2024考研傳熱學(xué)習(xí)資料：習(xí)題與解答全揭秘

傳熱學(xué)復(fù)習(xí)題及其答案（I部分）

一、概念題

1、試分析室內(nèi)暖氣片口勺散熱過程，各個(gè)環(huán)節(jié)有哪些熱量傳遞方式？以暖氣片管內(nèi)走熱水為例。

答：有如下?lián)Q熱環(huán)節(jié)及傳熱方式：

（1）由熱水到暖氣片管道內(nèi)壁，熱傳遞方式為強(qiáng)制對(duì)流換熱；

（2）由暖氣片管道內(nèi)壁到外壁，熱傳遞方式為固體導(dǎo)熱；

（3）由暖氣片管道外壁到室內(nèi)空氣，熱傳遞方式有自然對(duì)流換熱和輻射換熱。

2、試分析冬季建筑室內(nèi)空氣與室外空氣通過墻壁的換熱過程，各個(gè)環(huán)節(jié)有哪些熱量傳遞方式？

答：有如下?lián)Q熱環(huán)節(jié)及傳熱方式：

（1）室內(nèi)空氣到墻體內(nèi)壁，熱傳遞方式為自然對(duì)流換熱和輻射換熱；

（2）墻的內(nèi)壁到外壁，熱傳遞方式為固體導(dǎo)熱；

（3）墻的外壁到室外空氣，熱傳遞方式有對(duì)流換熱和輻射換烝。

3、何謂非穩(wěn)態(tài)導(dǎo)熱的正規(guī)階段？寫出其重要特點(diǎn)。

答：物體在加熱或冷卻過程中，物體內(nèi)各處溫度隨時(shí)間的變化率具有定時(shí)規(guī)律，物體初始溫度分布日勺影

響逐漸消失，這個(gè)階段稱為非穩(wěn)態(tài)導(dǎo)熱的正規(guī)階段。

4、分別寫出Nu、Re、巴、Bi數(shù)日勺體現(xiàn)式，并闡明其物理意義。

hl

答：(1)努塞爾(Nusselt)數(shù)，Nu=—,它表達(dá)表面上無(wú)量綱溫度梯度的大小。

A

(2)雷諾(Reynolds)數(shù)，Re=g它表達(dá)慣性力和粘性力的相對(duì)大小。

1/

(3)普朗特?cái)?shù)，Pr=-,它表達(dá)動(dòng)量擴(kuò)散厚度和能量擴(kuò)散厚度的相對(duì)大小。

hl

(4)畢渥數(shù)，,它表達(dá)導(dǎo)熱體內(nèi)部熱阻與外部熱阻H勺相對(duì)大小。

5、豎壁傾斜后其凝結(jié)換熱表面?zhèn)鳠嵯禂?shù)是增長(zhǎng)還是減??？為何？。

r2]3~\,/4

h="回，

'|_4%億

答：豎壁傾斜后，使液膜順壁面沆動(dòng)的力不再是重力而是重力的一部分，液膜流

動(dòng)變慢，從而熱阻增長(zhǎng)，表面?zhèn)鳠嵯禂?shù)減小。此外，從表面?zhèn)鳠嵯禂?shù)公式知，公式中的g亦要換成gsin。，

從而h減小。

6、按照導(dǎo)熱機(jī)理，水的I氣、液、固三種狀態(tài)中那種狀態(tài)的導(dǎo)熱系數(shù)最大？

答：根據(jù)導(dǎo)熱機(jī)理可知，固體導(dǎo)熱系數(shù)不小于液體導(dǎo)熱系數(shù)；液體導(dǎo)熱系數(shù)不小于氣體導(dǎo)熱系數(shù)。因此水

的氣、液、固三種狀態(tài)H勺導(dǎo)熱系數(shù)依次增大。

7、熱擴(kuò)散系數(shù)是表征什么的物理量？它與導(dǎo)熱系數(shù)的區(qū)別是什么？

答：熱擴(kuò)散率a=—,與導(dǎo)熱系數(shù)同樣都是物性參數(shù)，它是表征物體傳遞溫度的能力大小，亦稱為導(dǎo)溫

pc

系數(shù)，熱擴(kuò)散率取決于導(dǎo)熱系數(shù)2和a的綜合影響；而導(dǎo)熱系數(shù)是反應(yīng)物體的導(dǎo)熱能力大小H勺物性參數(shù)。

一般狀況下，穩(wěn)態(tài)導(dǎo)熱B勺溫度分布取決于物體日勺導(dǎo)熱系數(shù)，但非穩(wěn)態(tài)導(dǎo)熱的溫度分布不僅取決于物體的I導(dǎo)

