传热学教案

教案是教师根据课程标准、教学大纲和教科书的要求及教学对象的特点,对教学内容、教学步骤、教学方法、教学重难点等进行的设想和计划。以下是小编的收集整理的《传热学教案》，供大家参考借鉴，希望可以帮助到有需要的朋友。

第1篇：传热学教案

传热学教案1

第1章 绪论

1.1 概 述

1.1.1、传热学研究内容

传热学是研究热量传递规律的学科，研究热量传递的机理、规律、计算和测试方法。

热量传递过程的推动力：温差

1)物体内只要存在温差，就有热量从物体的高温部分传向低温部分; 2)物体之间存在温差时，热量就会自发的从高温物体传向低温物体。 1.1.2、传热学研究中的连续介质假设

将假定所研究的物体中的温度、密度、速度、压力等物理参数都是空间的连续函数。

1.1.3、传热学与工程热力学的关系 相同点：

传热学以热力学第一定律和第二定律为基础。 不同点 a)定义：

工程热力学：热能的性质、热能与机械能及其他形式能量之间相互转换的规律。

传热学：热量传递过程的规律。 b) 状态

工程热力学：研究平衡态; 传热学：研究过程和非平衡态

15 c)时间

工程热力学：不考虑热量传递过程的时间。 传热学：时间是重要参数。 1.1.4、传热学的应用

 自然界与生产过程到处存在温差—传热很普遍

 传热学在日常生活、生产技术领域中的应用十分广泛。 热量传递中的三类问题  强化传热  削弱传热  温度控制 日常生活中的例子

a 人体为恒温体。若房间里气体的温度在夏天和冬天都保持22度，那么在冬天与夏天、人在房间里所穿的衣服能否一样?为什么? b 夏天人在同样温度(如：25度)的空气和水中的感觉不一样。为什么?

c 北方寒冷地区，建筑房屋都是双层玻璃，以利于保温。如何解释其道理?越厚越好?

d 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? e 为什么水壶的提把要包上橡胶?

f 不同材质(塑料、金属)的汤匙放入热水中，哪个黄油融解更快? 生产技术领域大量存在传热问题

16 a 航空航天：卫星与空间站热控制;空间飞行器重返大气层冷却;超高音速飞行器冷却; b 微电子： 电子芯片冷却

c 生物医学：肿瘤高温热疗;生物芯片;组织与器官的冷冻保存 d 军 事：飞机、坦克;激光武器;弹药贮存

e 制 冷：跨临界二氧化碳汽车空调/热泵;高温水源热泵 f 新能源：太阳能;燃料电池 o 很多行业中如何让热量有效地传递成为解决问题的关键 o 大规模集成电路芯片的散热问题 o 航天飞机的有效冷却和隔热 o 材料加工行业的散热问题 传热学的研究方法  实验测定  理论分析  数值模拟

1.2 热量传递的三种基本方式

热能传递基本方式：导热(热传导)、对流、热辐射 1.2.1 导热(热传导)

1 概念

定义：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产生的热量传递称导热。

如：固体与固体之间及固体内部的热量传递。

2、导热的特点 • 必须有温差 • 物体直接接触

• 依靠分子、原子及自由电子等微观粒子热运动而传递热量;不发生宏观的相对位移 • 没有能量形式之间的转化

3、导热的基本规律 • 1 )傅立叶定律 • 1822 年，法国物理学家

如图 1-1 所示的两个表面分别维持 均匀恒定温度的平板，是个一维导热问题。

考察x方向上任意一个厚度为 dx的微元层。

根据傅里叶定律，单位时间内通过该层的导热热量与当地的温度变化率及平板面积A成正比，即

dtAdx 1-1 式中λ是比例系数，称为热导率，又称导热系数，负号表示热量传递的方向与温度升高的方向相反。 • 2 )热流量

单位时间内通过某一给定面积的热量称为热流量，记为Φ，单位W。 • 3 )热流密度(面积热流量)

18 单位时间内通过单位面积的热量称为热流密度，记为q，单位 W/㎡。

当物体的温度仅在 x 方向发生变化时，按傅立叶定律，热流密度的表达式为:

q• 4 )导热系数λ

dtAdx 1-2 λ表征材料导热性能优劣的参数，是一种物性参数，单位： W/m·k 。

不同材料的导热系数值不同，即使同一种材料导热系数值与温度等因素有关。金属材料最高，良导电体，也是良导热体，液体次之，气体最小。

例题1-1 有三块分别由纯铜(热导率λ1=398W/(m·K))、黄铜(热导率λ2=109W/(m·K))和碳钢(热导率λ3=40W/(m·K))制成的大平板，厚度都为10mm，两侧表面的温差都维持为tw1 – tw2 = 50℃不变，试求通过每块平板的导热热流密度。

解：这是通过大平壁的一维稳态导热问题。

1.2.2 热对流 1 基本概念

1) 热对流：是指由于流体的宏观运动，从而使流体各部分之间发生相对位移，冷热流体相互掺混所引起的热量传递过程。

热对流仅发生在流体中，流体中有温差——对流的同时必伴随有导热现象。自然界不存在单一的热对流。

2) 对流换热：流体流过一个物体表面时的热量传递过程，称为对流换热。

2 、对流换热的分类

1)根据对流换热时是否发生相变分  无相变的对流换热  有相变的对流换热

沸腾换热：液体在热表面上沸腾的对流换热。

凝结换热：蒸汽在冷表面上凝结的对流换热。 2)根据引起流动的原因分：自然对流和强制对流。

20  自然对流：

由于流体冷热各部分的密度不同而引起流体的流动。如：暖气片表面附近受热空气的向上流动。  强制对流：

流体的流动是由于水泵、风机或其他压差作用所造成的。 3) 根据流动状态分为：层流和湍流。

3、对流换热的特点

• 必须有流体的宏观运动，必须有温差;

