傳熱學期末試卷及答案5套

學年第學期期末試題

課程名稱傳熱學A使用專業(yè)建筑環(huán)境與能源應用工程

班級姓名學號

—?二三

試題四五七八九十總分

得分

一、基本概念（24分）

1、三種基本傳熱方式分別為：,,。

2、建立導熱微分方程時所遵守的2個基本原理為和.

3、導熱問題的第一類邊界條件是給定了導熱體邊界上，第二類邊界條件是給定了

導熱體邊界上，如果已知導熱體邊界上的和,

則稱為第三類邊界條件。

4、集總參數(shù)法的使用條件為：。

5、層流邊界層內的換熱特點是以為主,在湍流邊界層的核心區(qū)則以為

主，而湍流邊界層的底層以為主。（填：流體的導熱，對流）

6、管內對流換熱入口段的局部對流換熱系數(shù)比充分發(fā)展段的對流換熱系數(shù)。

（填：大，?。?，其原因在于入口段的。

7、請寫出牛頓冷卻公式：。（已知對流換熱系數(shù)為小流體溫度為上）。

8、對于凝結換熱，不凝性氣體有利還是有害？,原因是：

（1）.

（2）。

9、請寫出黑體輻射的四次方定律的表達式：o請寫出表面發(fā)射率為￡、面積為

A的表面輻射熱阻：。

10、遮熱板是（填：強化，削弱）輻射換熱的方法。表面涂層也可以強化和削弱表

面的輻射換熱。如果希望某表面在太陽照射下升溫快，在太陽落山后保溫性能好，那么它表

面的涂層材料應該吸收率大，而射率小。

二、簡單計算（28分）

1、如圖1所示，常物性，有均勻內熱源吊，二維穩(wěn)

態(tài)導熱，邊界條件都為第3類（對流換熱系數(shù)為h,

流體溫度為J）請用控制容積熱平衡法寫出節(jié)點0

的差分方程。（請直接按方向寫出各界面的能量

平衡關系，不要整理）（8分）

2、厚度為3=80mm的大平壁，兩表面維持八=20℃和/2=0℃,其高溫側受熱流體加熱，流體

的溫度為b=100'C,對流換熱系數(shù)為〃=200W/（m2.K）。求穩(wěn)態(tài)時該平壁的導熱系數(shù)。（6分）

3、已知太陽表面溫度為58OOK,求太陽輻射中最大單色輻射力對應的波長。設太陽為黑體。

（6分）

4、假設利用高溫煙氣橫掠加熱圓管內的水。當煙氣的溫度J和管壁面的溫度心都保持不變

的前提下，如果讓管徑增大一倍，欲使換熱量①保持不變，那么橫掠圓管的煙氣的速度應如

何調整？（8分）

三、計算題(48分)

1、一塊厚度為20mm的鋼板加熱到5000c后，置于20℃的空氣中冷卻。設冷卻過程中鋼板

兩側的平均表面?zhèn)鳠嵯禂?shù)均為35W/(m2.K),鋼板的導熱系數(shù)為45W/(m.K),熱擴散系數(shù)為

1.375xl0-5ni2/s,求使鋼板冷卻到與空氣相差10℃時所需的時間。(16分)

2、熱電廠中有一水平放置的蒸汽管道，內徑為&=100mm,壁厚&=4mm,鋼管材料的導

熱系數(shù)為為=40W/(m.K),外包厚度為&=70min厚的保溫層，保溫材料的導熱系數(shù)為22=0.05

W/(m.K)。管內蒸汽溫度為用=300℃,管內表面?zhèn)鳠嵯禂?shù)為/〃=200W/(m2.K),保溫層外壁

面復合換熱表面?zhèn)鳠嵯禂?shù)為如=8W/(m2.K),周圍空氣的溫度為片=20℃。試計算單位長度

蒸汽管道的散熱損失中?及管道外壁面與周圍環(huán)境輻射換熱表面?zhèn)鳠嵯禂?shù)hm。(16分)

