传热学复习题答案

1/11传热学复习题1.试分别用数学语言将传热学术语说明导热问题三种类型的边界条件。答：①第一类边界条件：)(01ftw时，②第二类边界条件：)()(02fxtw时③第三类边界条件：)()(fwwtthxt2.肋片高度增加引起两种效果：肋效率下降及散热表面积增加。因而有人认为，随着肋片高度的增加会出现一个临界高度，超过这个高度后，肋片导热热数流量反而会下降。试分析这一观点的正确性。答：错误，因为当肋片高度达到一定值时，通过该处截面的热流密度为零。通过肋片的热流已达到最大值，不会因为高度的增加而发生变化。3.什么叫非稳态导热的正规状态或充分发展阶段?这一阶段在物理过程及数学处理上都有些什么特点?答：非稳态导热过程进行到一定程度,初始温度分布的影响就会消失，虽然各点温度仍随时间变化,但过余温度的比值已与时间无关，只是几何位置(/x)和边界条件(Bi数)的函数，亦即无量纲温度分布不变，这一阶段称为正规状况阶段或充分发展阶段。这一阶段的数学处理十分便利，温度分布计算只需取无穷级数的首项进行计算。4.试说明Bi数的物理意义。oBi及Bi各代表什么样的换热条件?有人认为,Bi代表了绝热工况,你是否赞同这一观点,为什么?答；Bi数是物体内外热阻之比的相对值。oBi时说明传热热阻主要在边界，内部温度趋于均匀，可以用集总参数法进行分析求解；Bi时，说明传热热阻主要在内部，可以近似认为壁温就是流体温度。认为oBi代表绝热工况是不正确的，该工况是指边界热阻相对于内部热阻较大，而绝热工况下边界热阻无限大。5、与完全的能量方程相比，边界层能量方程最重要的特点是什么？答：与完全的能量方程相比，它忽略了主流方向温度的次变化率22xA，因此仅适用于边界层内，不适用整个流体。6.对流换热问题完整的数字描述应包括什么内容？既然对大多数实际对流传热问题尚无法求得其精确解，那么建立对流换热问题的数字描述有什么意义？2/11答：对流换热问题完整的数字描述应包括：对流换热微分方程组及定解条件，定解条件包括，（1）初始条件（2）边界条件（速度、压力及温度）建立对流换热问题的数字描述目的在于找出影响对流换热中各物理量之间的相互制约关系，每一种关系都必须满足动量，能量和质量守恒关系，避免在研究遗漏某种物理因素。7.什么叫做两个现象相似，它们有什么共性？答：指那些用相同形式并具有相同内容的微分方程式所描述的现象，如果在相应的时刻与相应的地点上与现象有关的物理量一一对于成比例，则称为两个现象相似。凡相似的现象，都有一个十分重要的特性，即描述该现象的同名特征数（准则）对应相等。（1）初始条件。指非稳态问题中初始时刻的物理量分布。（2）边界条件。所研究系统边界上的温度（或热六密度）、速度分布等条件。（3）几何条件。换热表面的几何形状、位置、以及表面的粗糙度等。（4）物理条件。物体的种类与物性。8、什么叫大空间自然对流换热？什么叫有限自然对流换热？这与强制对流中的外部流动和内部流动有什么异同？答：大空间作自然对流时，流体的冷却过程与加热过程互不影响，当其流动时形成的边界层相互干扰时，称为有限空间自然对流。这与外部流动和内部流动的划分有类似的地方，但流动的动因不同，一个由外在因素引起的流动，一个是由流体的温度不同而引起的流动。9．简述数数，数，GrNuPr的物理意义．BiNu数与数有什么区别？无10.什么叫膜状凝结，什么叫珠状凝结?膜状凝结时热量传递过程的主要阻力在什么地方？答：凝结液体在壁面上铺展成膜的凝结叫膜状凝结，膜状凝结的主要热阻在液膜层，凝结液体在壁面上形成液珠的凝结叫珠状凝结11.从换热表面的结构而言，强化凝结换热的基本思想是什么?强化沸腾换热的基本思想是什么？答：从换热表面的结构而言，强化凝结换热的基本思想是尽量减薄粘滞在换热表面上液膜的厚度，强化沸腾换热的基本思想是尽量增加换3/11热表面的汽化核心数12．什么叫光谱吸收比？在不同光源的照耀下，物体常呈现不同的颜色，如何解释？黑体的辐射具有漫射特性．如何理解从黑体模型（温度均匀的空腔器壁上的小孔）发出的辐射能也具有漫射特性呢？13、试述角系数的定义。“角系数是一个纯几何因子”的结论是在什么前提下得出的?答：表面1发出的辐射能落到表面2上的份额称为表面]对表面2的角系数。“角系数是一个纯几何因子”的结论是在物体表面性质及表面湿度均匀、物体辐射服从兰贝特定律的前提下得出的。14、试述气体辐射的基本特点。无15、什么是辐射表面热阻？什么是辐射空间热阻？答：出辐射表面特性引起的热阻称为辐射表面热阻，由辐射表面形状和空间位置引起的热阻称为辐射空间16.在圆管外敷设保温层与在圆管外侧设置肋片从热阻分析的角度有什么异同？在什么情况下加保温层反而会强化其传热而肋片反而会削弱其传热？答：在圆管外敷设保温层和设置肋片都使表面换热热阻降低而导热热阻增加，而一般情况下保温使导热热阻增加较多，使换热热阻降低较少，使总热阻增加，起到削弱传热的效果；设置肋片使导热热阻增加较少，而换热热阻降低较多，使总热阻下降，起到强化传热的作用。但当外径小于临界直径时，增加保温层厚度反而会强化传热。理论上只有当肋化系数与肋面总效率的乘积小于1时，肋化才会削弱传热。17试用简练的语言说明导热、对流换热及辐射换热三种热传递方式之间的联系和区别。答：导热和对流的区别在于：物体内部依靠微观粒子的热运动而产生的热量传递现象，称为导热；对流则是流体各部分之间发生宏观相对位移及冷热流体的相互掺混。联系是：在发生对流换热的同时必然伴生有导热。