传热试卷 - 图文

一、判断题

1、对常物性、无内热源的稳态导热问题判断是否一维应从边界条件考虑，而不能仅从几何角度。（√）

2、由导热微分方程可知，非稳态导热只与热扩散率有关，而与导热系数无关。（×）

3、同名准则数相等，两种现象必相似。（×）

4、边界层内不仅速度变化最剧烈，温度变化也最剧烈。（√） 5、空气或蒸汽在横掠管束时，沿流动方向管排数越多，换热越强。（×）

6、善于发射的物体也必善于吸收，即物体辐射力越大，其吸收比也越大。（×）

7、角系数是个纯几何因子。（×）

8、黑体表面与重辐射面具有相同的性质。（×）

9、对于壳管式换热器，应将黏性大的流体放在管外，这样可以使管外侧表面传热系数增加。（√）

10、强化传热的原则是分析传热过程中各个环节，抓住其中的的主要矛盾及热阻大的一侧进行强化。（√）

二、论述题

1、导热微分方程及定解条件构成了一个具体导热问题的完整的数学描写。那么，导热问题的常见边界条件有哪些？

答：○1、规定了边界上温度值的第一类边界条件，对于非稳态导热，这类边界条件要求：时， ；○2、规定了边界上热流密度值的第二类边界条件，对于非稳态导热，这类边界条件要求：时，；○3、规定了边界上物体与周围流体间的表面传热系数h 及周围流体的温度tf 的第三类边界条件，以物体被冷却的场合为例，该边界条件可表示为：，该式无论对固体被加热还是被冷却都适用。

2、蒸汽中含有不可凝结的气体，如空气，即使含量极微，也会对凝结传热产生十分有害的影响。请对此现象进行分析。

答：在靠近液膜表面的蒸气侧，随着蒸气的凝结，蒸气分压力减小而不凝结气体的分压力增大。蒸气在抵达液膜表面进行凝结前，必须以扩散方式穿过聚集在界面附近的不凝结气体层。因此，不凝结气体层的存在增加了传递过程的阻力。同时蒸气分压力的下降，使相应的饱和温度下降，减小了凝结的动力，也使凝结过程削弱。因此，在冷凝器的工作中，排除不凝结气体成为保证设计能力的重要关键。 3、如图所示，结合该图指出板的自身辐射、对板的投入辐射、板的反射辐射、板的有效辐射、和板的辐射传热量。

答：板的自身辐射为： ;

对板的投入辐射为：G1 ； 板的反射辐射为： ； 板的有效辐射为：； 板的辐射传热量： 。

4、什么是换热器？换热器分类及其各自特点？

答：用来使热量从热流体传递到冷流体，以满足规定的工艺要求的装置统称为换热器或热交换设备。

按换热器操作过程可将其分为间壁式、混合式及蓄热式。在间壁式换热器中，冷、热流体由壁面间隔开来而分别位于壁面的两侧。在混合式换热器中，冷热两种流体通过直接接触、互相混合来实现换热，火力发电站中的冷却塔、化工厂中的洗涤塔等属于这一类，这种换热器在应用上常受到冷热两种流体不能混合的限制。蓄冷式换热器为冷、热两种流体依次交替的流过同一换热表面而实现热量交换的设备，在这种换热器中，固体壁面除了换热以外还起到蓄热的作用：高温流体流过时，固体壁面吸收并积蓄热量，然后释放给接着流过的低温流体，这种换热器的热量传递过程是非稳态的。

按表面的紧凑程度可分为紧凑式换热器和非紧凑式换热器。当 或者 时，称为紧凑式换热器。当 或者 时，由于水流直径的减小，导致Re数减小，通道内的流动一般为层流，称为紧凑式换热器；当 或者 时,属于微型换热器。

5、人们大都有这样的经历，对于相同的室温，夏天在该室温的房间内可能人觉得热，而冬天在这样的房间里却还有冷的感觉，试指出人

体与环境之间的热交换包括哪些方面，并解释说明这是什么原因。 答：人体与环境之间的热交换包括人体与室内空气间的对流、人体与四周冷物体（以墙面为代表）的辐射传热以及与地板间的导热。在不考虑人体与地板间导热的情况下（仅占总散热量的百分之几），比较夏天和冬天人体的散热量，由式子￠=hA（）+εAσ(-)可知，其中人体衣着与表面温度均为，室温均为，但不同的是墙面的壁面温度，即夏天的远大于冬天，最终大致能得到，同一室温下，冬天人体的散热量是夏天的三倍多。所以，冬天会觉得冷，而夏天会觉得热。

