哈工程核學(xué)院傳熱期末試卷答案

1、填空題（每空1分，共20分）1、（溫度差）是熱量傳遞的推動(dòng)力，（濃度差）是質(zhì)量傳遞的推動(dòng)力。2、黑體輻射力由（斯蒂芬-波爾茲曼）定律確定，黑體輻射能量按波長(zhǎng)的分布服從（普朗克）定律，按空間方向的分布服從（蘭貝特）定律。3、熱量傳遞的三種方式：（導(dǎo)熱）、（對(duì)流）和（輻射）。4、非穩(wěn)態(tài)導(dǎo)熱過(guò)程分為（非正規(guī)狀況）階段和（正規(guī)狀況）階段，非穩(wěn)態(tài)導(dǎo)熱中常采用集中參數(shù)法處理，其中的時(shí)間常數(shù)為（cV）hA5、傳熱學(xué)中導(dǎo)熱問(wèn)題三種類型的邊界條件的數(shù)學(xué)表達(dá)式分別是第一類(T0時(shí),tw二fi（T）、第二類（T0時(shí)At九()-f(T)Axw2）、第三類（一入（忘）w二叭-）6、換熱器計(jì)算中對(duì)數(shù)平均溫差表達(dá)式為（At

2、=AtmaxAtmin）mAtlnmaxAtmin7、已知：水以1.2m/s平均速度流入內(nèi)徑為20mm的長(zhǎng)直管。1）管子壁溫為75C,水從20C加熱到70C；（2）管子壁溫為15C,水從70C冷卻到20C。水在45C時(shí)的運(yùn)動(dòng)粘度為0.675x10-6m2/s，普朗特?cái)?shù)為3.952。求兩種情況下的努賽爾數(shù)（1）加熱（174.3）（2）冷卻（151.9）8、順流和逆流是兩種極端情況,在相同的進(jìn)出口溫度下,（逆流）的平均溫差最大,（順流）的平均溫差最小。9、將一與室外環(huán)境溫度等溫的黑體小球突然置于有風(fēng)的室外且處于太陽(yáng)照射下,請(qǐng)問(wèn)其溫度升高、降低還是不變（升高）簡(jiǎn)答題（每題4分,共32分）1、一般認(rèn)為

3、,在換熱面上結(jié)垢要使總傳熱系數(shù)減小。但正如在小直徑的管外包絕緣層可能反而導(dǎo)致傳熱強(qiáng)化一樣,對(duì)于通過(guò)圓管的傳熱,在管內(nèi)結(jié)垢有可能反而會(huì)使傳熱強(qiáng)化。試分析有哪些因素反而會(huì)導(dǎo)致這種結(jié)果。答：（1）增加內(nèi)表面的粗糙度。（2）管徑減小使流動(dòng)增加。2、試定性繪制大容積飽和沸騰曲線并標(biāo)明每個(gè)階段的名稱。3、試用簡(jiǎn)明的語(yǔ)言說(shuō)明強(qiáng)化單相強(qiáng)制對(duì)流傳熱、核態(tài)沸騰及膜狀凝結(jié)的基本思想。對(duì)于無(wú)相變的對(duì)流傳熱，凡是能減薄邊界層、增加流體的擾動(dòng)、促使流體中各部分混合以及增加固體壁面上的速度梯度的措施都能強(qiáng)化傳熱。強(qiáng)化沸騰傳熱的有效措施是增加固體壁面上的汽化核心，而對(duì)于膜狀凝結(jié)則要減薄所形成的液膜厚度。4、對(duì)于氣體、液體與固

4、體表面之間的熱交換問(wèn)題，在某些情況下流體與固體表面間不存在輻射換熱，或雖然存在但相對(duì)于對(duì)流換熱可以忽略不計(jì)。試判斷以下4種情況是否需要考慮輻射換熱：（1）空氣的自然對(duì)流換熱；（2）煙氣的強(qiáng)制對(duì)流換熱（例如煙氣流過(guò)鍋爐的蒸汽過(guò)熱器、再熱器等）；（3）水及其他液體的自然對(duì)流換熱；（4）過(guò)熱水蒸氣的自然對(duì)流換熱。流體與固體間不存在輻射換熱；流體與固體間存在輻射換熱，對(duì)流換熱強(qiáng)烈時(shí)可以不計(jì)輻射；液體與固體間輻射換熱可以不考慮；流體與固體間存在輻射換熱，需與對(duì)流換熱同時(shí)考慮。4、Nu、Pr的定義并簡(jiǎn)述它們的物理意義。Nu數(shù)與Bi數(shù)有什么區(qū)別？有人認(rèn)為，BiM代表了絕熱工況，你是否贊同這一觀點(diǎn)，為什么？N

