傳熱學(xué)期末考試試題

傳熱學(xué)（一）

?

計(jì)算題（本大題共2小題，每小題12分，共24分）

28.一內(nèi)徑為300mm、厚為10mm的鋼管表面包上一層厚為20mm的保溫材料，鋼材料及保溫材料的導(dǎo)熱系數(shù)分別為48和0.1，鋼管內(nèi)壁及保溫層外壁溫度分別為220℃及40℃，管長(zhǎng)為10m。試求該管壁的散熱量。

29.一內(nèi)徑為75mm、壁厚2.5mm的熱水管，管壁材料的導(dǎo)熱系數(shù)為60，管內(nèi)熱水溫度為90℃，管外空氣溫度為20℃。管內(nèi)外的換熱系數(shù)分別為和。試求該熱水管單位長(zhǎng)度的散熱量。

傳熱學(xué)（一）參考答案

?

計(jì)算題（本大題共2小題，每小題12分，共24分）

28.解：已知d1=300mmd2=300+2×10=320mmd3=320+2×20=360mmm

tw1=220℃tw2=40℃

=9591.226W

29.解：已知d1=75mm=0.075md2=75+2×2.5=80mm=0.08mtf1=90℃tf2

=20℃

=572.2W/m傳熱學(xué)（二）五、計(jì)算題（本大題共2小題，每小題12分，共24分）

28．兩塊平行放置的平板1和2，有關(guān)尺寸如圖示。已知：t1=177℃、t2=27℃、ε1=0.8、ε2=0.4、X1，2＝0.2。試用網(wǎng)絡(luò)法求：

(1)

兩平板之間的輻射換熱量；

(2)若兩平板均為黑體表面，輻射換熱量又等于多少？

29．一臺(tái)逆流式換熱器用水來(lái)冷卻潤(rùn)滑油。流量為2.5kg/s的冷卻水在管內(nèi)流動(dòng)，其進(jìn)出口溫度分別為15℃和60℃，比熱為4174J/(kg·k)；熱油進(jìn)出口溫度分別為110和70，比熱為2190J/(kg·k)。傳熱系數(shù)為400W（m2·k）。試計(jì)算所需的傳熱面積。

五、計(jì)算題（本大題共2小題，每小題12，共24分）

28．【參考答案及評(píng)分原則】（1）(3分)

(2分)

=1105.65W（1分）

?

若兩表面為黑體表面，則

（3分）

（2分）

=1492.63W（1分）

若不寫單位，扣0.5分若直接把值代入而沒寫出公式，也可給分。

29．【參考答案及評(píng)分原則】

已知：qm2=2.5kg/s

?

計(jì)算平均溫差

（5分）（2）計(jì)算水所吸取的熱量（3分）（3）計(jì)算傳熱面積

由得

(4分)

若不寫單位，扣0.5分若沒寫公式，直接把值代入，也可給分。傳熱學(xué)（三）

四、簡(jiǎn)答題（本大題共２小題，每小題８分，共１６分）

26.氣體輻射有哪些特點(diǎn)？

27.為什么高溫過熱器普通采用順流式和逆流式混合布置的方式？五、計(jì)算題（本大題２小題，每小題１２分，共２４分）

28.某爐墻由耐火磚和保溫板構(gòu)成，厚度分別為200mm和80mm，導(dǎo)熱系數(shù)分別為0.8W/(m.K)和0.11W/(m.K)，爐墻內(nèi)外側(cè)壁溫分別為600。C和70。C。求爐墻單位面積的熱損失和兩層材料間的溫度。

29.以0.8m/s的流速在內(nèi)徑為2.5cm的直管內(nèi)流動(dòng)，管子內(nèi)表面溫度為60。C，水的平均溫度為30。管長(zhǎng)２m。試求水所吸取的熱量。（已知30。C時(shí),水的物性參數(shù)為：Cp=4.17KJ/(kg.K),λ=61.8×10-2W/(m.K),ρ=995.7kg/m3,μ=0.805×10-6m2/s,）Pr=5.42,水60。C時(shí)的υ=469.9×10-6kg/(m.s))。已知水在管內(nèi)流動(dòng)時(shí)的準(zhǔn)則方程式為

（１）Nuf=0.027Ref0.8Prf0.4ε1εR合用條件：Ref=104—1.2×105,Rrf=0.6-120,水與壁面間的換熱溫差t≤30C°

（２）Nuf=0.027Ref0.2Prf1/3(μf/μw)0.11ε1εR合用條件：Ref=104~1.75×106,Prf=0.6~700,水與壁面間的換熱溫差t>３０以上兩個(gè)準(zhǔn)則方程式的定性溫度均為流體的平均溫度（μw的定性溫度為管內(nèi)壁溫度）,特性尺度為管內(nèi)徑。

