华电保定专业课历年考研真题及答案-传热

华北电力大学2002年硕士研究生入学考试试题

一、简答题（每小题6分，共36分）

1．写出傅立叶导热定律的数学表达式，式中没有出现时间变量，为什么同样可以分析非稳态导热问题？（华电，02）

2．在对实际传热问题的分析计算中，采用合理的假设可以使问题得到很大的简化，请举两个导热问题的例子给以说明（华电，02）。

3．写出基尔霍夫定律的不同数学表达式，并给出其适用的条件（华电，02）。 4．沸腾换热过程的临界热流密度是如何定义的？对电加热沸腾换热的设备，控制临界热流密度有何意义? （华电，02）

5．分析室内暖气片的散热过程，各个环节有哪些热量传递方式？在热水温度一定的情况下，你能提出一些提高暖气片散热量的措施吗？（华电，02） 6．影响自然对流换热的因素有哪些？（华电，02） 二、（华电，02）[12分] 一个功率为?的电烙铁，其形状可近似看作一个半径

很小的短圆柱，初始放在室内，然后瞬间通电加热。

（1）分析并列出加热过程中烙铁温度随时间变化的微分方程式（注明式中符号的名称）；

（2）给出最终稳定后确定烙铁温度的关系式。 三、（华电，02）[15分] 在一对流换热的实验中，10℃的水以1.6m/s的速度流

入内径为28mm、外径为31mm、长1.5m的管子。管子外表面均匀地绕着电阻带作为加热器，其外还包有保温层。加热器的总功率为42.05kW，通过保温层的散热损失为2%，试确定： （1） 管子出口处的平均水温； （2） 管子内表面的传热系数； （3） 管子外表面的平均壁温。

[水的物性参数如下：??1000kg/m3，cp?4.187kJ/?kg?℃?，

?62??0.586W/?m?℃?，v?1.2?10m/s，Pr?8.57；管材的导热系数为

18W/?m?℃?；管内对流换热的实验关联式：层流：Nu?3.66，紊流：

Nu?0.027Re0.8Pr0.33，不需考虑入口效应]

四、（华电，02）[12分] 直径为0.5m的球内表面，被一水平面划分成相等的上、

下两部分，上、下部分的结合处完全绝热。上半球温度为450K，发射率为

0.8；下半球温度为350K，发射率为0.6。球面为漫射灰体。试确定上、下两球表面的辐射换热量？ 五、（华电，02）[15分]考察一同心套管式换热器，该换热器的特点是具有均匀

的总传热系数，并在下列条件下工作：

质量流量 比热容 进口温度 出口温度 qm?kg/s? cp?J/kg?K? t'℃ t\℃ 4200 40 95 冷流体 0.125 2100 210 热流体 0.125 求：

热流体出口温度，

换热器的效能是多少，

对于最小的尺寸和重量要求, 换热器应以顺流式还是逆流式工作? 对于这两种流动条件所需的面积比是多少? 六、（华电，02）[10分] 一锅炉省煤器的管子尺寸为外径32mm、壁厚4mm，

管材的导热系数为52W/?m?℃?，若烟气侧的总换热系数（包括对流和辐射）为8W/?m2?℃?，管内水侧换热系数为5012W/m2?℃。试求： （1）计算省煤器的传热系数K（传热面积以管外表面为基准）， （2）分析管壁热阻及两侧换热热阻对传热系数K的影响， （3）长时间运行后传热过程会发生什么变化？

华北电力大学2003年硕士研究生入学考试试题

一、选择和填空（每小题5分，共50分）

1．（华电，03）为了强化换热器的换热效果，应主要降低表面传热系数 小 （大；小）的一侧的热阻。 2．（华电，03）国家标准规定，凡平均温度不高于350℃时导热系数不大于0.12W/?m?K? 的材料称为保温材料。2 3．（华电，03）若炉膛内的火焰温度在1400℃，则炉膛火焰中最大光谱辐射能量所对应的波长约为1.73?m。8 4．（华电，03）在圆筒壁稳态导热问题中, 当内壁温度 小于外壁温度 时, 其壁内温度分布应为下图中的 a ?a；b;c? 。2

5．（华电，03）研究对流换热的一种方法是比拟法，它是指通过研究 热量 传递和 动量 传递之间的共性，以建立表面传热系数与阻力系数相互关系的方法。5 6．（华电，03）蒸气与低于饱和温度的壁面接触时有两种不同的凝结方式，它们分别是 珠状凝结 和 膜状凝结 。7 7．（华电，03）一长圆管被置于方形通道的正中间，如本题附图所示，则角系数