5、u=學(xué)無(wú)量綱溫度梯度，Pr=-是流動(dòng)邊界層與熱邊界層的相對(duì)大小。畢入a渥數(shù)反應(yīng)了導(dǎo)熱阻力與表面對(duì)流傳熱阻力之比。不贊同，畢渥數(shù)趨于無(wú)窮并不代表絕熱工況，只是代表導(dǎo)熱阻力相對(duì)表面對(duì)流傳熱阻力比較大。6、在實(shí)驗(yàn)研究對(duì)流換熱問(wèn)題時(shí)，通常通過(guò)實(shí)驗(yàn)方法獲得管內(nèi)對(duì)流換熱系數(shù)，再與相應(yīng)的實(shí)驗(yàn)關(guān)聯(lián)式進(jìn)行比較，以確定實(shí)驗(yàn)測(cè)量系統(tǒng)的可靠性。問(wèn)，在不破壞管內(nèi)流動(dòng)的情況下，通過(guò)實(shí)驗(yàn)方法獲得某金屬圓管管內(nèi)對(duì)流換熱系數(shù)，需要測(cè)量哪些參數(shù)，并給出對(duì)流換熱系數(shù)的計(jì)算步驟。需要測(cè)得流量、加熱段管長(zhǎng)、管內(nèi)徑、加熱功率以及進(jìn)出口流體溫度和管壁溫度，有加熱功率和幾何尺寸，計(jì)算出熱流密度，然后管壁平均溫度和進(jìn)出口平均水溫，計(jì)算換熱系數(shù)

6、。7、某人在海邊溺水，被游人發(fā)現(xiàn)，直接將其拖到岸上且未采取其他措施，試從傳熱學(xué)角度分析這種行為對(duì)溺水者的影響。溺水者身上有水，到岸上后會(huì)蒸發(fā)，導(dǎo)致體表溫度降低，尤其是冬季，氣溫較低的情況下，水的導(dǎo)熱系數(shù)較空氣要高，更容易喪失體內(nèi)熱量，如果夏季，陽(yáng)光照射情況下稍好一些。8、試論述家庭常用的暖水瓶的保溫原理對(duì)流：暖水瓶瓶膽中間有夾層，夾層抽真空，抑制對(duì)流導(dǎo)熱：夾層抽真空，抑制導(dǎo)熱，軟木塞熱阻較大，抑制導(dǎo)熱輻射：瓶膽涂銀，反射率較高，抑制輻射。證明題（8分）已知：一球狀物體，球外敷設(shè)保溫材料，久為保溫材料的導(dǎo)熱系數(shù)，h為球保溫層外表面的表面?zhèn)鳠嵯禂?shù)，假定為常數(shù)。求證：球狀物體的臨界表面絕緣半徑為r=

7、2V-h。1已知，內(nèi)外徑分別為r和r的球殼的導(dǎo)熱熱阻為丄124-九、二一1證明：設(shè)周圍介質(zhì)的溫度為J則該球狀物體的熱量為11)。rr丿12t-tr丿4兀九1+4-r2h狀物體的一內(nèi)半徑，該處的壁溫為Ir是外半徑，此處視為變量，達(dá)到臨界半徑時(shí)，曲（1-1r丿dr4兀九1+4-r2h12這導(dǎo)致得球狀物體的臨界表面絕緣半徑為r=2九/h二0-+二=02即一4-r2h4-hr3由此得2二1。于是四、計(jì)算題（每題8分，共40分）1、測(cè)定流速的熱線風(fēng)速儀是利用流速不同對(duì)圓柱體的冷卻能力不同，從而導(dǎo)致電熱絲溫度及電阻值不同的原理制成的。用電橋測(cè)定電熱絲的阻值可推得其溫度。今有直徑為0.1mm的電熱絲與氣流方

8、向垂直地放置。來(lái)流溫度為20C，電熱絲溫度為40C，加熱功率為17.8W/m。試確定此時(shí)的流速。略去其他的熱損失。流體橫掠圓管的平均表面?zhèn)鳠嵯禂?shù)可用下式計(jì)算，具體參數(shù)如下表所示：Nu=CRenPr1/3空氣30C物性分別為：密度1.165kg/m3，導(dǎo)熱系數(shù)0.0267W/（mK），運(yùn)動(dòng)粘度1.6E-7m2/s，普朗特?cái)?shù)0.701ReC答：0.4-44-4040-40000.9890.91106834000-4000040000-4000000.1930.02660.330.3850.4660.6180.805t),h=wV)=2833W/n2-x0.1x10-5x(4020)t=20+40=

