2007-2008学年第一学期传热学B及答案

平顶山工学院2007—2008学年第一学期期末考试

《传热学》试题（B卷）答案

一、填空（每空1分，共20分）

1、热量从壁一侧的高温流体通过壁传给另一侧低温流体的过程称为传热过程。 2、如果温度场不随时间而变化，则为稳态温度场。

3、温度梯度的正向朝着温度增加（增加或减小） 的方向，与热流矢量的方向相反。 4、稳态导热过程的单值性条件有几何条件、物理条件、边界条件。

5、对应于总热阻为极小值的保温层外径为临界热绝缘直径。只有当管道外径大于临界热绝缘直径时，覆盖保温层才肯定有效地起到减少热损失的作用。

6、在一定的冷、热流体进出口温度下，换热器不同的流动型式中，逆流的对数平均温差最大，顺流最小。

7、非稳态导热可以分为瞬态导热和周期性导热。

8、按照引起流体流动的原因，对流换热可分为受迫对流换热和自然对流换热。

9、自然对流换热中，当边界层流态为层流时，局部表面传热系数将随着厚度的增加逐渐减小，而当边界层由层流向紊流转变后，局部表面传热系数将增大；达到旺盛紊流时，局部表面传热系数将保持不变。

10、辐射测量用探测仪所测到的灰表面的辐射能，实际上是有效辐射，定义为灰体表面的本身辐射和反射辐射之和。

11、将一个黑体表面的温度由30℃增加到333℃，该表面的辐射力增加了16倍。

二、选择题（每题2分，共10分） 1、C；2、B；3、A；4、A；5、C

1、具有均匀内热源的无限大平壁稳态导热的微分方程式为（ ）。

?2t?2t?2t??2t?2t?2t??t??A. 2?+=0 B. =ɑ（）+ ??c?y2?z2????x?x2?y2?z2??t?2t??t??t??tC. 2?=0 D. ?c=(?)+(?)+(?)+ф

???x?x?y?y?z?z??x2、若某一边界面有

?t?0，此为（ ）边界条件。 ?x第一类 B、第二类 C、第三类 D、以上都不是 3、下列说法不正确的是（ ）。

A、辐射换热必须通过中间介质相接触才能进行； B、辐射换热过程伴随着能量形式的两次转换； C、一切物体只要温度T>0，都会不断地发射热射线； D、高温物体辐射给低温物体的能量大于低温物体辐射给高温物体的能量。

4、基尔霍夫定律指出（ ）。

A、实际物体吸收率和发射率之间的定量关系；B、黑体的光谱辐射力与波长、温度的关系；C、任意温度黑体最大单色辐射力所对应波长的定量描述；D所有漫射表面(定向)辐射强度不随空间方位改变。

5、关于对流换热，下列说法不正确的是（ ）。

A、流体的导热系数越大，换热越强；B、流体的比热容于密度大的流体，以对流传递热

量的能力高；C、流体的粘度小，有碍于流体流动，不利于热对流；D对流换热是依靠导热和热对流两种作用来完成热量传递的。

三、简答题（每题3分，共18分）

1、热量传递有哪几种基本方式？ 答：导热、热对流、热辐射（3分）

2、简述努谢尔特准则的表达式以及物理意义。 答：

；壁面法向无量纲过余温度梯度，反映对流换热强度的大小。

3、何为集总参数法？应用这种方法的条件是什么？ 答：忽略内部导热热阻，认为物体温度均匀一致的分析方法成为集总参数法；适用条件：Bi<0.1

4、写出两个同类现象相似的条件。

答：单值性条件相似，同名已定准则相等。（3分）

5、简述角系数的定义及性质 答：定义：表面1发出的辐射能中落到表面2上的百分数称为表面1对表面2的角系数，记为

。（1.5分）

性质：（1）相对性，（2）完整性，（3）可加性（1.5分）

6、实际物体表面的吸收率主要受哪些因素影响？

答：吸收率α与物体的种类、表面状况及温度有关，而且与入射的波长有关。（3分）

四、分析题（每题3分，共18分）

1分析置于室外大气中的架空输送蒸汽的保温管道有哪些传热环节。（6分）

答：管内蒸汽与管内壁的对流换热，管内壁向管外壁的导热，保温层内壁向保温层外壁的导热，保温层外壁与外界的对流换热及辐射换热。

2、对管内强制对流换热，为何采用短管和弯管可以强化流体的换热? （6分） 答：采用短管，主要是利用流体在管内换热处于入口段温度边界层较薄，因而换热强的特点，即所谓的“入口效应”，从而强化换热。而对于弯管，流体流经弯管时，由于离心力作用，在横截面上产生二次环流，增加了扰动，从而强化了换热。

3、在对流温度差大小相同的条件下,在夏季和冬季,屋顶天花板内表面的自然对流换热表面传热系数是否相同?为什么? （6分）

答：冬季和夏季墙壁内表面温度不同，夏季高而冬季低（1分）。在夏季室内空气温度低于屋顶天花板的温度，tf ＜tw （1分）, 在冬季夏季室内空气温度高于屋顶天花板的温度 ，tf ＞tw （1分）。因此夏季屋顶天花板内表面的自然对流换热为热面朝下（或冷面朝上）（1分），而冬季为冷面朝下（或热面朝上）（1分），因此两者自然对流换热表面传热系数不相同，夏季自流对流换热表面传热系数低于冬季（1分）。

五、计算题

1、一双层玻璃窗，宽1.1m，高1.2m，厚3mm，导热系数为1.05W/(m·K)；中间空气层厚5MM，设空气隙仅起导热作用，导热系数为0.026W/(m·K)。室内空气温度为25℃。表面

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传热系数为20W/(m·K)；室外空气温度为-10℃，表面传热系数为15 W/(m·K)。试计算通过双层玻璃窗的散热量，并与单层玻璃窗相比较。假定在两种情况下室内、外空气温度及表面传热系数相同。（12分）

解：(1)双层玻璃窗情形，由传热过程计算式：

(2)单层玻璃窗情形：

（5分）

显然，单层玻璃的散热量是双层玻璃窗的2.6倍。（2分）因此，北方的冬天常常采用双层玻璃窗使室内保温。

2、两块平行放置的平板的表面发射率均为0.8，温度分别为t1＝527℃及t2＝27℃，板间距远小于板的宽度与高度。试计算：⑴板1、2间的辐射换热量；⑵板1的有效辐射；⑶板2的有效辐射。（12分）

解：由于两板间距极小，可视为两无限大平壁间的辐射换热。

（4分）

根据

，得：

（4分）

（4分）

3、室温为为10℃的大房间中有一个直径为15cm的烟筒，烟筒长15m，水平放置。

求烟筒的平均壁温为tw为110℃时，每小时的对流散热量。

Nu?0.48(Gr?Pr)0.25，适用范围为Gr?10?6?1.3?1013

定性温度取为：tm?（t??tw）2 10℃的空气物性参数为：

?＝0.0236W/(m?K),??12.43?10?6m2/s,Pr?0.712

60℃的空气物性参数为：

?＝0.029W/(m?K),??18.97?10?6m2/s,Pr?0.696

解：定性温度

则对应的空气物性参数为则求得的

，

（2分）

（2分）

由给出的经验公式可知

（2分）

（2分）

因此水平烟筒的散热量为：

（2分）

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