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传热学知识总传热学主要知识点 1. 热量传递的三种基本方式。 热量传递的三种基本方式：导热(热传导)、对流(热对流)和热辐射。 2导热的特点。 a 必须有温差；b 物体直接接触；c 依靠分子、原子及自由电子等微观粒子热运动而传递热量；d 在引力场下单纯的导热一般只发生在密实的固体中。 3.对流(Convection)的概念。 流体中温度不同的各部分之间，由于发生相对的宏观运动而把热量由一处传递到另一处的现象。 4对流换热的特点。 当流体流过一个物体表面时的热量传递过程，它与单纯的对流不同，具有如下特点： a 导热与热对流同时存在的复杂热传递过程 b 必须有直接接触和宏观运动；也必须有温差 c 壁面处会形成速度梯度很大的边界层 5.牛顿冷却公式的基本表达式及其中各物理量的定义。 =hA(tw-t¥) Wq= A =h(tw-tf) Wm26. 热辐射的特点。 a 任何物体，只要温度高于0 K，就会不停地向周围空间发出热辐射； b 可以在真空中传播； c 伴随能量形式的转变； d 具有强烈的方向性； e 辐射能与温度和波长均有关； f 发射辐射取决于温度的4次方。 7.导热系数, 表面传热系数和传热系数之间的区别。导热系数：表征材料导热能力的大小，是一种物性参数，与材料种类和温度关。 表面传热系数：当流体与壁面温度相差1度时、每单位壁面面积上、单位时间内所传递的热量。影响h因素：流速、流体物性、壁面形状大小等。传热系数：是表征传热过程强烈程度的标尺，不是物性参数，与过程有关。 8. 实际热量传递过程： 常常表现为三种基本方式的相互串联/并联作用。 1 9. 复杂传热过程 2 Upside L a2AL AAx Downside 第一章 导热理论基础 1傅立叶定律的基本表达式及其中各物理量的意义。 傅立叶定律：垂直导过等温面的热流密度，正比于该处的温度梯度，方向与温度梯度相反。(1)空隙中充有空气,空气导热系数小,因此保温性好; (2)空隙太大,会形成自然对流换热,辐射的影响也会增强,因此并非空隙越大越好。 (3)由于水分的渗入，替代了相当一部分空气，而且更主要的是水分将从高温区向低温区迁移而传递热量。因此，湿材料的导热系数比干材料和水都要大。所以，建筑物的围护结构，特别是冷、热设备的保温层，都应采取防潮措施。 导热微分方程式的理论基础。 傅里叶定律 + 热力学第一定律 热扩散率的概念。 热扩散率反映了导热过程中材料的导热能力与沿途物质储热能力之间的关系值大，即值大或c值小，说明物体的某一部分一旦获得热量，该热量能在整个物体中很快扩散。热扩散率表征物体被加热或冷却时，物体内各部分温度趋向于均匀一致的能力在同样加热条件下，物体的热扩散率越大，物体内部各处的温度差别越小。热扩散率反应导热过程动态特性，是研究不稳态导热的重要物理量。完整数学描述：导热微分方程 + 单值性条件导热微分方程式描写物体的温度随时间和空间变化的关系；它没有涉及具体、特定的导热过程。是通用表达式。对特定的导热过程，需要补充单值性条件，才能得到特定问题的唯一解。单值性条件包括四项：几何条件、物理条件、时间条件、边界条件。 3 边界条件。 边界条件说明导热体边界上过程进行的特点 反映过程与周围环境相互作用的条件第一类边界条件：规定了边界上的温度第二类边界条件：已知物体边界上热流密度的分布及变化规律，第二类边界条件相当于已知任何时刻物体边界面法向的温度梯度值； 第三类边界条件：当物体壁面与流体相接触进行对流换热时，已知任一时刻边界面周围流体的温度和表面传热系数。 