《傳熱學》課程期末試卷【附答案】

1、傳熱學課程期未試卷一、填空1. 熱量傳遞的三種基本方式為、O（熱傳導、熱對流、熱輻射）2. 物體中各點溫度不隨時間而改變的熱量傳遞過程為o（穩(wěn)態(tài)傳熱過程）3. 如果溫度場隨時間變化，則為o（非穩(wěn)態(tài)溫度場）4. 已知導熱系數(shù)為1 W（mK）,平壁厚0.02m,其熱阻為。（熱阻為 0.02m2.KV）5. 導熱基本定律是定律，可表述為o（傅立葉，q= -煜）6. 已知材料的導熱系數(shù)與溫度的關系為 = 0（l+bt）,當材料兩側(cè)壁溫分別為X、S時，其平均導熱系數(shù)可取下的導熱系數(shù)。（t+t2） /2）7. 第一類邊界條件是。（給定物體邊界上任何時刻的溫度分布）& 溫度邊界層是指O（在流體溫度場

2、中壁面附近溫度發(fā)生急劇變化的薄層。）9. 純凈飽和蒸氣膜狀凝結(jié)的主要熱阻是o（液膜的導熱熱阻）10. 格拉曉夫準則的物理意義o（流體流動時浮升力與粘滯力之比的無量綱量）二、基本概念題1. 導熱基本定律：當導熱體中進行純導熱時,通過導熱面的熱流密度,其值與該處 溫度梯度的絕對值成正比,而方向與溫度梯度相反。2. 凝結(jié)換熱：蒸汽同低于其飽和溫度的冷壁面接觸時,蒸汽就會在壁面上發(fā)生凝 結(jié)過程成為流液體。3. 黑體：吸收率等于1的物體。4. 肋壁總效率：肋側(cè)表面總的實際散熱量與肋壁 測溫度均為肋基溫度的理想散 熱量之比。5. 大容器沸騰：高于液體飽和溫度的熱壁面沉浸在具有自山表面的液體中所發(fā)生 的沸騰

3、。分析J1. 試用所學的傳熱學知識說明用溫度計套管測量流體溫度時如何提高測溫精度。 (提示：溫度計套管可以看作是一根吸熱的管狀肋(等截面直肋)，利用等截面直 肋計算肋端溫度th的結(jié)果，可得采用溫度計套管后造成的測量誤差At為At=trth=ch QnH)其中mH =丄H ,欲使測量誤差At下降，可以采用 以下兒種措施：(1) 降低壁面與流體的溫差(tf-to),也就是想辦法使肋基溫度to接近可以通 過對流體通道的外表面采取保溫措施來實現(xiàn)。(2) 增大(mH)值，使分母ch(mH)增大。具體可以用以下手段實現(xiàn)：增加H, 延長溫度計套管的長度；減小X,采用導熱系數(shù)小的材料做溫度計套管，如采 用不銹

4、鋼管，不要用銅管。因為不銹鋼的導熱系數(shù)比銅和碳鋼小。降低減 小溫度汁套管的壁片，采用薄璧管。提高h增強溫度計套管與流體之間的熱交 換。)2. 請說明在換熱設備中，水垢、灰垢的存在對傳熱過程會產(chǎn)生什么影響，如何防 止。(提示：從傳熱系數(shù)或傳熱熱阻角度分析。在換熱設備中，水垢、灰垢的存在將 使系統(tǒng)中導熱熱阻大大增加，減小了傳熱系數(shù)，使換熱性能惡化，同時還使換熱 面易于發(fā)生腐蝕，并減小了流體的流通截面，較厚的污垢將使流動阻力也增大。 此外，熱流體側(cè)壁面結(jié)垢，會使壁面溫度降低，使換熱效率下降，而冷流體側(cè)壁 面結(jié)垢，會導致壁溫升高，對于換熱管道，其至造成爆管事故。防止結(jié)垢的手段 有定期排污、清洗、清灰，

