2023年傳熱學試題庫

《傳熱學》試題庫第一章概論名詞解釋1.熱流量:單位時間內所傳遞的熱量2.熱流密度：單位傳熱面上的熱流量３．導熱：當物體內有溫度差或兩個不同溫度的物體接觸時，在物體各部分之間不發(fā)生相對位移的情況下,物質微粒(分子、原子或自由電子)的熱運動傳遞了熱量,這種現象被稱為熱傳導，簡稱導熱。4.對流傳熱：流體流過固體壁時的熱傳遞過程,就是熱對流和導熱聯(lián)合用的熱量傳遞過程,稱為表面對流傳熱，簡稱對流傳熱。5．輻射傳熱：物體不斷向周邊空間發(fā)出熱輻射能,并被周邊物體吸取。同時，物體也不斷接受周邊物體輻射給它的熱能。這樣，物體發(fā)出和接受過程的綜合結果產生了物體間通過熱輻射而進行的熱量傳遞,稱為表面輻射傳熱,簡稱輻射傳熱。６.總傳熱過程：熱量從溫度較高的流體通過固體壁傳遞給另一側溫度較低流體的過程,稱為總傳熱過程，簡稱傳熱過程。7.對流傳熱系數:單位時間內單位傳熱面當流體溫度與壁面溫度差為1K是的對流傳熱量，單位為W/(m２·K）。對流傳熱系數表達對流傳熱能力的大小。8．輻射傳熱系數：單位時間內單位傳熱面當流體溫度與壁面溫度差為1K是的輻射傳熱量,單位為W／(m2·K)。輻射傳熱系數表達輻射傳熱能力的大小。9.復合傳熱系數:單位時間內單位傳熱面當流體溫度與壁面溫度差為1K是的復合傳熱量，單位為W／(ｍ2·Ｋ)。復合傳熱系數表達復合傳熱能力的大小。10．總傳熱系數:總傳熱過程中熱量傳遞能力的大小。數值上表達傳熱溫差為1Ｋ時,單位傳熱面積在單位時間內的傳熱量。填空題熱量傳遞的三種基本方式為、、。(熱傳導、熱對流、熱輻射）熱流量是指,單位是。熱流密度是指，單位是。(單位時間內所傳遞的熱量，Ｗ,單位傳熱面上的熱流量,W/m2）總傳熱過程是指，它的強烈限度用來衡量。(熱量從溫度較高的流體通過固體壁傳遞給另一側溫度較低流體的過程,總傳熱系數)總傳熱系數是指，單位是。(傳熱溫差為1K時，單位傳熱面積在單位時間內的傳熱量,Ｗ／(ｍ2·K）)導熱系數的單位是;對流傳熱系數的單位是;傳熱系數的單位是。(W/(m·K），W/(m2·K)，W／(m2·K)）復合傳熱是指,復合傳熱系數等于之和，單位是。（對流傳熱與輻射傳熱之和，對流傳熱系數與輻射傳熱系數之和,Ｗ／(m2·Ｋ)）單位面積熱阻rt的單位是；總面積熱阻Ｒt的單位是。（m2·K/Ｗ，Ｋ/W)單位面積導熱熱阻的表達式為。(δ/λ）單位面積對流傳熱熱阻的表達式為。（1／h)總傳熱系數K與單位面積傳熱熱阻rｔ的關系為。（ｒt=１/Ｋ)總傳熱系數Ｋ與總面積A的傳熱熱阻Rt的關系為。（Rt=1／KA)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。）非穩(wěn)態(tài)傳熱過程是指。（物體中各點溫度隨時間而改變的熱量傳遞過程。)某燃煤電站過熱器中,煙氣向管壁傳熱的輻射傳熱系數為３0W/（ｍ2．K),對流傳熱系數為７0W/(m２.Ｋ),其復合傳熱系數為。（100Ｗ/(m2.K）)１5．由爐膛火焰向水冷壁傳熱的重要方式是。（熱輻射)16．由煙氣向空氣預熱器傳熱的重要方式是。(熱對流）17.已知一傳熱過程的熱阻為０．035K/W,溫壓為７0℃，則其熱流量為。(２ｋＷ)18.一大平壁傳熱過程的傳熱系數為１0０W／(m２．K),熱流體側的傳熱系數為200W／(m2．K），冷流體側的傳熱系數為２5０W／(m2．K)，平壁的厚度為5mm,則該平壁的導熱系數為，導熱熱阻為。(５W／(m．K)，0．00１(m2.K)/W）19．總傳熱方程式可表達為φ＝或q＝。(KAΔt,KΔt）２0．已知平壁厚0．02ｍ，熱阻為0.02m2.Ｋ/W,其導熱系數為。（1W/（m·K))三、選擇題1．下列哪幾種傳熱過程不需要有物體的宏觀運動？(1）導熱(2)對流(3)輻射(４)復合傳熱2．熱流密度q與熱流量的關系為（以下式子A為傳熱面積，λ為導熱系數，h為對流傳熱系數）:(1）q＝φA(2）q＝φ/A(3）ｑ=λφ（４)q=ｈφ3．假如在水冷壁的管子里結了一層水垢,其他條件不變,管壁溫度與無水垢時相比將：(1)不變(2）提高（3)減少(4)隨機改變４．下列哪一種表達式是錯誤的?()(1)ｑ=λΔt/δ(2）q＝hΔt(３)q＝kΔt(4)q＝ｒtΔt5．導熱系數的單位是:(）(１）W／(m2.Ｋ)(2）W／m2(3）Ｗ/（ｍ·K)（4）m2.K/W6.在傳熱過程中,系統(tǒng)傳熱量與下列哪一個參數成反比？（)(1）傳熱面積(2)流體溫差(3)傳熱系數（4)傳熱熱阻7．在穩(wěn)態(tài)傳熱過程中，傳熱溫差一定，假如希望系統(tǒng)傳熱量增大,則不能采用下述哪種手段？（)(１)增大系統(tǒng)熱阻(2)增大傳熱面積（3)增大傳熱系數(4)增大對流傳熱系數８.試判斷下述幾種傳熱過程中哪一種的傳熱系數最小?(１）從氣體到氣體傳熱(２）從氣體到水傳熱（３)從油到水傳熱（４)從凝結水蒸氣到水傳熱9.若已知對流傳熱系數為78Ｗ/(m2．K)，則其單位面積對流傳熱熱阻為多少?(1)７８W/(m·K)(2)1／7８m·K/W(3)1/78m2·K/W（4）78Ｗ/(ｍ2·K)10.單位時間通過單位面積的熱量稱為什么?一般用什么符號表達?(1)熱流密度，ｑ(2)熱流密度,φ(３)熱流量，q(4)熱流量，φ11.太陽與地球間的熱量傳遞屬于下述哪種傳熱方式?(1)導熱（2)熱對流（3）熱輻射(4)以上幾種都不是１2.熱流量與溫差成正比,與熱阻成反比，此規(guī)律稱為什么?(1)導熱基本定律(2)熱路歐姆定律(３)牛頓冷卻公式(4)傳熱方程式13．傳熱過程熱路圖的原理是什么?(1)傅里葉定律（２)牛頓冷卻公式(3）斯蒂芬-波爾茲曼定律(4)熱路歐姆定律１４．某一傳熱過程的熱流密度q＝５00W／m2，冷、熱流體間的溫差為10℃,其傳熱系數和單位面積的總傳熱熱阻各為多少？()（1)K=5０W/(m2.K),rt=0.05m2．K/Ｗ(2）K＝0．0２Ｗ/(ｍ2．K)，rt=５0m２.K/W(3）K＝50W/（ｍ２.K）,rt＝0.0２m2.K／W（4）K＝50W／(m２.K)，rt=0.05Ｋ／W15．平板的單位面積導熱熱阻的計算式應為哪一個？(1）δ/λ（２）δ/(KA)（3）１/ｈ（4)1/(KＡ)四、簡答題1．試述三種熱量傳遞基本方式的差別,并各舉１~2個實際例子說明。（提醒：從三種熱量傳遞基本方式的定義及特點來區(qū)分這三種熱傳遞方式）２．請說明在傳熱設備中，水垢、灰垢的存在對傳熱過程會產生什么影響？如何防止?（提醒:從傳熱過程各個環(huán)節(jié)的熱阻的角度，分析水垢、灰垢對換熱設備傳熱能力與壁面的影響情況）３.試比較導熱系數、對流傳熱系數和總傳熱系數的差別,它們各自的單位是什么?(提醒:寫出三個系數的定義并比較，單位分別為W/(m·K),W/（m2·Ｋ),W/(m2·K)）４．