第二章 稳态导热 1值.由第三类边界条件下通过平壁的一维稳态导热量关系式，分析 =tf1-tf21d1+h1AlAh2A W第三类边界条件下通过平壁的一维稳态导热量关系式：为了增加传热量，可以采取哪些措施? 增加温差，但受工艺条件限制 减小热阻： a) 金属壁一般很薄(d 很小)、热导率很大，故导热热阻一般可忽略 b) 增大h1、h2，但提高h1、h2并非任意的 c) 增大换热面积 A 也能增加传热量 在一些换热设备中，在换热面上加装肋片是增大换热量的重要手段。2在管道外覆盖保温层是不是在任何情况下都能减少热损失？为什么？ 不是,只有当管道外径大于临界热绝缘直径时,覆盖保温层才能减小热损失 接触热阻的概念。实际固体表面不是理想平整的，所以两固体表面直接接触的界面容易出现点接触，或者只是部分的而不是完全的和平整的面接触 给导热带来额外的热阻，即接触热阻。 5. 热阻： 单位面积上的传热热阻：Rk=单位面积上的导热热阻：Rl=1 kd。 l1 h对比串联热阻大小就可以找到强化传热的主要环节 单位面积上的对流换热热阻：Rl= 4 第三章 非稳态导热 1非稳态导热的分类。 周期性非稳态导热和瞬态非稳态导热 2Bi 准则数, Fo准则数的定义及物理意义。 Bi 准则数：Bi=hdl1/hatFo准则数：Fo=2,是非稳态导热过程的无量纲时间。 d=d/l=物体内部导热热阻； 物体表面对流换热热阻3集总参数法的物理意义及应用条件。 忽略物体内部导热热阻、认为物体温度均匀一致的分析方法。此时，温度分布只与时间有关，与空间位置无关。 应用条件：Bi<0.1 4时间常数的定义及物理意义。 采用集总参数法分析时，物体中过余温度随时间变化的关系式中的rcV/(hA)具有时间的量纲，称为时间常数。 时间常数的数值越小表示测温元件越能迅速地反映流体的温度变化。 5非稳态导热的正规状况阶段的物理意义。 当Fo³0.2时，物体在给定的条件下冷却或加热，物体中任何给定地点过余温度的对数值将随时间按线性规律变化。物体中过余温度的对数值随时间按线性规律变化的这个阶段，称为瞬态温度变化的正规状况阶段。 6半无限大物体的概念。半无限大物体的概念如何应用在实际工程问题中？ 半无限大物体，是指以无限大的y-z平面为界面，在正x方向伸延至无穷远的物体。在实际工程中，对于一个有限厚度的物体，在所考虑的时间范围内，若渗透厚度小于本身的厚度，这时可以认为该物体是个半无限大物体。 第四章 导热问题数值解法基础 1数值解法的基本求解过程数值解法，即把原来在时间和空间连续的物理量的场，用有限个离散点上的值的集合来代替，通过求解按一定方法建立起来的关于这些值的代数方程，从而获得离散点上被求物理量的值；并称之为数值解。 2热平衡法的基本思想。 对每个有限大小的控制容积应用能量守恒，从而获得温度场的代数方程组，它从基本物理现象和基本定律出发，不必事先建立控制方程，依据能量守恒和傅立叶导热定律即可。 第五章 对流换热分析 影响对流换热的主要物理因素. 5 对流换热是流体的导热和对流两种基本传热方式共同作用的结果。其影响因素主要有以下五个方面：(1)流动起因; (2)流动状态; (3)流体有无相变; (4)换热表面的几何因素; (5)流体的热物理性质。 2对流换热是如何分类的? (1) 流动起因：自然对流和强制对流； (2) 流动状态: 层流和紊流； (3)流体有无相变: 单相换热和相变换热(4)换热表面的几何因素：内部流动对流换热和外部流动对流换热。 3对流换热问题的数学描写中包括那些方程? 连续性方程、动量微分方程、能量微分方程、对流换热过程微分方程式。 4.