4/11导热、对流这两种热量传递方式，只有在物质存在的条件下才能实现，而辐射可以在真空中传播，辐射换热时不仅有能量的转移还伴有能量形式的转换。18.如何减少测温套管温度计的测量误差？（1）选用导热系数较小的材料做套管（2）尽量增加套管的高度（3）减少套管的厚度（4）加强流体与套管壁之间的换热（5）在套管外包一层保温膜19.请解释非稳态导热分析中的集总参数法，其适用条件是什么？为何可以在这种条件下使用？答：当固体内部的导热热阻小于其表面的换热热阻是，固体内部的温度趋于一致，近似认为固体内部的温度T仅是时间（tao）的一元函数而与空间坐标无关，这种忽略物体内部导热热阻的简化方法称为集总参数法（3分），通常当毕奥数Bi0.1时，采用集总参数法求解温度响应误差不大20.什么是流动边界层与热边界层?它们的厚度之比与普朗特数是否有关？为什么？答：当流体沿壁面流动时，由于流体的粘性作用，使壁面附近的流体5/11速度降低，通常用相对于流速(U答案打不出来，有空来抄下21.辐射网络中的绝热表面可否称之为重辐射面？它具备哪两重性质？为什么？无计算题1、双层玻璃窗系由两层厚为6mm的玻璃及其间的空气隙所组成，空气隙厚度为8mm。假设面向室内的玻璃表面温度与室外的玻璃表面温度各为20℃及-20℃，试确定该双层玻璃窗的热损失。如果采用单层玻璃窗，其他条件不变，其热损失是双层玻璃的多少倍？玻璃窗的尺寸为60cm60cm。不考虑空气间隙中的自然对流。玻璃的导热系数为0.78W/(m.K)。（2-9）答:332211211ttq＝116.53W/2mmwttq/520011212WAqQ95.41所以62.4453.116520012qq2、一直径为30mm，壁温为100℃的管子向温度为20℃的环境放热，热损失率为100W/m。为把热损失减少到50W/m，有两种材料可以同时被应用。材料A的导热系数为0.5W/(m.K)，可利用度为3.1410-3m3/m；材料B的导热系数为0.1W/(m.K)，可利用度为4.010-3m3/m。试分析如何敷设这两种材料才能达到上述要求。假设敷设这两种材料后，外表面与环境间的表面传热系数与原来一样。（2-19）解：根据题意有：100)20100(103.0)(221httrlh，解得h＝13.2696按题意有：将导热系数大的放在内侧，32211014.3)015.0(rmr035.01，32122104)(rr049.02rm解方程组得：6/111.76049.026.1311.0035.0/049.0ln5.0015.0/035.0ln2010021/ln/ln2221210121hrrrrrttl②3221104)015.0(rmr03871.01，321221014.3)(rr049.02r72.43049.026.1315.003871.0/049.0ln1.0015.0/03871.0ln2010021/ln/ln2221210121hrrrrrttl3、一块厚20mm的钢板，加热到5000C后置于200C的空气中冷却。设冷却过程中钢板两侧面的平均表面传热系数为35W/(m2K),钢板的导热系数为45W/(m2K)，若扩散率为1.37510-5m2/s。试确定使钢板冷却到空气相差100C时所需的时间。（3-13）解：由题意知1.00078.0hABi故可采用集总参数法处理。由平板两边对称受热，板内温度分布必以其中心对称，建立微分方程，引入过余温度，则得：0)0(0tthAddcv解之得：)exp())/(exp()exp(0hAVchcvhAsC3633100＝时，将数据代入得，当4、已知：1.013105Pa、100℃的空气以v=100m/s的速度流过一块平板，平板温度为30℃。求：离开平板前缘3cm及6cm处边界层上的法向速度、流动边界层及热边界层厚度、局部切应力和局部表面传热系数、平均阻力系数和平均表面传热系数。（5-12）解：定性温度65230100mt℃KmW/0293.0,695.0Pr，sm/105.1926，3/045,1mkg。（1）cmx3处，5610538.1105.1910003.0Rexuxsmv/2218.010538.187.01002157/11动量边界层厚度mm355.010538.103.064.4215mmt398.0355.0695.0Pr3131252261.810538.1100045.1323.0Re323.0smkguxwKmWxhxx2531216.112695.010538.103.00293.0332.0PrRe332.05、对于恒壁温边界条件的自然对流，试用量纲分析方法导出：Nuf(Gr,Pr)。提示：在自然对流换热中gat起相当于强制对流中流速的作用。（6-2）11010111)()()(0)(347)(111112113311111121111131113113333322222111113211121233231adcbLTMTLTLMTMLTMtgcLtgLtghLrnLTMLTLMLLTMLTTMLctghdcbadcbbcbddcccbbbadcbadcbadcba，，，解得：＝展开：＝＝＝则各准内涵表达式如下＝，，解：Pr)(Pr/)(03031313/)(22/322/121202/)(011033333333231333323233333333332123330102032222232222232212222222322223200111，即原则性准则方程：，，，得：各系数乘以，，，GrfNuctgcLadcbMTLTLTLMTLMLTLGrtLgtgLadcb