水平管外自然對流換熱準則關聯(lián)式N"=C-(G，Pr)",Gr=空"c、”見下表：

適用范圍

流動情況特征長度CnGr-Pr

0.850.188102~104

圓柱外徑0.481/4104~107

d().1251/3107~10,2

干空氣熱物理性質(P=1.013Xl()5pa)

t-rXX102-W/(mK)vX106-m2/sPr

102.5114.160.705

202.5915.060.703

302.6716.000.701

402.7616.960.699

3、已知一漫反射表面的單色吸收率a%、單色輻射強度E入和外界投入輻射隨波長的分布Gx

如圖所示。在某一瞬間測得其表面溫度為1100K,求此時該表面的：（1）全輻射力E和

黑度；（2）定向輻射強度L（單位W/（m2.Sr））；（3）單位表面吸收的外界投入輻射中a。

（16分）

由■E/W/m?岬）

0.8----

0.4----

036X/pm

傳熱學A建筑環(huán)境與能源應用工程

一、基本概念（24分）

1、三種基本傳熱方式分別為：熱傳導,熱對流,熱輻射。

2、建立導熱微分方程時所遵守的2個基本原理為能量守恒原理和付立葉定律。

3、導熱問題的第一類邊界條件是給定了導熱體邊界上溪鼠，第二類邊界條件是給定了導

熱體邊界上熱流密度，如果已知導熱體邊界上的流體溫度和對流換熱系數(shù)，則稱為

第三類邊界條件。

4、集總參數(shù)法的使用條件為：Bi40.1。

5、層流邊界層內的換熱特點是以流體的導熱為主,在湍流邊界層的核心區(qū)則以對流為

主，而湍流邊界層的底層以流體的導熱為主。（填：流體的導熱，對流）

6、管內對流換熱入口段的局部對流換熱系數(shù)比充分發(fā)展段的對流換熱系數(shù)XQ（填：大，

?。?，其原因在于入口段的邊界層較薄o

7、請寫出牛頓冷卻公式：q=gT3（已知對流換熱系數(shù)為人流體溫度為b）。

8、對于凝結換熱，不凝性氣體有利還是有害？有害，原因是：8）不凝性氣體在壁面

附近形成一層氣體層，阻礙了蒸汽與壁面接觸，形成熱阻,（2）不凝性氣體使蒸汽的飽和

分壓降低，從而降低了其飽和溫度，使壁面與蒸汽溫差變小。

4

9、請寫出黑體輻射的四次方定律的表達式：Eh=GT。請寫出表面發(fā)射率為￡、面積為A

的表面輻射熱阻：——。

10、遮熱板是削弱（填：強化，削弱）輻射換熱的方法。表面涂層也可以強化和削弱表

面的輻射換熱。如果希望某表面在太陽照射下升溫快，在太陽落山后保溫性能好，那么它表

面的涂層材料應該對太陽能的吸收率大,而其自身的紅外發(fā)射率小。

二、簡單計算（28分）

1、如圖1所示，常物性，有均勻內熱源小,二維穩(wěn)

態(tài)導熱，邊界條件都為第3類（對流換熱系數(shù)為小

流體溫度為J）請用控制容積熱平衡法寫出節(jié)點02

的差分方程。（請直接按方向寫出各界面的能量

平衡關系，不要整理）（8分）4U

解：邊界節(jié)點0的控制體為3/4個完整的控制體，通

圖1

過控制體各界面的能量平衡如下:

Z°—Ay—，2——一%-。+(AAAyG-!———,0-+/,z—/-r、)

-7\<X>0n/

2AavAAx2

+++-/)+-AXA)4>=0

Ay2Ay20°4-

2,一個厚度為B=80mm的大平壁，兩表面維持”=20℃和々=0℃，其高溫側受熱流體加熱，

2

流體的溫度為J=100℃,對流換熱系數(shù)為九=200W/（m.K）0求穩(wěn)態(tài)時該平壁的導熱系數(shù)。

（6分）

解：穩(wěn)態(tài)時平壁的熱平衡有下面的關系：

2~~6~—=h'j8-。I），

所以，/竺—><（100—20）x0083.

