(完整word版)《傳熱學(xué)》試題庫

1、傳熱學(xué)試題庫四、簡答題1 試述三種熱量傳遞基本方式的差別，并各舉12 個實(shí)際例子說明。(提示：從三種熱量傳遞基本方式的定義及特點(diǎn)來區(qū)分這三種熱傳遞方式)2.請說明在傳熱設(shè)備中，水垢、灰垢的存在對傳熱過程會產(chǎn)生什么影響？如何防止？(提示： 從傳熱過程各個環(huán)節(jié)的熱阻的角度， 分析水垢、 灰垢對換熱設(shè)備傳熱能力與壁面 的影響情況)3試比較導(dǎo)熱系數(shù)、對流傳熱系數(shù)和總傳熱系數(shù)的差別，它們各自的單位是什么？(提示：寫出三個系數(shù)的定義并比較，單位分別為W/(m K), W/(m2 K) , W/(m2 K)4在分析傳熱過程時(shí)引入熱阻的概念有何好處？引入熱路歐姆定律有何意義？(提示：分析熱阻與溫壓的關(guān)系，熱路

2、圖在傳熱過程分析中的作用。)5.結(jié)合你的工作實(shí)踐，舉一個傳熱過程的實(shí)例， 分析它是由哪些基本熱量傳遞方式組成的。(提示：學(xué)會分析實(shí)際傳熱問題，如水冷式內(nèi)燃機(jī)等)6在空調(diào)房間內(nèi)，夏季與冬季室內(nèi)溫度都保持在22C左右，夏季人們可以穿短袖襯衣，而冬季則要穿毛線衣。試用傳熱學(xué)知識解釋這一現(xiàn)象。(提示：從分析不同季節(jié)時(shí)墻體的傳熱過程和壁溫，以及人體與墻表面的熱交換過程來解 釋這一現(xiàn)象(主要是人體與墻面的輻射傳熱的不同)四、簡答題1.試解釋材料的導(dǎo)熱系數(shù)與導(dǎo)溫系數(shù)之間有什么區(qū)別和聯(lián)系。(提示：從兩者的概念、物理意義、表達(dá)式方面加以闡述，如從表達(dá)式看，導(dǎo)溫系數(shù)與導(dǎo) 熱系數(shù)成正比關(guān)系(a=入/cp)， 但導(dǎo)溫

3、系數(shù)不但與材料的導(dǎo)熱系數(shù)有關(guān)， 還與材料的熱容量 (或儲熱能力)也有關(guān)；從物理意義看，導(dǎo)熱系數(shù)表征材料導(dǎo)熱能力的強(qiáng)弱，導(dǎo)溫系數(shù)表征材 料傳播溫度變化的能力的大小，兩者都是物性參數(shù)。)2.試用所學(xué)的傳熱學(xué)知識說明用溫度計(jì)套管測量流體溫度時(shí)如何提高測溫精度。(提示：溫度計(jì)套管可以看作是一根吸熱的管狀肋(等截面直肋)，利用等截面直肋計(jì)算肋t一t端溫度 th的結(jié)果，可得采用溫度計(jì)套管后造成的測量誤差 t 為厶 t=tf-th=-，其中ch(mH )(1)降低壁面與流體的溫差(tf-to)，也就是想辦法使肋基溫度to接近 tf,可以通過對流體通道的外表面采取保溫措施來實(shí)現(xiàn)。(2)增大(mH)值，使分母

4、ch(mH)增大。具體可以用以下手段實(shí)現(xiàn)：增加H，延長溫度計(jì)套管的長度；減小入，采用導(dǎo)熱系數(shù)小的材料做溫度計(jì)套管，如采用不銹鋼管，不要用銅管。因?yàn)椴讳P鋼的導(dǎo)熱系數(shù)比銅和碳鋼小。降低S,減小溫度計(jì)套管的壁厚， 采用薄壁管。提高 h 增強(qiáng)溫度計(jì)套管與流體之間的熱交換。)3.試寫出直角坐標(biāo)系中，一維非穩(wěn)態(tài)無內(nèi)熱源常導(dǎo)熱系數(shù)導(dǎo)熱問題的導(dǎo)熱微分方程表達(dá)mH t 下降，可以采用以下幾種措施:.hH，欲使測量誤差式；并請說明導(dǎo)熱問題常見的三類邊界條件。（提示：直角坐標(biāo)系下一維非穩(wěn)態(tài)無內(nèi)熱源導(dǎo)熱問題的導(dǎo)熱微分方程式第一類邊界條件：TO,tw=fw（X,T）第二類邊界條件：T0, t= fw（X,）迄n丿w第三

5、類邊界條件：T0,-%s = h tw -tf4.在一根蒸汽管道上需要加裝一根測溫套管，有三種材料可選：銅、鋁、不銹鋼。問選用哪種材料所引起的測溫誤差最小，為什么？為減小測量誤差，在套管尺寸的選擇上還應(yīng)注意哪些問題？（提示：與簡答題 2 的第（2）點(diǎn)類似，套管材料應(yīng)選用不銹鋼，因給出的三種材料中，不銹 鋼的導(dǎo)熱系數(shù)最?。?.什么是接觸熱阻？減少固體壁面之間的接觸熱阻有哪些方法？（提示：材料表面由于存在一定的粗糙度使相接觸的表面之間存在間隙，給導(dǎo)熱過程帶來 額外熱阻稱為接觸熱阻，接觸熱阻的存在使相鄰的兩個表面產(chǎn)生溫降（溫度不連續(xù)）。接觸熱阻主要與表面粗糙度、表面所受壓力、材料硬度、溫度及周圍介質(zhì)

6、的物性等有關(guān)，因此可以從這些方面考慮減少接觸熱阻的方法，此外，也可在固體接觸面之間襯以導(dǎo)熱系數(shù)大的銅箔或鋁箔等以減少接觸熱阻。）6.管外包兩種不同導(dǎo)熱系數(shù)材料以減少熱損失，若1 - 2，試問如何布置合理？7.某一維導(dǎo)熱平板，平板兩側(cè)表面溫度分別為Ti和T2,厚度為、：。在這個溫度范圍內(nèi)導(dǎo)熱系數(shù)與溫度的關(guān)系為-1/ -T，求平板內(nèi)的溫度分布？8.有人認(rèn)為，傅里葉定律并不顯含時(shí)間，因此不能用來計(jì)算非穩(wěn)態(tài)導(dǎo)熱的熱量。你認(rèn)為 對嗎？9.導(dǎo)熱是由于微觀粒子的擴(kuò)散作用形成的。迄今為止，描述物質(zhì)內(nèi)部導(dǎo)熱機(jī)理的物理模 型有哪些？用它們可以分別描述哪些物質(zhì)內(nèi)部的導(dǎo)熱過程？10.用穩(wěn)定法平板導(dǎo)熱儀對某廠提供的保溫

7、試材的導(dǎo)熱系數(shù)進(jìn)行測定，試驗(yàn)時(shí)從低溫開始,依次在 6 個不同溫度下測得 6 個導(dǎo)熱系數(shù)值。這些數(shù)據(jù)表明該材料的導(dǎo)熱系數(shù)隨溫度 升高而下降，這一規(guī)律與絕熱保溫材料的導(dǎo)熱機(jī)理不符，經(jīng)檢查未發(fā)現(xiàn)實(shí)驗(yàn)裝置有問題，試分析問題可能出在哪里？11.在超低溫工程中要使用導(dǎo)熱系數(shù)很低的超級保溫材料。如果要你去研制一種這樣的新 保溫材料，試從導(dǎo)熱機(jī)理出發(fā)設(shè)計(jì)一種超級保溫材料，列出你為降低導(dǎo)熱系數(shù)采取了 哪些措施？并解釋其物理原因？12.試對比分析在氣體中由分子熱運(yùn)動產(chǎn)生的熱量遷移與在金屬中自由電子熱運(yùn)動產(chǎn)生的 能量遷移這兩個物理模型的共同點(diǎn)和差異之處。13.在任意直角坐標(biāo)系下，對于以下兩種關(guān)于第三類邊界條件的表達(dá)