熱系數(shù)，還取決于物體R勺導(dǎo)溫系數(shù)。

8、集總參數(shù)法的合用條件是什么？滿足集總參數(shù)法的物體，其內(nèi)部溫度分布有何特點(diǎn)？

答：集總參數(shù)法H勺合用條件是其特點(diǎn)是當(dāng)物體內(nèi)部導(dǎo)熱熱阻遠(yuǎn)不不小于外部對(duì)流換熱熱阻時(shí)，物

體內(nèi)部在同一時(shí)刻均處在同一溫度，物體內(nèi)部日勺溫度僅是時(shí)間的函數(shù)，而與位置無(wú)關(guān)。

9、灰體的含義？

答：灰體是指物體單色輻射力與同溫度黑體單色輻射力隨波長(zhǎng)的變化曲線相似，或它的單色發(fā)射率不隨波

長(zhǎng)變化日勺物體；或單色吸取比與波長(zhǎng)無(wú)關(guān)的I物體，即單色吸取比為常數(shù)的物體。

10、漫射表面?

答：一般把服從蘭貝特定律的表面稱為漫射表面，即該表面的定向輻射強(qiáng)度與方向無(wú)關(guān)?；蛭矬w發(fā)射的輻

射強(qiáng)度與方向無(wú)關(guān)的性質(zhì)叫漫輻射，具有這樣性質(zhì)U勺表面稱為漫射表面。

11、氣體的熱邊界層與流動(dòng)邊界層的相對(duì)大??？

答：由于5/露=匕"3,對(duì)于氣體來說匕才0.7,因此氣體的熱邊界層的厚度不小于流動(dòng)邊界層的厚度。

12、沸騰換熱的臨界熱流密度的含義是什么？

答：在泡態(tài)沸騰階段時(shí)，液體溫度與壁面溫度之差△/若深入增大，汽泡在表面上生成、長(zhǎng)大，隨即引囚浮

力作用而離開表面。沸騰的液體主體溫度這時(shí)有一定的I過熱度，故汽泡通過液體層時(shí)還會(huì)繼續(xù)被加熱、膨

脹，直到逸出液面，由于氣泡口勺大量迅速生成和它口勺劇烈運(yùn)動(dòng)，換熱強(qiáng)度劇增，熱流密度隨&的提高而急

劇增大，直抵到達(dá)熱流密度的峰值，此時(shí)的熱流密度稱為臨界熱流密度。當(dāng)加深入增大時(shí)，熱流密度又開

始下降.

答：膜狀凝結(jié)換熱時(shí)沿整個(gè)壁面形成一層液膜，并且在重力的作用下流動(dòng)，凝結(jié)放出口勺汽化潛熱必須通過

液膜，因此，液膜厚度直接影響了熱量傳遞。

珠狀凝結(jié)換熱時(shí)，凝結(jié)液體不能很好的浸潤(rùn)壁面，僅在壁面上形成許多小液珠，此時(shí)壁面H勺部分表面與蒸

汽直接接觸，因此，換熱速率遠(yuǎn)不小于膜狀凝結(jié)換熱。

18、不凝結(jié)氣體對(duì)表面凝結(jié)換熱強(qiáng)弱有何影響？

答：不凝結(jié)氣體時(shí)存在，首先使凝結(jié)表面附近蒸汽日勺分壓力減少，從而蒸汽飽和溫度減少，使得傳熱驅(qū)動(dòng)

力即溫差&-仆）減?。毫硎紫?，凝結(jié)蒸汽穿過不凝結(jié)氣體層抵達(dá)壁面依托口勺是擴(kuò)散，從而增長(zhǎng)了阻力。

因此，上述兩方面原因?qū)е履Y(jié)擷熱時(shí)的表面?zhèn)鳠嵯禂?shù)減少。

19、空氣橫掠垂直管束時(shí)，沿流動(dòng)方向管排數(shù)越多，換熱越強(qiáng)，而蒸汽在水平管束外凝結(jié)時(shí)，沿液膜流動(dòng)

方向管排數(shù)越多，換熱強(qiáng)度減少，為何？

答：空氣橫掠垂直管束時(shí)，沿流動(dòng)方向管排數(shù)越多，氣流擾動(dòng)越強(qiáng)，換熱越強(qiáng)，而蒸汽在水平管束外凝結(jié)

