傳熱學(xué)復(fù)習(xí)題答案

1、傳熱學(xué)復(fù)習(xí)題1.試分別用數(shù)學(xué)語(yǔ)言將傳熱學(xué)術(shù)語(yǔ)說(shuō)明導(dǎo)熱問(wèn)題三種類型的邊界條件。答： 第一類邊界條件： 第二類邊界條件： 第三類邊界條件：2. 肋片高度增加引起兩種效果：肋效率下降及散熱表面積增加。因而有人認(rèn)為，隨著肋片高度的增加會(huì)出現(xiàn)一個(gè)臨界高度，超過(guò)這個(gè)高度后，肋片導(dǎo)熱熱數(shù)流量反而會(huì)下降。試分析這一觀點(diǎn)的正確性。答：錯(cuò)誤，因?yàn)楫?dāng)肋片高度達(dá)到一定值時(shí)，通過(guò)該處截面的熱流密度為零。通過(guò)肋片的熱流已達(dá)到最大值，不會(huì)因?yàn)楦叨鹊脑黾佣l(fā)生變化。3. 什么叫非穩(wěn)態(tài)導(dǎo)熱的正規(guī)狀態(tài)或充分發(fā)展階段?這一階段在物理過(guò)程及數(shù)學(xué)處理上都有些什么特點(diǎn)? 答：非穩(wěn)態(tài)導(dǎo)熱過(guò)程進(jìn)行到一定程度,初始溫度分布的影響就會(huì)消失，雖然

2、各點(diǎn)溫度仍隨時(shí)間變化,但過(guò)余溫度的比值已與時(shí)間無(wú)關(guān)，只是幾何位置()和邊界條件(Bi數(shù))的函數(shù)，亦即無(wú)量綱溫度分布不變，這一階段稱為正規(guī)狀況階段或充分發(fā)展階段。這一階段的數(shù)學(xué)處理十分便利，溫度分布計(jì)算只需取無(wú)窮級(jí)數(shù)的首項(xiàng)進(jìn)行計(jì)算。4. 試說(shuō)明Bi數(shù)的物理意義。及各代表什么樣的換熱條件?有人認(rèn)為, 代表了絕熱工況,你是否贊同這一觀點(diǎn),為什么? 答；Bi數(shù)是物體內(nèi)外熱阻之比的相對(duì)值。時(shí)說(shuō)明傳熱熱阻主要在邊界，內(nèi)部溫度趨于均勻，可以用集總參數(shù)法進(jìn)行分析求解；時(shí)，說(shuō)明傳熱熱阻主要在內(nèi)部，可以近似認(rèn)為壁溫就是流體溫度。認(rèn)為代表絕熱工況是不正確的，該工況是指邊界熱阻相對(duì)于內(nèi)部熱阻較大，而絕熱工況下邊界熱阻

3、無(wú)限大。5、與完全的能量方程相比，邊界層能量方程最重要的特點(diǎn)是什么？答：與完全的能量方程相比，它忽略了主流方向溫度的次變化率，因此僅適用于邊界層內(nèi)，不適用整個(gè)流體。6. 對(duì)流換熱問(wèn)題完整的數(shù)字描述應(yīng)包括什么內(nèi)容？既然對(duì)大多數(shù)實(shí)際對(duì)流傳熱問(wèn)題尚無(wú)法求得其精確解，那么建立對(duì)流換熱問(wèn)題的數(shù)字描述有什么意義？ 答：對(duì)流換熱問(wèn)題完整的數(shù)字描述應(yīng)包括：對(duì)流換熱微分方程組及定解條件，定解條件包括，（1）初始條件 （2）邊界條件 （速度、壓力及溫度）建立對(duì)流換熱問(wèn)題的數(shù)字描述目的在于找出影響對(duì)流換熱中各物理量之間的相互制約關(guān)系，每一種關(guān)系都必須滿足動(dòng)量，能量和質(zhì)量守恒關(guān)系，避免在研究遺漏某種物理因素。7.什么