8、形式，你認(rèn)為哪個對, 哪個不對，或者無法判別？陳述你的判斷和理由。14.一維常物性穩(wěn)態(tài)導(dǎo)熱中，溫度分布與導(dǎo)熱系數(shù)無關(guān)的條件有哪些？；:t ?ta 2_xICTtx二h(TfTxQx=0cx=h(Tx -Tf)15.發(fā)生在一個短圓柱中的導(dǎo)熱問題，在哪些情況下可以按一維導(dǎo)熱問題來處理？16.擴(kuò)展表面中的導(dǎo)熱問題可以按一維處理的條件什么？有人認(rèn)為，只要擴(kuò)展表面細(xì)長,就可以按一維問題處理，你同意這種觀點(diǎn)嗎？某材料導(dǎo)熱系數(shù)與溫度的關(guān)系為 =，0(1 bT2)，式中，o,b為常數(shù)，若用這種材料制成平板，試求其單位面積的熱阻表達(dá)式。對于如圖所示的兩種水平夾層，試分析冷、熱表面間熱量交換的方式有何不同？如果要

9、通過實(shí)驗(yàn)來測定夾層中流體的導(dǎo)熱系數(shù)，應(yīng)采用哪一種布置?熱面 f f f f f嚴(yán)、J 亠.J.*二，Iff f f f f f仁(a)夾層冷面在下在測量金屬導(dǎo)熱系數(shù)的實(shí)驗(yàn)中，為什么通常把試件制作成細(xì)而長的棒？ 高溫下氣體導(dǎo)熱系數(shù)的測定有何困難？在實(shí)際中能否用常溫下的數(shù)據(jù)來替代？ 肋化系數(shù)，肋效率和肋壁效率是如何定義的？在選用和設(shè)計(jì)肋片時(shí)它們有何用途？ 有兩根材料不同，厚度均為2:的等截面直肋 A 和 B，處于相同的換熱環(huán)境中，肋基 溫度均為To，肋端絕熱，它們的表面均被溫度為Tf、對流換熱系數(shù) h為常數(shù)的流體所 冷卻，且二二1 h。現(xiàn)測得材料 A 和 B 內(nèi)的溫度分布如圖所示， 試分析材料 A

10、和 B 導(dǎo)熱系數(shù)的大小。為測量管道內(nèi)流體的溫度，可采用溫度計(jì)套管。實(shí)用中常常布置成如圖所示的斜插形 式，試從傳熱學(xué)的角度解釋其合理性。覆蓋熱絕緣層是否在任何情況下都能減少熱損失？保溫層是否越厚越好？對室內(nèi)冷凍管道和熱力管道的保溫層設(shè)計(jì)有何不同？在管道內(nèi)部貼上一層保溫材料，是否存在某一臨界絕熱直徑？為什么？非穩(wěn)態(tài)導(dǎo)熱的正規(guī)狀況階段或充分發(fā)展階段在物理過程及數(shù)學(xué)處理上有什么特點(diǎn)？ 有人認(rèn)為，當(dāng)非穩(wěn)態(tài)導(dǎo)熱過程經(jīng)歷時(shí)間很長時(shí)，采用諾模圖計(jì)算所得到的結(jié)果是錯誤 的。理由是：這個圖表明，物體中各點(diǎn)的過余溫度與中心截面過余溫度的比值僅與幾 何位置和畢渥數(shù)Bi有關(guān)，而與時(shí)間無關(guān)。但當(dāng)時(shí)間趨于無限大時(shí)，物體中各

11、點(diǎn)的溫度 應(yīng)趨于流體溫度，所以兩者是有矛盾的。你如何17.18.19.20.21.22.23.24.25.26.27.28.冷面f f f f f f、 F f F f f f(b)夾層熱面在下看待這一問題？29.有人這樣分析：在一維無限大平板中心溫度的諾模圖中，當(dāng)，越小時(shí)， /（h）越小，此時(shí)其他參數(shù)不變時(shí)，飛/詁越小，即表明九越小，平板中心溫度就越接近于流體溫度。這說明物體被流體加熱時(shí)，其，越?。ǎ籆p 定）反而溫升越快，與事實(shí)不符。請指出上述分析錯誤在什么地方？30.試分析當(dāng) Fo0.048m o）2.外徑為 250mm 的鋼管，若在其外表面包以6.5mm 石棉（入1= 0.166W/（

12、m K），再在 其外包以 25mm 的玻璃纖維（入2= 0.043W/（m K），玻璃纖維外表面溫度為 38C，鋼管溫度為 315C，求單位長度鋼管的熱損失和兩保溫層界面的溫度。（提示：這是一個一維通過雙層圓筒壁的導(dǎo)熱問題。答案：qi=399 . 8W/ m ,twm=295 . 6Co由于鋼管的管徑比較大， 保溫層厚度相對較薄， 可忽略管徑曲率的影響， 若用平壁公式計(jì)算，則答案為ql= 394. 8W/ m, twm=297 . 5C,熱流密度的誤差為-1 . 25%，壁溫的誤差為+0. 0064%，由此可見，用平壁公式計(jì)算圓筒壁的導(dǎo)熱問題， 要求管徑足夠大或 d 外/d 內(nèi)v2。當(dāng)然，在一

13、般的工程計(jì)算中，該誤差是可以接受的。3.有一厚為 25mm 的平面紅磚墻，導(dǎo)熱系數(shù)為0.5 W/（m.K），在其外表面上覆蓋了一層導(dǎo)熱系數(shù)為 0.2W/ （m K）、厚為 3mm 的抹面材料，為使墻面的散熱損失小于200W/m2,在磚墻內(nèi)側(cè)再加一層導(dǎo)熱系數(shù)為0.l W/（m K）的保溫材料，墻體與環(huán)境接觸的兩個表面溫度分別為 25C和-10C.問：1） 內(nèi)層所加保溫材料應(yīng)為多厚才能達(dá)到要求？2） 若將外表面的抹面材料厚度從3mm 增加到 5mm ,其他條件不變，則單位面積散熱量為多少？3） 若墻體總面積為 1500m2，通過墻面將損失多少熱量？（提示：這是一個一維穩(wěn)態(tài)通過三層平壁的導(dǎo)熱問題。答

14、案：3 0 . 011m , q =189. 2W/m2；0= 283. 8kW。）4.某熱力管道的外徑（直徑）為 100mm ,壁溫為 350C,在管道外包有一層 50mm 厚、導(dǎo)熱 系數(shù)為 0.05 W/（m K）的微孔硅酸鈣制品作為保溫材料，現(xiàn)測得保溫材料的外表面溫度為 70C,問 1000m 長的管道每小時(shí)的熱損失是多少？若折合成標(biāo)煤（發(fā)熱量 7000kcal/ kg），每年將損失多少標(biāo)煤？5（提示：這是一個一維穩(wěn)態(tài)通過單層圓筒壁的導(dǎo)熱問題。答案：0= 4. 57X10 kJ/ h,熱損失折合標(biāo)煤 136. 6 噸/年。）5.外徑（直徑）為 100mm、壁溫為 350C的某熱力管道，為