X1,2为

?d4a。9

8．（华电，03）在常温下下列工质的Pr数最小的是 c （a.水； b.空气； c.水银； d.11号润滑油）。 9．（华电，03）一无内热源的无限大平板中的温度分布可以表示成

2t?c1x?c2x?c3的形式，其中c1、c2和c3为已知的常数，导热系数为?。此时刻在x?0的表面处的热流密度为??c2。2

10．（华电，03）自然对流换热的格拉晓夫数Gr表示 b （a.惯性力与粘性力；

b.浮升力与粘性力； c. 浮升力与惯性力）之比的一种度量。6

二、问答题（每小题10分，共60分）

1．（华电，03）一个常物性、无内热源的二维非稳态导热问题，在直角坐标系中利用数值方法进行求解，试列出内部节点的显示格式差分方程??x??y?。

??t2?t1?x??y???t3?t1?y??x???t4?t1?x??y???t5?t1?y??x??c??x??y?dtd?

2．（华电，03）利用遮热板可以减少两个辐射表面之间的辐射量。若保持两侧平板温度不变，所放遮热板的位置对减弱辐射换热量的效果有无影响？若遮热板两侧的发射率（黑度）不同，正向与反向放置对减弱辐射换热量又有无区别？遮热板的温度有无区别？9 答：设如图所示，

（1）与位置无关。

（2）由图知遮热板两侧的发射率不同时，遮热板正向、反向放置时对减弱辐射换热量没有区别。

（3）由于遮热板两面的发射率不同，则两面对辐射热流的热阻不同，所以遮热板的温度有区别。 3．（华电，03）如本题附图中所示放置于大容器内的小容器中的水能否发生沸腾现象？并解释。

答：沸腾换热是在液体内部固液面上形成气泡从 而实现热量由固体传递给液体的现象。由此，其

产生条件是固体表面温度tw高于液体饱和温度

ts，又因为大小容器介质均为水，则小容器沸腾

传热的驱动力?t?0，q?h?t?0，则小容器中的水不能沸腾。 4．（华电，03）试说明Bi数的物理意义，Bi?0和 ?i??各代表什么样的换热条件？有

认为Bi?0代表绝热工况，你是否赞同这一观点，为什么？3 答：（1）Bi?hl?，

l其中，h为表面传热系数，?为物体导热系数，l为物体的特征长度。

Bi数表示物体导热传热热阻与表面换热热阻的比值，即：Bi???hl，

1?h

当Bi?0时，即???，为第三类边界条件； 当Bi??时，即

1h??l1hl??0，导热热阻远小于表面换热热阻，

l???1h，

，此时表面换热热阻远小于导热热阻，

?0?h???，为第一类边界条件；

（2）不赞同，代表绝热工况是不正确的，Bi?0表示边界热阻相对于内部热阻较大，边界上有热流；而绝热工况是边界上没有热流。

5．（华电，03）解释螺旋管、短管和小管径管强化传热的原理。6 答：管内的传热热阻主要集中在边界层处，螺旋管的作用是增加流体在管内扰动，破坏边界层，减薄边界层厚度，螺旋管内的流体在向前运动的过程中连续地改变方向，因此会在横截面上引起二次环流而强化传热。

短管的作用主要是加强入口段效应以强化传热，在入口段流体流速增加，边界层减薄，从而强化传热。

小管径管：相同质量流体通过小管径管的流速大于大管径管，可以减薄边界层厚度，增加表面传热系数，减小表面传热热阻，强化传热。相同质量流体用多根小管径管代替大管径管可以增加比表面积，强化传热。 6．（华电，03）由三个表面组成了一个封闭的系统，其中表面3为重辐射面，画出该系统辐射换热的网络图，注明各热阻的表达式。 答：系统辐射换热的网络图如下所示：

三、计算题（每小题20分，共40分）

1．（华电，03）在考虑一建筑物冬天的采暖设计中，需要确定墙壁的散热情况，已知墙壁的厚度为40cm，墙壁材料的导热系数为0.25W/?m?K?，要求室内的空气温度在18℃，墙壁外侧和内侧的表面传热系数分别为34W/?m2?K?和

8W/m?K?2?，计算下面两种情况下通过墙壁的热流密度为多少？

（1） 在白天，室外空气的平均温度为-5℃，该墙壁外侧实际吸收环境的总辐射能为80W/m2；

（2）在夜晚，室外空气的平均温度为?10℃，天空的有效辐射温度为?30℃，墙壁的发射率为0.85。 2．（华电，03）某220t/h高压锅炉的低温省煤器采用叉排、逆流布置，管子为