• 对流换热既有对流，也有导热;对流换热不是基本的热量传递方式。

• 流体与壁面必须直接接触; • 没有热量形式之间的转化。

4 、对流换热的基本规律 < 牛顿冷却公式 > 流体被加热时： qh(twtf)流体被冷却时： qh(tftw)如果把温差(亦称温压)记为Δt，并约定永远取正值，则牛顿冷却公式可表示为

qhtAht表面传热系数(对流换热系数) hΦ (A(twt))W(m2C)—— 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

h是表征对流换热过程强弱的物理量

21 影响h因素：流动原因、流动状态、流体物性、有无相变、壁面形状大小等。

一般地，就介质而言：水的对流换热比空气强烈;

就换热方式而言：有相变的强于无相变的;强制对流强于自然对流。 对流换热研究的基本任务：用理论分析或实验的方法推出各种场合下表面换热导数的关系式。

1.2.3、热辐射

1、基本概念

1)辐射和热辐射

物体通过电磁波来传递能量的方式称为辐射。因热的原因而发出辐射能的现象称为热辐射。 2)辐射换热

22 辐射与吸收过程的综合作用造成了以辐射方式进行的物体间的热量传递称辐射换热。 2.辐射换热的特点

 不需要物体直接接触。可以在真空中传递，而且在真空中辐射能的传递最有效。

 在辐射换热过程中，不仅有能量的转换，而且伴随有能量形式的转化。

辐射时：辐射体内热能→辐射能; 吸收时，辐射能→受射体内热能。  只要温度大于零就有能量辐射。

 物体的辐射能力与其温度性质有关。这是热辐射区别于导热，对流的基本特点。

3 热辐射的基本规律(斯蒂芬-玻尔兹曼定律)

黑体：能全部吸收投射到其表面辐射能的物体。 或称绝对黑体。(Black body)

黑体的辐射能力与吸收能力最强，黑体在单位时间内发出的辐射热量由斯忒潘—玻耳兹曼定律获得。

AT4其中 T ——黑体的热力学温度 K ;

1-7

5.6710-8W/m2K4σ——斯忒潘—玻耳兹曼常数(黑体辐射常数)，其值为;

A——辐射表面积 m2 。

23 一切实际物体的辐射能力都小于同温度下的黑体，实际物体辐射热流量也可以根据斯忒潘——玻耳兹曼定律求得： AT4其中 Φ ——物体自身向外辐射的热流量，而不是辐射换热量; ε ——物体的发射率(黑度)，其值总小于1，它与物体的种类及表面状态有关。

要计算辐射换热量，必须考虑投到物体上的辐射热量的吸收过程，即收支平衡量，详见第9章。

eg：表面积为A

1、表面温度为T

1、发射率为ε1的一物体包容在一个很大的表面温度为T2的空腔内，物体与空腔表面间的辐射换热量

综合分析

1A1(T14T24)

1.3 传热过程和传热系数 1.3.1、传热方程式 1 、概念

热量由壁面一侧的流体通过壁面传到 另一侧流体中去的过程称传热过程。 2 、传热过程的组成 一般包括串联的三个环节： ① 热流体 → 壁面高温侧;

24 ② 壁面高温侧 → 壁面低温侧; ③ 壁面低温侧 → 冷流体。

稳态过程通过串联环节的热流量相同。 3 、传热过程的计算

针对稳态的传热过程，即 Φ=const 传热环节有三种情况，则其热流量的表达式如下：

Ah1tf1tw1Atf1tw1Ah1Ah2tw2tf2

也可以表示成:: tw1tw2tw1tw2A/tw2tf2Ah2A(tf1tf2)11h1h2Ak(tf1tf2)Akt式中，k称为传热系数，单位 W/m2K

4、传热系数

概念

是指用来表征传热过程强烈程度的指标。数值上等于冷热流体间温差Δt=1 ℃，传热面积A=1m2时热流量的值。 K值越大，则传热过程越强，反之，则弱。 K的影响因素

①与传热过程的两种流体的种类; ②流速大小、传热过程是否有相变。 传热系数的表达式为: k

111h125 h25 、热阻分析 1)类比方法

• 对各种转移过程的规律进行分析与比较，充分揭示出相互之间的类同之处，并相互应用各自分析的结论，是研究转移过程的一种行之有效方法。

• 热电类比(热阻分析)是传热学常用的研究方法：即将电学中的欧姆定律及电学中电阻的串并联理论应用于传热学热量传递现象的研究。 热路与电路的相似性

2)热阻

a、热阻定义：热转移过程的阻力称为热阻。

b、热阻分类：不同的热量转移有不同的热阻，其分类较多，如：导热阻、辐射热阻、对流热阻等。 对平板导热而言又分：

面积热阻RA：单位面积的导热热阻。 热阻R：整个平板导热热阻。 c、热阻的特点

26 串联热阻叠加原则：在一个串联的热量传递过程中，若通过各串联环节的热流量相同，则串联过程的总热阻等于各串联环节的分热阻之和。 3)导热热阻

ttqtR单位面积平壁的导热热阻 面积为A的平壁，导热热阻 4)对流换热热阻

Rm2KW(A)KWtt

q1hRhtt

q111Rk1K h11h2tf1- tf2

单位面积的传热热阻：

Rk11h1h2k越大，传热越好;热阻越小，传热越好

例题1-

3、一房屋的混凝土外墙的厚度为=200mm ，混凝土的热导率为=1.5W/(m·K) ，冬季室外空气温度为tf2=-10℃, 有风天和墙壁之间的表面传热系数为h2=20W/(m2·K)，室内空气温度为tf1= 25℃,和墙壁之间的表面传热系数为h1=5 W/(m2·K)。假设墙壁及两侧的空气温度及表面传热系数都不随时间而变化，求单位面积墙壁的散热损失及内外墙壁面的温度。

解：由给定条件可知，这是一个稳态传热过程。通过墙壁的热流密度，即单位面积墙壁的散热损失为

27

1.4 传热学发展简史

18世纪30年代工业化革命促进了传热学的发展 • 导热(Heat conduction)