15、了降低其散熱損失，需要重新進(jìn) 行保溫設(shè)計(jì)，設(shè)計(jì)要求保溫層外表面溫度不超過50C，散熱量按標(biāo)煤（發(fā)熱量 7000kcal/kg）計(jì)算，每公里長管道熱損失不超過每年100 噸標(biāo)煤的發(fā)熱量，保溫材料采用導(dǎo)熱系數(shù)為 0.048W/（m K）的微孔硅酸鈣制品，問需要保溫層的厚度是多少？(提示：這是一個一維穩(wěn)態(tài)通過單層圓筒壁的導(dǎo)熱問題。答案：保溫層厚度至少 82.4mm。6.對于某一大平壁，有三種保溫方案可以選擇： 采用三層材料保溫：50mm 厚的膨脹珍珠巖，導(dǎo)熱系數(shù)為 0.08 W/(m K), 20mm 厚的粉煤灰磚，導(dǎo)熱系數(shù)0.22 W/(m.K),5mm 厚的水泥，導(dǎo)熱系數(shù)為 0.8W/ (m K

16、);采用兩層材料保溫：60mm 厚的礦渣棉， 導(dǎo)熱系數(shù)為 0.06W/ (m K) , 15mm 厚的混凝土板，導(dǎo)熱系數(shù)為0.79 W/ (m.K);三層材料保溫：25mm 的輕質(zhì)耐火磚，導(dǎo)熱系數(shù)為0.3 W/(m.K) , 30mm 厚的玻璃棉氈，導(dǎo)熱系數(shù) 0.04W/(m.K) , 20mm 厚的紅磚，導(dǎo)熱系數(shù)為 0.49 W/(m.K)。問單純從減少 熱損失的角度分析，采用哪種方案最好？(提示：這是一個計(jì)算多層平壁導(dǎo)熱熱阻的問題，導(dǎo)熱熱阻越大，其熱損失越小。答案：這三種方案中，采用第二種方案的散熱損失最少。)7.一外徑為 25mm 的碳鋼管外裝有高為 12.5mm、厚 1mm 的等厚度環(huán)

17、肋(碳鋼制，導(dǎo)熱系 數(shù)取 45 W/(m K)，肋片間距為 5mm，肋片與管外流體的對流傳熱系數(shù)為55W /2(m .K)，問:1)環(huán)肋的肋效率為多少？2)若管長為 1m,相當(dāng)于整根管子肋側(cè)傳熱面積，其總面積肋效率又為多少？3)加肋前后傳熱面積增大了幾倍？(提示：這是一個計(jì)算等厚度環(huán)肋的肋效率的問題，可通過查肋效率圖得到肋片效率，再計(jì)算相對于總換熱面積的總面積肋效率(等于肋片換熱面積乘肋片效率加上肋基光壁面積，除以管子的總換熱面積)。答案：(1)nf= 76%, (2)n0= 78. 2%;加肋前后換熱面積增大了& 7 倍。)& 已知外徑為 25mm 的碳鋼管外裝有高為12.5

18、mm、厚 1mm、肋效率為 76%的等厚度環(huán)肋，肋片間距為 5mm，肋片與管外流體的對流傳熱系數(shù)為55W/(m2.C)，管壁溫度為150C，管外流體溫度為 300C,問：1)每米長管子的傳熱量為多少？2)與光管相比傳熱量增大了幾倍？(提示：這是一個計(jì)算等厚度環(huán)肋肋管總換熱量的問題，可以將肋片換熱量與肋基光壁的換熱量分別計(jì)算相加得到總換熱量，也可通過計(jì)算總面積肋效率后得到總換熱量，這兩種方法的結(jié)果是一樣的，后者常用于計(jì)算通過肋壁的傳熱中。答案：(1)4 . 405kW/ m； (2)換熱量與末加肋前相比增大了6. 8 倍。)9.外直徑為 50mm 的蒸汽管道外表面溫度為 400C,其外包裹有厚度

19、為 40 mm，導(dǎo)熱系數(shù) 為0.11W/(mK)的礦渣棉，礦渣棉外又包有厚為 45mm 的煤灰泡沫磚，其導(dǎo)熱系數(shù)與磚層平均溫度的關(guān)系為：，=0.099 - 0.0002 T。煤灰泡沫磚外表面溫度為50C，已知煤灰泡沫磚最高耐溫為 300C，試檢查煤灰泡沫磚的溫度有無超過最高溫度？并求單位管長的 熱損失。10. 輸電的導(dǎo)線可以看作為有內(nèi)熱源的無限長圓柱體。假設(shè)圓柱體壁面有均勻恒定的溫度TW，內(nèi)熱源qv和導(dǎo)熱系數(shù)為常數(shù)，圓柱體半徑為r0。試求在穩(wěn)態(tài)條件下圓柱體內(nèi)的溫度分布。11. 一根圓截面的不銹鋼肋片，導(dǎo)熱系數(shù) =20W/(mK)，直徑d為 20mm，長度丨為 100 mm ,肋基溫度為 300

20、C,周圍流體溫度為 50C,對流換熱系數(shù)為h =10w/(m2K),肋尖端面是 絕熱的。試求：肋片的傳熱量，肋端溫度，不用肋片時(shí)肋基壁面的傳熱量，用導(dǎo)熱系數(shù)為無限大的假想肋片代替不銹鋼肋片時(shí)的傳熱量。12.噴氣渦輪發(fā)動機(jī)最后幾個透平級中之一的一個靜止葉片，葉片高75mm，橫截面積 A 為160mm2,周長 P 為 50mm。除葉片的底表面，即葉片和透平連接的葉片根部外，葉片整 個表面上流過 540C的氣體。氣體和葉片表面之間的平均對流換熱系數(shù)約為460W/m2K,葉片材料的導(dǎo)熱系數(shù)為170W/mK。假設(shè)允許作準(zhǔn)一維分析，要使葉片端部溫度不超過480C，試計(jì)算葉片根部必須保持的溫度。13. 外徑

21、 40mm 的管道，壁溫為 120C，外裝縱肋 12 片，肋厚 0.8mm ,高 20mm，肋的導(dǎo)熱系數(shù)為 95W/mK，周圍介質(zhì)溫度為 20C，對流換熱系數(shù)為20W/m2K，求每米管長散熱量。14. 如圖所示是平板式太陽能熱水器的一種簡單的吸熱板結(jié)構(gòu)，吸熱板面向太陽的一面涂有一層對太陽輻射吸收率很高的材料，吸熱板的背面設(shè)置了一組平行的管子，其內(nèi)通以冷 卻水以吸收太陽輻射，管子之間則充滿絕熱材料。吸熱板的正面在接受太陽輻射的同時(shí)受到環(huán)境的冷卻。設(shè)凈吸收的太陽輻射為qr，表面對流換熱系數(shù)為 h，空氣溫度為T-,管子與吸熱板結(jié)合處的溫度為T0，試寫出確定吸熱板中溫度分布的數(shù)學(xué)描寫并求解之。分析：(

