传热学试题答案

传热学试卷一.填空题：（共20分）[评分标准：每小题2分]1．导温系数是材料物体内部温度扯平能力的指标，大小等于λ/ρC。2．影响强制对流换热的主要因素有流体的物性，状态，壁面结构。3．动量传递和热量传递的雷诺比拟的解为5/4Re0296.0xxNu，适用条件是Pr=1。4．影响膜状凝结传热的主要热阻是液膜层的导热热阻。5．自膜化现象是对流换热系数与壁面尺寸无关，其发生的条件是流体处于湍流自然对流。6．同一壳管式换热器，逆流布置时对数平均温压最大，顺流布置时对数平均温压最小。7．在热辐射分析中，把单色吸收率与波长无关的物体称为灰体。8．通常，把kmw./12.0的材料称为保温材料。9．有效辐射是单位时间内离开物体单位表面的辐射能，它包括本身辐射和反射辐射两部分。10．傅立叶定律的数学表达式是xtAQ。二．问答及推导题：（共50分）1.名词解释：（10分）[评分标准：每小题2分]①辐射力：单位表面积物体在单位时间内向半球空间发射得全部波长的能量.②热边界层：在壁面附近温度剧烈变化的薄层.③导温系数：ca表示物体内部温度扯平的能力.④膜状凝结：凝结液能很好的润湿壁面,在壁面上铺展成膜.液膜的热阻为主要热阻.⑤太阳常数：大气层外缘与太阳射线相垂直的单位表面积所接受的太阳辐射能为1367W/m22.试介绍三种强化管内湍流换热的措施，并说明措施的传热学原理。（10分）答：三种方法（1）流速u提高，（2）直径d减小，（3）采用强化的换热面。—————（6分）原理nfffNuPrRe023.08.0或2.08.0duh———————（4分）3.根据大容器饱和沸腾曲线，饱和沸腾曲线可分为几个区段？其中哪个区段具有温压小，换热强的特点？为什么在沸腾换热时必须严格监视并控制热通量在临界热通量以内？（10分）答：四个区段，核态沸腾。———————（4分）用DNB监视的原因（1）DNB之上q随△t变化亦小（2）超过maxq时△t猛增，可达到1000℃，易烧毁设备。———————（6分）4.辐射换热与导热.对流相比,有哪些特点？(10分)答(1)电磁波,能量形式转换.—————（2分）(2)不依靠中间介质,在真空中亦可以进行.—————（2分）(3)在高温时,辐射特别重要,与温度的四次方成正比.—————（2分）(4)热辐射为物体的固有特性.—————（2分）(5)吸收与辐射的总效果为辐射换热.—————（2分）5.平壁的厚度为δ，两表面的温度分别为tw1和tw2，且tw1＞tw2，平壁材料的导热系数是随温度而变化的，关系式为λ=λ0（1+bt）。试求热流密度和平壁内的温度分布的表达式。(10分)解：一求热流密度由傅立叶定律dxdtbtdxdtq)1(0(1)—————（1分）ctbqx)21(20(2)—————（1分）由边界条件1,0wttxctbtww)2(02110(3)———（1分）2,wttxctbtqww)2(2220(4)——（1分）(4)-(3)))](2(1[)](2)[(212102221210（5）———————（1分）或写成)(21)]2(1[/)(21210221（6）———————（1分）二求t的分布bbqxbtttbttbtxqdtbtdxqdtbtqdxdxdtbtq)1()2()2()1()1()1(0212211000001———————（4分）三：计算题：（共80分）1.参阅下图，一支水银温度计被用来测定压缩空气储罐里的空气温度。如果温度计读数为tH=100℃，套管基部温度为t0=50℃，套管长度为H=140mm，套管壁厚δ=1mm，壁的导热系数为λ=50W/(m.℃)，套管外侧压缩空气的对流换热系数为h=30W/(m2.℃)，试确定测温误差有多大？如果改成不锈钢制成的套管，不锈钢的导热系数为λ=15W/(m.℃)，测量误差又有多大？（20分）〔提示θH=θ0/(chmH)〕解：（1）Ahumu=πdA=πdδ43.314.0001.05030HhHddhHAhumH5.152)(mHmHeemHch℃4.10315.15501005.1515.155.151)()()(000ttmHchtmHchttmHchttttHHfffH℃4.34.103100fHttt———————（12分）（2）改用不锈钢，实际气温仍为℃4.103ft℃2.1032624.1034.103)(262)(26.614.0001.015300mHchttttmHchHhmHffH———————（8分）即测量温度误差为△t=-0.2℃2.有一外直径d1=0.3m，黑度ε1=0.9的热管道。其外表面温度tw=450℃,周围介质的温度tf=50℃。试求每米管长上的辐射热损失。如果在热管道周围加一直径dz=0.4m，黑度εz=0.82的遮热板，此时辐射热损失又是多少？（20分）解：（一）无遮热板时24444011/12618])10027350()100273450[(67.59.03.0])100()100[(mwTTCdqfwl———————（6分）（二）有遮热板时（1）先求出遮热板的温度])10027350()100[(67.582.04.0])100()100273450[(67.5784.03.0784.0)182.01(4.03.09.011)11(11])100()100[(])100()100[(444411144044011zzZZzfzzzzwzlTTddTTCdTTCdq———————（8分）kTTzz06.5895.1204)100(4———————（2分）24/5.6401])10027350(5.1204[67.582.04.0mwql———（4分）3.