傳熱學(xué)（三）參考答案四、簡(jiǎn)答題（本大題共2小題，每小題8分，共16分）

26．【參考答案及評(píng)分原則】

（1）氣體的輻射（和吸取）對(duì)波長(zhǎng)有強(qiáng)烈的選擇性，即它只能輻射和吸取某些波長(zhǎng)范疇內(nèi)的能量。

（2）氣體的輻射（和吸取）是在整個(gè)容積中進(jìn)行的。固體和液體不能穿透熱射線，因此它們的輻射（和吸?。┲辉诒砻孢M(jìn)行。評(píng)分原則：（1）答出4分：（2）答出4分。

27．【參考答案及評(píng)分原則】

（1）由于在一定的進(jìn)出口溫度條件下，逆流的平均溫差最大，順流的平均溫差最小，即采用逆流方式有助于設(shè)備的經(jīng)濟(jì)運(yùn)行。

（2）但逆流式換熱器也有缺點(diǎn)，其熱流體和冷流體的最高溫度集中在換熱器的同一端，使得該處的壁溫較高，即這一端金屬材料要承受的溫度高于順流型換熱器，不利于設(shè)備的安全運(yùn)行。

（3）因此高溫過熱器普通采用順流式和逆流式混合布置的方式，即在煙溫較高區(qū)域采用順流布置，在煙溫較低區(qū)域采用逆流布置。評(píng)分原則：（1）答出2分；（2）答出2分；

（3）答出3分。

五、計(jì)算題（本大題共2小題，每小題12分，共24分）

?

28．【參考答案及評(píng)分原則】

29．【參考答案及評(píng)分原則】傳熱學(xué)(四)四、簡(jiǎn)答題（每小題3分，共9分）

43.簡(jiǎn)述物性參數(shù)導(dǎo)熱系數(shù)和粘度對(duì)表面?zhèn)鳠嵯禂?shù)的影響。

44.蒸汽凝結(jié)換熱中有不凝結(jié)氣體存在時(shí)，對(duì)凝結(jié)換熱有什么影響？

45.角系數(shù)有哪些特性？五、計(jì)算題（每小題5分，共15分）

46.平壁，厚度=80mm，兩表面溫度分別維持在20（℃）和0℃，平壁的高溫面受到流體的加熱，流體溫度tf=100℃,表面?zhèn)鳠嵯禂?shù)W/（m2·k）。當(dāng)處在穩(wěn)態(tài)時(shí)，試擬定平壁材料的導(dǎo)熱系數(shù)。

47.壓縮空氣在中間冷卻器的管外橫掠流過，a0=90W/(m2·k)，冷卻水在管內(nèi)流過a1=6000W/(m2·k)。冷卻管是外徑為16mm，厚1.5mm的黃銅管。求：

1）此時(shí)的傳熱系數(shù)；

2）若管外表面?zhèn)鳠嵯禂?shù)增加一倍，傳熱系數(shù)有何變化；

3）若管內(nèi)表面?zhèn)鳠嵯禂?shù)增加一倍，傳熱系數(shù)又作何變化。

48.一順流換熱器，其冷流體進(jìn)出口溫度分別為10℃和30℃，熱流體進(jìn)出口溫度分別為80℃和50℃，試比較對(duì)數(shù)平均溫差和算術(shù)平均溫差，并闡明能否用算術(shù)平均溫差替代對(duì)數(shù)平均溫差？六、綜累計(jì)算（每小題8分，共32分）

49.一平壁水泥泡沫磚構(gòu)成，厚度為50cm，導(dǎo)熱系數(shù)，高溫面維持200℃、低溫面為50℃。試求：

（1）通過平壁的熱流密度；

（2）維持熱流密度不變時(shí)，計(jì)算在墻壁內(nèi)溫度為70℃處，距離溫墻面的厚度為多少？

50.30℃的大銅板，被置于400℃的爐中加熱10分鐘后，測(cè)得銅板溫度上升到150℃。已知銅板兩側(cè)與周邊環(huán)境間的表面?zhèn)鳠嵯禂?shù)為125W/（m2·k），銅板的=8440kg/m3，CP=377J/（kg·k）,。試估算銅板的厚度是多少？

51.水以1.5m/s的速度流過內(nèi)徑為25mm的加熱管。管的內(nèi)壁溫度保持100℃，水的進(jìn)口溫度為15℃。若要使水的出口溫度達(dá)成85℃，求單位管長(zhǎng)換熱量。（不考慮修正）

[提示：已知：50℃的水

52.抽真空的保冷瓶膽是雙壁鍍銀的夾層構(gòu)造，外壁內(nèi)表面溫度為30℃，內(nèi)壁外表面溫度為0℃，鍍銀壁黑度為0.03。計(jì)算由于輻射換熱單位面積人散熱量。