22、1)簡化，兩根管子的溫度一致，取s/2吸熱平板作為研究對象(2)吸熱板背面絕熱，相當(dāng)于對稱面-T0- TTTTTn(3)建立數(shù)學(xué)模型 jdx dQ hP(T 比T)dx 十 qfdx15.在模擬渦輪葉片前緣沖擊冷卻試驗(yàn)中， 用溫度為20C的冷空氣沖擊 300C的鋁制模型試件。試件幾何尺寸如圖所示：沖擊表面積為6 10；m2，體積為30*m3，冷吹風(fēng) 1 分鐘后，試件溫度為60C，試_問對流換熱系數(shù)為多少：已知鋁的導(dǎo)熱系數(shù) ；二九=200W/(mK);比熱容 c =0.9KJ/(KgK);密度 P=2700Kg/m3。-12沖擊管16. 有一電烙鐵通電之后， 加在電阻絲上的功率為Q0，一方面使烙

23、鐵頭的內(nèi)能增加，另一方面通過烙鐵頭表面向外對流換熱。如果烙鐵頭可看成是一個集總熱容體，其物 性參數(shù)為已知，環(huán)境溫度及對流換熱系數(shù)為常數(shù)，試分析烙鐵頭的溫度隨時(shí)間變化 的函數(shù)關(guān)系。17. 直徑 12cm 的鐵球( =52W/(mK);a=1.7 105m2/s)在對流換熱系數(shù)h=75W/(m2K)的油池內(nèi)冷卻42 分鐘，若對 直徑為 30cm 的不銹鋼球( =14W/(mK);a =3.9 10-6m2/s)實(shí)現(xiàn)相似冷卻過程需多少時(shí)間？對流換熱系數(shù)為多少：18. 一臺輸出功率為 750W 用于水中工作的電阻加熱器，總的暴露面積為0.1m2，在水中的表面對流換熱系數(shù)為h =200W/(m K)，水

24、溫為 37C。試確定(1)在設(shè)計(jì)工況下 加熱器的表2dAdxT0s/2面溫度；(2)如果放置在37C的空氣中，表面對流換熱系數(shù)變?yōu)閔 =8W/(m2K)，此時(shí)的穩(wěn)態(tài)表面溫度如何變化。解：取整個加熱器作為控制體，由于處于穩(wěn)定狀態(tài)，故控制體內(nèi)儲存能量的變化為零。i.0 750二hA(TwTf)(1)TW=63.78 C(2)TW=919.35 C討論本例題得到的是一個代數(shù)方程式。運(yùn)用控制體的概念來進(jìn)行數(shù)學(xué)建模在以后的學(xué)習(xí)中可以進(jìn)一步領(lǐng)會19. 一根外徑為 0.3m，壁厚為 3mm，長為 10m 的圓管，入口溫度為 80C的水以 0.1m/s 的平均速度在管內(nèi)流動，管道外部橫向流過溫度為20C的空氣

25、，實(shí)驗(yàn)測得管道外壁面的平均溫度為 75C，水的出口溫度為 78C。已知水的定壓比熱為4187J/(kgK)，密度為 980kg/m3，試確定空氣與管道之間的對流換熱系數(shù)。解：根據(jù)熱量傳遞過程中能量守恒的定理，管內(nèi)水的散熱量必然等于管道外壁與空氣之間的對流換熱量管內(nèi)水的散熱量為Q =:uAccP(Tin-Tout)2222式中Ac為管道流通截面積，Acdi2(d2、J2(0.3 2 0.003)2=0.0679m2444a)Q =980 0.1 0.0679 4187 (80-78)=5572227 W(2)管道外壁與空氣之間的對流換熱量為b)Q二hA(TW-Tf) - ”d0l仃w-Tf)h-

26、二0.3 10 (75 _20) =518.1h(W)(3)管內(nèi)水的散熱量等于管道外壁與空氣之間的對流換熱量a)518.155722.272b)h =107.55W/(m2K)20. 10cm 厚的平板兩側(cè)面分別保持為100C和 0C,導(dǎo)熱系數(shù)按照 怎=爲(wèi)(1 bT)關(guān)系隨溫度變化。在 T=0C時(shí)， =50W/(mK)，T=100C時(shí)， =100W/(mK)，求熱流密度和 溫度分布。解： 由題意知，T1=0C時(shí)，xuSOW/gK);T2=100C時(shí)，.2=50W/(mK)可以解出，0=50 W/(mK)，b =0.01/C由導(dǎo)熱微分方程dx i dx :積分兩次,dT卄dT訂1，即試5)=0T

27、丄bT2=C!x -C220引用邊界條件可確定，C1=-75000，C2=150dT2最終解得，q -=75000 W/m2dx_1 . 4 _30 xT，只有取“+”才符合題意。0.01T2討論上述溫度分布結(jié)果定性示于圖。可見當(dāng)導(dǎo)熱系數(shù)不為常數(shù)時(shí)，平壁內(nèi)的溫度不再呈線性分布。讀者可思考一下，如果b：0時(shí)，物體內(nèi)溫度分布將呈怎樣的定性分布趨勢。21.A ,B 兩種材料組成的復(fù)合平壁，材料 A 產(chǎn)生熱量qv=1.5 106W/m3，A=75W/(mK)，對材料A，絕熱面正好相當(dāng)于對稱發(fā)熱平板的正中面(dTdx)x=0=0。此處溫度值最高,討論：熱阻分析是從A、B材料界面開始的，而不是從A材料外壁

28、面開始。這是因?yàn)锳材料有 內(nèi)熱源，不同x處截面的熱流量不相等，因而不能應(yīng)用熱阻的概念來作定量分析。22.有一外直徑為60mm、壁厚為 3mm 的蒸汽管道，管壁導(dǎo)熱系數(shù)M=54W/(mK);管道外壁上包有厚 50mm 的石棉繩保溫層，導(dǎo)熱系數(shù)-2=0.15W/(mK);管內(nèi)蒸汽溫度Tf1=150C，對流換熱系數(shù)g =120W/(m2K)； 管外空氣溫度Tf2=20C，對流換熱系數(shù)=10W/(m2K)。試求：通過單位管長的壁的導(dǎo)熱熱流量ql；金屬管道內(nèi)、外側(cè)表面的溫度TW1和TW2；若忽略不計(jì)金屬管壁導(dǎo)熱熱阻，ql將發(fā)生多大變化:解：蒸汽管道的長度比其外徑尺寸大得多，可視作無限長圓筒壁。而Tf1、

29、Tf2、h1和 h21通過單位長度管壁的導(dǎo)熱熱流量等于此傳熱過程的傳熱熱流量傳熱過程的熱阻組成為:A=50mm；材料 B 不發(fā)熱，B=150W/(mK),、出=20cm。材料 A 的外表面絕熱， 材料 B 的外表面用溫度為 30C的水冷卻，對流換熱系數(shù)h =1000W/(m2K)。試求穩(wěn)態(tài)下 A、B 復(fù)合壁內(nèi)的溫度分布，絕熱面的溫度，冷卻面溫度，A、B 材料的界面溫度。解：在穩(wěn)態(tài)工況下，A材料所發(fā)生的熱量必須全部散失到流過B材料表面的冷卻水中，而且從A、B材料的界面到冷卻水所傳遞的熱流量均相同，故可定性地畫岀復(fù)合壁內(nèi)的溫度分布及從界面到冷卻水的熱阻圖。圖中R,為導(dǎo)熱熱阻，R2為表面對流換熱熱阻