時(shí)，沿液膜流動(dòng)方向管排數(shù)越多，凝結(jié)液膜越厚，凝結(jié)換熱熱阻越大，換熱強(qiáng)度減少。

20、寫出時(shí)間常數(shù)的體現(xiàn)式，時(shí)間常數(shù)是從什么導(dǎo)熱問題中定義出來的？它與哪些原因有關(guān)？

答：時(shí)間常數(shù)的體現(xiàn)式為0=包，是從非穩(wěn)態(tài)導(dǎo)熱問題中定義出來小J,它不僅取決于幾何V/A參數(shù)和

hA

物性參數(shù)小、，還取決于換熱條件h。

21、什么是物體表面的發(fā)射率？它與哪些原因有關(guān)？

答：實(shí)際物體H勺輻射力與同溫度下黑體輻射力之比稱為該物體向發(fā)射率，物體H勺發(fā)射率只取決于物體的表

面特性（物體的種類、表面狀況和溫度），而與外界條件無(wú)關(guān)。

22、什么是物體表面的吸取比（率）？它與哪些原因有關(guān)?

答：物體對(duì)投入輻射所吸取的百分?jǐn)?shù)稱為該物體口勺吸取比（率），物體口勺吸取比（率）只取決F物體R勺表面

特性（物體的種類、表面狀況和溫度），對(duì)于全波長(zhǎng)的特性還與投射能量的波長(zhǎng)分布有關(guān)關(guān)。

23、何謂遮熱板（罩）？

答：插入兩個(gè)輻射換熱表面之間日勺用于減弱兩個(gè)表面之間輻射換熱日勺薄板或罩。

24、黑體輻射包括哪幾種定律？

答：普朗克定律、維恩位移定律、斯蒂芬-玻爾茲曼定律、蘭貝特定律。

25、其他條件相似時(shí)，同一根管子橫向沖刷與縱向沖刷相比，哪個(gè)口勺表面換熱系數(shù)大？為何？

答：同一根管子橫向沖刷比縱向沖刷相比日勺表面換熱系數(shù)大。曰于縱向沖刷時(shí)相稱于外掠平板的流動(dòng)，熱

邊界層較厚，熱阻較大；而橫向A刷時(shí)熱邊界層較薄且在邊界層由于分離而產(chǎn)生的旋渦，增長(zhǎng)了流體擾動(dòng)，

因而換熱增強(qiáng)。

26、下列三種關(guān)聯(lián)式描述日勺是那種對(duì)流換熱？Nu=f（Re，P,,G,）,Nu=f（Re,Pr）,Nn=f（Pr>Gr）

答：N“=/（/?”,Q,G,）描述的是無(wú)相變的強(qiáng)迫對(duì)流換熱，且自然對(duì)流不可忽視；

N.=/（（，匕）描述的是自然對(duì)流可忽視的無(wú)相變的強(qiáng)迫對(duì)流換熱；N“=/（B，G,.）描述的是自然對(duì)流換

熱。

27、寫出輻射換熱中兩表面間的平均角系數(shù)口勺體現(xiàn)式，并闡明其物理意義。

答：平均角系數(shù)Xi*1-f產(chǎn)冬呼遍.，它表達(dá)Ai表面發(fā)射出的輻射能中直接落到另一表面A?

4抽k

上的百分?jǐn)?shù)?；蛘咚磉_(dá)離開A,表面的輻射能中直接落到另一表面A?上的百分?jǐn)?shù)。

28、表面輻射熱阻

答：當(dāng)物體表面不是黑體時(shí)，該表面不能所有吸取外來投射的輻射能量，這相稱于表面存在熱阻，該熱阻

稱為表面輻射熱阻，常以上工來表達(dá)。

As

29、有效輻射

答：?jiǎn)挝粫r(shí)間內(nèi)離開單位面積的J總輻射能為該表面H勺有效輻射J，它包括輻射表面的自身H勺輻射E和該表面

對(duì)投射輻射G的反射輻射pG,即/=七+夕6。

30、換熱器的污垢熱阻

答：換熱設(shè)備運(yùn)行一段時(shí)間后來，在管壁產(chǎn)生污垢層，由于污垢的導(dǎo)熱系數(shù)較小，熱阻不可以忽視，這種

由「污垢生成的產(chǎn)生日勺熱阻稱為污垢熱阻。

31、在寒冷的北方地區(qū)，建房用磚采用實(shí)心豉還是多孔的空心磚好？為何？

答：采用空心磚很好，由于空心磚內(nèi)部充斥著空氣，而空氣的導(dǎo)熱系數(shù)相對(duì)較小，熱阻較大，空心磚導(dǎo)熱

性較之實(shí)心磚差，同一條件下空心磚的房間H勺散熱量小保溫性好。

32、下列材料中導(dǎo)熱系數(shù)最大的是(純銅)