傳熱學(xué)（四）答案及評(píng)分原則四、簡(jiǎn)答題（每小題3分，共9分）

43.（1）導(dǎo)熱系數(shù)大，則流體內(nèi)部、流體與壁面間的導(dǎo)熱熱阻小，表面?zhèn)鳠嵯禂?shù)就大。

（2）粘度大，流速就低，表面?zhèn)鳠嵯禂?shù)就小。

44.形成氣體熱阻，使表面?zhèn)鳠嵯禂?shù)大大減少。

45.（1）角系數(shù)的相對(duì)性（2分）

（2）角系數(shù)的完整性（1分）

（3）角系數(shù)的可加性（1分）五、計(jì)算題（每小題5分，共15分）

46.由（3分）

得（2分）

47.1）對(duì)于管外表面積的傳熱系數(shù)為

（2分）

2）略計(jì)算壁熱阻，傳熱系數(shù)為

傳熱系數(shù)增加了96%

3)

傳熱系數(shù)增加還不到1%

∴抓住分熱阻最大的那個(gè)環(huán)節(jié)進(jìn)行強(qiáng)化，才干收到明顯效果。

48.對(duì)數(shù)

℃

算術(shù)℃（1分）

差別（1分）六、綜累計(jì)算（每小巧玲瓏題8分，共32分）

49.（2分）

（2分）

由（1分）

有

（2分）

50.①設(shè)，采用集總數(shù)法

②校核假設(shè)假設(shè)對(duì)的（2分）

51.定性溫度℃

流動(dòng)為紊流

（2分）

52.

(2分)

傳熱學(xué)（五）三．簡(jiǎn)答題（共28分

1．試比較準(zhǔn)則數(shù)Nu和Bi的異同。（6分）2．應(yīng)用準(zhǔn)則關(guān)聯(lián)式求管內(nèi)對(duì)流換熱系數(shù)時(shí)，定性溫度如何擬定？擬定定性溫度有何用處？（6分）

3．用熱電偶測(cè)量爐膛出口的煙氣溫度，有哪些因素會(huì)引發(fā)誤差?對(duì)此可采用哪些方法?（8分）

4．有一鋼管換熱器，熱水在管內(nèi)流動(dòng)，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(lái)增加冷卻效果，試從傳熱角度來(lái)評(píng)價(jià)這個(gè)方案。（8分）四．計(jì)算題（共32分1．一溫度為20℃的園鋼，長(zhǎng)0.3m，直徑為0.06m，熱導(dǎo)率為35W/(m·K)，密度為7800kg/m3，比熱容為460J/(kg·K)，通過長(zhǎng)6m、溫度為1250℃的加熱爐時(shí)表面?zhèn)鳠嵯禂?shù)為100W/(m2·K)。如欲將園鋼加熱到850℃，試求園鋼通過加熱爐的速度。（共8分）2．用實(shí)驗(yàn)測(cè)定一薄壁管的流體平均對(duì)流換熱系數(shù)。蒸汽在管外凝結(jié)并維持管內(nèi)壁溫度為100℃。水在管內(nèi)流動(dòng)，流量為G=0.5kg/s，水溫從15℃升到45℃。管的內(nèi)徑d=50mm，長(zhǎng)L=4.5m。試求管內(nèi)流體與壁面間的平均換熱系數(shù)。（已知水在30℃時(shí)cp=4174J/(kg·K))（6分）3．如圖所示的一矩形受熱面接受一加熱器的輻射加熱。該矩形表面長(zhǎng)3m，寬1m，溫度T2=600K，。加熱器溫度T1=1000K，。兩表面互相平行，相距為1m。加熱系統(tǒng)置于一大房間之中，房間壁溫為300K。試求受熱面接受的輻射換熱量。（假設(shè)加熱器表面及受熱面均是漫射的灰體表面，X1,2=X2,1=0.32）（8分）4．在一逆流式水-水換熱器中，管內(nèi)為熱水，進(jìn)口溫度=100℃,出口溫度=80℃；管外流過冷水，進(jìn)口溫度=20℃，出口溫度=70℃。總換熱量Ф=350kW，共有53根內(nèi)徑為16mm、壁厚為1mm的管子，管壁導(dǎo)熱系數(shù)λ=40W/(m·K)，管外流體的表面?zhèn)鳠嵯禂?shù)h0=1500W/(m2·K)，管內(nèi)流體為一種流程。假設(shè)管子內(nèi)、外表面都是干凈的，試擬定所需的管子長(zhǎng)度。（10分）準(zhǔn)則方程：水的物性簡(jiǎn)表：℃204.183998.259.910041.0067.02454.174990.164.15601.40.6083.93704.187977.766.8406.10.4152.55804.195971.867.4355.10.3652.21904.208965.368.0314.90.3261.951004.220958.468.3282.50.2951.75