4、叫做兩個(gè)現(xiàn)象相似，它們有什么共性？答：指那些用相同形式并具有相同內(nèi)容的微分方程式所描述的現(xiàn)象，如果在相應(yīng)的時(shí)刻與相應(yīng)的地點(diǎn)上與現(xiàn)象有關(guān)的物理量一一對(duì)于成比例，則稱為兩個(gè)現(xiàn)象相似。凡相似的現(xiàn)象，都有一個(gè)十分重要的特性，即描述該現(xiàn)象的同名特征數(shù)（準(zhǔn)則）對(duì)應(yīng)相等。（1） 初始條件。指非穩(wěn)態(tài)問(wèn)題中初始時(shí)刻的物理量分布。（2） 邊界條件。所研究系統(tǒng)邊界上的溫度（或熱六密度）、速度分布等條件。（3） 幾何條件。換熱表面的幾何形狀、位置、以及表面的粗糙度等。（4） 物理?xiàng)l件。物體的種類與物性。8、什么叫大空間自然對(duì)流換熱？什么叫有限自然對(duì)流換熱？這與強(qiáng)制對(duì)流中的外部流動(dòng)和內(nèi)部流動(dòng)有什么異同？答：大空間作自然

5、對(duì)流時(shí)，流體的冷卻過(guò)程與加熱過(guò)程互不影響，當(dāng)其流動(dòng)時(shí)形成的邊界層相互干擾時(shí)，稱為有限空間自然對(duì)流。這與外部流動(dòng)和內(nèi)部流動(dòng)的劃分有類似的地方，但流動(dòng)的動(dòng)因不同，一個(gè)由外在因素引起的流動(dòng)，一個(gè)是由流體的溫度不同而引起的流動(dòng)。 9簡(jiǎn)述的物理意義數(shù)有什么區(qū)別？無(wú)10. 什么叫膜狀凝結(jié)，什么叫珠狀凝結(jié)?膜狀凝結(jié)時(shí)熱量傳遞過(guò)程的主要阻力在什么地方？答：凝結(jié)液體在壁面上鋪展成膜的凝結(jié)叫膜狀凝結(jié)，膜狀凝結(jié)的主要熱阻在液膜層，凝結(jié)液體在壁面上形成液珠的凝結(jié)叫珠狀凝結(jié)11.從換熱表面的結(jié)構(gòu)而言，強(qiáng)化凝結(jié)換熱的基本思想是什么?強(qiáng)化沸騰換熱的基本思想是什么？答：從換熱表面的結(jié)構(gòu)而言，強(qiáng)化凝結(jié)換熱的基本思想是盡量減薄粘

6、滯在換熱表面上液膜的厚度，強(qiáng)化沸騰換熱的基本思想是盡量增加換熱表面的汽化核心數(shù)12什么叫光譜吸收比？在不同光源的照耀下，物體常呈現(xiàn)不同的顏色，如何解釋？黑體的輻射具有漫射特性如何理解從黑體模型（溫度均勻的空腔器壁上的小孔）發(fā)出的輻射能也具有漫射特性呢？ 13、試述角系數(shù)的定義。“角系數(shù)是一個(gè)純幾何因子”的結(jié)論是在什么前提下得出的? 答：表面1發(fā)出的輻射能落到表面2上的份額稱為表面對(duì)表面2的角系數(shù)。“角系數(shù)是一個(gè)純幾何因子” 的結(jié)論是在物體表面性質(zhì)及表面濕度均勻、物體輻射服從蘭貝特定律的前提下得出的。14、試述氣體輻射的基本特點(diǎn)。無(wú)15、什么是輻射表面熱阻？什么是輻射空間熱阻？ 答：出輻射表面特

7、性引起的熱阻稱為輻射表面熱阻，由輻射表面形狀和空間位置引起的熱阻稱為輻射空間16. 在圓管外敷設(shè)保溫層與在圓管外側(cè)設(shè)置肋片從熱阻分析的角度有什么異同？在什么情況下加保溫層反而會(huì)強(qiáng)化其傳熱而肋片反而會(huì)削弱其傳熱？答：在圓管外敷設(shè)保溫層和設(shè)置肋片都使表面換熱熱阻降低而導(dǎo)熱熱阻增加，而一般情況下保溫使導(dǎo)熱熱阻增加較多，使換熱熱阻降低較少，使總熱阻增加，起到削弱傳熱的效果；設(shè)置肋片使導(dǎo)熱熱阻增加較少，而換熱熱阻降低較多，使總熱阻下降，起到強(qiáng)化傳熱的作用。但當(dāng)外徑小于臨界直徑時(shí)，增加保溫層厚度反而會(huì)強(qiáng)化傳熱。理論上只有當(dāng)肋化系數(shù)與肋面總效率的乘積小于1時(shí)，肋化才會(huì)削弱傳熱。17試用簡(jiǎn)練的語(yǔ)言說(shuō)明導(dǎo)熱、對(duì)

