传热学例题1-6

1-2理发吹风器的结构示意图如附图所示，风道的流通面积

A2?60cm2，进入吹风器的空气压力p?100kPa，温度t1?25℃。要求

吹风器出口的空气温度t2?47℃，试确定流过吹风器的空气的质量流量以及吹风器出口的空气平均速度。电加热器的功率为1500W。 解：

1-10 一炉子的炉墙厚13cm，总面积为20m2，平均导热系数为1.04w/m.k，内外壁温分别是520℃及50℃。试计算通过炉墙的热损失。如果所燃用的煤的发热量是2.09×104kJ/kg，问每天因热损失要用掉多少千克煤？ 解：根据傅利叶公式

Q??A?t1.04?20?(520?50)??75.2KW?0.13

每天用煤

24?3600?75.2?310.9Kg/d 2.09?104

1-11 夏天，阳光照耀在一厚度为40mm的用层压板制成的木门外表面上，用热流计测得木门内表面热流密度为15W/m2。外变面温度为40℃，内表面温度为30℃。试估算此木门在厚度方向上的导热系数。 解：

q???t?，

??q?15?0.04??0.06W/(m.K)?t40?30

1-12 在一次测定空气横向流过单根圆管的对流换热实验中，得到下列数据：管壁平均温度tw=69℃，空气温度

1-2理发吹风器的结构示意图如附图所示，风道的流通面积

A2?60cm2，进入吹风器的空气压力p?100kPa，温度t1?25℃。要求

吹风器出口的空气温度t2?47℃，试确定流过吹风器的空气的质量流量以及吹风器出口的空气平均速度。电加热器的功率为1500W。 解：

1-10 一炉子的炉墙厚13cm，总面积为20m2，平均导热系数为1.04w/m.k，内外壁温分别是520℃及50℃。试计算通过炉墙的热损失。如果所燃用的煤的发热量是2.09×104kJ/kg，问每天因热损失要用掉多少千克煤？ 解：根据傅利叶公式

Q??A?t1.04?20?(520?50)??75.2KW?0.13

每天用煤

24?3600?75.2?310.9Kg/d 2.09?104

1-11 夏天，阳光照耀在一厚度为40mm的用层压板制成的木门外表面上，用热流计测得木门内表面热流密度为15W/m2。外变面温度为40℃，内表面温度为30℃。试估算此木门在厚度方向上的导热系数。 解：

q???t?，

??q?15?0.04??0.06W/(m.K)?t40?30

1-12 在一次测定空气横向流过单根圆管的对流换热实验中，得到下列数据：管壁平均温度tw=69℃，空气温度

1-2理发吹风器的结构示意图如附图所示，风道的流通面积

A2?60cm2，进入吹风器的空气压力p?100kPa，温度t1?25℃。要求

吹风器出口的空气温度t2?47℃，试确定流过吹风器的空气的质量流量以及吹风器出口的空气平均速度。电加热器的功率为1500W。 解：

1-10 一炉子的炉墙厚13cm，总面积为20m2，平均导热系数为1.04w/m.k，内外壁温分别是520℃及50℃。试计算通过炉墙的热损失。如果所燃用的煤的发热量是2.09×104kJ/kg，问每天因热损失要用掉多少千克煤？ 解：根据傅利叶公式

Q??A?t1.04?20?(520?50)??75.2KW?0.13

每天用煤

24?3600?75.2?310.9Kg/d 2.09?104

1-11 夏天，阳光照耀在一厚度为40mm的用层压板制成的木门外表面上，用热流计测得木门内表面热流密度为15W/m2。外变面温度为40℃，内表面温度为30℃。试估算此木门在厚度方向上的导热系数。 解：