– 钻炮筒大量发热的实验(B. T. Rumford, 1798年) – 两块冰摩擦生热化为水的实验(H. Davy, 1799年) – 导热热量和温差及壁厚的关系(J. B. Biot, 1804年) – Fourier 导热定律 (J. B. J. Fourier , 1822 年) – G. F. B. Riemann/ H. S. Carslaw/ J. C. Jaeger/ M. Jakob • 对流换热 (Convection heat transfer)

– 不可压缩流动方程 (M.Navier,1823年) – 流体流动Navier-Stokes基本方程 (G.G.Stokes,1845年)

– 雷诺数(O.Reynolds,1880年)

28 – 自然对流的理论解(L.Lorentz, 1881年)

– 管内换热的理论解(L.Graetz, 1885年;W.Nusselt,1916年)

– 凝结换热理论解 (W.Nusselt, 1916年)

– 强制对流与自然对流无量纲数的原则关系 (W.Nusselt,1909年/1915年)

– 流体边界层概念 (L.Prandtl, 1904年) – 热边界层概念 (E.Pohlhausen, 1921年)

– 湍流计算模型 (L.Prandtl,1925年; Th.Von Karman, 1939年;R.C. Martinelli, 1947年)

本章小结： (1) 导热

Fourier 定律： (2) 对流换热

Newton 冷却公式： (3) 热辐射

Stenfan-Boltzmann 定律： (4) 传热过程

29

第2篇：传热学教案1

第1章 绪论

1 、重点内容： ① 热能传递的三种方式及热量传递的速率方程;

② 传热过程及传热方程式; 2 、掌握内容：黑体，传热系数，传热热阻。 3 、了解内容：传热学的研究内容

第一章介绍传热学的研究内容，传热学中热量传递的三种基本方式：导热、对流、热辐射。以及包含这三个基本方式的传热过程。

4、基本概念: 热传导、热对流、热辐射、黑体、传热过程、热阻、热流密度。

5、基本定律：傅里叶定律、牛顿冷却公式、斯蒂凡-波尔兹曼常数。 学习目标：

①

能确定物体的传热方式。

②

能利用热量传递的速率方程计算热流密度或热流量。 ③ 能利用传热方程式计算传热过程的传热量。 ④ 掌握如黑体，传热系数等基本概念。

§1-1 热能传递的三种基本方式

包括热传导、热对流、热辐射三种方式 一 、热传导 1 、概念

物体各部分之间不发生相对位移，而依靠分子、原子等微观粒子的热运动产生的热能传递。

2、公式

由傅立叶定律知：单位时间通过一定面积的导热热流量与温度变化率和面积有关：

=—Adt (1-1) dxλ为材料导热系数，负号表明热量传递方向与温度升高方向相反。

通过单位面积的热流量称为热流密度：

dtq==- (1-2) Adx二 、热对流

1、概念

由于流体宏观运动而引起的流体各部分之间发生相对位移，冷热流体相互掺混所导致的热量传递。工程上主要研究流体流过一物体表面时流体与物体表面间的热量传递过程，称为对流传热。

15 根据流动起因，对流传热可分为两类：强制对流和自然对流。另外，液体相变时也伴有对流传热，一般分为沸腾传热和凝结换热。

2、公式

q=ht (1-3) =hAt (1-4)

h为表面传热系数，Δt为壁面与流体间温差，永远取正值。

三、热辐射

1、概念

物体会因各种原因发出辐射能，其中因为热的原因而发出辐射能的现象称为热辐射。

物体间通过辐射方式进行热量传递成为辐射换热。 辐射传热的两个特点：

① 能在真空中传递，而且在真空中传递最有效。 ② 不仅伴随能量的转移，而且有能量形式的转换。

理想黑体：能吸收投入到其表面上的所有热辐射能量的物体。

2、公式

斯蒂凡-波尔兹曼定律：黑体在单位时间内发出的热辐射热量

=AT4 (1-5)

实际物体辐射热流量采用发射率(黑度)修正：

=AT4 (1-6)

两种简单的情况：两块非常接近的互相平行黑体壁面间辐射传热、封闭空腔内物体表面辐射换热。

(1-7) =1A1(T14-T24)

§1-2 传热过程和传热系数

一、传热方程式

1、概念

传热过程：热量由壁面一侧流体通过壁面传递到另一侧流体的过程。包括串联着的三个环节：

① 热流体与壁面高温侧的换热 ② 壁面高温侧倒壁面低温侧的热量传递 ③ 壁面低温侧与冷流体换热。

16 这三个过程中的热流量应该是相等的。

=A(tf1-tf2) (1-8)

11++h1h2也可以表示成：

(1-9) =Ak(tf1-tf2)K为传热系数，数值上等于冷热流体见温差为1℃、传热表面积1㎡时热流量的值。

二 、传热热阻

由(1-8)和(1-9)式可得

111=++ (1-10) kh1h2两边同乘以1/A得：

111 (1-11) =++AkAh1AAh2如此可以将(1-9)式写成温压-热阻形式。热阻叠加原则与电学中的串联法则相对应。

1 即为传热过程热阻。传热过程Ak 17

第3篇：传热比赛教案

2.7 传热比赛 【教学目标】 科学概念

1.不同材料制成的物体，导热性能是不一样的。

2.像金属这样导热性能好的物体称为热的良导体;而像塑料、木头这样导热性能差的物体称为热的不良导体。

过程与方法

1.进行不同材料物体热传导性能的比较实验。 2.分析热的良导体与热的不良导体在生活中的运用。 情感态度与价值观

1.发展对探究的浓厚兴趣。

2.意识到实验方法的选择和改进对实验数据的准确性产生影响。 【养成教育训练点】

1.培养学生的设计实验能力。 2.培养学生对探究的浓厚兴趣。 【教学重点】

通过设计实验方案并进行实验来证明热在不同物体中的传导有差异，即热的良导体与热的不良导体。

【教学难点】进行不同材料物体热传导性能的比较实验。 【教学准备】

1.教师准备：酒精灯、火柴、蜡烛、金属导热性能演示器、水壶、实验记录单。

2.学生准备：塑料勺、木勺、钢勺、杯子、热水、蜡烛、铜丝、钢丝、铝丝。

【教学过程】

一、创设情境，激情导入

1.在展示台上出示一个壶把和壶身是两种材料的水壶，倒进一些热水，请学生上来摸一下壶身。

师：手有什么感觉?

