昆明理工大學(xué)《傳熱學(xué)期末復(fù)習(xí)試題庫》含參考答案

/40熱為4.1868kJ/kgC。管內(nèi)徑為0.0116m,外徑0.019m,用110c的飽和蒸汽加熱，在加熱器為飽和液體。已知管內(nèi)外的對流傳熱系數(shù)分別為 4306W/m2C和7153W/mC；汽化潛熱r=2229.9kJ/kg;且忽略管壁的導(dǎo)熱熱阻，試?yán)胑 -NTlfe確定所需傳熱面積。該換熱器運行一段時間后，在冷熱流體流量及進口溫度不變的條件下，只能將水加熱到 60C,試采用對數(shù)平均溫差法確定運行中產(chǎn)生的污垢熱阻。提示：一側(cè)流體有相變時，e =1-e-NTU。解：利用￡-NTUfe確定所需傳熱面積換熱器效能為:80-15110-15換熱器效能為:80-15110-15傳熱單元數(shù)為：?… 1 1- 1-1噎=陷羯=2M41駁8=837￡6%傳熱系數(shù)為： ..-- ；廠匚需說明因為管內(nèi)徑為0.0116m,外徑0.019m,即管壁較薄，可視為平壁的傳熱過程NTU=—由丁得：從二 二11527k空2紅二3品換熱器面積為： '?- --采用對數(shù)平均溫差法確定運行中產(chǎn)生的污垢熱阻對數(shù)平均溫差：比1=110—15=95c,A￡"=n0-60=50rA/T尸la Af"A/T尸la Af"95-5050二70.1力二G(E」TJ)=8373,6x(60-15)=376212兩AA。AA。3768123.6x70.1運行中產(chǎn)生的污垢熱阻為:r==一一!一二0.0003—弘，Z1K145322657一9 小熱輻射基本定律部分一■、基本概念主要包括熱輻射基本概念及名詞解釋、黑體輻射基本定律、實際物體輻射特性及其應(yīng)用。1、北方深秋季節(jié)的清晨，樹葉葉面上常常結(jié)霜。試問樹葉上、下去面的哪一面結(jié)箱 ？為什么？答：霜會結(jié)在樹葉的上表面。因為清晨，上表面朝向太空，下表面朝向地面。而太空表回的溫度低于攝氏零度，而地球表面溫度一般在零度以上。由于相對樹葉下表面來說，其上表面需要向太空輻射更多的能量，所以樹葉下表面溫度較高，而上表面溫度較低且可能低于零度，因而谷易結(jié)霜。2、如圖所示的真空輻射爐，球心處有一黑體加熱元件，試指出①，②，③3處中何處定向輻射強度最大？何處輻射熱流最大？假設(shè)①，②，②處對球心所張立體角相同。答：由黑體輻射的蘭貝特定律知，定向輻射強度與方向無關(guān)。故 11=12=13。而三處對球心立體角相當(dāng)，但與法線方向夾角不同，91>82>03。所以①處輻射熱流最大，③處最小3、有一臺放置于室外的冷庫，從減小冷庫冷量損失的角度出發(fā)，冷庫外殼顏色應(yīng)涂成深色還是淺色？答：要減少冷庫冷損，須盡可能少地吸收外界熱量，而盡可能多地向外釋放熱量。因此冷庫敗取較淺的顏色，從而使吸收的可見光能量較少，而向外發(fā)射的紅外線較多。4、何謂“漫一灰表面”？有何實際意義？答：漫漫一灰表面”是研究實際物體表面時建立的理想體模型.漫輻射、漫反射指物體表面在輻射、反射時各方向相同.灰表面是指在同一溫度下表面的輻射光譜與黑體輻射光譜相似 ，吸收率也取定值.漫漫一灰表面”的實際意義在于將物體的輻射、反射、吸收等性質(zhì)理想化，可應(yīng)用熱輻射的基本定律了。大部分工程材料可作為漫輻射表面 ，并在紅外線波長范圍內(nèi)近似看作灰體.從而可將基爾霍夫定律應(yīng)用于輻射換熱計算中。5、你以為下述說法：“常溫下呈紅色的物體表示此物體在常溫下紅色光的單色發(fā)射率較其它色光（黃、綠、蘭）的單色發(fā)射率為高。”對嗎？為什么？（注：指無加熱源條件下）答：這一說法不對。因為常溫下我們所見到的物體的顏色，是由于物體對可見光的反射造成的.紅色物體正是由于它對可見光中的黃、綠、藍等色光的吸收率較大，對紅光的吸收率較小，反射