在分析傳熱過程時引入熱阻的概念有何好處？引入熱路歐姆定律有何意義?（提醒:分析熱阻與溫壓的關系,熱路圖在傳熱過程分析中的作用。)5.結合你的工作實踐,舉一個傳熱過程的實例，分析它是由哪些基本熱量傳遞方式組成的。（提醒：學會分析實際傳熱問題，如水冷式內燃機等）6．在空調房間內,夏季與冬季室內溫度都保持在22℃左右,夏季人們可以穿短袖襯衣，而冬季則要穿毛線衣。試用傳熱學知識解釋這一現象。(提醒:從分析不同季節(jié)時墻體的傳熱過程和壁溫,以及人體與墻表面的熱互換過程來解釋這一現象(重要是人體與墻面的輻射傳熱的不同）)五計算題有一大平壁,厚度為δ，材料的導熱系數為λ，平壁一側的對流傳熱系數為h1,流體溫度為tf1，另一側的復合傳熱系數為ｈ２，環(huán)境溫度為tｆ2，對于通過平壁的傳熱過程，試分析下列六種情形下壁溫tｗ1、tｗ2的情況：(１)δ/λ—>0;(2)h1—>∞；(3)h2—>∞;(４)δ/λ=0,h１=h2；（５)δ/λ=0,ｈ1=2ｈ2；(6)δ/λ=0，h１=0．5h２。（(１）tw1=tw2；（2)tｗ１=tf1；（3）ｔw２=tf2;（４）tｗ1=tw2=（tf1+tf2）/2;（5）tｗ1=ｔw2＝2/3tf1-1/３tｆ2；（6）tw1=tw２=1／3tf1－2/3tf2）有一測量板狀材料導熱系數的儀器，一側為加熱面，另一側為冷卻面,兩側溫度維持均勻、恒定,板狀材料的兩面與熱面和冷面接觸良好，無溫度降，并且四周絕熱良好，無散熱。已知熱面溫度為15０℃，冷面溫度為80℃，熱流量為58.2W，板狀材料厚為25mｍ,表面積為0.１m2。試擬定板狀材料的導熱系數。(λ=0．20７9Ｗ／(m·K))墻由耐火磚和保溫板組成,厚度分別為δ1＝200mｍ和δ2＝80mm,導熱系數分別為λ1=0．8Ｗ/(m．Ｋ)和λ2=0.11Ｗ/（m·K)，爐墻內、外兩側表面溫度分別為tw１＝60０℃和tw2=50℃。試求爐墻單位面積的熱損失.（q=５62.8W/m2)一暖房玻璃的表面積為10m２,內、外表面溫度分別為tw１=1０℃和tw2=5℃，玻璃厚度為３.5mm,玻璃的導熱系數為1.４W/（m·K).試求通過玻璃的散熱量.(φ=20kW)一暖房玻璃的表面積為1０m2，玻璃厚度為3.5ｍｍ，玻璃的導熱系數為1．4Ｗ/（m.K），玻璃內側空氣溫度為ｔf1=18℃,對流傳熱系數h1＝5W/(m2.K)，外側空氣溫度為tf2=2℃,對流傳熱系數ｈ2=20W／(m2.K）.試求通過玻璃的散熱量及內、外側玻璃表面的溫度。(φ=63３.７W,tw1=5．33℃,tw２=5.17℃）有一根長度為５０0m、外徑(直徑)為300mm的熱力管道在室外,測得其外表面溫度為48.5℃，室外空氣溫度為25℃。已知管外壁與空氣的復合傳熱系數為11W/(m2.K)，試計算該熱力管道的散熱量.(φ=121.75kW)平均溫度為120℃的過熱蒸汽在直徑(內徑)為60mｍ的管道內流動，已知管內單位長度的散熱熱流密度為245W／m,蒸汽與管壁的對流傳熱系數為5００W/（m2.Ｋ）,試求管內壁面溫度。（ｔw2=117.４℃)有一表面積為1.5m2、表面黑度為1的散熱片在宇宙飛船的艙外向溫度為0K的宇宙空間散熱，已知散熱片的表面溫度為87℃，試求其散熱量。（φ=142８.５W）有一表面積為0.5m2、表面黑度為1的物體在壁溫為25℃的大型真空艙內,已知該物體的表面溫度為150℃，試分別求該物體向外發(fā)射的總輻射能及與真空艙壁面的凈輻射傳熱量。（φ=907.6W，φ凈=６84．０7Ｗ)有一表面積為2m２、表面黑度為ｌ的平板型物體,一側表面（表面溫度為１5０℃)面向溫度恒為25℃的大型冷卻艙，已知該表面與冷卻艙內空氣的對流傳熱系數為２5W/(m.K），平板厚度為15mm，平板的導熱系數為1.15Ｗ/(m·K)，試求：(１)該平板面向冷卻艙一側表面的復合傳熱系數；(２)該平板另一側的表面溫度。（ｈ=３５.95Ｗ／（m2.K)，tw2＝208.6℃）第二章熱傳導一、名詞解釋1．溫度場:某一瞬間物體內各點溫度分布的總稱。一般來說,它是空間坐標和時間坐標的函數。2．等溫面(線）:由物體內溫度相同的點所連成的面(或線)。3．溫度梯度：在等溫面法線方向上最大溫度變化率。4.熱導率：物性參數，熱流密度矢量與溫度降度的比值，數值上等于1K/m的溫度梯度作用下產生的熱流密度。熱導率是材料固有的熱物理性質，表達物質導熱能力的大小。５．導溫系數:材料傳播溫度變化能力大小的指標。6.穩(wěn)態(tài)導熱：物體中各點溫度不隨時間而改變的導熱過程。7．非穩(wěn)態(tài)導熱：物體中各點溫度隨時間而改變的導熱過程。８．傅里葉定律:在各向同性均質的導熱物體中，通過某導熱面積的熱流密度正比于該導熱面法向溫度變化率。９.保溫（隔熱）材料:λ≤0.12Ｗ／(ｍ·K)（平均溫度不高于350℃時）的材料。１0.肋效率：肋片實際散熱量與肋片最大也許散熱量之比。1１．接觸熱阻：材料表面由于存在一定的粗糙度使相接觸的表面之間存在間隙，給導熱過程帶來額外熱阻。1２．定解條件(單值性條件):使微分方程獲得適合某一特定問題解的附加條件,涉及初始條件和邊界條件。二、填空題導熱基本定律是____＿定律，可表述為。(傅立葉,)非穩(wěn)態(tài)導熱時,物體內的____＿場和熱流量隨＿__＿_而變化。（溫度，時間)導溫系數的表達式為____＿,單位是＿＿_＿＿,其物理意義為_____。(a=λ/cρ,ｍ２／s,材料傳播溫度變化能力的指標）肋效率的定義為____＿__。(肋片實際散熱量與肋片最大也許散熱量之比。）按照導熱機理，水的氣、液、固三種狀態(tài)中＿_＿__＿＿態(tài)下的導熱系數最小。(氣）一般,材料的導熱系數與_＿___和＿_＿__有關。（種類，溫度）保溫材料是指___＿_的材料.(λ≤0.12W/（ｍ·K）（平均溫度不高于350℃時））已知材料的導熱系數與溫度的關系為λ＝λ0(1＋bt),當材料兩側壁溫分別為t1、t2時，其平均導熱系數可取下的導熱系數。((t1+ｔ2)／２)發(fā)電機水冷、氫冷、空冷三種方式中，以方式的效果最佳，方式的效果最差。(水冷、空冷)第三類邊界條件是指已知。（物體邊界與周邊流體間的表面?zhèn)鳠嵯禂担杓爸苓吜黧w的溫度tf）及其單值性條件可以完整地描述一個具體的導熱問題。（導熱微分方程)第一類邊界條件是。（給定物體邊界上任何時刻的溫度分布）初始條件是指。（如以某時刻作為時間的起算點，在該時刻導熱物體內的溫度分布)通過長圓筒壁導熱時，圓筒壁內的溫度呈分布規(guī)律.(對數曲線)溫度梯度表達溫度場內的某一地點等溫面法線方向的。(溫度變化率)第二類邊界條件是指。(給定物體邊界上任何時刻的熱流密度qw分布）三、選擇題當采用加肋片的方法增強傳熱時，最有效的辦法是將肋片加在哪一側?