—t-,20—0

3、已知太陽表面溫度為58OOK,求太陽輻射中最大單色輻射力對應的波長。設太陽為黑體。

（6分）

解：由維恩定律，2maxr=2900K串m,得:2max=2900IT=2900/5800=0.5pmo

4、假設利用高溫煙氣橫掠加熱圓管內的水。當煙氣的溫度上和管壁面的溫度心都保持不變

的前提下，如果讓管徑增大一倍，欲使換熱量中保持不變，那么橫掠圓管的煙氣的速度應如

何調整？（8分）

解：單位長度圓管外的換熱量計算為：①二㈤餌〃-九），

當換熱量中保持不變，管徑增大一倍時，有如下關系：①=雙傷（晨-4）=萬2成'（晨一Q），

所以，管徑增大一倍后，應有：h=2h'

對應的Nu數(shù)：N〃=㈣，兇，'=空4="，由于煙氣的溫度上和管壁面的溫度都保

AAA

持不變，4=矛，則N〃=M/'。此外，煙氣的溫度b和管壁面的溫度心都保持不變時，

Pr=Pr',那么管徑和煙氣的流速改變前、后是相似的，則對應的Re數(shù)應相等。

Re=Re',㈣=幺”=凹絲，所以：/=_1〃，即橫掠圓管的煙氣的速度應減半。

vv'v2

三、計算題（48分）

1、一塊厚度為20mm的鋼板加熱到500℃后，置于20℃的空氣中冷卻。設冷卻過程中鋼板

兩側的平均表面?zhèn)鳠嵯禂?shù)均為35W/（n?.K）,鋼板的導熱系數(shù)為45W/（m.K）,熱擴散系數(shù)為

1.375xl0-5m2/s,求使鋼板冷卻到與空氣相差10℃時所需的時間。（16分）

M35x0it2.

解：該鋼板導熱的明=，=7T=00156<0.1,因此可以用集總分析法。（3分）

其能量守恒方程為：

pcV^=-2M（t-t.）

aT

T=0,t=500（4分）

引入過余溫度9得：

PCV霜仁分）

T=0>0=

其解為工=exp（-爭）=?p（號。（4分）

i

當9=1”時，代入：h=35W/tm.K）,i=45W/（m.n,a-UySxlO-V/i,

S~0.02ni,得：r=3633s。（3分）

2、熱電廠中有一水平放置的蒸汽管道，內徑為d=100mm,壁厚3i=4mm,鋼管材料的導

熱系數(shù)為2i=40W/（m.K）,外包厚度為&=70mm厚的保溫層，保溫材料的導熱系數(shù)為22=0.05

W/（m.K）o管內蒸汽溫度為加=300℃,管內表面?zhèn)鳠嵯禂?shù)為/?,=200W/（m2.K）,保溫層外壁

面復合換熱表面?zhèn)鳠嵯禂?shù)為如=8W/（m2.K）,周圍空氣的溫度為修=20℃。試計算單位長度

蒸汽管道的散熱損失包及管道外壁面與周圍環(huán)境輻射換熱表面?zhèn)鳠嵯禂?shù)％2。（16分）

水平管外自然對流換熱準則關聯(lián)式Nu=C<Gr.Pr）",Gr=/辦了c、n見下表：

適用范圍

流動情況特征長度CnGr-Pr

爪1.851.188102~104

圓柱外徑0.481/4104~107

d().1251/3107~10,2

干空氣熱物理性質（P=1.013X105Pa）

t-℃XX102-W/(mK)vX106-m2/sPr

102.5114.160.705

202.5915.060.703

302.6716.000.701

402.7616.960.699

解：這是一個通過兩層圓管的傳熱過程。

O,=—-------------------------------------------------^99.2W/m。（4分）

111出1.a,1

-------+-------In上+-----In」+------

叫42欣］42雙24碎A

該熱量等于管外的自然對流和輻射換熱的熱量：中,=㈤3九2(9-晨)

①,”g99.2W/m“，八、

t=晨-------=20CH-----------------------------；------=36>(［分)

w加3萬2兀x0.248mx8W/(m-?K)

管道外側為自然對流，特征溫度為：tm=(tw+^)=1(36+20)℃=28(1分)