傳熱學(xué)（五）答案及評(píng)分原則三．簡(jiǎn)答題（共28分）1．答：從形式上看，Nu數(shù)()與Bi數(shù)()完全相似，但二者物理意義卻不同。（1）Nu數(shù)中的為流體的λ導(dǎo)熱系數(shù)，而普通h未知，因而Nu數(shù)普通是待定準(zhǔn)則。Nu數(shù)的物理意義表達(dá)壁面附近流體的無(wú)量綱溫度梯度，他表達(dá)流體對(duì)流換熱的強(qiáng)弱。（3分）（2）Bi數(shù)中的λ為導(dǎo)熱物體的導(dǎo)熱系數(shù)，且普通狀況下h已知，Bi數(shù)普通是已定準(zhǔn)則。Bi數(shù)的物理意義是導(dǎo)熱物體內(nèi)部導(dǎo)熱熱阻()與外部對(duì)流熱阻()的相對(duì)大小。（3分）2．答：定性溫度是指計(jì)算流體物性時(shí)所采用的溫度。（2分）應(yīng)用準(zhǔn)則關(guān)聯(lián)式求管內(nèi)對(duì)流換熱系數(shù)時(shí)，定性溫度原則上取進(jìn)出口截面流體溫度的平均值。（2分）定性溫度用以計(jì)算流體的物性。在整頓實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)時(shí)按定性溫度計(jì)算物性，則整個(gè)流場(chǎng)中的物性就可認(rèn)為是對(duì)應(yīng)與定性溫度下的值，即相稱于把物性視為常數(shù)，于是物性場(chǎng)相似的條件即自動(dòng)滿足。對(duì)同一批實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)，定性溫度不同使所得的準(zhǔn)則方程也可能不同。（2分）3．答：熱電偶測(cè)溫產(chǎn)生誤差的因素重要有兩個(gè)：（1）由于熱電偶本身向根部導(dǎo)熱引發(fā)的；（2分）（2）由于熱電偶與周邊冷表面輻射傳熱造成的。（2分）針對(duì)上述兩個(gè)因素，有效方法為：（1）熱電偶的插入深度足夠長(zhǎng)，第一種測(cè)溫誤差即可避免；（2分）（2）采用抽氣遮熱罩式熱電偶，減少熱電偶的輻射散熱量。（2分）4．答：傳熱效果增強(qiáng)，分析以下：（1）強(qiáng)化傳熱時(shí)，對(duì)熱阻比較大的一側(cè)流體換熱下功夫，往往能收到明顯的效果。（2分）（2）普通來(lái)說(shuō)，如果要采用加肋片的方式強(qiáng)化傳熱過程的話，在h較小的一側(cè)加肋片才干收到明顯的強(qiáng)化效果。（2分）（3）銅的導(dǎo)熱系數(shù)（純銅為399W/mK）比鋼的導(dǎo)熱系數(shù)(碳鋼約為36.7W/Mk)大（2分）。（4）橫向沖刷時(shí)表面?zhèn)鳠嵯禂?shù)大。（橫向沖刷時(shí)熱邊界層薄且存在由于邊界層分離而產(chǎn)生的漩渦，增加了流體的擾動(dòng)，因而換熱強(qiáng)。）（2分）四．計(jì)算題（共32分）1、解：(1)特性尺寸（2分）

(2)用畢渥數(shù)來(lái)判斷（2分）=此處近似取，因此本題可用集總參數(shù)法分析。

(3)

通過加熱爐所需時(shí)間

代入已知數(shù)據(jù)得

求解得

（2分）

(4)

圓鋼通過加熱爐的速度

（2分）2．解：水的定性溫度tf=(15+45+/2=30℃水側(cè)吸熱量為

（2分）管內(nèi)換熱面積為

A=πdL=π×0.05×4.5=0.707㎡園管內(nèi)對(duì)流換熱的進(jìn)出口換熱溫壓：℃℃平均換熱溫壓℃

（2分）因此

/（㎡·℃）（2分）3．解：本題屬3表面構(gòu)成封閉系的輻射換熱問題，因房間表面積A3很大，其表面熱阻可取為零。因此，J3=Eb3是個(gè)已知量，其輻射網(wǎng)絡(luò)圖以下：

（2分）

其中；又因

X1,2=X2,1=0.32

X1,3=X2，3=1-0.32=0.68

（共2分）則節(jié)點(diǎn)方程組：

（1分）

（1分）帶入已知值，得：J1=46143.25；J2=11212.5

（1分）

（1分）表面輻射凈換熱量為負(fù)值表達(dá)該表面獲得熱量。5．解：(a)計(jì)算管內(nèi)平均換熱系數(shù)：（共4分）(b)計(jì)算傳熱系數(shù)：（2分）

(c)計(jì)算傳熱平均溫差：（2分）(d)計(jì)算傳熱面積及管子長(zhǎng)度：（2分）

傳熱學(xué)（六）

三簡(jiǎn)答題（共28分）1．試比較準(zhǔn)則數(shù)Nu和Bi的異同。（6分）

得分

2．應(yīng)用準(zhǔn)則關(guān)聯(lián)式求管內(nèi)對(duì)流換熱系數(shù)時(shí)，定性溫度如何擬定？擬定定性溫度有何用處？（6分）

得分

3．用熱電偶測(cè)量爐膛出口的煙氣溫度，有哪些因素會(huì)引發(fā)誤差?對(duì)此可采用哪些方法?（8分）

得分

4．有一鋼管換熱器，熱水在管內(nèi)流動(dòng)，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(lái)增加冷卻效果，試從傳熱角度來(lái)評(píng)價(jià)這個(gè)方案。（8分）

