2-1 冬天，经过在白天太阳下晒过的棉被，晚上盖起来感到很暖和，并且.docVIP

2-1 冬天，经过在白天太阳下晒过的棉被，晚上盖起来感到很暖和，并且经过拍打后，效果更加明显。试解释原因。 解：棉被经过晾晒以后，可使棉花的空隙里进入更多的空气。而且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（20℃，1.01325×10Pa 时，空气导热系数为0.0259W/（m·K）），具有良好的保温性能。经过拍打的棉被可以让更多的空气进入，因而效果更加明显。 2-2 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？ 解：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（不考虑热辐射或假定辐射换热量相同时）。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。 2-3 试分析室内暖气片的散热过程，各环节有哪些热量传递方式?以暖气片管内走热水为例。 解:有以下换热环节及热传递方式： （1）由热水到暖气片管道内壁，热传递方式是对流换热； （2）由暖气片管道内壁至外壁，热传递方式为导热； （3）由暖气片外壁至室内环境和空气，热传递方式有辐射换热和对流换热。 2-4 一双层玻璃窗，宽1.1m，高1.2m，厚3mm，导热系数为1.05W/（m·K）；中间空气层厚5mm，设空气隙仅起导热作用，导热系数为2.60×10-2W/（m·K）；室内空气温度为25℃。表面传热系数为20W/（㎡·K）；室外空气温度为-10℃，表面传热系数为15W/（㎡·K）。试计算通过双层玻璃窗的散热量，并与单层玻璃窗想比较。假定在两种情况下室内、外空气温度及表面传热系数相同。 解： （1） 双层玻璃窗情形，由传热过程计算式： = （2） 单层玻璃窗情形： 显然，单层玻璃窗的散热量是双层玻璃窗的2.6倍。因此，北方的冬天常常采用双层玻璃窗，使室内保温。 2-5 一外径为0.3m ,壁厚为5mm的圆管，长为5m，外表面平均温度为80℃ 。200℃ 的空气在管外横向掠过，表面传热系数为80W/（㎡·K ）。入口温度为20 ℃ 的水以0.1m/s的平均速度在管内流动。如果过程处于稳态，试确定水的出口温度。水的比定压热容为4184J/(kg·K)，密度为680Kg/m3。 解： （1）管外空气与管子之间的对流换热量： （2）由于过程处于稳态，管外空气所加的热量由管内水带走，因此， 其中为管内流通截面积，=。故出口温度为 =℃ 2-6 平壁与圆管壁材料相同，厚度相同，在两侧表面温度相同条件下，圆管内表面积等于平壁表面积，试问哪种情况下导热量大？ 解：由题意，平壁导热量 圆管壁导热量 故换热量之比： 显然，，所以圆管壁的导热量大。 2-7 在严寒的北方地区，建房用砖采用实心砖还是多孔的空心砖好？为什么？ 解：在其他条件相同时，实心砖材料如红砖的导热系数约为0.5W/（m·K ）（35℃），而多孔空心砖中充满着不动的空气，空气在纯导热（即忽略自然对流）时，其导热系数很低，是很好的绝热材料。因而用多孔空心砖好。 2-8 厚度为σ的单层平壁，两侧温度分别维持在t1及t2，平板材料导热系数呈直线变化，即（其中a,b为常数），试就b0,b=0,b0画出平板中的温度分布曲线，并写出平板某处当地热流量的表达式。 解：由题意，沿平板厚度方向，热流量为常数，即 由于A不变，故有=常数。 设t1t2，当b0时，显然(t1)(t2),所以，故温度分布曲线如图2-2（a）所示。同理，b=0,b0时的温度分布曲线如图2-2（b），（c）所示。 某处热流密度表达式： 讨论：利用傅里叶定律表达式来判断温度分布曲线凹向是一种很重要的方法。 2-9 电影《泰坦尼克号》里，男主人公杰克在海水里被冻死而女主人公罗丝却因躺在筏上而幸存下来。试从传热学的观点解释这一现象。 解：杰克在海水里其身体与海水间由于自然对流交换热量，而罗丝在筏上其身体与空气之间产生自然对流。在其他条件相同时，水的自然对流强度要远大于空气，因此杰克身体由于自然对流散失能量的速度比罗丝快得多。因此杰克被冻死而罗丝却幸免于难。 2-10 用热线风速仪测定气流速度的实验中，将直径为0.1mm的电热丝与来流方向垂直放置，来流温度为25℃，电热丝温度为55℃，测得电加热功率为20W/m。假定除对流外其他热损失可忽略不计。试确定此时的来流速度。 解：本题为空气外掠圆柱体强制对流换热问题。 由题意， ,由牛顿冷却公式 定性温度 ℃