最新传热学复习资料终结篇
1.试写出普朗克定律，兰贝格定律的数学表达式，并说明其物理意义及数学表达式中各符号的意义与单位。
答：（1）、普朗克定律：
；物理意义：单位时间内单位表面积向其上的半
球空间的所有方向辐射出去的在包含波长λ在内的单位波长内的能量称为光谱辐射力，记为E b λ单位为W/（m 2 ×m ）或W/（m 2 ×μ
m ） E b λ----黑体光谱辐射力，W/m 3 ；λ-----波长，m ；T------黑体热力学温度，k
e-----自然对数的底； C1---第一辐射常量，3.7419×10-16W ·m 2
C2---第二辐射常量1.4388×10-2 m ·k
（2）、兰贝特定律：
；物理意义：面积为的dA 的黑体微元面积内围绕空间结
构角θ方向的微元立体角d Ω内辐射出去的能量为d Φ（θ）；
I---常数，与θ方向无关；d Φ（θ）--辐射出去的能量，W
dAcos θ---可以视为从θ方向看过去的面积称为可见面积，m2
d Ω----微元立体角，sr
2．试阐述导热、对流传热及辐射传热三种传递方式之间的联系与区别？
答：导热和对流的区别在于：
物体内部依靠微观粒子的热运动而产生的热量传递现象，称为导热；
对流则是流体各部分之间发生宏观相对位移及冷热流体的相互掺混。
联系是：在发生对流换热的同时必然伴生有导热。导热、对流这两种热量传递方式，只有在物质存在的条件下才能实现，而辐射可以在真空中传播，辐射换热时不仅有能量的转移还伴有能量形式的转换。
3．试写出以热流密度表示的傅里叶定律、牛顿冷却定律及斯忒藩-玻尔兹曼定律的数学表达式，并写出表达式中各符号的意义与单位。 答：①傅里叶定律：dx
dt λ
-=q ，其中，q--热流密度；λ--导热系数---表征材料导热能力的大小，是一种物理参数，与材料种类和温度有关；dx dt ---沿x 方向的温度变化率----表示热量传递的方向是沿着温度降低的方向。
②牛顿冷却公式：q=h(t w -t f ),其中q--热流密度；h----表面传热系数---当流体与壁面温度相差1°时，每单位壁面面积上、单位时间内所传递的热量；t w---固体表面温度；t f ---流体的温度。
③斯忒藩-玻尔兹曼定律：q=σT 4，其中，q--热流密度；σ---斯忒藩-玻尔兹曼常数；T---辐射物体的热力学温度。
4．由对流换热微分方程式表明，在边界值上垂直于壁面的热量传递完全依靠导热，那么在对流换热过程中流体的流动起什么作用？
答：（1）、在描述对流换热的能量微分方程中，对流项含有流体速度，即要获得流体的温度场，必须先获得速度场，只有流体流动，才能建立流动速度场；
（2）、流体流动可带来热量，亦可带走热量，流动与换热密不可分。
5.家用热水器，瓶胆的两层玻璃之间抽成真空，内胆外壁及外胆内壁涂了发射率很低的银。试应用传热学的理论分析热水瓶具有保温作用的原因。如果不小心破坏了瓶胆上抽气口的
密封，这会影响保温效果吗？
答：由于瓶胆的两层玻璃间抽成真空，真空使通过导热的热损失降到最低，真空情况下不存在对流换热。涂了反射率很低的银，减少了热辐射换热。抽气口破坏极大地影响保温效果。
6. 试画出大容器沸腾的q-△t曲线，并对热流密度可控及壁面温度可控的两种情形，分别说明控制热流密度小于临界流体密度及温差小于临界温差的意义。
对于依靠控制热流密度来改变工况的加热设备，一旦热流密度超过峰值，工况将沿q max 点的虚线跳至稳定膜态沸腾线，温度将猛升至1000度，可能导致设备的烧毁，所以必须严格监视和控制热流密度，确保在安全工作范围之内。对于壁温可控的设备，一旦q超过转折点之值，就可能导致膜态沸腾，在相同的壁温下使热量大大减少。
7. 用套管温度计测量容器内的热流密度，为了减小测量误差，套管材料是选用铜还是不锈钢？说明原因。
答：由于套管温度计的套管可视为一维截面直肋，要减小测量误差（即使套管顶部温度尽量接近流体温度）应尽量减小沿套管长度流向容器壁面的热量，即增大该方向热阻，所以应用导热系数小的不锈钢。
8.试写出Nu、Pr、Gr、Re数的数学表达式，说明各数的物理意义。
答：（1）努塞尔数，，它表示表面上无量纲温度梯度的大小。
（2）雷诺数，，它表示惯性力和粘性力的相对大小。
（3）普朗特数，，它表示动量扩散厚度和能量扩散厚度的相对大小。
（4）毕渥数，，它表示导热体内部热阻与外部热阻的相对大小。(它表示无量纲热阻)
（5）格拉小夫数,，是流体浮升力与粘性力之比的度量
10.定性说明速度边界层厚度与热边界层厚度之间的关系?