6、画出大容器饱和沸腾曲线，指出临界热流密度，并解释其意义。 答：曲线如下：

其中的热流密度的峰值即为临界热流密度。可从热流密度可控与加热壁温可控考虑临界热流密度意义。①对于依靠热流密度来改变工况的加热设备以及冷却水加热的核反应堆，一旦热流密度超过峰值，工况将沿过点的虚线跳至稳定膜态沸腾线，Δt将猛升至近1000℃，可能导致设备烧毁，所以必须严格监视并控制热流密度，确保在安全工作

范围内。②对于蒸发冷凝器等壁温可控的设备，这种监视也是重要的。因为一旦q超过转折点之值，就可能导致膜态沸腾，在相同的壁温下是穿热量大大减小。 三、计算题

1、初温为25℃的热电偶被置于温度为250℃的气流中。设热电偶热接点可近似看成球形，要使其时间常数?c=1s，问热接点的直径应为多大？忽略热电偶引线的影响，且热接点与气流间的表面传热系数为300W/(

m2·k)，热接点材料的物性：λ=20W/(m·k),ρ

=8500kg/m3,c=400J/(kg·k).如果气流与热接点间存在辐射换热，且保持热电偶时间常数不变，则对所需热接点直径之值有何影响？ 解：由于热电偶的直径很小，一般满足集总参数法的条件，时间常数

?cv?为c=

hAR?5故V/A==?ch/?c=1×300/（8500×400）=8.82×10 m

3故热电偶的直径为

?5D=2R=2×3×8×10=5.29×10?4=0.529mm

验证Bi数是否满足集总参数法

Biv?h(V/A)?300?8.82?10?5??0.0013??0.033320

故满足集总参数法条件。

若热接点与气流间存在辐射换热，则总表面传热系数h（包括对

流和辐射）增加，有?c=热接点直径增加。

?cvhA知，保持?c不变时，可使V/A增加，即

2、水以2kg/s的质量流量流过直径为40mm，长为4m的圆管，e壁温度保持在90℃，水的进口温度为30℃。求水的出口温度和管子对水的散热量。水的物性按40℃的水查取。不考虑由温差引起的修正。 解：本题属于水在管内的强制对流换热。40℃水的物性参数如下 λ=0.635W/(m·k)，cp?4174J/(kg?k)，η=653.3×10?6Pa·s，Pr=4.31 则Re=

4qm????4?244?9.745?10?10

??0.04?653.3?10?6属旺盛湍流。考虑到水被加热，取公式

Nu?0.023Re0.8Pr0.4?0.023?(9.745?104)0.8?(4.31)0.4?404.1

h?Nu?404.1?0.653??6597.6W/(m2?k) d0.04由题意，l/d?4/0.04?100?60，cl?1，且不考虑温差修正 由上题结论可知，出口温差为

t''f?tw?(tw?t'f)exp(??90?(90?30)exp(?hPl)qmcp2?4174)

??0.04?6597.6?4=49.7℃

管子对水的散热量

Φ=qmcp(t

''f?t'f)?2?4174?(49.7?30)?1.64?105W

3、已知：一厚200㎜的炉墙上有一直径为200㎜的孔，孔的圆柱形表面绝热，炉内温度为1400℃，室温为30℃。 求：当孔的盖板被移去时，室内物体所得

到的净辐射热量。 解：x1,2?0.165 x1,3?0.835

R1?11??1932A1x1,20.785?0.2?0.165

R2?R1?11??38.14A1x1,30.785?0.22?0.835

11111?????0.01829?RR1R2?R319338.14?2 R??54.67

44Eb1?Eb25.67??16.73?3.03?444188?477.9?????8116W?R54.6754.67

4、对一台冷油器进行传热试验测得下列参数：进口油温t1’=49.9错误！未找到引用源。，进水口温度t2’=21.4错误！未找到引用源。。出口油温t1’’=44.6错误！未找到引用源。，出口水温t2’’=24错误！未找到引用源。；水的质量流量qm=21.5*10^3kg/h;传热面积：A=2.85 m2。冷、热流体的流动方向相反。使计算该工况下冷油器的平均温差。 解：

据题意，油和水的温度沿程变化如图10-29中的实线所示。此时有，

错误！未找到引用源。=49.9错误！未找到引用源。-24错误！未找到引用源。=25.9错误！未找到引用源。

错误！未找到引用源。=44.6错误！未找到引用源。-21.4错误！未找到引用源。=23.2错误！未找到引用源。

错误！未找到引用源。=错误！未找到引用源。

=1.116<2

所以可以采用算数平均温差。 计算：

错误！未找到引用源。=错误！未找到引用源。

=错误！未找到引用源。=24.6错误！未找到引用源。

图见传热教材P482，例题10-3

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