()(1)傳熱系數較大的一側(2)傳熱系數較小的一側(３）流體溫度較高的一側（4)流體溫度較低的一側下列各參數中,屬于物性參數的是:（１)肋化系數（2)導熱系數(3）導溫系數（4）傳熱系數導溫系數的物理意義是什么？表白材料導熱能力的強弱反映了材料的儲熱能力反映材料傳播溫度變化的能力表白導熱系數大的材料一定是導溫系數大的材料常溫下,下列物質中哪一種材料的導熱系數較大?(1)純銅(2)碳鋼(3)不銹鋼（4)黃銅溫度梯度表達溫度場內的某一點等溫面上什么方向的溫度變化率?（1）切線方向(2）法線方向(3)任意方向（４)溫度減少方向接觸熱阻的存在使相接觸的兩個導熱壁面之間產生什么影響?(１)出現溫差(2）出現臨界熱流(3)促進傳熱(４)沒有影響下述哪一點不是熱力設備與冷凍設備加保溫材料的目的?(1)防止熱量(或冷量)損失(２)提高熱負荷(３)防止燙傷(或凍傷)(4)保持流體溫度某熱力管道采用兩種導熱系數不同的保溫材料進行保溫，為了達成較好的保溫效果，應將哪種材料放在內層？(1)導熱系數較大的材料(2)導熱系數較小的材料(3)任選一種均可(4)無法擬定金屬具有較多的雜質，則其導熱系數將如何變化?(1)變大（2）變?。ǎ常┎蛔?4）也許變大,也也許變小下列材料中,導熱材料較差的材料是什么?（１）鋁合金(2)鑄鐵(３）不銹鋼(4）普通玻璃物體之間發(fā)生熱傳導的動力是什么?(１)溫度場(2）溫差(3)等溫面(4)微觀粒子運動下面哪種物質材料具有較大的導熱系數？(1)水（2）空氣（3)水蒸氣(4）冰塊通過大平壁導熱時,大平壁內的溫度分布規(guī)律是下述哪一種?(1)直線（2）雙曲線(3)拋物線(4)對數曲線若已知某種氣體的密度為0.61７kｇ／m3,比熱為１．122kJ／（kg·K),導熱系數為０.0484W／（m.K),則其導溫系數是多少？（)(１)１４.3m2/s(２)６9.9×10-6ｍ2／s(3)０.069９m2／s(４)1.43×104m2／s已知某一導熱平壁的兩側壁面溫差是30℃,材料的導熱系數是22W／（m.K),通過的熱流密度是30０W／m２,則該平壁的壁厚是多少?()(１)220m（２）22m（3)2.２m(4)0.２2m第二類邊界條件是什么?已知物體邊界上的溫度分布。已知物體表面與周邊介質之間的傳熱情況。已知物體邊界上的熱流密度。已知物體邊界上流體的溫度與流速。冬天用手分別觸摸置于同一環(huán)境中的木塊和鐵塊，感到鐵塊很涼，這是什么因素?(1)由于鐵塊的溫度比木塊低（２)由于鐵塊摸上去比木塊硬（3)由于鐵塊的導熱系數比木塊大(4)由于鐵塊的導溫系數比木塊大什么情況下圓筒壁導熱可以按平壁解決？(1)當其長度大于其外半徑的10倍時（2)當其長度是其壁厚的10倍時(3）當其外徑大于2倍的內徑時(４）當其外徑大于其壁厚的4倍時溫度升高時，氣體的導熱系數一般隨溫度會發(fā)生如何的變化?()(1)增大(２)減小(３）不變(4)也許增大也也許減小一般情況下,對于材料的導熱系數，下述哪種說法是錯誤的?（1)合金小于純金屬（2)氣體小于固體(3）液體小于固體（4）導電體小于非導電體21.下列那種情況內燃機汽缸溫度場不會隨時間發(fā)生變化?（1)內燃機啟動過程(2)內燃機停機(３)內燃機變工況運營(4)內燃機定速運營22.在穩(wěn)態(tài)導熱中,已知三層平壁的內外表面溫度差為120℃,三層熱阻之比Rλ１、Rλ２、Rλ3=1：2：３,則各層的溫度降為。(1)60℃、40℃、20℃(２）70℃、40℃、10℃(3）２0℃、40℃、６０℃(4)１0℃、４0℃、7０℃2３.材料的導熱能力與吸熱能力之比稱為。(1)放熱系數(２）傳熱系數(３)導熱系數（4）導溫系數２4.蒸汽管道的內外直徑分別為6８mm和１０0mm,導熱系數λ1=6３Ｗ/(ｍ.℃）,內表面溫度為140℃。今采用玻璃棉墊料保溫,λ２=0．0５3W/（m.℃）。若規(guī)定保溫層外表面的溫度不超過５０℃，且蒸汽管道允許的熱損失ql=5０W/m，則玻璃棉墊料保溫層的厚度至少為。(1）4１mm(2)54ｍｍ（3)91mm（４)１04mm導熱體中不同溫度的等溫面將。(1)互相相交(2)互不相交（３）互相相切(４）不定材料的導溫系數是材料和的比值。(1)吸熱能力/導熱能力（2）導熱能力/吸熱能力（3）比熱容／導熱系數(４）導熱系數／比熱容固體壁面上敷設肋片后,其實際散熱量與假設整個肋表面處在肋基溫度下的散熱量的比值為。(1)肋壁效率(2)肋化系數(3）肋片效率(4）無明確的專用名稱忽略物體內部導熱熱阻的分析方法稱為。(1)正規(guī)狀況法(2）數學分析法（３)數值解法（4）集總參數法下列哪個是非穩(wěn)態(tài)導熱的表達式？（1)t=ｆ(x，y，z)(２)t=f(y,τ)(3)t=f（ｘ,y）(4)ｔ＝f（z,x）下列那個表達非穩(wěn)態(tài)導熱過程的無因次時間？(１)Bｉ（2)Fo（3)Re(4）Pr四、簡答題試解釋材料的導熱系數與導溫系數之間有什么區(qū)別和聯(lián)系。（提醒：從兩者的概念、物理意義、表達式方面加以闡述，如從表達式看，導溫系數與導熱系數成正比關系(a=λ/cρ),但導溫系數不僅與材料的導熱系數有關,還與材料的熱容量(或儲熱能力）也有關;從物理意義看，導熱系數表征材料導熱能力的強弱，導溫系數表征材料傳播溫度變化的能力的大小,兩者都是物性參數。)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。(提醒：溫度計套管可以看作是一根吸熱的管狀肋(等截面直肋）,運用等截面直肋計算肋端溫度th的結果,可得采用溫度計套管后導致的測量誤差Δｔ為Δt＝tf－th＝,其中,欲使測量誤差Δt下降，可以采用以下幾種措施:(１）減少壁面與流體的溫差（tf-t0),也就是想辦法使肋基溫度ｔ0接近tｆ,可以通過對流體通道的外表面采用保溫措施來實現。(２)增大(mH）值,使分母ｃh(mH）增大。具體可以用以下手段實現：①增長H,延長溫度計套管的長度；②減小λ,采用導熱系數小的材料做溫度計套管，如采用不銹鋼管,不要用銅管。由于不銹鋼的導熱系數比銅和碳鋼小。②減少δ,減小溫度計套管的壁厚，采用薄壁管。④提高h增強溫度計套管與流體之間的熱互換。）試寫出直角坐標系中，一維非穩(wěn)態(tài)無內熱源常導熱系數導熱問題的導熱微分方程表達式；并請說明導熱問題常見的三類邊界條件。(提醒：直角坐標系下一維非穩(wěn)態(tài)無內熱源導熱問題的導熱微分方程式第一類邊界條件:τ>０,tw＝fw（x,τ)第二類邊界條件:τ＞0,第三類邊界條件：τ>０,在一根蒸汽管道上需要加裝一根測溫套管，有三種材料可選:銅、鋁、不銹鋼。問選用哪種材料所引起的測溫誤差最小，為什么?為減小測量誤差,在套管尺寸的選擇上還應注意哪些問題?（提醒:與簡答題２的第(2）點類似，套管材料應選用不銹鋼,因給出的三種材料中，不銹鋼的導熱系數最?。┦裁词墙佑|熱阻?