答：在同一位置上热边界层厚度与速度边界层厚度的相对大小与流体的普朗特数有关，也就是与流体的热扩散特性和动量扩散特性的相对大小有关。
当普朗特数很小时，〈（液态金属），热边界层厚度〉速度边界层厚度，
对于空气，两者大致相同
〈（高Pr的油类），速度边界层厚度〉温度边界层厚度
11.层流< 紊流；水>空气；直管<弯管；光滑管<粗糙管；层流入口段>层流充分发展段
13.试画出大容器沸腾的q-△t曲线，并说明在q-△t曲线中为什么稳定模态沸腾部分的曲线会随△t的增加而迅速上升？
图同6 此时Δt＞200℃，在加热表面上形成稳定的汽膜层，相变过程不是发生在壁面上，而是在气液界面上，但由于蒸汽的导热系数远小于液体的导热系数，因此表面传热系数大大降低，而此时壁面温度远高于饱和温度，因此需考虑汽膜内的辐射换热，所以换热强度又能有所提高。
14.在你学过的对流传热中，表面传热系数计算中显含传热温差的有那几种传热方式，不显含传热温差的有那几种传热方式，不显含传热温差是否意味着与温差没有关系？
答：表面传热系数计算中显含传热温差的有凝结换热和沸腾换热，对立换热。
不显含传热温差：湍流膜状凝结换热、有限空间自然对流换热，大空间自然对流换热、内部强制对流换热。
不显含传热温差并不意味着与温差没有关系，只是温差的影响隐含在公式适用范围和物件计算中。
15.什么收光谱吸收比？在不同光源照耀下，物体常呈现不同的颜色，如何解释？
答：物体在对对某一特定波长的辐射能所吸收的百分数，也叫单色吸收比。光谱吸收比随波长的变化体现了实际物体的选择吸收的特性。物体的颜色是物体对光源某种波长的强烈反射，不同光源的光波不同，所以物体呈现不同的颜色。
16.对于一般物体，吸收比等于发射率在什么条件下才成立？
答：（1）整个系统处于热平衡状态；
（2）若物体的吸收比和发射率与温度有关，则二者只有处于同一温度下的值才能相等；（3）投入辐射源必须是同温度下的黑体。
17。从传热表面的结构而言，强化凝结换热的基本思想是什么？强化沸腾换热的基本思想是什么？
答：，强化凝结换热的基本思想是尽量减薄粘滞在换热表面上液膜的厚度，
强化沸腾换热的基本思想是尽量增加换热表面的汽化核心数
17.用铝制的水壶烧开水时，尽管炉火很旺，但水壶仍然安然无恙。而一旦壶内的水烧干后，水壶很快就烧坏。试从传热学的观点分析这一现象答：当壶内有水时，可以对壶底进行很好的冷却（水对壶底的对流换热系数大），壶底的热量被很快传走而不至于温度升得很高；当没有水时，和壶底发生对流换热的是气体，因为气体发生对流换热的表面换热系数小，壶底的热量不能很快被传走，故此壶底升温很快，容易被烧坏。
18．对流换热问题完整的数字描述应包括什么内容？既然对大多数实际对流传热问题尚无法求得其精确解，那么建立对流换热问题的数字描述有什么意义？
答：对流换热问题完整的数字描述应包括：对流换热微分方程组及定解条件，定解条件包括，（1）初始条件（2）边界条件（速度、压力及温度）
建立对流换热问题的数字描述目的在于找出影响对流换热中各物理量之间的相互制约关系，每一种关系都必须满足动量，能量和质量守恒关系，避免在研究遗漏某种物理因素
19.试分别用数学语言将传热学术语说明导热问题三种类型的边界条件。对流换热过程微分方程式与导热过程的第三类边界条件表达式两者有什么不同之处？ 答：（1）① 第一类边界条件：
② 第二类边界条件：
③ 第三类边界条件：
（2）对流换热过程微分方程式：
导热过程的第三类边界条件表达式为：
不同之处：对于微分换热方程，h 是未知数，λ为流体的导热系数；
导热过程第三类边界条件表达式，h 作为已知的边界条件给出，λ为固体的导热系数。
20．在气温为10度的房间内用细绳掉一块直径均匀的圆柱冰块，过一段时间后，冰块的形状会发生哪些变化？冰块会在绳上完全融化吗？
答：由题意知，该冰柱的融化过程相当于竖圆柱的自然对流换热。根据竖壁自然对流换热的机理，由于冰柱壁面温度低于周围空气温度，故流体贴壁向下流动，边界层上部薄而下部厚。局部对流换热系数上部较大而下部较小，因此，虽然冰柱整个会慢慢融化，但上部融化较快，其形状会变得上部细、下部粗，不等在绳上全部融化就会掉在地上
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)(01ττf t w =>时，)()(02τλτf x t w =??->时)()(f w w t t h x t -=??-λ)()(
f w w t t h x t -=??-λ
图中：q1——从咖啡到瓶内胆的自然对流；q2——通过瓶内胆的导热；
q3——从瓶内胆到空气的自然对流；q4——从空气到外壳的自然对流；q5——瓶内胆外表面与外壳内表面之间的辐射换热；q6——通过外壳的导热；q7——从外壳到室内空气的自然对流；q8—外壳外表面与环境之间的辐射换热。设计优质保温容器的指导意见：
(1)采用镀铝(低发射率)的瓶和外壳，以降低净辐射换热；
(2)把空气隔层抽成真空，或用填料抑制自然对流
23.“表面传热系数h与流体速度场无关”，判断说法的正确性？简述其原因。
答：这种说法不正确。因为在描述流动的能量微分方程中，对流项含有流体速度，即要获得流体的温度场，必须先获得其速度场，“流动与换热密不可分”，因此表面传热系数必与流体速度场有关。
24对于附图所示的两种水平夹层，试分析冷、热表面间热量交换的方式有何不同？如果要通过实验来测定夹层中流体的导热系数，应采用哪一种布置？
解：（1）中热量交换的方式主要为热传导。
（2）热量交换的方式主要有热传导和自然对流。
所以如果要通过实验来测定夹层中流体的导热系数，应采用（1）布置。
25.试从沸腾过程分析，为什么总电加热器时当加热功率q>qmax时易发生壁面被烧毁的现象，而采用蒸汽加热则不会。
热线法”测气体导热系数
控制误差：设法维持钨丝温度为恒定；为减少气体对流传热的影响，测量应在低气压条件下进行
传热学试卷(1)答案
