传热学基础复习资料

传热学基础一、填空题1、传热的基本方式有热传导、热对流和热辐射三种。热传导、热对流、热辐射2、传热过程可分为不随时间变化的和随时间变化的。稳态传热、非稳态传热3、对流换热实质是和两种传热机理共同作用的结果。热对流、导热4、某瞬时物体内部各点温度的集合称为该物体的，其同温度各点连成的面称为，其法线方向上温度的变化率用表示。温度场、等温面、温度梯度5、当物质的种类一定时，影响导热系数大小的外因主要是和。6、表示物体的蓄热量与界面上换热量的比值称为。时间常数7、在湍流传热时，热阻主要集中在，因此，减薄该层的厚度是强化的重要途径。层流内层、对流传热8、对流传热系数的主要影响因素有（1）（2）（3）（4）（5）。流体的种类和相变化的情况；流体的性质；流体流动的状态；流体流动的原因；穿热面的形状、分布和大小9、无相变时流体在圆形直管中作强制湍流传热，在α=0.023λ/diRe0.8Prn公式中，n是为校正的影响。当流体被加热时，n取，被冷却时n取。热流方向、0.4、0.310、努塞尔特准数Nu表示的准数，其表达式为，普兰特准数Pr表示的准数，其表达式为。对流传热系数、lNu、物性影响、PCPr11、蒸汽冷凝有和两种方式。膜状冷凝、滴状冷凝12、双层平壁定态热传导，两层壁厚面积均相等，各层的导热系数分别为1和2，其对应的温度差为1t和2t，若1t2t，则1和2的关系为。12二、简答题1、何谓热对流？何谓对流传热？对流换热又可分为哪两大类？答：热对流是指流体中质点发生相对位移而引起的热量传递。通常，对流传热是指流体与固体壁面间的传热过程，它是热对流和热传导的结合。它又可分为强制对流和自然对流两类。2、请简述辐射换热区别于导热和热对流方式最主要的特征。它是唯一一种非接触的传热方式；它不仅产生能量转移，而且还伴随着能量形式的转换，即发射时从热能转换为辐射能，而被吸收时又从辐射能转换为热能。3、请简述在非稳态导热过程中物体中温度分布存在的两个阶段。（1）在第一阶段内，温度分布主要受初始温度分布的控制，此阶段称为非正规状况的阶段。（2）当过程进行到一定的深度，物体中不同时刻的温度分布主要取决于边界条件及物性，此时为第二阶段，即正规状况阶段。4、若热流体走管内，冷流体走管外，两流体通过间壁的传热包括那几个过程？答：包括以下三个过程：（1）热流体以对流传热方式将热量传给管内壁（2）热量由内壁面以热传导方式传给外壁面（3）热量由外壁面以对流传热的方式传给冷流体三、计算题1、一红砖平面墙厚度为500mm，一侧壁面温度为200℃，另一侧壁面温度为30℃，红砖的导热系数可取为0.57/W（m℃）。求：（1）通过平壁的热传导通量q。（2）平壁内距离高温侧350mm处的温度，℃。解：（1）求q已知2001t℃，302t℃，mmb5.0，57.0/W（m℃）单层平壁热传导通量221/19457.05.030200mWbttq（2）设平壁内距离350mm处的温度为t，则有：19457.035.0200tq解得：81℃57.035.0194200t2、用平板法测定固的导热系数。在平板一侧用电热器加热，另一侧用冷却器冷却，同时在板的两侧用热电偶测量其表面温度。若所测固体的表面积为0.012m，厚度为20mm。实验测得电流表读数为0.58A，伏特计读数为100V，两侧表面的温度分别为180℃和30℃。求：该材料的导热系数。（1）由实验测得的电流和电压可求出导热量QWIVQ58.0（2）由单层平壁热传导方程可求出由sbttQ21可得：℃./773.03018001.002.058221mWttsQb3、某炉壁由下列三种材料组成，内层是耐火砖，℃./4.11mW，mmb2301；中间是保温砖，℃./15.02mW，mmb1152；最外层是建筑砖，℃./8.03mW，mmb2303。今测得其内壁温度℃9001t，外壁温度℃804t。求（1）通过炉墙单位面积的热损失2/mW。（2）各层的温差。（3）各层接触面的温度。（假设各层接触良好）解：设2t为耐火砖和保温砖之间接触面的温度。3t为保温砖和建筑砖之间接触面的温度。（1）由多层平壁定态热传导公式可以导出q：233221141673288.0767.0164.08208.023.015.0115.04.123.080900mWbbbttSQq（2）1t、2t、3t分别为耐火砖层，保温砖层和建筑砖层的温差。因是多层平壁的定态热传导，故qqqq321由111btq可得，℃6.1104.123.0673111bqt℃0.51615.0115.0673.222bqt℃5.1938.023.0673.333bqt（3）℃4.7896.110900112ttt℃4.2730.5164.789223ttt4、平壁炉的炉壁由三种材料所组成，内层是耐火砖，℃./07.11mW，mmb2001；中间是绝缘砖，℃./14.02mW，mmb1002；最外层是钢板，℃./453mW，mmb63。若耐火砖层内表面温度℃11501t，钢板外表面温度℃304t。求（1）导热的热通量q。（2）若计算结果与实验的热损失（2/300mW）不符，分析原因并计算附加热阻附R。解：（1）由三层平壁的定态热传导公式求q000133.0714.0187.0112045006.014.01.007.12.030115033221141bbbttSQq2/1242901.01120mW（1）计算结果：2/300mWq，分析原因是：说明平壁层间接触不良，有空气层存在，产生了附加热阻附R。