传热学试卷及答案

平顶山工学院2006—2007学年第二学期期末考试

《传热学》试题（A卷）答案

一、填空题(每空1分，共20分)

1、某物体温度分布的表达式为t=f(x ,y,τ),此温度场为二维（几维）、非稳态（稳态或非稳态）温度场。

2、当等温线图上每两条相邻等温线的温度间隔相同时，等温线的疏密可以直观地反映出不同区域导热热流密度的相对大小。

3、导热微分方程式是根据能量守恒定律和傅里叶定律建立起来的导热物体中的温度场应当满足的数学表达式。

4、工程上常采用肋片来强化传热。

5、换热器传热计算的两种方法是平均温差法和效能-传热单元数法。

6、由于流动起因的不同，对流换热可以区别为强制对流换热与自然对流换热。

7、固体表面附近流体温度发生剧烈变化的薄层称为温度边界层或热边界层，其厚度定义为以过余温度为来流过余温度的99%处。

8、判断两个现象相似的条件是：同名的已定特征数相等；单值性条件相似。

9、凝结有珠状凝结和膜状凝结两种形式，其中珠状凝结有较大的换热强度，工程上常用的是膜状凝结。

10、遵循兰贝特定律的辐射，数值上其辐射力等于定向辐射强度的π倍。

11、单位时间内投射到表面的单位面积上总辐射能为投入辐射，单位时间内离开表面单位面积的总辐射能为该表面的

平顶山工学院2006—2007学年第二学期期末考试

《传热学》试题（A卷）答案

一、填空题(每空1分，共20分)

1、某物体温度分布的表达式为t=f(x ,y,τ),此温度场为二维（几维）、非稳态（稳态或非稳态）温度场。

2、当等温线图上每两条相邻等温线的温度间隔相同时，等温线的疏密可以直观地反映出不同区域导热热流密度的相对大小。

3、导热微分方程式是根据能量守恒定律和傅里叶定律建立起来的导热物体中的温度场应当满足的数学表达式。

4、工程上常采用肋片来强化传热。

5、换热器传热计算的两种方法是平均温差法和效能-传热单元数法。

6、由于流动起因的不同，对流换热可以区别为强制对流换热与自然对流换热。

7、固体表面附近流体温度发生剧烈变化的薄层称为温度边界层或热边界层，其厚度定义为以过余温度为来流过余温度的99%处。

8、判断两个现象相似的条件是：同名的已定特征数相等；单值性条件相似。

9、凝结有珠状凝结和膜状凝结两种形式，其中珠状凝结有较大的换热强度，工程上常用的是膜状凝结。

10、遵循兰贝特定律的辐射，数值上其辐射力等于定向辐射强度的π倍。

11、单位时间内投射到表面的单位面积上总辐射能为投入辐射，单位时间内离开表面单位面积的总辐射能为该表面的

传热学第四版课后习题详解

第一章

思考题

1． 试用简练的语言说明导热、对流换热及辐射换热三种热传递方式之间的联系和区别。

答：导热和对流的区别在于：物体内部依靠微观粒子的热运动而产生的热量传递现象，称为导热；对流则是流体各部分之间发生宏观相对位移及冷热流体的相互掺混。联系是：在发生对流换热的同时必然伴生有导热。

导热、对流这两种热量传递方式，只有在物质存在的条件下才能实现，而辐射可以在真空中传播，辐射换热时不仅有能 量的转移还伴有能量形式的转换。

2． 以热流密度表示的傅立叶定律、牛顿冷却公式及斯忒藩－玻耳兹曼定律是应当熟记的传

热学公式。试写出这三个公式并说明其中每一个符号及其意义。

答：① 傅立叶定律：向的温度变化率，“－”表示热量传递的方向是沿着温度降低的方向。

② 牛顿冷却公式：固体表面温度；

q???dtdtdx，其中，q－热流密度；?－导热系数；dx－沿x方

q?h(tw?tf)，其中，q－热流密度；h－表面传热系数；tw－

4tf－流体的温度。

③ 斯忒藩－玻耳兹曼定律：q??T，其中，q－热流密度；?－斯忒藩－玻耳兹曼常数；T－辐射物体的热力学温度。

3． 导热系数、表面传热系数及传热系数的单位各是什么？哪些是物性参数，哪些与过程有

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）

2008传热学试卷（1）标准答案

一.填空题：（共20分）[评分标准：每小题2分]

