传热学实际现象应用

（16）地面上按自然对流设计的换热装置，在太空中还能正常工作吗？为什么？

要点：自然对流换热

答：不能。因为自然对流换热是由于流体各部分温度不均匀而形成密度差，从而在重力场作用下产生浮升力所引起的对流换热现象。因此到了太空中完全处于失重状态，因而该装置在太空中无法正常工作。

（17）改变暖气中的水的流速是否可以显著地增强换热？

要点：暖气水侧、气侧内外热阻的比较

答：不能。因为暖气里的水是强制对流换热，而外部是空气的自然对流散热，由于空气侧对流换热表面传热系数远小于水侧，因此改变水的流速以进一步减小水的热阻对于传热量贡献不大。

（18）摩托车手的膝盖为什么需要特别的保温？

要点：热边界层很薄，换热强。

答：因为膝盖处的热边界层很薄，换热能力较强，该处与空气的热交换量较大，因此要特别保温。

(19)为什么只可以烧开水？

要点：对流传热的热阻

答：水侧的热阻远远小于加热侧的热阻，纸的温度更接近与水的温度，所以不会达到纸的着火点.

3.辐射换热

（1）简述玻璃温室保温的原理？

要点：选择透过性。 答：保温室里的温度明显高于外界温度，玻璃对太阳辐射具有强烈的选择性吸收，它对可见光为主的太阳光透射率大，但对室内物体红外范围内的（长波辐射）热辐射透射率低，所以产生温室效应。

（2）金属工件在炉内加热时表面颜色随温度升高而变化做出解释？

要点：热辐射光谱具有选择性。

答：金属工件在炉内加热时，其热辐射光谱具有选择性，不同温度时选择辐射的光谱不同，所以呈现不同的颜色。金属在不同温度下呈现的各种颜色说明随着温度升高热辐射中可见光中短波的比例不断增加。

（3）指出热射线主要由哪两种射线组成？为什么钢锭在炉中加热时随着温度升高颜色会依次出现黑红橙白的变化？

要点：实际物体的光谱辐射力随着波长做不规则变化。 答：热射线主要由红外线（波长0.76-20微米）和可见光（波长0.38-0.76微米）组成。 随着温度升高，钢锭辐射能量中重要部分的能量向波长较小的方向移动，所以钢锭的颜色会依次出现黑红橙白的变化。

（4）何为灰体？这种物体表面现实中不存在，为什么可以用于实际表面间的辐射换热计算？

要点：灰体 答：灰体是物体的光谱吸收比为常数物体。光谱辐射特性不随着波长而变化的假想物体。 灰体是对实际物体的吸收比进行抽象简化后的理想模型，只要在所研究的辐射能覆盖的波长范围内光谱吸收比为常数即可，不必要求对所有波长都严格成立。工业上遇到的热辐射，其主要波长区段位于红外线范围内，把大多数工程材料当作灰体处理引起的误差是允许的，给辐射传热的计算带来了很大的方便。

（5）常温下树叶为什么呈现绿色？常温下呈绿色的树叶其对绿光的光谱发射率较对其他颜色的可见光（红，黄）的光谱发射率是大是小？

要点:反射、发射率=吸收比、基尔霍夫定律：反射率+吸收比=1

答：树叶呈现绿色是由于物体对可见光中的绿色反射较多的缘故，而几乎全部吸收了其他可见光。也就是说该物体在常温下绿色光比其他单色光的吸收比低，根据基尔霍夫定律，在热平衡条件下任意物体对黑体投入辐射的吸收比等于同温度下该物体的发射率，因此实际上该物体在常温下绿色光的光谱发射率较其他单色光的光谱发射率低。

（6）深秋以及初冬季节的清晨常常会看到层面结霜，分析： 1为什么霜出现的早晨一定是晴天？或者说为什么阴天不容易结霜而晴天容易结霜？

要点：辐射换热、云层反射。 答：屋面结霜的一个重要原因是，在晴天无云的条件下屋面能与太空进行辐射换热，由于太空温度较低，使得屋面上的水（汽）失去了大量的热，温度降低，低于冰点形成霜。所以有霜出现必然是晴天。 当阴天地面发出去的热量有一部分会被空中的云层给反射回来，这在一定程度上降低了地面热量的减少，使地面温度不会太低。因此冬天阴天不易结霜而晴天容易结霜。

