哈工程核学院传热期末试卷答案

一填空题(每空1分，共20分)1、（温度差）是热量传递的推动力，（浓度差）是质量传递的推动力。2、黑体辐射力由（斯蒂芬-波尔兹曼）定律确定，黑体辐射能量按波长的分布服从（普朗克）定律，按空间方向的分布服从（兰贝特）定律。3、热量传递的三种方式：（导热）、（对流）和（辐射）。4、非稳态导热过程分为（非正规状况）阶段和（正规状况）阶段，非稳态导热中常采用集中参数法处理，其中的时间常数为（hAcV）5、传热学中导热问题三种类型的边界条件的数学表达式分别是第一类（)(01ftw时，）、第二类（)()(02fxtw时）、第三类（)()(fwwtthxt）6、换热器计算中对数平均温差表达式为（minmaxminmaxlntttttm）7、已知：水以1.2m/s平均速度流入内径为20mm的长直管。（1）管子壁温为75℃，水从20℃加热到70℃；（2）管子壁温为15℃，水从70℃冷却到20℃。水在45℃时的运动粘度为0.675×10-6m2/s,普朗特数为3.952。求两种情况下的努赛尔数（1）加热（174.3）（2）冷却（151.9）8、顺流和逆流是两种极端情况，在相同的进出口温度下，（逆流）的平均温差最大，（顺流）的平均温差最小。9、将一与室外环境温度等温的黑体小球突然置于有风的室外且处于太阳照射下，请问其温度升高、降低还是不变（升高）二简答题(每题4分，共32分)1、一般认为，在换热面上结垢要使总传热系数减小。但正如在小直径的管外包绝缘层可能反而导致传热强化一样，对于通过圆管的传热，在管内结垢有可能反而会使传热强化。试分析有哪些因素反而会导致这种结果。答：(1)增加内表面的粗糙度。(2)管径减小使流动增加。2、试定性绘制大容积饱和沸腾曲线并标明每个阶段的名称。3、试用简明的语言说明强化单相强制对流传热、核态沸腾及膜状凝结的基本思想。对于无相变的对流传热，凡是能减薄边界层、增加流体的扰动、促使流体中各部分混合以及增加固体壁面上的速度梯度的措施都能强化传热。强化沸腾传热的有效措施是增加固体壁面上的汽化核心，而对于膜状凝结则要减薄所形成的液膜厚度。4、对于气体、液体与固体表面之间的热交换问题，在某些情况下流体与固体表面间不存在辐射换热，或虽然存在但相对于对流换热可以忽略不计。试判断以下4种情况是否需要考虑辐射换热：（1）空气的自然对流换热；（2）烟气的强制对流换热（例如烟气流过锅炉的蒸汽过热器、再热器等）；（3）水及其他液体的自然对流换热；（4）过热水蒸气的自然对流换热。流体与固体间不存在辐射换热；流体与固体间存在辐射换热，对流换热强烈时可以不计辐射；液体与固体间辐射换热可以不考虑；流体与固体间存在辐射换热，需与对流换热同时考虑。4、Nu、Pr的定义并简述它们的物理意义。Nu数与Bi数有什么区别？有人认为,Bi代表了绝热工况，你是否赞同这一观点,为什么?dNu无量纲温度梯度，aPr是流动边界层与热边界层的相对大小。毕渥数反应了导热阻力与表面对流传热阻力之比。不赞同，毕渥数趋于无穷并不代表绝热工况，只是代表导热阻力相对表面对流传热阻力比较大。6、在实验研究对流换热问题时，通常通过实验方法获得管内对流换热系数，再与相应的实验关联式进行比较，以确定实验测量系统的可靠性。问，在不破坏管内流动的情况下，通过实验方法获得某金属圆管管内对流换热系数，需要测量哪些参数，并给出对流换热系数的计算步骤。需要测得流量、加热段管长、管内径、加热功率以及进出口流体温度和管壁温度，有加热功率和几何尺寸，计算出热流密度，然后管壁平均温度和进出口平均水温，计算换热系数。7、某人在海边溺水，被游人发现，直接将其拖到岸上且未采取其他措施，试从传热学角度分析这种行为对溺水者的影响。溺水者身上有水，到岸上后会蒸发，导致体表温度降低，尤其是冬季，气温较低的情况下，水的导热系数较空气要高，更容易丧失体内热量，如果夏季，阳光照射情况下稍好一些。8、试论述家庭常用的暖水瓶的保温原理对流：暖水瓶瓶胆中间有夹层，夹层抽真空，抑制对流导热：夹层抽真空，抑制导热，软木塞热阻较大，抑制导热辐射：瓶胆涂银，反射率较高，抑制辐射。三证明题(8分)已知：一球状物体，球外敷设保温材料，λ为保温材料的导热系数，h为球保温层外表面的表面传热系数，假定为常数。求证：球状物体的临界表面绝缘半径为hr2。已知，内外径分别为1r和2r的球壳的导热热阻为211141rr。证明：设周围介质的温度为t则该球状物体的热量为hrrrtt211411141，1r为球状物体的一内半径，该处的壁温为,1tr是外半径，此处视为变量，达到临界半径时，0drd这导致041114121hrrrdrd即02414132rhhr由此得121hr。于是得球状物体的临界表面绝缘半径为hr/2。四、计算题(每题8分，共40分)1、测定流速的热线风速仪是利用流速不同对圆柱体的冷却能力不同，从而导致电热丝温度及电阻值不同的原理制成的。