2007传热学试卷（1）标准答案 一.填空题：（共20分）[评分标准：每个空格1分] 1．表征材料导热能力的物理量是____导热系数_____。 2．努谢尔特准则的表达式是___hL/λ___。式中各符号的意义是 _λ为导热系数_、__L 特征尺寸__、__h 为对流换热系数__。 3．凝结换热有__膜状凝结__和__珠状凝结__两种换热方式，其中_珠状凝结_的换热效果好。 4．饱和沸腾曲线有四个换热规律不同的区域，分别指_自然对流__、核态沸腾__、__过渡沸腾__、__稳定膜态沸腾_。 5．管外凝结换热，长管竖放比横放的换热系数要____小__。是因为 ___膜层较厚___的影响。 6．决定物体导热不稳定状况下的反应速率的物理量是_导温系数_。 7．定向辐射强度与方向无关的规律，称___兰贝特定律___。 8．换热器热计算的两种基本方法是__平均温压法__和__传热单元数法__。 汽化核心数受_壁面材料_和__表面状况、压力、物性__的支配。 二．问答及推倒题：（共50分） 1.名词解释（10分）[评分标准：每小题2分] ①角系数：把表面1发出的辐射能落到表面2上的百分数，称为表面1对表面2的角系数。 ②肋效率：基温度下的理想散热量 假设整个肋表面处于肋肋壁的实际散热量 =f η ③灰体：物体的单色吸收率与投入辐射的波长无关的物体。 ④Bi 准则：Bi=hL/λ=固体内部的导热热阻与外部的对流换热热阻之比。 ⑤定性温度：在准则方程式中用于确定物性参数的温度。 2．设一平板厚为δ，其两侧表面分别维持在温度t 1及t 2，在此温度范围内平板的局部导热系数可以用直线关系式λ=λ0（1+bt ）来表示，试导出计算平板中某处当地热流密度的表达式，并对b ＞0、b ＝0及b ＜0的三种情况画出平板中温度分布的示意曲线。（10分） 解：应用傅里叶定律：dx dt bt dx dt q )1(0+-=-=λλ ——————2分 分离变量：dt bt qdx )1(0+-=λ
计算传热学中国石油大学(华东)第四章大作业
取步长δx=0.02。已知x=0,Φ=0;x=1,Φ=1.令k=ρｕ/Γ计算结果图表： 程序及数据结果： 追赶法： #include a[i]=2+0.02*k; b[i]=4; c[i]=2-0.02*k; f[i]=0; } tdma(a,b,c,f,x); for(i=0;i 总复习题 基本概念 : ?薄材 : 在加热或冷却过程中 , 若物体内温度分布均匀 , 在任意时刻都可用一个温度来代表整个物体的温度 , 则该物体称为 ----. ?传热 : 由热力学第二定律 , 凡是有温差的地方 , 就有热量自发地从高温物体向低温物体转移 , 这种由于温差引起的热量转移过程统称为 ------. ?导热 : 是指物体内不同温度的各部分之间或不同温度的物体相接触时 , 发生的热量传输的现象 . 物体各部分之间不发生相对位移，仅依靠物体内分子原子和自由电子等微观粒子的热运动而产生的热能传递成为热传导简称导热 ?对流 : 指物体各部分之间发生相对位移而引起的热量传输现象 . 由于流体的宏观运动而引起的流体各部分之间发生相对位移，冷热流体相互渗混所导致的热量传递过程 ?对流换热 : 指流体流过与其温度不同的物体表面时 , 流体与固体表面之间发生的热量交换过程称为 ------. ?强制对流 : 由于外力作用或其它压差作用而引起的流动 . ?自然对流 : 由于流体各部分温度不同 , 致使各部分密度不同引起的流动 . ?流动边界层 : 当具有粘性的流体流过壁面时 , 由于粘滞力的作用 , 壁面附近形成一流体薄层 , 在这一层中流体的速度迅速下降为零 , 而在这一流层外 , 流体的速度基本达到主流速度 . 这一流体层即为 -----. ?温度边界层 : 当具有粘性的流体流过壁面时 , 会在壁面附近形成一流体薄层 , 在这一层中流体的温度迅速变化 , 而在这一流层外 , 流体的温度基本达到主流温度 . 这一流体层即为 -----. ?热辐射 : 物体由于本身温度而依靠表面发射电磁波而传递热量的过程称为 ------. 物体由于本身温度而依靠表面发射电磁波而传递热量的过程成为热辐射 ?辐射力 : 物体在单位时间内 , 由单位表面积向半球空间发射的全部波长的辐射能的总量 . ?单色辐射力 : 物体在单位时间内 , 由单位表面积向半球空间发射的波长在λ -- λ +d λ 范围内的辐射能量 . ?立体角 : 是一个空间角度 , 它是以立体角的角端为中心 , 作一半径为 r 的半球 , 将半球表面上被立体角切割的面积与半径平方 r 2 的比值作为 ------ 的大小 . ?定向辐射强度 : 单位时间内 , 在单位可见面积 , 单位立体角内发射的全部波长的辐射能量称为 ----. ?传质 : 在含有两种或两种以上组分的流体内部 , 如果有浓度梯度存在 , 则每一种组分都有向低浓度方向转移 , 以减弱这种浓度不均匀的趋势 . 物质由高浓度向低浓度方转移过程称为 ----. 4-1 解：采用区域离散方法A 时；网格划分如右图。内点采用中心差分 23278.87769.9 T T T === 22d T T=0dx - 有 i+1i 12 2+T 0i i T T T x ---=? 将2点,3点带入 32122 2+T 0T T T x --=? 即321 209T T -+= 432322+T 0T T T x --=?4321322+T 0T T T x --=? 即4 321 209 T T T -+-= 边界点4 （1）一阶截差 由x=1 1dT dx =，得 431 3 T T -= （2）二阶截差 11B M M q x x x T T S δδλλ -=++ 所以 434111. 1. 36311 T T T =++ 即 431 22293 T T -= 采用区域离散方法B 22d T T=0dx - 由控制容积法 0w e dT dT T x dT dT ????--?= ? ????? 所以代入2点4点有 322121011336 T T T T T ----= 即 239 028T T -= 544431011363 T T T T T ----= 即 34599 02828T T T -+= 对3点采用中心差分有 432 32 2+T 013T T T --=?? ??? 即 23499 01919 T T T -+= 对于点5 由x=1 1dT dx =，得 541 6 T T -= （1）精确解求左端点的热流密度 由 ()2 1 x x e T e e e -= -+ 所以有 ()22 20.64806911x x x x dT e e q e e dx e e λ -====- +=-=++ （2）由A 的一阶截差公式 21 0.247730.743113 x T T dT q dx λ =-=-= =?