传热学试题答案

传热学试卷 一.填空题：（共20分）[评分标准：每小题2分] 1．导温系数是材料 物体内部温度扯平能力 的指标，大小等于 λ/ρC。 2．影响强制对流换热的主要因素有 流体的物性，状态，壁面结构。 3．动量传递和热量传递的雷诺比拟的解为5/4Re0296.0xxNu，适用条件是Pr=1。 4．影响膜状凝结传热的主要热阻是液膜层的导热热阻。 5．自膜化现象是对流换热系数与壁面尺寸无关，其发生的条件是流体处于湍流自然对流。 6．同一壳管式换热器，逆流布置时对数平均温压最大，顺流布置时对数平均温压最小。 7．在热辐射分析中，把单色吸收率与波长无关的物体称为灰体。 8．通常，把kmw./12.0的材料称为保温材料。 9．有效辐射是单位时间内离开物体单位表面的辐射能，它包括本身辐射和反射辐射两部分。 10．傅立叶定律的数学表达式是xtAQ。 二．问答及推导题：（共50分） 1. 名词解释：（10分）[评分标准：每小题2分] ① 辐射力：单位表面积物体在单位时间内向半球空间发射得全部波长的能量. ② 热边界层：在壁面附近温度剧烈变化的薄层. ③ 导温系数：ca 表示物体内部温度扯平的能力. ④ 膜状凝结：凝结液能很好的润湿壁面,在壁面上铺展成膜.液膜的热阻为主要热阻. ⑤ 太阳常数：大气层外缘与太阳射线相垂直的单位表面积所接受的太阳辐射能为1367W/m2 2.试介绍三种强化管内湍流换热的措施，并说明措施的传热学原理。（10分） 答：三种方法（1）流速u提高，（2）直径d减小，（3）采用强化的换热面。 —————（6分） 原理nfffNuPrRe023.08.0 或2.08.0duh———————（4分） 3.根据大容器饱和沸腾曲线，饱和沸腾曲线可分为几个区段？其中哪个区段 具有温压小，换热强的特点？为什么在沸腾换热时必须严格监视并控制热 通量在临界热通量以内？（10分） 答：四个区段， 核态沸腾。———————（4分） 用DNB监视的原因（1）DNB之上q随△t变化亦小 （2）超过maxq时△t猛增，可达到1000℃，易烧毁设备。———————（6分）
4.辐射换热与导热.对流相比,有哪些特点？ (10分) 答(1)电磁波,能量形式转换.—————（2分） (2)不依靠中间介质,在真空中亦可以进行. —————（2分） (3)在高温时,辐射特别重要,与温度的四次方成正比. —————（2分） (4)热辐射为物体的固有特性. —————（2分） (5)吸收与辐射的总效果为辐射换热. —————（2分） 5.平壁的厚度为δ，两表面的温度分别为tw1和tw2，且tw1＞tw2，平壁材料的导热系数是随温度而变化的，关系式为λ=λ0（1+bt）。试求热流密度和平壁内的温度分布的表达式

。(10分) 解：一求热流密度 由傅立叶定律 dxdtbtdxdtq)1(0 (1) —————（1分） ctbqx)21(20 (2) —————（1分） 由边界条件 1,0wttx ctbtww)2(02110 (3) ———（1分） 2,wttx ctbtqww)2(2220 (4) ——（1分） (4)-(3) ))](2(1[)](2)[(212102221210wwwwwwwwttttbqttbttq （5）———————（1分） 或写成 )(21)]2(1[/)(21210221wwwwttbmwttq （6）———————（1分） 二求t的分布
bbqxbtttbttbtxqdtbtdxqdtbtqdxdxdtbtqwwwttxw12)1()2()2()1()1()1(0212211000001 ———————（4分） 三：计算题：（共80分） 1.参阅下图，一支水银温度计被用来测定压缩空气储罐里的空气温度。如果 温度计读数为tH=100℃，套管基部温度为t0=50℃，套管长度为H=140mm，套管壁厚δ=1mm，壁的导热系数为λ=50W/(m.℃)，套管外侧压缩空气的对流换热系数为h=30W/(m2.℃) ，试确定测温误差有多大？如果改成不 锈钢制成的套管，不锈钢的导热系数为λ=15W/(m.℃)，测量误差又有多大？ （20分） 〔提示θH=θ0/(chmH)〕 解：（1）Ahum u=πd A=πdδ 43.314.0001.05030HhHddhHAhumH 5.152)(mHmHeemHch ℃4.10315.15501005.1515.155.151)()()(000ttmHchtmHchttmHchttttHHfffH℃4.34.103100fHttt———————（12分） （2）改用不锈钢，实际气温仍为℃4.103ft
℃2.1032624.1034.103)(262)(26.614.0001.015300mHchttttmHchHhmHffH———————（8分） 即测量温度误差为△t=-0.2℃ 2.有一外直径d1=0.3m，黑度ε1=0.9 的热管道。其外表面温度tw=450℃,周围介质的温度tf=50℃。试求每米管长上的辐射热损失。如果在热管道周围加一直径dz=0.4m，黑度εz=0.82的遮热板，此时辐射热损失又是多少？ （20分） 解：（一）无遮热板时 24444011/12618])10027350()100273450[(67.59.03.0])100()100[(mwTTCdqfwl———————（6分） （二）有遮热板时 （1）先求出遮热板的温度 ])10027350()100[(67.582.04.0])100()100273450[(67.5784.03.0784.0)182.01(4.03.09.011)11(11])100()100[(])100()100[(444411144044011zzZZzfzzzzwzlTTddTTCdTTCdq———————（8分） kTTzz06.5895.1204)100(4———————（2分） 24/5.6401])10027350(5.1204[67.582.04.0mwql———（4分） 3.一蒸汽管道内径为200mm，管壁厚为8mm，管外包有120mm厚的热绝缘层，其导热系数λ2=0.12W/(m.℃)，管壁导热系数λ1=46.5W/(m.℃)，蒸汽温度为tf1=300℃，周围空气温度为tf2=25℃，管内外两侧流体与壁面间的对流换热系数分别为α1=116W/(m2.℃)，α2=10W/(m2.℃)，求单位管长的传热系数、传热量ql及绝缘层外表面温度。 （20分） 解：mdmdmd456.012.02216.0,216.0,2.0321———————（1分）
)./(931.0219.011.30008.0043.010456.01216.0456.0ln12.0212.0216.0ln5.46211162.011ln21ln21112323212111kmwhdddddhdkl