30、。 根據(jù)熱平衡，材料A產(chǎn)生的熱量為Q二乜”人，則A傳入B的熱流密度qq=qv；!A由牛頓冷卻定律，可確定冷卻面的溫度q = h(T2_Tf)qvV1.5工10匯0.05T2=Tfv v=30105 Ch1000對B材料由傅里葉定律，可確定A、B材料的界面溫度TfxT1=T2q4ZB.05上106空叫15C150復(fù)合平壁示意圖To二二1.5 1060.0522X75115 =140 C內(nèi)表面對流換熱熱阻金屬管壁導(dǎo)熱熱阻 保溫材料導(dǎo)熱熱阻 外表面對流換熱熱阻1R1二10.049121112二(30 -3) 10 120=-In-In 2恥2X54迄711 /In 1 =In2恥農(nóng)丿2兀X0.151

31、11=5.3736 10=1.04070.1989qlTf 1-Tf2150-20-1.2893= 100.8W/m0q2AR2R32金屬管道內(nèi)、外側(cè)表面的溫度TW1和TW2由傳熱過程環(huán)節(jié)分析可得TW1=Tf1q|R1=150100.8 0.0491 =145 C TW2 =Tfi _qi(RiR2)=150_100.8 (0.0491 5.3736 10)=144.99C3如果不計(jì)金屬管壁的導(dǎo)熱熱阻，則討論 在傳熱過程的各個環(huán)節(jié)中，影響熱量傳遞的因素主要體現(xiàn)在熱阻大的環(huán)節(jié)上。在穩(wěn)定的傳熱條件下，傳熱環(huán)節(jié)的熱阻小意味著熱量傳遞所需的動力小。特別是當(dāng)這一環(huán)節(jié)熱阻可 忽略不計(jì)時(shí)，引起熱量傳遞的溫度

32、差也將趨于零。23. 耐溫塞子的直徑隨x變化，D =ax(a為常數(shù))，在Xj的小頭處溫度為 刁，在x?的大 頭處溫度為T2，材料導(dǎo)熱系數(shù)為，。假設(shè)側(cè)表面是理想絕熱的，試求塞子內(nèi)的溫度 分布，及通過塞子的熱流量。解：穩(wěn)定導(dǎo)熱時(shí)，通過不同截面的熱流量是相同的，但熱流密度不相同。 此題導(dǎo)熱截面積有限，且沿?zé)崃魇噶糠较蚴亲兓模什荒苁褂妹娣e為無限大的一維平壁導(dǎo)熱方程：d2T dx2=0進(jìn)行計(jì)算。討論利用傅里葉定律積分求解變截面一維導(dǎo)熱問題。24.【例題 6】在用穩(wěn)態(tài)平板法測定非金屬材料導(dǎo)熱系數(shù)的儀器中，試材做成圓形平板,放在冷、熱兩表面之間。已知主電爐的直徑d=120mm，儀器冷、熱兩表面溫度分別由

33、熱電偶測得為 T1=180C, T2=30C，主電爐產(chǎn)生的熱流量為60W。由于安裝不好,試件和冷、熱表面間均存在0.1mm 的空氣縫隙。試確定空氣縫隙給測定導(dǎo)熱系數(shù) 帶來的誤差(假設(shè)通過空氣縫隙的輻射換熱可以忽略不計(jì))(1)主電爐試材(3)冷卻器qiTfi Tf2150 _201.2887=100.87與不忽略金屬管壁熱阻時(shí)比較熱流量W/mqi變化甚微，不足0.07 .I.Xxxxx1 X -1 X1解得溫度分布為T1-T2)T +T3T5 工(4)底面輔助電爐(5)側(cè)面輔助電爐(6) (7)保溫層1.圖2-10穩(wěn)態(tài)平板法測定導(dǎo)熱系數(shù)裝置示意圖TW2 =Tfi _qi(RiR2)=150_10

34、0.8 (0.0491 5.3736 10)=144.99C討論：為了保證主電爐產(chǎn)生的熱量垂直穿過平板試件，分別調(diào)整側(cè)輔助電爐和底輔助電爐的功率以保證T3= T1，T4= T5。為了使熱面和冷面上所測溫度T1和T2盡可能精確地反應(yīng)試材熱面和冷面的溫度，必須盡量設(shè)法減小熱、冷面與試材表面的接觸熱阻。所測試件在放入之前必須經(jīng)過仔細(xì)地烘干，尤其對于保溫材料。28.用熱電偶測量管道內(nèi)的氣流溫度。 已知熱接點(diǎn)溫度Tj=650C,熱電偶套管根部溫度To=500C,套管長度丨=100 mm，壁厚、.=1mm，外直徑d=10mm，導(dǎo)熱系數(shù) =25W/(mK), 氣流與套管之間的對流換熱系數(shù)h=50w/(m2K

35、)。試求：熱電偶溫度與氣流真實(shí)溫度之間的誤差；分析在下列條件改變下測量誤差的大小。(a、改變套管長度1=150 mm ; b、改變套管壁厚.=0.5mm ; c、更換套管材料.=16W/(mK) ; d、若氣流與套管之間的對 流換熱系數(shù)h =l00W/(m2K)； e、若在安裝套管的壁面處包以熱絕緣層，以減小熱量的 導(dǎo)出，此時(shí)套管根部溫度 T0=600CO解在進(jìn)行分析時(shí)，注意以下幾點(diǎn)工程分析中的近似處理，以及肋片的概念。由于熱電偶的節(jié)點(diǎn)與套管頂部直接接觸，可以認(rèn)為熱電偶測得的溫度就是套管頂端的壁面溫度；(2)熱電偶套管可以看成是截面積為的等截面直肋。(3)肋片的周長取與流體接觸部分的長度；(4

36、)所謂測溫誤差，就是套管頂端的過余溫度。故熱電偶的測溫誤差為4Co分析在下列條件改變下測量誤差的大小改變套管長度|=150 mm1ml =44.7 0.15 =6.7，=(654 -500)0.38Cch(ml)改變套管壁厚=0.5mmc.更換套管材料 =16W/(mK)1=(654 -500)1.14Cch(ml)2d.若氣流與套管之間的對流換熱系數(shù)h =100W/(m K)熱電偶溫度與氣流真實(shí)溫度之間的誤差當(dāng)把熱電偶接點(diǎn)處視為絕熱時(shí)，由一5044.725 0.0011 1F時(shí)或Tj-Tf 0斫Tjch(ml)0650Xch(44.7 X0.1) 500Tfch(ml) 1ch(44.7 0

37、.1) -1= 654V =(654 -500)1ch(ml)= 0.5Tj熱電偶測溫示意圖ml50 -0.1 =6.3 2 3 250.0 0 05ml0.1 =5.59，換熱熱阻將熱量傳給套管頂部；然后通過套管(肋片)傳至根部；再通過一個對流換熱熱阻將熱量傳 給外界流體。顯然，要減小測溫誤差，應(yīng)使Tj接近于Tf，即應(yīng)盡量減小R1而增大R2及R329.圍在外徑為 80mm 銅管上的一鋁質(zhì)環(huán)肋，厚5mm，肋外緣直徑為 160mm，導(dǎo)熱系數(shù)為200W/(mK)，周圍流體溫度為 70C，對流換熱系數(shù)為60W/(m2K)。求肋片的傳熱量。解本題可利用肋片效率進(jìn)行計(jì)算。先計(jì)算有關(guān)參數(shù)考慮肋端傳熱作用的