25?3mm，横向节距70mm，纵向节距30mm，总的受热面积为570m2，已知烟气的入口温度为384℃，通过省煤器的实际烟气流量为142m3/s，烟气平均流速（最小截面处）为8.5m/s，给水的入口温度为215℃，给水流量为

管材的导热系数为30W/?m?K?，壁面的灰污热阻取0.002?m2?K?，59.6kg/s。

21℃和17℃。已知板的面积是0.3?0.3m2，厚度为15mm，表面发射率（黑度）

为0.25。

（1）假定在冷却过程中任何时刻，板的内部温度均匀，建立一个表示板的温度随时间而变化的关系式。

（2）计算在冷却的最初时刻，表面换热系数 为多少？

（3）计算在冷却的最初时刻，它的冷却速率（K/s）为多少？ 附：（1）铝合金板的密度取2660 kg/m3，比热取871J/?kg?K?； （2）推荐的自然对流换热的实验关联式：Nu?C(GrPr)n，对于符合理想气 体性质的气体，格拉晓夫准则数中的体积膨胀系数??1T，定性温度取边界层的算术平均温度，式中C，n由下表确定： 加热面形流动情况状与位流态 系数C 示意 置 0.59 层流 0.0292 过渡 竖平板或竖圆柱 湍流 0.11 （3）干空气的热物理性质如下： 3t/℃ ?/(kg/m) cp/[kJ/(kg?K)] 100 0.946 1.009 120 0.898 1.009 140 0.854 1.013

系数n 1/4 0.39 1/3 Gr适用范围 104~3×109 3×109~2×1010 >2×1010 3.21 3.34 3.49 ??10/[W/(m?K)] ??10/(m/s) Pr 26223.13 25.45 27.8 0.688 0.686 0.684

华北电力大学2005年硕士研究生入学考试试题

一、选择和填空（每小题5分，共50分）

1．（华电，05）下列物质在常温下导热系数最小的是（ B ）。 (A) 水 (B) 空气 (C) 玻璃 (D) 岩棉板 2．（华电，05）对于等截面的直肋片，沿着肋片的高度方向，肋片横截面上导热的热流量逐渐（ B ）。

(A) 变大 (B) 变小 (C) 不变 (D) 不确定 3．（华电，05）在横掠管束的对流换热中，平均的表面对流换热系数随管排数的增加（在前几排）而（ A ）。

(A) 增加 (B) 不变 (C) 变小 (D) 不确定 4．（华电，05）对于等温线而言，以下不正确的描述是（ A ）。

(A)不同温度的等温线可以相交 (B) 等温线可以封闭 (C) 等温线可以终止于边界 5．（华电，05）工程上主要的辐射性气体包括 二氧化碳 、 水蒸气 、二氧化硫、甲烷、氟里昂和一氧化碳等，气体辐射具有 选择性 和 容积性 的特点。8 6．（华电，05）努塞尔在对纯净蒸气层流膜状凝结换热进行理论分析求解时，忽略了液膜流动过程中的（ C ）。7

(A) 重力 (B) 粘性力 (C) 惯性力 7．（华电，05）附图1中表面1对表面2的角系数X1,2为 0.125 。[已知

X2.A?0.1，X2(1?A)?0.15]

附图1 8．（华电，05）对于粘度很小的液态金属，当进行外掠平板的对流换热时，在同一位置，其流动边界层厚度和温度边界层厚度的关系是（ C ）。 (A)???t （B）???t （C）???t 9．（华电，05）描述黑体辐射能量在空间方向分布规律的是（ B ）。8 (A) 普朗克定律 (B) 兰贝特定律

(C) 维恩位移定律 (D) 斯忒藩—波尔兹曼定律 10．（华电，05）一个可近似认为是漫射灰体的表面，其温度为300K，表面的发射率为0.7， 测得该平板得到的投入辐射为800W/m2，此时该平板的有效辐射为 561.5W/m2。

二、分析和问答题（每小题8分，共40分）

1．（华电，05）一个常物性、含均匀内热源的二维稳态导热问题，在直角坐标系中利用有限差分的数值方法进行求解，试列出任意内部节点的差分方程

??x??y?。

?t2?t1?x?y??t3?t1?y?x??t4?t1?x?y??t5?t1?y??x???x?y?0

2．（华电，05）什么是黑体、灰体？它们和黑颜色物体、灰颜色物体有何区别？ 答：发射率为1的物体为黑体；

光谱吸收比与波长无关的物体称为灰体；

黑色的物体是物体吸收了可见光中所有的波长的光； 灰颜色的物体是物体吸收了可见光中此波段的光。 3．（华电，05）画出大容器饱和沸腾曲线，并注明各个区域的名称，解释临界热流密度的概念。 q?10?W/m?