(a)純銅(b)純鐵(c)黃銅(d)天然金剛石

33、什么是雷諾類比律(寫出體現(xiàn)式)？它H勺應(yīng)用條件是什么？

答：雷諾類比率：St=Cf/2,條件：Pr=l,

34、下列工質(zhì)的普朗特?cái)?shù)最小的是（液態(tài)金屬）

（a）水（b）空氣（c）液態(tài)金屬（d沙壓器油

35、為何多層平壁中H勺溫度分布曲線不是一條持續(xù)口勺直線而是?條折線？

36、對(duì)管殼式換熱器來說，兩種工質(zhì)在下列哪種狀況下，何種工質(zhì)走管內(nèi)，何種工質(zhì)走管外？

（1）清潔的和不清潔的工質(zhì)（2）腐蝕性大與小時(shí)工質(zhì)（3）高溫與低溫的工質(zhì)

答：（1）不清潔流體應(yīng)在管內(nèi)，由于殼側(cè)清洗比較困難，而管內(nèi)可以拆開端蓋進(jìn)行清洗；

（2）腐蝕性大的流體走管內(nèi)，由于更換管束的代價(jià)比更換殼體要低，且如將腐蝕性大的流體走殼程，被腐

蝕的不僅是殼體，尚有管子外側(cè)。

（3）溫度低的流體置于殼側(cè)，這樣可以減小換熱器的散熱損失。

37、北方深秋季節(jié)的清晨，樹葉葉面上常常結(jié)霜。試問樹葉上、下表面口勺哪一面上輕易結(jié)霜？為何？

答：霜會(huì)輕易結(jié)在樹葉R勺上表面，由于樹葉上表面朝向太空，而太空表面的溫度會(huì)低于攝氏零度；下表面

朝向地面，而地球表面的溫度一般在零度以上。相對(duì)于下表面夾說，樹葉上表面向外輻射熱量較多，溫度

下降口勺快，一旦低于零度時(shí)便會(huì)結(jié)霜。

38、什么是物體的發(fā)射率和吸取率？?jī)烧咴谑裁礂l件下相等？

答：實(shí)際物體的輻射力與同溫度下黑體口勺輻射力之比稱為該物體的發(fā)射率；投射到物體表面時(shí)總能量中被

吸取H勺能量所占的份額是物體的吸取率。由基爾霍夫定律可知：當(dāng)物體表面為漫灰表面時(shí)，兩者相等。

39、窗玻璃對(duì)紅外線幾乎是不透過的J,但為何隔著玻璃曬太陽(yáng)卻使人感到暖和？

答：窗玻璃對(duì)紅外線幾乎不透過，但對(duì)可見光則是可透過的，當(dāng)隔著玻璃曬太陽(yáng)時(shí)，太陽(yáng)光可以穿過玻璃

進(jìn)入室內(nèi)，而室內(nèi)物體發(fā)出口勺紅外線卻被阻隔在室內(nèi)，因房間內(nèi)溫度越來越高，從而感到暖和。

40、對(duì)流換熱過程微分方程式與導(dǎo)熱過程的第三類邊界條件體現(xiàn)式有什么不一樣之處？

答；對(duì)流換熱過程微分方程式與導(dǎo)熱過程的第三類邊界條件體現(xiàn)式都可以用下式表達(dá)

hx=----------,不過，前者的導(dǎo)熱系數(shù)4為流體的導(dǎo)熱系數(shù)，并且表面?zhèn)鳠嵯禂?shù)h是未知的;