按此溫度從附錄中查得空氣的物性參數(shù)值：

v=15.8xl0^/n2/^,A=2.65xl0-2W/mK,Pr=0.701,

1

體膨脹系數(shù)：a=—=7~—；=3.32XK)TKT,

Tm(273+28)

計算出：GrPi=ga,/.氏=2.23x1O,

V

查表，得計算公式的常數(shù)：C=0.125,n=l/3,(2分)

Nu=0A25(Gr-Pr)l/3=0.125x(2.23x107)"3=35.2(3分)

,22.65xl0-2W/(m-K)cc，,八、

如=—Nxru=---------------------------x35.2=3.8W/(m-K)(3分)

c-40.248m

于是可得輻射換熱表面?zhèn)鳠嵯禂?shù)為：

僅2="2一%=(8-3.8)W/(m2.K)=4.2W/(m2-K)(2分)

4、已知一漫反射表面的單色吸收率a，.、單色輻射強度E入和外界投入輻射隨波長的分布Gl

如圖所示。在某一瞬間測得其表面溫度為1100K,求此時該表面的：（1）全輻射力E和

黑度；（2）定向輻射強度L（單位W/（m2.Sr））；（3）單位表面吸收的外界投入輻射中?

（16分）

3EJ(W/m2,jim)GW/m2.pm)

解：(1)E=TEd2=50x(10-5)+150x(15-10)4-50x(20-15)=1250W/m2

JOA

4-842

Eh=oT=5.67x10x1100=83014W/m(4分)

E_1250

=0.015（2分）

~Eh~83014

E1250…o/八、

(2)Lr=一=----=398W/(m~.Sr)(5分)

7i3.14

f3f6r3f6

(3)①&=1G，?a*.d2+J3Gzi?02.dzl=0.4xJoG/-dA+0.8x入

=0.4X0.5X3X3X103+0.8X0.5X(3+4)X1xl03+0.8x2x4xl03

=1.8x103+2.8x1()3+6.4x103=11x103w/n?(5分)

學年第學期期末試題

課程名稱傳熱學B使用專業(yè)-建筑環(huán)境與能源應用工程

班級姓名學號

—?二三

試題四五七八九十總分

得分

一、填空題（每空1分，共25分）

1.平壁的導熱熱阻為，圓筒壁的導熱熱阻為。

2.與通過無限大平壁的穩(wěn)態(tài)導熱過程不同，對于無限長圓筒壁，其穩(wěn)態(tài)導熱時，不同半徑

處的熱流密度常數(shù)，但熱流量恒定的。（填：是，不是）

3.邊界層具有以下特性，即：與壁面特征長度相比邊界層的厚度____L填：很大，很?。?/p>

邊界層的流態(tài)分為和、紊流邊界層分為

、、三層結構，在垂直于壁面方向上的熱

量傳遞主要依靠，紊流邊界層的主要熱阻為。

4.進行傳熱學實驗時應遵守原理。在安排實驗時，實驗模型中的對流換熱

過程必須與原型中的實際對流換熱過程相似：對流換熱過程必須與原型

是,其必須與原型相似，必須與

原型相等。

5.大容器飽和沸騰時，隨著壁面過熱度At的增加，依次出現(xiàn)、

、過渡態(tài)和等不同沸騰階段。

6.黑體熱輻射的揭示了黑體的單色輻射力隨波長和熱力學溫度的變化規(guī)