(追问：水只装了一点，为什么水壶就热了?热是怎样传到水壶的上面的?)(再请同学摸水壶把)

师：手有什么感觉?这是怎么回事?

水壶分别是用什么材料做成的?(请大家观察壶身、壶把) 2.猜想不同材料制成的物体在传热性能方面的不同?

师：怎样知道哪种材料传热快，哪种材料传热慢呢?本节课就让我们一起来做传热比赛吧!(板书课题)

二、学生实验验证

(一)金属、木头、塑料的导热比赛。

1.老师为大家提供实验材料：金属小勺儿、木头小勺儿、塑料小勺。你们能不能自己设计一个传热比赛的实验方案，比一比哪种实验材料的传热速度快。在实验前可以请一位同学来预测一下哪种材料的传热快哪种慢，下面请大家设计实验方案并且通过你们的实验来进一步验证你们的预测是否正确。

2.小组讨论自己的实验方案。 师：谁来汇报一下?

(生：把三把小勺放到烧杯里，倒入热水，用手摸，看哪只小勺最先变热。) 师：人的感觉可能不十分准确，那么哪个小组再来说一说?

生：把三把小勺勺柄顶端涂上凡士林把勺子放进烧杯里，哪个小勺传热快，勺柄上的凡士林就会最先融化。

3.分组实验，教师巡视指导。

师：下面各小组进行实验，实验前，老师要求同学们注意(课件出示) (1)实验中我们使用了热水，水温很高但不要烫手。 (2)凡士林的量相等。 4.汇报实验情况。

5.小结：不同材料的传热的快慢不相同，金属材料的传热较快，塑料、木头等材料传热较慢。不同材料传热的快慢不相同。像实验中的金属那样，传热能力好的物体叫做热的良导体。塑料、木头等传热能力弱的物体叫做热的不良导体。

(二)铜丝、铝丝与钢丝的导热比赛 1.提问引起兴趣。

师：通过刚才的实验我们发现，物体的导热性能是不同的，金属材料导热性能要好一些，铜、铁、铝都是金属，都是热的良导体，大家猜想一下它们的传热速度是否相同呢? 2.根据材料设计实验方法，自主研究。

根据老师给你们准备的酒精灯、铁架台、铜丝、铝丝、钢丝，火柴等材料设计实验方案，自主探究。

3.学生实验活动。

师：下面就用实验来验证你们的猜想。 温馨提示：酒精灯的使用步骤方法：

① 使用前先检察酒精灯的灯身是否完好，酒精不可超过灯身的1/2; ② 使用时，打开的灯帽要扣放在自己的右前方，以免实验中将其碰掉; ③ 火柴要自内向外划燃，点灯时注意自下向上的点燃;

④ 注意观察酒精灯的火焰，分为外、中、内三层，其中外焰的温度最高，加热时，应该用外焰加热;

⑤ 实验完毕，用灯帽灭火，盖灭后迅速提起灯帽再盖一次。 4.汇报交流：同样都是金属，但它们的导热速度也是不同的。 实验中还有什么新的发现?遇到了哪些困难，是怎样解决的? 师小结：同样是金属，但它们的导热速度也是不同的。

(三)演示铜、铁、铝金属导热性能

教师演示教科书第42页下部设计的实验，让学生再次观察比较这三种材料的导热性能。说说观察到的现象和想法。

三、认识生活中的相关应用拓展

1.请你联系生活想一想，我们是如何利用热的良导体和热的不良导体? 生1：炒菜的锅是用金属做的，是热的良导体，很快能把菜炒好。

生2：炒锅的把手是木头做的，木头可以隔热，这样炒菜时摸起来就不会烫手。

生3：我们的桌椅都是用木头做的，木头是热的不良导体，冬天坐上去不会很快的把身体的热吸走，所以不会感觉很冷。

生4：工人叔叔运用气焊进行焊接时也运用到了热传导等。 2.鼓励学生，激发学生学习兴趣。

孩子们，其实在我们的生活中有许许多多的科学现象等待我们去探索、去发现，只要你们能够留意生活，多观察，主动探究，就一定能够发现很多大自然的秘密。

四、总结

通过今天的学习，你都有哪些收获?还有什么问题想要探讨? 【板书设计】 7. 传热比赛 热的良导体

金属 不同材料物体导热性能不一样 热的不良导体

塑料、木头

第4篇：传热学答案

2-4 一烘箱的炉门由两种保温材料A及B组成，且A2B(见附图)。已知A0.1W/(m.K),B0.06W/(m.K),烘箱内空气温度tf1400℃，内壁面的总表面传热系数h150W/(m.K)。为安全起见，希望烘箱炉门的 外表面温度不得高于50℃。设可把炉门导热作为一维问题处理，试决定所需保温材料的厚度。环境温度tf225℃，外表面总传热系数h29.5W/(m.K)。

qtf1tfw2AABBh1tf1th2ttf2解：热损失为又tfw50

℃；AB

3联立得A0.078m;B0.039m

2-16 一根直径为3mm的铜导线，每米长的电阻为2.2210。导线外包有厚为1mm导热系数为0.15W/(m.K)的绝缘层。限定绝缘层的最高温度为65℃，最低温度为0℃。试确定在这种条件下导线中允许通过的最大电流。