后者的I導(dǎo)熱系數(shù)2為固體的導(dǎo)熱系數(shù)，并且表面?zhèn)鳠嵯禂?shù)h是已知的。

41、寫出豎平壁上膜狀凝結(jié)口勺冷凝雷諾數(shù)的體現(xiàn)式。

答：冷凝雷諾數(shù)：Re,二4""一'），或者=也Z,其中"=她二

jur〃〃r

42、為何用電加熱時(shí)輕易發(fā)生電熱管壁被燒毀H勺現(xiàn)象？而采用蒸汽加熱時(shí)則不會(huì)？

答：用電加熱時(shí)，加熱方式屬于表面熱流密度可控制的，而采用蒸汽加熱時(shí)則屬于壁面溫度可控制H勺情形。

由大容器飽和沸騰曲線可知，當(dāng)熱流密度一旦超過臨界熱流密度時(shí)，工況就有也許很快跳至穩(wěn)定的膜態(tài)沸

騰，使得表面溫度迅速上升，當(dāng)超過壁面得燒毀溫度時(shí)，就會(huì)導(dǎo)致設(shè)備口勺燒毀；采用蒸汽加熱由于壁面溫

度可控制，就輕易控制壁面口勺溫升，防止設(shè)備壁面溫度過度升高，使其溫度一直低于設(shè)備的燒毀溫度。

43、用熱電偶監(jiān)測(cè)氣流溫度隨時(shí)間變化規(guī)律時(shí)，應(yīng)怎樣選擇熱電偶節(jié)點(diǎn)的大??？

答：在其他條件相似時(shí)，熱電偶節(jié)點(diǎn)越大，它的溫度變化?定幅度所需要吸取（或放出）的熱量越多，此

時(shí)雖然節(jié)點(diǎn)換熱表面積也有所增大，但其增大B勺幅度不不小于體積增大的幅度。故綜合地講，節(jié)點(diǎn)大的I熱

電偶在相似的時(shí)間內(nèi)吸取熱量所產(chǎn)生的溫升要小某些。由q=絆定義知，V/A=/（廠），r為節(jié)點(diǎn)的半

hA

徑，顯然，節(jié)點(diǎn)半徑越小，時(shí)間常數(shù)越小，熱電偶的對(duì)應(yīng)速度越快。

44、由導(dǎo)熱微分方程可知，非穩(wěn)態(tài)導(dǎo)熱只與熱擴(kuò)散率有關(guān)，而與導(dǎo)熱系數(shù)無(wú)關(guān)。你認(rèn)為對(duì)嗎？

答：由于描述一種導(dǎo)熱問題的完整數(shù)學(xué)體現(xiàn)，不僅包括控制方程，還包括定解條件。雖然非穩(wěn)態(tài)導(dǎo)熱控制

方程只與熱擴(kuò)散率有關(guān)，但邊界條件中卻有也許包括導(dǎo)熱系數(shù)。因此，上述觀點(diǎn)不對(duì)的I。

45、由對(duì)流換微分方程力包可知，該式中沒有出現(xiàn)流速，有人因此認(rèn)為表面?zhèn)鳠嵯禂?shù)與流體速度

場(chǎng)無(wú)關(guān)。你認(rèn)為對(duì)嗎？

答：這種說法不對(duì)的，由于在描述流動(dòng)H勺能量方程中，對(duì)流項(xiàng)具有流體速度，要獲得流體的溫度場(chǎng)，必須

先獲得流體U勺速度場(chǎng)，在對(duì)流換熱中流動(dòng)與換熱是密不可分的。因此，對(duì)流換熱的表面?zhèn)鳠嵯禂?shù)與流體速

度有關(guān)。

46、什么是等溫線？在持續(xù)日勺溫度場(chǎng)中，等溫線口勺特點(diǎn)是什么？

47.大平壁在等溫介質(zhì)中冷卻的冷卻率與哪些原因有關(guān)

