傳熱學(xué)總復(fù)習(xí)試題及答案【第五版】【_必備

1、總復(fù)習(xí)題 基本概念 : 薄材 : 在加熱或冷卻過(guò)程中 , 若物體內(nèi)溫度分布均勻 , 在任意時(shí)刻都可用一個(gè)溫度來(lái)代表整個(gè)物體的溫度 , 則該物體稱為 -. 傳熱 : 由熱力學(xué)第二定律 , 凡是有溫差的地方 , 就有熱量自發(fā)地從高溫物體向低溫物體轉(zhuǎn)移 , 這種由于溫差引起的熱量轉(zhuǎn)移過(guò)程統(tǒng)稱為 -. 導(dǎo)熱 : 是指物體內(nèi)不同溫度的各部分之間或不同溫度的物體相接觸時(shí) , 發(fā)生的熱量傳輸?shù)默F(xiàn)象 . 對(duì)流 : 指物體各部分之間發(fā)生相對(duì)位移而引起的熱量傳輸現(xiàn)象 . 對(duì)流換熱 : 指流體流過(guò)與其溫度不同的物體表面時(shí) , 流體與固體表面之間發(fā)生的熱量交換過(guò)程稱為 -. 強(qiáng)制對(duì)流 : 由于外力作用或其它壓差作用而

2、引起的流動(dòng) . 自然對(duì)流 : 由于流體各部分溫度不同 , 致使各部分密度不同引起的流動(dòng) . 流動(dòng)邊界層 : 當(dāng)具有粘性的流體流過(guò)壁面時(shí) , 由于粘滯力的作用 , 壁面附近形成一流體薄層 , 在這一層中流體的速度迅速下降為零 , 而在這一流層外 , 流體的速度基本達(dá)到主流速度 . 這一流體層即為 -. 溫度邊界層 : 當(dāng)具有粘性的流體流過(guò)壁面時(shí) , 會(huì)在壁面附近形成一流體薄層 , 在這一層中流體的溫度迅速變化 , 而在這一流層外 , 流體的溫度基本達(dá)到主流溫度 . 這一流體層即為 -. 熱輻射 : 物體由于本身溫度而依靠表面發(fā)射電磁波而傳遞熱量的過(guò)程稱為 -. 輻射力 : 物體在單位時(shí)間內(nèi) ,

3、由單位表面積向半球空間發(fā)射的全部波長(zhǎng)的輻射能的總量 . 單色輻射力 : 物體在單位時(shí)間內(nèi) , 由單位表面積向半球空間發(fā)射的波長(zhǎng)在 - +d 范圍內(nèi) 的輻射能量 . 立體角 : 是一個(gè)空間角度 , 它是以立體角的角端為中心 , 作一半徑為 r 的半球 , 將半球表面上被立體角切割的面積與半徑平方 r 2 的比值作為 - 的大小 . 定向輻射強(qiáng)度 : 單位時(shí)間內(nèi) , 在單位可見(jiàn)面積 , 單位立體角內(nèi)發(fā)射的全部波長(zhǎng)的輻射能量稱為 -. 傳質(zhì) : 在含有兩種或兩種以上組分的流體內(nèi)部 , 如果有濃度梯度存在 , 則每一種組分都有向低濃度方向轉(zhuǎn)移 , 以減弱這種濃度不均勻的趨勢(shì) . 物質(zhì)由高濃度向低濃度方

4、轉(zhuǎn)移過(guò)程稱為 -. 分子擴(kuò)散傳質(zhì) : 靜止的流體中或在垂直于濃度梯度 方向 作層流流動(dòng)的流體中的 傳質(zhì) , 有微觀分子運(yùn)動(dòng)所引起 , 稱為 -. 對(duì)流流動(dòng)傳質(zhì) : 在流體中由于對(duì)流摻混引起的質(zhì)量傳輸 . 有效輻射 : 單位時(shí)間內(nèi) , 離開(kāi)所研究物體單位表面積的總輻射能 . 灰體 : 單色吸收率 , 單色黑度與波長(zhǎng)無(wú)關(guān)的物體 . 角系數(shù) : 有表面 1 投射到表面 2 的輻射能量 Q 1 2 占離開(kāi)表面 1 的總能量 Q 1 的份數(shù) , 稱為表面 1 對(duì)表面 2 的角系數(shù) . 輻射換熱 : 物體之間通過(guò)相互輻射和吸收輻射能而產(chǎn)生的熱量交換過(guò)程 . 填空題 : 當(dāng)輻射投射到固液表面是表面輻射，投射