Q2lq2l(t1t2)ln(r2/r1)210.15650ln2.5/1.5119.8W解：根据题意有：

119.86IR 解得：I232.36A

-40 试由导热微分方程出发，导出通过有内热源的空心柱体的稳态导热热量计算式及壁中的温度分布。为常数。

解：有内热源空心圆柱体导热系数为常数的导热微分方程式为

1tr0rrr

2经过积分得

tc1lnrc2rr

r3/t0tw0lnr01r3因为所以得 trr0,ttw;r0,tt0r3/t0tw0lnr01lnrt0对其求导得

2-53 过热蒸气在外径为127mm的钢管内流过，测蒸气温度套管的布置如附图所示。已知套管外径d=15mm，壁厚＝0.9mm，导热系数49.1W/(m.K)。蒸气与套管间的表面传热系数h=105有的长度。 W/(m.K)2。为使测温误差小于蒸气与钢管壁温度差的0.6％，试确定套管应

h01chmh0.6100, 解：按题意应使h00.6%，chmh166.7，查附录得：mharcch(166.7)5.81， mhU。

3－7 如图所示，一容器中装有质量为m、比热容为c的流体，初始温度为tO。另一流体在管内凝结放热，凝结温度为t。容器外壳绝热良好。容器中的流体因有搅拌器的作用而可认为任一时刻整个流体的温度都是均匀的。管内流体与容器中流体间的总传热系数k及传热面积A均为以知，k为常数。试导出开始加热后任一时刻t时容器中流体温度的计算式。

解：按集总参数处理，容器中流体温度由下面的微分方程式描述 A10549.10.910348.75，H5.8148.750.119mhA(TT1)cvtt1dtd

kA此方程的解为 t0t1exp(c)

0

03－10 一热电偶热接点可近似地看成为球形，初始温度为25C，后被置于温度为200C地气流中。问欲使热电偶的时间常数c1s热接点的直径应为多大？以知热接点与气流间的表面传热系数为35W/(mK)，热接点的物性为：20W/(mk)，c400J/(kgk)，8500kg/m32，如果气流与热接点之间还有辐射换热，对所需的热接点直径有何影响？热电偶引线的影响忽略不计。

解：由于热电偶的直径很小，一般满足集总参数法，时间常数为：V/AR/3tch1350850040010.29105ccvhA

5 故cm

0.617m 热电偶的直径： d2R2310.2910 验证Bi数是否满足集总参数法 Bivh(V/A)35010.2910205 0.00180.0333

故满足集总参数法条件。

若热接点与气流间存在辐射换热，则总表面传热系数h（包括对流和辐射）增加，由ccvhA知，保持c不变，可使V/A增加，即热接点直径增加。

3－12 一块单侧表面积为A、初温为t0的平板，一侧表面突然受到恒定热流密度q0的加热，另一侧表面受到初温为t的气流冷却，表面传热系数为h。试列出物体温度随时间变化的微分方程式并求解之。设内阻可以不计，其他的几何、物性参数均以知。 解：由题意，物体内部热阻可以忽略，温度只是时间的函数，一侧的对流换热和另一侧恒热流加热作为内热源处理，根据热平衡方程可得控制方程为: dtcvhA(tt)Aqw0d t/t0t0

引入过余温度tt则: cvddhAAqw0 /t00

hABecvqwh 上述控制方程的解为:B0qw 由初始条件有：

h，故温度分布为: tt0exp(hAcv)qwh(1exp(hAcv))

3－13 一块厚20mm的钢板，加热到5000C后置于200C的空气中冷却。设冷却过程中钢板两侧面的平均表面传热系数为35W/(mK),钢板的导热系数为45W/(mK)，若扩散率为1.37510522m/s。试确定使钢板冷却到空气相差100C时所需的时间。 2 解：由题意知BihA0.00780.1

故可采用集总参数法处理。由平板两边对称受热，板内温度分布必以其中心对称，建立微分方程，引入过余温度，则得： dcvhA0d(0)tt0

 解之得：00exp(hAcv)exp(hc(V/A))exp(h)

当10C时，将数据代入得，＝3633s

3－24 一高H＝0.4m的圆柱体，初始温度均匀，然后将其四周曲面完全绝热，而上、下底面暴露于气流中，气流与两端面间的表面传热系数均为50W/(mK)。圆柱体导热系数20W/(mk)，热扩散率5.6106m2/s。试确定圆柱体中心过余温度下降到初值

2一半时间所需的时间。 解：因四周表面绝热，这相当于一个厚为20.4m的无限大平壁的非稳态导热问题，

m00.5,Bih500.2200.5 F01.7,F0由图3-6查得

2a1.70.2265.61012142s3.37h6－

11、已知：平均温度为100℃、压力为120kPa的空气，以1.5m/s的流速流经内径为25mm电加热管子。均匀热流边界条件下在管内层流充分发展对流换热区Nu=4.36。

