关于实际物体的单色吸收率和单色发射率的论述中，错误的是（）。
A 、热平衡条件下实际物体的单色吸收率等于其所处温度下的单色发射率
B 、单色吸收率等于物体所处温度下的单色发射率
C 、实际物体的单色吸收率与波长有关
D 、实际物体在各个方向上的发射率完全相同
【正确答案：D】
物体发射率只与发射辐射的物体本身有关，而不涉及外界条件；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；实际物体辐射按空间分布不符合兰贝特定律，即在各个方向上的发射率有所不同。
红外线测温仪误差一般是0.2摄氏度左右。在0-100℃范围内允许的最大误差是0.5℃。
目前市场上出售的红外线测温仪很多都是应防非典的需要由工业测温仪改装而成，受当时的环境温度影响比较大，测出体温与实际温度有误差。
1、辐射率
辐射率是一个物体相对于黑体辐射能力大小的物理量，它除了与物体的材料形状、表面粗糙度、凹凸度等有关，还与测试的方向有关。若物体为光洁表面时，其方向性更为敏感。不同物质的辐射率是不同的，红外测温仪仪从物体上接收到辐射能量大小正比于它的辐射率。
（1）辐射率的设定根据基尔霍夫定理：物体表面的半球单色发射率（ε）等于它的半球单色吸收率（α），ε=α。在热平衡条件下，物体辐射功率等于它的吸收功率，即吸收率（α）、反射率（ρ）、透射率（γ）总和为1，即α+ρ+γ=1。对于不透明的（或具有一定厚度）的物体透射率可视γ=0，只有辐射和反射（α+ρ=1），当物体的辐射率越高，反射率就越小，背景和反射的影响就会越小，测试的准确性也就越高；反之，背景温度越高或反射率越高，对测试的影响就越大。由此可以看出，在实际的检测过程中必须注意不同物体和测温仪相对应的辐射率，对辐射率的设定要尽量准确，以减小所测温度的误差。
（2）测试角度
辐射率与测试方向有关，测试角度越大，测试误差越大，在用红外进行测温时，这一点很容易被忽视。一般来说，测试角最好在30°C之内，一般不宜大于45°C，如果不得不大于45°C进行测试，可以适当地调低辐射率进行修正。如果两个相同物体的测温数据要进行判断分析，那么在测试时测试角一定要相同，这样才更具有可比性。
2、距离系数
距离系数（K=SD）是测温仪到目标的距离S与测温目标直径D的比值，它对红外测温仪的精确度有很大影响，K值越大，分辨率越高。因此，如果测温仪由于环境条件限制必须安装在远离目标之处，而又要测量小的目标，就应选择高光学分辨率的测温仪，以减小测量误差。在实际使用中，许多人忽略了测温仪的光学分辨率。不管被测目标点直径D大小，打开激光束对准测量目标就测试。实际上他们忽略了该测温仪的SD值的要求，这样测出的温度会有一定的误差。
3、目标尺寸
被测物体和测温仪视场决定了仪器测量的精度。使用红外测温仪仪测温时，一般只能测定被测目标表面上确定面积的平均值。一般测试时有以下三种情况：
（1）当被测目标大于测试视场时，测温仪就不会受到测量区域外面的背景影响，就能显示被测物体位于光学目标内确定面积的真实温度，这时的测试效果最好。
（2）当被测目标等于测试视场时，背景温度已受到影响，但还比较小，测试效果一般。
（3）当被测目标小于测试视场时，背景辐射能量就会进入测温仪的视声符支干扰测温读数，造成误差。仪器仅显示被测物体和背景温度的加权平均值。
4、响应时间