38、肋片修正長度，I丄1川2=(2_)込=(80 _40 5?) 10=0.0425 m2縱剖面積，AL=11. =0.0425 0.005 =0.0002125 mr2=r2 =2.062511查圖得，f=0.89故傳熱量為:Q=fQmax=2fh二(r22-)(T0_Tf) =2 0.89 60 3.14 (0.08252_0.042) (250 _70) =314 W27.以等截面直肋為例，試用熱阻的概念簡要說明采用肋化表面是否都可以得到強(qiáng)化傳熱的 效果？如果答案是否定的， 則對敷設(shè)矩形剖面的直肋推導(dǎo)一個定量的判據(jù)？解：假設(shè)不管是否敷設(shè)肋片，肋片基部表面溫度為Tw，基部表面和流體之間的對流換

39、熱系數(shù)與肋片和流體之間的對流換熱系數(shù)值相同。不敷肋片而高為、的基部表面，這部分和流體之間的換熱量為如有肋片敷在基部表面上，則熱量從處于Tw的表面導(dǎo)入肋片，并克服肋片的導(dǎo)熱內(nèi)熱阻，在到達(dá)肋片和流體的界面后，再通過表面對流換熱熱阻散入流體。J b裸露表面RO土TWTf流體Tf, hQ-|-o- -oT wmLTWTf0.04251.5= 0.329Qnf=h、:(Tw-Tf)TwTf1/(h.)f 60 200 0.0002125令肋片導(dǎo)熱的平均內(nèi)熱阻為R，Twn為肋片表面的平均溫度。在有或沒有肋片時(shí)的等效熱阻分別為11丄二匸二農(nóng)莎Rw在有或沒有肋片時(shí)的散熱量分別取決于所表示的等效熱阻的相對大小。

40、雖然有肋時(shí)的對流換熱 熱阻遠(yuǎn)小于無肋時(shí)的對流換熱熱阻，但是如果肋片的平均導(dǎo)熱內(nèi)熱阻Rw足夠大而可能使4TWRbRa，這樣導(dǎo)致肋片產(chǎn)生絕熱效應(yīng)而不是增大散熱量的有利作用。例如，敷設(shè)由石棉構(gòu)成的相當(dāng)厚的肋片就有這樣的作用，因石棉的導(dǎo)熱系數(shù)很小而使Rw足夠大。有肋片時(shí)的散熱量為式中，、h(TW_Tf) =Qnf，為未加肋片的基部表面散熱量。1c1心=+th(mL)Qf_BiQnf1Q1th(mL)當(dāng)=Bi.1時(shí)，敷設(shè)肋片將起到增加傳熱的有利作用。解不等式，得到Qnf1亠,Bith(mL)Bi：1討論：在有肋片的設(shè)計(jì)中，當(dāng)全部因素都加以考慮時(shí)，一般只有在下列條件下肋片的應(yīng)用才是合理的。BPS 0.25

41、28.【例題 10】一無限大平板，熱擴(kuò)散系數(shù)a=1.8 10-6m1 2/s，厚度為 25mm，具有均勻初始溫度 150C。若突然把表面溫度降到30C，試計(jì)算 1 分鐘后平板中間的溫度(假設(shè)物體表面對流換熱熱阻與物體內(nèi)的導(dǎo)熱熱阻相比可以忽略，即解：本問題的完整數(shù)學(xué)描寫如下:1 :T _ :2Ta .：X2引入過余溫度V -T -Tf，上式變?yōu)?_込：込：a一X2初始條件和邊界條件：.=0時(shí)，在0 :x三2、：內(nèi)Qf=m(TWhth(mL)巧)匹1 th(mL)mm.1th(mL)Wh(TwTf)一hh1 th(mL)m 2h h2、h;.、.Bi 0時(shí)，在x =0處-0得到Bi決1的情形 0時(shí)

42、，在x =2：處運(yùn)用分離變量法，可得到最終的級數(shù)解為對于本例題，將以下數(shù)據(jù)二T -Tf3 _T -Tfn =1, 3,5:二二n=1na =1.8 10-m2/s,2、.=0.025m,. =60sTj=150C,Tf=Tw=30C,x=.=0.0 12m代入上式，若只取前面非零的四項(xiàng)(n =1,3,5, 7)計(jì)算，得TTf二上(0.181777.22 10-86.15 10，_5.21 107) =0.2314Ti -Tf二由此求得在1分鐘后，平板中間溫度為T =0.2314( _Tf) HTf=0.2314(150 _30) 30 =57.8C討論：一般以Fo 0.2為界，判斷非穩(wěn)態(tài)導(dǎo)熱過

43、程進(jìn)入正規(guī)狀況階段。此時(shí)無窮級數(shù)的解可以用第一項(xiàng)來近似地代替，所得的物體中心溫度與采用完整級數(shù)計(jì)算得到的值的差別基本能控制在1：以內(nèi)。本例題中Fo =0.69，可以看出，級數(shù)的第一項(xiàng)較后幾項(xiàng)高出多個數(shù)量級。29.兩一塊厚度均為 30 mm 的無限大平板，初始溫度為20C，分別用銅和鋼制成。平板兩側(cè)表面的溫度突然上升到60C，試計(jì)算使兩板中心溫度均上升到56C時(shí)兩板所需的時(shí)間比。銅和鋼的熱擴(kuò)散系數(shù)分別為103 10-6m2/ s和12.9 106m2/s。解：一維非穩(wěn)態(tài)無限大平板的溫度分布有如如下函數(shù)形式xf(Bi,Fo,)兩塊不同材料的無限大平板，均處于第一類邊界條件(BiTo)。由題意，兩種

44、材料達(dá)到同樣工況時(shí)，Bi數(shù)和x/、相同，要使溫度分布相同，則只需Fo數(shù)相等。(Fo)銅=(Fo)鋼銅/鋼=&鋼/ a銅=0.12530.測量氣流溫度的熱電偶，其結(jié)點(diǎn)可視為球體，結(jié)點(diǎn)與氣流之間的對流換熱系數(shù)h =400W/(m2K)，結(jié)點(diǎn)的熱物性： =20W/(mK);比熱容c=400J/(kgK);密度 ! =8500kg/m，試求:1.時(shí)間常數(shù)為 1 秒的熱電偶結(jié)點(diǎn)直徑為多大？2.把熱電偶從 25C的環(huán)境放入 200C的氣流中要多長時(shí)間才能到達(dá)199C?解：首先計(jì)算結(jié)點(diǎn)直徑，并檢查Bi數(shù)值。對球形結(jié)點(diǎn)A二，V二d由fCVfc d*cchAh 6得6hc6 400 14dc7.06 1

45、0=0.71mmft850400驗(yàn)證Bi=h(r3)=40。7.0610/653 10 50（或 60）時(shí)，短管的上述影響可忽略不計(jì)，當(dāng) I/dv50（或 60）時(shí)，則必須考慮入口段的影響。7.層流時(shí)的對流傳熱系數(shù)是否總是小于湍流時(shí)的對流傳熱系數(shù)？為什么？（提示：該問題同樣可以從入口效應(yīng)角度加以闡述。在入口段邊界層厚度從零開始增厚， 若采用短管，盡管處于層流工況，由于邊界層較薄，對流換熱系數(shù)可以大于紊流狀況。）& 什么叫臨界熱流密度？為什么當(dāng)加熱熱流大于臨界熱流密度時(shí)會出現(xiàn)沸騰危機(jī)？（提示：用大容器飽和沸騰曲線解釋之。以大容器飽和沸騰為例，（1）沸騰過程中，隨著壁面過熱度t 的增大，存