5、到氣體表面是 - 輻射。容積 氣體常數(shù) R 量綱是 - 。 L 2 t -2 T -1 當(dāng)輻射物體是 - 時(shí)，輻射力是任何方向上定向輻射強(qiáng)度的 - 倍。漫輻射表面 , 強(qiáng)制對(duì)流換熱的準(zhǔn)數(shù)方程形式為 -.Nu=f(Re,Pr) 描述流體運(yùn)動(dòng)方法有 - 和 - 兩種方法 . 拉氏法 , 歐拉法 對(duì)于一個(gè)穩(wěn)態(tài)的流動(dòng)傳熱現(xiàn)象而言 , 其準(zhǔn)數(shù)方程式可表示為 -. Nu=f(Re,Pr,Gr) 自然對(duì)流換熱的準(zhǔn)數(shù)方程式可表示為 -. Nu=f(Pr,Gr) 熱輻射過(guò)程中涉及到的三種理想物體有 -. 黑體 , 透明體 , 鏡體 實(shí)際上大部分工程材料在 - 范圍內(nèi) , 都表現(xiàn)出灰體性質(zhì) . 紅外線 善于發(fā)射的

6、物體同時(shí)也善于 -. 吸收 角系數(shù)是一個(gè)與 - 有關(guān)的純幾何量 . 輻射物體的尺寸 , 空間位置 實(shí)際物體的輻射力與 - 的比值恒等于 - 的黑體的輻射力 . 輻射來(lái)自于黑體的吸收率 , 同溫度下 灰體與其他物體輻射換熱時(shí) , 首先要克服 - 達(dá)到節(jié)點(diǎn) , 而后再克服 - 進(jìn)行輻射換熱 . 表面熱阻 , 空間熱阻 黑體的有效輻射就是 -. 黑體的自身輻射 為增加輻射換熱系統(tǒng)的換熱量 , 可通過(guò) - 輻射換熱物體表面的黑度來(lái)實(shí)現(xiàn) . 增加 對(duì)流流動(dòng)傳質(zhì)的準(zhǔn)數(shù)方程為 -.Sh=f(Re,Sc) 判斷并改錯(cuò) : 只有管外徑小于臨界絕熱直徑時(shí)，鋪設(shè)絕熱層才能使熱損失減小。 （ ） 熱輻射和流體對(duì)流及導(dǎo)

7、熱一樣，需有溫差才能發(fā)射輻射能。 （ ） 通過(guò)圓筒壁的一維穩(wěn)態(tài)導(dǎo)熱時(shí)，單位面積上的熱流密度是處處相等的。（ ） 導(dǎo)溫系數(shù)僅出現(xiàn)在非穩(wěn)態(tài)熱量傳輸過(guò)程中 , 導(dǎo)溫系數(shù)越大 , 物體內(nèi)各處溫度越不均勻 ( ). 熱量傳輸一般有導(dǎo)熱 , 熱對(duì)流及熱輻射三種基本形式 . ( ). 水平熱壁面朝上布置時(shí)比朝下時(shí)的對(duì)流換熱量大 ( ). 流體的物性參數(shù)愈小 , 愈大 , 流體對(duì)流換熱能力愈大 ( ). 紊流運(yùn)動(dòng)粘度 m 與流體運(yùn)動(dòng)粘度都是流體的物性參數(shù) , 與 Re 和紊流程度有關(guān) . ( ). Pr t = m / h , 紊流的普朗特?cái)?shù)不表示流體的物性參數(shù) , 表示紊流時(shí)熱量和動(dòng)量傳遞過(guò)程的程度和狀態(tài)