求：估计在换热充分发展区的对流换热表面传热系数。

pRT1200002873731.121kg/m3解：空气密度按理想气体公式计算，

空气的与压力关系甚小，仍可按一物理大气压下之值取用，

100℃时：

21.9106

kg/ms,Re1.1211.521.90.025100.03210.025619192300,

故为层流。按给定条件得：

h4.36d4.365.6W/mK2。

6－

13、已知：一直管内径为16cm，流体流速为1.5m/s，平均温度为10℃，换热进入充分发展阶段。管壁平均温度与液体平均温度的差值小于10℃，流体被加热。

求：试比较当流体分别为氟利昂134a及水时对流换热表面传热系数的相对大小。 解：由附录10及13，10℃下水及R134a的物性参数各为：

R134a：0.0888W/mK,0.201810水：0.574W/mK,1.30610对R134a：

Re1.50.0160.2018100.86626m/s,Pr3.915；

2m/s,Pr9.52；

1.1893100.45,2531.3W/mKh0.0231189303.9150.08880.0162

对水：

Re1.50.0161.306100.8618376,0.4h0.023183769.520.5740.0165241W/mK2

对此情形，R134a的对流换热系数仅为水的38.2%。

6-

25、已知：冷空气温度为0℃，以6m/s的流速平行的吹过一太阳能集热器的表面。该表面尺寸为1m1m，其中一个边与来流方向垂直。表面平均温度为20℃。

求：由于对流散热而散失的热量。

tf020210解：℃

610℃空气的物性 14.1610Reul61.014.1610112,2.511052,Pr0.705

x64.2372810

Nu0.664RehPr3384.68

2384.682.51101.0

29.655w(mk)2

s111.0m

hs(twt0)9.655(200)193.1

6-2

7、已知：一个亚音速风洞实验段的最大风速可达40m/s。设来流温度为30℃，平板壁温为70℃，风洞的压力可取1.01310Pa。

求：为了时外掠平板的流动达到510的Rex数，平板需多长。如果平板温度系用低

55压水蒸气在夹层中凝结来维持，平板垂直于流动方向的宽度为20cm时。试确定水蒸气的凝结量。

tm7030250解：℃，查附录8得：

6

0.0283W/mK,17.9510Re40x17.95100.56m/s,Pr0.698，

1

2 x5105,x17.95104050.50.224m， 416.5，

Nu0.664RePr1/30.6645100.6981/

3 h416.50,0283/0.22452.62W/mK,

2 2hAt52.620.20.224703094.3W,

在t70℃时，气化潜热r2334.110J/kg，

3 凝结水量G94.336002334.11030.1454kg/h。

6-3

3、已知：直径为0.1mm的电热丝与气流方向垂直的放置，来流温度为20℃，电热丝温度为40℃，加热功率为17.8W/m。略去其它的热损失。

求：此时的流速。

解：

qlhdtwtf,hdtwtf30ql17.80.110540202833W/mK2

定性温度tm20402℃，

60.0267W/mK,1610Nu28330.02670.1101/0.4663m/s,Pr0.701

210.61。先按表5-5中的第三种情况计算，

10.610.6836NuRe0.683侧u2.1459360，符合第二种情形的适用范围。

57.6m/sd故得：Re161036030.110。

6-

34、已知：可以把人看成是高1.75m、直径为0.35m的圆柱体。表面温度为31℃，一个马拉松运动员在2.5h内跑完全程（41842.8m），空气是静止的，温度为15℃。不计柱体两端面的散热，不计出汗散失的部分。

求：此运动员跑完全程后的散热量。

u41842.842.536004.649m/s

解：平均速度，定性温度

62tm3115223℃，空气的物性为：0.0261W/mK,15.3410Re4.6490.3515.3416m/s,Pr0.702，

1060724104 ，按表5-5.有：

0.02661060720.805 Nu0.0266Re0.805295.5，

h295.50.0261/0.3522W/mK, Aht3.14160.351.75223115677.3W

在两个半小时内共散热2.53600677.360959606.09610J6-

37、已知：如图，最小截面处的空气流速为3.8m/s，

tf2635℃，肋片的平均表面温度为65℃，98W/mK,肋根温度维持定值:s1/ds2/d2,d10mm,规定肋片的mH值不应大于1.5.在流动方向上排数大于10. 求：肋片应多高

解：采用外掠管束的公式来计算肋束与气流间的对流换热，定性温度“

tm3565250℃，0.0283W/mK,17.951021176m/s，

2 Re3.80.0117.95106，由表（5-7）查得C0.482,m0.556，

34.050.02830.0196.4W/mKNu0.48221170.55634.05,h

,

d980.018-

15、已知材料AB的光谱发射率与波长的关系如附图所示，试估计这两种材料的发射率m4h496.419.83,H1.随温度变化的特性，并说明理由。

解：A随稳定的降低而降低；B随温度的降低而升高。 理由：温度升高，热辐射中的短波比例增加。 9—30、已知：如图，（1）所有内表面均是500K的黑体；（2）所有内表面均是＝0.6的漫射体，温度均为500K。 求：从小孔向外辐射的能量。 解：设小孔面积为2A2，内腔总表面壁为

2A1，则：

2A2r13.14160.0168.0410m1，

A1r2d1Hr2r12222223.14160.020.040.040.020.016x1,2A2A18.0410436.736103m，42

4x2,11，6.736100.11941,2A20T1T2。

，

4411/21x2,11/11x1,2211,28.0410（1）1,

1,25.6752.85W4；

8.04105.6754（2）21，10.6，

10.11941/0.612.64W9-

45、已知：用裸露的热电偶测定圆管气流的温度，热电偶的指示值为t1＝170℃。管壁温度tw＝90℃，气流对热节点的对流换热系数为h＝50W/（m·K），热节点表面发射率为＝0.6。 求：气流的真实温度及测温误差。 解：htft10T1Tw442

， tft14C0T1h40.65.67Tw441704.433.6350100100

184.41704

17014.1℃84，测温误差：.4184.4100％7.8％

第5篇：传热学论文

地球的温室效应分析：原因及其对策

内燃1301赵坤

摘要：地球自有人类出现至今，已为人类的生存提供了维持生命所必须的条件,但人类社会的发展和对地球的开发利用，使得地球正遭受着毁灭性破坏。工业化革命以来，人类的活动增加了大气中的温室气体，导致了地球升温，全球气候不断恶化„„

关键词：全球变暖 温室效应 二氧化碳 对策

何为温室效应

温室效应，是指“大气中的温室气体通过对长波辐射的吸收而阻止地表热能耗散，从而导致地表温度增高的现象”。温室效应，又称“花房效应”，是大气保温效应的俗称。大气中的二氧化碳浓度增加，阻止地球热量的散失，使地球发生可感觉到的气温升高，这就是有名的“温室效应”。破坏大气层与地面间红外线辐射正常关系，吸收地球释放出来的红外线辐射，就像“温室”一样，促使地球气温升高的气体称为“温室气体”。

温室效应的一般机理

温室效应是由太阳——大气——地球系的物理学相互作用造成的,包含以下关键因素。

(1)太阳的温度大约为5800K它外发射光线,产生许多波长的光,波谱范围从紫外线到红外线,在550μm左右的可见光部分最大。

(2)这些光线的大部分通过大气传到地面,其中一部分被陆地或海洋表面吸收。

(3)地球表面也发射辐射,地球辐射的波长范围从接近红外线区域到远离红外线区域,峰值大约为10μm,比太阳光的波长长得多。如果没有大气存在,这个通量将与太阳入射通量平衡。

