传热部分习题答案
传热部分习题答案
1-7 热电偶常用来测量气流温度。如附图所示，用热电偶来测量管道中高温气流的温度T f
,壁管温度f w
T
T <。试分析热电偶结点的换热方式。 解：具有管道内流体对节点的对流换热，沿偶丝到节点的导热和管道内壁到节点的热辐射
1-21 有一台气体冷却器，气侧表面传热系数1h ＝95W/
2
，壁面厚δ＝2.5mm ，
)./(5.46K m W =λ水侧表面传热系数58002=h W/2。设传热壁可以看成平壁，试计算各
个环节单位面积的热阻及从气到水的总传热系数。你能否指出，为了强化这一传热过程，应首先从哪一环节着手 解：
;010526.0111==
h R ;10376.55.460025.052-?===λδR ;
10724.1580011423-?===h R
则λδ++=
21111
h h K ＝
)./(2
K m W ，应强化气体侧表面传热。 1-22 在上题中，如果气侧结了一层厚为2mm 的灰，)./(116.0K m W =λ;水侧结了一层厚为1mm 的水垢)./(15.1K m W =λ。其他条件不变。试问此时的总传热系数为多少
解：由题意得
5800115.1001.05.460025.0116.0002.09511
111
2
3322111++++=
++++=
h h K λδλδλδ
＝)./(2
K m W
1-32 一玻璃窗，尺寸为60cm cm 30?，厚为4mm 。冬天，室内及室外温度分别为20℃及
-20℃，内表面的自然对流换热表面系数为W ，外表面强制对流换热表面系数为50)./(K m W 。玻璃的导热系数)./(78.0K m W =λ。试确定通过玻璃的热损失。
解：
λδA Ah A h T
+
+?=
Φ2111
＝
-2 一冷藏室的墙由钢皮矿渣棉及石棉板三层叠合构成，各层的厚度依次为0.794mm.,152mm 及9.5mm ，导热系数分别为45)./(K m W ,0. 07)./(K m W 及)./(K m W 。冷藏室的有效换热面积为2
m ，室内外气温分别为-2℃及30℃，室内外壁面的表面传热系数可分别按
)./(2K m W 及)./(2K m W 计算。为维持冷藏室温度恒定，试确定冷藏室内的冷却排管每小
时需带走的热量。 解：由题意得
332211212
111λδλδλδ++++-?
=Φh h t t A ＝2.371.00095.007.0152.045000794.05.215.11)
2(30?+
+++--
＝
×3600＝
-4 一烘箱的炉门由两种保温材料A 及B 组成，且B A δδ2=(见附图)。已知
)./(1.0K m W A =λ,)./(06.0K m W B =λ,烘箱内空气温度4001=f t ℃，内壁面的总表面传
热系数)./(501K m W h =。为安全起见，希望烘箱炉门的 外表面温度不得高于50℃。设可把炉门导热作为一维问题处理，试决定所需保温材料的厚度。环境温度
=
2f t 25℃，外表面
总传热系数
)./(5.92
2K m W h =。 解：热损失为()()
22111f f B
B
A A fw
f t t h t t h t t q -+-=+-=
λδλδ
又
50
=fw t ℃；B A δδ=
联立得m m B A 039.0;078.0==δδ
2-18 在一根外径为100mm 的热力管道外拟包覆两层绝热材料，一种材料的导热系数为
)./(K m W ，另一种为)./(K m W ，两种材料的厚度都取为75mm ，试比较把导热系数小的
材料紧贴管壁，及把导热系数大的材料紧贴管壁这两种方法对保温效果的影响，这种影响影响对于平壁的情形是否存在假设在两种做法中，绝热层内外表面的总温差保持不变。 解：将导热系数小的材料紧贴壁管
()19.19227550757550ln 2507550ln 212121t t l l l t t -=
???