q???t?，

??q?15?0.04??0.06W/(m.K)?t40?30

1-12 在一次测定空气横向流过单根圆管的对流换热实验中，得到下列数据：管壁平均温度tw=69℃，空气温度

绪论：

思考题：（课本）

6．冬夏室内温度相同，穿衣不同

人对冷暖的感觉主要取决于散热量的大小。 （1） 冬季和夏季的最大区别是室外温度的不同。

（2） 因此在室内温度相同的情况下，冬季和夏季墙壁内表面温度

不同，夏季高而冬季低。因此人体在冬季通过与墙壁的辐射换热的散热量比夏季要大得多。

（3） 因此冬季要穿厚一些的绒衣，增大导热热阻，来减少散热。 9．暖水瓶

热水——内层内侧：对流换热

内层内侧——内层外侧：导热 内层外侧——外层内侧：热辐射 外层内侧——外层外侧：导热 外层外侧——空气：对流换热

保温措施：a .夹层抽真空，消除对流换热； b.夹层内两侧镀银，减少辐射换热。 第二章 补充题：

例1：用一平底壶烧开水，壶底与水接触面的温度为111oC，通过壶底的热流密度为42400W/m2，如在壶底结一层水垢厚3mm，

??1W/m??C，此时水垢层与水接触面上的温度和通过的热流密度均

不变，计算：

（1） 水垢层与壶底接触面上的温度； （2） 单位面积上的导热热阻。 解（1）

q?42400w/m,tw2?111?C,??3mm?3?10m,??1w/m??Cq?tw1?tw22?3??????3?101?3

tw1?q??tw2?4240

1-2理发吹风器的结构示意图如附图所示，风道的流通面积

A2?60cm2，进入吹风器的空气压力p?100kPa，温度t1?25℃。要求

吹风器出口的空气温度t2?47℃，试确定流过吹风器的空气的质量流量以及吹风器出口的空气平均速度。电加热器的功率为1500W。 解：

1-10 一炉子的炉墙厚13cm，总面积为20m2，平均导热系数为1.04w/m.k，内外壁温分别是520℃及50℃。试计算通过炉墙的热损失。如果所燃用的煤的发热量是2.09×104kJ/kg，问每天因热损失要用掉多少千克煤？ 解：根据傅利叶公式

Q??A?t1.04?20?(520?50)??75.2KW?0.13

每天用煤

24?3600?75.2?310.9Kg/d 2.09?104

1-11 夏天，阳光照耀在一厚度为40mm的用层压板制成的木门外表面上，用热流计测得木门内表面热流密度为15W/m2。外变面温度为40℃，内表面温度为30℃。试估算此木门在厚度方向上的导热系数。 解：

q???t?，

??q?15?0.04??0.06W/(m.K)?t40?30

1-12 在一次测定空气横向流过单根圆管的对流换热实验中，得到下列数据：管壁平均温度tw=69℃，空气温度

第六章 凝结与沸腾换热

1 、重点内容：

① 凝结与沸腾换热机理及其特点；

② 膜状凝结换热分析解及实验关联式； ③ 大容器饱和核态沸腾及临界热流密度。

2 、掌握内容：掌握影响凝结与沸腾换热的因素。

3 、了解内容：了解强化凝结与沸腾换热的措施及发展现状、动态。

蒸汽遇冷凝结，液体受热沸腾属对流换热。其特点是：伴随有相变的对流换热。工程中广泛应用的是：冷凝器及蒸发器、再沸器、水冷壁等。

6-1 凝结换热现象

一、基本概念 1.凝结换热现象

蒸汽与低于饱和温度的壁面接触时，将汽化潜热释放给固体壁面，并在壁面上形成凝结液的过程，称凝结换热现象。 2.凝结换热的分类

根据凝结液与壁面浸润能力不同分两种： （1）膜状凝结：

①定义：凝结液体能很好地湿润壁面，并能在壁面上均匀铺展成膜的凝结形式，称膜状凝结。

②特点：壁面上有一层液膜，凝结放出的相变热（潜热）须穿过液膜才能传到冷却壁面上，此时液膜成为主要的换热热阻。 （2）珠状凝结

①定义：凝结液体不能很好地湿润壁面，凝结液体在壁面上形成一个个小液珠的凝结形式，称珠状凝结。

产生珠状凝结时，所形成的液珠不断发展长大，在非水平的壁面上，

一、简答题（每题4分，共28分） （写出要点即可）

1.用数学语言及传热学术语说明导热问题三种类型的边界条件。

2.对流换热问题完整的数学描述应包含什么内容（不必写出表达式）？写出换热微分方程式的表达式。

3.简述努塞尔在膜状凝结理论分析中所作的假设（至少写出四条）。

4.简述充分发展的管内流动和换热这一概念的含义。

传热学试题（共8页）

5.Nu和Bi数均可以写成

hL，说明二者的区别。 ?6.高粘原油的Pr数很大，而液态金属的Pr数很小。当温度均为Tf的这两种流体分别流过两块温度均为Tw的平板时（TW?Tf），试画出层流流动时平板上某一位置处的速度分布和温度分布的示意图。