46、在自然對流、核態(tài)沸騰、不穩(wěn)定膜態(tài)沸騰和膜態(tài)沸騰四個階段， 臨界熱流密度是從核態(tài)沸騰向膜態(tài)沸騰轉(zhuǎn)變過程中所對應(yīng)的最大熱流密度；（2）當(dāng)加熱熱流大于臨界熱流密度時(shí)， 沸騰工況向膜態(tài)沸騰過渡，加熱面上有汽泡匯集形成汽膜，將壁面與液體隔開，由于汽膜的熱阻比液體大得多，使換熱系數(shù)迅速下降，傳熱惡化；汽膜的存在使壁溫急劇升高， 若為控制熱流加熱設(shè)備，如電加熱設(shè)備，則一旦加熱熱量大于臨界熱流密度，沸騰工況從核態(tài)沸騰飛躍到穩(wěn)定膜態(tài)沸騰，壁溫飛升到 1000C以上（水），使設(shè)備燒毀。）9.試述不凝性氣體影響膜狀凝結(jié)傳熱的原因。（提示：少量不凝性氣體的存在就將使凝結(jié)換熱系數(shù)減小，這可以從換熱熱阻增加和蒸 汽飽和溫

47、度下降兩方面加以闡述。（1）含有不凝性氣體的蒸汽凝結(jié)時(shí)在液膜表面會逐漸積聚起不凝性氣體層，將蒸汽隔開，蒸汽凝結(jié)必須穿過氣層，使換熱熱阻大大增加；（2）隨著蒸汽的凝結(jié)，液膜表面氣體分壓力增大，使凝結(jié)蒸汽的分壓力降低，液膜表面蒸汽的飽和溫度 降低，減少了有效冷凝溫差，削弱了凝結(jié)換熱。）五、計(jì)算題1.平均溫度為 40C的機(jī)油，以 0.7m/s 的流速流經(jīng)一壁溫為80C、內(nèi)徑為 0.025m、=1長度 1.5m 的圓管。求油的對流傳熱系數(shù)和機(jī)油得到的加熱量。（提示：這是一個油在圓管內(nèi)進(jìn)行強(qiáng)制對流換熱的問題。答案：hc= 88 . 9W/（m2. K）,二 418. 9W。）2.溫度為 30C的風(fēng)以 5

48、m/s 的速度吹過一太陽能集熱器表面，該表面可看作為正方 形平面，一條邊與來流方向垂直，表面尺寸為 2.0X2. 0m2,問當(dāng)表面溫度達(dá)到60C時(shí)被風(fēng)帶走的熱量為多少？已知：平均對流傳熱系數(shù)計(jì)算式：Nu=0.664Re1/2Pr1/3,（當(dāng) Re5X10）,特征尺寸為流體經(jīng)過的板長（順著來流方向的長度）, 定性溫度為 tm= （t- +tw）/ 2。（提示：這是一個流體通過平面的對流換熱問題，可以通過計(jì)算雷諾數(shù)Re 來判斷用上述哪一個公式計(jì)算。得到努謝爾特?cái)?shù)Nu 后可得到流過平板的對流換熱系數(shù)，再根據(jù)牛頓冷卻公式得到換熱量。答案：選用湍流公式，被風(fēng)帶走的熱量為2.23kW。）3.一空氣預(yù)熱器中

49、，煙氣在直圓管內(nèi)流過，管內(nèi)徑 d1= 45mm，管長 1.5m，煙氣流速 12m/s，平均煙氣溫度 300C，管壁溫度 150C，試求單管的對流傳熱量 .（提示：這是一個煙氣在圓管內(nèi)強(qiáng)制對流換熱問題。 答案：單管的對流換熱量為 2. 21kW。）小衛(wèi).11fc cccr 0.8f 0.4-0. 023RefPrfn w y（提示：這是一個水在環(huán)形通道內(nèi)流動的強(qiáng)制對流換熱問題，計(jì)算公式已知，環(huán)4.有一套管式給水預(yù)熱器， 內(nèi)管的外徑為 為0. 5m。給水在套管的環(huán)形流道內(nèi)以 加熱，給水進(jìn)、出預(yù)熱器的溫度分別為 求內(nèi)管外表面對水的對流傳熱系數(shù)。d1= 12mm，外管的內(nèi)徑 d2= 18mm，管長1.

50、5m/s 的流速流動，給水在預(yù)熱器內(nèi)被25C和 85C，預(yù)熱器內(nèi)管壁溫為 95C.試（提示： 這是一個水在非圓形通道內(nèi)強(qiáng)制對流換熱問題， 環(huán)形通道的尺寸用當(dāng)量直徑來計(jì)算。答案：對流換熱系數(shù)為11616. 1W（m2. K）。）5.有進(jìn)口溫度為 80C的熱水流過內(nèi)徑為 20mm 的螺旋管，螺旋的直徑為 150mm，已知水的流速為 0.5m/s，螺旋管內(nèi)壁的平均溫度為35C，為了使水的出口溫度低于 40C，問需要多長的管子或螺旋數(shù)至少要幾個？（提示：這是一個流體在彎管內(nèi)的強(qiáng)制對流換熱問題。答案：至少需要 4. 566m 管子，或螺旋數(shù)至少 10 個。）6.有一空冷器，空氣在其中橫向掠過管束傳熱，管

51、排的橫向間距距 s2= 24mm，管子外徑 d = 16mm，沿空氣流動方向布置了空氣進(jìn)入管束前的流速為6m/s，空氣進(jìn)、出口平均溫度為s1= 32mm， 縱向間 6排管子，順排排列。140C，管壁表面溫度為 60C，試計(jì)算其平均對流傳熱系數(shù)。（提示：這是一個空氣橫掠順排管束的對流換熱問題，計(jì)算雷諾數(shù)時(shí)要注意將空氣進(jìn)口流速轉(zhuǎn)換為最窄截面流速計(jì)算。答案：平均對流換熱系數(shù)為126. 35W /（m2. K） o）7.初溫為 30C的水以 1.0kg/s 的流量流經(jīng)一套管式傳熱器的環(huán)形通道，水蒸氣在內(nèi)管中凝結(jié)，使內(nèi)管外壁的溫度維持在 100C，傳熱器的散熱損失可忽略不計(jì)。 環(huán)形 夾層內(nèi)管的外徑 d1

52、為 40mm、外管內(nèi)徑 d2為 60mm，試確定把水加熱到 50C，套管要多長已知水側(cè)表面對流傳熱系數(shù)Nuf=1形通道的尺寸用當(dāng)量直徑來計(jì)算。答案：需要套管的長度為 2. 883m。）& 某一矩形煙道，截面積為 800mmx700m m ,煙道長 20m，煙道內(nèi)恒壁溫，tw=70C,現(xiàn)有 tf（0） = 230C的煙氣流過該煙道，質(zhì)量流量qm= 1.6kg/s,試計(jì)算煙氣的出口溫度。已知通道內(nèi)傳熱計(jì)算式：Nuf= 0.023Ref0.8Prf0.4；|，對于恒壁溫下的管內(nèi)流流體平均溫度，tf=0. 5tf(x)+tf(0)（提示：這是一個煙氣在矩形通道內(nèi)流動冷卻的換熱問題，計(jì)算公式已知

53、，由于煙氣的出口溫度未知，需要首先假設(shè)煙氣出口溫度來得到定性溫度，然后根據(jù)計(jì)算結(jié)果校核出口溫度，若假設(shè)值的偏差大于允許值，則代入重算，直至達(dá)到計(jì)算精度。答案：煙氣出口溫度為 184. 7C。）9.有一塊長 1m、寬 1m 的平板豎直放置于 20C的空氣中，板的一側(cè)絕熱，另一側(cè)表 面溫度維持在 60C，試計(jì)算該豎板的自然對流散熱量。如果該板未絕熱的一側(cè)改為水平朝上或朝下放置，則其自然對流散熱量又各為多少？（提示：這是豎板或水平板在空氣中自然對流散熱的換熱問題。答案：該平板豎直放置，自然對流散熱量為 160W ;未絕熱一側(cè)改為水平朝上放置， 自然對流散熱量變?yōu)?40W ;未絕熱一側(cè)改為水平朝下放置