率較大形成的.根據(jù)基而霍夫定律eka一故常溫下呈紅色的物體，具常溫下的紅色光單色發(fā)射率較其他色光的單色光發(fā)射率要小。6、某樓房室內(nèi)是用白灰粉刷的，但即使在晴朗的白天,遠眺該樓房的窗口時，總覺得里面黑洞洞的，這是為什么？答：窗口相對于室內(nèi)面積來說較小，當(dāng)射線（可見光射線等）從窗口進入室內(nèi)時在室內(nèi)經(jīng)過多次反復(fù)吸收、反射，只有極少的可見光射線從窗口反射出來，由于觀察點距離窗口很遠，故從窗口反射出來的可見光到達觀察點的份額很小，而而就很難反射到遠眺人的眼里，所以我們就覺得窗口里面黑洞洞的.7、實際物體表面在某一溫度仆的單色輻射力隨波長的變化曲線與它的單色吸收率的變化曲線有何聯(lián)系？如巳知其單色輻射力變化曲線如圖所示，試定性地畫出它的單色吸收率變化曲線。答：從圖中可以分析出，該物體表面為非灰體，區(qū)=根據(jù)基爾霍夫定律，a入=e入馬/，即為同一波長線②與線①之比。該物體單色吸收率變化曲線如圖所示。二、定量計算包括建立輻射換熱的能量守恒關(guān)系式，蘭貝特定律的應(yīng)用，利用物體的光輻（即單色）射特性計算輻射換熱，等等。21,白天，投射到一大的水平屋頂上的太陽照度G=1100W/m^室外空氣溫反t127C,有風(fēng)吹 一一. 2 _過時空氣與屋頂?shù)谋砻鎮(zhèn)鳠嵯禂?shù)為h=25W/（m?K）,屋頂下表面絕熱，上表面發(fā)射率 =0.2,且對太陽輻射的吸收比%=0.6。求穩(wěn)定狀態(tài)下屋頂?shù)臏囟?。設(shè)太空溫度為絕對零度。解：如圖所示,穩(wěn)態(tài)時屋頂?shù)臒崞胶?對流散熱量一‘.二」 -'|：輻射散熱量?‘?-f 一一|：太陽輻射熱量../二「二I」二丁丁、代入⑴中得】」蟲1。七+257＞幻6。采用試湊法，解得及=3213K=48.5c2、已知太陽可視為溫度Ts=5800K的黑體。某選擇性表面的光譜吸收比隨波長尬化的特性如圖所示。當(dāng)太陽的投入輻射Q=800W/m2時，試計算該表面對太陽輻射的總吸收比及單位面積上所吸收的太陽能量。解：先計算總吸收比a=5(6-1.4)解：先計算總吸收比a=5(6-1.4)十0// 1=09x0.3608+01x(1-0.8608)=0.7026單位面積上所吸收的太陽能：'' '- '：'："173、有一漫射表面溫度T=1500K已知其單色發(fā)射率隨波長的變化如圖所示，試計算表面的全波長總發(fā)射率和輻射力。fl.4&jiE.況d4 ] , j解： 1口二巾+獷+獷,即3—二7三。.1/穌一審+0T其（及一物一戶白-F）+0一2求（用_$?一尸。_廿）57=5x1500=7500^37=3x1500=4500/,17=1500/^查教材P20昧8-1得，#"=°-013&穌m=0.564L%5T=0.8劃所以-.，,[=￡=嗎=0,2756乂。68乂1。7丈1500*=7.911xi04/煙輻射換熱計算部分一■、基本概念主要包括：角系數(shù)的定義及性質(zhì)；漫灰表面輻射換熱特點；遮熱板原理及其應(yīng)用；氣體輻射及太陽輻射特點等。1、簡述輻射換熱封閉空腔網(wǎng)絡(luò)法。答：求解輻射換熱問題時與電學(xué)中的歐姆定律相比擬， 得出一個封閉空腔網(wǎng)絡(luò)法。（&i-曷J■J7由任意放置的兩黑體表面間的輻射換熱計算公式： /-A,]式中（Ebi-EbJ相當(dāng)于電位差，相當(dāng)于電阻，叫空間熱阻；