边界层概念的基本思想。 流场可以划分为两个区：边界层区与主流区 边界层区：流体的粘性作用起主导作用，流体的运动可用粘性流体运动微分方程描述主流区：速度梯度为0，t=0；可视为无粘性理想流体；流体的运动可用欧拉方程描述。 5流动边界层的几个重要特性。 (1) 边界层厚度 d 与壁的定型尺寸L相比极小，d << L (2) 边界层内存在较大的速度梯度(3) 边界层流态分层流与湍流；湍流边界层紧靠壁面处仍有层流特征，存在层流底层；(4) 流场可以划分为边界层区与主流区 6温度场可以划分为两个区：热边界层区与等温流动区 7数量级分析的方法。 比较方程中各量或各项的量级的相对大小；保留量级较大的量或项；舍去那些量级小的项，方程大大简化。 8相似理论回答了关于试验的哪三大问题？ 实验中应测哪些量？应测量各相似准则中包含的全部物理量，其中物性由实验系统中的定性温度确定。 实验数据如何整理？实验结果整理成准则关联式。 实物试验很困难或太昂贵的情况，如何进行试验？实验结果可推广应用于哪些地方？实验结果可推广应用到相似的现象，在安排模型实验时，为保证实验设备中的现象与实际设备中的现象相似，必须保证模型与原型现象单值性条件相似，而且同名的已定准则数值上相等。 9.Nu, Re, Pr, Gr准则数的物理意义。 Nu=hll，表征壁面法向无量纲过余温度梯度的大小，由此梯度反映6 对流换热的强弱； Re=uln，表征流体流动时惯性力与粘滞力的相对大小，Re的大小能反映流态； Pr=na，物性准则，反映了流体的动量传递能力与热量传递能力的相对大小； Gr=gDtal3n2，表征浮升力与粘滞力的相对大小，Gr表示自然对流流态对换热的影响。 第六章 单相流体对流换热及准则关联式 1 对管内受迫对流换热，为何采用短管和弯管可以强化流体的换热？ .短管:入口效应。入口处边界层较薄，对流换热强度较大； 弯管：由于离心力作用，产生二次回流，对边界层形成一定扰动。 2 对管内受迫对流换热，各因素对紊流表面传热系数影响的大小。 h=f(u0.8,l0.6,cp0.4,r0.8,m-0.4,d-0.2) 3 空气横掠管束时，沿流动方向管排数越多，换热越强，为什么？ 横掠管束时，前排管子后形成的涡旋对后排管子上的边界层造成一定的扰动作用，有利于换热。 第七章 凝结与沸腾换热 1.膜状凝结和珠状凝结的概念. 膜状凝结：沿整个壁面形成一层薄膜，并且在重力的作用下流动，凝结放出的汽化潜热必须通过液膜，液膜厚度直接影响热量传递。珠状凝结：当凝结液体不能很好的浸润壁面时，则在壁面上形成许多小液珠，此时壁面的部分表面与蒸汽直接接触，因此，换热速率远大于膜状凝结虽然珠状凝结换热远大于膜状凝结，但可惜的是，珠状凝结很难保持，因此，大多数工程中遇到的凝结换热大多属于膜状凝结，因此，教材中只简单介绍了膜状凝结 2为什么冷凝器中的管子多采用水平布置？要增大卧式冷凝器的换热面积，采用什么方案最好？ 只要不是很短的管子，水平布置较竖直布置管外的凝结表面传热系数大。采用增长管长的办法最好。 7 3蒸汽在水平管束外凝结时，沿液膜流动方向管束排数越多，换热强度越低。为什么？ 蒸汽在水平管束外凝结时，上排管子形成的凝结液滴落到下排管子上，使液膜层增厚，阻碍了换热。 4沸腾的概念。 工质内部形成大量气泡并由液态转换到气态的一种剧烈的汽化过程。 5.过冷沸腾和饱和沸腾的概念。过冷沸腾：指液体主流尚未达到饱和温度，即处于过冷状态，而壁面上开始产生气泡，称之为过冷沸腾饱和沸腾：液体主体温度达到饱和温度，而壁面温度高于饱和温度所发生的沸腾，称之为饱和沸腾。 6饱和沸腾曲线可以分成几个区域? 有那些特性点? 