?52在核态沸腾与过渡沸腾区段，热流密度q随温差增大而增大，而在两区段过渡时，达到的最大热流密度qmax，称为临界热流密度。

4．（华电，05）试说明Bi数的物理意义，Bi?0和 ?i??各代表什么样的换热条件？有人认为Bi?0代表绝热工况，你是否赞同这一观点，为什么？ 答：Bi数是物体内外热阻之比的相对值，

Bi?0说明传热热阻主要在边界上，内部温度趋于均匀，可以用集总参数法进行分析求解；

?i??说明传热热阻主要在内部，可以近似认为壁面温度就是流体温度； Bi?0代表绝热工况是不正确的，Bi?0表示边界热阻相对于内部热阻较

大，边界上有热流；而绝热工况是边界上没有热流。

5．（华电，05）影响自然对流换热的因素有哪些？大空间和有限空间的自然对流换热是如何划分的？7 答：影响自然对流换热的因素有：流体流动起因；流体有无相变；流体流动状态；换热表面的几何因素；流体的物理性质。

所谓无限大空间是指边界层可以自由生长的空间；而有限空间是指边界层相互干扰的空间。

三、计算题（每小题15分，共60分）

1．（华电，05）一厚为10cm的金属大平板，一侧绝热，另一侧暴露于温度为30℃的空气中，表面与空气之间的表面传热系数为450 W/(m2?K)，通电后平板内相当于有0.3?10 W/m的均匀内热源，平板的导热系数为18 W/(m?K)。 （1）写出描述该问题的数学描述（导热微分方程和边界条件）； 解：该问题导热微分方程和边界条件

??2?t????02???x?dt??x?0，?0dx?dt?x??，???h(t?tf)?dx??

63

（2）确定平板中的最高温度及其位置。

??解：由导热微分方程和边界条件解得温度分布为：t?所

t??2???大

2?x2????h?tf

以

?当

2x?0?2时

?tf?温度

6取

?0.1?2得最

6值，即

℃8 0：

?2????x????h0.3?102?180.3?10?0.1450?30?12．（华电，05）有一暖水瓶胆，可近似看成直径为100mm，高为260mm的圆柱体，瓶胆夹层（很薄）抽成真空，其表面发射率（黑度）均为0.05，盛满开水的初始瞬间，夹层两壁温度可近似取为100℃ 和20℃。 （1）试求此时通过瓶胆散热的热流量？

其中：A1?A2，?1??2

44

EbiEbo?273?ti??273?100?2??o????5.67????1097.535W/m

100???100??273?to??273?20?2??o????5.67????417.882W/m

?100??100?44

??Ebi?Ebo1??1A1?1?1X1,2A1?1??2A2?2（1097.535?417.882）???0.1?0.26??1.423W1?0.052??10.05

（2）计算此时暖瓶内水温的平均下降速度?℃/s?？[水的物性参数见附录。] 由能量平衡方程：

???cVdtd?得到：dtd????cV?1.423958.4?4220???0.142?1.72?10?0.26?4℃/s

3．（华电，05）要选择一台采用逆流布置的管壳式水—水换热器，要求的条件是：管内为热水，进出口温度分别为t1??100?C和t1??80?C；管外为冷水，进出口温度分别为 t2??20?C和 t2??70?C；总换热量为350kW。

（1）若近似选定的换热器总传热系数为1100W/?m2?K?，计算换热器的面积应不小于多少？

⑴ 管内热水的进出口温度为：t1??100℃，t1???80℃

??20℃，t2???70℃ 管外冷水的进出口温度为：t2对数平均温差为：?tm?由式??KA?tm 解得：A??K?tm?350?103?tmax??tminln?tmax?tmin?60?30ln6030?43.29℃

