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1、傳熱學(xué)簡答題歸納問題1冬天,經(jīng)過在白天太陽底下曬過的棉被,晚上蓋起來為什么感到很暖和?并且經(jīng) 過拍打以 后,為什么效果更加明顯?回答:棉被經(jīng)過晾曬以后,可使棉花的空隙里進(jìn)入更多的空氣。而空氣在狹小的棉絮空間里的 熱量傳遞方式主要是導(dǎo)熱,由于空氣的導(dǎo)熱系數(shù)較小,具有良好的保溫性能。而經(jīng)過拍打的棉被可 以讓更多的空氣進(jìn)入,因而效果更明顯。問題2冬天,在相同的室外溫度條件下,為什么有風(fēng)比無風(fēng)時感到更冷些?回答:假定人體表面溫度相同時,人體的散熱在有風(fēng)時相當(dāng)于強(qiáng)制對流換熱,而在無風(fēng)時屬自 然對流換熱(不考慮熱輻射或假定輻射換熱量相同時)。而空氣的強(qiáng)制對流換熱強(qiáng)度要比自然對流強(qiáng) 烈。因而在有風(fēng)時從人體帶
2、走的熱量更多,所以感到更冷一些。討論:讀者應(yīng)注意的是人對冷暖感覺的衡量指標(biāo)是散熱量的大小而不是溫度的高彳氐,即當(dāng)人體散 熱量低時感到熱,散熱量高時感到冷,經(jīng)驗告訴我們,當(dāng)人的皮膚散熱熱流為58W/川時感到熱,為232化勿時鳳到舒服,為696W加時感到?jīng)隹欤笥跒?28W加時感到冷。問題3夏季在維持20C室內(nèi)工作,穿單衣感到舒適,而冬季保持在22E的室內(nèi)工作時,為什么必 須穿絨衣才覺得舒服?回答:首先,冬季和夏季的最大區(qū)別是室外溫度不同。夏季室外溫度比室內(nèi)溫度高,因此通過墻 壁的熱量傳遞方向是由室外傳向室內(nèi)。而冬季室外氣溫比室內(nèi)氣溫低,通過墻壁的熱量傳遞方向是由 室內(nèi)傳向室外。因此冬季和夏季墻
3、壁內(nèi)表面溫度不同,夏季高而冬季低。因此,盡管冬季室內(nèi)溫度22E比夏季略高20E,但人體在冬季通過輻射與墻壁的散熱比夏 季高很多。 根據(jù)上題人體對冷暖的感受主要是散熱量的原理,在冬季散熱量大,因此要穿厚一些的絨衣。問題4利用同一冰箱儲存相同的物質(zhì)時,試問結(jié)霜的冰箱耗電量大還是未結(jié)霜的冰箱 耗電量大?回答:當(dāng)其它條件相同時,冰箱的結(jié)霜相當(dāng)于在冰箱蒸發(fā)器和冰箱冷凍室(或冷藏室)之間增加 了一個附加熱阻,因此,要達(dá)到相同的制冷室溫度,必然要求蒸發(fā)器處于更的溫度。所以,結(jié)霜的 冰箱耗電量更大。問題5有人將一碗熱稀飯置于一盆涼水中進(jìn)行冷卻。為使稀飯涼得更快一些,你認(rèn)為他應(yīng)該攪拌 碗中的稀飯還是盆中的涼水?
4、為什么?回答:從稀飯到?jīng)鏊且粋€傳熱過程。顯然,稀飯和水的換熱在不攪動時屬自然對流。而稀飯的 換熱比水要差。因此要強(qiáng)化傳熱增加散熱量,應(yīng)該用攪拌的方式強(qiáng)化稀飯側(cè)的傳0.5W/ (K (35C),熱。問題6在寒冷 的北方地區(qū),建房用磚采用實心磚還是多孔的空心磚好?為什么?回答:在其他條件相同時,實心磚材料如紅磚的導(dǎo)熱系數(shù)約為而多孔空心磚中充滿著不動的空氣,空氣在純導(dǎo)熱(即忽略自然對流)時其導(dǎo)熱系數(shù)很低,是很好的絕 熱材料。因而用多孔空心磚好。問題7電影泰坦尼克號里,男主人公杰克在海水里被凍死而女主人公羅絲卻因躺在筏上而幸 存下來。試從傳熱學(xué)的觀點解釋這一現(xiàn)象?;卮穑航芸嗽诤K锲渖眢w與海水間由于
5、自然對流交換熱量,而羅絲在筏上其身體與空氣之間產(chǎn) 生自然對流。在其他條件相同時,水的自然對流強(qiáng)度要遠(yuǎn)大于空氣,因此杰克身體由于自然對流散 失能量的速度比羅絲快得多。因此杰克被凍死而羅絲卻幸免于難。問題8人造地球在衛(wèi)星在返回地球表面時為何容易被燒毀?回答:衛(wèi)星在太空中正常運行時,其表面的熱量傳遞方式主要依靠與太空及太陽等星體的輻射。而在衛(wèi)星返回地面的過程中,由于與大氣 層之間的摩擦,產(chǎn)生大量的熱量,無法及時散失,因而易被燒毀。問題9北方深秋季節(jié)的清晨,樹葉葉面上常常結(jié)霜,試問樹葉上、下表面的哪一面結(jié)霜?為什 么?回答:霜會結(jié)在樹葉上的表面。因為清晨,上表面朝向太空,下表面朝向地面。而太空 表面的