各个区域在换热原理上有何特点? 大空间饱和沸腾曲线：表征了大容器饱和沸腾的全部过程，共包括4个换热规律不同的阶段：自然对流、泡态沸腾、过渡态沸腾和膜态沸腾。 7.气化核心的概念。 实验表明，通常情况下，沸腾时汽泡只发生在加热面的某些点，而不是整个加热面上，这些产生气泡的点被称为汽化核心，较普遍的看法认为，壁面上的凹穴和裂缝易残留气体，是最好的汽化核心 8.什么是临界热流密度? 什么是烧毁点? 热流密度的峰值qmax 有重大意义，称为临界热流密度，亦称烧毁点。一般用核态沸腾转折点作为监视接近qmax的警戒。这一点对热流密度可控和温度可控的两种情况都非常重要。 第八章热辐射基本定律 1.可见光 红外线 微波 太阳辐射的热射线: 0.1100m 工业领域温度范围的热射线: 0.7620m 8 2热辐射定义和特点。 (1) 定义：由热运动产生的，以电磁波形式传递的能量； (2) 特点：a 任何物体，只要温度高于0 K，就会不停地向周围空间发出热辐射；b 可以在真空中传播；c 伴随能量形式的转变；d 具有强烈的方向性；e 辐射能与温度和波长均有关；f 发射辐射取决于温度的4次方。 3.什么是黑体, 灰体? 实际物体在什么样的条件下可以看成是灰体? 黑体：是指能吸收投入到其面上的所有热辐射能的物体，是一种科学假想的物体，现实生活中是不存在的。但却可以人工制造出近似的人工黑体。 灰体：单色发射率与波长无关的物体称为灰体。其发射和吸收辐射与黑体在形式上完全一样，只是减小了一个相同的比例。 4物体的发射率, 吸收率, 反射率, 透射率是怎样定义的?发射率：相同温度下，实际物体的辐射力与同温度下黑体辐射力之比当热辐射投射到物体表面上时，一般会发生三种现象，即吸收、反射和透射。 吸收率表示投射的总能量中被吸收的能量所占份额；反射率表示投射的总能量中被反射的能量所占份额； 透射率表示投射的总能量中被透射的能量所占份额。 5.漫表面的概念。物体发射的辐射强度与方向无关的性质叫漫辐射。反射的辐射强度与方向无关的性质叫漫反射。既是漫辐射又是漫反射的表面统称漫表面。 6白颜色的物体就是白体，黑颜色的物体就是黑体，对吗？为什么？ 黑体、白体是对全波长射线而言。在一般温度条件下，由于可见光在全波长射线中只占有一小部分，所以物体对外来射线吸收能力的高低，不能凭物体的颜色来判断。 7.四个黑体辐射基本定律。普朗克定律，斯蒂芬玻尔兹曼定律，兰贝特余弦定律，基尔霍夫定律。 9 第九章辐射换热计算角系数的定义及性质 角系数：有两个表面，编号为1和2，其间充满透明介质，则表面1对表面2的角系数X1,2是：表面1发射出的辐射能中直接落到表面2上的百分数。同理，也可以定义表面2对表面1的角系数。角系数性质：相对性，完整性，分解性。 角系数的性质 相对性 完整性 可加性 2重辐射面的特点。 重辐射面的净换热量为零。重辐射面仍然吸收和发射辐射，只是发出的和吸收的辐射相等。它仍然影响其它表面的辐射换热。这种表面温度未定而净辐射换热量为零的表面被称为重辐射面。 3有效辐射的概念。 灰体表面的有效辐射是其表面的本身辐射和反射辐射之和。 4.表面辐射热阻和空间辐射热阻的表达式。 1-ei eiAi1空间辐射热阻： AiXi,j表面辐射热阻：5应用网络法的基本步骤A 画等效电路图； B 列出各节点的热流(电流)方程组； C 求解方程组，以获得各个节点的等效辐射； D 利用公式 fi=Ebi-Ji， 计算每个表面的净辐射热流量。 1-eieiAi6强化辐射换热和削弱辐射换热的主要途径 强化辐射换热的主要途径有两种：(1) 增加发射率；(2) 增加角系数。 