响应时间表示红外测温仪仪对被测温度变化的反应速度，定义为到达最后读数的95%能量所需要时间，它与光电探测器、信号处理电路及显示系统的时间常数有关。如果目标的运动速度很快或者测量快速加热的目标时，要选用快速响应红外测温仪仪，否则达不到足够的信号响应，会降低测量精度。但并不是所有应用都要求快速响应的红外测温仪仪。对于静止的或目标热过程存在热惯性时，测温仪的响应时间可放宽要求。因此，红外测温仪仪响应时间的选择要和被测目标的情况相适应。
2009年供热中级---传热学复习题及其答案
一、 概念题
1、试分析室内暖气片的散热过程，各个环节有哪些热量传递方式？以暖气片管内走热水为例。
答：有以下换热环节及传热方式：
（1）由热水到暖气片管道内壁，热传递方式为强制对流换热；
（2）由暖气片管道内壁到外壁，热传递方式为固体导热；
（3）由暖气片管道外壁到室内空气，热传递方式有自然对流换热和辐射换热。
2、试分析冬季建筑室内空气与室外空气通过墙壁的换热过程，各个环节有哪些热量传递方式？
答：有以下换热环节及传热方式：
（1）室内空气到墙体内壁，热传递方式为自然对流换热和辐射换热；
（2）墙的内壁到外壁，热传递方式为固体导热；
（3）墙的外壁到室外空气，热传递方式有对流换热和辐射换热。
3、何谓非稳态导热的正规阶段？写出其主要特点。
答：物体在加热或冷却过程中，物体内各处温度随时间的变化率具有一定的规律，物体初始温度分布的影响逐渐消失，这个阶段称为非稳态导热的正规阶段。
4、分别写出Nu、Re、Pr、Bi数的表达式，并说明其物理意义。
（1）努塞尔(Nusselt)数， ，它表示表面上无量纲温度梯度的大小。
（2）雷诺(Reynolds)数， ，它表示惯性力和粘性力的相对大小。
（3）普朗特数， ，它表示动量扩散厚度和能量扩散厚度的相对大小。
（4）毕渥数， ，它表示导热体内部热阻与外部热阻的相对大小。
6、按照导热机理，水的气、液、固三种状态中那种状态的导热系数最大？
答：根据导热机理可知，固体导热系数大于液体导热系数；液体导热系数大于气体导热系数。所以水的气、液、固三种状态的导热系数依次增大。
7、热扩散系数是表征什么的物理量？它与导热系数的区别是什么？
答：热扩散率 ，与导热系数一样都是物性参数，它是表征物体传递温度的能力大小，亦称为导温系数，热扩散率取决于导热系数 和 的综合影响；而导热系数是反映物体的导热能力大小的物性参数。一般情况下，稳态导热的温度分布取决于物体的导热系数，但非稳态导热的温度分布不仅取决于物体的导热系数，还取决于物体的导温系数。
8、集总参数法的适用条件是什么？满足集总参数法的物体，其内部温度分布有何特点？
答：集总参数法的适用条件是Bi<0.1，其特点是当物体内部导热热阻远小于外部对流换热热阻时，物体内部在同一时刻均处于同一温度，物体内部的温度仅是时间的函数，而与位置无关。
9、灰体的含义？
答：灰体是指物体单色辐射力与同温度黑体单色辐射力随波长的变化曲线相似，或它的单色发射率不随波长变化的物体；或单色吸收比与波长无关的物体，即单色吸收比为常数的物体。
10、漫射表面？
答：通常把服从兰贝特定律的表面称为漫射表面，即该表面的定向辐射强度与方向无关。或物体发射的辐射强度与方向无关的性质叫漫辐射，具有这样性质的表面称为漫射表面。
11、气体的热边界层与流动边界层的相对大小？
答：由于 ，对于气体来说 ，所以气体的热边界层的厚度大于流动边界层的厚度。
13、影响强制对流换热的表面换热系数的因素有哪些？
答：影响强制对流换热的表面换热系数的因素有流态、流体的物性、换热表面的几何因素等，用函数表示为 。
14、；利用同一冰箱储存相同的物质时，试问结霜的冰箱耗电量大还是未结霜冰箱耗电量大？为什么？