8、( ). 兩物體之間的輻射換熱必須通過(guò)中間介質(zhì)才能進(jìn)行 , 且熱輻射過(guò)程中伴隨著能量形式的二次轉(zhuǎn)化 ( ). 金屬表面在空氣中被氧化后 , 在相同溫度下 , 其輻射能力比原來(lái)爭(zhēng)強(qiáng)了 ( ). 與黑體一樣 , 灰體也是一種理想物體 , 只是在數(shù)值上與黑體成折扣關(guān)系 ( ). 同溫度下 , 物體輻射力越大 , 其吸收率越小 ( ). 角系數(shù)描述的是物體的空間位置和幾何形狀對(duì)輻射換熱的影響 , 并與輻射物體本身的特性和溫度有關(guān) ( ). 當(dāng)系統(tǒng)處于熱平衡時(shí) , 灰體的有效輻射等于同溫度下的黑體輻射 , 并與灰體的表面黑度有關(guān) ( ). 當(dāng)一鑄件在車間內(nèi)加熱時(shí) , 其輻射換熱量的大小與車間大小有關(guān) (

9、 ). 當(dāng)一鑄件在車間內(nèi)加熱時(shí) , 其輻射換熱量的大小取決于鑄件面積和本身黑度 . ( ). 問(wèn)答題 : 熱量傳輸有哪幾種基本方式？ 溫度場(chǎng)有哪幾種表示方法？ 能量微分方程的幾種形式均用于哪些條件？ 導(dǎo)溫系數(shù)表達(dá)式及物理意義？ 何謂單值性條件？包括哪些？ 邊界條件分為哪幾類？各自數(shù)學(xué)描述？ 通過(guò)平壁的一維穩(wěn)態(tài)導(dǎo)熱數(shù)學(xué)描述及第一；三邊界條件數(shù)學(xué)描述？溫度分布？熱流密度？（單；多層 ; 為常 ; 變量時(shí)） 通過(guò)圓筒壁的一維穩(wěn)態(tài)導(dǎo)熱數(shù)學(xué)描述及第一；三邊界條件數(shù)學(xué)描述？溫度分布？熱流密度？（單；多層） 熱阻有何應(yīng)用？推導(dǎo)臨界直徑公式并分析影響臨界直徑的因素 ? 答 : 熱阻的應(yīng)用 : 利用熱阻可將某些

10、熱量傳輸問(wèn)題轉(zhuǎn)換成相應(yīng)的模擬電路來(lái)分析 . 分析熱阻組成 , 弄清各個(gè)環(huán)節(jié)的熱阻在總熱阻中所占的地位 , 能有效地抓住過(guò)程的主要矛盾 . 公式推導(dǎo) : 已知一管道的內(nèi)徑為 d 1 外徑為 d 2 , 設(shè)在管道外面包一層絕緣層 , 其直徑為 d x, 圓筒內(nèi)為熱流體其對(duì)流換熱系數(shù)為 1 , 穿越筒壁向外冷流體 ( 對(duì)流換熱系數(shù)為 2 ) 散熱 . 此時(shí)單位管長(zhǎng)的總熱阻 : r 僅是 d x 的函數(shù) , 只與劃線部分的熱阻有關(guān) . 通過(guò)分析得知 , r 與 d x 間存在極值 . r 取得極值的條件是 其中 d c 為臨界絕熱層直徑 當(dāng) d x =d c 時(shí) ,r 為極小值 . 此時(shí)管道向外散熱最

11、多 . 分析影響臨界直徑的因素 : 當(dāng) d x d c 時(shí) , 敷設(shè)絕熱層會(huì)使散熱減少 . d c 與 x 有關(guān) , 可通過(guò)選用不同絕熱材料改變 d c 值 . 何謂薄材？厚材？如何判別？ 集總系統(tǒng)導(dǎo)熱特點(diǎn)？數(shù)學(xué)描述？溫度分布及瞬時(shí)熱流量？ Bi 及 Fo 定義式及物理意義？ 答 : 物理意義 : 物體內(nèi)部熱阻與外部熱阻之比 . 求解對(duì)流給熱系數(shù)的方法有哪幾種 ? 影響對(duì)流換熱系數(shù)的因素有哪些？如何作用？ 求解對(duì)流換熱系數(shù)的基本方法是什么？ 邊界層微分方程求解 思路是什么？ 邊界層微分方程求解 思路 : 由 式和 式求解流場(chǎng)的速度分布得 V X ,V Y , 代入 式得溫度場(chǎng)的分布 T, 再求