= （3）由B 的一阶截差公式 0 0.21640 0.649213 x dT q dx λ =-=-= = （4）由区域离散方法B 中的一阶截差公式： 210.108460.6504()B B T T dT dx x δ-?? ==?= ? ?? 通过对上述计算结果进行比较可得：区域离散B 有控制容积平衡法建立的离散方程与区域离散方程A 中具有二阶精度的格式精确度相当！ 4-3 解：将平板沿厚度方向3等分，如图 合肥工业大学机械与汽车工程学院研究生考试试卷 课程名称 高等传热学 考试日期 2012-12-19 姓名 年级 班级 学号 得分 所有答案写在答题纸上，写在试卷上无效！！ 一、简答题（每题10分，共50分） 1. 简述三种基本传热方式的传热机理并用公式表达传热定律；传热问题的边界条件有哪两类？ 2. 有限元法求解传热问题的基本思想是什么？基本求解步骤有哪些？同有限差分方法相比其优点是什么？ 3. 什么是形函数？形函数的两个最基本特征是什么？ 4. 加权余量法是建立有限元代数方程的基本方法，请描述四种常见形式并用公式表达。 5. 特征伽辽金法（CG ）在处理对流换热问题时遇到什么困难？特征分离法（CBS ）处理对流换热问题的基本思想是什么？ 二、计算题（第1, 2题各15分，第3题20分，共50分） 1. 线性三角元的顶点坐标（单位：cm ）为：i (2, 2)、j (6, 4)、k (4, 6)，温度分别为 200℃, 180℃和 160℃，热导率k =0.5W/m ℃。试计算： （1）点（3，4）的温度及x 和y 方向的热流分量； （2）绘制170℃等温线。 2. 计算图1所示的二次三角元在点（2, 5）处的y N x N ????66和。 3. 图2所示一维方肋处于热稳定状态，截面2mm ×2mm ，长3cm ，热导率为k =100W/m ℃。左端面维持恒定温度150℃，右端面绝热，其余表面和空气间的对流换热系数h =120W/m 2，空气温度T a =20℃。请采用3个一维线元计算距左侧端面分别为1cm 、2cm 的截面和右侧端面的温度。提示：稳态导 热有限元代数方程：[]{}{}f T K =。单元截面积A ，截面周长P ，单元刚度矩阵：[]??????+??????--=211261111hPl l Ak e K ，单元载荷项：{}??????=112Pl hT a e f 。 -------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------- 装 订 线 T=150℃ 绝热 3cm 2mm 图1 图2 1.试求出圆柱坐标系的尺度系数，并由此导出圆柱坐标系中的导热微分方程。 2 .一无限大平板，初始温度为T 0；τ>0时，在x = 0表面处绝热；在x = L 表面以对流方式向温度为t f 的流体换热。试用分离变量法求出τ>0时平板的温度分布（常物性）。（需求出特征函数、超越方程的具体形式，范数（模）可用积分形式表示）。（15分） , 3.简述近似解析解——积分法中热层厚度δ的概念。 答：近似解析解：既有分析解的特征：得到的结果具有解析函数形式，又有近似解的特征：结果只能近似满足导热解问题。在有限的时间内，边界温度 的变化对于区域温度场的影响只是在某一有限的范围内，把这个有限的范围定义为热层厚度δ。 4.与单相固体导热相比，相变导热有什么特点 答：相变导热包含了相变和导热两种物理过程。相变导热的特点是 1.固、液两相之间存在着 移动的交界面。 2.两相交界面有潜热的释放（或吸收） | 对流部分（所需量和符号自己设定） 1 推导极坐标系下二维稳态导热微分方程。 2 已知绕流平板流动附面层微分方程为 y u y u V x u u 22??=??+??ν 取相似变量为： x u y νη∞ = x u f νψ∞= 写出问题的数学模型并求问题的相似解。 3 已知绕流平板流动换热的附面层能量积分方程为： ?=∞?? =-δ00)(y y t a dy t t u dx d 当Pr<<1时，写出问题的数学模型并求问题的近似积分解及平均Nu （取三次多项式）。 4 ] O x 5写出常热流圆管内热充分发展流动和换热问题的数学模型并求出速度和温度分布及Nu x.辐射 1．请推导出具有n个表面的净热流法壁面间辐射换热求解公式，并简要说明应用任一种数值方法的求解过程。 2．试推导介质辐射传递方程的微分形式和积分形式，要求表述出各个步骤和结果中各个相关量的含义。 3．根据光谱辐射强度表示下面各量：1）光谱定向辐射力；2）定向辐射力；3）光谱辐射力；4）辐射力；5）辐射热流量。要求写清各量的符号、单位。 4．说明下列术语（可用数学表达式）（每题4分） a)光学厚度 b)漫有色表面 c)? d)兰贝特余弦定律 e)光谱散射相函数 f)定向“灰”入射辐射 【2-1】一食品冷藏室由内层为19 mm 厚的松木，中层为软木层，外层为51 mm 厚的混凝土所组成。内壁面温度为-17.8 ℃,混凝土外壁面温度为29.4 ℃。松木、软木和混凝土的平均热导率分别为, 3, W/(m ·K)，要求该冷藏室的热损失为15W/m 2。求所需软木的厚度及松木和软木接触面处的温度。 解：三层平壁的导热。 1）所需软木的厚度2b 由 ∑=-=3141i i i b T T q λ 得 151 .0019.00433.0762.0051.08.174.29152+++=b 解得： m b 128.02= 2）松木和软木接触面处的温度3T 由 151 .0019 .08.17153+==T q 解得：9.153-=T ℃ 解题要点：多层平壁热传导的应用。 【2-2】为减少热损失，在外径为150 mm 的饱和蒸汽管道外加有保温层。已知保温材料的热导率λ=+ 198 T(式中T 为℃),蒸汽管外壁温度为180 ℃,要求保温层外壁温度不超过50 ℃,每米管道由于热损失而造成蒸汽冷凝的量控制在1×10-4 kg/(m ·s)以下,问保温层厚度应为多少(计算时可假定蒸汽在180 ℃下冷凝)。 解：保温层平均热导率为： )./(126.02 501801098.1103.04K m W =+??+=-λ 由于本题已知的是蒸汽管道外壁面温度，即保温层内壁面温度，故为一层导热。 