8、流換熱及輻射換熱三種熱傳遞方式之間的聯(lián)系和區(qū)別。答：導(dǎo)熱和對(duì)流的區(qū)別在于：物體內(nèi)部依靠微觀粒子的熱運(yùn)動(dòng)而產(chǎn)生的熱量傳遞現(xiàn)象，稱為導(dǎo)熱；對(duì)流則是流體各部分之間發(fā)生宏觀相對(duì)位移及冷熱流體的相互摻混。聯(lián)系是：在發(fā)生對(duì)流換熱的同時(shí)必然伴生有導(dǎo)熱。導(dǎo)熱、對(duì)流這兩種熱量傳遞方式，只有在物質(zhì)存在的條件下才能實(shí)現(xiàn)，而輻射可以在真空中傳播，輻射換熱時(shí)不僅有能量的轉(zhuǎn)移還伴有能量形式的轉(zhuǎn)換。18.如何減少測(cè)溫套管溫度計(jì)的測(cè)量誤差？（1）選用導(dǎo)熱系數(shù)較小的材料做套管（2）盡量增加套管的高度（3）減少套管的厚度（4）加強(qiáng)流體與套管壁之間的換熱（5）在套管外包一層保溫膜19. 請(qǐng)解釋非穩(wěn)態(tài)導(dǎo)熱分析中的集總參數(shù)法，其適用條

9、件是什么？為何可以在這種條件下使用？答：當(dāng)固體內(nèi)部的導(dǎo)熱熱阻小于其表面的換熱熱阻是，固體內(nèi)部的溫度趨于一致，近似認(rèn)為固體內(nèi)部的溫度T僅是時(shí)間（tao）的一元函數(shù)而與空間坐標(biāo)無(wú)關(guān)，這種忽略物體內(nèi)部導(dǎo)熱熱阻的簡(jiǎn)化方法稱為集總參數(shù)法（3分），通常當(dāng)畢奧數(shù)Bi<0.1時(shí)，采用集總參數(shù)法求解溫度響應(yīng)誤差不大20. 什么是流動(dòng)邊界層與熱邊界層?它們的厚度之比與普朗特?cái)?shù)是否有關(guān)？為什么？答：當(dāng)流體沿壁面流動(dòng)時(shí)，由于流體的粘性作用，使壁面附近的流體速度降低，通常用相對(duì)于流速(U答案打不出來(lái)，有空來(lái)抄下21.輻射網(wǎng)絡(luò)中的絕熱表面可否稱之為重輻射面？它具備哪兩重性質(zhì)？為什么？無(wú) 計(jì)算題1、 雙層玻璃窗系由兩

10、層厚為6mm 的玻璃及其間的空氣隙所組成，空氣隙厚度為8mm。假設(shè)面向室內(nèi)的玻璃表面溫度與室外的玻璃表面溫度各為20及-20，試確定該雙層玻璃窗的熱損失。如果采用單層玻璃窗，其他條件不變，其熱損失是雙層玻璃的多少倍？玻璃窗的尺寸為60cm´60cm。不考慮空氣間隙中的自然對(duì)流。玻璃的導(dǎo)熱系數(shù)為0.78W /(m.K)。（2-9）答: 116.53W/ 所以 2、一直徑為30mm，壁溫為100的管子向溫度為20的環(huán)境放熱，熱損失率為100W/m。為把熱損失減少到50W/m，有兩種材料可以同時(shí)被應(yīng)用。材料A的導(dǎo)熱系數(shù)為0.5 W /(m.K)，可利用度為3.14 ´10-3m3

11、 /m ；材料B 的導(dǎo)熱系數(shù)為0.1 W /(m.K)，可利用度為4.0´10-3m3 /m。試分析如何敷設(shè)這兩種材料才能達(dá)到上述要求。假設(shè)敷設(shè)這兩種材料后，外表面與環(huán)境間的表面?zhèn)鳠嵯禂?shù)與原來(lái)一樣。（2-19）解：根據(jù)題意有： ，解得 h13.2696按題意有：將導(dǎo)熱系數(shù)大的放在內(nèi)側(cè)， ，m解方程組得： ，3、一塊厚20mm 的鋼板，加熱到5000C 后置于200C 的空氣中冷卻。設(shè)冷卻過(guò)程中鋼板兩側(cè)面的平均表面?zhèn)鳠嵯禂?shù)為35 W /( m2 ×K ),鋼板的導(dǎo)熱系數(shù)為45 W /( m2 ×K )，若擴(kuò)散率為1.375´ 10-5 m2 / s 。試確

