第一章绪论。
思考题。1、冬天，经过在白天太阳底下晒过的棉被，晚上盖起来感到很暖和，并且经过拍打以后，效果更加明显。试解释原因。
答：棉被经过晾晒以后，可使棉花的空隙里进人更多的空气。而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.
01325×105pa时，空气导热系数为0.0259w/(m·k)，具有良好的保温性能。而经过拍打的棉被可以让更多的空气进入，因而效果更明显。
2、夏季在维持20℃的室内工作，穿单衣感到舒适，而冬季在保持22℃的室内工作时，却必须穿绒衣才觉得舒服。试从传热的观点分析原因。
答：首先，冬季和夏季的最大区别是室外温度的不同。夏季室外温度比室内气温高，因此通过墙壁的热量传递方向是出室外传向室内。
而冬季室外气温比室内低，通过墙壁的热量传递方向是由室内传向室外。因此冬季和夏季墙壁内表面温度不同，夏季高而冬季低。因此，尽管冬季室内温度(22℃)比夏季略高(20℃)，但人体在冬季通过辐射与墙壁的散热比夏季高很多。
根据上题人体对冷感的感受主要是散热量的原理，在冬季散热量大，因此要穿厚一些的绒衣。
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。
答：有以下换热环节及热传递方式
1)由热水到暖气片管到内壁，热传递方式是对流换热(强制对流)；
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。
4、冬季晴朗的夜晚，测得室外空气温度t高于0℃，有人却发现地面上结有—层簿冰，试解释原因(若不考虑水表面的蒸发)。
解：如图所示。假定地面温度为了te，太空温度为tsky，设过程已达稳态，空气与地面的表面传热系数为h，地球表面近似看成温度为tc的黑体，太空可看成温度为tsky的黑体。
则由热平衡：
由于ta＞0℃，而tsky＜0℃，因此，地球表面温度te有可能低于0℃，即有可能结冰。
课后习题。1-1对于附图所示的两种水平夹层，试分析冷、热表面间热量交换的方式有何不同？如果要通过实验来测定夹层中流体的导热系数，应采用哪一种布置？
解：（a）中热量交换的方式主要有热传导和热辐射。
b）热量交换的方式主要有热传导，自然对流和热辐射。
所以如果要通过实验来测定夹层中流体的导热系数，应采用（a）布置。
1-7一炉子的炉墙厚13cm，总面积为20m2，平均导热系数为1.04w/m·k，内外壁温分别是520℃及50℃。试计算通过炉墙的热损失。
如果所燃用的煤的发热量是2.09×104kj/kg，问每天因热损失要用掉多少千克煤？
解：根据傅利叶公式。
每天用煤。1-9在一次测定空气横向流过单根圆管的对流换热实验中，得到下列数据：管壁平均温度tw=69℃，空气温度tf=20℃，管子外径d=14mm，加热段长80mm，输入加热段的功率8.
5w，如果全部热量通过对流换热传给空气，试问此时的对流换热表面传热系数多大？
解：根据牛顿冷却公式。
1-14宇宙空间可近似的看作0k的真空空间。一航天器在太空中飞行，其外表面平均温度为250k，表面发射率为0.7，试计算航天器单位表面上的换热量？
解：航天器单位表面上的换热量。
1-27附图所示的空腔由两个平行黑体表面组成，孔腔内抽成真空，且空腔的厚度远小于其高度与宽度。其余已知条件如图。表面2是厚δ=0.
1m的平板的一侧面，其另一侧表面3被高温流体加热，平板的平均导热系数λ=17.5w/mk，试问在稳态工况下表面3的tw3温度为多少？
解：表面1到表面2的辐射换热量=表面2到表面3的导热量。
第二章导热理论基础及稳态导热部分。
思考题。1、一维无内热源、平壁稳态导热的温度场如图所示。试说明它的导热系数λ是随温度增加而增加，还是随温度增加而减小？
答：由傅立叶里叶定律，
图中随x增加而减小，因而随2增加x而增加，而温度t随x增加而降低，所以导热系数随温度增加而减小。
2、在寒冷的北方地区，建房用砖采用实心砖还是多孔的空心砖好？为什么？
答：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。
3、两种几何尺寸完全相同的等截面直肋，在完全相同的对流环境(即表面传热系数和流体温皮均相同)下，沿肋高方向温度分布曲线如图所示。请判断两种材料导热系数的大小和肋效率的高低？
答：对一维肋片，导热系数越高时，沿肋高方向热阻越小，因而沿肋高方向的温度变化(降落或上升)越小。因此曲线1对应的是导热系数大的材料．曲线2对应导热系数小的材料。
而且，由肋效率的定义知，曲线1的肋效率高于曲线2。
4、用套管温度计测量容器内的流体温度，为了减小测温误差，套管材料选用铜还是不锈钢？
答：由于套管温度计的套管可以视为一维等截面直助，要减小测温误差(即使套管顶部温度th尽量接近流体温度tf)，应尽量减小沿套管长度流向容器壁面的热量，即增大该方向的热阻。所以，从套管树料上说应采用导热系数更小的不锈钢。
5、工程中应用多孔性材料作保温隔热，使用时应注意什么问题？为什么？
答：应注意防潮。保温材料的一个共同特点是它们经常呈多孔状，或者具有纤维结构，其中的热量传递是导热、对流换热、热辐射三种传热机理联合作用的综合过程。
如果保温材料受潮，水分将替代孔隙中的空气，这样不仅水分的导热系数高于空气，而且对流换热强度。
课后习题。2-4一烘箱的炉门由两种保温材料a和b做成，且δa=2δb(见附图)。已知λa=0.