1100?43.29?7.35m2

（2）满足该换热条件下，要求的热水质量流量为多少？[水的物性参数见附录] 定性温度为：?t???t1??t12?100?802?90℃

由能量平衡方程：

??t1??? ??q1c1?t1得： q1?????c1?t1??t1?350?1034208??100?80??4.16kg/s

4．（华电，05）在上一计算题中，若换热器内的管束采用的是内径16mm、壁厚

为1mm的钢管，管子的总数为53根。

（1）计算管内的表面传热系数为多少？[若没有求出上题的结果，可假定热水流量为5kg/s，推荐的实验关联式及流体的物性参数见附录。] 解：由题知：d?0.016m，??0.001m 热水的流速为：

u?q142?n?d?4.16965.3?53?43.14?0.0162?0.405m/s

?6定性温度为：?t?Re?ud??t1??t1??20.405?0.0160.326?10?6?100?8024?90℃，??0.326?10?104m/s2

?1.986?10

所以处于湍流

??qmcp?t??qVcp?t?992.2?0.63600?4174??65?15??34512.02W

⑵ 特征长度为流速为：u?Re?udld?50.032?166.67?60

2qV4??3600?d0.2359?0.030.659?100.8?6?0.63600?43.14?0.034?0.2359m/s

?1.074?10?104所以处于湍流

Nu?0.023Reh?Nu?d??hA

Pr0.4?0.023??1.074?1040.8??4.310.4?69.23

69.23?0.6350.03?65??1465.35W/m?K34512.02?2?

tw?t2?1465.35?3.14?0.03?5?115℃

3．（华电，07）两个相互平行且正对着的正方形平面被放置到了一个便面很大的房间，平面的边长0.4m、且相距0.4m。两平面的温度分别为t1?500℃，t2?200℃，两平面的背面绝热，房间墙壁的温度为t3?20℃。画出下面两种情况下两表面之间辐射换热的网络图，并计算表面1的净辐射换热量。[已知两表面间的角系数X1,2?X2,1?0.2]

?1?X1，?0.8 ?X1，?1 则 X1，解：因为 X1，3223?0.8 同理，X2，3⑴ 两表面均为黑体材料；

计算各热阻：

1A1X1,21A1X1,3?10.4?0.4?0.210.4?0.4?0.8?31.25m?2

??7.81m?2

Eb1Eb2?t?273??500?273?32?C0?1?5.67?????6.11?10W/m100?100????t?273??200?273?32?C0?2?5.67?????2.84?10W/m100?100????t?273??20?273?2?C0?3??5.67????417.8W/m?100??100?444444J3?Eb3

?1??1，??1，?23Eb1?Eb2E?Eb3?b1?833.46W11X1,2A1X1,3A1

⑵ 两平面均为发射率?1??2?0.6的漫射灰体材料。

计算各热阻：

1A1X1,21A1X1,31??1A1?11??2A2?2?10.4?0.4?0.210.4?0.4?0.81?0.60.4?0.4?0.61?0.60.4?0.4?0.6?31.25m?2

??7.81m?2???4.17m?4.17m?2?2?1??1，??1，23?Eb1?Eb2Eb1?Eb3??557.73W11??11??211??1???X1,2A1A1?1A2?2X1,3A1A1?1

华北电力大学2008年硕士研究生入学考试试题

一、选择和填空题（每小题4分，共40分）

1．（华电，08）对于描述温度场的等温线而言，以下正确的是（C）2 （A） 不同温度的等温线可以相交 （B）等温线不可以封闭 （C）可以终止于边界 2．（华电，08）冬天，在室外放置时间很长的两个物体，一个为金属材料，一个为木质材料，两物体形状、大小相同，但手摸上去感觉的冷热程度不一样，这主要是由于 （A）2

（A）两种材料的导热系数不同 （B）两种材料的密度不同 （C）两种材料的温度实际不同 3．（华电，08）一无内热源的无限大平板中的温度分布可以表示成

2t?c1x?c2x?c3的形式，其中c1、c2和c3为已知的常数，导热系数为?。此时刻在x?0的表面处的热流密度为(??c2)W/m2 4．（华电，08）下面关于实际物体热辐射特性的标书中，正确的是（C） （A）光谱吸收比等于常数 （B）光谱发射率等于常数 （C）定向辐射强度与空间方向有关 5．（华电，08）测得炉膛火焰温度为1227℃，从炉膛的观火孔中透出的最大光谱辐射能量所对应的波长约为（(1.933)?m 6．（华电，08）在室内一根未保温的钢管内通入100℃的饱和水蒸气，用来加热室内空气，如果要强化传热效果，下面方法中那一种最有效（B） （A）采用内螺纹管 （B）在管外安装肋片 （C）改用铜管 7．（华电，08）某厂锅炉正常运行时，采用裸露的热电偶测量省煤器入口区域的烟气温度，如果测量系统工作正常，稳定后，测得的烟气温度（A）2