12、定使鋼板冷卻到空氣相差100C 時(shí)所需的時(shí)間。（3-13）解：由題意知 故可采用集總參數(shù)法處理。由平板兩邊對(duì)稱受熱，板內(nèi)溫度分布必以其中心對(duì)稱，建立微分方程，引入過(guò)余溫度，則得： 解之得： 4、已知： 1.013´105 Pa 、100的空氣以v=100m/s 的速度流過(guò)一塊平板，平板溫度為30。求：離開(kāi)平板前緣3cm 及6cm 處邊界層上的法向速度、流動(dòng)邊界層及熱邊界層厚度、局部切應(yīng)力和局部表面?zhèn)鳠嵯禂?shù)、平均阻力系數(shù)和平均表面?zhèn)鳠嵯禂?shù)。（5-12） 解：定性溫度 ,，。 （1）處， 動(dòng)量邊界層厚度 5、對(duì)于恒壁溫邊界條件的自然對(duì)流，試用量綱分析方法導(dǎo)出：Nu = f (Gr,Pr)

13、。提示：在自然對(duì)流換熱中g(shù)aDt起相當(dāng)于強(qiáng)制對(duì)流中流速的作用。（6-2） 6、已知：一個(gè)亞音速風(fēng)洞實(shí)驗(yàn)段的最大風(fēng)速可達(dá)40m/s。設(shè)來(lái)流溫度為30，平板壁溫為70，風(fēng)洞的壓力可取1.013´105 Pa。求：為了時(shí)外掠平板的流動(dòng)達(dá)到5´105 的Rex 數(shù)，平板需多長(zhǎng)。如果平板溫度系用低壓水蒸氣在夾層中凝結(jié)來(lái)維持，平板垂直于流動(dòng)方向的寬度為20cm 時(shí)。試確定水蒸氣的凝結(jié)量。（6-27）解：，查附錄8得： ， ， ， , , 在時(shí)，氣化潛熱， 凝結(jié)水量。7、已知：一管道內(nèi)徑為500mm，輸送150的水蒸氣，空氣以5m/s 的流速橫向吹過(guò)該管，環(huán)境溫度為-10。求：?jiǎn)挝婚L(zhǎng)度上

14、的對(duì)流散熱量。(6-35)解：d=0.5m s=0.5×3.14=1.57 m 70空氣的物性 8、已知：一輸送冷空氣的方形截面的管道，水平地穿過(guò)一室溫為28的房間，管道外表面平均溫度為12，截面尺寸為0.3m´0.3m。注意：冷面朝上相當(dāng)于熱面朝下，而冷面朝下則相當(dāng)于熱面朝上。水平板熱面向上時(shí)有：水平板熱面向下時(shí)有：特征長(zhǎng)度為A/P，其中A 為表面積，P 為周長(zhǎng)。求：每米長(zhǎng)管道上冷空氣通過(guò)外表面的自然對(duì)流從房間內(nèi)帶走的熱量。（6-48）解：不考慮相交面處的相互影響， ,對(duì)豎壁，特征尺寸，對(duì)上下表面，因?yàn)楣艿篱L(zhǎng)度遠(yuǎn)大于截面尺寸，故.1、豎壁： 。2、冷面朝上： 。3、下表面：， 9、一爐膛內(nèi)火焰的平均溫度為1500K，爐墻上有一著火孔。試計(jì)算當(dāng)著火孔打開(kāi)時(shí)從孔向外輻射的功率。該輻射能中波長(zhǎng)為2mm的光譜輻射力是多少？哪種波長(zhǎng)下的能量最多？（8-4）解：287W/T1500K時(shí)，10. 9-10、已知：如圖。求：每一對(duì)邊的角系數(shù)、兩鄰邊的角系數(shù)及任一邊對(duì)管子的角系數(shù)。解：（1）先計(jì)算任一邊對(duì)圓管的角系數(shù)。如下圖所示：設(shè)圓管表面為5，則由