54、，自然對流散熱量變?yōu)?0. 49W。由此可見，平板熱面朝上放置時(shí)的散熱量最大，熱面向下放置時(shí)的散熱量最 小，豎直放置的散熱量介于兩者之間。）10.有一水平放置的的熱水管道，用保溫材料保溫，保溫層外徑200mm，外表面平均 溫度 45C，周圍空氣溫度 15C，管道長度為 1500m，試計(jì)算該蒸汽管道上由于自 然對流而引起的散熱量。（提示：這是水平管道外的自然對流換熱問題。答案：自然對流散熱量為135. 9四、簡答題1.試用所學(xué)的傳熱學(xué)知識說明用熱電偶測量高溫氣體溫度時(shí)，產(chǎn)生測量誤差的原因有哪些?可以采取什么措施來減小測量誤差？（提示：用熱電偶測溫時(shí)同時(shí)存在氣流對熱電偶換熱和熱電偶向四壁的散熱兩種

55、情況， 熱電偶的讀數(shù)小于氣流的實(shí)際溫度產(chǎn)生誤差。所以，引起誤差的因素：煙氣與熱電偶間的復(fù)合換熱??；熱電偶與爐膛內(nèi)壁問的輻射換熱大。減小誤差的措施：減小煙氣與熱電偶間的換熱熱阻，如抽氣等；增加熱電偶與爐膛間的輻射熱阻，如加遮熱板；設(shè)計(jì)出計(jì)算 誤差的程序或裝置，進(jìn)行誤差補(bǔ)償。）2.試用傳熱原理說明冬天可以用玻璃溫室種植熱帶植物的原理。（提示：可以從可見光、紅外線的特性和玻璃的透射比來加以闡述。玻璃在日光（短波輻射）下是一種透明體，透過率在 90%以上，使絕大部分陽光可以透過玻璃將溫室內(nèi)物體和空 氣升溫。室內(nèi)物體所發(fā)出的輻射是一種長波輻射一一紅外線，對于長波輻射玻璃的透過串接近于零，幾乎是不透明（透

56、熱）的，因此，室內(nèi)物體升溫后所發(fā)出的熱輻射被玻璃擋在室內(nèi)不 能穿過。玻璃的這種輻射特性，使室內(nèi)溫度不斷升高。）3.試分析遮熱板的原理及其在削弱輻射傳熱中的作用。（提示：可從遮熱板能增加系統(tǒng)熱阻角度加以說明。（1）在輻射換熱表面之間插入金屬動有:tf(x)-tf(O)tf -twhUx，其中U為截面周長,h 為對流傳熱系數(shù),tf為（或固體）薄板，稱為遮熱板。（2）其原理是，遮熱板的存在增大了系統(tǒng)中的輻射換熱熱阻， 使輻射過程的總熱阻增大，系統(tǒng)黑度減少，使輻射換熱量減少。（3）遮熱板對于削弱輻射換熱具有顯著作用，如在兩個平行輻射表面之間插入一塊同黑度的遮熱板，可使輻射換熱量減少為原來的 1 / 2

57、，若采用黑度較小的遮熱板，則效果更為顯著。）4.什么叫黑體、灰體和白體？它們分別與黑色物體、灰色物體、白色物體有什么區(qū)別？在輻射傳熱中，引入黑體與灰體有什么意義？（提示：可以從黑體、白體、灰體的定義和有關(guān)輻射定律來闡述。根據(jù)黑體、白體、灰體 的定義可以看出，這些概念都是以熱輻射為前提的?；疑?、黑色、白色是針對可見光而言的。所謂黑體、白體、灰體并不是指可見光下物體的顏色，灰體概念的提出使基爾霍夫定律無條件成立，與波長、溫度無關(guān)，使吸收率的確定及輻射換熱計(jì)算大為簡化，因此具有重要的作 用；黑體概念的提出使熱輻射的吸收和發(fā)射具有了理想的參照物。）5.玻璃可以透過可見光，為什么在工業(yè)熱輻射范圍內(nèi)可以作

58、為灰體處理？（提示：可以從灰體的特性和工業(yè)熱輻射的特點(diǎn)來論述。所謂灰體是針對熱輻射而言的， 灰體是指吸收率與波長無關(guān)的物體。在紅外區(qū)段，將大多數(shù)實(shí)際物體作為灰體處理所引起的誤差并不大，一般工業(yè)熱輻射的溫度范圍大多處于2000K 以下，因此其主要熱輻射的波長位于紅外區(qū)域。許多材料的單色吸收率在可見光范圍內(nèi)和紅外范圍內(nèi)有較大的差別，如玻璃在可見光范圍內(nèi)幾乎是透明的，但在工業(yè)熱輻射范圍內(nèi)則幾乎是不透明的，并且其光譜吸收比與波長的關(guān)系不大，可以作為灰體處理。）6.什么是“溫室效應(yīng)”？為什么說大氣中的 C02含量增加會導(dǎo)致溫室效應(yīng)？（提示：可以從氣體輻射的特點(diǎn)和能量平衡來加以說明。CO2氣體具有相當(dāng)強(qiáng)的

59、輻射和吸收能力，屬于溫室氣體。根據(jù)氣體輻射具有選擇性的特點(diǎn)， CO2氣體的吸收光帶有三段：2.65 2. 8、4. 154. 45、13. 0 17. 0 卩 m,主要分布于紅外區(qū)域。太陽輻射是短波輻射， 波長范圍在 0. 38一 0. 76 卩 m,因此，對于太陽輻射 C02氣體是透明的，能量可以射入大 氣層。地面向空間的輻射是長波輻射，主要分布于紅外區(qū)域，這部分輻射在CO2氣體的吸收光帶區(qū)段 C02氣體會吸收能量，是不透明的。在正常情況下，地球表面對能量的吸收和釋 放處于平衡狀態(tài)，但如果大氣中的CO2含量增加會使大氣對地面輻射的吸收能力增強(qiáng)，導(dǎo)致大氣溫度上升，導(dǎo)致了所謂溫室效應(yīng)。）五、計(jì)算

60、題1.太陽能以 900W/m2的平均輻射強(qiáng)度射到建筑物的房頂上，房頂對太陽輻射的吸收率為0.85，房頂?shù)拿娣e為 100m2,溫度為 37C，發(fā)射率為 0.88.若室外空氣溫度為 7C,自 然對流傳熱系數(shù)為 5W/（m2.K），試計(jì)算傳人房內(nèi)的熱量。（提示：這是一個輻射與自然對流共同作用下的復(fù)合換熱問題，太陽輻射以投入輻射的 形式對建筑物進(jìn)行輻射， 建筑物以自然對流和輻射兩種方式向大氣散熱，傳人房間的熱量為屋頂?shù)奈鼰崃颗c散熱量之差。答案：46. 1kW。）2.一根直徑為60mm 的電纜，被置于橫斷面為 0.1x0.lm2的封閉電纜溝槽內(nèi)， 若電纜表面 黑度為 0.83、表面溫度為 77C，電纜溝表面溫度為 27C、黑度為 0.92，試問單