（A）小于烟气实际温度 （B）大于烟气实际温度 （C）等于烟气实际温度 8．（华电，08）水流过一个125℃的恒温水平壁面，已经测出某处壁面法线方向

3?y?y?，y为离开壁面法向距离，?的水流温度分布为t?125?50??8??0.0012.7?10??单位m。如果水的主流温度为25℃，水的导热系数取0.643W/?m?K?，则此

处的表面换热系数为（321.5）W/?m2?K?。 9．（华电，08）对于粘度很大的油，当进行外掠平板的对流换热时，在同一位置，其流动边界层厚度?和温度边界层厚度?t的关系是（B） （A）???t (B) ???t (C) ???t

10．（华电，08）格拉晓夫数Gr的数值增大，表示（B）

（Ａ） 惯性力的作用相对增大 （B）浮升力的作用相对增大 （C）粘滞力的作用相对增大

二、简答题（每小题7分，共35分）

1．（华电，08）你是否做过测量材料导热系数的实验？若做过，简述其实验基本原理，若没有做过，自己设计一个测量材料导热系数的实验系统。6 答：做过测量材料导热系数的实验。

原理：将被测量的元件做成厚度为?，半径为R的圆片，其中R???。 将实验元件放在接触紧凑的两温度不同的被加热的平板之间，由于R???可以认为只有在厚度方向的传热。测量出其换热量?及两平板的温度t1和t2，由公式：

??t1?t2??A?t1?t24?可以得出??4???t1?t2??R2

??R22．（华电，08）相对于静止蒸汽的膜状凝结过程，蒸汽的流动对其膜状凝结有何影响，并简单解释。 答：⑴ 当蒸汽以一定的流速流动时，可以冲刷液膜层使液膜层减薄，强化蒸汽的凝结换热。 ⑵ 当蒸汽的流动方向与液膜层的流动方向一致时，蒸汽的流动可以拉伸液膜层，使液膜层减薄，强化蒸汽的凝结换热。 ⑶ 当蒸汽的流动方向与液膜层的流动方向相反时，蒸汽的流动可以减缓液膜层的下流增加液膜层的厚度，消弱了蒸汽的凝结换热。 3．（华电，08）对于表面的辐射性质，什么样的表面属于漫射表面？什么样的表面属于灰表面? 答：⑴ 符合兰贝特定律的表面是漫射表面，即：单位时间物体单位可见面积向半球空间的单位立体角发射出去的辐射能为定值。定向辐射强度在半球空间各个方向的辐射相等，即：定向辐射强度与方向无关。 ⑵ 光谱吸收比与波长无关的物体称为灰体，即：????=常数。工程上的物体一般都低于2000K，此时，物体的光谱吸收比不随波长而变化，可以认为是灰体表面。 4．（华电，08）夏天，从冰箱拿出来的一个长圆柱形冰块悬吊在室内，过一段时间后，其上部和下部相比，那个地方溶化的更快？并解释。6 答：上部溶化更快些。 ⑴ 如图2所示，在长圆柱的顶部的自然对流换热系数最大。 ⑵ 由于冷空气下沉作用，使得在下部的换热温差下降。 ⑶ 在下部形成液膜层，增大换热热阻。 图2 5．（华电，08）主要的辐射性气体有哪些？气体辐射有何特点?8

答：主要的辐射性气体有：臭氧、二氧化碳、水蒸气、二氧化碳、甲烷、氯氟烃和含氢氯氟烃（氟里昂）等三原子、多原子以及结构不对称的双原子气体(一氧化碳)。

气体的辐射特性： ⑴ 气体辐射对波长具有选择性；

⑵ 气体辐射是在整个容器中进行的，与容器的形状有关； ⑶ 不同气体的辐射和吸收本领不同。 三、（华电，08）（15分）厚度为2?的无限大平板，材料的导热系数为?，初始???0?时内部温度均匀为t0，然后将其放置于介质温度为t?的流体中进行冷却，流体是流动的，故可以流体的温度不变，两侧表面与流体之间的表面传热系数为h。试定性画出下面几种情况下平壁内温度随时间变化情况（含初始、最终和两个中间时刻的温度分布即可）。

（1）平壁的厚度2?等于0.1m，材料的导热系数为?等于50W/?m?K?，表面传热系数为h等于10W/?m2?K?。 解：Bi?h?10?0.05?501线：??0，初始时刻；2线，3线为中间时刻；4线为最终时刻。

??0.01?0.1,符合集中参数法，内部热阻可忽略。

（2）平壁的厚度2?等于0.1m，材料的导热系数为?等于0.1W/?m?K?，表面传热系数为h等于5000W/?m2?K?。 解：Bi?h?