(4)无云的大气层对太阳光是相当透明的,但对于地球的红外辐射的透明程度则小得多,因此,大气被加热了,随后地球表面也显著增暖。

(5)大气中含有吸收红外辐射的所谓“温室气体”,包括水汽、二氧化碳、甲烷、氧化氮、臭氧和一些浓度更低但仍强烈吸引红外辐射的气体,如氯氟烃类。所有这些温室气体都在一个或多个狭窄的波长范围内吸收红外辐射,形成红外吸收带。由于含有自然吸收红外辐射气体的大气造成了大气的整个较低部分变暖,升温幅度超过30K,这一现象常常被称为自然温室效应。这种增温还可以被认为是由于发射红外辐射的有效高度增加而产生的。大气低层对于红外辐射不再是透明的,所以地球向外辐射就从更高的高度上发射,结果使得地球表面变得更暖。

温室效应加剧的原因

人类活动使温室气体含量增加

大气中的温室气体,主要有六种,包括:二氧化碳、一氧化二氟烃类物质。关于每种温室气体含量增加的原因,具体分析如下: (1)二氧化碳(CO2)。在对大气释放CO2方面,最重要的人类活动是交通、电力等部门对化石燃料的消耗,全球每年因此接受到的碳量19世纪中期为1亿吨左右,到本世纪80年代已达57亿吨。CO2增加的另一个原因是地球陆地植物系统的破坏,近几十年来,森林的砍伐和破坏日益严重,导致大气中CO2浓度增加。

(2)一氧化二氮(N2O)。海洋是一氧化二氮的一个重要来源。无机氮肥的大量使用和石化燃料及生物体的燃烧也能释放出一定量的一氧化二氮。工业革命前一氧化二氮的浓度为288cm3·m-3,目前已增加到310cm3·m-3。据以往的观测结果进行推断,大气中一氧化二氮的年增加率仍将保持在0.25%左右。

(3)甲烷最重要的来源是沼泽、稻田和反刍动物,这三项占总排放量的60%左右。天然气、煤的采掘和有机废弃物的燃烧等人类活动也产生甲烷。

(4)臭氧(O3) 臭氧在大气层的上部浓度最高,并且形成我们所熟悉的臭氧层，其可以吸收大气中过量的紫外辐射,使生物的免疫系统免受损害。然而,近年来,在大气层的下部,一定数量的人造物质聚集起来,生成了低空臭氧,并且还在不断生成。

(5)氯氟烃(CFCS)氯氟烃完全是人工合成物质,因其无毒、有惰性,而被广泛应用于灭火剂、制冷剂等化工产品的制造。从上个世纪来,人工合成的卤素碳化物不断大量排入大气,使其在大气中的浓度迅速上升, 它们不仅浓度高,保留时间也很长,因而其对环境的影响也是长期的。

人类活动导致温室气体被吸收量的减少

大气中任何气体的含量,都是由其排放量与被吸收量之间的平衡来决定的。但是,人类活动破坏了这种平衡,导致温室气体含量增加。如对CO2气体,自然界主要是通过植物的光合作用进行吸收的。而人类对森林的大规模砍伐,却降低了自然界对CO2的吸收能力,破坏了CO2的排放量与被吸收量之间的平衡,导致CO2大气含量增加。

温室效应带来的后果

自然灾害

温室效应加速，地球升温，大气恶化，必然气候带迁移，冰川消融，海面上涨，自然灾害频频发生。一系列变化，人类和地球面临严峻的威胁。温室效应带来的自然灾害现总结为以下几点：

(一)海平面上升今后50或100年内，全球温度升高几摄氏度，海洋发生膨胀，山地冰川融化，和格林兰冰原南缘可能后退，海平面会升高0.2一1.5米。海平面升高，严重危及沿海地区的居住条件和生态系统。

(二) 飓风和大风暴频繁 海洋升温，使其逐渐增多的水蒸气在大气中产生更强烈的对流，其结果咫风和大风暴更为频繁。已知太平洋周围易受台风袭击的地区在过去20年间大约增加了1/6。

(三)干旱地区增加 地球升温加速水份蒸发而减少河流流量，也就是说大气中水蒸气增多，意味着某些地区干早概率增加，预计2030年，低纬地区酷暑季节干早的概率增加到每3年一次，而50年代仅20年一次。

(四)地震 环境因子太阳活动和气象与地震之间存在某些联系，对地震的发生常常起有调制和触发的作用。温度效应的加速，地温升高大气变化，以及太阳表面剧烈活动释放的能量，无疑影响到地震发生的频度和强度。

对生态的影响

有人曾经说过,环境的污染和生态的破坏比战争给人类带来的威胁更大,而由温室效应引起的地球表面温度上升正在破坏着地球上的生态平衡,这主要表现在植物、动物和昆虫出现迁移现象,以适应气候变化;一些动植物因不适应环境而被毁灭，严重的影响着生物多样性。另外，一些农作物的产量由于气温上升而下降,甚至无收;沙漠地区由此不断扩大;森林面积不断减小;干旱连年发生。这种生态平衡的破坏对人类社会的发展势必产生不良影响。

促进疾病的蔓延

温室效应造成的气温升高和臭氧层变薄而引起的紫外线辐射加强会使某些疾病蔓延,同时也会损害人体自身对疾病的预防能力。紫外线的辐射不仅会导致癌症,而且还会改变或消除免疫系统,加剧了一些与皮肤有关的疾病的产生,如麻疯病、天花、皮肤溃疡和疱疹等。例如，由于气温升高,在南美洲和中美洲由吸血蝙蝠传染的狂犬病、登莱热和黄热病有可能传播到北美洲。例外据证实,臭氧层的臭氧量减少1%,放射到地面的紫外线则增多2%,皮肤癌的发病率相应增多4%—6%,过量的紫外线还可以加速艾滋病的发病率,甚至引起天然电磁场的变化,影响人类的整个健康。

温室效应的应对策略

温室效应已引起全世界的密切关注并就此展开了热烈讨论。近年来各有关专家已相继展开了一系列的地区性和国际性会议，共同商讨具体措施和对策。现总结如下：

(1)减少CO2的排放量 此是最有生命力的预防，能措施、替代能源(太阳能如光电池、生物质能)，或从煤、石油改为天然气和其他含碳量低的然料，停止焚烧和砍伐森林并大面植树造林。提出并制定“空气法”，即向每个国家规定污染权，使二氧化碳等的排放量保持在一个全球标准之下。