一蒸汽管道内径为200mm，管壁厚为8mm，管外包有120mm厚的热绝缘层，其导热系数λ2=0.12W/(m.℃)，管壁导热系数λ1=46.5W/(m.℃)，蒸汽温度为tf1=300℃，周围空气温度为tf2=25℃，管内外两侧流体与壁面间的对流换热系数分别为α1=116W/(m2.℃)，α2=10W/(m2.℃)，求单位管长的传热系数、传热量ql及绝缘层外表面温度。（20分）解：mdmdmd456.012.02216.0,216.0,2.0321———————（1分）)./(931.0219.011.30008.0043.010456.01216.0456.0ln12.0212.0216.0ln5.46211162.011ln21ln21112323212111kmwhdddddhdkl————（10分）℃9.4210456.01256251/256)25300(931.0)(23221hdqttmwttkqlfwffll———————（9分）4.温度为17℃，流量为1.14kg/s的水通过换热器对油进行冷却。油的比热为c1=1.88kJ/(kg.℃)，进口温度为117℃，出口温度为27℃，最后出口水温达到60℃，已知总的传热系数为285W/(m2.℃)，试分别用ε-NTU法和对数平均温压法求单流程逆流换热器所需的面积。（20分）〔提示水的比热为4.187kJ/(kg.℃)，C=(Gc)min/(Gc)max〕解：（一）用ε-NTU计算：进出口油温℃℃，“1171171'1tt进出口水温℃℃，“60172'2ttkwttcmQ205)1760(187.414.1)('2222＝———————（4分）9.0100901711727117215.028.2285.0)()(,/28.227117205/77.4187.414.1'2'11'1minmin1111221'11122ttttAAmcKANTUmccmcmcmkwttQcmkwcm℃℃———————（4分）由知CNTUCCNTU1exp11exp1CNTUCCNTU1exp11exp1AAAA06525.0exp478.01522.0215.0exp177.428.21215.0exp77.428.2177.428.21215.0exp19.0———————（4分）解出A=26.27m2———————（1分）(二)用平均温压法'21min2'1maxtttttt℃27172760117ln)1727()60117(lnminmaxminmaxtttttm———————（7分）26.2627285.0205mtKQAm传热学（一）第一部分选择题•单项选择题（本大题共10小题，每小题2分，共20分）在每小题列出的四个选项中只有一个选项是符合题目要求的，请将正确选项前的字母填在题后的括号内。1.在稳态导热中,决定物体内温度分布的是()A.导温系数B.导热系数C.传热系数D.密度2.下列哪个准则数反映了流体物性对对流换热的影响?()A.雷诺数B.雷利数C.普朗特数D.努谢尔特数3.单位面积的导热热阻单位为()A.B.C.D.4.绝大多数情况下强制对流时的对流换热系数()自然对流。A.小于B.等于C.大于D.无法比较5.对流换热系数为100、温度为20℃的空气流经50℃的壁面，其对流换热的热流密度为（）A.B.C.D.6.流体分别在较长的粗管和细管内作强制紊流对流换热，如果流速等条件相同，则（）A.粗管和细管的相同B.粗管内的大C.细管内的大D.无法比较7.在相同的进出口温度条件下，逆流和顺流的平均温差的关系为（）A.逆流大于顺流B.顺流大于逆流C.两者相等D.无法比较8.单位时间内离开单位表面积的总辐射能为该表面的（）A.有效辐射B.辐射力C.反射辐射D.黑度9.（）是在相同温度条件下辐射能力最强的物体。A.灰体B.磨光玻璃C.涂料D.黑体10.削弱辐射换热的有效方法是加遮热板，而遮热板表面的黑度应（）A.大一点好B.小一点好C.大、小都一样D.无法判断第二部分非选择题•填空题（本大题共10小题，每小题2分，共20分）11.如果温度场随时间变化，则为。12.一般来说，紊流时的对流换热强度要比层流时。13.导热微分方程式的主要作用是确定。14.当d50时，要考虑入口段对整个管道平均对流换热系数的影响。15.一般来说，顺排管束的平均对流换热系数要比叉排时。16.膜状凝结时对流换热系数珠状凝结。17.普朗克定律揭示了按波长和温度的分布规律。18.角系数仅与因素有关。19.已知某大平壁的厚度为15mm，材料导热系数为0.15，壁面两侧的温度差为150℃，则通过该平壁导热的热流密度为。20.已知某流体流过固体壁面时被加热，并且，流体平均温度为40℃，则壁面温度为。•名词解释（本大题共5小题，每小题4分，共20分）21.导热基本定律22.非稳态导热23.凝结换热24.黑度25.有效辐射•简答题(本大题共2小题,每小题8分,共16分)26.简述非稳态导热的基本特点。27.什么是临界热绝缘直径？平壁外和圆管外敷设保温材料是否一定能起到保温的作用，为什么？•计算题（本大题共2小题，每小题12分，共24分）28.一内径为300mm、厚为10mm的钢管表面包上一层厚为20mm的保温材