?0.11线：??0，初始时刻；2线，3线为中间时刻；4线为最终时刻。

?5000?0.05?2500，此种情况表示内部热阻远远大于外部热阻，

四、（25分（华电，08））厂房内有一外径为140mm蒸汽管道，其外部敷设有厚度为30mm的保温材料，保温层内侧壁温为350℃，保温层外侧壁温为50℃，保温材料的导热系数为0.1W/?m?K?：6 1．试计算该蒸汽管道单位长度上的导热量。 解：d1?0.14m,d2?0.14?2?0.03?0.20m， 该蒸汽管道单位长度上的导热量为：

??ln?td2d1?350?500.142?3.14?0.1ln0.2?528.21Wm

2．若室外空气温度为10℃，空气以3m/s的速度横向吹过该管道，试计算单位长度上外侧的对流散热量。

?tm?tw?tf2?50?102?62???30?C2，以此为定性温度；查得：

?2Pr?0.701,??16?10Re?ud2m/s,??2.67?104Wm?K,Cp?1005Jkg?K

，

流动处于湍流区，C?0.193,n?0.618，

11??3?0.216?10?6?3.75?10?104Nu?CRePrh?Nu?d2?n3?0.193?(3.75?10)?240.618?0.70123?115.048，

115.048?2.67?100.20?15.36Wm?k，

3．上面计算的对流散热量与导热量是否相等？为什么？

答：???，即对流换热量与导热量不相等，因为存在辐射换热，对流换热系数接近于自然对流换热范围，所以辐射换热的影响不能忽略。

附注：空气横掠圆管对流换热实验关联式为Nu?CRenPr13

式中：C及n的值见表1，定性温度为?tw?t??/2，特征长度为管外径，特征速度为来流速度。空气的物性参数见表2。 表1

h?15.36??h?d?t?15.36?3.14?0.20?(50?10)?385.84Wm

0.4~4 4~40 40~4000 4000~40000 40000~4000000

表2 t ℃ Re 0.989 0.911 0.683 0.193 0.0266

2C0.330 0.335 0.466 0.618 0.805

6n

? 3cpkg/m kJ/?kg?K? 6??10 a?10 W/?m?K?m2/s v?102 m/s Pr 10 1.247 1.005 2.51 20.0 14.16 0.705 20 1.205 1.005 2.59 21.4 15.06 0.703 30 1.165 1.005 2.67 22.9 16.00 0.701 40 1.128 1.005 2.76 24.3 16.96 0.699 50 1.093 1.005 2.83 25.7 17.95 0.698 五、(15分)如图1所示直径为0.2m的半球形几何体，半球表面3是绝热的，底面被一直径分为两个部分。已知表面1温度为500K，表面2温度为300K，表面1与表面2的发射率分别为0.3和0.7。

1．画出三个表面辐射换热网络图，并标出各个热阻的表达式。 2．计算表面1的净辐射热损失 3．计算表面3的温度。

答：1．如图所示

2． ?1，?2

??500?4?300?4?5.67????????100100?????????1?0.31?21?0.7 ???1?1?1222?0.2??0.31??0.2??0.2??0.7424242=10.17 WEb1?Eb21??1A1?1?1X1,3A1?1X2,3A2?1??2A2?2

所以表面1的净辐射热损失为10.17W

3．因为表面1和表面3的换热量等于表面1和表面3的换热量，即

?1??1，?10.17W2?1，??1，32

1??1，2Eb1?Eb31??1A?1?X1,3A1

????

?1??11?Eb3?Eb1??1，??2?A?X1,3A11?4????1?0.31?500?? ?=5.67????10.17???1?1??2?100???0.2??0.31??0.2??242??4=1384.5W/m2

4T3?Eb3??1384.55.67?10?8=380.67 K

图1

六、（20分）某锅炉中装有一立式管式空气预热器，烟气纵向冲刷管内流动，空气横向冲刷管外流动。已知烟气的流动为35kg/s，设计情况下，入口温度为

，出口温度为120℃表面换热系数为80W/?m2?K?，烟气的比热取1200J/?kg?K?。空气的流量为30kg/s，入口温度为30℃，表面换热系数为

250℃

70W/mK?2??，空气的比热取1000J/?kg?K?。预热器漏风、管壁的厚度及热阻

可忽略不计，空预器的温压修正系数取0.9。10 1．计算热空气的出口温度

2．计算该预热器的总传热系数。 3．计算该预热器的面积

4．锅炉运行一段时间后，由于积灰，上述工况下（烟气和空气的流量、入口温度、物性都不变）出口烟温升高了10℃，试计算灰污热阻。10 答：1．由能量平衡：qm1c1?t1?qm2c2?t2 下标1代表烟气参数，下标2代表空气参数