??++++??? ??+-=
Φππλλπ
将导热系数大的材料紧贴壁管则
()()47
.1526.1ln 5.2ln 2211
221t t l t t l -=+
-=
Φ'πλλπ
故导热系数大的材料紧贴管壁其保温效果好。
若为平壁，则平壁
22
112
1λδλδ+-=
t t q
由于21δδδ==所以不存在此问题。
2-31 试比较附图所示的三种一维导热问题的热流量大小：凸面锥台，圆柱，凹面锥台。比较的条件是211,,t t d 及导热系数均相同。三种形状物体的直径与x 轴的关系可统一为
n ax d =，其中a 及n 值如下：
凸面锥台 柱体 凹面锥台 a 2
/1m 0.08m 2
/1-m
n
mm x mm x 125,2521==。
解：对于变截面导热
()
?
-=
Φ2
1
21x x x
A dx t t λ
凸面锥台 ?
2
1x x X A dx ＝21223204
821-+=+?m dx x a n x x n π
柱体
?
2
1
x x X A dx ＝21235.3204
21--=?m dx x a x x π
凹面锥台 ?2
1x x X A dx ＝()2
42
23.26324201621-=??m dx x x x π
由上分析得 2
13Φ>Φ>Φ
2-44 一半径为
r 的实心圆柱，内热源为
)1()(0Ar r +Φ
=Φ&&，
0Φ
&,A 为常数。在
r r =处
t t =。试导出圆柱体中的温度分布。
解： 01=Φ+??? ??????&
r t r r r λ (1) r=0,0=dx dt (2) 0
0,t t r r == (3)
三式联立最终可解得
()()[]
3302200436t r r A r r q t +-+-Φ=&
2-51 在温度为260℃的壁面上伸出一根纯铝的圆柱形肋片，直径d=25mm ，高H=150mm 。该柱体表面受温度
=
f t 16℃的气流冷却，表面传热系数h=15
)./(2
K m W 。肋端绝热。试计
算该柱体的对流散热量。如果把柱体的长度增加一倍，其他条件不变，柱体的对流散热量是否也增加了一倍从充分利用金属的观点来看，是采用一个长的肋好还是采用两个长度为其一半的较短的肋好
解：02
2=Φ+λ&dx t d
又()c
c s A t t hp dx A ∞-=Φ-=Φ
&
所以得
()
mH mth Q A c 0λ-=Φ
代入数据查表得，W 1
.40=Φ 当其他条件不变时W H H 9.66,2=Φ'
='
由上述结果可知长度增加一倍而散热量没有增加一倍，因此从充分利用金属的观点，采用长度为其一半的较短的肋较好。
2-53 过热蒸气在外径为127mm 的钢管内流过，测蒸气温度套管的布置如附图所示。已知套管外径d=15mm ，壁厚δ＝0.9mm ，导热系数=λ)./(K m W 。蒸气与套管间的表面传热系
数h=105)./(2
K m W 。
为使测温误差小于蒸气与钢管壁温度差的％，试确定套管应有的长度。
解：按题意应使
(),1006.01%6.000==≤mh h h θθθθ，
()7.166=mh ch ，查附录得：[]81.5)7.166(==ch arc mh ，
m H A hU
m 119.075.4881
.575.48109.01.491053
==∴=??≡=
-，τ
λ。
2-76 刚采摘下来的水果，由于其体内葡萄糖的分解而具有“呼吸”作用，结果会在其表面析出C 2O ,水蒸气，并在体内产生热量。设在通风的仓库中苹果以如附图所示的方式堆放，并有5℃的空气以0.6m/s 的流速吹过。苹果每天的发热量为4000J/kg 。苹果的密度
3/840m kg =ρ，导热系数λ＝)./(K m W ；空气与苹果间的表面传热系数h=6
)./(2
K m W 。试计算稳态下苹果表面及中心的温度。每个苹果可按直径为80mm 的圆球处理。
解：利用有内热源的一维球坐标方程：0122
=Φ+??? ??????&
r t r r r λ
λ/22Φ-=??? ??&r dr dt r dr d ，13
23c r dr dt r +Φ-=λ，213r c r dr
dt +Φ-=λ&， 2
126c r c r t +-+Φ-=λ&
边界条件为：()
∞-=-==??=t t h dr dt R r r t r λ；，00。
为满足第一边界条件，1c 必须为0。
代入第二条件：
?
?????-???? ??+Φ-=??? ??Φ-∞t c r h r 226/3λλ&&，即： ??