律，揭示了黑體的定向輻射力隨方向的變化規(guī)律。

7.為了削弱輻射換熱，一般采用和o

8.工業(yè)加熱過程中，金屬表面的溫度逐漸升高，其顏色從暗紅、鮮紅、橘黃，一直變化到

白熾，這種現(xiàn)象所遵循額原理是定律，它表明隨著溫度的升高，入max

向方向移動。

二、簡單計算（30分）

1.寫出圖中邊界節(jié)點（，〃，〃）穩(wěn)態(tài)導熱時的差分方程，邊界條件如圖中所示，一側絕熱，

另一側為第三類邊界條件。（10分）

2.已知地球平均表面溫度約為300K,求地球輻射中最大單色輻射力對應的波長。設地球

為黑體。（10分）

3.如圖所示，Ai、A2、A3分別為一正方體的對角線所在平

面和兩個側面。請利用角系數(shù)的基本性質計算下面的角系

數(shù)Xu和X2,i（10分）

三、計算題（45分）

1.具有內熱源并均勻分布的無限大平壁，壁厚為25,平壁兩表面溫度恒為九,內熱源強

度為分，平壁材料的導熱系數(shù)為常數(shù)，求穩(wěn)態(tài)導熱時平壁內的溫度分布和中心溫度。（15

分）

2.直徑為，長度為1m的電阻絲水平地置于的靜止空氣中，試問在不計輻

射換熱的情況下它每米長度上能承受的最大散熱量是多少？如果考慮輻射換熱這一最

大散熱量會增加還是減少？該電阻絲的熔點為。（15分）

附：（1）空氣在水平圓柱體外自然對流換熱的準則式

1/3

Num=0.36+0.363G/,"6+0.0914G^,G/;,,=10^~1.3x10”

「ga\td3

Gr--——；——

⑵空氣的物性參數(shù):

3.有一圓柱體，如圖所示，表面1溫度7；=550K,發(fā)射率片=0.8,表面2溫度7；=275K,

發(fā)射率￡2=0.4,圓柱面3為絕熱表面，角系數(shù)=0.308。（15分）

求：（1）表面1的凈輻射損失;

（2）絕熱面3的溫度。

圖2

學年第學期期末試題答案

課程名稱傳熱學B使用專業(yè)建筑環(huán)境與能源應用工程

班級姓名學號

—?二三

試題四五七八九十總分

得分

一，填空題（每空1分，共25分）

11d、

In—

9.平壁的導熱熱阻為3爪，圓筒壁的導熱熱阻為2成.。

10.與通過無限大平壁的穩(wěn)態(tài)導熱過程不同，對于無限長圓筒壁，其穩(wěn)態(tài)導熱時，不同半徑

處的熱流密度不是常數(shù),但熱流量是恒定的。（填：是,不是）

11.邊界層具有以下特性，即：與壁面特征長度相比邊界層的厚度很?。ㄌ?很大，很小），

邊界層的流態(tài)分為層流和紊流/湍流、紊流邊界層分為

層流底層、緩沖層、湍流核心區(qū)三層結構,在垂直于壁面方向上的

熱量傳遞主要依靠導熱，紊流邊界層的主要熱阻為層流底層的導熱熱阻。

12.進行傳熱學實驗時應遵守相似原理。在安排實驗時,實驗模型中的對流換熱過

程必須與原型中的實際對流換熱過程相似：對流換熱過程必須與原型是」3

類物理現(xiàn)象，其單值性條件必須與原型相似,已定同名特征數(shù)必須

與原型相等。

13.大容器飽和沸騰時，隨著壁面過熱度At的增加，依次出現(xiàn)自然對流、核態(tài)/

泡態(tài)沸騰、過渡態(tài)和膜態(tài)沸騰等不同沸騰階段。

14.黑體熱輻射的普朗克定律揭示了黑體的單色輻射力隨波長和熱力學溫度的變化規(guī)

律，蘭貝特定律揭示了黑體的定向輻射力隨方向的變化規(guī)律。

15.為了削弱輻射換熱，一般采用低發(fā)射率的表面涂層和在表面間加設遮熱板.

16.工業(yè)加熱過程中，金屬表面的溫度逐漸升高，其顏色從暗紅、鮮紅、橘黃，一直變化到

白熾，這種現(xiàn)象所遵循額原理是維恩位移定律,它表明隨著溫度的升高，解MX

向短波方向移動。

二、簡單計算（30分）

4.寫出圖中邊界節(jié)點（“，〃）穩(wěn)態(tài)導熱時的差分方程，邊界條件如圖中所示，一側絕熱，

另一側為第三類邊界條件。（10分）

解：取控制容積如圖中陰影所示，分析其能量平衡如下:

A)''m-\,nrA)'(t\1n/[兒〃+1—%”\c

丁")t+"七一^^)=°

2M

5.已知地球平均表面溫度約為300K,求地球輻射中最大單色輻射力對應的波長。設地球

為黑體。（10分）

解：由維恩定律，411ax7=2900K.pm,得：2max=2900/7=2900/300=9.7

6.如圖所示，Ai、AT、A3分別為一正方體的對角線所在平

面和兩個側面。請利用角系數(shù)的基本性質計算下面的角系

數(shù)X1,2和X2J（10分）

解，XI2+XL1+XL3=1

x「o；Xli2=x,.3

X12=0.5

A.X1,2=A-^2,1n^2,1=A-X1,2/4=>X2I=42-0.5=0.707

三、計算題（45分）

4.具有內熱源并均勻分布的無限大平壁，壁厚為2s,平壁兩表面溫度恒為財內熱源強

度為分，平壁材料的導熱系數(shù)為常數(shù)，求穩(wěn)態(tài)導熱時平壁內的溫度分布和中心溫度。（15

分）

解：該平壁的導熱為一維穩(wěn)態(tài)導熱，其導熱微分方程及邊界條件如下:

j2.

導熱微分方程為：氣+2=（）

dx2A

邊界條件為：x=s,t=tw.

包=0

SX.r=0

求解上述微分方程，得2=+C,

2/112

2

由邊界條件確定積分常數(shù)：G=0，c2=tw+^-s

22

，平壁內的溫度分布：，=兀+餐（$2—尤2）

2/i

當X=o,則得平壁中心溫度：=4+"（/）

5.直徑為，長度為Im的電阻絲水平地置于的靜止空氣中，試問在不計輻

射換熱的情況下它每米長度上能承受的最大散熱量是多少？如果考慮輻射換熱這一最

大散熱量會增加還是減少？該電阻絲的熔點為。（15分）

附：（1）空氣在水平圓柱體外自然對流換熱的準則式

1/313

Num=0.36+0.363GL+0.0914G^,G\=10飛~1.3xl0

ga\td3

Gr?,=---s—

v

（2）空氣的物性參數(shù)：，

解：最大散熱量為相應于熔點溫度下的表面換熱量，其時

℃

9.8x-1x(970-30)x0.000I3

Gq=273+500=1.891x10-3

(79.38x10^)2

=0.36+0.1274+0.0113=0.499

^0499x0.0574

=286.4W/(m2K)

d00.0001

6=兀4/加=3.14x0.0001x1x286.4x940

考慮輻射換熱后，在同樣壁溫下增加了輻射換熱量，可承受的熱負荷可大大增加。

6.有一圓柱體，如圖所示，表面1溫度Z=550K,發(fā)射率q=0.8,表面2溫度%=275K,

發(fā)射率島=0.4,圓柱面3為絕熱表面，角系數(shù)X「=0.308。（15分）

2

A=A2=兀xO.3=0.09兀，&=兀x0.6x0.3=0.18TI

Anig7T

Xl3=^^x0.308=0.616,X|9=1-0.616=0.384

1,3A3,10.09K'

n1-0.81八1-0.41

A.=--------------=--------,&=--------------=--------

0.8x0.09兀0.36兀~0.4x0.09710.06K

八1128.9n118.0

12

A|X120.0971X0.384兀0.09Kx0.616n

(%+&3)/&2=F~=—

兀+兀兀

28^918.0x2

2

?=56：(巴-2.75，"=4.3ix10(W)

—+—+16.0

0.360.06

22

⑵，=Ehi-01?/?,=5.67x5.5"-4.31xl0x-^—=4.81xlO^W/m)

0.36K

232

J,=Eb,+O「R,=5.67x2.75"+4.31xl0x^—=2.61x10(W/m)

0.06冗

332

J3=^(J,+J2)=^(4.81xlO+2.61xlO)=3.71xlO'(W/m)

I3.71X1Q3

,3=Eia=506(K)