?t2?qm1c1?t1qm2c2?35?1200??250?12030?1000??182℃

????t2?t2??212℃ t22．该空气预热器的总传热系数为：

k?11h1?1h2?1180?17090?38ln9038?37.33W/m?K?2?

3．对数平均温差为：

?tm?0.9??tmax??tminln?tmax?tmin?0.9??54.28℃

由能量守恒定律：

kA?tm?qm1c1?t1?qm2c2?t2所以：A?qm1c1?t1k?tm?35?1200??250?12037.33?54.28

??2694.6m

2???130??30℃ 4．由题知：t1??250℃ t2℃ t2qm1c1?t1?qm2c2?t2所以：?t2?qm1c1?t1qm2c2?35?1200??250?13030?1000100?52ln10052

??168℃

????t2?t2??3?168?198℃ t2?tm?0.9??tmax??tminln?tmax?tmin?0.9??66.07℃

k?A?tm?qm1c1?t1?qm2c2?t2k??Rf?qm1c1?t1A?tm1k??1k??35?1200??250?1302694.6?66.07128.31?137.33

??28.31W/m?K2?2?

?0.0085m?K/W??

一、 选择和填空题

1. 常温（20℃）下，水的导热系数【W/(m·K)】在下列那个范围 （A）0.01～0.1; (B)0.1～1; (C)1～10; (D)10～100（第一章 2. 如果70℃以上的水滴到皮肤上很容易就被烫伤，但若是同样温度水蒸气的话，烫伤的可能性就大大降低，这主要是由于（）。 （A）水和水蒸气比热的差别； （B）水和水蒸气密度的差别； （C）水和水蒸气导热系数的差别（第一章

3. 怒塞尔在对纯净蒸汽层流膜状凝结换热进行理论分析求解时，忽略了液膜流动过程中的（）

（A）重力 （B）粘性力 （C）惯性力（第七章

4.对于大容器的沸腾换热，临界热流密度是指下面那种情况下对应的热流密度？（）

（A）自然对流与核态沸腾的转折点； （B）核态沸腾与过渡沸腾的转折点； （C）过渡沸腾与稳态膜态沸腾的转折点（第七章 5.黑体的有效辐射＿其本身辐射，而灰体的有效辐射＿其本身辐射。 （A）大于，大于； （B）大于，等于； （C）等于，等于； （D）等于，大于（第八章

6.在横掠管束的对流换热中，平均的表面换热系数随管排数的增加（在前几排）而（）。

（A）增加； （B）不变； （C）变小； （D）不确定（第六章 7.有一用烟气加热水的换热器，为了强化其传热效果，要把助片加在哪侧？（）第十章

（A）烟气侧； （B）水侧； （C）高温流体侧； (D)低温流体侧

8.描述黑辐射能量在空间方向分布规律的是（）。

（A）普朗克定律； （B）兰贝特定律； （C）维恩位移定律； （D）玻尔兹曼定律（第八章 二、 简答题

1.采用助片是增加散热的一个重要方式，通常采用助效率表征助片散热的有效程度，助效率是如何定义的？助效率是否越大越好？第二章 2.试简要说明对导热问题进行有限差分数值求解计算的基本思想与步骤。第四章

3.对流换热问题完整的数学描述应包括那些内容（只需要用文字描述即可）？既然大多数实际对流换热问题无法求得理论解，那么建立对流换热问题的数学描述有何意义？第五章

4.管内湍流强制对流换热时，Nu数与Re数和Pr数有关。试以电加热方式加热管内水的强制对流换热为例，说明在实验过程中应测定那些物理量。第五章

5.用传热学的观点解释大气温度效应。第八章

三、一块厚度为?的无限大平板，初始情况下其内部温度均匀且等于周围的环境空气温度t，现突然对一侧进行电加热，电热器具有

?恒定的热流密度q ?Wm2?，另一侧仍暴露在空气中，假定平板的物性

参数为常数。（1）试示意性画出平壁内温度随时间变化情况（含初始、最终和两个中间时刻的温度分布曲线即可）：（2）写出该问题的数学描述。第二章

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