????-???? ??+Φ-=Φ∞t c r h r 22/63λ&&，由此得：∞
+Φ+Φ=t R h R c λ632
2&&，
温度分布为：()()
m
t r R h R r t +-Φ
+Φ=2263λ&&，
由此得：当R r =时，∞+Φ=h h R t s 3&；当r=0时，∞
+Φ+Φ=t R h R t λ632
0&&。
s t 也可由稳态热平衡得出：()∞-=??? ??Φt t h R R s 23434ππ&，由此得：∞+Φ=t h R t s 3&，
()32
3539.388.102400036002410190.140004000m W s m J s m J day m J ==???=Φ-＝&，
()℃
℃℃℃℃09.5086.056304.09.3853523=+=??+=Φ+=K m W m m W h R t s &，
℃
℃
℃11.502.009.55.0604.09.3809.563520=+=??+=Φ+Φ+=λR h R t &。
2-78 为了估算人体的肌肉由于运动而引起的温升，可把肌肉看成是半径为2cm 的长圆柱体。
肌肉运动产生的热量相当于内热源，设3
/5650m W =Φ
&。肌肉表面维持在37℃。过程处于稳态，试估算由于肌肉运动所造成的最大温升。肌肉的导热系数为
)./(2
K m W 。 解：如右图所示，一维稳态导热方程r dr dt r dr d dr dt r dr d r Φ
-=??? ??=Φ+??? ??&&λλ,01，
2
1
2112ln 422c r c r t r c r dr dt c r dr dt r ++Φ-=+Φ-=+Φ-=λλλλλ&&&，，。
w
w w t R c c R t t t R r c dr dt r +Φ=+Φ-====∴==λλ440002
2221&&，，，；，，， ()
w
t r R R t r t +-Φ
=Φ++Φ-=∴∞λλλ4442222&&&，最大温度发生在r=0处，
℃
35.142.0402.0565042
2max 0=??=Φ=?=-λR t t t w &。
3－3 假设把汽轮机的汽缸壁及其外的绝热层近似地看成是两块整密接触的无限大平板（绝热层厚度大于汽缸壁）。试定性地画出汽缸机从冷态启动（即整个汽轮机均与环境处于热平衡）后，缸壁及绝热层中的温度分布随时间的变化。 解：
3－4 在一内部流动的对流换热试验中（见附图），用电阻加热器产生热量加热量管道内的流体，电加热功率为常数，管道可以当作平壁对待。试画出在非稳态加热过程中系统中的温度分布随时间的变化（包括电阻加热器，管壁及被加热的管内流体）。画出典型的四个时刻；初始状态（未开始加热时），稳定状态及两个中间状态。 解：如图所示：
3－6 一初始温度为t 0的物体，被置于室温为t ∞的房间中。物体表面的发射率为ε，表面与空气间的换热系数为h 。物体的体集积为V ，参数与换热的面积为A ，比热容和密度分别
为c 及ρ。物体的内热阻可忽略不计，试列出物体温度随时间变化的微分方程式。 解：由题意知，固体温度始终均匀一致，所以可按集总热容系统处理 固体通过热辐射散到周围的热量为：
)(4
41∞-=T T A q σ 固体通过对流散到周围的热量为：
)(2∞-=T T hA q
固体散出的总热量等于其焓的减小
τρd d cv
q q t
-=+21即
τρσd d cv
T T hA T T A t -=-+-∞∞)()(44
3－11 一根裸露的长导线处于温度为t 的空气中，试导出当导线通以恒定电流I 后导线温度变化的微分方程式。设导线同一截面上的温度是均匀的，导线的周长为P ，截面积为Ac 比热容为c ，密度为ρ电阻率为e ρ，与环境的表面传热系数为h ，长度方向的温度变化略而不
计。若以知导线的质量为)/(460/45.3K kg J ，c m g ?=，电阻值为
m /1063.32
Ω?-，电流为8A ，试确定导线刚通电瞬间的温升率。
./46.1460
1
1045.311063.388111r r d ,0,
0,0,r d ,t ),()(32222222c s K c A A l c A I d t t t t c A hP c A I d t A rdx I t t hPdx d dt c
dx A dx c c =??????=????===-==-==-=-==-+--∞∞∞∞ρρτθθθτρθ
ρτθθτρττττ
则有：
在通电的初始瞬间，可得：令作热平衡，可得：度解：对导线的任意段长
3－18 直径为1mm 的金属丝置于温度为250C 的恒温槽中，其电阻值为m /01.0Ω。设电阻强度为120A 的电流突然经过此导线并保持不变，导线表面与油之间的表面传热系数为
)/(5502K m W ?，问当导线温度稳定后其值为多少从通电开始瞬间到导线温度与稳定时之
值相差10C 所需的时间为多少设表面传热系数保持为常数，导线的
)/(W 25/0008)/(5003K m m kg k kg J c ?=?=＝、、λρ。
一维非稳态导热
解：（1）稳定过程热平衡：
R I t t D h w 2
)(=-∞π
C
t Dh R I t w 024.108=∞+=π
（1） 可采用集总参数法：令∞-=t t θ，由热平衡
????