減少固體壁面之間的接觸熱阻有哪些方法？(提醒：材料表面由于存在一定的粗糙度使相接觸的表面之間存在間隙，給導熱過程帶來額外熱阻稱為接觸熱阻,接觸熱阻的存在使相鄰的兩個表面產生溫降（溫度不連續(xù))。接觸熱阻重要與表面粗糙度、表面所受壓力、材料硬度、溫度及周邊介質的物性等有關，因此可以從這些方面考慮減少接觸熱阻的方法,此外,也可在固體接觸面之間襯以導熱系數大的銅箔或鋁箔等以減少接觸熱阻。)管外包兩種不同導熱系數材料以減少熱損失，若,試問如何布置合理？某一維導熱平板，平板兩側表面溫度分別為和，厚度為。在這個溫度范圍內導熱系數與溫度的關系為,求平板內的溫度分布？有人認為，傅里葉定律并不顯含時間,因此不能用來計算非穩(wěn)態(tài)導熱的熱量。你認為對嗎?導熱是由于微觀粒子的擴散作用形成的。迄今為止,描述物質內部導熱機理的物理模型有哪些？用它們可以分別描述哪些物質內部的導熱過程?用穩(wěn)定法平板導熱儀對某廠提供的保溫試材的導熱系數進行測定，實驗時從低溫開始,依次在6個不同溫度下測得6個導熱系數值。這些數據表白該材料的導熱系數隨溫度升高而下降，這一規(guī)律與絕熱保溫材料的導熱機理不符,經檢查未發(fā)現實驗裝置有問題，試分析問題也許出在哪里?在超低溫工程中要使用導熱系數很低的超級保溫材料。假如要你去研制一種這樣的新保溫材料，試從導熱機理出發(fā)設計一種超級保溫材料,列出你為減少導熱系數采用了哪些措施?并解釋其物理因素？試對比分析在氣體中由分子熱運動產生的熱量遷移與在金屬中自由電子熱運動產生的能量遷移這兩個物理模型的共同點和差異之處。在任意直角坐標系下,對于以下兩種關于第三類邊界條件的表達形式，你認為哪個對，哪個不對,或者無法判別?陳述你的判斷和理由。一維常物性穩(wěn)態(tài)導熱中,溫度分布與導熱系數無關的條件有哪些?發(fā)生在一個短圓柱中的導熱問題,在哪些情況下可以按一維導熱問題來解決?擴展表面中的導熱問題可以按一維解決的條件什么?有人認為，只要擴展表面細長，就可以按一維問題解決,你批準這種觀點嗎？某材料導熱系數與溫度的關系為,式中為常數,若用這種材料制成平板,試求其單位面積的熱阻表達式。對于如圖所示的兩種水平夾層，試分析冷、熱表面間熱量互換的方式有何不同?假如要通過實驗來測定夾層中流體的導熱系數,應采用哪一種布置?熱面冷面(a)夾層冷面在下(b)夾層熱面在下在測量金屬導熱系數的實驗中，為什么通常把試件制作成細而長的棒？高溫下氣體導熱系數的測定有何困難？在實際中能否用常溫下的數據來替代？肋化系數，肋效率和肋壁效率是如何定義的？在選用和設計肋片時它們有何用途?有兩根材料不同,厚度均為2的等截面直肋A和B,處在相同的換熱環(huán)境中,肋基溫度均為,肋端絕熱，它們的表面均被溫度為、對流換熱系數h為常數的流體所冷卻，且。現測得材料A和B內的溫度分布如圖所示,試分析材料A和B導熱系數的大小。TＴT0Ｔ0ＢATｆＴfxx為測量管道內流體的溫度，可采用溫度計套管。實用中經常布置成如圖所示的斜插形式，試從傳熱學的角度解釋其合理性。覆蓋熱絕緣層是否在任何情況下都能減少熱損失?保溫層是否越厚越好?對室內冷凍管道和熱力管道的保溫層設計有何不同?在管道內部貼上一層保溫材料,是否存在某一臨界絕熱直徑？為什么？非穩(wěn)態(tài)導熱的正規(guī)狀況階段或充足發(fā)展階段在物理過程及數學解決上有什么特點？有人認為,當非穩(wěn)態(tài)導熱過程經歷時間很長時,采用諾模圖計算所得到的結果是錯誤的。理由是：這個圖表白,物體中各點的過余溫度與中心截面過余溫度的比值僅與幾何位置和畢渥數有關，而與時間無關。但當時間趨于無限大時，物體中各點的溫度應趨于流體溫度,所以兩者是有矛盾的。你如何看待這一問題？有人這樣分析:在一維無限大平板中心溫度的諾模圖中，當越小時，越小，此時其他參數不變時，越小,即表白越小,平板中心溫度就越接近于流體溫度。這說明物體被流體加熱時,其越小(一定）反而溫升越快，與事實不符。請指出上述分析錯誤在什么地方?試分析當Fo<0.2時，能否用諾模圖求解有關的非穩(wěn)態(tài)導熱問題？五、計算題某爐墻由耐火磚和紅磚組成,厚度分別為200ｍm和８0mm，導熱系數分別為0.8W(ｍ·Ｋ)和０.5W/(m·Ｋ)，內層為耐火磚,爐墻內外側壁面溫度分別為600℃和50℃,試計算:該爐墻單位面積的熱損失；耐火磚與紅磚之間的溫差。假設紅磚與耐火磚接觸緊密。若以導熱系數為0.1lW／（m·K）的保溫板代替紅磚，其他條件不變,若要爐墻單位面積熱損失不高于８00W/m2，保溫板的厚度最少要多厚?（提醒:這是一個一維穩(wěn)態(tài)通過雙層平壁的導熱問題。答案:ｑ＝13４1．5W／ｍ２；twm=2６4．6℃，δ>0．0４8m。)外徑為250ｍｍ的鋼管,若在其外表面包以６.5ｍｍ石棉(λ1=0．166W/(m·K）),再在其外包以2５mm的玻璃纖維(λ２＝0．043W/(m·K)),玻璃纖維外表面溫度為３8℃,鋼管溫度為3１5℃，求單位長度鋼管的熱損失和兩保溫層界面的溫度。(提醒:這是一個一維通過雙層圓筒壁的導熱問題。答案：ｑl=3９9．８W／m,ｔwm=２95.6℃。由于鋼管的管徑比較大，保溫層厚度相對較薄，可忽略管徑曲率的影響,若用平壁公式計算,則答案為ｑｌ=39４．８W/m,twm=297．5℃,熱流密度的誤差為-１.25％,壁溫的誤差為+0．0０６4％,由此可見,用平壁公式計算圓筒壁的導熱問題,規(guī)定管徑足夠大或d外/d內＜2。當然，在一般的工程計算中,該誤差是可以接受的。有一厚為25mm的平面紅磚墻,導熱系數為0.５Ｗ／(ｍ.K）,在其外表面上覆蓋了一層導熱系數為0.2W／(m·K)、厚為3ｍm的抹面材料,為使墻面的散熱損失小于20０W/m２，在磚墻內側再加一層導熱系數為0．lＷ/(m·K）的保溫材料，墻體與環(huán)境接觸的兩個表面溫度分別為２5℃和-１0℃.問:內層所加保溫材料應為多厚才干達成規(guī)定?若將外表面的抹面材料厚度從3mm增長到5mｍ，其他條件不變，則單位面積散熱量為多少?若墻體總面積為1500m２,通過墻面將損失多少熱量?(提醒:這是一個一維穩(wěn)態(tài)通過三層平壁的導熱問題。答案：δ＞０．011m,q=189.2W/ｍ２；φ＝28３．8kＷ。）某熱力管道的外徑(直徑)為１00mm,壁溫為35０℃，在管道外包有一層50mm厚、導熱系數為０.0５W／(m·K)的微孔硅酸鈣制品作為保溫材料,現測得保溫材料的外表面溫度為70℃,問10０0m長的管道每小時的熱損失是多少?若折合成標煤(發(fā)熱量７0０0kｃal/kg），每年將損失多少標煤?（提醒：這是一個一維穩(wěn)態(tài)通過單層圓筒壁的導熱問題。答案:φ＝4．5７×105kＪ/ｈ,熱損失折合標煤136．6噸/年。)