V5.67XIO-8

學年第學期期末試題

課程名稱傳熱學A使用專業(yè)建筑環(huán)境與能源應用工程18級

班級姓名學號

—?二三

試題四五七八九十總分

得分

一、分析簡答（5x6=30分）

1.冬天室內的暖氣片內流的是熱水，請分析它的散熱過程都包括了哪些環(huán)節(jié)。

2.簡述集總參數(shù)法的概念和應用條件。

3.為什么管內強迫對流換熱的入口段的表面?zhèn)鳠嵯禂?shù)比充分發(fā)展段大？

4.請說明不凝性氣體對凝結換熱的影響及原因。

5.北方深秋的清晨，低矮的灌木或草的葉子上會結霜，請問是葉子的上面還是下面結

霜，為什么？

二、計算題（70分）

1.某加熱爐的爐門由兩層材料組成，內層材

料的導熱系數(shù)導熱心=0.24W/（m.K）,外層

內外

厚5mm,導熱系數(shù)為2=0/2\￥/（111.2。爐內

h

溫度為s=8oo°c,爐內介質與內層壁面的5=800。1/2=30C

對流換熱系數(shù)為/1^18W/（m2.K）,輻射換

4=18郎3K）h=16W7（小妁

熱系數(shù)為萬產220W/（m2.K）。爐外空氣溫度

4=220叫（蘇妁

為ffi-30℃，總表面?zhèn)鳠嵯禂?shù)為/i2=16

W/（m2.K）o求：（1）穩(wěn)態(tài)時如爐門外壁溫

度不能超過60℃,內層材料的厚度至少為多少？（2）如外層材料的耐熱極限是

85℃,此內層厚度可否？（18分）

2.一厚度為0.5m的大平壁，其內具有一個強度為"=1000W/，療的內熱源。在某一

瞬時該平壁內的溫度分布為：r=450—320x—160氏2。求：（i）人.=0和x=o.5m處

的熱流密度；（2）該平壁的熱力學能隨時間的變化率；（3）k0和k0.5m處的溫

度隨時間的變化率。已知：導熱系數(shù)2=24.38W/（加_K），比熱c=116J//g.K）,

密度P=18070必/加3。（15分）

3.一室內暖氣片的散熱面積為A=3n?,表面溫度為fw=50℃,它和20℃的室內空氣

之間自然對流換熱的表面?zhèn)鳠嵯禂?shù)為〃=4W/（m2.K）。試問該暖氣片相當于多大功

率的電暖器？（10分）

4.實驗測得2500K鴿絲的法向單色發(fā)射率如圖所示，計算其輻射力及發(fā)光效率。（17

分）

部分黑體輻射函數(shù)

XT/(pm.K)Fb(o-x)/%妙"

0.5__________

9000.009

10000.03230.4

18003.9460.3

19005.2250.2

20006.6900.1

0----------------------------------------

500063.4101234l(gm)

550069.12

600073.81第4題筲絲的法向單色發(fā)射率

5.計算下圖的角系數(shù)：傾斜的長平板A2和底板Ai間的角系數(shù)Xi,2和X2」。（10分）

學年第學期期末試題答案

課程名稱傳熱學A使用專業(yè)建筑環(huán)境與能源應用工程18級

班級姓名學號

—?二三

試題四五七八九十總分

得分

一、分析簡答(5x6=30分)

6.冬天室內的暖氣片內流的是熱水，請分析它的散熱過程都包括了哪些環(huán)節(jié)。

答：包括暖氣片內壁和熱水的對流換熱，暖氣片壁的導熱和暖氣片外壁和室內空氣的自

然對流換熱以及低溫紅外輻射換熱。

7.簡述集總參數(shù)法的概念和應用條件。

答：忽略物體內部導熱熱阻的簡化分析方法稱為集總參數(shù)法。實質是直接運用能量守恒

定律導出物體在非穩(wěn)態(tài)導熱過程中溫度隨時間的變化規(guī)律。適用條件為Bi<0.1.