5、加強水處理，保證水質(zhì)，采用除塵、吹灰設備等。)3. 不凝結(jié)氣體含量如何影響了蒸汽凝結(jié)時的對流換熱系數(shù)值？其影響程度如 何？凝汽器如何解決這個問題？(1) 因在工業(yè)凝汽器設備的凝結(jié)溫度下，蒸汽中所含有的空氣等氣體是不會凝結(jié) 的，故稱這些氣體成分為不凝結(jié)氣體。當蒸汽凝結(jié)時，不凝結(jié)氣體聚積在液膜附 近，形成不凝結(jié)氣體層，遠處的蒸汽在抵達液膜表面進行凝結(jié)前，必須以擴散方 式穿過這個氣體層，這就使凝結(jié)換熱過程增加了一個熱阻，即氣相熱阻，所以降 低。(2) 在一般冷凝溫差下，當不凝結(jié)氣體含量為1%時，換熱系數(shù)將只達純凈蒸汽的 40%左右，后果是很嚴重的。(答50%左右也可)(3) 這是凝汽器必須裝設抽氣器

6、的主要原因之一。4. 有一鋼管換熱器，熱水在管內(nèi)流動，空氣在管間作多次折流，橫向沖刷管束以 冷卻管內(nèi)熱水。擬改造采用管外加肋片并換鋼管為銅管來增加冷卻效果，試從 傳熱角度來評價這個方案。答：傳熱效果增強，分析如下：(1) 強化傳熱時，對熱阻比較大的一側(cè)流體換熱下功夫，往往能收到顯著的效果。 即在傳熱溫差不變時，改變傳熱過程中熱阻大的那一環(huán)節(jié)的熱阻，可以大大增加 傳熱過程的傳熱量。(2) 般來說，如果要采取加肋片的方式強化傳熱過程的話，在h較小的一側(cè)加 肋片才能收到顯著的強化效果。(3) 銅的導熱系數(shù)比鋼的導熱系數(shù)大。(4) 橫向沖刷時熱邊界層薄且存在山于邊界層分離而產(chǎn)生的漩渦，增加了流體的 擾

7、動，因而換熱強。四、計算丿1. IOCm厚的平板兩側(cè)面分別保持為Io(TC和0°C,導熱系數(shù)按照2 =心1+刃)關 系隨溫度變化。在 T=O°C時，久=50W(mK), T=IOOOC時，QloOW/(mK)。 求：熱流密度和溫度分布？解：由題意知，7； =OeC時， =50W(mK); T2=IOOoC時，A2 =50W(mK)可以解岀，=50W(mK), b = 0.01°CT + 1>T2 = Sl.v + C,2 AI 引用邊界條件可確定，C1 =-75000, c2=150最終解得，q = - -CI = 75000Vm2dxJ-I±匸五

8、,只有取“ + ”才符合題意。 0.01溫度分布如下：2一內(nèi)徑為75mm、壁厚2.5mm的熱水管，管壁材料的導熱系數(shù)為 60W(mK),管內(nèi)熱水溫度為90°C,管外空氣溫度為20°Co管內(nèi)外的換 熱系數(shù)分別為 5OOW(m2 K)和 35W /(m2 K)O求：該熱水管單位長度的散熱量？解:已知 d=75mm=0.075m, d2=75+22.5=80mm=0.08m, = 60W(mK), t=90oC, tf2=20oC, 1 = 500 W(m2 k),a7=35W(m2k)11 I d2 1a1dl 2 CiI a2d2_90-20= iiI 0.08 i+In+5

9、00×0.0752×600.07535×0.08=572.2Wm傳熱學課程期未試卷 卷B一、填空1、穩(wěn)態(tài)傳熱過程是指。（物體中各點溫度不隨時間而改變的熱量傳遞過程。）2、非穩(wěn)態(tài)傳熱過程是指o（物體中各點溫度隨時間而改變的熱量傳遞過程。）3、已知平壁厚0.02m,熱阻為0.02nr.KV,其導熱系數(shù)為。（1 W（n K）4、發(fā)電機水冷、氫冷、空冷三種方式中，以方式的效果最好，方式的效果最差。（水冷、空冷）5、第三類邊界條件是指已知o（物體邊界與周圍流體間的表面?zhèn)鳠嵯禂?shù)h及周圍流體的溫度tf）6、 速芟邊界丿Z S/Li扌XO（在流場中壁面附近流速發(fā)生急劇變化的薄層。

10、）7、管外流動傳熱，有縱向沖刷和橫向沖刷之分，在其他條件相同時，以 向沖刷方向傳熱更為強烈。（橫向）8、普朗特準則表征了的相對大小。（動量傳遞與熱量傳遞）9、與的綜合過程稱為復合傳熱。（對流傳熱，輻射傳熱）10、傳熱器的熱計算方法有和o（平均溫壓法,傳熱單元數(shù)法）二、基本概念題1、熱對流：依靠流體各部分之間的宏觀運行，把熱量山一處帶到另一處的熱傳遞 現(xiàn)象。2、黑度：物體的輻射力與同溫度下黑體輻射力之比。3、有效輻射：單位時間內(nèi)離開單位表面積的總輻射能。4、大容器沸騰：高于液體飽和溫度的熱壁面沉浸在具有自山表面的液體中所發(fā)生 的沸騰。5、有效輻射：單位時間內(nèi)離開單位表面積的總輻射能。三、分析題1