外徑（直徑)為100mｍ、壁溫為3５0℃的某熱力管道,為了減少其散熱損失，需要重新進行保溫設計，設計規(guī)定保溫層外表面溫度不超過５0℃,散熱量按標煤(發(fā)熱量7００0kcal／kg）計算,每公里長管道熱損失不超過每年１00噸標煤的發(fā)熱量,保溫材料采用導熱系數為0．04８Ｗ／（ｍ·K)的微孔硅酸鈣制品,問需要保溫層的厚度是多少?(提醒:這是一個一維穩(wěn)態(tài)通過單層圓筒壁的導熱問題。答案:保溫層厚度至少82.4mm。對于某一大平壁，有三種保溫方案可以選擇：①采用三層材料保溫：50mm厚的膨脹珍珠巖,導熱系數為0．０8W／（m·Ｋ)，２０ｍm厚的粉煤灰磚,導熱系數０.２2W/(m.K),5mm厚的水泥,導熱系數為0.8W／（m·K);②采用兩層材料保溫：60mm厚的礦渣棉,導熱系數為0．０６W/(m·K）,1５mm厚的混凝土板，導熱系數為0.79W/(ｍ.K)；③三層材料保溫:25mｍ的輕質耐火磚,導熱系數為０.3W／(m.K),３0mm厚的玻璃棉氈,導熱系數0.０4Ｗ/(m．K),2０mｍ厚的紅磚,導熱系數為0.49W/(ｍ.K）。問單純從減少熱損失的角度分析,采用哪種方案最佳？(提醒:這是一個計算多層平壁導熱熱阻的問題,導熱熱阻越大,其熱損失越小。答案:這三種方案中，采用第二種方案的散熱損失最少。）一外徑為2５ｍm的碳鋼管外裝有高為12.5mm、厚１mｍ的等厚度環(huán)肋(碳鋼制，導熱系數取4５W／(m·K))，肋片間距為5ｍm，肋片與管外流體的對流傳熱系數為５5W/(m2.K),問:環(huán)肋的肋效率為多少?若管長為1ｍ,相稱于整根管子肋側傳熱面積，其總面積肋效率又為多少?加肋前后傳熱面積增大了幾倍?(提醒:這是一個計算等厚度環(huán)肋的肋效率的問題,可通過查肋效率圖得到肋片效率,再計算相對于總換熱面積的總面積肋效率（等于肋片換熱面積乘肋片效率加上肋基光壁面積，除以管子的總換熱面積)。答案:(1)ηf＝7６%，(2)η0=78.2％;（3）加肋前后換熱面積增大了8.7倍。)已知外徑為2５ｍm的碳鋼管外裝有高為１2.5mｍ、厚1mｍ、肋效率為76％的等厚度環(huán)肋，肋片間距為5mｍ，肋片與管外流體的對流傳熱系數為55W/(m2.℃),管壁溫度為150℃,管外流體溫度為30０℃，問:每米長管子的傳熱量為多少？與光管相比傳熱量增大了幾倍？(提醒：這是一個計算等厚度環(huán)肋肋管總換熱量的問題,可以將肋片換熱量與肋基光壁的換熱量分別計算相加得到總換熱量，也可通過計算總面積肋效率后得到總換熱量，這兩種方法的結果是同樣的,后者常用于計算通過肋壁的傳熱中。答案：（1)４．40５kW／m;(２)換熱量與末加肋前相比增大了6．8倍。)外直徑為５0mm的蒸汽管道外表面溫度為4０0℃，其外包裹有厚度為40mm，導熱系數為0.1１W/(mＫ)的礦渣棉,礦渣棉外又包有厚為45mm的煤灰泡沫磚，其導熱系數與磚層平均溫度的關系為:。煤灰泡沫磚外表面溫度為５0℃，已知煤灰泡沫磚最高耐溫為300℃，試檢查煤灰泡沫磚的溫度有無超過最高溫度？并求單位管長的熱損失。輸電的導線可以看作為有內熱源的無限長圓柱體。假設圓柱體壁面有均勻恒定的溫度，內熱源和導熱系數為常數，圓柱體半徑為。試求在穩(wěn)態(tài)條件下圓柱體內的溫度分布。一根圓截面的不銹鋼肋片,導熱系數＝20W/(mK),直徑為20mm，長度為100mｍ，肋基溫度為300℃,周邊流體溫度為50℃，對流換熱系數為,肋尖端面是絕熱的。試求：①肋片的傳熱量,②肋端溫度,③不用肋片時肋基壁面的傳熱量,④用導熱系數為無限大的假想肋片代替不銹鋼肋片時的傳熱量。噴氣渦輪發(fā)動機最后幾個透平級中之一的一個靜止葉片，葉片高75mm，橫截面積Ａ為１6０mｍ2，周長P為50ｍm。除葉片的底表面，即葉片和透平連接的葉片根部外，葉片整個表面上流過5４0℃的氣體。氣體和葉片表面之間的平均對流換熱系數約為４60W/m2K,葉片材料的導熱系數為17０W/mK。假設允許作準一維分析,要使葉片端部溫度不超過4８0℃,試計算葉片根部必須保持的溫度。外徑40mm的管道,壁溫為12０℃，外裝縱肋１2片，肋厚0.8mｍ，高20mm，肋的導熱系數為95W／mK,周邊介質溫度為20℃，對流換熱系數為20W／m2Ｋ,求每米管長散熱量。如圖所示是平板式太陽能熱水器的一種簡樸的吸熱板結構，吸熱板面向太陽的一面涂有一層對太陽輻射吸取率很高的材料，吸熱板的背面設立了一組平行的管子，其內通以冷卻水以吸取太陽輻射，管子之間則充滿絕熱材料。吸熱板的正面在接受太陽輻射的同時受到環(huán)境的冷卻。設凈吸取的太陽輻射為，表面對流換熱系數為h,空氣溫度為,管子與吸熱板結合處的溫度為，試寫出擬定吸熱板中溫度分布的數學描寫并求解之。分析:(1)簡化,兩根管子的溫度一致，取s/2吸熱平板作為研究對象T0T0s/2s/2(２）吸熱板背面絕熱，相稱于對稱面2T02T0吸熱板示意圖吸熱板示意圖(3)建立數學模型沖擊管在模擬渦輪葉片前緣沖擊冷卻實驗中，用溫度為20℃的冷空氣沖擊30０℃的鋁制模型試件。試件幾何尺寸如圖所示：沖擊表面積為，體積為，冷吹風1分鐘后，試件溫度為60℃，試問對流換熱系數為多少已知鋁的導熱系數=200W／(mK);比熱容=0．9KJ／(KgＫ）;密度=２7０0Kｇ/m3。沖擊管有一電烙鐵通電之后,加在電阻絲上的功率為，一方面使烙鐵頭的內能增長,另一方面通過烙鐵頭表面向外對流換熱。假如烙鐵頭可當作是一個集總熱容體,其物性參數為已知,環(huán)境溫度及對流換熱系數為常數，試分析烙鐵頭的溫度隨時間變化的函數關系。直徑１2cm的鐵球（=5２W/（mK)；）在對流換熱系數的油池內冷卻4２分鐘，若對直徑為30ｃm的不銹鋼球(=１4W/(mK)；）實現相似冷卻過程需多少時間?對流換熱系數為多少一臺輸出功率為750W用于水中工作的電阻加熱器,總的暴露面積為0.1m2，在水中的表面對流換熱系數為，水溫為３７℃。試擬定(1)在設計工況下加熱器的表面溫度；(2）假如放置在３7℃的空氣中，表面對流換熱系數變?yōu)椋藭r的穩(wěn)態(tài)表面溫度如何變化。解：取整個加熱器作為控制體，由于處在穩(wěn)定狀態(tài),故控制體內儲存能量的變化為零。(1)℃(2)℃討論本例題得到的是一個代數方程式。運用控制體的概念來進行數學建模在以后的學習中可以進一步領略。一根外徑為0.3ｍ,壁厚為3ｍｍ，長為10m的圓管，入口溫度為８0℃的水以０．1m／ｓ的平均速度在管內流動,管道外部橫向流過溫度為２０℃的空氣，實驗測得管道外壁面的平均溫度為75℃,水的出口溫度為78℃。已知水的定壓比熱為4187J/（kｇK),密度為９80kg/m3,試擬定空氣與管道之間的對流換熱系數。解:根據熱量傳遞過程中能量守恒的定理，管內水的散熱量必然等于管道外壁與空氣之間的對流換熱量管內水的散熱量為式中為管道流通截面積,(２)管道外壁與空氣之間的對流換熱量為(3）管內水的散熱量等于管道外壁與空氣之間的對流換熱量10cm厚的平板兩側面分別保持為100℃和0℃,導熱系數按照關系隨溫度變化。