又由灰表面間的某表面凈輻射換熱公式:又由灰表面間的某表面凈輻射換熱公式:1Tl式中（Ebi-EbJ相當(dāng)于電位差，號4相當(dāng)于電阻，叫表面熱阻。具體步驟為：首先所有表面必須形成封閉系統(tǒng)，再繪制熱阻網(wǎng)絡(luò)圖，其具體方法為：⑴每一個物體表面為1個節(jié)點（該物體表面應(yīng)具有相同的溫度和表面輻射吸收特性），其熱勢為有效輻射Ji;⑵每兩個表面間連接一個相應(yīng)的空間熱阻；⑶每個表面與接地間連接一個表面熱阻和“電池” （黑體輻射力EJ；⑷若某角系數(shù)為0,即空間熱阻一8,則相應(yīng)兩個表面間可以斷開，不連接空間熱阻；⑸若某表面絕熱，則其為浮動熱勢，不與接地相連。2、黑體表面與重輻射面相比，均有J=巳這是否意味著黑體表面與重輻射面具有相同的性質(zhì)?答：雖然黑體表面與重輻射面均具有J=E的特點，但二者具有不同的性質(zhì)。黑體表面的溫度不依賴于其他參與輻射的表面，相當(dāng)于源熱勢。而重輻射面的溫度則是浮動的，取決于參與輻射的其他表面。3、要增強物體間的輻射換熱，有人提出用發(fā)射率e大的材料。而根據(jù)基爾霍夫定律，對漫灰表面e=a,即發(fā)射率大的物體同時其吸收率也大。有人因此得出結(jié)論：用增大發(fā)射率8的方法無法增強輻射換熱。請判斷這種說法的正確性，并說明理由。1-比答：在其他條件不變時，由物體的表面熱阻 可知，當(dāng)&越大時，物體的表面輻射熱阻越小，因而可以增強輻射換熱。因此，上述說法不正確。4、如圖所示，兩漫灰同心圓球殼之間插入一同心輻射遮熱球殼，試問遮熱球殼靠近外球殼還是靠近內(nèi)球殼時，球殼1和球殼2表面之間的輻射散熱量越大？答：插入輻射遮熱球殼后，該輻射換熱系統(tǒng)的輻射網(wǎng)絡(luò)圖如圖所示。

1一-顯然，圖中熱阻R,R2,R,R在遮熱球殼直徑發(fā)生變化時保持不變，但 隨遮熱球殼半徑的增加而減小。因此，遮熱球殼靠近外球殼即半徑越大時輻射散熱量越大。5、氣體輻射有什么特點？答：1）不同氣體有著不同的輻射及吸收特性，即只有部分氣體具有輻射及吸收能力； 2）具有輻射及吸收性氣體對波長具有選擇性， 如C。HO個各有三個光帶一光譜不連續(xù)。3）輻射與吸收在整個容積中進行。6、太陽能集熱器吸熱表面選用具有什么性質(zhì)的材料為宜？為什么？答：太陽能集熱器是用來吸收太陽輻射能的，因而其表面應(yīng)能最大限度地吸收投射來的太陽輻射能，同時又保證得到的熱量盡少地散失，即表面盡可能少的向外輻射能。但太陽輻射是高溫輻射，輻射能量主要集中于短波光譜（如可見光），集熱器本身是低溫輻射，輻射能量主要集中于長波光譜范圍（如紅外線）。所以集熱器表面應(yīng)選擇具備對短波吸收率很高，而對長波發(fā)射（吸收）率極低這樣性質(zhì)的材料。二、定量計算包括：角系數(shù)的計算；漫灰表面封閉輻射系統(tǒng)的換熱計算；多漫灰表面（主要是三表面）封閉輻射系統(tǒng)的換熱計算等。1、求如圖所示空腔內(nèi)壁面2對開口1的角系數(shù)。解：利用角系數(shù)的互換性和完整性即可求出。由于壁面2為凹表面，*中二°,所以丁臬蒲1,但*由角系數(shù)的互換性94由角系數(shù)的互換性94二凡」與得:W1MAXai= =—A4o2、兩塊平行放置的平板的表面發(fā)射宰均為0.8,溫度分別為t1=527C及t2=27C,板間距遠小于板的寬度與高度。試計算：（1）板1的本身輻射；（2）對板1的投入輻射；（3）板1的反射輻射；⑷板1的有效輻射；（5）板2的有效輻射；（6）板1、2間的輻射換熱量。解：由于兩板間距極小，可視為兩無限大平壁間的輻射換熱，輻射熱阻網(wǎng)絡(luò)如圖。