答：在其它条件相同时，冰箱的结霜相当于在冰箱的蒸发器和冰箱的冷冻室（或冷藏室）之间增加了一个附加的热阻，因此，冷冻室（或冷藏室）要达到相同的温度，必须要求蒸发器处于更低的温度。所以，结霜的冰箱的耗电量要大。
15、分别写出Bi、Nu、Fo 、Pr数的表达式，并说明Bi物理意义。
（1）毕渥数， ，它表示导热体内部导热热阻与外部对流换热热阻的相对大小。
（2）努塞尔数， ，它表示壁面附近流体无量纲温度梯度的大小，反映对流换热过程的强度。
（3）傅立叶数， ，它表示非稳态导热过程的无量纲时间。
（4）普朗特数， ，它表示动量扩散和能量扩散的相对大小，是反映流动边界层厚度和热边界层厚度的相对大小。
16、圆管临界热绝缘直径与哪些因素有关？
答：圆管临界热绝缘直径 ，根据公式加以分析（略）。
17、为什么珠状凝结表面换热系数比膜状凝结表面换热系数大？
答：膜状凝结换热时
沿整个壁面形成一层液膜，并且在重力的作用下流动，凝结放出的汽化潜热必须通过液膜，因此，液膜厚度直接影响了热量传递。
珠状凝结换热时，
凝结液体不能很好的浸润壁面，仅在壁面上形成许多小液珠，此时壁面的部分表面与蒸汽直接接触，因此，换热速率远大于膜状凝结换热。
18、不凝结气体对表面凝结换热强弱有何影响？
答：不凝结气体的存在，一方面使凝结表面附近蒸汽的分压力降低，从而蒸汽饱和温度降低，使得传热驱动力即温差 减小；另一方面，凝结蒸汽穿过不凝结气体层到达壁面依靠的是扩散，从而增加了阻力。因此，上述两方面原因导致凝结换热时的表面传热系数降低。
19、空气横掠垂直管束时，沿流动方向管排数越多，换热越强，而蒸汽在水平管束外凝结时，沿液膜流动方向管排数越多，换热强度降低，为什么？
答：空气横掠垂直管束时，沿流动方向管排数越多，气流扰动越强，换热越强，而蒸汽在水平管束外凝结时，沿液膜流动方向管排数越多，凝结液膜越厚，凝结换热热阻越大，换热强度降低。
20、写出时间常数的表达式，时间常数是从什么导热问题中定义出来的？它与哪些因素有关？
答：时间常数的表达式为 ，是从非稳态导热问题中定义出来的，它不仅取决于几何 参数和物性参数 ，还取决于换热条件h。
21、什么是物体表面的发射率？它与哪些因素有关？
答：实际物体的辐射力与同温度下黑体辐射力之比称为该物体的发射率，物体的发射率只取决于物体的表面特性（物体的种类、表面状况和温度），而与外界条件无关。
22、什么是物体表面的吸收比（率）？它与哪些因素有关？
答：物体对投入辐射所吸收的百分数称为该物体的吸收比（率），物体的吸收比（率）只取决于物体的表面特性（物体的种类、表面状况和温度），对于全波长的特性还与投射能量的波长分布有关关。
23、何谓遮热板（罩）？
答：插入两个辐射换热表面之间的用于削弱两个表面之间辐射换热的薄板或罩。
24、黑体辐射包括哪几个定律？
答：普朗克定律、维恩位移定律、斯蒂芬－玻尔兹曼定律、兰贝特定律。
25、其它条件相同时，同一根管子横向冲刷与纵向冲刷相比，哪个的表面换热系数大？为什么？
答：同一根管子横向冲刷比纵向冲刷相比的表面换热系数大。因为纵向冲刷时相当于外掠平板的流动，热边界层较厚，热阻较大；而横向冲刷时热边界层较薄且在边界层由于分离而产生的旋涡，增加了流体扰动，因而换热增强。
26、下列三种关联式描述的是那种对流换热？ ， ，
答： 描述的是无相变的强迫对流换热，且自然对流不可忽略；
描述的是自然对流可忽略的无相变的强迫对流换热； 描述的是自然对流换热。
27、写出辐射换热中两表面间的平均角系数的表达式，并说明其物理意义。
答：平均角系数X1,2= ，它表示A1表面发射出的辐射能中直接落到另一表面A2上的百分数。或者它表示离开A1表面的辐射能中直接落到另一表面A2上的百分数。