(2)改变交通工具,完善机动车辆 汽车尾气是大气中CO2的主要来源,因而改变交通工具由机械代替机动对控制温室效应将起重大作用;另外加速研究新的装置安装在各种机动车辆上来吸收、净化其所排放的废气也是控制温室效应的重要措施。

(3)限制氯氟烃的生产,研制新的制冷剂,代替传统的气雾剂,是缓解温室效应的途径之一。 另外，面对着如此严重的挑战，仅仅是某一个个人或国家的努力是不可能取得成功的，它需要我们全世界全人类的共同努力，通力合作。温室效应和臭氧层的破坏是全球性的“灾难”,因此,各国有关的专家、学者应通力合作,共同研究,并制定出科学的方法,缓解现存问题,控制未来新的温室效应的再形成。 (4)保护森林的对策方案

今日以热带雨林为生的全球森林，正在遭到人为持续不断的急剧破坏。有效的因应对策，便是赶快停止这种毫无节制的森林破坏，另一方面实施大规模的造林工作，努力促进森林再生。目前由於森林破坏而被释放到大气中的二氧化碳，根据估计每年约在1～2gt.碳量左右。倘若各国认真推动节制砍伐与森林再生计划，到了二○五○年，可能会使整个生物圈每年吸收相当於0.7gt.碳量的二氧化碳。具结果得以降低七%左右的温室效应。

(5)改善其他各种场合的能源使用效率 是要改善其他各种场合的能源使用效率。今日人类生活，到处都在大量使用能源，其中尤以住宅和办公室的冷暖气设备为最。因此，对於提升能源使用效率方面，仍然具有大幅改善余地，这对二○五○年为止的地球温暖化，预计可以达到八%左右的抑制效果。

(6)鼓励使用天然瓦斯作为当前的主要能源 因为天然瓦斯较少排放二氧化碳。最近日本都市也都普遍改用天然瓦斯取代液化瓦斯，此案则是希望更进一步推广这种运动。惟其抑制温暖化的效果并不太大，顶多只有一%的程度左右。 (7)鼓励使用太阳能

譬如推动所谓「阳光计划」之类。这方面的努力能使化石燃料用量相对减少，因此对於降低温室效应具备直接效果。不过，就算积极推动此项方案，对於二○五○年为止的温暖化，只具四%左右的抑制效果。其效果似乎未如人们的期待。

(8)开发替代能源

利用生物能源(Biomass Energy)作为新的乾净能源。亦即利用植物经由光合作用制造出来的有机物充当燃料，藉以取代石油等既有的高污染性能源。 燃烧生物能源也会产生二氧化碳，这点固然是和化石燃料相同，不过生物能源系从大自然中不断吸取二氧化碳作为原料，故可成为重覆循环的再生能源，达到抑制二氧化碳浓度增长的效果。

结论

伴随着人类社会文明进步而来的温室效应已在无声无息地危及着人类的生存环境，因此加速对其形成原因及后果的研究对实施合理的对策来缓和清除由此而产生的后果具有重要的实际意义。控制温室气体排放,保护大气环境,不仅与我国经济可持续发展的战略目标是一致，同时也是全世界人民的共同愿望。我们每个人的手里都紧握着珍贵的资源、能源,掌握着一份民族生息发展的“命脉”。 已有52位诺贝尔奖获得者和700多名美国权威科学家签名上书政府，力促联合各国通力合作，采取对策，以“稳定”全球的气候，“遏住”地球的危机。成之毁之、爱损之在于我们的一举一动。为了我们的今天更为了我们后代的明天，为了地球的长久，全世界人民更应该团结起来，共同应对日益严重的温室效应。

参考文献：

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第6篇：传热学期末试题

第3章《稳态导热分析与计算》思考题

1、 试证明，圆筒壁一维稳态导热变导热系数计算也可以和平壁时一样，取两侧表面算术平

均温度下的导热系数值 m代入原公式求得导热热量。

2、 参见附图，圆筒壁内侧t1 < t2，请判断壁内温度分布为两图中哪一种情况?并说明理由，

设导热系数等于常数。

3、 凸状轴呈对称图形，如果侧面绝热且导热系数为常数，其一维稳态温度分布呈什么?

4、 两端均给定第一类边界条件的肋，温度各自保持t

1、t2，问其算术平均温度位于几何中

心，还是偏向高温侧或偏向低温侧?为什么?(不作具体数学推导，仅通过分析来论证)

5、 金属材料的导热系数很高，因此用测量保温材料导热系数的平板导热仪等设备无法进行

有效的测量。主要困难在于测得的温差太小，因而误差达到无法接受的程度。请你设计一种用肋测量金属导热系数的方案。并论证其可行性。

6、 参见教材中图3.3，导热系数和厚度均不相同的多层平壁内的温度分布为一折线。你是

否能设法将它变成一条直线?

7、 为什么对有内热源的导热体不能用一个单元热阻来表示?如果一定要用一个单元热阻

来表示，那么与平常的画法应该有何不同?

8、 对单层平壁的稳态导热来说，保证一维温度场的条件是下述的哪一个?

9、 平壁的长、宽应该远远大于平壁的厚度;

10、 两侧表面的温度均匀一致;

11、 以上两条必须同时满足。

12、 肋效率最大可能的数值等于多少?它会在什么条件(包括理想化的条件)下达到?

13、 试证明肋效率 f 与肋壁总效率 0 之间的相对大小关系。

14、 是否存在加肋以后反而使散热变小的可能?如有，请具体说明在什么情况下会出现。

15、 试对等截面直肋采用如下两种方法增大传热量的效果进行分析和比较：(1)加大肋高;

(2)增加肋片的数目。

16、 你是否认为减小步长永远可以提高解的精度?

17、 有人说：“只要把等温面的法线取为坐标方向，那么根据付立叶定律，常物性一维稳态

导热的温度梯度必定是一个常数”。你认为这个说法对不对?

18、 从提高测量精度的角度考虑，在用热电偶测量包裹有一层保温材料的管壁外表面温度

时，热电偶的引线应该如何布置?