5.6及10等式［（327十—5.6及10等式［（327十—（附十藥［=15176,7氏一人）根據(jù)1-外心~^T根據(jù)外口 =5.67*1。山?527+2了$?-13176/7^^=1943。1%口人=￡取+的二^^=5.仃乂1?！坝?27+273)*+15176斤^^=4255.4%口a￡i=我總加=68艮5.67乂1Qq乂(527+273)*=18579$TOC\o"1-5"\h\z⑴板1的本身輻射i1" ' 'j=42534^/2⑵對板1的投入輻射即為板2的有效輻射，'；」一一■Gi=必辦=JX-EAl=19430.1-18573.5=850.63⑶板1的反射輻射’ /.j=1.943。1 1⑷板1的有效輻射i'/法心=4253.4⑸板2的有效輻射.心=15176,7叭⑹板1、2間的輻射換熱量L /燧3、兩個直徑為0.4m,相距0.1m的平行同軸圓盤，放在環(huán)境溫度保持為300K勺大房間內(nèi)。兩圓盤背面不參與換熱。其中一個圓盤絕熱，另一個保持均勻溫度500K,發(fā)射率為0.6。且兩圓盤均為漫射灰體。試確定絕熱圓盤的表面溫度及等溫圓盤表面的輻射熱流密度。解：這是三個表面組成封閉系的輻射換熱問題，表面 1為漫灰表面，表面2為絕熱表面，表面3相當(dāng)于黑體。如圖（a）所示。輻射網(wǎng)絡(luò)圖見圖（b）。

畔?T「WOKti*]畔?——wH'j_計算角系數(shù)：：J ——wH'j_其二出二—d1 24=￡x0.43=0.1257益4二成二產(chǎn)乂0公01其二出二—d1 24對Ji列節(jié)點方程flA4當(dāng)工心對J2列節(jié)點方程其中『2*|71二/二Q弟對Ji列節(jié)點方程flA4當(dāng)工心對J2列節(jié)點方程其中『2*|71二/二Q弟=5.67x10-?x300+-459.27Wf康%=M*二5.67x10"5x500+=3543.75甲/附11一列1^=53%4 06x0.1257 209354"u一也心"01257x0.38- 二 二123314當(dāng)工中0.1257x0.62因而(1),(2)式成為:3543.75-6+45927-M+分-4_口5.3209354 5.3209354 12.831445927-4A小 十 -0209354 12.3314解得：J1=2646.65W/m,J2=1815.4W/m2因此因此%一“3543一75-264S65-公皿士外二Y——-= ：_ =1345.65Wfm1 1—弓 [Q,6等溫圓盤1的表面輻射熱流： 1 °一64、用熱電偶來測量管內(nèi)流動著的熱空氣溫度，如圖。熱電偶測得溫度 ti=400C,管壁由于散熱測得溫度12=350C,熱電偶頭部和管壁的發(fā)射率分別為 0.8和0.7。從氣流到熱電偶頭部的對流表面?zhèn)鳠嵯禂?shù)為35W/(m^K)。試計算由于熱電偶頭部和管壁間的輻射換熱而引起的測溫誤差，此時氣流的真實溫度應(yīng)為多少？討論此測溫誤差和換熱系數(shù)的關(guān)系，此測溫誤差和熱電偶頭部發(fā)射率的關(guān)系。解：熱電偶頭部的能量平衡式為：乎其中熱電偶頭部與管壁的輻射換熱為空腔與內(nèi)包壁的輻射換熱，并忽略熱電偶絲的導(dǎo)熱氣流的真實溫度為：產(chǎn)S'—由上式可以看出，測溫誤差上一4與換熱系數(shù)成正比，與熱電偶頭部輻射率成反比。即為減少測溫誤差，應(yīng)強化熱電偶頭部與熱氣流間的對流換熱，削弱與管壁間輻射換熱。三、本章提要.角系數(shù)角系數(shù)描述輻射表面之間的空間相對位置關(guān)系。對漫灰表面而言，在有效輻射均勾的前提下，角系數(shù)是一個純粹的幾何量，即與溫度高低以及表面的輻射熱物件參數(shù)沒有任何關(guān)系。角系數(shù)的定義式是建立在蘭貝特定律基礎(chǔ)上的。微元面對有限面的角系數(shù)為定值，而有限面對有限面的角系數(shù)實際上具有積分平均的意義。角系數(shù)有以下三個基本性質(zhì)：互換性：工見=區(qū)」+幾+—,+為=1完整性：-分解性：⑴發(fā)射面被分解：⑵受射面被分解：計算角系數(shù)的方法主要有：直接積分法