在T＝０℃時，=50W／（mK)，T=100℃時,=100Ｗ/(mK)，求熱流密度和溫度分布。解：由題意知,＝0℃時,=50W/(ｍK);＝100℃時，=50W／(mK）可以解出,50W／（mK),0.01/℃由導熱微分方程積分兩次,，即T引用邊界條件可擬定,=-750０0，=150最終解得，,只有取“+”才符合題意。0討論上述溫度分布結果定性示于圖?？梢姰攲嵯禂挡粸槌禃r,平壁內的溫度不再呈線性分布。讀者可思考一下,假如0時,物體內溫度分布將呈如何的定性分布趨勢。A,B兩種材料組成的復合平壁,材料Ａ產生熱量，=75Ｗ/（mＫ),;材料B不發(fā)熱，＝150W/(ｍＫ),。材料A的外表面絕熱,材料Ｂ的外表面用溫度為３０℃的水冷卻,對流換熱系數。試求穩(wěn)態(tài)下A、B復合壁內的溫度分布,絕熱面的溫度，冷卻面溫度,A、B材料的界面溫度。解：在穩(wěn)態(tài)工況下,A材料所發(fā)生的熱量必須所有散失到流過B材料表面的冷卻水中,并且從A、B材料的界面到冷卻水所傳遞的熱流量均相同,故可定性地畫出復合壁內的溫度分布及從界面到冷卻水的熱阻圖。圖中為導熱熱阻，為表面對流換熱熱阻。根據熱平衡，材料A產生的熱量為,則Ａ傳入B的熱流密度A由牛頓冷卻定律,可擬定冷卻面的溫度B℃對B材料由傅里葉定律，可擬定A、B材料的界面溫度0℃復合平壁示意圖對材料Ａ,絕熱面正好相稱于對稱發(fā)熱平板的正中面。此處溫度值最高，℃討論：熱阻分析是從A、B材料界面開始的，而不是從A材料外壁面開始。這是由于Ａ材料有內熱源，不同處截面的熱流量不相等，因而不能應用熱阻的概念來作定量分析。有一外直徑為６0ｍｍ、壁厚為３mm的蒸汽管道,管壁導熱系數=５4Ｗ/(mK）;管道外壁上包有厚5０mｍ的石棉繩保溫層,導熱系數=0.15Ｗ/(mK);管內蒸汽溫度=１50℃，對流換熱系數；管外空氣溫度=20℃，對流換熱系數。試求:①通過單位管長的壁的導熱熱流量；②金屬管道內、外側表面的溫度和;③若忽略不計金屬管壁導熱熱阻，將發(fā)生多大變化解：蒸汽管道的長度比其外徑尺寸大得多,可視作無限長圓筒壁。而、、和①通過單位長度管壁的導熱熱流量等于此傳熱過程的傳熱熱流量傳熱過程的熱阻組成為：內表面對流換熱熱阻金屬管壁導熱熱阻保溫材料導熱熱阻外表面對流換熱熱阻[Ｗ/ｍ]②金屬管道內、外側表面的溫度和由傳熱過程環(huán)節(jié)分析可得[℃][℃]③假如不計金屬管壁的導熱熱阻，則［Ｗ/ｍ]與不忽略金屬管壁熱阻時比較熱流量變化甚微,局限性０.07.討論在傳熱過程的各個環(huán)節(jié)中，影響熱量傳遞的因素重要體現在熱阻大的環(huán)節(jié)上。在穩(wěn)定的傳熱條件下,傳熱環(huán)節(jié)的熱阻小意味著熱量傳遞所需的動力小。特別是當這一環(huán)節(jié)熱阻可忽略不計時，引起熱量傳遞的溫度差也將趨于零。耐溫塞子的直徑隨變化,(為常數),在的小頭處溫度為，在的大頭處溫度為,材料導熱系數為。假設側表面是抱負絕熱的,試求塞子內的溫度分布，及通過塞子的熱流量。解：穩(wěn)定導熱時,通過不同截面的熱流量是相同的，但熱流密度不相同。此題導熱截面積有限，且沿熱流矢量方向是變化的，故不能使用面積為無限大的一維平壁導熱方程：進行計算。運用傅里葉定律：=0分離變量并積分,0得到由時，可以擬定熱流量為解得溫度分布為討論運用傅里葉定律積分求解變截面一維導熱問題。【例題６】在用穩(wěn)態(tài)平板法測定非金屬材料導熱系數的儀器中，試材做成圓形平板，放在冷、熱兩表面之間。已知主電爐的直徑ｄ=１20ｍｍ，儀器冷、熱兩表面溫度分別由熱電偶測得為T1=180℃,T２=30℃，主電爐產生的熱流量為60W。由于安裝不好,試件和冷、熱表面間均存在=０．１ｍm的空氣縫隙。試擬定空氣縫隙給測定導熱系數帶來的誤差(假設通過空氣縫隙的輻射換熱可以忽略不計）。=4\＊GB3④=3＼＊GB3③=1\*GB3①=2\*GB３②＝5\＊ＧB3⑤=7\＊GＢ３⑦=6＼＊GＢ3⑥T2T3T1(１)主電爐（4)底面輔助電爐T2T3T1T5T4（２）試材(５)側面輔助電爐T5T4（３）冷卻器(6）（7）保溫層圖２-10穩(wěn)態(tài)平板法測定導熱系數裝置示意圖討論:為了保證主電爐產生的熱量垂直穿過平板試件，分別調整側輔助電爐和底輔助電爐的功率以保證T3=T1,Ｔ4＝T5。為了使熱面和冷面上所測溫度T１和T2盡也許精確地反映試材熱面和冷面的溫度，必須盡量設法減小熱、冷面與試材表面的接觸熱阻。所測試件在放入之前必須通過仔細地烘干,特別對于保溫材料。用熱電偶測量管道內的氣流溫度。已知熱接點溫度＝6５０℃,熱電偶套管根部溫度=5００℃，套管長度=100mm，壁厚=1mｍ,外直徑＝10ｍm,導熱系數＝２5W/(mK）,氣流與套管之間的對流換熱系數。試求：①熱電偶溫度與氣流真實溫度之間的誤差；②分析在下列條件改變下測量誤差的大小。（a、改變套管長度=150mｍ;ｂ、改變套管壁厚=0.5ｍm；c、更換套管材料=16W/(mK);d、若氣流與套管之間的對流換熱系數；ｅ、若在安裝套管的壁面處包以熱絕緣層,以減小熱量的導出,此時套管根部溫度=６00℃。解在進行分析時，注意以下幾點工程分析中的近似解決,以及肋片的概念。由于熱電偶的節(jié)點與套管頂部直接接觸，可以認為熱電偶測得的溫度就是套管頂端的壁面溫度；(２）熱電偶套管可以當作是截面積為的等截面直肋。(3)肋片的周長取與流體接觸部分的長度；(4)所謂測溫誤差,就是套管頂端的過余溫度。T熱電偶溫度與氣流真實溫度之間的誤差TT0當把熱電偶接點處視為絕熱時,由T0lTflTfTj或Tj熱電偶測溫示意圖得℃熱電偶測溫示意圖故熱電偶的測溫誤差為４℃。②分析在下列條件改變下測量誤差的大小改變套管長度=150mm，℃改變套管壁厚=0.５mm，℃c.更換套管材料=16Ｗ／(mK),℃d.若氣流與套管之間的對流換熱系數,℃e.若套管根部溫度=６00℃，℃討論:從以上分析發(fā)現,要減小測溫誤差,可以采用以下措施:①盡量增長套管高度和減小壁厚;②選用導熱系數低的材料作套管;③強化套管與流體間的對流換熱系數；④在安裝套管的壁面處包以熱絕緣層,增長套管根部的溫度。如何減小測溫誤差，也可以從測溫計套管的一維導熱物理過程進行分析：管內高溫流體通過一個對流換熱熱阻將熱量傳給套管頂部；然后通過套管（肋片）傳至根部;再通過一個對流換熱熱阻將熱量傳給外界流體。顯然,要減小測溫誤差,應使接近于,即應盡量減小Ｒ1而增大R2及Ｒ3。TTTfT0R3R2R1TjT0R3R2R1Tj圍在外徑為８０ｍm銅管上的一鋁質環(huán)肋，厚５mm,肋外緣直徑為1６0mm，導熱系數為2０0W/(ｍK），周邊流體溫度為70℃,對流換熱系數為。