1．导温系数是材料 物体内部温度扯平能力 的指标，大小等于 λ/ρC。 2．影响强制对流换热的主要因素有 流体的物性，状态，壁面结构。

/53．动量传递和热量传递的雷诺比拟的解为Nux?0.0296Re4，适用条件是xPr=1。

4．影响膜状凝结传热的主要热阻是液膜层的导热热阻。

5．自膜化现象是对流换热系数与壁面尺寸无关，其发生的条件是流体处于湍流自然对流。

6．同一壳管式换热器，逆流布置时对数平均温压最大，顺流布置时对数平均温压最小。

7．在热辐射分析中，把单色吸收率与波长无关的物体称为灰体。 8．通常，把??0.12w/m.k的材料称为保温材料。

9．有效辐射是单位时间内离开物体单位表面的辐射能，它包括本身辐射和反射辐射两部分。

10．傅立叶定律的数学表达式是Q???A?t?x。

1. 名词解释：（10分）[评分标准：每小题2分]

1 辐射力：单位表面积物体在单位时间内向半球空间发射得全部波长的能量. 2 热边界层：在壁面附近温度剧烈变化的薄层. 3 导温系数：a???c 表示物体内部温度扯平的能力.4膜状凝结：凝结液能很好

的润湿壁面,在壁面上铺展成膜

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

1. 流动边界层

固体壁面附近流体，由于粘性导致速度急剧变化的薄层称为流动边界层（速度边界层）

2. 定性温度

用以确定特征数中流体物性的温度称为定性温度。 3. 灰体

光谱吸收比与波长无关的物体称为灰体。 4. 辐射力 指单位时间、单位面积的辐射表面向半球空间所有方向所发射的全部波长的总能量。

1. 经过白天太阳底下晒过的棉被，晚上盖起来感到暖和，并且经过拍打以后，效果更加明显，试解释原因。（6分）

答：棉被经过晾晒以后，可使棉花的空隙进入更多的空气，而空气在狭小的棉絮空间里的热量传递方式主要是导热，由于空气的导热系数较小，具有良好的保温性能。而经过拍打的棉被可以让更多的空气进入，因而效果更明显。 2. 写出傅立叶导热定律表达式，并说明式中各量和符号的物理意义。（6分）

?t答：q???gradt???n

?n其中q是热流密度矢量；?是到导热系数，表示物质导热本领的大小；gradt是 空间某点的温度梯度；n是通过该点的等温线上的法向单位矢量，指向温度升高的方向，负号表示热量沿温度降低的方向传递。

3. 写出努塞尔数Nu与毕渥数Bi表达式并比较异同。（6分）

hlhl答：从形式上看，Nu数（Nu?）与Bi数（Bi?）完全相同，但二者的物

??理

① Nu准则数的表达式为（A ）

② 根据流体流动的起因不同，把对流换热分为（ A）

A．强制对流换热和自然对流换热B．沸腾换热和凝结换热 C．紊流换热和层流换热D．核态沸腾换热和膜态沸腾换热 ③ 雷诺准则反映了（ A）

A．流体运动时所受惯性力和粘性力的相对大小

B．流体的速度分布与温度分布这两者之间的内在联系 C．对流换热强度的准则

D．浮升力与粘滞力的相对大小

④ 彼此相似的物理现象，它们的（ D）必定相等。

A．温度B．速度

C．惯性力D．同名准则数

⑤ 高温换热器采用下述哪种布置方式更安全？（ D）

A．逆流B．顺流和逆流均可 C．无法确定D．顺流

⑥ 顺流式换热器的热流体进出口温度分别为100℃和70℃，冷流体进出口温度分别为20℃和40℃，则其对数平均

温差等于（ ）

A．60.98℃B．50.98℃ C．44.98℃D．40.98℃

⑦ 7．为了达到降低壁温的目的，肋片应装在（ D）

A．热流体一侧B．换热系数较大一侧 C．冷流体一侧D．换热系数较小一侧

⑧ 黑体表面的有效辐射（ D）对应温度下黑体的辐射力。

A．大于B．小于 C．无法比较D．等于

⑨ 通过单位长度圆筒壁的热流密度的单位

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℃

传热学基础试题

一、选择题

1．对于燃气加热炉：高温烟气→内炉壁→外炉壁→空气的传热过程次序为

A.复合换热、导热、对流换热 B.对流换热、复合换热、导热 C.导热、对流换热、复合换热 D.复合换热、对流换热、导热 2．温度对辐射换热的影响（ ）对对流换热的影响。

A.等于 B.大于 C.小于

D.可能大于、小于

3．对流换热系数为1000W/（m2·K）、温度为77℃的水流经27℃的壁面，其对流换热的热流密度为（ ）

A.8×104W/m2 B.6×104 W/m2 C.7×104 W/m2 D.5×104 W/m2

4．在无内热源、物性为常数且温度只沿径向变化的一维圆筒壁(t1 >t2,r1

A.

dtdtdtdtdtdt B. C. ???drr?r1drr?r2drr?r1drr?r2drr?r1drr?r25．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．等于 等于 B.等于 大于 C.大于 大于 D.大于 等于 6．有一个由四个