由 )()(21 221r r Ln T T L Q -=λπ 得： )()(21 221r r Ln T T L Q -=πλ （1） 式中：m W L Wr L Q /9.2011 103.20191013 4=???==- 将其及其它已知数据代入式（1）得： )075 .0()50180(126.029.2012r Ln -??=π 解得：m r 125.02= mm m 5005.0075.0125.0==-=∴δ壁厚 解题要点：单层圆筒壁热传导的应用。 【2-8】烤炉内在烤一块面包。已知炉壁温度为175 ℃，面包表面的黑度为,表面温度为100 ℃,表面积为 5 m 2，炉壁表面积远远大于面包表面积。求烤炉向这块面包辐射 传递的热量。 解：两物体构成封闭空间，且21S S <<，由下式计算辐射传热量： W T T S Q 0.65)448373(0645.085.01067.5) (448424111012-=-????=-=-εσ 负号表示炉壁向面包传递热量。 解题要点：辐射传热的应用，两个灰体构成的封闭空间。 【2-10】在逆流换热器中，用初温为20 ℃的水将1.25 kg/s 的液体［比热容为 kJ/(kg ·K)、密度为850 kg/m 3 ］由80 ℃冷却到30 ℃。换热器的列管直径为Φ25 mm ×2.5 mm,水走管内。水侧和液体侧的对流传热系数分别为850 W/（m 2·K ）和1 700W/（m 2·K ）,污垢热阻可忽略。若水的出口温度不能高于50 ℃，求水的流量和换热器的传热面积。 《工程热力学与传热学》 一、填空题（每题2分，计20分） 1.如果热力系统与外界之间没有任何形式能量互换，那么这个热力系统一定是( ） 2.抱负气体比热容只与( ）参数关于。 3.若构成热力系统各某些之间没有热量传递，热力系统将处在热平衡状态。此时热力系统内部一定不存在( ）。 4.若构成热力系统各某些之间没有相对位移，热力系统将处在力平衡状态。此时热力系统内部一定不存在( ）。 5.干饱和蒸汽被定熵压缩，将变为：( ）。 6.湿空气压力一定期，其中水蒸气分压力取决于( ）。 7. 再热循环目是( ）。 8. 回热循环重要目是( ）。 9.热辐射可以不依托( ），在真空中传播。 10. 流动功变化量仅取决于系统进出口状态，而与( ）过程无关。 二. 判断题（每题1分，计20分） 1.孤立系统热力状态不能发生变化；（） 2.孤立系统就是绝热闭口系统；（） 3.气体吸热后热力学能一定升高；（） 4.只有加热，才干使气体温度升高；（） 5.气体被压缩时一定消耗外功；（） 6.封闭热力系内发生可逆定容过程，系统一定不对外作容积变化功；（） 7.流动功变化量仅取决于系统进出口状态，而与工质经历过程无关；（） 8.在闭口热力系中，焓h是由热力学能u和推动功pv两某些构成。（） 9.抱负气体绝热自由膨胀过程是等热力学能过程。（） 10.对于拟定抱负气体，其定压比热容与定容比热容之比cp/cv大小与气体温度无关。（） 11.一切可逆热机热效率均相似；（） 12.不可逆热机热效率一定不大于可逆热机热效率；（） 13.如果从同一状态到同一终态有两条途径：一为可逆过程，一为不可逆过程，则不可逆过程熵变等于可逆过程熵变；（） 14.如果从同一状态到同一终态有两条途径：一为可逆过程，一为不可逆过程，则不可逆过程熵变不不大于可逆过程熵变；（） 15.不可逆过程熵变无法计算；（） 16.工质被加热熵一定增大，工质放热熵一定减小；（） 17.封闭热力系统发生放热过程，系统熵必然减少。（） 18.由抱负气体构成封闭系统吸热后其温度必然增长；（） 19.懂得了温度和压力，就可拟定水蒸气状态；（） 20.水蒸气定温膨胀过程满足Q=W；（） 三. 问答题（每题5分，计20分） 1. 阐明什么是准平衡过程？什么是可逆过程？指出准平衡过程和可逆过程关系。 习题4－2 一维稳态导热问题的控制方程： 022=+??S x T λ 依据本题给定条件，对节点2 节点3采用第三类边界条件具有二阶精度的差分格式，最后得到各节点的离散方程： 节点1： 1001=T 节点2： 1505105321-=+-T T T 节点3： 75432=+-T T 求解结果： 852=T ，403=T 对整个控制容积作能量平衡，有： 02150)4020(15)(3=?--?=?+-=?+x S T T h x S q f f B 即：计算区域总体守恒要求满足 习题4－5 在4－2习题中，如果25 .03)(10f T T h -?=，则各节点离散方程如下： 节点1： 1001=T 节点2： 1505105321-=+-T T T 节点3： 25.03325.032)20(4015])20(21[-?+=-?++-T T T T 对于节点3中的相关项作局部线性化处理，然后迭代计算； 求解结果： 818.822=T ，635.353=T （迭代精度为10-4） 迭代计算的Matlab 程序如下： x=30; x1=20; while abs(x1-x)>0.0001 a=[1 0 0;5 -10 5;0 -1 1+2*(x-20)^(0.25)]; b=[100;-150; 15+40*(x-20)^(0.25)]; t=a^(-1)*b; x1=x; x=t(3,1); end tcal=t 习题4-12的Matlab程序 %代数方程形式A i T i=C i T i+1+B i T i-1+D i mdim=10;%计算的节点数 x=linspace(1,3,mdim);%生成A、C、B、T数据的基数； A=cos(x);%TDMA的主对角元素 B=sin(x);%TDMA的下对角线元素 C=cos(x)+exp(x); %TDMA的上对角线元素 T=exp(x).*cos(x); %温度数据 %由A、B、C构成TDMA coematrix=eye(mdim,mdim); for n=1:mdim coematrix(n,n)=A(1,n); if n>=2 coematrix(n,n-1)=-1*B(1,n); end if n 传热学试题(答案) ①Nu准则数的表达式为（A ） ② ③根据流体流动的起因不同，把对流换热分为（ A） ④A．强制对流换热和自然对流换热B．沸腾换热和凝结换热 ⑤C．紊流换热和层流换热D．核态沸腾换热和膜态沸腾换热 ⑥雷诺准则反映了（ A） ⑦A．流体运动时所受惯性力和粘性力的相对大小 ⑧B．流体的速度分布与温度分布这两者之间的内在联系 ⑨C．