11、、解釋為什么許多高效隔熱材料都采用蜂窩狀多孔性結(jié)構(gòu)和多層隔熱屏結(jié)構(gòu)。（提示：從削弱導熱、對流、輻射換熱的途徑方面來闡述。高效隔熱材料都采用 蜂窩狀多孔性結(jié)構(gòu)和多層隔熱屏結(jié)構(gòu)，從導熱角度看，空氣的導熱系數(shù)遠遠小于 固體材料，因此采用多孔結(jié)構(gòu)可以顯著減小保溫材料的表觀導熱系數(shù)，阻礙了導 熱的進行；從對流換熱角度看，多孔性材料和多層隔熱屏阻隔了空氣的大空間流 動，使之成為尺度十分有限的微小空間。使空氣的自然對流換熱難以開展，有效 地阻礙了對流換熱的進行；從輻射換熱角度分析，蜂窩狀多孔材料或多層隔熱屏 相當于使用了多層遮熱板，可以成倍地阻礙輻射換熱的進行，若再在隔熱屏表面 鍍上高反射率材料，則效果更為

12、顯著。）2、試用傳熱原理說明冬天可以用玻璃溫室種植熱帶植物的原理。（提示：可以從可見光、紅外線的特性和玻璃的透射比來加以闡述。玻璃在日 光（短波輻射）下是一種透明體，透過率在90%以上，使絕大部分陽光可以透過玻璃 將溫室內(nèi)物體和空氣升溫。室內(nèi)物體所發(fā)出的輻射是一種長波輻射一一紅外線， 對于長波輻射玻璃的透過率接近于零，兒乎是不透明（透熱）的，因此，室內(nèi)物體升 溫后所發(fā)出的熱輻射被玻璃擋在室內(nèi)不能穿過。玻璃的這種輻射特性，使室內(nèi)溫 度不斷升高。）3、用熱電偶測量爐膛出口的煙氣溫度，有哪些因素會引起誤差?對此可采取哪些 措施？答：熱電偶測溫產(chǎn)生誤差的原因主要有兩個：（1）由于熱電偶本身向根部導熱引

13、起的；（2）由于熱電偶與周圍冷表面輻射傳 熱造成的。針對上述兩個原因，有效措施為：（1）熱電偶的插入深度足夠長，第一種測溫誤差即可避免；（2）采用抽氣遮熱 罩式熱電偶，減少熱電偶的輻射散熱量。4、什么是臨界熱絕緣直徑？平壁外和圓管外敷設保溫材料是否一定能起到保溫的作用，為什么？(1) 對應于總熱阻為極小值時的隔熱層外徑稱為臨界熱絕緣直徑。(2) 平壁外敷設保溫材料一定能起到保溫的作用，因為增加了一項導熱熱阻，從 而增大了總熱阻，達到削弱傳熱的U的。(3) 圓筒壁外敷設保溫材料不一定能起到保溫的作用，雖然增加了一項熱阻，但 外壁的換熱熱阻隨之減小，所以總熱阻有可能減小，也有可能增大。四、計算題1

14、、一內(nèi)徑為300mm、療為IOmm的鋼管表面包上一層片為20mm的保溫材料, 鋼材料及保溫材料的導熱系數(shù)分別為48W(1K)和0.1W(1K),鋼管內(nèi)壁 及保溫層外壁溫度分別為220。C及40°C,管長為IOnlO求：該管壁的散熱量？解：已知 d=300mm, d2=300+2× 10=32Ommt ds=320+2 X 20=36Omm, / = IOm l=48W(mK), 2=0.1W(mK), twl=220°C, tw2=40C丄壯+丄In魚2 d1 22 d2_220-40= i 32 i 360 In+In 2×48×103002×0.1×10320=9591.226W2、兩塊平行放置的平板1和2,相關尺寸如圖示。已知：tl=177°C> t2二27°C、2m£1二08、£2二04、XI, 2 = 0.2。試用網(wǎng)絡法求：(1) 兩平板之