?===+=Φ?
0,00θτθτθρhA d d cV v
解齐次方程
)ex p(0τρθθτθρcV hA
C hA d d cV
-=?=+
方程的解为：
)exp(1τρθcV hA
C hA v +Θ=
?
，由o ==θτ,0得
s hA C v
04.81＝，代入数据得τ?
Θ-
=
（a ） 无限大平板
（b ） 3-25 有一航天器，重返大气层试壳体表面温度为10000C ，随即落入温度为50C 的
海洋中，设海水与壳体表面间的传热系数为)/(13512
K m W ?，试问此航天器落入
海洋后5min 时表面温度是多少壳体壁面中最高温度是多少壳体厚mm 50=δ，
)/(8.56k m W ?=λ，s m /1013.426-?=α，其内侧可认为是绝热的。
（c ）
解：496.005.03001013.4,0.105.011358.5612
620=??===?==-δτδλa F h Bi
（d ）
由图3-6查得8.00=θθm ，由图3-7查得52.065.08.0,65.00=?=?∴=m
l m m l θθ
θθθθ
（e ）
C t C t t t t m n n m 0052299552.05,801)51000(8.05)(8.0=?+==-?+=-+=∞ （f ）
（g ） 3－26 厚8mm 的瓷砖被堆放在室外货场上，并与－150C 的环境处于热平衡。此后
把它们搬入250C 的室内。为了加速升温过程，每快瓷砖被分散地搁在墙旁，设此
时瓷砖两面与室内环境地表面传热系数为
)/(4.42
K m W ?。为防止瓷砖脆裂，需待其温度上升到100C 以上才可操作，问需多少时间已知瓷砖地s m /105.72
7-?=α，
)/(1.1k m W ?=λ。如瓷砖厚度增加一倍，其它条件不变，问等待时间又为多长
（h ）
解：
.5.62004.04.41
.11,375.0,
402515,1525100000=?==-=--=-=-=Bi C C m m θθθθ
（i ）
由图3-6查得
（j ）
m in
3.211280105.700
4.060.607
2
2
00==??==∴=-s a F F δτ
（k ）
厚度加倍后，
（l ） m in 442645105.7008.031,31,25.31172
200==??==∴==-s a F F Bi δτ查得
（m ） 3-54、已知：一正方形人造木块，边长为0.1m ，
,/810),/(65.03
m kg K m W =?=ρλ （n ） ),/(2550K kg J c ?=初温为25C ?，
),/(5.6,4252
K m W h C t ?=?=∞经过4小时50分
（o ） 24秒后，木块局部地区开始着火。 （p ） 求：此种材料的着火温度。
（q ） 解：木块温度最高处位在角顶，这是三块无限大平板相交处。
（r ）
.
411)42525(0353.0425)(0353.0t 0.0353
0.328.
