传热学第三章答案
第三章
思考题
1. 试说明集中参数法的物理概念及数学处理的 特点
答: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, 数学描述上由偏微分方程转化为常微分方程、大 大降低了求解难度。
2. 在用热电偶测定气流的非稳态温度场时,怎么 才能改善热电偶的温度响应特性?
答:要改善热电偶的温度响应特性,即最大 CV 限
度降低热电偶的时间常数c虛形状 上要降低体面比,要选择热容小的材料,要强化 热电偶表面的对流换热。 3. 试说明”无限大平板”物理概念,并举出一二个 可以按无限大平板处理的非稳态导热问题
答;所谓“无限大”平板,是指其长宽尺度 远大于其厚度,从边缘交换的热量可以忽略 不计,当平板两侧换热均匀时,热量只垂直于板 面方向流动。如薄板两侧均匀加热或冷却、 炉墙或冷库的保温层导热等情况可以按无限大 平板处理。
4. 什么叫非稳态导热的正规状态或充分发展阶 段?这一阶段在物理过程及数学处理上都有些 什么特点? 答:非稳态导热过程进行到一定程度,初始温 度分布的影响就会消失,虽然各点温度仍 随时间变化,但过余温度的比值已与时间无关, 只是几何位置(X/ )和边界条件(Bi数) 的函数,亦即无量纲温度分布不变,这一阶段称 为正规状况阶段或充分发展阶段。这一阶段的数 学处理十分便利,温度分布计算只需取无穷级数 的首项进行计算。
5. 有人认为,当非稳态导热过程经历时间很长时 采用图3-7记算所得的结果是错误的?理由是: 这个图表明,物体中各点的过余温度的比值与 几何位置及Bi有关,而与时间无关?但当时间趋 于无限大时,物体中各点的温度应趋近流体温 度,所以两者是有矛盾的。你是否同意这种看法 说明你的理由。
答:我不同意这种看法,因为随着时间的推 移,虽然物体中各点过余温度的比值不变 但各点温度的绝对值在无限接近。这与物体中各 点温度趋近流体温度的事实并不矛盾。
6.试说明Bi数的物理意义。Bi o及Bi各代表 什么样的换热条件?有人认为,Bi代表了绝 热工况,你是否赞同这一观点,为什么?
答; Bi数是物体内外热阻之比的相对值。Bi o 时说明传热热阻主要在边界,内部温度趋于均 匀,可以用集总参数法进行分析求解;Bi时, 说明传热热阻主要在内部,可以近似认为壁温就 是流体温度。认为Bi o代表绝热工况是不正确 的,该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。
7. 什么是分非稳态导热问题的乘积解法 ,他的使 用条
件是什么?
答;对于二维或三维非稳态导热问题的解等 于对应几个一维问题解的乘积,其解的形式是无 量纲过余温度,这就是非稳态导热问题的乘积解 法,其使用条件是恒温介质,第三类边 界条件或边界温度为定值、初始温度为常数的情 况。
8. 什么是\半无限大\的物体?半无限大物体的非 稳态导热存在正规阶段吗?
答:所谓“半大限大”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,初脸温度的影响永远不会消除,所以半死限 大物体的非稳念导热不存在正规状况阶段。
9. 冬天,72C的铁与600C的木材摸上去的感觉 一样吗,为什么?
10. 本章的讨论都是对物性为常数的情形作出的 对物性温度函数的情形,你认为怎样获得其非稳 态导热的温度场?
答:从分析解形式可见,物体的无量纲过余 温度
是傅立叶数(/l2 )的负指数函数, 即表示在相同尺寸及换热条件下,导温系数越大 的物体到达指定温度所需的时间越短、这正 说明导温系数所代表的物理含义。
习题
基本概念及定性分析
3- 1设有五块厚30mm的无限大平板,各用银、 铜、钢、玻璃及软木做成,初始温度均匀(20C) 两个侧面突
0
然上升到 60°C,试计算使用中心温 度上升到56C时各
0
板所需的时间。五种材料的 热扩散依次为 170X 10
6
-
nVs、103X 10m/s,
6
-
12.9 x 10nVs、0.59 x 10春/s 及 0.155 x 10 m/s。由
6
6
--
此计算你可以得出什么结论?
解:一维非稳态无限大平板内的温度分布如 下函数关系式:
t to
匚 r~to f(Bi,Fo,-)
x
不同材料的无限大平板,均处于第一类
边界条件(即Bi )。由题意知
材料达到同样工况式Bi数和x/相同,要 使温度分布相
传热学第三章答案
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