求肋片的傳熱量。解本題可運用肋片效率進行計算。先計算有關參數考慮肋端傳熱作用的肋片修正長度,縱剖面積,查圖得,故傳熱量為：以等截面直肋為例,試用熱阻的概念簡要說明采用肋化表面是否都可以得到強化傳熱的效果?假如答案是否認的，則對敷設矩形剖面的直肋推導一個定量的判據?解：假設不管是否敷設肋片，肋片基部表面溫度為，基部表面和流體之間的對流換熱系數與肋片和流體之間的對流換熱系數值相同。不敷肋片而高為的基部表面,這部分和流體之間的換熱量為如有肋片敷在基部表面上，則熱量從處在的表面導入肋片，并克服肋片的導熱內熱阻,在到達肋片和流體的界面后,再通過表面對流換熱熱阻散入流體。LTLTWTfTWTWTwmTTwmTfTW流體T流體Tf,h敷設肋片令肋片導熱的平均內熱阻為,為肋片表面的平均溫度。在有或沒有肋片時的等效熱阻分別為在有或沒有肋片時的散熱量分別取決于所表達的等效熱阻的相對大小。雖然有肋時的對流換熱熱阻遠小于無肋時的對流換熱熱阻，但是假如肋片的平均導熱內熱阻足夠大而也許使，這樣導致肋片產生絕熱效應而不是增大散熱量的有利作用。例如，敷設由石棉構成的相稱厚的肋片就有這樣的作用，因石棉的導熱系數很小而使足夠大。有肋片時的散熱量為式中，,為未加肋片的基部表面散熱量。由得到當時，敷設肋片將起到增長傳熱的有利作用。解不等式，得到討論：在有肋片的設計中,當所有因素都加以考慮時，一般只有在下列條件下肋片的應用才是合理的?！纠}1０】一無限大平板,熱擴散系數,厚度為2５ｍm,具有均勻初始溫度150℃。若忽然把表面溫度降到30℃，試計算１分鐘后平板中間的溫度(假設物體表面對流換熱熱阻與物體內的導熱熱阻相比可以忽略，即１)。解:本問題的完整數學描寫如下:T引入過余溫度,上式變?yōu)?初始條件和邊界條件：1的情形時,在0內0時,在處0時,在處運用分離變量法,可得到最終的級數解為對于本例題，將以下數據,，℃，℃，代入上式,若只取前面非零的四項()計算，得由此求得在1分鐘后，平板中間溫度為℃討論:一般以０.２為界,判斷非穩(wěn)態(tài)導熱過程進入正規(guī)狀況階段。此時無窮級數的解可以用第一項來近似地代替,所得的物體中心溫度與采用完整級數計算得到的值的差別基本能控制在1以內。本例題中=0.69，可以看出，級數的第一項較后幾項高出多個數量級。兩一塊厚度均為３0ｍm的無限大平板,初始溫度為２0℃，分別用銅和鋼制成。平板兩側表面的溫度忽然上升到60℃，試計算使兩板中心溫度均上升到5６℃時兩板所需的時間比。銅和鋼的熱擴散系數分別為和。解:一維非穩(wěn)態(tài)無限大平板的溫度分布有如如下函數形式兩塊不同材料的無限大平板，均處在第一類邊界條件(）。由題意，兩種材料達成同樣工況時，數和ｘ/相同,要使溫度分布相同,則只需Fo數相等。測量氣流溫度的熱電偶，其結點可視為球體，結點與氣流之間的對流換熱系數,結點的熱物性：＝2０Ｗ／(mＫ）；比熱容=４00J/（ｋgK)；密度＝85０0kg/m3，試求：１.時間常數為１秒的熱電偶結點直徑為多大把熱電偶從2５℃的環(huán)境放入20０℃的氣流中要多長時間才干到達199℃解:一方面計算結點直徑，并檢查數值。對球形結點,由得驗證表白把熱電偶結點當成集總熱容體在這里是合適的。達成199℃時所需的時間，可由下式計算討論：由此式可見,熱電偶結點直徑和熱容量越小,被測氣流的對流換熱系數越大，則溫度響應越快。對流傳熱一、名詞解釋速度邊界層：在流場中壁面附近流速發(fā)生急劇變化的薄層。溫度邊界層：在流體溫度場中壁面附近溫度發(fā)生急劇變化的薄層。定性溫度:擬定換熱過程中流體物性的溫度。特性尺度:對于對流傳熱起決定作用的幾何尺寸。相似準則(如Nｕ,Re,Pr,Gｒ,Ｒa)：由幾個變量組成的無量綱的組合量。逼迫對流傳熱:由于機械(泵或風機等)的作用或其它壓差而引起的相對運動。自然對流傳熱:流體各部分之間由于密度差而引起的相對運動。大空間自然對流傳熱：傳熱面上邊界層的形成和發(fā)展不受周邊物體的干擾時的自然對流傳熱。珠狀凝結：當凝結液不能潤濕壁面(θ>90?）時，凝結液在壁面上形成許多液滴，而不形成連續(xù)的液膜。膜狀凝結:當液體能潤濕壁面時，凝結液和壁面的潤濕角(液體與壁面交界處的切面經液體到壁面的交角)θ<90?,凝結液在壁面上形成一層完整的液膜。核態(tài)沸騰:在加熱面上產生汽泡，換熱溫差小，且產生汽泡的速度小于汽泡脫離加熱表面的速度,汽泡的劇烈擾動使表面?zhèn)鳠嵯禂岛蜔崃髅芏榷技眲≡鲩L。膜態(tài)沸騰：在加熱表面上形成穩(wěn)定的汽膜層,相變過程不是發(fā)生在壁面上,而是汽液界面上，但由于蒸汽的導熱系數遠小于液體的導熱系數,因此表面?zhèn)鳠嵯禂荡蟠笙陆?。二、填空題影響自然對流傳熱系數的重要因素有:、、、、、。(流動起因,流動速度，流體有無相變，壁面的幾何形狀、大小和位置,流體的熱物理性質）速度邊界層是指。（在流場中壁面附近流速發(fā)生急劇變化的薄層。)溫度邊界層是指。（在流體溫度場中壁面附近溫度發(fā)生急劇變化的薄層。)流體剛剛流入恒壁溫的管道作層流傳熱時,其局部對流傳熱系數沿管長逐漸，這是由于。（減小，邊界層厚度沿管長逐漸增厚)溫度邊界層越對流傳熱系數越小，強化傳熱應使溫度邊界層越。(厚，簿）流體流過彎曲的管道或螺旋管時，對流傳熱系數會,這是由于。(增大,離心力的作用產生了二次環(huán)流增強了擾動）流體橫掠管束時,一般情況下，布置的平均對流傳熱系數要比布置時高。(叉排,順排)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）對流傳熱微分方程式的表達式為。其中,αx是，λ是,Δt是，是。(,局部換熱系數，流體導熱系數,主流流體溫度與壁溫之差,貼壁處流體的法向溫度變化率)純凈飽和蒸氣膜狀凝結的重要熱阻是。(液膜的導熱熱阻）大容器飽和沸騰曲線可分為、、、四個區(qū)域，其中具有溫差小、熱流大的傳熱特點。（自然對流、核態(tài)沸騰、過渡沸騰、膜態(tài)沸騰，核態(tài)沸騰）雷諾比擬采用模型，其結果在Pｒ=條件下與實驗解相吻合.(單層，１）沸騰的臨界熱通量是指。(當壁面過熱度大到某一限度時，汽泡來不及脫離加熱面而開始連成不穩(wěn)定的汽膜,即由核態(tài)沸騰開始向膜態(tài)沸騰過渡，出現臨界點的熱流密度）格拉曉夫準則的物理意義;表達式Gｒ＝。（流體流動時浮升力與粘滯力之比的無量綱量,）減小管內湍流對流傳熱熱阻的方法有、、、。(增長流速，采用短管。改變流體物性,增長換熱面積,擾流，采用導熱系數大的流體用小管徑等）反映對流傳熱強度的準則稱為準則。(努塞爾)普朗特準則Pr的數學表達式為，它表征了的相對大小。(ν／a，動量傳遞與熱量傳遞）管內充足發(fā)展湍流的傳熱系數與平均流速U的次方成比.，與內徑D的次方成比。（0．