傳熱學(xué)第三章答案-展示頁
2025-07-06 12:47本頁面
【正文】 冷態(tài)啟動（即整個汽輪機均與環(huán)境處于熱平衡）后，缸壁及絕熱層中的溫度分布隨時間的變化。試畫出棒中溫度分布隨時間變法的示意曲線及最終的溫度分布曲線。3－2 設(shè)一根長為l的棒有均勻初溫度t0,此后使其兩端在恒定的t（x＝0）及ttt。由此計算你可以得出什么結(jié)論？ 解：一維非穩(wěn)態(tài)無限大平板內(nèi)的溫度分布如下函數(shù)關(guān)系式： 不同材料的無限大平板，均處于第一類邊界條件（即）。習(xí)題基本概念及定性分析3－1 設(shè)有五塊厚30mm的無限大平板,各用銀、銅、鋼、玻璃及軟木做成，初始溫度均勻（200C）,兩個側(cè)面突然上升到600C，試計算使用中心溫度上升到560C時各板所需的時間?！卑霟o限大”的物體?半無限大物體的非穩(wěn)態(tài)導(dǎo)熱存在正規(guī)階段嗎? 答：所謂“半大限大”物體是指平面一側(cè)空間無限延伸的物體：因為物體向縱深無限延伸，初臉溫度的影響永遠(yuǎn)不會消除，所以半死限大物體的非穩(wěn)念導(dǎo)熱不存在正規(guī)狀況階段。認(rèn)為代表絕熱工況是不正確的，該工況是指邊界熱阻相對于內(nèi)部熱阻較大，而絕熱工況下邊界熱阻無限大。及各代表什么樣的換熱條件?有人認(rèn)為, 代表了絕熱工況,你是否贊同這一觀點,為什么? 答；Bi數(shù)是物體內(nèi)外熱阻之比的相對值。這與物體中各點溫度趨近流體溫度的事實并不矛盾。你是否同意這種看法,說明你的理由。這一階段的數(shù)學(xué)處理十分便利，溫度分布計算只需取無窮級數(shù)的首項進(jìn)行計算。如薄板兩側(cè)均勻加熱或冷卻、爐墻或冷庫的保溫層導(dǎo)熱等情況可以按無限大平板處理。2. 在用熱電偶測定氣流的非穩(wěn)態(tài)溫度場時,怎么才能改善熱電偶的溫度響應(yīng)特性?答：要改善熱電偶的溫度響應(yīng)特性，即最大限度降低熱電偶的時間常數(shù),形狀上要降低體面比，要選擇熱容小的材料，要強化熱電偶表面的對流換熱。第三章思考題1. 試說明集中參數(shù)法的物理概念及數(shù)學(xué)處理的特點 答：當(dāng)內(nèi)外熱阻之比趨于零時，影響換熱的主要環(huán)節(jié)是在邊界上的換熱能力。而內(nèi)部由于熱阻很小而溫度趨于均勻，以至于不需要關(guān)心溫度在空間的分布，溫度只是時間的函數(shù)，數(shù)學(xué)描述上由偏微分方程轉(zhuǎn)化為常微分方程、大大降低了求解難度。3. 試說明”無限大平板”物理概念,并舉出一二個可以按無限大平板處理的非穩(wěn)態(tài)導(dǎo)熱問題 答；所謂“無限大”平板，是指其長寬尺度遠(yuǎn)大于其厚度，從邊緣交換的熱量可以忽略不計，當(dāng)平板兩側(cè)換熱均勻時，熱量只垂直于板面方向流動。4. 什么叫非穩(wěn)態(tài)導(dǎo)熱的正規(guī)狀態(tài)或充分發(fā)展階段?這一階段在物理過程及數(shù)學(xué)處理上都有些什么特點? 答：非穩(wěn)態(tài)導(dǎo)熱過程進(jìn)行到一定程度,初始溫度分布的影響就會消失，雖然各點溫度仍隨時間變化,但過余溫度的比值已與時間無關(guān)，只是幾何位置()和邊界條件(Bi數(shù))的函數(shù)，亦即無量綱溫度分布不變，這一階段稱為正規(guī)狀況階段或充分發(fā)展階段。5. 