对流换热强度的准则 ⑩D．浮升力与粘滞力的相对大小 ?彼此相似的物理现象，它们的（ D）必定相等。 ?A．温度B．速度 ?C．惯性力D．同名准则数 ?高温换热器采用下述哪种布置方式更安全？（ D） ?A．逆流B．顺流和逆流均可 ?C．无法确定D．顺流 ?顺流式换热器的热流体进出口温度分别为100℃和70℃，冷流体进出口温度分别为20℃和40℃，则其对数平均温差等于（） A．60.98℃B．50.98℃ C．44.98℃D．40.98℃ ?7．为了达到降低壁温的目的，肋片应装在（ D） ?A．热流体一侧B．换热系数较大一侧 ?C．冷流体一侧D．换热系数较小一侧 21黑体表面的有效辐射（ D）对应温度下黑体的辐射力。 22A．大于B．小于 C．无法比较D．等于 23通过单位长度圆筒壁的热流密度的单位为（ D） 24A．W B．W／m2 C．W／m D．W／m3 25格拉晓夫准则数的表达式为（D ） 26 27.由炉膛火焰向水冷壁传热的主要方式是( A ) 28 A.热辐射 B.热对流 C.导热 D.都不是 29准则方程式Nu=f(Gr,Pr)反映了( C )的变化规律。 30 A.强制对流换热 B.凝结对流换热 31 C.自然对流换热 D.核态沸腾换热 32下列各种方法中，属于削弱传热的方法是( D ) 33 A.增加流体流度 B.设置肋片 34 C.管内加插入物增加流体扰动 D.采用导热系数较小的材料使导热热阻增加 35冷热流体的温度给定，换热器热流体侧结垢会使传热壁面的温度( A ) 36 A.增加 B.减小 C.不变 D.有时增加，有时减小 【最新整理，下载后即可编辑】 2T 3T 4T 4-1 解：采用区域离散方法A 时；网格划分如右图。内点采用中心差分123278.8 7769.9T T T === 22 d T T=0dx - 有 i+1i 1 2 2+T 0i i T T T x ---=? 将2点,3点带入 321222+T 0T T T x --=? 即3 21 209T T -+= 432322+T 0T T T x --=?432132 2+T 0T T T x --=? 即4321 209 T T T -+-= 边界点4 （1）一阶截差 由x=1 1dT dx =，得 431 3 T T -= （2）二阶截差 11B M M q x x x T T S δδλλ -=++ 所以 434111. 1. 36311 T T T =++ 即 43122293 T T -= 采用区域离散方法B 22d T T=0dx - 由控制容积法 0w e dT dT T x dT dT ???? --?= ? ????? 所以代入2点4点有 322121011336 T T T T T ----= 即 239 028T T -= 544431011363 T T T T T ----= 即 34599 02828T T T -+= 对3点采用中心差分有 432 32 2+T 013T T T --=?? ??? 即 23499 01919 T T T -+= 对于点5 由x=1 1dT dx =，得 541 6 T T -= （1）精确解求左端点的热流密度 由 ()2 1 x x e T e e e -= -+ 所以有 ()2200 20.64806911x x x x dT e e q e e dx e e λ -====-+=-=++ （2）由A 的一阶截差公式 21 0.247730.743113x T T dT q dx λ=-=-= =?= （3）由B 的一阶截差公式 0.21640 0.649213 x dT q dx λ=-=-= = （4）由区域离散方法B 中的一阶截差公式： 210.108460.6504()B B T T dT dx x δ-??==?= ??? 通过对上述计算结果进行比较可得：区域离散B 有控制容积平衡 法建立的离散方程与区域离散方程A 中具有二阶精度的格式精确度相当！ 4-3 解：将平板沿厚度方向3等分，如图 3 由题可知该导热过程可看作无限大平板的一维稳态有源导热问题，则控制方程为 22d T +S=0dx λ x=0， T 0=75℃ x=0.1 dT =h(T-T )dx f λ- 1点 ，2点采用中心差分有 热能工程专业传热学复习题 一简答题 1导热系数和热扩散系数各自从什么地方产生？它们各自反映了物质的什么特性？并指出它们的差异？ 2不同温度的等温面（线）不能相交，热流线能相交吗？热流线为什么与等温线垂直？ 3流体中的热量传递过程是热对流还是热传导？试对流体中的传热机理加以描述？ 4非周期性的加热或冷却过程可以分为哪两个阶段，它们各自有什么特征? 5什么是非稳态导热的集总参数（集中热容）系统？将实际导热物体视为集总参数系统的条件是什么？ 6时间常数是从什么导热问题中定义出来的？它与哪些因素有关？同一种物体导热过程中的时间常数是不是不变的？ 7指出 22 22 p t t t t c u v x y x y ρλ ?? ?? ???? +=+ ? ? ???? ???? 和?? ? ? ? ? ? ? = ?? ? ? ? ? ? ? + ? ? 2 2 y t y t v x t u c p λ ρ方程哪一个是边 界层能量微分方程？它是在什么条件下导出的？它有什么主要特征？ 8写出对流换热过程中的无量纲准则Re数、Pr数、Pe数和Gr数的物理量组成，指出它们各自表示的物理意义？并指出Nu数与导热过程中产生的Bi数的差别？ 9对流换热问题的支配方程有哪些?将这些方程无量纲化我们能够得出哪些重要的无量纲数（准则）?你能指出这些准则的物理意义吗? 10响膜状凝结换热的其他一些影响因素是什么？指出它们分别是如何影响凝结换热过程的？ 11在液体沸腾过程中一个球形汽泡存在的条件是什么?为什么需要这样的条件? 12什么是辐射表面之间的角系数? 在什么条件下角系数成为一个纯几何量？ 13什么叫黑体、灰体和白体？它们分别与黑色物体、灰色物体和白色物体有什么区别？ 14表述黑体辐射的兰贝特定律。试问，实际物体是否满足兰贝特定律？在什么条件下灰体可以满足兰贝特定律？ 5-2 解：根据课本p158式（5—1a ）得一维稳态无源项的对流－扩散方程如下所示： 2 2x x u ??Γ =??