1 w/mk，λb=0.06 w/mk。烘箱内空气温度tf1=400℃，内壁面的总表面传热系数h1=50 w/m2k。
为安全起见，希望烘箱炉门的外表面温度不得高于50℃。设可把炉门导热作为一维导热问题处理，试决定所需保温材料的厚度。环境温度tf2=25℃，外表面总表面传热系数h2=9.
5 w/m2k。
解：按热平衡关系，有：
由此得，δb=0.0396m
δa=2δb=0.0792 m
2-8在如图所示的平板导热系数测定装置中，试件厚度δ远小于直径d。由于安装制造不好，试件与冷、热表面之间存在着一厚度为δ=0.1mm的空气隙。
设热表面温度t1=180℃，冷表面温度t2=30℃，空气隙的导热系数可分别按t1、t2查取。试计算空气隙的存在给导热系数的测定带来的误差。通过空气隙的辐射换热可以忽略不计。
(φ58.2w d=120mm)
解：不考虑空气隙时侧得的导热系数记为λ0，则。
已知空气隙的平均厚度δ1、δ2均为0.1mm，并设导热系数分别为λ1、λ2，则试件实际的导热系数应满足：所以。即%
2-11一根直径为3mm的铜导线，每米长的电阻为2.22×10-3ω。导线外包有1mm、导热系数0.
15w/的绝缘层。限定绝缘层的最高温度为65℃，最低温度0℃，试确定这种条件下导线中允许通过的最大电流。
解：最大允许通过电流发生在绝缘层表面温度为65℃，最低温度0℃的情形。此时每米导线的导热量：
最大允许通过电流满足。
所以。2-14一直径为30mm、壁温为100℃的管子向温度为20℃的环境散热，热损失率为100w/m。为把热损失减小到50w/m，有两种材料可以同时被利用。
材料a的导热系数为0.5 w/mk，可利用度为3.14×10-3m3/m；材料b的导热系数为0.
1 w/mk，可利用度为4.0×10-3m3/m。试分析如何敷设这两种材料才能达到上要求。
假设敷设这两种材料后，外表面与环境间的表面传热系数与原来一样。
解：对表面的换热系数α应满足下列热平衡式：
由此得α=13.27 w/m2k
每米长管道上绝热层每层的体积为。当b在内，a在外时，b与a材料的外径为d2、d3可分别由上式得出。mm
此时每米长度上的散热量为：
w/m当a在内，b在外时，a与b材料的外径为d2、d3可分别由上式得出。mm
此时每米长度上的散热量为：
w/m绝热性能好的材料b在内才能实现要求。
2-35：一具有内热源，外径为r0的实心长圆柱，向周围温度为t∞的环境散热，表面传热系数为h，试列出圆柱体中稳态温度场的微分方程式和边界条件，并对常数的情形进行求解。
解：温度场满足的微分方程为：
边界条件为：r=0，dt/dr=0； r= r0，
当常数时，积分两次得：
由r=0，dt/dr=0；得c1=0；
由r= r0，得。
因此，温度场为。
2-46过热蒸汽在外径为127mm的钢管内流过，测蒸汽温度套管的布置如图所式。已知套管外径d=15mm，厚度δ=0.9mm，导热系数λ=49.
1w/mk。蒸汽与套管间的表面传热系数h=105 w/m2k。为使测温误差小于蒸汽与钢管壁温度差的0.
6%，试确定套管应有的长度。
解：设蒸汽温度为tf，按题义，应使%
即，得ch(mh)=166.7
又mh=5.81
p=πd，a=πdδ
所以。h=0.119m
2-48用一柱体模拟燃汽轮机叶片的散热过程。柱长9cm，周界为7.6cm，截面为1.
95cm2，柱体的一端被冷却到305℃（见附图）。815℃的高温燃气吹过该柱体，假设表面上各处的对流换热系数是均匀的，并为28 w/m2k，柱体导热系数λ=55 w/mk，肋端绝热。试：
（1）计算该柱体中间截面上的平均温度及柱体中的最高温度。
（2）冷却介质所带走的热量。
解：以一维肋片的导热问题来处理。
ch(1.268)=1.92
柱体中的最高温度为肋端温度。
所以。在 x=h/2处，m(x-h)=-14.09×0.045=-0.634
因为ch(-x)=chx 所以。
冷却水带走的热量。
负号表示热量由肋尖向肋根传递。
第三章非稳态导热。
思考题。1、由导热微分方程可知，非稳态导热只与热扩散率有关，而与导热系数无关。你认为对吗？
答：由于描述一个导热问题的完整数学描写不仅包括控制方程，还包括定解条件。所以虽然非稳态导热的控制方程只与热扩散率有关，但边界条件中却有可能包括导热系数λ(如第二或第三类边界条件)。
因此上述观点不对。
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