有人認(rèn)為,當(dāng)非穩(wěn)態(tài)導(dǎo)熱過程經(jīng)歷時間很長時,： 這個圖表明,物體中各點的過余溫度的比值與幾何位置及Bi有關(guān),物體中各點的溫度應(yīng)趨近流體溫度,所以兩者是有矛盾的。 答：我不同意這種看法，因為隨著時間的推移，雖然物體中各點過余溫度的比值不變但各點溫度的絕對值在無限接近。6. 試說明Bi數(shù)的物理意義。時說明傳熱熱阻主要在邊界，內(nèi)部溫度趨于均勻，可以用集總參數(shù)法進(jìn)行分析求解；時，說明傳熱熱阻主要在內(nèi)部，可以近似認(rèn)為壁溫就是流體溫度。7. 什么是分非穩(wěn)態(tài)導(dǎo)熱問題的乘積解法,他的使用條件是什么?答；對于二維或三維非穩(wěn)態(tài)導(dǎo)熱問題的解等于對應(yīng)幾個一維問題解的乘積，其解的形式是無量綱過余溫度，這就是非穩(wěn)態(tài)導(dǎo)熱問題的乘積解法，其使用條件是恒溫介質(zhì)，第三類邊界條件或邊界溫度為定值、初始溫度為常數(shù)的情況。，72℃的鐵與600℃的木材摸上去的感覺一樣嗎，為什么？,對物性溫度函數(shù)的情形,你認(rèn)為怎樣獲得其非穩(wěn)態(tài)導(dǎo)熱的溫度場? 答：從分析解形式可見，物體的無量綱過余溫度是傅立葉數(shù)（）的負(fù)指數(shù)函數(shù)，即表示在相同尺寸及換熱條件下，導(dǎo)溫系數(shù)越大的物體到達(dá)指定溫度所需的時間越短、這正說明導(dǎo)溫系數(shù)所代表的物理含義。五種材料的熱擴(kuò)散依次為17010－6m2/s、10310－6m2/s，10－6m2/s、10－6m2/10－6m2/s。由題意知 材料達(dá)到同樣工況式Bi數(shù)和相同，要使溫度分布相同，則只需Fo數(shù)相同 因此，即，而相等 故知小所需時間大 所以 。棒的四周保持絕熱。解：由于棒的四周保持絕熱，因而此棒中的溫度分布相當(dāng)于厚為l的無限大平板中的分布，隨時間而變化的情形定性的示于圖中.3－3 假設(shè)把汽輪機的汽缸壁及其外的絕熱層近似地看成是兩塊整密接觸的無限大平板（絕熱層厚度大于汽缸壁）。解：3－4 在一內(nèi)部流動的對流換熱試驗中（見附圖），用電阻加熱器產(chǎn)生熱量加熱量管道內(nèi)的流體，電加熱功率為常數(shù)，管道可以當(dāng)作平壁對待。畫出典型的四個時刻；初始狀態(tài)（未開始加熱時），穩(wěn)定狀態(tài)及兩個中間狀態(tài)。設(shè)把一塊牛肉當(dāng)作厚為2的無限大平板，試定性地畫出采用微波爐及烘箱對牛肉加熱（從室溫到最低溫度為850Ｃ）過程中牛肉的溫度分布曲線（加熱開始前，加熱過程中某一時刻及加熱終了三個時刻）。物體表面的發(fā)射率為，表面與空氣間的換熱系數(shù)為h。物體的內(nèi)熱阻可忽略不計，試列出物體溫度隨時間變化的微分方程式。另一流體在管內(nèi)凝結(jié)放熱，凝結(jié)溫度為t。容器中的流體因有攪拌器的作用而可認(rèn)為任一時刻整個流體的溫度都是均勻的。試導(dǎo)出開始加熱后任一時刻t時容器中流體溫度的計算式。在某一瞬間，加熱裝置投入工作，其作用相當(dāng)于強度為的內(nèi)熱源。 解：集總參數(shù)法的導(dǎo)熱微分方程可以利用能量守恒的方法得到引入過余溫度，則其數(shù)學(xué)描寫如下：故其溫度分布為：3－9 ，初始溫度為200C，后將其置于3200C的氣流中。 解：由 當(dāng)時， 當(dāng)時，3－10 一熱電偶熱接點可近似地看成為球形，初始溫度為250C，后被置于溫度為
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