7.写出基尔霍夫定律的两种数学表达式。

二、计算题（44分）

1.（本题8分）

采用黄夹克对埋地的输油管道进行保温，黄夹克的导热系数与温度的关系为0.033+0.00023tW。已知管外径为325mm，保温层厚度为40mm，

?m?K?（t的单位为℃）

现场测得钢管外侧壁温为95℃，保温层外侧壁温为32℃。试计算稳态时通过该管道单位长度的散热损失。

1

传热学试题（共8页）

2.（本题12分）

2005—2006学年第 1 学期期末考试题

一、名词解释（本大题10分，每小题2分）

1. 导温系数 2. 对流换热 3. 发射率 4. 角系数 5. 肋效率

二、简答题（本大题30分，每小题3分）

1、试用传热学术语说明导热问题常见的三类边界条件。 2、写出两个同类现象相似的条件。

3、如何强化膜状凝结换热，试举出一个强化水平管外凝结换热的例子。

4、写出毕渥数与努塞尔数的定义式，并说明它们的物理意义，比较两者不同之处。

5、用一支插入装油的铁套管中的玻璃水银温度计来测量储气筒里的空气温度，请分析如何减小测试误差。

6、两滴完全相同的水珠分别落在120℃和400℃的铁板上，哪一滴先汽化掉，说明原因。 7、简述气体辐射的特点。

8、速度边界层的概念及如何定义边界层厚度。 9、何为遮热板，试写出一个应用遮热板的例子。

10、试分析室内暖气片的散热过程，各环节有哪些热量传递方式？（以暖气片管内走热水为例）。 三、计算题（本大题40，每小题8分）

1、用热电偶测量管道中气体的温度，热电偶的初始温度为20℃，与气体的表面传热系数为10W/(m2·K)。热电偶近似为球形，直径为0.2mm。计算：插入10s后，热电偶的过余温度为初始温度的百分

传热学

摘要：

传热学是研究由温度差异引起的热量传递过程的科学。生成生活中，传热学应用广泛存在。对传热学的研究虽然由来已久，但其任然有着活力，虽然目前在一些行业取得了一定的成功，但是任然任重而道远，特别是当今基础工业，装备行业快速发展的时代犹是如此。

关键词：传热学 温度差 装备

一 传热学的发展

传热现象在我们的日常生活中十分普遍，不管是冬天取暖，还是夏天吹凉，不管是家里烧水，亦或是工厂炼油换热等，所有的这些现象无不包涵着传热学的相关知识。

早在1822年, 傅里叶根据大量的实验观察总结出了著名的导热公式即傅里叶导热定理，并在他的划时代名著—《热的解析理论》中通过严密的数学演绎奠定了现有热传导理论基础。从傅里叶导热定理出发,可以导出多维稳态和瞬态热传导方程[1]。由于对流换热的复杂性,人们更多的是采用实验的方法,其主要思路是利用N一S方程和能量方程,导出一些无量纲参数,利用大量的实验数据,拟合出无量纲数之间的准则关系式,并且根据相似理论,对相似理论进行推广使用来求解。 Prandil观察到对流过程中在贴近壁面处有一蠕动的薄层,大胆提出了边界层理论,使得流体力学基本问题得到解决,对流换热的研究从而进人了理论化阶段。

热传递的三种基本方式

一、（10分）如图所示的墙壁，其导热系数为50W/(m·K),厚度为50mm，在稳态情况下的墙壁内的一维温度分布为：t?200?2000x2，式中t的单位为℃，x单位为m．试求：

(1)墙壁两侧表面的热流密度；

(2)墙壁内单位体积的内热源生成的热量。

解：(1)由傅立叶定律：

q?Φdt??????(?4000x)?4000?xW/m2 AdxO x t ??50mm t?200?2000x2(2分)

所以墙壁两侧的热流密度：

(2)由导热微分方程

qx?0?4000??0?0W/m2 qx???4000?50?0.05?10000W/m2

d2tqv??0 dx2?(2分) (2分) (2分)

得：

d2tqv???2???(?4000)?4000?50?200000 W/m3

dx(2分)

二、（10分）用热电偶来测量气流的温度，热电偶结点可近似看作圆球，若气流和热电偶结点间的对流表面传热系数h?400W/(m2·K)，比定压热容CP?400 J/(kg·K)，密度??8000kg/m3。

（1）若时间常数为一秒，求热电偶结点的直径？

（2）若将初温为25℃、时间常数为1秒的热电偶放入200℃