用电桥测定电热丝的阻值可推得其温度。今有直径为0.1mm的电热丝与气流方向垂直地放置。来流温度为20℃，电热丝温度为40℃，加热功率为17.8W/m。试确定此时的流速。略去其他的热损失。流体横掠圆管的平均表面传热系数可用下式计算，具体参数如下表所示：3/1PrRenCNu空气30℃物性分别为：密度1.165kg/m3，导热系数0.0267W/(m·K)，运动粘度1.6E-7m2/s，普朗特数0.701ReCn0.4-40.9890.334-400.9110.38540-40000.6830.4664000-400000.1930.61840000-4000000.02660.805答：KmWttdqhttdhfwlfwl25/28332040101.08.17,q定性温度3024020tm℃，701.0Pr,/1016,/0267.026smKmW61.10101.00267.028333Nu。先按表5-5中的第三种情况计算，侧360683.061.10683.0Re1459.2466.0/1Nu，符合第二种情形的适用范围。故得：smd/6.57101.03601016Reu36。2、一具有内部加热装置的物体与空气处于热平衡。在某一瞬间，加热装置投入工作，其作用相当于强度为的内热源。设物体与周围环境的表面传热系数为h（常数），内热阻可以忽略，其他几何、物性参数均已知，试列出其温度随时间变化的微分方程式并求解之。)(tthAddcvt引入过余温度，则其数学描写如下：tthAddcv0)0(故其温度分布为：cvhAcvhAehAett103、用一个辐射计（Radiometer）探测正在被环形圆盘加热器（Heater）加热的一个小的试件目标（Sample）。目标的面积A1=0.0004m2，温度T1=500K，为漫射灰体，发射率为1=0.8。加热器的工作温度T2=1000K，为黑体。辐射计探测整个试件面积的立体角为=0.0008sr。(1)用试件的有效辐射密度J1和相关的几何参数，以符号的形式写出离开试件的辐射中被辐射计所拦截到的辐射功率的表达式。(2)以符号的形式，用投射辐射密度、发射功率和恰当的辐射性质写出试件有效辐射密度J1的表达式(3)用加热器的发射功率、加热器面积和合适的视角系数，写出因加热器的发射而导致的试件上的投射辐射密度G1的表达式，并用此式算出G1的值。(4)利用以上的表达式和结果确定辐射计得到的辐射功率。（1）11111cosradradAJq（2）11,111)1(GEGEJb（3）1121AqG,22122bEFAq，000815.021F，代入数，得170131GW/m2（4）将数据带入式（2），得62381JW/m24、已知：如右图所示，假设（1）所有内表面均是500K的黑体；（2）所有内表面均是＝0.6的漫射体，温度均为500K。求：从小孔向外辐射的能量。解：设小孔面积为2A，内腔总表面壁为1A，则：2212213.14160.0168.0410mAr，22212121222323.14160.020.040.040.020.0166.73610mArdHrr，2,11x，421,2318.04100.11946.73610AxA，4420121,222,111,211/11/1ATTxx。（1）121,441,28.04105.6752.85W；D=40mmD=32mmH=40mm（2）21，10.6，441,28.04105.6752.64W10.11941/0.61。5、有一板状燃料元件，厚度为1mm，两侧包壳用0.5mm厚的铝制成，燃料元件体积释热率为3MW/m2.211。元件两边用40℃的水冷却，对流换热系数左侧hf1=40000W/(m2.K)，右侧hf2=30000W/(m2.K)。试求元件在稳态下的温度分布（忽略接触热阻）。铝的导热系数λ=221.5W/(m.K)，燃料元件的导热系数为5.01W/(m.K)。设温度最高点为0点，距离左侧为1，右侧为2，燃料左侧壁温为1t，右侧为2t，最高燃料元件温度为tm则022uvqdxtd2122cxcxqtuv0x，tmt，0dxdt因此，tmxqtuv2211vqq，22vqq)11(11hqtft，)21(22hqtft2121uqttmv，2222uqttmv121mm21)21(qqqv又1h、2h、、tf、vq已知联立上述方程，可得2222)21(212)11(1uqhquqhqvv结合，11qvq，22qvq可得22221)21(2121)11(1uhuh又，121mm可得，516.01mm，484.02mm进而得到温度分布tftmuqhqv212)11(1可得，tm=48.6℃（3分）可得6.4822xqtuv