8.為什么管內強迫對流換熱的入口段的表面?zhèn)鳠嵯禂?shù)比充分發(fā)展段大？

答：因為入口段的邊界層厚度比充分發(fā)展段的薄，對流換熱的邊界層的導熱熱阻是主要

熱阻，到了充分發(fā)展段，邊界層厚度增長并匯合于管道中心，熱阻也增長到最大。

因此，入口段的局部對流換熱系數(shù)高于充分發(fā)展段。

9.請說明不凝性氣體對凝結換熱的影響及原因。

答：不凝結氣體使凝結換熱削弱，原因有2個：一方面，隨著蒸氣的凝結，不凝結氣體

會越來越多地匯集在換熱面附近，阻礙蒸氣靠近；另一方面，換熱面附近的蒸汽分

壓力會逐漸下降，飽和溫度ts降低，凝結換熱溫差ts-tw減小，這兩方面的原因

使凝結換熱大大削弱。

10.北方深秋的清晨，低矮的灌木或草的葉子上會結霜，請問是葉子的上面還是下面結

霜，為什么？

答：葉子的上面結霜。因為葉子的上面和太空間有輻射換熱，太空的溫度低于0℃,葉

子上面失熱；葉子的下面和地面進行輻射換熱，地面的溫度高于0℃,葉子下面得

熱。因此，葉子的上面的溫度會低于0℃,從而更容易結霜。

二、計算題(70分)

4.某加熱爐的爐門由兩層材料組成，內層材

料的導熱系數(shù)導熱貓=0.24W/(m.K),外層

內-----1—外

J?5mm,導熱系數(shù)九2=0.12W/(m.K)。爐內h47

溫度為s=8o(rc,爐內介質與內層壁面的^=800'C4"5=30c

對流換熱系數(shù)為gl8W/(m2.K),輻射換%=1耐“陰

熱系數(shù)為入產220W/(m2.K)。爐外空氣溫度

4=220郎/(/妁t3

為ffi-30℃，總表面?zhèn)鳠嵯禂?shù)為h2=16

W/(m2,K)o求：⑴穩(wěn)態(tài)時如爐門外壁溫

度不能超過60C,內層材料的厚度至少為多少？（2）如外層材料的耐熱極限是

85℃,此內層厚度可否？（18分）

解：（1）穩(wěn)態(tài)時，有下面的熱平衡：

tfl—3______——t于]

]J小

------T----十---------

hc+hr44b

代入有關數(shù)據(jù)，可得：偽=0.359相=359mm。

（2）外層材料的最高溫度位于兩層的連接處，有熱平衡如下:

--i---1---^-1-r

hc+hr4友〃2

代入內層厚度等數(shù)據(jù)，可得連接處的溫度，2=80℃,因此外層不超溫。

5.一厚度為0.5m的大平壁，其內具有一個強度為d=1000小/m3的內熱源。在某一

瞬時該平壁內的溫度分布為：，=450—320%-160?。求：（1）40和x=0.5m處

的熱流密度；（2）該平壁的熱力學能隨時間的變化率；（3）40和x=0.5m處的溫

度隨時間的變化率。已知：導熱系數(shù)/l=24.38W/（〃zK）,比熱c=116〃伏g.K）,

密度2=18070Ag/根3。（15分）

解：

a.

（1）q=一2一=4（320+320%）

dx

則x=0時，^=24.38x320=7801.6W/m2,

x=0.5時，g=24.38x（320+320X0.5）-11702.4W/m21.

（2）非穩(wěn)態(tài)時該大平壁的能量平衡為：

源-鼠+J=。

所以，單位面積的大平壁的熱力學能隨時間的變化率為：

丸0、1一405xl+"-xlx0.5=°=—3400.8W

（3）溫度隨時間的變化率可由其非穩(wěn)態(tài)導熱方程計算：

St_d2t,

---Q-H----=QX（-320）H,

drdxpc------------------pc

代入數(shù)值：pc=2096.12//（疝K）,a=1.163x10-5m2/5,得：

—=-0.00325K/s

dr

6.一室內暖氣片的散熱面積為A=3n?,表面溫度為fw=50℃,它和20℃的室內空氣

之間自然對流換熱的表面?zhèn)鳠嵯禂?shù)為h=4W/（m2-K）?試問該暖氣片相當于多大功

率的電暖器？(10分)

解：暖氣片和室內空氣之間是穩(wěn)態(tài)的自然對流換熱。

22

。=A/?(rw-rf)=3mX4W/(m-K)x(50-20)K

=360W=0.36kW

即相當于功率為0.36kW的電暖器。

4.實驗測得2500K鴇絲的法向單色發(fā)射率如圖所示，計算其輻射力及發(fā)光效率。(17

分)

部分黑體輻射函數(shù)

XT/(pm.K)Fb(o-x)/%

0.5__________