6、溫 度低于攝氏零度,而地球表面溫度一般在零度以上。由于相對樹葉下表面來說,其上表面需要向太 空輻射更多的能量,所以樹葉下表面溫度較高,而上表面溫度較低且可能低于零度,因而容易結(jié)霜。問題10窗玻璃對紅外線幾乎不透明,但為什么隔著玻璃曬太陽卻使人感到暖和?回答:窗玻璃 對紅外線不透明,但對可見光卻是透明的,因而隔著玻璃曬太陽,太陽光可以穿過玻璃進(jìn)入室內(nèi),而 室內(nèi)物體發(fā)出的紅外線卻被阻隔在窗內(nèi),因而房間內(nèi)溫度越來越高,因而感到暖和。問題11在太陽系中地球和火星距太陽的距離相差不大,但為什么火星表面溫度晝夜變化卻比地 球要大得多?回答:由于火星附近沒有大氣層,因而在白天,太陽輻射時火星表現(xiàn)溫度很高,而
7、在夜間,沒有大氣層的火星與溫度接近于絕對零度的太空進(jìn)行輻射換熱,因而表面溫度很低。而 地球附近由于大氣層(主要成份是C02和水蒸氣)的輻射作用,夜間天空溫度比太空高,白天大氣層 又會吸收一部分來自太陽的輻射能量,因而晝夜溫差較小。問題12在冬季的晴天,白天和晚上空氣溫度相同,但白天感覺暖和,晚上卻感覺冷。試解釋這種 現(xiàn)象?;卮穑喊滋旌蜁娚先梭w向空氣傳遞的熱量相同,且均要向溫度很低的太空輻射熱量。但白天和 晚上的差別在于:白天可以吸收來自太陽的輻射能量,而晚上卻不能。因而晚上感覺 會更冷一些。 問題:北方冬天住房供暖,改變散熱器中暖氣片內(nèi)的水流速度是否可以顯著增加換熱量?暖氣內(nèi)的水是強(qiáng)制對流換熱
8、,暖氣夕卜的空氣是自然對流換熱,空氣側(cè)對流換熱系數(shù)遠(yuǎn)小于水側(cè) 的,熱阻主要集中于空氣側(cè),因此,改變暖氣中的水流速度不能顯著地增強(qiáng)換熱燒開水時,為什么一旦水燒干了,鋁壺就很容易燒壞?因為水側(cè)(沸騰)表面的傳熱系數(shù)遠(yuǎn)大于火焰?zhèn)鹊谋砻鎮(zhèn)鳠嵯禂?shù),沒燒干時,水壺底部溫度更接 近水的溫度,所以不會達(dá)到鋁的熔點?;鹧婧蛪氐椎臏囟炔钸h(yuǎn)大于壺底和水的溫度 差。所以壺底的溫度 接近水的溫度。赤腳在冰、水泥、木材、地毯上行走感覺不同。Why蓄熱系數(shù)小的物質(zhì)從皮膚吸收的熱量少,使人感覺在木材和地毯上行走時比在水泥和冰面上暖 和。冬天,在相同的室外溫度條件下,為什么騎摩托車比步行時感到更冷些,一般要戴皮手套和護(hù) 膝?答
9、:強(qiáng)制對流換熱強(qiáng)度與流體壁面之間的相對速度有矢,相對速度越大,對流換熱越強(qiáng)。與步行相比,騎摩托車時相對速度較大,對流換熱強(qiáng)度大,因此人體會散失較多的熱量從而感到更冷 些。皮手套和護(hù)膝,由于導(dǎo)熱系數(shù)小且有一定厚度,增加了一層較大的導(dǎo)熱熱阻,使總傳熱熱阻增大, 從而可降低散熱量,從而起到保護(hù)作用。Nu數(shù)和Bi數(shù)均可寫成hl的形式,二者有何區(qū)別?答:(l)Nu數(shù)中的為流體的熱導(dǎo)率;Bi數(shù)中的為導(dǎo)熱物體的熱導(dǎo)率。(2) Nu數(shù)中的h為待 定參數(shù),Nu為待定特征數(shù);Bi數(shù)中的h為已知參數(shù),由第三類邊界條件確定,Bi為已定特征數(shù)。(3) 物理意義不同。Nu表示貼壁流體的無量綱的溫度梯度,在其它條件相同的情況下,Nu數(shù)可反映對流換 熱的強(qiáng)弱。Bi數(shù)表示第三類邊界條件下物體內(nèi)部導(dǎo)熱熱阻和表面處換熱熱阻的比值o對于高溫圓筒壁來說,加保溫層一定能降低對外散熱量,對嗎?為什么?界熱絕緣直徑de時,加保溫層一定能降低散熱量;但當(dāng)圓筒壁外徑小于臨界熱絕緣直徑de時,在一 定的保溫層厚度范圍內(nèi),其散熱量是增加的。為什么太陽灶的受熱面要做成粗糙面的黑色表面,而輻射采暖
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