即30033221141附Rbbbttq代入数据得：300901.01120＝附Rq解出WmR℃＝－＝附283.2901.030011205、某平壁炉是由一耐火砖与一层普通砖砌成，两层得厚度均为100mm，其导热系数分别为℃./9.0mW及℃./7.0mW。待操作稳定后，测得炉壁得内表面温度为700℃，外表面温度为130℃。为减少热损失，在普通砖的外表面砌一层厚度为40mm，导热系数为℃./06.0mW的保温层，待操作稳定后，又测得炉内表面温度为740℃，外表面温度为90℃。今设原来的两层材料导热系数不变。求：加上保温层后单位面1积炉壁的热损失比原来减少的百分数。解：（1）加保温层前，单位面积炉壁的热损失1q。此时，为两层平壁的热传导：22211311/22407.01.09.01.0130700mWbbttq（2）加保温后，单位面积炉壁的热损失为2q，此时为三层平壁的热传导：232211412/76006.004.07.01.09.01.0907403mWbbbttq（3）增加保温层后，热损失比原来减少的百分数为：%5.68%10022407062240%100121qqq6、有一直径为mm5.332的钢管，其长度为3m，已知管内壁温度为100℃，外壁温度为90℃。求该管的热损失为多少KW。（已知钢管的导热系数为45℃./mW）解：本题为单层圆筒壁的热传导，求热损失可用式：1221ln12rrttLQ式中各量为：mr0125.01，mr016.02，mL3，℃1001t，℃902t代入上式可得KWWQ34.34343400125.0016.0ln45190100327、有一蒸汽管外径为25mm，管外包以两层保温材料，每层厚度均为25mm，外层与内层保温材料的导热系数之比为4/12，此时的热损失为LQ。今将内外两层材料互换位置，且设管外壁与保温层外表面的温度均不变，则热损失为LQ。求LLQQ/，并说明何种材料放在里层为好。解：（1）蒸汽管外半径mmr5.122251内层保温层外半径mmr5.37255.122外层保温层外半径mmr5.62255.373已知4/12，故124（2）当导热系数小的材料包在里层时，热损失LQ为：91.485.375.62ln415.125.37ln12ln1ln12131113123212131ttLttLrrrrttLQLW（3）当导热系数大的材料包在里层时，热损失LQ为：14.385.375.62ln15.125.37ln412ln1ln12131113123112231ttLttLrrrrttLQLW（4）可求出：LLQQ/56.114.391.4，说明在圆筒壁当采用两种以上材料保温时，为减少热损失，应将小的材料包在里层为好。8、在一个mm5.360的钢管外包有两层绝热材料,里面为mm40的氧化镁粉,平均导热系数为0.07℃./mW；外层为20mm的石棉层，其平均导热系数为0.15℃./mW，钢的导热系数为45℃./mW，现测出管内壁温度为500℃，最外层温度为80℃。求（1）每米管长的热损失。（2）两层保温层界面的温度。（假设层间接触良好）（1）求每米管长的热损失LQ，此为三层圆筒壁的热传导。已知：℃，℃，，，8050009.002.007.007.004.003.003.00035.00265.00265.02053.0414321ttmrmrmrmr℃./451mW，℃./07.02mW，℃./15.03mW代入下式：mWrrrrrrttLQ/4.19168.11.120027.0263807.009.0ln15.0103.007.0ln07.010265.003.0ln451805002ln1ln1ln1234323212141（2）保温层界面温度3t,可按两层圆筒壁导热来计算：4.19103.007.0ln07.010265.003.0ln4515002ln1ln12323212131trrrrttLQ可解出℃1.131,21.120027.04.19150033tt9、求绝压为140KPa，流量为1000hkg/的饱和水蒸汽冷凝后并降温到60℃时所放出的热量。用两种方法计算并比较结果。已知140KPa水蒸汽的饱和温度为109.2℃，冷凝热为2234.4KgKJ/，焓为2692.1KgKJ/；60℃的水的焓为251.21KgKJ/。解：（1）第一种方法KWHHWQhhh67821.2511.2692360010002,1,（2）第二种方法①冷凝水的平均温度为℃6.842602.10922tttsm查出84.6℃下的水的比热容为：℃./201.4KgKJcp②水蒸气冷凝并降温放出的热量为：KWTTcWrWQsphhh678602.109201.4360010004.223436001000.2计算表明两种方法结果一样，但是第一种方法较简单。10、将0.417sKg/、80℃的有机苯，通过一换热器冷却到40℃；冷却水初温为30℃，出口温度不超过35℃。假设热损失可略，已查出在平均温度下，硝基苯和水的比热容分别为1.6℃./KgKJ。求：（1）冷却水用量hm/3？（2）在（1）题中如将冷却水的流量增加到6hm/3，问此时冷却水的终温将是多少？解：（1）当热损失可略时，求eW由可得分21221ttcWTTcWQpccphh分2/59.4/4590/275.1303510187.44080106.1417.