評(píng)分評(píng)分閱卷人

四．計(jì)算題（共32分）

得分

1．一溫度為20℃的園鋼，長(zhǎng)0.3m，直徑為0.06m，熱導(dǎo)率為35W/(m·K)，密度為7800kg/m3，比熱容為460J/(kg·K)，通過長(zhǎng)6m、溫度為1250℃的加熱爐時(shí)表面?zhèn)鳠嵯禂?shù)為100W/(m2·K)。如欲將園鋼加熱到850℃，試求園鋼通過加熱爐的速度。（共10分）p64得分得分

3．如圖所示的二維、含有內(nèi)熱源、常物性的穩(wěn)態(tài)導(dǎo)熱問題，試導(dǎo)出內(nèi)角頂節(jié)點(diǎn)O（m,n）的離散方程式。且Δx=Δy時(shí)，解出內(nèi)角頂節(jié)點(diǎn)O（m,n）的溫度分布

（8分）

得分得分

4．始終徑為0.8m的薄壁球形液氧貯存容器，被另一種直徑為1.2m的同心薄壁容器所包圍。兩容器表面為不透明漫灰表面，發(fā)射率均為0.05，兩容器表面之間是真空的，如果外表面的溫度為300K，內(nèi)表面溫度為95K，試求由于蒸發(fā)使液氧損失的質(zhì)量流量。液氧的蒸發(fā)潛熱為2.13×105J/kg。（10分）得分得分

5．在一逆流式水-水換熱器中，管內(nèi)為熱水，進(jìn)口溫度=100℃,出口溫度=80℃；管外流過冷水，進(jìn)口溫度=20℃，出口溫度=70℃?？倱Q熱量Ф=350kW，共有53根內(nèi)徑為16mm、壁厚為1mm的管子，管壁導(dǎo)熱系數(shù)λ=40W/(m·K)，管外流體的表面?zhèn)鳠嵯禂?shù)h0=1500W/(m2·K)，管內(nèi)流體為一種流程。假設(shè)管子內(nèi)、外表面都是干凈的，試擬定所需的管子長(zhǎng)度。（17分）準(zhǔn)則方程：水的物性簡(jiǎn)表：℃204.183998.259.910041.0067.02454.174990.164.15601.40.6083.93704.187977.766.8406.10.4152.55804.195971.867.4355.10.3652.21904.208965.368.0314.90.3261.951004.220958.468.3282.50.2951.75

29.有一水平放置的蒸汽管道，用保溫材料保溫，保溫層外徑200mm，外表面平均溫度45，周邊空氣溫度15，試計(jì)算每米長(zhǎng)蒸汽管道上由于自然對(duì)流而引發(fā)的散熱量。

已知空氣的物性：ρ=1.165kg/m3,CP=1.005kJ/(kg?K),λ=2.67×10-2W/(m?K),

v=16.0×10-6m2/s,推薦的合用公式：Num=0.53(Grm?Prm)0.25(104<GrmPrm<109)

30.流量為0.1kg/s、比熱容為2.0kJ/(kg?K)、初溫為350的油將水從15加熱到70，出口油溫為100，冷卻水的比熱取為4.174kJ/(kg?K)。今有兩臺(tái)逆流式換熱器：(A)k=500W/(m2?K)；(B)k=150W/(m2?K)；問：

(1)(A)、(B)兩種換熱器的換熱面積分別是多少?

(2)如果請(qǐng)你在這兩臺(tái)換熱器中選擇一臺(tái)，你會(huì)選擇哪一臺(tái)?為什么?