2室外温度是否一定要低于0℃？

要点：辐射传热，电磁波

答：不是一定要低于0℃，因为结霜的主要原因是由于屋面与太空之间的辐射传热，辐射传热是通过电磁波来传递能量，并不是借助于物质传递能量。

3结霜屋面与不结霜屋面谁的保温效果好？

答：结霜屋面的保温效果好。因为如果保温效果不好，那么屋面温度受到室内温度的影响较大，这样很难达到较低温度形成结霜的条件。

（7）在深秋晴朗无风的夜晚，草地也会结霜，可气象台说清晨的最低温度为2℃，解释此现象。（假设草地与地面绝热）

要点：草地与空气对流换热、草地与太空辐射 答：因为草地与地面近似于绝热，所以草地接受空气的对流换热量等于他对太空的辐射。h（T空-T草）=5.67*10-8（T草四次方-T天四次方）所以T天

（8）何为漫-灰表面？将实际表面视为漫-灰表面有何实际意义？

要点：漫-灰表面

答：漫射表面是指服从兰贝特定律的（定向辐射强度与方向无关）的表面

灰体表面是指光谱吸收比是常数与波长无关的物体表面 漫-灰表面是一种理想的表面，可以直接应用基尔霍夫定律(发射率等于吸收

比)；兰贝特定律（辐射力等于定向辐射力的π倍）；这种简化处理给辐射换热的分析与计算带来了很大的方便。

（9）太阳能集热器采用选择性表面涂层对太阳辐射的吸收比为0.9本身的发射率为0.3这一现象是否违背了基尔霍夫定律？为什么？

要点：基尔霍夫定律的适用条件 答：基尔霍夫定律是指热平衡时，任意物体对黑体投入辐射的吸收比等于同温度下该物体的发射率。对于漫灰体，不论投入辐射是否来自黑体，也不论是否处于热平衡条件，其吸收比恒等于同温度下的发射率。太阳能集热器的吸收板表面具有对太阳辐射的高吸收比，而又希望减少涂层本身的发射率以减少散热损失。太阳能集热器的吸收板表面覆盖的选择性涂层，他所吸收的阳光来源与太阳，他对阳光的吸收比是针对于太阳而言的，而他本身的发射率是针对其自身的温度。太阳的温度与太阳能集热器的吸收板表面的温度不同，温度不同使阳光与太阳能集热器吸收版表面自身辐射的光谱分布也不同，所以选择性涂层能使表面吸收阳光的能力与自身辐射的能力不一样，与基尔霍夫定律不矛盾。

（10）为什么在研究物体表面对太阳能的吸收时不能把物体当作灰体？为什么夏天人们爱穿浅颜色的衣服？

要点：可见光、选择性、吸收比

答：太阳辐射中可见光占了近一半，大多数物体对可见光的吸收表现出强烈的选择性。 白衣服对太阳光的吸收比仅为0.1-0.2，而黑衣服的吸收比在0.9以上。黑色会吸收更多的能量，让人感到热。

（11）温室效应

要点：选择性吸收 答：玻璃对太阳能具有强烈的选择性吸收，大部分的太阳能能够穿过玻璃进入有吸热面的腔内，而吸热面发出的常温的长波辐射却被阻隔在腔内，从而产生了所谓温室效应 工业发展排放了大量的对红外波段的辐射具有一定吸收率的气体，如CO2,CFC制冷剂，聚集在地球外围，一方面好像给地球罩上了一层玻璃窗，以可见光为主的太阳能可以到达地球表面，无法散发到宇宙中，使得气球表面温度升高；另一方面，CFC分解出来的氯气对于臭氧层有严重的破坏，太阳对地表的辐射增强。导致了温室效应。

（12）气体辐射的特点

答：1.气体辐射对波长具有强烈的选择性，他只在某些波长区段内具有辐射能

力，相应的也只在同样的波长区段内才具有吸收能力。因此气体一定不是灰体。 2.气体的辐射和吸收是在整个容积中进行的，而固体和液体的辐射和吸收都是

在表面上进行的。出其他条件外，还必须说明气体所处的容积形状和容积大小。

(13)海水为什么总是蓝色？

要点:反射

答：海水对不同波长的可见光吸收率不同，对蓝色波长辐射的射线吸收少，反射多，所以呈现蓝色。（吸收比+反射比=1 吸收比等于发射率）

（14）室温下呈黑色的铁棒在炉中加热时，颜色渐呈暗红、红、橙黄、为什么？

要点：

答：随着铁棒加热，温度升高，其辐射能量最大的波长向短波方向移动，即经历由远红外线、近红外线到可见光的区域，因而会呈现上述颜色变化。

（15）北方，深秋或者初冬季节的清晨，为什么树叶总是在朝向太空的一面结霜？

要点：辐射换热 答：因为与背向太空的一面相比，树叶向着太空的一面须向温度很低的太空辐射更多的热量，使其表面温度更低，所以更容易结霜。 （）