48、何謂集總參數(shù)法？其應(yīng)用的I條件是什么？應(yīng)怎樣選擇定型尺寸？

49、寫出計(jì)算一維等截面直肋散熱量的公式。

50、簡(jiǎn)述遮熱罩減弱輻射換熱的I基木思想。

51、鑒定兩個(gè)物理現(xiàn)象相似口勺條件是什么？

52、試述強(qiáng)化管內(nèi)流體對(duì)流換熱采用的措施，并簡(jiǎn)述理由。

53、寫出輻射換熱中兩表面間的平均角系數(shù)目勺體現(xiàn)式，并闡明其物理意義。

54、影響膜狀凝結(jié)換熱的重要熱阻是什么？

55、大空間飽和沸騰有哪三種狀態(tài)？什么是沸騰換熱的臨界熱負(fù)荷？

56、寫出傅立葉定律的數(shù)學(xué)體現(xiàn)式，并解釋其物理意義。

57、簡(jiǎn)要闡明太陽(yáng)能集熱器采用的選擇性表面應(yīng)具有的性質(zhì)和作用原理。

58、試用傳熱學(xué)理論解釋熱水瓶的保溫原理。

二、計(jì)算題

（一）計(jì)算題解題方略

1、穩(wěn)態(tài)導(dǎo)熱問題

（1）截面直肋肋片H勺傳熱量和肋端溫度H勺求解。

（2）單層及多層平壁在第三類邊界條件下導(dǎo)熱問題的計(jì)算，

（3）單層及多層圓筒壁在第三類邊界條件下導(dǎo)熱每米供熱管道的散熱損失

2、非穩(wěn)態(tài)導(dǎo)熱問題

（1）集總參數(shù)法求解任意形狀物體（如熱電偶）的瞬態(tài)冷卻或加熱問題。

（2）公式法或諾謨圖法求解任意形狀物體（如熱電偶或平板）H勺瞬態(tài)冷卻或加熱問題。

3、對(duì)流換熱問題

（1）外掠平板或管內(nèi)強(qiáng)制對(duì)流換熱問題在不一樣流態(tài)下日勺換熱分析及計(jì)算。

（2）橫掠單管或管束的自然或強(qiáng)制對(duì)流換熱問題的計(jì)算。

4、輻射換熱問題

（1）兩個(gè)和三個(gè)非凹面構(gòu)成的封閉腔體，各個(gè)表面之間的輻射換熱問題的計(jì)算，（2）兩個(gè)平行平板之間的

輻射換熱問題的計(jì)算。

5、注意事項(xiàng)

（1）對(duì)流換熱問題中，當(dāng)流體為氣流時(shí)，有時(shí)需要同步考慮對(duì)流和輻射換熱；

（2）對(duì)于長(zhǎng)直的園管換熱問題，往往要計(jì)算單位管長(zhǎng)的換熱量；

（3）對(duì)于管內(nèi)強(qiáng)迫對(duì)流換熱問題，應(yīng)注意層流和紊流時(shí)的試驗(yàn)關(guān)聯(lián)式的選用，并且流體定性溫度時(shí)在不

一樣邊界條件下（如常壁溫和常熱流邊界條件）確定措施有兩種：算數(shù)平均法和對(duì)數(shù)平均法。

（4）注意多種非凹面構(gòu)成的封閉腔體，各個(gè)表面之間的輻射換熱問題的計(jì)算中日勺某個(gè)表面的凈輻射熱量

與任意兩個(gè)表面之間的輻射換熱量口勺區(qū)別與聯(lián)絡(luò)。

（二）計(jì)算題例題

1、室內(nèi)一根水平放置H勺無(wú)限長(zhǎng)的蒸汽管*工。TT-Qj583mm,外表面實(shí)測(cè)平均溫度及空氣溫度分

tw=48C,tf=23C

別為，此時(shí)空氣與管道外表面間的自然對(duì)流換熱的表面?zhèn)鳠嵯禂?shù)h=3.42W/（m2

s=0.9

K）,增壁的溫度近似取為室內(nèi)空氣H勺溫度，保溫層外表面H勺發(fā)射率

問：（1）此管道外壁的換熱必須考慮哪些熱量傳遞方式;

<2）計(jì)算每米K度管道外壁的總散熱量。（12分）

解:

(1)此管道外壁的換熱有輻射換熱和自然對(duì)流換熱兩種方式。

(2)把管道每米長(zhǎng)度上的散熱量記為切

當(dāng)僅考慮自然對(duì)流時(shí)，單位長(zhǎng)度上的自然對(duì)流散熱

qtc=red?h\t=jrdh(Jw—t,)

=3.14x0.583x3.42x(48-23)

=156.5(W/m)

近似地取墻壁的溫度為室內(nèi)空氣溫度，于是每米長(zhǎng)度管道外表面與室內(nèi)物體及墻壁之間日勺輻射為:

qlr=-7^)

=3.14x0.583x5.67x1x0.9x[(48+273)4-(23+273)4]

=274.7(W/〃?)

總的散熱量為［=%c+%,=156.5+274.7=431.2(W/m)

2、如圖所示歐)墻壁，其導(dǎo)熱系數(shù)為50W/(m-K),厚度為50nlm,在穩(wěn)態(tài)狀況下H勺墻壁內(nèi)時(shí)一維溫度分布為:

t=200-2023x\式中t的單位為°C,x單位為口試求:

(1)墻壁兩側(cè)表面H勺熱流密度；

(2)墻壁內(nèi)單位體積口勺內(nèi)熱源生成的熱量。

解.：（1）由傅立葉定律:

①.drW

q=—=-A——二-〃一4000x)=4000A

Adrnv

因此墻壁兩側(cè)的熱流密度:

W

^=<XX)/lx0=0

t=0m

W

以“=4000x50x0.05=KXXX)

m2

（2）由導(dǎo)熱微分方程&4+冬=0得:

ax-A

3

qv=-2-^4=<(-4000)=4000x50=200000W/m

dx

3、一根直徑為1mm的銅導(dǎo)線,每米的電阻為2.22乂1（尸0。導(dǎo)線外包有厚度為o.5mm，導(dǎo)熱系數(shù)為0.15W/G?）

的絕緣層。限定絕緣層的J最高溫度為65°C,絕緣層的外表面溫度受環(huán)境影響，假設(shè)為40°C。試確定該導(dǎo)線

B勺最大容許電流為多少？

解：（1）以長(zhǎng)度為L(zhǎng)的導(dǎo)線為例，導(dǎo)線通電后生成的熱量為/2H工，其中"勺一部分熱量用于導(dǎo)線的升溫，其

熱量為AE=pc占一部分熱量通過絕熱層口勺導(dǎo)熱傳到大氣中，其熱量為；①:’「號(hào)。

4dr1,（

-------In-

2以L&

根據(jù)能量守恒定律知：I2RL=6+AE=AE=l2RL-①

即AE二小4式L迫=/2一_&

4t/r1,d.