12、溫度梯度代入 式求得 值 . 類比法求解 思路 ? 推導(dǎo)過(guò)程 ? 試比較類比法和邊界層微分方程組法 ? 答 : 邊界層微分方程組法只能求解繞流平板的邊界層內(nèi)的層流問(wèn)題 , 計(jì)算較煩 . 類比法即適用于邊界層內(nèi)也適用于邊界層外 , 還適用于圓管內(nèi)的流動(dòng) , 即適用于層流也 適用于紊流 . 且推導(dǎo)和計(jì)算也較方便 . 建立動(dòng)量邊界層和熱量邊界層厚度受那些因素的影響 ? 建立動(dòng)量傳遞和熱量傳遞的目的是什么 ? 類比解推導(dǎo)過(guò)程 ? 答 : 建立動(dòng)量傳遞和熱量傳遞的目的 : 認(rèn)為動(dòng)量熱量 ; 傳遞規(guī)律是類同的 , 用數(shù)學(xué)式子把兩現(xiàn)象聯(lián)系起來(lái) . 用已由理論分析或?qū)崪y(cè)得到的阻力規(guī)律 C F 來(lái)求解換熱規(guī)律層

13、流中 : 紊流中 : 當(dāng) P r =1 時(shí) , C p = 此二式相同 . 即也是雷諾類比解成立的條件 . 試說(shuō)明 Nu;Pr 及 Gr 的物理意義及定義式 ? 答 : 努謝爾特準(zhǔn)數(shù) Nu 定義式 : 物理意義 : 表示實(shí)際流體熱量傳遞與導(dǎo)熱分子 熱量傳遞的比較 . 反映了對(duì)流換熱的強(qiáng)度 . 普朗特準(zhǔn)數(shù) Pr 定義式 : 物理意義 : 反映了動(dòng)量擴(kuò)散與熱量擴(kuò)散的相對(duì)大小 . 格拉曉夫準(zhǔn)數(shù) Gr 定義式 : 物理意義 : 是由浮升力 / 粘滯力和慣性力 / 粘 滯力的乘積得到的 . 流動(dòng)邊界層 ; 溫度邊界層 ; 層流底層 ; 紊流邊界層定義及邊界層特性 ? 熱輻射定義及其特點(diǎn)是什么 ? 其波長(zhǎng)

14、主要集中在哪些波長(zhǎng)范圍內(nèi) ? 黑體概念及研究黑體的意義是什么 ? 輻射力 ; 單色輻射力 ; 立體角及定向輻射力和輻射強(qiáng)度的概念有何區(qū)別 ? 黑體輻射的基本規(guī)律有哪幾個(gè) ? 都分別揭示了哪些規(guī)律 ? 什么是物體表面的吸收率 ; 反射率和透過(guò)率 ? 什么是絕對(duì)黑體 ; 白體和透明體 ? 試說(shuō)明蘭貝特定律的幾種表達(dá)形式及適用條件 ? 什么是物體表面的黑度 ? 受哪些因素影響 ? 什么是灰體 ? 有何特性 ? 實(shí)際物體的輻射特性與灰體有何不同 ? 什么基爾霍夫定律 ? 它的適用條件是什么 ? 什么是輻射角系數(shù) ? 它有什么性質(zhì) ? 兩面 ; 三面封閉系統(tǒng)角系數(shù)的基本計(jì)算方法及線交叉法計(jì)算任意兩面間的

