要的時間。7.假設兩小時內通過152mm×152mm×13mm（厚度）的實驗板的導熱量為20.16kcal，板的兩面溫度分別為19℃和26℃。求：實驗板的導熱系數。260℃38℃45cm30cm材料Ⅰ材料Ⅱ8附圖8.在穩定狀態下雙層平壁體系內的溫度分布如圖所示。如果穩定態熱流密度為10850kcal/m22603845cm30cm材料Ⅰ材料Ⅱ8附圖9.設有厚度為s的無限大平板，無內熱源，材料均勻，＝0（1＋bt），平板兩側溫度分別為t1和t2，由固體導熱微分方程求解平板內的溫度分布方程。10.已知球坐標系下的熱量傳輸微分方程為：試確定通過一實心球殼的穩態傳熱的熱流量Q（J/s）的表達式。設球殼的內外半徑和溫度分別為R1、R2和t1、t2，材料的導熱系數為且不隨溫度變化。11.有一半徑為R的球體置于靜止的流體中，流體無任何對流，球體表面溫度為tR，流體的平均溫度為tf，導熱系數為（常數）。確定球體周圍流體內部的溫度分布式；確定該情況下的努塞爾特準數Nu。12.由傅立葉定律證明：對t1>t2、厚度為s的一維平板導熱問題，如果導熱系數可表示為＝0（1＋bt），則中的。13.某圓筒型爐壁由兩層耐火材料組成，第一層為鎂碳磚，第二層為粘土磚，兩層緊密接觸。第一層內外壁直徑為2.94m、3.54m，第二層外壁直徑為3.77m，爐壁內外溫度分別為1200℃和150℃。求：導熱熱流與兩層接觸處溫度（已知1＝4.3－0.48×10-3t，2＝0.698+0.5×10-3tw/m℃）。14.一蒸汽管外敷兩層隔熱材料，厚度相同，若外層的平均直徑為內層的兩倍，而內層材料的導熱系數為外層材料的兩倍。現若將兩種材料的位置對換，其他條件不變，問：兩種情況下的散熱熱流有何變化？15.某熱風管道，內徑d1＝85mm，外徑d2＝100mm，管道材料導熱系數為1＝58w/m·K，內表面溫度t1＝150℃，現擬用玻璃棉保溫（2＝0.0526w/