傳熱學(xué)（六）答案及評(píng)分原則三．簡(jiǎn)答題（共20分，每小題4分）1．答：從形式上看，Nu數(shù)()與Bi數(shù)()完全相似，但二者物理意義卻不同。（1）Nu數(shù)中的為流體的λ導(dǎo)熱系數(shù)，而普通h未知，因而Nu數(shù)普通是待定準(zhǔn)則。Nu數(shù)的物理意義表達(dá)壁面附近流體的無(wú)量綱溫度梯度，他表達(dá)流體對(duì)流換熱的強(qiáng)弱。（2分）（2）Bi數(shù)中的λ為導(dǎo)熱物體的導(dǎo)熱系數(shù)，且普通狀況下h已知，Bi數(shù)普通是已定準(zhǔn)則。Bi數(shù)的物理意義是導(dǎo)熱物體內(nèi)部導(dǎo)熱熱阻()與外部對(duì)流熱阻()的相對(duì)大小。（2分）2．答：定性溫度是指計(jì)算流體物性時(shí)所采用的溫度。應(yīng)用準(zhǔn)則關(guān)聯(lián)式求管內(nèi)對(duì)流換熱系數(shù)時(shí)，定性溫度原則上取進(jìn)出口截面流體溫度的平均值。定性溫度用以計(jì)算流體的物性。在整頓實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)時(shí)按定性溫度計(jì)算物性，則整個(gè)流場(chǎng)中的物性就可認(rèn)為是對(duì)應(yīng)與定性溫度下的值，即相稱于把物性視為常數(shù)，于是物性場(chǎng)相似的條件即自動(dòng)滿足。對(duì)同一批實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)，定性溫度不同使所得的準(zhǔn)則方程也可能不同。3．答：熱電偶測(cè)溫產(chǎn)生誤差的因素重要有兩個(gè)：（1）由于熱電偶本身向根部導(dǎo)熱引發(fā)的；（2）由于熱電偶與周邊冷表面輻射傳熱造成的。針對(duì)上述兩個(gè)因素，有效方法為：（1）熱電偶的插入深度足夠長(zhǎng)，第一種測(cè)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．答：傳熱效果增強(qiáng)，分析以下：（1）強(qiáng)化傳熱時(shí)，對(duì)熱阻比較大的一側(cè)流體換熱下功夫，往往能收到明顯的效果。即在傳熱溫差不變時(shí)，變化傳熱過程中熱阻大的那一環(huán)節(jié)的熱阻，能夠大大增加傳熱過程的傳熱量。（2分）（2）普通來(lái)說(shuō)，如果要采用加肋片的方式強(qiáng)化傳熱過程的話，在h較小的一側(cè)加肋片才干收到明顯的強(qiáng)化效果。（3）銅的導(dǎo)熱系數(shù)（純銅為399W/mK）比鋼的導(dǎo)熱系數(shù)(碳鋼約為36.7W/Mk)大。（4）橫向沖刷時(shí)表面?zhèn)鳠嵯禂?shù)大。（橫向沖刷時(shí)熱邊界層薄且存在由于邊界層分離而產(chǎn)生的漩渦，增加了流體的擾動(dòng)，因而換熱強(qiáng)。）四．計(jì)算題（共54分）1．解：（每一題3分）（1）

(2)假設(shè)2表面為整個(gè)底面，則（3）構(gòu)想在球的頂面有另一塊無(wú)限大平板存在，則顯然，X1,2=0.5,由于X1,2不因另一塊平板的存在而影響其值，因而X1,2=0.5。2．解：℃（1）（4分）帶入數(shù)字求解：τ=6678s=1.86h（2分）3．解：4．解：本題屬兩表面構(gòu)成封閉系的輻射換熱問題，其輻射網(wǎng)絡(luò)圖以下：（3分）其中

（3分）

（2分）故由于蒸發(fā)而造成液氧損失的質(zhì)量流量

kg/s=0.543

kg/h

（2分）5．解：(a)計(jì)算管內(nèi)平均換熱系數(shù)：（共10分）(b)計(jì)算傳熱系數(shù)：（2分）

(c)計(jì)算傳熱平均溫差：（2分）(d)計(jì)算傳熱面積及管子長(zhǎng)度：（3分）

傳熱學(xué)（七）

三．簡(jiǎn)答題（共16分，每小題4分）1．試比較準(zhǔn)則數(shù)Nu和Bi的異同。2．解釋熱邊界層及其厚度的定義。3．其它條件相似時(shí)，同一根管子橫向沖刷與縱向沖刷相比，哪個(gè)的表面?zhèn)鳠嵯禂?shù)大，為什麼?4．強(qiáng)化傳熱的原則是什麼？四．計(jì)算題（共54分）1．對(duì)于如附圖所示的幾個(gè)幾何構(gòu)造，計(jì)算角系數(shù)。（9分）⑴計(jì)算溝槽表面與環(huán)境（在垂直與紙面方向無(wú)限長(zhǎng)）；⑵半球內(nèi)表面與1/4底面；⑶球與無(wú)限大平面；

2．一塊精煉鐵錠在1200℃時(shí)鍛造成一種0.3m×0.15m×3.0m的長(zhǎng)方體，將該鐵錠置于空氣溫度T∞=50℃的室內(nèi)冷卻，平均對(duì)流換熱系數(shù)h=55W/(m2·K)，已知精煉鐵錠的,ρ=7753kg/m3,λ=34.5W/(m·K)。試問：⑴能否采用集總參數(shù)法進(jìn)行計(jì)算？⑵試列出物體內(nèi)部的溫度隨時(shí)間變化的微分方程式，并且求出鐵錠中心（x=0.15m,y=0.075m,z=1.5m）的溫度降到200℃時(shí)所需的時(shí)間。（共10分）3．如圖所示的二維、含有內(nèi)熱源、常物性的穩(wěn)態(tài)導(dǎo)熱問題，試導(dǎo)出內(nèi)角頂節(jié)點(diǎn)O（m,n）的離散方程式。且Δx=Δy時(shí)，解出內(nèi)角頂節(jié)點(diǎn)O（m,n）的溫度分布