328.041.08.0,4.06-319.205
.01742410147.3,/10147.3255081065.0,
8.07-3;1.05.065.005
.05.6i 03
300
s 0
m s 0s 0m 2
722
7s C t t t R a F s m c a h B m o m
?=-?+=-+=∴===Θ=?====??==?=?===>=?=
=
∞∞--角顶温度：，）（角顶处无量纲温度：查得由图；查得由图θθθθθθθθθθ
τρλθθλ
δ
（s ）
3-55、已知：一易拉罐饮料，初温为
C ?30，物性可按水处理，罐的直径为50mm ，高为120mm ，
（t ）
罐壳的热阻可以忽略，罐中的饮料的自然对流可以忽略。C t ?=∞5，
)./(102
K m W h ?= （u ）
求：饮料到达
C ?10所需的时间。
（v ）
解：物性按C ?=+20210
30计，则有
.
4.2,417.0599.002
5.010,0.1,002.1599.00
6.010,/103.14),/(599.01
128==?====?==?=?=---c i c i i i B hR B B h B s m a K m W λλδλ
（w ）
，
对平板：9980.1)1(2575.01010.1)1(,7580.0)1.002
9188.04022.0()(.
,2.0255,5510,25530 1.0024271.011210
000
2
1=-+=-+==+=+
====?=-=?=-=?-----e e b a A Bi b a Ae C C cBi F μθθ
θθθθμ
（x ）
，
对柱体：9530.1)1(8775.04200.1)1(,2458.0)0.417
3494.0700
1.0()(.,
2.0255,
5510,25530417.04238.01
1c 210
000
2
1=-+=-+==+=+
====?=-=?=-=?-----e e b a A Bi b a Ae C C c cBi F μθθθθθθμ
（y ）
.27.265.8162)103.14/(06.0324.0,
324.0,5071.57856.1,1660.02046
.12
.0,2046.1)()(,76.5000625.00036
.0.000625.0025.0,0036.006.0,,8
2003071.50
m 0m 0m 0002222
2
02000
h s F F e e F F F R R
a F a F F F
c ==??==-=-=====?======
=
--τθθθθθθδτδτ
ρρρρρρττττ于是有：
（z ）
（aa ） 4-8、一个二维物体的竖直表面收液体自然对流
冷却，为考虑局部表面传热系数的影响，表面传热系数采用25
.11)(t t c h -=来表示。试列出附图所示的稳态无内热源物体边界节点（M,n ）的温度方程，并对如何求解这一方程提出你的看法。设网格均分。
：利用热平衡法： （bb ）
()()
0.25
M n f M n f
h c t t t
t =--，，，
（cc ） 将h 写为
()()
0.25
M n f M n f
h c t t t
t =--，，，其中
M n t ，为上一次迭代值，则方程即可线性化。
（dd ）
5-3、已知：如图，流体在两平行平板间作层流充分发展对流换热。 求：画出下列三种情形下充分发展区域截面上的流体温度分布曲线：（1）
21w w q q =；
（2）
212w w q q =；（3）01
=w q 。
解：如下图形：
5-9、已知：20℃的水以2m/s 的流速平行地流过一块平板，边界层内的流速为三次多项式分布。
求：计算离开平板前缘10cm 及20cm 处的流动边界层厚度及两截面上边界层内流体的质量流量（以垂直于流动方向的单位宽度计）。
解：20℃的水 s m v /10006.12
6-?= s m u /2=
（1）x=10cm=0.1m
61000.101
.02Re -∞??==
v x u x = 小于过渡雷诺数x Re .