15、角系數(shù)的方法 ? 什么是有效輻射和凈輻射熱流密度 ? 試匯出由兩面或三面灰體組成的封閉系統(tǒng)的輻射網(wǎng)絡(luò)圖 ? 試列出三面灰體組成的封閉系統(tǒng)各面有效輻射的方程式 ? 什么是重輻射面 ? 它有什么特點(diǎn) ? 試匯出具有輻射絕熱面的三面輻射系統(tǒng)的網(wǎng)絡(luò)圖 ? 在兩面平行板間的換熱系統(tǒng)中間加一塊與平板黑度相同的遮熱板時(shí) , 兩面間輻射換熱減少多少 ? 并會(huì)出輻射網(wǎng)絡(luò)圖 . 傳質(zhì)概念及分子擴(kuò)散傳質(zhì)和對(duì)流擴(kuò)散傳質(zhì)定義 ? 二種傳質(zhì)方式的傳質(zhì)量基本計(jì)算公式 ? 質(zhì)量傳輸平衡法方程式及簡(jiǎn)化形式和單值性條件 ? 分之?dāng)U散傳質(zhì)中 , 氣體通過(guò)間壁的擴(kuò)散通量 ; 金屬園管的擴(kuò)散通量及靜止介質(zhì)中通過(guò)半無(wú)限大物體的濃度分布和

16、傳質(zhì)通量 ? 分子擴(kuò)散傳質(zhì)系數(shù) D 的影響因素有哪些 ? 對(duì)流流動(dòng)傳質(zhì)模型有哪幾種 ? 層流 ; 紊流流動(dòng)時(shí)各自的濃度分布及平均傳質(zhì)系數(shù)準(zhǔn)數(shù)方程形式 ? 流體通過(guò)單個(gè)球體及流過(guò)填充床時(shí)的傳質(zhì)系數(shù)計(jì)算公式 ? 流體在園管內(nèi)流動(dòng)時(shí)的傳質(zhì)計(jì)算 ? 動(dòng)量與熱量比擬解 ( 雷諾 ; 柯?tīng)柵?)? 動(dòng)量與質(zhì)量比擬解 ( 雷諾 ; 柯?tīng)柵?)? 類比關(guān)系準(zhǔn)數(shù)有哪些各準(zhǔn)數(shù)間關(guān)系怎樣 ? 動(dòng)量邊界層 ; 熱量邊界層和質(zhì)量邊界層間類比關(guān)系怎樣 ? 計(jì)算題 : 1 有一直徑為 5cm 的鋼球，初始溫度為 450 ，將其突然置于溫度為 30 空氣中，設(shè)鋼球表面與周圍環(huán)境間的總換熱系數(shù)為 24w/( m 2 . ) ，

17、試計(jì)算鋼球冷卻到 300 所需的時(shí)間。已知鋼球的 c =0.48kJ/(kg. ) , =7753kg/m 3 , =33w/(m. ). （ 8 分） 解 : 先驗(yàn)算 Bi 準(zhǔn)數(shù) , 鋼球的特征尺寸為 : 故可以按薄材加熱處理 . =57.0s=0.158h 2 具有內(nèi)熱源并均勻分布的平壁，壁厚為 S ，假定平壁的長(zhǎng)寬遠(yuǎn)大于壁厚，平壁兩表面溫度恒為 t w ，內(nèi)熱源強(qiáng)度為 q v ，平壁材料的導(dǎo)熱系數(shù)為常數(shù)，試推出穩(wěn)態(tài)導(dǎo)熱時(shí)，平壁內(nèi)的溫度分布和中心溫度。分 解 : 因平壁的場(chǎng) , 寬遠(yuǎn)大于厚度 , 故此平壁的導(dǎo)熱可認(rèn)為是一維穩(wěn)態(tài)導(dǎo)熱 . 導(dǎo)熱微分方程為 : 邊界條件為 : x=s ,t=t