9、30定性溫度m2C,九=0.0267W/(m-K),v=16x10-6m2/s,Pr=0.7012833Nu二x0.1x10-3二10.61先按表5-5中的第三種情況計(jì)算，,(Nu/a466Re=10.683丿10.61丫.1459.0.683丿=360符合第二種情形的適用范圍。故得：v16x10-6x360u=Re=57.6m/sd0.1x10-32、一具有內(nèi)部加熱裝置的物體與空氣處于熱平衡。在某一瞬間，加熱裝置投入工作，其作用相當(dāng)于強(qiáng)度為的內(nèi)熱源。設(shè)物體與周圍環(huán)境的表面?zhèn)鳠嵯禂?shù)為h(常數(shù))，內(nèi)熱阻可以忽略，其他幾何、物性參數(shù)均已知，試列出其溫度隨時(shí)間變化的微分方程式并求解之。dPcVdT=

10、-hA(t一t)+引入過(guò)余溫度，則其數(shù)學(xué)描寫如下：dpcv=-hA0+dT9(0)=t-1=90g故其溫度分布為：一-hA9=t-t=9ePcvg0(+1一ehA、hATPcv丿3、用一個(gè)輻射計(jì)(Radiometer)探測(cè)正在被環(huán)形圓盤加熱器(Heater)加熱的一個(gè)小的試件目標(biāo)(Sample)。目標(biāo)的面積A1=0.0004m2，溫度T1=500K，為漫射灰體，發(fā)射率為產(chǎn)0.8。加熱器的工作溫度T2=1000K，為黑體。輻射計(jì)探測(cè)整個(gè)試件面積的立體角為=0.0008sr。用試件的有效輻射密度J1和相關(guān)的幾何參數(shù)，以符號(hào)的形式寫出離開試件的輻射中被輻射計(jì)所攔截到的輻射功率的表達(dá)式。以符號(hào)的形式，

11、用投射輻射密度、發(fā)射功率和恰當(dāng)?shù)妮椛湫再|(zhì)寫出試件有效輻射密度J1的表達(dá)式用加熱器的發(fā)射功率、加熱器面積和合適的視角系數(shù)，寫出因加熱器的發(fā)射而導(dǎo)致的試件上的投射輻射密度G1的表達(dá)式，并用此式算出G1的值。利用以上的表達(dá)式和結(jié)果確定輻射計(jì)得到的輻射功率。0.0267q=Acos01-rad兀11rad-1J二E+pG=eE+(1-s)G111b,11G=仏q=AFE,F=0.000815,1A2221b2211代入數(shù)，得q=17013W/m24)將數(shù)據(jù)帶入式(2)，得J=6238W/m214、已知：如右圖所示，假設(shè)（1）所有內(nèi)表面均是500K的黑體；（2）所有內(nèi)表面均是s=0.6的漫射體，溫度均為

12、500K。求：從小孔向外輻射的能量。AA解：設(shè)小孔面積為A2，內(nèi)腔總表面壁為A1，則:A=兀r2=3.1416x0.0162=8.04x10-1m221，)=3.14160.022+0.04x0.04+(0.0220.0162刀=6.736x10-3m2,=兀r2+兀dH+兀V2r221212,1=1A8.04x10-4x=2=0.1194=1,2A6.736x10-31,21+(1/s11，2AcVT4-T4)201/2、x+(1/s1)x2,111,2。(T1)s1=s2=1.=8.04x10-4x5.67x54=2.85W,1,2不8.04xlO-4x5.67x54.=r=2.64W=1

13、8二0.61,21+0.1194(1/0.6-1)2)2，l，5、有一板狀燃料元件，厚度為1mm,兩側(cè)包殼用0.5mm厚的鋁制成，燃料元件體積釋熱率為211.2MW/m3。元件兩邊用40r的水冷卻，對(duì)流換熱系數(shù)左側(cè)hf1=40000W/(m2.K)，右側(cè)hf2=30000W/(m2.K)。試求元件在穩(wěn)態(tài)下的溫度分布(忽略接觸熱阻)。鋁的導(dǎo)熱系數(shù)入=221.5W/(m.K)，燃料元件的導(dǎo)熱系數(shù)為5.01W/(m.K)。設(shè)溫度最高點(diǎn)為0點(diǎn)，距離左側(cè)為81，右側(cè)為52，燃料左側(cè)壁溫為t1，右側(cè)為12，最高燃料元件溫度為tm則d2tdx2t=-qx2+c1x+c22ux=0，t=tm，dtdxq因此，t=-x2+tmuq1=q51，q2=q52vvTOC o 1-5 h z只1st1-tf=q1(Tr+)，12tf=q2(t2+)h1九h2九tm-11=512，2九u51+52=1mmtm-12=q522qx(