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传热学复习资料 李向鹏，冯雄雄、刘晓明 1.试写出普朗克定律，兰贝格定律的数学表达式，并说明其物理意义及数学表达式中各符号的意义与单位。 答：（1）、普朗克定律：E bλ=C1λ-5eC2λT-1；物理意义：单位时间内单位表面积向其上的半球空间的所有方向辐射出去的在包含波长λ在内的单位波长内的能量称为光谱辐射力，记为Ebλ单位为W/（m2 ×m）或W/（m2 ×μm） Ebλ----黑体光谱辐射力，W/m3 ；λ-----波长，m；T------黑体热力学温度，k e-----自然对数的底； C1---第一辐射常量，3.7419×10-16W·m2 C2---第二辐射常量1.4388×10-2 m·k （2）、兰贝特定律：dΦ(θ)dAdΩcosθ=I；物理意义：面积为的dA的黑体微元面积内围绕空间结构角θ方向的微元立体角dΩ内辐射出去的能量为dΦ（θ）； I---常数，与θ方向无关；dΦ（θ）--辐射出去的能量，W dAcosθ---可以视为从θ方向看过去的面积称为可见面积，m2 dΩ----微元立体角，sr 2．试阐述导热、对流传热及辐射传热三种传递方式之间的联系与区别？ 答：导热和对流的区别在于： 物体内部依靠微观粒子的热运动而产生的热量传递现象，称为导热； 对流则是流体各部分之间发生宏观相对位移及冷热流体的相互掺混。 联系是：在发生对流换热的同时必然伴生有导热。导热、对流这两种热量传递方式，只有在物质存在的条件下才能实现，而辐射可以在真空中传播，辐射换热时不仅有能量的转移还伴有能量形式的转换。 3．试写出以热流密度表示的傅里叶定律、牛顿冷却定律及斯忒藩-玻尔兹曼定律的数学表达式，并写出表达式中各符号的意义与单位。 答：①傅里叶定律：，其中，q--热流密度；λ--导热系数---表征材料导热能力的大小，是一种物理参数，与材料种类和温度有关；---沿x方向的温度变化率----表示热量传递的方向是沿着温度降低的方向。 ②牛顿冷却公式：q=h(tw-tf),其中q--热流密度；h----表面传热系数---当流体与壁面温度相差1°时，每单位壁面面积上、单位时间内所传递的热量；tw---固体表面温度；tf---流体的温度。 ③斯忒藩-玻尔兹曼定律：q=σT4，其中，q--热流密度；σ---斯忒藩-玻尔兹曼常数；T---辐射物体的热力学温度。 4．由对流换热??分方程式表明，在边界值垂直于壁面的热量传递完全依靠导热，那么在对流换热过程中流体的流动起什么作用？ 答：（1）、在描述对流换热的能量微分方程中，对流项含有流体速度，即要获得流体的温度场，必须先获得速度场，只有流体流动，才能建立流动速度场； （2）、流体流动可带来热量，亦可带走热量，流动与换热密不可分。 5.家用热水器，瓶胆的两层玻璃之间抽成真空，内胆外壁及外胆内壁涂了发射率很低的银。试应用传热学的理论分析热水瓶具有保温作用的原因。如果不小心破坏了瓶胆上抽气口的密封，这会影响保温效果吗？ 答：由于瓶胆的两层玻璃间抽成真空，真空使通过导热的热损失降到最低，真空情况下不存在对流换热。涂了反射率很低的银，减少了热辐射换热。抽气口破坏极大地影响保温效果。 6. 试画出大容器沸腾的q-△t曲线，并对热流密度可控及壁面温度可控的两种情形，分别说明控制热流密度小于临界流体密度及温差小于临界温差的意义。 对于依靠控制热流密度来改变工况的加热设备，一旦热流密度超过峰值，工况将沿qmax点的虚线跳至稳定膜态沸腾线，温度将猛升至1000度，可能导致设备的烧毁，所以必须严格监视和控制热流密度，确保在安全工作范围之内。对于壁温可控的设备，一旦q超过转折点之值，就可能导致膜态沸腾，在相同的壁温下使热量大大减少。 7. 用套管温度计测量容器内的热流密度，未来减小测量误差，套管材料是选用铜还是不锈钢？说明原因。 答：由于套管温度计的套管可视为一维截面直肋，要减小测量误差（即使套管顶部温度尽量近流体温度）应尽量减小沿套管长度流向容器壁面的热量，即增大该方向热阻，所以应用导热系数大的不锈钢。 8.试写出Nu、Pr、Gr、Re数的数学表达式，说明各数的物理意义。 答：（1）努塞尔数，Nu=hlλ?，它表示表面上无量纲温度梯度的大小。????? （2）雷诺数，?Re=ulv，它表示惯性力和粘性力的相对大小。? （3）普朗特数，Pr=va，它表示动量扩散厚度和能量扩散厚度的相对大小。? （4）毕渥数，Bi=hlλ，它表示导热体内部热阻与外部热阻的相对大小。(它表示无量纲热阻) （5）格拉小夫数,Gr=gl3a?tv2，是流体浮升力与粘性力之比的度量 9.由对流换热微分方程式表明，在边界上与壁面的热流量传递完全依靠导热，那么在对六换热过程中流体的流动起身么作用？ 答：