φ φρ （取常物性） 边界条件如下： L L x x φφφφ====,; ,00 由（5—2）得方程的精确解为： 1 1)/(00--=--?Pe L x Pe L e e φφφφ Γ=/uL Pe ρ 将L 分成15等份，有：?=P Pe 15 对于中心差分、一阶迎风、混合格式和QUICK 格式分别分析如下： 1） (CD)中心差分 节点离散方程： 2 )5.01()5.01(1 1-?+?++-=i i i P P φφφ 10,2 =i 2） 一阶迎风 节点离散方程： ? -?++++=P P i i i 2)1(1 1φφφ 10,2 =i 3） 混合格式 当1=?P 时，节点离散方程：2 )5.01()5.01(1 1-?+?++-= i i i P P φφφ ，10,2 =i 当10,5=?P 时，节点离散方程： 1-=i i φφ ， 10,2 =i 4） QUICK 格式，节点离散方程： ??? ???--++++++= +-?? -??+?)336(8122121 1111i i i i i i P P P P P φφφφφφ， 2=i ?? ????---++++++= +--? ? -??+?)35(8122121 12111i i i i i i i P P P P P φφφφφφφ， 2≠i 用matlab 编程如下：（本程序在x/L=0-1范围内取16个节点进行离散计算，假设y(1)= 0φ=0,y(16)=L φ=1,程序中Pa 为?P ，x 为题中所提的x/L 。由于本程序假设 y(1)=0φ=0,y(16)=L φ=1，所以 y y y y y y L =--=--=--0 10 )1()16()1(00φφφφ） Pa=input('请输入Pa=') x=0:1/15:1 Pe=15*Pa; y=(exp(Pe*x)-1)/(exp(Pe)-1) plot(x,y,'-*k') %精确解 hold on y(1)=0,y(16)=1; for i=2:15 y(i)=((1+0.5*Pa)*y(i-1)+(1-0.5*Pa)*y(i+1))/2; end plot(x,y(1:16),'-or') %中心差分 hold on for i=2:15 y(i)=((1+Pa)*y(i-1)+y(i+1))/(2+Pa); end plot(x,y(1:16),'-.>g') %一阶迎风 hold on for i=2:15 if Pa==1 y(i)=((1+0.5*Pa)*y(i-1)+(1-0.5*Pa)*y(i+1))/2; else y(i)=y(i-1) end end plot(x,y(1:16),'-+y') %混合格式 hold on for i=2:15 if i==2 y(i)=y(i+1)/(2+Pa)+(1+Pa)*y(i-1)/(2+Pa)+(Pa/(2+Pa))*(6*y(i)-3*y(i-1)-3*y(i+1))/8 else y(i)=y(i+1)/(2+Pa)+(1+Pa)*y(i-1)/(2+Pa)+(Pa/(2+Pa))*(5*y(i)-y(i-1)-y(i-2)-3*y(i+1))/8 end end plot(x, y(1:16),'- 1. 与牛顿内摩擦定律有关的因素是( ): A 压强,速度和粘度 B 流体的粘度切应力与角变形率 C 切应力,温度,粘度和速度 D 压强,粘度和角变形2．流体是( )一种物质。 A、不断膨胀直到充满容器的； B、实际上是不可压缩的； C、不能承受剪切力的； D、在任一剪切力的作用下不能保持静止的。 3. 水力学中，单位质量力是指作用在单位( )液体上的质量力。 A 面积 B 体积 C 质量 D 重量 4.液体黏度随温度的升高而( )，气体黏度随温度的升高而( )。 A.减小 B.增大 C. 不一定 D. 不变 5重力作用下静止液体中，等压面是水平面的条件是( ) A 同一种液体； B 相互连通； C 不连通； D 同一种液体，相互连通。 6．压力表的读值是 A 绝对压强； B 绝对压强与当地大气压的差值； C绝对压强加当地大气压； D 当地大气压与绝对压强的差值。 7. 一密闭容器内下部为水,上部为空气，液面下4.2米处 的测压管高度为2.2m，设当地压强为9800Pa，则容器内液面的绝对压强为( )水柱。 1.B 2.D 3.C 4. A B 5.D 6. B 7-1m 8、矩形闸门宽b=1.5, 长h =2m米（垂直于图面），闸门上端与液面间的距离为3m, A端为铰链，B端连在一条倾斜角为45o的铁链上，求开启闸门的升力T（单位KN）？矩形闸门的惯性力矩Jc＝bh3/12 解：由已知条件得 闸门面积 A ＝b×h=2×1.5=3m y c ＝h c =3+2/2=4m P=γh c A=9800 ×4×3=117600N 压力作用点到转轴A 的距离： 45 1.52x ??＝2sin ＝ 117600 1.08119.741.52 Pl Pl Tx T x KN =?=?=≈? 应用伯努利方程时需注意的问题： （1）有效断面的选取 所选取的截面应与流体的流动方向相垂直，并且两截面间流体应是定态连续流动。截面宜选在已知量多、计算 32112243 1.08412c D c c c c bh J l y H y H y H y A y h b m =-=+-=+-??=+-=? 第一章: 1-1 对于附图所示的两种水平夹层，试分析冷、热表面 间热量交换的方式有何不同？如果要通过实验来测定夹层中流体的导热系数，应采用哪一种布置？ 解：（a ）中热量交换的方式主要有热传导和热辐射。 （b ）热量交换的方式主要有热传导，自然对流和热辐射。 所以如果要通过实验来测定夹层中流体的导热系数，应采用（ a ）布置。 1-2 一炉子的炉墙厚13cm ，总面积为20m 2 ，平均导热系数为 1.04w/m 〃k ，内外壁温分别是520 ℃及50 ℃。试计算通过炉墙的热损失。如果所燃用的煤的发热量是 2.09 ×10 4 kJ/kg ，问每天因热损失要用掉多少千克煤？ 解：根据傅利叶公式 每天用煤 1-3 在一次测定空气横向流过单根圆管的对流换热实验中，得到下列数据：管壁平均温度t w = 69 ℃，空气温度t f = 20 ℃，管子外径d= 14mm ，加热段长80mm ，输入加热段的功率8.5w ，如果全部热量通过对流换热传给空气，试问此时的对流换热表面传热系数多大？ 