-------In—

2就L&

(2)當(dāng)導(dǎo)線到達(dá)最高溫度時(shí)，導(dǎo)線處在穩(wěn)態(tài)導(dǎo)熱，骼=OnO=/2RL

11d,

-In—

2成￡4

t—tA5-4()

/2R__1!__#_=o,——-----------k=33.98(W/m),

1.d1.2

-----In-2------------In-

2位cL2ix0.151

曳絲產(chǎn)J

/2R=33.98=>/=

RY2.22x10-3

4、25tH勺熱電偶被置于溫度為2530c的氣流中，設(shè)熱電偶節(jié)點(diǎn)可以近似當(dāng)作球形，要使其時(shí)間常數(shù)％=心，

問熱節(jié)點(diǎn)的直徑為多大？忽視熱電偶引線的影響，且熱節(jié)點(diǎn)與光流間的表面?zhèn)鳠嵯禂?shù)為h=300W/(m2K),

熱節(jié)點(diǎn)材料的物性參數(shù)為：導(dǎo)熱系數(shù)為20W/(m-K),2=8500必/〃/，c=400//(Ag?K)假如氣流與熱

節(jié)點(diǎn)間存在著輻射換熱，且保持熱電偶時(shí)間常數(shù)不變，則對(duì)所需熱節(jié)點(diǎn)直徑大小有和影響？

5

解：(1)r,=包，!=^_^=0=也=1x300/(8500x400)=8.82xlO-^)

hAA4冰-3pc

故熱電偶直徑：d=2R=2x3x8.82x10-5=0.529(7〃〃)

驗(yàn)證畢渥數(shù)B,與否滿足集總參數(shù)法：

?hV/A300x8.82xlO-5.田口壯”公“、+々小

Bj=---=--------=0A.0A0A113O<0n.1滿足集總參數(shù)法條件。

(2)若熱節(jié)點(diǎn)與氣流間存在輻射換熱，則總的表面?zhèn)鳠嵯禂?shù)h(包括對(duì)流和輻射)將增長(zhǎng)，由％=生上知,

hA

要保持「不變，可以使V/4增長(zhǎng)，即熱節(jié)點(diǎn)的直徑增長(zhǎng)。

5、空氣以10m/s速度外掠0.8m長(zhǎng)U勺平板，。=80℃,%=30°C,計(jì)算該平板在臨界雷諾數(shù)七,下的兒、

全校平均表面?zhèn)鳠嵯禂?shù)以及換熱量。(層流時(shí)平板表面局部努塞爾數(shù)N〃，=0.332R?2H，3,紊流時(shí)平板表

面局部努塞爾數(shù)N〃，=0.0296心燈上力，板寬為切，已知R“=5xl()5,定性溫度乙=55°。時(shí)的物性參

2-62

數(shù)為：2=2.87xlO_W/(m-A：),v=18.46xlO^/5,Pr=0.697)

解：(1)根據(jù)臨界雷諾數(shù)求解由層流轉(zhuǎn)變到紊流時(shí)的臨界長(zhǎng)度

tm=l(rz.+/J=55°C,此時(shí)空氣得物性參數(shù)為：

2=2.87X1O-2W/Q〃.K),展18.46K1()，〃2/S巳=0.697

口id_Rj5xlO5xl8.46xlO^

R,=—=>Xy=——=------------------=0.92(〃?)

v'〃10

由于板長(zhǎng)是0.8m,因此，整個(gè)平板表面口勺邊界層的流態(tài)皆為層流

Mq[=0.3324"2月/30

5,/21/3

hc=0.332y咪p13=0332閑；：-x（5xlO）x0.697=7.41（W/疝?C）

⑵板長(zhǎng)為0.8m時(shí)，整個(gè)平板表面的邊界層H勺雷諾數(shù)為:

id_10x0.8

=4.33x105

v-18.46x10-6

全校平均表面?zhèn)鳠嵯禂?shù):

h=0.664yR12P產(chǎn)=o.66423cx(4.33x105)l/2x0.6971/3=13.9(W/〃/?C)