————（10分） ℃9.4210456.01256251/256)25300(931.0)(23221hdqttmwttkqlfwffll———————（9分） 4.温度为17℃，流量为1.14kg/s的水通过换热器对油进行冷却。油的比热为 c1=1.88kJ/(kg.℃)，进口温度为117℃，出口温度为27℃，最后出口水温 达到60℃，已知总的传热系数为285W/(m2.℃)，试分别用ε-NTU法和对 数平均温压法求单流程逆流换热器所需的面积。（20分） 〔提示水的比热为4.187 kJ/(kg.℃)，C=(Gc)min/(Gc)max〕 解：（一）用ε-NTU计算： 进出口油温 ℃℃，“1171171'1tt 进出口水温 ℃℃，“60172'2tt kwttcmQ205)1760(187.414.1)('2"222＝———————（4分） 9.0100901711727117215.028.2285.0)()(,/28.227117205/77.4187.414.1'2'1"1'1minmin111122"1'11122ttttAAmcKANTUmccmcmcmkwttQcmkwcm℃℃———————（4分） 由 知 CNTUCCNTU1exp11exp1CNTUCCNTU1exp11exp1
AAAA06525.0exp478.01522.0215.0exp177.428.21215.0exp77.428.2177.428.21215.0exp19.0———————（4分） 解出A=26.27m2 ———————（1分） (二)用平均温压法 '2"1min"2'1maxtttttt ℃27172760117ln)1727()60117(lnminmaxminmaxtttttm———————（7分） 26.2627285.0205mtKQAm 传热学（一） 第一部分 选择题 ? 单项选择题（本大题共 10 小题，每小题 2 分，共 20 分）在每小题列出的四个选项中只有一个选项是符合题目要求的，请将正确选项前的字母填在题后的括号内。 1. 在稳态导热中 , 决定物体内温度分布的是 ( ) A. 导温系数 B. 导热系数 C. 传热系数 D. 密度 2. 下列哪个准则数反映了流体物性对对流换热的影响 ?( ) A. 雷诺数 B. 雷利数 C. 普朗特数 D. 努谢尔特数
3. 单位面积的导热热阻单位为 ( ) A. B. C. D. 4. 绝大多数情况下强制对流时的对流换热系数 ( ) 自然对流。 A. 小于 B. 等于 C. 大于 D. 无法比较 5. 对流换热系数为 100 、温度为 20 ℃的空气流经 50 ℃的壁面，其对流换热的热流密度为（ ） A. B. C. D. 6. 流体分别在较长的粗管和细管内作强制紊流对流换热，如果流速等条件相同，则（ ） A. 粗管和细管的 相同 B. 粗管内的 大 C. 细管内的 大 D. 无法比较 7. 在相同的进出口温度条件下，逆流和顺流的平均温差的关系为（ ） A. 逆流大于顺流 B. 顺流大于逆流 C. 两者相等 D. 无法比较 8. 单位时间内离开单位表面积的总辐射能为该表面的（ ） A. 有效辐射 B. 辐射力 C. 反射辐射 D. 黑度 9. （ ）是在相同温度条件下辐射能力最强的物体。 A. 灰体 B. 磨光玻璃 C. 涂料 D. 黑体 10. 削弱辐射换热的有效方法是加遮热板，而遮热板表面的黑度应（ ） A. 大一点好 B. 小一点好 C.