解：根据牛顿冷却公式 1-4宇宙空间可近似的看作0K 的真空空间。一航天器在太空中飞行，其外表面平均温度为250K ，表面发射率为0.7 ，试计算航天器单位表面上的换热量？ 解：航天器单位表面上的换热量 1-5附图所示的空腔由两个平行黑体表面组成，孔腔内抽成真空，且空腔的厚度远小于其高度与宽度。其余已知条件如图。表面 2 是厚δ= 0.1m 的平板的一侧面，其另一侧表面 3 被高温流体加热，平板的平均导热系数λ=17.5w/m ? K ，试问在稳态工况下表面3 的t w3 温度为多少？ 解： 表面1 到表面2 的辐射换热量= 表面2 到表面3 的导热量 第二章: 20XX年复习资料 大 学 复 习 资 料 专业： 班级： 科目老师： 日期： 清华大学本科生考试试题答案（试题A ） 考试课程 传热学 一、选择题: 将选择出的答案写在题前的方括号内。(15分) 1. a 2. d 3. d 4. a 5.d 二、简要回答下列问题：(35分) 1. (7分)答：肋片效率为肋片的实际散热量与假设整个肋片温度都与肋根温 度 相 同 时 的 理 想 散 热 量 之 比 。 -------------------------------------------------3分 肋片效率的主要影响因素有： （1） 肋片材料的热导率：热导率愈大，肋片效率愈高； ----------------1分 （2） 肋片高度：肋片愈高，肋片效率愈低； -------------------------------1分 （3） 肋片厚度：肋片愈厚，肋片效率愈高； -------------------------------1分 （4）表面传热系数：表面传热系数愈大，肋片效率愈低。 ------------1分 2．（7分）答： λαδ= Bi ，表示物体内部导热热阻λδ 与物体表面对流换热热阻α 1的比值， 它和第三类边界条件有密切的联系。 --------------------------------------------------1.5分 2l a Fo τ = 是非稳态导热过程中的无量纲时间，表示非稳态导热过程进行的 深 度 。 --------------------------------------------------------------------------------------1.5分 0→Bi 意味着平板的导热热阻趋于零，平板内部各点的温度在任一时刻都趋于 均 匀 一 致 。 （ 见 下 图 b ） ----------------------------------------------------------------1.5分 ∞→i B 表明对流换热热阻趋于零，平板表面与流体之间的温差趋于零。（见下 图 a ） -------------------------------------------------------------------------------------------1.5分 ---------------------1分 3、（7分）答：水在1个大气压下大空间沸腾换热的沸腾曲线如图所示。随 着壁面过热度的增高，出现4个换热规律不同的区域。 东大2006—2007学年第二学期期末考试 《传热学》试题（A卷）答案 一、填空题(每空1分，共20分) 1、某物体温度分布的表达式为t=f(x ,y,τ),此温度场为二维（几维）、非稳态（稳态或非稳态）温度场。 2、当等温线图上每两条相邻等温线的温度间隔相同时，等温线的疏密可以直观地反映出不同区域导热热流密度的相对大小。 3、导热微分方程式是根据能量守恒定律和傅里叶定律建立起来的导热物体中的温度场应当满足的数学表达式。 4、工程上常采用肋片来强化传热。 5、换热器传热计算的两种方法是平均温差法和效能-传热单元数法。 6、由于流动起因的不同，对流换热可以区别为强制对流换热与自然对流换热。 7、固体表面附近流体温度发生剧烈变化的薄层称为温度边界层或热边界层，其厚度定义为以过余温度为来流过余温度的99%处。 8、判断两个现象相似的条件是：同名的已定特征数相等；单值性条件相似。 9、凝结有珠状凝结和膜状凝结两种形式，其中珠状凝结有较大的换热强度，工程上常用的是膜状凝结。 10、遵循兰贝特定律的辐射，数值上其辐射力等于定向辐射强度的π倍。 11、单位时间内投射到表面的单位面积上总辐射能为投入辐射，单位时间内离开表面单位面积的总辐射能为该表面的有效辐射，后者包括表面的自身辐射和投入辐射被反射的部分。 二、选择题（每题2分，共16分） 1、下列说法不正确的是（D ） A、辐射换热不依赖物体的接触而进行热量传递； B、辐射换热过程伴随着能量形式的两次转化； C、一切物体只要其温度T＞0K，都会不断地发射 热射线；D、辐射换热的大小与物体温度差的四次方成正比。 2、大平板采用集总参数法的判别条件是（C） A．Bi>0.1 B．Bi=1 C．Bi<0.1 D．Bi=0.1 3．已知边界周围流体温度和边界面与流体之间的表面传热系数的称为( C ) A.第一类边界条件 B. 第二类边界条件 C.第三类边界条件 D. 初始条件 4、在热辐射分析中，把光谱吸收比与波长无关的物体称为（c ） A、黑体； B、透明体； C、灰体； D、绝对白体。 5、换热器在相同的进出口温度条件下，（A ）平均温差最大。 A、逆流； B、顺流； C、交叉流； D、混合流。 6.下列各种方法中，属于削弱传热的方法是( D )。 A.增加流体流度 B.设置肋片 C.管内加插入物增加流体扰动 D.采用导热系数较小的材料使导热热阻增加 7.已知一顺流布置换热器的热流体进出口温度分别为300°C和150°C，冷流体进出口温度分别为50°C和100°C，则其对数平均温差约为( B )。 A.100°C B.124°C C.150°C D.225°C 8．管内对流换热的流态判别是用 （B ） A. Gr B. Re C. Pe D. Gr·Pr 三、名词解释（每题3分，共12分） 1、热扩散率： c λ αρ ＝，物理意义：材料传播温度变化能力大小的指标。 2、传热过程：热量由壁面一侧的流体通过壁面传到另一侧流体中去的过程。传热学总复习试题及答案【第五版】【精】【_必备】
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