28、表面辐射热阻
答：当物体表面不是黑体时，该表面不能全部吸收外来投射的辐射能量，这相当于表面存在热阻，该热阻称为表面辐射热阻，常以 来表示。
29、有效辐射
答：单位时间内离开单位面积的总辐射能为该表面的有效辐射J
，它包括辐射表面的自身的辐射E和该表面对投射辐射G的反射辐射 ，即 。
30、换热器的污垢热阻
答：换热设备运行一段时间以后，在管壁产生污垢层，由于污垢的导热系数较小，热阻不可以忽略，这种由于污垢生成的产生的热阻称为污垢热阻。
31、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：采用空心砖较好，因为空心砖内部充满着空气，而空气的导热系数相对较小，热阻较大，空心砖导热性较之实心砖差，同一条件下空心砖的房间的散热量小保温性好。
32、下列材料中导热系数最大的是（ 纯铜 ）
(a)纯铜 (b)纯铁 (c)黄铜 (d)天然金刚石
33、什么是雷诺类比律（写出表达式）？它的应用条件是什么？
答：雷诺类比率： ，条件：Pr=1，
34、下列工质的普朗特数最小的是（液态金属）
(a)水 (b) 空气 (c)液态金属 (d)变压器油
35、为什么多层平壁中的温度分布曲线不是一条连续的直线而是一条折线？
36、对管壳式换热器来说，两种工质在下列哪种情况下，何种工质走管内，何种工质走管外？
(1) 清洁的和不清洁的工质(2)腐蚀性大与小的工质(3)高温与低温的工质
（1）不清洁流体应在管内，因为壳侧清洗比较困难，而管内可以拆开端盖进行清洗；
（2）腐蚀性大的流体走管内，因为更换管束的代价比更换壳体要低，且如将腐蚀性大的流体走壳程，被腐蚀的不仅是壳体，还有管子外侧。
（3）温度低的流体置于壳侧，这样可以减小换热器的散热损失。
37、北方深秋季节的清晨，树叶叶面上常常结霜。试问树叶上、下表面的哪一面上容易结霜？为什么？
答：霜会容易结在树叶的上表面，因为树叶上表面朝向太空，而太空表面的温度会低于摄氏零度；下表面朝向地面，而地球表面的温度一般在零度以上。相对于下表面来说，树叶上表面向外辐射热量较多，温度下降的快，一旦低于零度时便会结霜。
38、什么是物体的发射率和吸收率？二者在什么条件下相等？
答：实际物体的辐射力与同温度下黑体的辐射力之比称为该物体的发射率；投射到物体表面的总能量中被吸收的能量所占的份额是物体的吸收率。由基尔霍夫定律可知：当物体表面为漫灰表面时，二者相等。
50、简述遮热罩削弱辐射换热的基本思想。
51、判定两个物理现象相似的条件是什么？
56、写出傅立叶定律的数学表达式，并解释其物理意义。
57、简要说明太阳能集热器采用的选择性表面应具备的性质和作用原理。
58、试用传热学理论解释热水瓶的保温原理。
（二）计算题例题
1、室内一根水平放置的无限长的蒸汽管道， 其保温层外径d=583 mm，外表面实测平均温度及空气温度分别为，此时空气与管道外表面间的自然对流换热的表面传热系数h=3.42 W /(m2 K), 墙壁的温度近似取为室内空气的温度，保温层外表面的发射率
问：
（1） 此管道外壁的换热必须考虑哪些热量传递方式；
（2）计算每米长度管道外壁的总散热量。(12分)
解：
（1）此管道外壁的换热有辐射换热和自然对流换热两种方式。
（2）把管道每米长度上的散热量记为
当仅考虑自然对流时，单位长度上的自然对流散热
近似地取墙壁的温度为室内空气温度，于是每米长度管道外表面与室内物体及墙壁之间的辐射为：
总的散热量为
温馨提示：