全板平均表面換熱量①=hA(tz)=13.9x0.8x1x(80-30)=557.9W

6、如圖所示為真空輻射爐，球心處有一黑體加熱元件，試指出，黑體對(duì)A、B、C三處中何處定向輻射強(qiáng)度

最大？何處輻射熱流最大？假設(shè)AR、C三處對(duì)球心所張的立體角相似。

解：（1）由黑體輻射口勺蘭貝特定律知，黑體的

定向輻射強(qiáng)度與方向無(wú)關(guān)，故，=〃=〃

⑵對(duì)于A、B、C三處，由于立體角相似，且

COS8A>cos>cos%

由蘭貝特定律￡0=/，cos。知，A處輻射力最大,

即A處輻射熱流最大；C處輻射力最小，即C處

輻射熱流最小。

7、試證明：在兩個(gè)平行平板之間加上〃塊遮熱板后，輻射換熱量將減小到無(wú)遮熱板時(shí)的1/（/?+1）o假設(shè)

各板均為漫灰表面，且發(fā)射率相似，皆為￡,板的面積皆為A。

證明：（1）無(wú)遮熱板時(shí)，=-------%—對(duì)兩個(gè)無(wú)限長(zhǎng)日勺平板來說二1,因此

1-￡11一￡L2

---------1-------------1---------

sA%12AEA

￡AAeA

0-%

①1.2

1-￡.1\-￡1\-￡

—+/?(—+----x2)4----1—

eAAAM

⑵有〃塊遮熱板時(shí)，=AEbi—/

(n+l)i；1+^—^x2)

s

EM-Eb2

二A

￡

因此61,2二」一①3

〃+1'

8、用裸露的熱電偶測(cè)煙氣管道內(nèi)的溫度，測(cè)量值為。=177°C,管道內(nèi)壁溫度q=94°C,煙氣對(duì)熱電偶

表面口勺對(duì)流換熱系數(shù)〃=142W/（，〃2.K）,熱電偶表面的黑度與二0.6,求煙氣的真實(shí)溫度。假如其他條

件不變，給熱電偶加以黑度為0.8的足夠長(zhǎng)H勺遮熱罩，煙氣對(duì)遮熱罩的對(duì)流換熱系數(shù)與煙氣對(duì)熱電偶表面

的對(duì)流換熱系數(shù)相似力=142W/（悌2.K）,此時(shí)熱電偶的測(cè)量值是多少？

?n./m

r,=177°C

4=0.6

解：（1）熱電偶節(jié)點(diǎn)從煙氣中吸熱為

①”/濟(jì)（07I）

熱電偶節(jié)點(diǎn)對(duì)管壁的放熱為

---L+-----+----

A^iAXfA,,。

相對(duì)熱電偶節(jié)點(diǎn)，管壁的面積是非常大的，因此有x“=l及4/4=0,此時(shí)

①，=qA（J-Jv）

當(dāng)熱電偶節(jié)點(diǎn)處在熱平衡時(shí)，①，二①,即〃4（。-/,）=￡M（E.-EG

842

其中：EfA=5.67xio-x（177+273）=2325.05VV//W

842

Eh2=5.67xIO-x（94+273）=1028.6W/m

煙氣的真實(shí)溫度為0嚀（島一心）=177十瞿（2325.05—1028.6）=182.5°。

（2）當(dāng)給熱電偶加以遮熱罩時(shí)，構(gòu)成了有3個(gè)實(shí)體構(gòu)成的換熱系統(tǒng)，其中熱電偶節(jié)點(diǎn)從煙氣吸熱U勺同步，還

要向遮熱罩放熱，穩(wěn)態(tài)平衡式為（3代表遮熱罩）

姐儲(chǔ)Fil3

----+-----+----

A[？AX]?44

考慮到Xg=1及A/4=o,則儲(chǔ)一乙）=G4（Ehl-6,3）

遮熱罩日勺內(nèi)外側(cè)從煙氣及熱電偶吸熱，同步向管壁放熱，穩(wěn)態(tài)平衡式為（3代表遮熱罩）

2恤儲(chǔ)F+必『昂）-

--+---------+ir

AX.4。

考慮到xm=l及4/A-0,則一片）=￡?。ǎ?0）+邑4（%-4.）

由于右?4，因此上式右邊第一項(xiàng)可以省略，于是2〃4（。T3）=RA3（E〃3—當(dāng)“?），即

844

7；=0+￡(Ebw-6.)=455.5+x5.67x1Q-(367-")

對(duì)此式進(jìn)行試湊