削弱辐射换热的主要途径有三种：(1) 降低发射率；(2) 降低角系数； (3) 加入隔热板。 7普通窗玻璃对红外线几乎是不透过的，但为什么隔着玻璃晒太阳却使人感到暖和？ (1)虽然红外线几乎不透过，但太阳中的可见光却可大部分透过； (2)室内常温物体发出的红外线几乎不能透过窗户到室外。 10 红外区段波长0.38-0.76um，红外线区段0.76-20um。 8北方深秋季节的清晨，树叶叶面上常常结霜。试问树叶上下表面的哪一面结霜？为什么？ 树叶上表面结霜。因为此时天空的温度已降得很低，树叶上表面和天空间辐射换热可失去更多能量；而树叶下表面和大地间有辐射换热，大地表面温度相对天空温度要高得多。 9太阳能吸收器表面材料应满足什么特性？并说明原因 对太阳辐射波段内的射线单色吸收率尽可能大，发射红外波段内范围内射线的单色发射率尽可能的小。这样可以从太阳辐射中尽可能多的吸收能量，而其本身的辐射损失很小。 第十章 传热和换热器 1.换热器有那些主要形式? 换热器是实现两种或两种以上温度不同的流体相互换热的设备，按工作原理可分为三类：间壁式换热器、混合式换热器、回热式换热器。 2间壁式换热器的主要型式 (1)套管式换热器：最简单的一种间壁式换热器，流体有顺流和逆流两种，适用于传热量不大或流体流量不大的情形； (3) 管壳式换热器：最主要的一种间壁式换热器，传热面由管束组成，管子两端固定在管板上，管束与管板再封装在外壳内。两种流体分管程和壳程。 11 (3)板式换热器：由一组几何结构相同的平行薄平板叠加所组成，冷热流体间隔地在每个通道中流动，其特点是拆卸清洗方便，故适用于含有易结垢物的流体。 (4) 螺旋板式换热器：换热表面由两块金属板卷制而成， 优点：换热效果好；缺点：密封比较困难。 2 对数平均温差的公式。 Dt'-Dt''Dtm= 'Dtln''Dt4换热器热计算的基本方法。 平均温差法和效能-传热单元数法。 5是不是所有的换热器都设计成逆流形式的就最好呢？ 12 不是，因为一台换热器的设计要考虑很多因素，而不仅仅是换热的强弱。比如，逆流时冷热流体的最高温度均出现在换热器的同一侧，使得该处的壁温特别高，可能对换热器产生破坏，因此，对于高温换热器，又是需要故意设计成顺流。 6.什么是污垢热阻? 污垢增加了热阻，使传热系数减小，这种热阻称为污垢热阻，用Rf表示，Rf=-1k1式中：k为有污垢后的换热面的传热系数，k0为洁k0净换热面的传热系数。 二、解答题和分析题 1、热量、热流量与热流密度有何联系与区别？ 热能：物质所具有的内动能(广延量，物质的微观运动属性)。单位：焦耳J。 热量Q：系统与外界依靠温差传递的能量(过程量)。单位：焦耳J。 热流：指单位时间所传递的热量。单位：瓦特w 。 热流密度q：通过单位传热面上的热流量。单位：Wm2。 相互关系： Q=ft=qAt 其中t是时间 2、试用简练的话言说明导热、对流换热及辐射换热三种传递方式之间的联系与区别。 答：导热、对流换热及辐射换热是热量传递的三种方式。导热主要依靠微观粒子运动而传递热量；对流换热是流体与固体壁面之间的换热，依靠流体对流和导热的联合作用而产生热量传递；辐射换热是通过电磁波传播能量，是物体之间辐射和吸收的综合结果。一个传热现象往往是几种传热方式同时作用。 3、“热对流”与“对流换热“是否为同一现象?对流换热是否属于基本的传热方式? 答：热对流与对流换热是两个不同的概念属于不同现象，其区别为： 热对流是传热的三种基本方式之一，而对流换热不是传热的基本方式， 对流换热是导热和热对流这两种基本传热方式的综合作用。由于流体质点间的紧密接触，热对流也同时伴随有导热现象； 对流换热必然具有流体与固体壁面间的相对运动。