８，正,0.2,反)大空間自然對流處在湍流狀態(tài)時有自?；匦?，此時傳熱系數與無關。（尺寸)自然對流傳熱在條件下發(fā)生關于特性尺度L的自?；F象．。(湍流）在蒸汽的凝結過程中,凝結的傳熱系數大于凝結。(珠狀,膜狀)自然對流傳熱是指。(流體在浮升力作用下的對流傳熱）管槽內對流傳熱的入口效應是指。（流體入口段由于熱邊界層較薄而具有較高的對流傳熱系數）流體在大空間沿豎壁作自然對流傳熱時,對于湍流工況，其對流傳熱系數正比于豎壁高度的次方。（0)大容器沸騰曲線分為、、、四個區(qū)段。(自然對流、核態(tài)沸騰、過渡沸騰、膜態(tài)沸騰）三、選擇題下列各參數中,屬于物性參數的是:傳熱系數K吸取率α普朗特數Ｐr傳熱系數hc流體純自然對流傳熱的準則方程可寫成(1)Nｕ=f（Re，Pr)(２）Nｕ=f(Gr,Ｐｒ）(3)Nu＝f(Ｒe,Gr，Pｒ)(4)Nu＝ｆ（Bｉ，Ｆo）流體掠過平板對流傳熱時，在下列邊界層各區(qū)中，溫度降重要發(fā)生在:（1)主流區(qū)（2)湍流邊界層（3)層流底層（4)緩沖區(qū)(５）湍流核心區(qū)空氣自然對流傳熱系數與逼迫對流時的對流傳熱系數相比:（1）要小的多(２）要大得多(3)十分接近(4)不可比較沸騰的臨界熱流量qc是：從過冷沸騰過渡到飽和沸騰的轉折點從自由流動過渡到核態(tài)沸騰的轉折點從核態(tài)沸騰過渡到膜態(tài)沸騰的轉折點從不穩(wěn)定膜態(tài)沸騰過渡到穩(wěn)定膜態(tài)沸騰的轉折點流體在大空間沿豎壁自然對流傳熱時,在湍流狀態(tài)下;對流傳熱系數正比于豎壁高度的（）（１）０次方(２)0.８次方(3)l/４次方(４)l/3次方液體沸騰時,汽泡內的壓力大于汽泡外液體的壓力,重要由于下列哪個因素導致的?(1）傳熱溫差(2）表面張力(3)浮升力(4)重力定型準則是指：（1)包含定型尺寸的準則（2）所有由已知量構成的準則(3)具有待求量的準則（4）待定準則工程中，較為常用的沸騰工況是指:(1)膜態(tài)沸騰(2)核態(tài)沸騰(3)自然對流沸騰(4)以上都不是下述哪種手段對提高對流傳熱系數無效?（１)提高流速(2)增大管徑(3)采用入口效應（４)采用導熱系數大的流體已知某氣體的密度為１.26ｋg/m3,比熱為1.0２ｋＪ/(kg·K）,導熱系數為0．０２5W/（m·K),粘度為15.1×10－6m2/s，其Ｐr(普朗特)準則數為多少？（)(1）0.７８(2)0.02(3)0．7（4)0.62Nu(努謝爾特)準則反映：（)(1)慣性力和粘滯力的相對大小(2）對流傳熱強度(3)浮升力和粘滯力的相對大?。?)導熱能力大小描述浮升力與黏滯力的相對大小的準則數稱為:(1）Re(2)Gｒ（3)Pr(4)Rａ當管長遠大于管徑時，圓管橫向布置時的管外膜狀凝結傳熱系數與豎放時相比如何?橫放時大兩者差不多豎放時大無法比較無量綱組合稱為什么準則？(1)雷諾Ｒe（2)普朗特Pr（3)努謝爾特Nｕ(4)格拉曉夫Gｒ判斷管內湍流強制對流是否需要進行人口效應修正的依據是什么？（1）l/d≥70(2)Rｅ≥１０４(３）l/d<50(4)l/d<１0４對流傳熱以作為基本計算式。（1)傅里葉定律(２）牛頓冷卻公式（3)普朗克定律(4)歐姆定律從傳熱角度看,下面幾種冷卻方式中，哪種方式的冷卻效果會最佳?（1)水冷(2)氫冷(3)氣冷(4)水沸騰冷卻相變傳熱的特性為。(1)工質比體積變化較大(２)汽化潛熱（3)（1)+（２）(4)工質比體積較大冷卻液潤濕壁面的能力取決于。(1）液體的表面張力(２)液體與壁面間的附著力(3)(１)+(2）(4)（1)或(２）在飽和沸騰時,隨著的增高,將會出現個換熱規(guī)律全然不同的區(qū)域。（１)壁面過熱度，4(2)壁面過熱度，６(3)熱流密度,４(4）熱流密度,62２．對流傳熱微分方程組共有幾類方程?(1)2(2)3(３)4(4)5凝結液能很好的潤濕壁面，形成完整的膜向下流動，稱為。(１）凝結(2)膜狀凝結(3）珠狀凝結(4)穩(wěn)態(tài)凝結2４.下列哪個不是影響對流傳熱的重要因素?(１)流動起因;(2)tw；(3）ε;（4)換熱面的幾何形狀。25.對于Ｐr數，下列說法哪個是錯誤的?(1）它是動力粘度與熱擴散率的比值;(２）它是研究對流傳熱最常用的重要準則;(3)對于層流流動，當Pr=1時，δ=δt;(4)它反映了流體中熱量擴散和動量擴散的相對限度。２6．自由對流傳熱的流態(tài)重要取決于的數值。(1)Ｐr（２)Ｆｏ（3)Re（４)Gr2７.假如流體的流動是由流體內部溫差產生的密度差引起的，稱為。(1)逼迫對流（2)自由運動(3)湍流對流(４)層流對流２8．對流傳熱微分方程組涉及。Ⅰ、付立葉定律Ⅱ、對流傳熱微分方程Ⅲ、基爾霍夫定律Ⅳ、連續(xù)性方程Ⅴ、動量微分方程Ⅵ、能量微分方程(１）ⅡⅢⅣⅤ（2）ⅠⅡⅢⅣ（3)ⅡⅣⅤⅥ（4)ⅢⅣⅤⅥ2９.Num其特性溫度為。(１)流體溫度(2)平均溫度（３)壁面溫度(4)不定30.當流體外掠圓管時,10<Re<其邊界層為，脫體發(fā)生在處。其局部換熱系數到達最值。(1)湍流,140,低(2）層流,140,高(3)湍流,8２,低(4)層流,82,低31．自然對流傳熱的準則方程為。(１）（2).(３)(4）.３2．影響膜狀換熱系數的重要因素是。(1)蒸汽流速(2)不凝結氣體(3)表面粗糙度(4)(1）+(2)四、簡答題影響逼迫對流傳熱的流體物性有哪些?它們分別對對流傳熱系數有什么影響?(提醒：影響逼迫對流換熱系數的因素及其影響情況可以通過度析逼迫對流傳熱實驗關聯(lián)式,將各無量綱量展開整理后加以表述。）試舉幾個強化管內逼迫對流傳熱的方法(至少五個)。（提醒:通過度析逼迫對流換熱系數的影響因素及增強擾動、采用人口效應和彎管效應等措施來提出一些強化手段,如增大流速、采用機械攪拌等。)試比較逼迫對流橫掠管束傳熱中管束叉排與順排的優(yōu)缺陷。(提醒：逼迫對流橫掠管束換熱中，管束叉排與順排的優(yōu)缺陷重要可以從換熱強度和流動阻力兩方面加以闡述：(1)管束叉排使流體在彎曲的通道中流動,流體擾動劇烈，對流換熱系數較大，同時流動阻力也較大；(2)順排管束中流體在較為平直的通道中流動,擾動較弱,對流換熱系數小于叉排管束,其流阻也較小；（3)順排管束由于通道平直比叉排管束容易清洗。）為什么橫向沖刷管束與流體在管外縱向沖刷相比，橫向沖刷的傳熱系數大？（提醒:從邊界層理論的角度加以闡述:縱向沖刷容易形成較厚的邊界層,其層流層較厚且不易破壞。有三個因素導致橫向沖刷比縱向沖刷的換熱系數大:①彎曲的表面引起復雜的流動，邊界層較薄且不易穩(wěn)定；②管徑小，流體到第二個管子時易導致強烈擾動；②流體直接沖擊換熱表面。)為什么電廠凝汽器中,水蒸氣與管壁之間的傳熱可以不考慮輻射傳熱?(提醒：可以從以下3個方面加以闡述：（1）在電廠凝汽器中，水蒸氣在管壁上凝結,凝結