按（5—22）
m
u vx 36100406.121
.010006.164.464.4--∞?=??==δ
设3)(2123δδy y u u y
?-?=
∞
y
y y y d y
y u d u u u ud u u ud m ])(2123[3000
δδρρρ
ρδδδδ
?-?====????∞∞∞∞
=
]843[)](8143[0342δδρδδρδ-=-?∞∞u y y u =?δ85
?= 2
/m kg （2）x=20cm=0.2m
610006.102
.02Re -??=
x = （为尽流）
3
61047.1202
.010006.164.464.4--∞?=??==u vx δ m
834.185
22.9980=??==?δρδy x d u m 2
/m kg
6－1 、在一台缩小成为实物1/8的模型中，用200C 的空气来模拟实物中平均温度为
2000C 空气的加热过程。实物中空气的平均流速为6.03m/s ，问模型中的流速应为若干若模型中的平均表面传热系数为195W/(m 2K)，求相应实物中的值。在这一实物中，模型与实物中流体的Pr 数并不严格相等，你认为这样的模化试验有无实用价值
用价值的。这样的模化试验是有实分相近
数并不严格相等，但十型与流体的上述模化试验，虽然模得：又
由
：：时的物性参数为：
和空气在应相等实物中的根据相似理论，模型与解：Pr )
/(99.3659
.293
.381195))((/85.2003.6885.3406
.15))((680.0Pr ,/1093.3,/1085.34200703.0Pr ,/1059.2,/1006.15C 2020020Re 2122122
1222112
2
211222262121261K m W l l h h Nu Nu s
m u l l u l u l u K m W s m C K m W s m C C l l l
?=??====??==?=
=??=?=?=??=?=???----λλννννλνλν
6－14、已知：Pa 5
10013.1?下的空气在内径为76mm 的直管内流动，入口温度为65℃，
入口体积流量为s m /022.03
，管壁的平均温度为180℃。
求：管子多长才能使空气加热到115℃。
解：定性温度
902115
65=+=
f t ℃，相应的物性值为：3
/972.0m kg =ρ
()()()690
.0Pr ,/105.21,/1013.3,/009.162=??=??=?=--s m kg K m W K kg kJ c p μλ 在入口温度下，3/0045.1m kg =ρ，故进口质量流量：
s kg m kg s m m
/10298.2/0045.1/022.0233-?=?=&， 4
6210179065.21076.01416.31010298.244Re >=?????==-μπd m
&，先按60/>d l 计， ()
K
m W h Nu ?=?=
=??=24.08.00/62.20076
.00313
.008.50,08.5069.017906023.0 空气在115 ℃时，
()
K kg kJ c p ?=/009.1，65℃时，
()
K kg kJ c p ?=/007.1。
故加热空气所需热量为：
()()W t c t c m
p p 3.11626510007.111510009.102298.033''""=??-???=-=Φ& 采用教材P165上所给的大温差修正关系式：
885
.04533631802739027353
.053
.053
.0=??
? ??=??
? ??++=???
? ??=w f
t T
T c 。
所需管长：
()()
m
t t dh l f w 96.290180885.062.20076.01416.33
.1162==????=-Φ=
π
606.38076.0/96.2/<==d l ，需进行短管修正。采用式（5-64）的关系式：
()
0775.1/17
.0=+=l d c f ，∴所需管长为=2.75m 。
6-19、已知：水以1.2m/s 平均速度流入内径为20mm 的长直管。（1）管子壁温为75℃，水从20℃加热到70℃；（2）管子壁温为15℃，水从70℃冷却到20℃。 求：两种情形下的表面传热系数，并讨论造成差别的原因。
解：s m w /2.1= m d 020.0=
（1）45)7020(21
=+?=
f t ℃ 17.3950610675.002.02.1Re 6
=??==-v ud f
0.80.40.80.40.023Re Pr 0.02339506.17 3.952189.05
f f f Nu ==??=
)/(77.606302.010
15.6405.1922
k m W d N h u m ?=??=?=
-λ
（2）
896.164925.317.39506023.0023.03
.08.03.08.0=??==r e u P R N )
/(05.528902.01015.64896.16422
k m W h m ?=??=-
因为加热，近壁处温度高，流体粘度减小，对传热有强化作用，冷却时，近壁处温度低，流体粘度增加，对传热有减弱作用。
6-25、已知：冷空气温度为0℃，以6m/s 的流速平行的吹过一太阳能集热器的表面。该表面尺寸为m m 11?，其中一个边与来流方向垂直。表面平均温度为20℃。 求：由于对流散热而散失的热量。
解：
10220
0=+=
f t ℃
10℃空气的物性
705.0Pr ,1051.2,1016.142
6=?=?=--λγ 5
6
10
23728.41016.140.16Re ?=??=
=
-γ
ul
x
68.384Pr Re 664.03
12
1==Nu
)
(655.90.11051.268.38422k m w h ?=??=-
2
0.111m s =?=
w t t s h w 1.193)020(655.9)(0=-?=-?=Φ
6-30、已知：如图，一个空气加热器系由宽20mm 的薄电阻带沿空气流动方向并行排列组成，其表面平整光滑。每条电阻带在垂直于流动方向上的长度为200mm ，且各自单独通电加热。假设在稳定运行过程中每条电阻带的温度都相等。从第一条电阻带的功率表中读出功率为80W 。其它热损失不计，流动为层流。
求：第10条、第20条电阻带的功率表读数各位多少。 解：按空气外掠平板层流对流换热处理。
第n 条加热带与第一条带的功率之比1n /Q Q 可以表示为：()
1
1111/Q Q Q Q Q n n n ----=
其中
()()()t
h A Q t h A Q n n n n n n ?=?=---------111111111,，
故有：()()()()
1
1111111111111h h n nh h A h A h A Q Q n n n n n n n -----------=
-=
5
.05
.0333.0333.05.0Pr 664.0Pr 664.0L u uL L h ???
