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=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=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=(m.℃)，管壁导热系数λ1=(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=(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kJ/(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，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的保温材料，钢材料及保温材料的导热系数分别为48和，钢管内壁及保温层外壁温度分别为220℃及40℃