工程中流体与温度不同的固体壁面因相对运动而发生的传热过程称为对流换热。 4、导热系数、表面换热系数及传热系数的单位分别是什么？哪些是物性参数，哪些与过程有关？ 5、保温瓶散热过程分析。 热量从保温瓶内的热水散失到周围环境中去的过程包括以下各个环节： 13 (1)热量由热水通过自然对流换热传递到内层瓶胆的内壁； (2)通过内层瓶胆的导热，热量q1由内层瓶胆内壁传到其外壁； (3)由内层瓶胆的外壁通过辐射换热把热量q2传递到外层瓶胆的内壁； (4)热量由外层瓶胆的内壁通过导热传到其外壁； (5)外层瓶胆的外壁通过辐射换热把一部分热量q4传给外壳内侧； q(6)外层瓶胆外壁通过自然对流换热把热量5传给空气，空气又与外壳内侧发生q自然对流换热把热量5传递给外壳内侧； q(7)通过导热，热量6由外壳内壁传递到其外壁； q(8)外壳外侧通过自然对流把一部分热量7传递给室内空气； q(9)外壳外侧与周围物体间进行辐射换热，换热量为8。 这里要特别指出，保温瓶之所以可以保温的原因主要在于，制造保温瓶时在上述第3个环节上采取了以下削弱传热的措施： 1）瓶胆夹层中抽成真空，从而排除了夹层中空气的导热与对流； 2）在夹层的两壁上涂有一层辐射黑度很小的硝酸银层(即银白色涂层)，从而大大减少了夹层两壁面间的辐射换热。 使用保温瓶时，如果不小心破坏了瓶胆下部抽气封口的密封，空气进入夹层后将使保温性能大大下降。 6、用水壶将盛装的开水放在地面上慢慢冷却，开水以哪些方式散发热量?打开水壶盖和盖上水壶盖，开水的冷却速度有何区别? 答：水壶与地面间以导热方式传递热量；水壶与周围空气间以自然对流换热方式传递热量，与周围环境以辐射换热方式传递热量；壶嘴以蒸发方式散发热量。打开壶盖后，开水的蒸发速度加快，开水由此冷却得更快。 7、冬天，经过在白天太阳底下晒过的棉被，晚上盖起来为什么感到很暖和？并且经过拍打以后，为什么效果更加明显？ 答：棉被经过晾晒以后，可使棉花的空隙里进入更多的空气。而空气在狭小的棉絮空间里的热量传递方式主要是导热，由于空气的导热系数较小，具有良好的保温性能。而经过拍打的棉被可以让更多的空气进入，因而效果更明显。 14 q0q38、冬天，在相同的室外温度条件下，为什么有风比无风时感到更冷些？ 答：假定人体表面温度相同时，人体的散热在有风时相当于强制对流换热，而在无风时属自然对流换热。而空气的强制对流换热强度要比自然对流强烈。因而在有风时从人体带走的热量更多，所以感到更冷一些。 9、夏季在维持20的空调教室内听课，穿单衣感觉很舒适，而冬季在同样温度的同一教室内听课却必须穿绒衣。假设湿度不是影响的因素，试从传热的观点分析这种反常的“舒适温度”现象。 答：夏季人体的散热量为： 10、利用同一冰箱储存相同的物质时，试问结霜的冰箱耗电量大还是未结霜的冰箱耗电量大？ 回答：当其它条件相同时，冰箱的结霜相当于在冰箱蒸发器和冰箱冷冻室之间增加了一个附加热阻，因此，要达到相同的制冷室温度，必然要求蒸发器处于更低的温度。所以，结霜的冰箱耗电量更大。 11、有人将一碗热稀饭置于一盆凉水中进行冷却。为使稀饭凉得更快一些，你认为他应该搅拌碗中的稀饭还是盆中的凉水？为什么？ 答：从稀饭到凉水是一个传热过程。显然，稀饭和水的换热在不搅动时属自然对流。而稀饭的换热比水要差。因此要强化传热增加散热量，应该用搅拌的方式强化稀饭侧的传热。 12、用铝制的水壶烧开水时，尽管炉火很旺，但水壶仍安然无恙。但一旦壶内的水烧干后，水壶很快就被烧坏。试从传热学的观点分析这一现象。 答：壶内有水时，水对壶壁起冷却作用，不致烧坏壶壁，水干后，壶壁得不到充分冷却，使壁温接近火焰温度，水壶就会被烧坏。 