??=??? ??=ννλ，
代入得：()()()[]
{}()
()
5
.05.05
.05/05.01
111--=??---?=---n n L L n n L n n Q Q n ，
对
()1623.011010,
105
.05.01
10=--==Q Q n ，
对()1132.012020,
205
.05.01
20=--==Q Q n ，
W Q W Q 1.906.91132.080,1398.121632.0802010?=?=?=?=∴。
7-17为了强化竖管外的蒸汽凝结换热，有时可采用如附图所示的凝结液泄出罩。设在高l 的竖管外，等间距地布置n 个泄出罩，且加罩前与加罩后管壁温度及其他条件都保持不变。试导出加罩后全管的平均表面传热系数与未加罩时的平均表面传热系数间的关系式。
如果希望把表面传热系数提高2倍，应加多少个罩如果l ／d ＝100，为使竖管的平均表面传热系数与水平管一样，需加多少个罩
解：设加罩前平均表面传热系数为0h ，加罩后为n h
，则有：
0h ～41
)/1(L ，n h ～[]{}41
)1/(/1+n L ，
则
[]{}4
1
4
1
4
1
)
1()/1()1/(/1+=+=n L n L h h n ，
与欲使20=h h n
，应有15116,161,2)1(41
=-==+=+n n n ，
设需把直管等分为几段才能使全管平均换热系数与水平管一样，
则有：
4
1
3
2
725.0?????????t d r g l l l μλρ＝()4
13
2
/10013.1????
?????t n d r g l l l μλρ，即：41)
100(13.1725.0n =， 17
9.16)13.1725.0(1004
≈==n 段，即共需17-1＝16各泄出罩。
7-22直径为5cm 的电加热铜棒被用来产生压力为的饱和水蒸汽,铜棒表面温度高于饱和温度5℃，问需要多长的铜棒才能维持90kg ／h 的产汽率 解：再×105Pa 的压力下，水的物性参数为：
)
/(4287K kg J c pl ?=，kg J r /101.21443
?=，3/1.926m kg l =ρ，3/967.1m kg v =ρ，
m N /102.5074-?=γ，)/(101.2016s m kg t ??=-η，013.0=wv c ，26.1Pr =f ，于是有：
33
.04
6
63967.11.9268.910
2.50710144.2101.20101
3.026.1101.214454287??
?
????
?-????????--）（＝q
，由此
解得：q ＝40770W/m 2，不考虑从过冷水加热到饱和水所需消耗的热量，把20kg 饱和水变成
饱和蒸汽所需的热量为20××103，因而加热棒之长为：m
37.84077005.01416.33600
/101.2144203＝????。
7-24、一台电热锅妒，用功率为8kw 的电热器来产生压力为的饱和水蒸汽。 电热丝置于两
根长为1.85m 、外径为15mm 的钢管内(经机械抛光后的不锈钢管)，而该两根钢管置于水内。设所加入的电功率均用来产生蒸汽，试计算不锈钢管壁面温度的最高值。钢管壁厚1.5mm ，导热系数为10w ／(m ·K)。 解：由已知条件可得，热流密度2
/45882015.085.11416.328000
m W q =???=
，
在×105Pa 压力下：
3/951m kg l =ρ，3/8265.0m kg v =ρ，)/(4233K kg J c pl ?=，kg J r /103.26913?=，
m N /105694-?=γ，)/(102596s m kg t ??=-η，)/(685.0K m W l ?=λ，60.1Pr =f 。
代入式（6-17）有：
33
.04
3
63
8265.09518.910
569103.26911025945882
0132.0423360.1103.2691??