大、小都一样 D. 无法判断 第二部分 非选择题 ? 填空题（本大题共 10 小题，每小题 2 分，共 20 分） 11. 如果温度场随时间变化，则为 。
12. 一般来说，紊流时的对流换热强度要比层流时 。 13. 导热微分方程式的主要作用是确定 。 14. 当 d 50 时，要考虑入口段对整个管道平均对流换热系数的影响。 15. 一般来说，顺排管束的平均对流换热系数要比叉排时 。 16. 膜状凝结时对流换热系数 珠状凝结。 17. 普朗克定律揭示了 按波长和温度的分布规律。 18. 角系数仅与 因素有关。 19. 已知某大平壁的厚度为 15mm ，材料导热系数为 0.15 ，壁面两侧的温度差为 150 ℃，则通过该平壁导热的热流密度为 。 20. 已知某流体流过固体壁面时被加热，并且 ， 流体平均温度为 40 ℃ ，则壁面温度为 。 ? 名词解释（本大题共 5 小题，每小题 4 分，共 20 分） 21. 导热基本定律 22. 非稳态导热 23. 凝结换热 24. 黑度 25. 有效辐射 ? 简答题 ( 本大题共 2 小题 , 每小题 8 分 , 共 16 分 ) 26. 简述非稳态导热的基本特点。 27. 什么是临界热绝缘直径？平壁外和圆管外敷设保温材料是否一定能起到保温的作用，为什么？ ? 计算题（本大题共 2 小题，每小题 12 分，共 24 分） 28. 一内径为 300mm 、厚为 10mm 的钢管表面包上一层厚为 20mm 的保温材料，钢材料及保温材料的导热系数分别为 48 和 0.1 ，钢管内壁及保温层外壁温度分别为 220 ℃ 及 40 ℃ ，管长为 10m 。试求该管壁的散热量。 29. 一内径为 75mm 、壁厚 2.5mm 的热水管，管壁材料的导热系数为 60 ，管内热水温度为 90 ℃，管外空气温度为 20 ℃。管内外的换热系数分别为 和 。试求该热水管单位长度的散热量。 传热学（一）参考答案 ? 单项选择题（本大题共 10 小题，每小题 2 分，共 20 分）
1.B 2.C 3.B 4.C 5.D 6.C 7.A 8.A 9.D 10.B ? 填空题 ( 本大题共 10 小题 , 每小题 2 分 , 共 20 分 ) 11. 非稳态温度场 12. 强 13. 导热体内的温度分布 ( 仅答“温度分布”或“温度场”、“导热体内的温度场”也可 ) 14. 小于或“〈” 15 小或 “ 低 ” 16. 小于 17. 黑体单色辐射力或 “ ” 18. 几何 19.1500W/m 2 20.80 ℃ ? 名词解释 ( 本大题共 5 小题 , 每小题 4 分 , 共 20 分 ) 21. 导热基本定律 : 当导热体中进行纯导热时 , 通过导热面的热流密度 , 其值与该处温度梯度的绝对值成正比 , 而方向与温度梯度相反。 22. 发生在非稳态温度场内的导热过程称为非稳态导热。 或：物体中的温度分布随时间而变化的导热称为非稳态导热。 23. 蒸汽同低于其饱和温度的冷壁面接触时 , 蒸汽就会在壁面上发

生凝结过程成为流液体。 24. 物体的辐射力与同温度下黑体辐射力之比。 25. 单位时间内离开单位表面积的总辐射能。 ? 简答题（本大题共 2 小题，每小题 8 分，共 16 分） 26. （ 1 ）随着导热过程的进行 , 导热体内温度不断变化 , 好象温度会从物体的一部分逐渐向另一部分转播一样 , 习惯上称为导温现象。这在稳态导热中是不存在的。 （ 2 ）非稳态导热过程中导热体自身参与吸热（或放热），即导热体有储热现象，所以即使对通过平壁的非稳态导热来说，在与热流方向相垂直的不同截面上的热流量也是处处不等的，而在一维稳态导热中通过各层的热流量是相等的。 （ 3 ）非稳态导热过程中的温度梯度及两侧壁温差远大于稳态导热。 27. （ 1 ）对应于总热阻为极小值时的隔热层外径称为临界热绝缘直径。 （ 2 ）平壁外敷设保温材料一定能起到保温的作用，因为增加了一项导热热阻，从而增大了总热阻，达到削弱传热的目的。 （ 3 ）圆筒壁外敷设保温材料不一定能起到保温的作用，虽然增加了一项热阻，但外壁的换热热阻随之减小，所以总热阻有可能减小，也有可能增大。 ? 计算题（本大题共 2 小题，每小题 12 分，共 24 分）
28. 解：已知 d 1 =300mm d 2 =300+2 × 10=320mm d 3 =320+2 × 20=360mm m t w1 =220 ℃ t w2 =40 ℃ =9591.226W 29. 解：已知 d 1 =75mm=0.075m d 2 =75+2 × 2.5=80mm=0.08m t f1 =90 ℃ t f2 =20 ℃ =572.2W/m