（8分）

4．始終徑為0.8m的薄壁球形液氧貯存容器，被另一種直徑為1.2m的同心薄壁容器所包圍。兩容器表面為不透明漫灰表面，發(fā)射率均為0.05，兩容器表面之間是真空的，如果外表面的溫度為300K，內(nèi)表面溫度為95K，試求由于蒸發(fā)使液氧損失的質(zhì)量流量。液氧的蒸發(fā)潛熱為2.13×105J/kg。（10分）5．在一逆流式水-水換熱器中，管內(nèi)為熱水，進(jìn)口溫度=100℃,出口溫度=80℃；管外流過冷水，進(jìn)口溫度=20℃，出口溫度=70℃?？倱Q熱量Ф=350kW，共有53根內(nèi)徑為16mm、壁厚為1mm的管子，管壁導(dǎo)熱系數(shù)λ=40W/(m·K)，管外流體的表面?zhèn)鳠嵯禂?shù)h0=1500W/(m2·K)，管內(nèi)流體為一種流程。假設(shè)管子內(nèi)、外表面都是干凈的，試擬定所需的管子長(zhǎng)度。（17分）準(zhǔn)則方程：水的物性簡(jiǎn)表：℃204.183998.259.910041.0067.02454.174990.164.15601.40.6083.93704.187977.766.8406.10.4152.55804.195971.867.4355.10.3652.21904.208965.368.0314.90.3261.951004.220958.468.3282.50.2951.75

傳熱學(xué)（七）答案及評(píng)分原則三．簡(jiǎn)答題（共20分，每小題4分）1．答：從形式上看，Nu數(shù)()與Bi數(shù)()完全相似，但兩者物理意義卻不同。（1）Nu數(shù)中的為流體的λ導(dǎo)熱系數(shù)，而普通h未知，因而Nu數(shù)普通是待定準(zhǔn)則。Nu數(shù)的物理意義表達(dá)壁面附近流體的無(wú)量綱溫度梯度，他表達(dá)流體對(duì)流換熱的強(qiáng)弱。（2分）（2）Bi數(shù)中的λ為導(dǎo)熱物體的導(dǎo)熱系數(shù)，且普通狀況下h已知，Bi數(shù)普通是已定準(zhǔn)則。Bi數(shù)的物理意義是導(dǎo)熱物體內(nèi)部導(dǎo)熱熱阻()與外部對(duì)流熱阻()的相對(duì)大小。（2分）2．答：（1）引入熱邊界層的重要因素是由于對(duì)流換熱的熱阻大小重要取決于緊靠壁面附近的流體流動(dòng)狀況，這一區(qū)域中速度和溫度變化最激烈，因此，固體壁面附近流體速度急劇變化的薄層稱為速度邊界層，而溫度急劇變化的薄層則稱為溫度邊界層。（2分）

（2）速度邊界層的厚度普通規(guī)定為在壁面法線方向達(dá)成主流速度99％處的距離。即％

溫度邊界層的厚度則為沿該方向達(dá)成主流過余溫度99％處的距離。即=99％

（2分）3．答：（1）由于縱向沖刷時(shí)相稱于外掠平板的流動(dòng)，熱邊界層較厚。（2分）（2）橫向沖刷時(shí)表面?zhèn)鳠嵯禂?shù)大。橫向沖刷時(shí)熱邊界層薄且存在由于邊界層分離而產(chǎn)生的漩渦，增加了流體的擾動(dòng)，因而換熱強(qiáng)。（2分）4．答：從公式Ф=kAΔtm上看比較有效的辦法是增加的值，而采用增大傳熱溫差的辦法往往受到設(shè)備本身的限制。因而：（1）強(qiáng)化傳熱時(shí)，對(duì)熱阻比較大的一測(cè)流體換熱下功夫，往往能收到明顯的效果。即在傳熱溫差不變時(shí)，變化傳熱過程中熱阻大的那一環(huán)節(jié)的熱阻，能夠大大增加傳熱過程的傳熱量。（2分）（2）普通來(lái)說(shuō)，如果要采用加肋片的方式強(qiáng)化傳熱過程的話，只有在hi,ho相差較大，而Ai,Ao相差不大時(shí)，在h較小的一側(cè)加肋片才干收到明顯的強(qiáng)化效果。當(dāng)Aihi=Aoho但數(shù)值都很小時(shí)，兩側(cè)都要采用強(qiáng)化方法，如雙側(cè)強(qiáng)化管。（2分）四．計(jì)算題（共54分）1．解：（每一題3分）（1）

(2)假設(shè)2表面為整個(gè)底面，則（3）構(gòu)想在球的頂面有另一塊無(wú)限大平板存在，則顯然，X1,2=0.5,由于X1,2不因另一塊平板的存在而影響其值，因而X1,2=0.5。2．解：℃（1）（4分）帶入數(shù)字求解：τ=6678s=1.86h（2分）3．解：4．解：本題屬兩表面構(gòu)成封閉系的輻射換熱問題，其輻射網(wǎng)絡(luò)圖以下：（3分）其中