18、w x=-s , t=t 求解上述微分方程 , 得 由邊界條件確定積分常數(shù) : 平壁內(nèi)的溫度分布 : 當(dāng) X=0, 則得平壁中心溫度 : 3. 將初始溫度為 80 , 直徑為 20mm 的紫銅棒突然橫置于氣溫為 20 , 流速為 12m/s 的風(fēng)道之中 , 五分鐘后 , 紫銅棒溫度降到 34 . 試計(jì)算氣體與紫銅棒之間的換熱系數(shù) . 已知紫銅棒密度 =8954kg/m 3 , 比熱 C=383.1J/(kg ), 導(dǎo)熱系數(shù) =386W/(m ) 解 : 先假定可以用集總系統(tǒng)法分析紫銅棒的散熱過(guò)程 其中 =5 60=300s 驗(yàn)算 Bi: 4. 一蒸汽管道 , 內(nèi) , 外徑分別為 150mm 和

19、 159mm. 為了減少熱損失 , 在管外包有三層保溫材料 : 內(nèi)層為 2 =0.11, 厚 2 =5mm 的石棉白云石 ; 中間為 3 =0.1, 厚 3 =80mm 的石棉白云石互狀預(yù)制板 ; 外殼為 4 =0.14, 厚 4 =5mm 的石棉硅藻土灰泥 ; 鋼管壁的 1 =52, 管內(nèi)表面和保溫層外表面的溫度分別為 170 和 30 . 求該蒸汽管每米管長(zhǎng)的散熱量 ? 解 : 已知 d 1 =0.15m, d 2 =0.159m, d 3 =0.169m, d 4 =0.339m 各層每米管長(zhǎng)熱阻分別為 : 管壁 : 石棉內(nèi)層 : 石棉預(yù)制瓦 : 灰泥外殼 : 蒸汽管道每米長(zhǎng)散熱量為 5

20、. 壓力為 1.013bar,20 空氣以速度 V=35m/s 掠過(guò)平板 , 板長(zhǎng) L=70cm, 壁面溫度 t w =60 , 試求該板的換熱系數(shù)及換熱量 ( 板寬按 1m 計(jì)算 )? 已知 :40 空氣物性參數(shù)為 : =0.0271W/m =16.97 10 -6 m 2 /s Pr=0.711 解 : 按壁面與流體溫度的算術(shù)平均值做為定性溫度確定物性 : 查附錄 得空氣物性為 : =0.0271w/m =16.97 10 -6 m 2 /s Pr=0.711 則 為紊流 對(duì)于紊流縱掠平板時(shí) , 局部摩擦系數(shù)為 : 6.20 的空氣在常壓下以 10m/s 的速度流過(guò)平板 , 板面溫度 t

21、w =60 , 求距前緣 200mm 處的速度邊界層和溫度邊界層以及 x, 和單寬換熱量 , 再用類比法求局部摩擦系數(shù) C f. 已知 :40 空氣物性參數(shù)為 : =0.0271W/m =16.97 10 -6 m 2 /s Pr=0.711 =1.127kg/m 3 C p =1.009 10 3 J/kg 解 : 邊界層內(nèi)空氣的定性溫度 : 由題已知 40 空氣物性參數(shù)為 : =0.0271W/m =16.97 10 -6 m 2 /s Pr=0.711 為層流邊界層 . 則 局部換熱系數(shù) : 單位寬度的換熱量 : 40 空氣物性參數(shù)為 : =1.127kg/m 3 C p =1.009

22、10 3 J/kg 7. 兩平行大平板間的輻射換熱 , 平板的黑度各為 0.5 和 0.8, 如果中間加進(jìn)一塊鋁箔遮熱板 , 其黑度為 0.05, 試計(jì)算輻射熱減少的百分率 ? 并畫出輻射網(wǎng)絡(luò)圖 . 解 : 未加遮熱板時(shí) , 兩大平板單位面積間的輻射換熱量為 : 設(shè)置遮熱板后 : 加入遮熱板后的輻射換熱量減少的百分率為 : 8. 有兩平行黑體表面 , 相距很近 , 他們的溫度分別為 1000 與 500 , 試計(jì)算它們的輻射換熱量 , 如果是灰體表面 , 黑度分別為 0.8 和 0.5, 它們間的輻射換熱量是多少 ? 解 : 兩黑體表面間的輻射換熱量是 : 兩灰體表面間的輻射換熱量是 : 9. 兩個(gè)互相平行且相距很近的大平