或：水侧的表面传热系数远大于火焰侧的表面传热系数，没烧干时，壶底更接近水的温度，所以一般不会达到铝的熔点。 13、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，捏杯子的手会显著地感到热。试分析其原因。 答：杯中水由于被搅动而强化了与杯壁的传热，使杯壁温度接近水温，所以手会感到杯子变热。 14、北方深秋季节的清晨，树叶叶面上常常结霜，试问树叶上、下表面的哪一面结霜？为什么？ 15 答：霜会结在树叶上的表面。因为清晨，上表面朝向太空，下表面朝向地面。而太空表面的温度低于摄氏零度，而地球表面温度一般在零度以上。由于相对树叶下表面来说，其上表面需要向太空辐射更多的能量，所以树叶下表面温度较高，而上表面温度较低且可能低于零度，因而容易结霜。 15、在冬季的晴天，白天和晚上空气温度相同，但白天感觉暖和，晚上却感觉冷。试解释这种现象。 答：白天和晚上人体向空气传递的热量相同，且均要向温度很低的太空辐射热量。但白天和晚上的差别在于：白天可以吸收来自太阳的辐射能量，而晚上却不能。因而晚上感觉会更冷一些。 16、冬季晴朗的夜晚，测得室外空气温度Ta高于0，有人却发现地面上结有一层簿冰，试解释原因(若不考虑水表面的蒸发)。 答：如图所示。假定地面温度为Te。太空温度 T为sky，设过程已达稳态，空气与地面的表面传热系 数为h，地球表面近似看成温度为Te的黑体，太空 T可看成温度为sky的黑体则由热平衡： 44h(Ta-Te)=s(Te-Tsky) 由于Ta>0，而Tsky<0，因此地球表面温度有可 能低于0，即地面可能结冰。 17、什么是“半无限大”物体？半无限大物体的非稳态导热存在正规状况阶段吗？ 答：所谓“半无限大”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，初始温度的影响就远不会消除，所以，半无限大物体的非稳态导热不存在正规状况阶段。 18、Bi®0和Bi®¥各代表什么样的换热条件？有人认为Bi®0代表了绝热工况，是否正确，为什么？ 答：Bi®0时，物体表面的换热热阻远大于物体内部导热热阻。说明换热热阻主要在边界，物体内部导热热阻几乎可以忽略，因而任一时刻物体内部的温度分布趋于均匀，并随时间的推移整体地下降。可以用集总参数法进行分析求解。 Bi®¥时，物体表面的换热热阻远小于物体内部导热热阻。在这种情况下，非稳态导热过程刚开始进行的一瞬间，物体的表面温度就等于周围介质的温度。但是，因为物体内部导热热阻较大，所以物体内部各处的温度相差较大，随着时间的推移，物体内部各点的温度逐渐下降。在这种情况下，物体的冷却或加热过程的强度只决定于物体的性质和几何尺寸。 认为Bi®0代表绝热工况是不正确的，Bi®0的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 试说明集总参数法的物理概念。 答：当固体内部的导热热阻远小于其表面的换热热阻时，即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。 tt20、什么叫时间常数c？试分析测量恒定的流体温度时c对测量准确度的影16 响。 答：tc=rcVhA,具有时间的量纲，称为时间常数，tc数值上等于过余温度t为初始过余温度的36.8%时所经历的时间。c越小，表示物体热惯性越小，到达流体温度的时间越短。测温元件的时间常数大小对恒温流体的测量准确度没t有影响，对变温流体的测量准确度有影响，c越小，准确度越高。 17