（3分）

（2分）故由于蒸發(fā)而造成液氧損失的質(zhì)量流量

kg/s=0.543

kg/h

（2分）5．解：(a)計(jì)算管內(nèi)平均換熱系數(shù)：（共10分）(b)計(jì)算傳熱系數(shù)：（2分）

(c)計(jì)算傳熱平均溫差：（2分）(d)計(jì)算傳熱面積及管子長(zhǎng)度：（3分）

傳熱學(xué)試題A

四、簡(jiǎn)答題(每小題9分，共18分)1.用準(zhǔn)則方程式計(jì)算管內(nèi)紊流對(duì)流換熱系數(shù)時(shí)，為什么對(duì)短管需要進(jìn)行修正(即使用管長(zhǎng)修正系數(shù)進(jìn)行修正)。

(1)在入口段，邊界層有一種形成的過程，普通由薄變厚，

(2)邊界層的變化引發(fā)換熱系數(shù)的變化，普通由大變小，考慮到流型的變化，局部長(zhǎng)度上可有波動(dòng)，但總體上在入口段的換熱較強(qiáng)(管長(zhǎng)修正系數(shù)不小于1)。

(3)當(dāng)l/d>50(或60)時(shí)，短管的上述影響可忽視不計(jì)。當(dāng)l/d<50(或60)時(shí)，則必須考慮入口段的影響。

2.請(qǐng)分析遮熱板的原理及其在削弱輻射換熱中的作用。

2.(1)在輻射換熱表面之間插入金屬(或固體)薄板，稱為遮熱板。

(2)其原理是，遮熱板的存在增大了系統(tǒng)中的輻射換熱熱阻，使輻射過程的總熱阻增大，系統(tǒng)黑度減少，使輻射換熱量減少。

(3)遮熱板對(duì)于削弱輻射換熱含有明顯作用，如在兩個(gè)平行輻射表面之間插入一塊同黑度的遮熱板，可使輻射換熱量減少為原來(lái)的1/2，若采用黑度較小的遮熱板，則效果更為明顯。

3.簡(jiǎn)述非穩(wěn)態(tài)導(dǎo)熱的基本特點(diǎn)。.（1）隨著導(dǎo)熱過程的進(jìn)行,導(dǎo)熱體內(nèi)溫度不停變化,好象溫度會(huì)從物體的一部分逐步向另一部分轉(zhuǎn)播同樣,習(xí)慣上稱為導(dǎo)溫現(xiàn)象。這在穩(wěn)態(tài)導(dǎo)熱中是不存在的。

（2）非穩(wěn)態(tài)導(dǎo)熱過程中導(dǎo)熱體本身參加吸熱（或放熱），即導(dǎo)熱體有儲(chǔ)熱現(xiàn)象，因此即使對(duì)通過平壁的非穩(wěn)態(tài)導(dǎo)熱來(lái)說(shuō)，在與熱流方向相垂直的不同截面上的熱流量也是到處不等的，而在一維穩(wěn)態(tài)導(dǎo)熱中通過各層的熱流量是相等的。

（3）非穩(wěn)態(tài)導(dǎo)熱過程中的溫度梯度及兩側(cè)壁溫差遠(yuǎn)不小于穩(wěn)態(tài)導(dǎo)熱。五、計(jì)算題(每小題12分，共24分)1.某一爐墻內(nèi)層由耐火磚、外層由紅磚構(gòu)成，厚度分別為200mm和100mm，導(dǎo)熱系數(shù)分別為0.8W/(m·K)和0.5W/(m·K)，爐墻內(nèi)外側(cè)壁面溫度分別為700°C和50°C，試計(jì)算：(1)該爐墻單位面積的熱損失；(2)若以導(dǎo)熱系數(shù)為0.11W/(m·K)的保溫板替代紅磚，其它條件不變，為了使?fàn)t墻單位面積熱損失低于1kW/m2，最少需要用多厚的保溫板。

1.解：(1)單位面積散熱損失：

q===1444.4W/m2

(2)以保溫板替代紅磚，由于爐墻熱損失不得高于q0=1kW/m2q0≥

δ2≥λ2()=0.11×()=0.044m=44mm2.試計(jì)算一空氣橫掠管束換熱的空氣預(yù)熱器的對(duì)流換熱量。已知管束有25排，每排12根光管，管外徑25mm，管長(zhǎng)1.5m，叉排形式，橫向管間距S1=50mm,縱向管間距S2=38mm，管壁溫度120°C，空氣來(lái)流速度uf=4m/s，空氣進(jìn)口溫度20°C，出口溫度40°C。已知空氣物性：λf=0.0267W/(m·K)，vf=16.0×10-6m2/s,Prf=0.701。最大流速umax=ufS1/(S1-d);推薦關(guān)聯(lián)式：Nuf=cRenfPr0.36f(Prf/Prw)m，公式合用條件：N≥20,光管管束，Prf=0.7～500，除Prw的定性溫度為壁溫外，其他定性溫度為流體在管束中的平均溫度。指數(shù)m,對(duì)氣體m=0，對(duì)液體，m=0.25,c、n值查下表：排列方式Refc