?
????
?-?????????=?--）（t t ?＝7.37℃，4.12737.7120=+=∴w
t ℃。
不锈钢管内的热量都是通过内壁面导出的，导热温差：
68.7)85.1101416.32/()12/15ln(4000)2/()/ln(12=???=Φ=?l d d t πλ℃。
最高壁温位于内壁面上，其值为＋＝℃。
8-3、把太阳表面近似地看成是T=5800K 的黑体，试确定太阳发出的辐射能中可光所占的百分数。
解：可见光波长范围是～m μ
4
0100?
??
??=T C E b ＝64200 W/2m
可见光所占份额
()()()%87.44001212=---=-λλλλb b b F F F
8-5、在一空间飞行物的外壳上有一块向阳的漫射面板。板背面可以认为是绝热的，向阳面
得到的太阳投入辐射G=1300W/2
m 。该表面的光谱发射率为：m μλ20≤≤时();5.0=λε
m μλ2>时()2.0=λε。试确定当该板表面温度处于稳态时的温度值。为简化计算，设太阳的辐射能均集中在0～2m μ之内。
解：由
4
100?
?? ??=T C G ε 得T=463K
8-6、人工黑体腔上的辐射小孔是一个直径为20mm 的圆，辐射力2
5/1072.3m W E b ?=。
一个辐射热流计置于该黑体小孔的正前方l=0.5m ，处，该热流计吸收热量的面积为
510-?2m 。问该热流计所得到的黑体投入辐射是多少
解：
2
5/10185.1m W E
L b b ?==λ
W
A L r
A b c
2.37.104.652=?==
Ω-
8-8、试确定一个电功率为100W 的电灯泡发光效率。假设该灯泡的钨丝可看成是2900K 的黑体，其几何形状为mm mm 52?的矩形薄片。
解：
4
0100?
??
??=T C E b 可见光的波长范围～m μ
则K m T K m T .2204;.110221μλμλ== 由表可近似取
()()19
.10;092.076.0038.00==--b b F F
在可见光范围内的能量为()%
094.019.101004
0-????
??=?E T C
发光效率%
09.10=E ?E =η
8-17一漫射表面在某一温度下的光谱辐射强度与波长的关系可以近似地用附图表示，试：
（1） 计算此时的辐射力；
（2） 计算此时法线方向的定向辐射强度，及与法线成600
角处的定向辐射强度。
解
：
（
1）
W
d E d E d E E 125020
15
15
10
10
5
=++=???λλλλλλ
()()ΩΦ=
d dA d L θθθcos
（2）
()()str m W L ./3980,02==θ
()()str m W L ,/91960;6020==θ
8-18、暖房的升温作用可以从玻璃的光谱透比变化特性解释。有一块厚为3mm 的玻璃，经测定，其对波长为～m μ的辐射能的穿透比为，而对其他波长的辐射能可以完全不穿透。试
据此计算温度为5800K 的黑体辐射及温度为300K 的黑体辐射投射到该玻璃上时各自的总穿透比。
解：T=5800K,14500,17402211==T T λλ 由表查得
()()29
.96,862.25.203.00==--b b F F
()%84%862.229.969.01=-?=τ 同理%02.02=τ
8-21、温度为310K 的4个表面置于太阳光的照射下，设此时各表面的光谱吸收比随波长的变化如附图所示。试分析，在计算与太阳能的交换时，哪些表面可以作为灰体处理为什么
解：太阳辐射能的绝大部分集中在2um 以下的区域，温度为310K 的物体辐射能则绝大部分在6um 以上的红外辐射，由图可见，第一种情形与第三种情形，上述波段范围内单色吸收率相同，因而可以作为灰色处理。
8-22、一直径为20mm 的热流计探头，用以测定一微小表面积1A 的辐射热流，该表面温度为1T ＝1000K 。环境温度很低，因而对探头的影响可以忽略
不计。因某些原因，探头只能安置在与1A 表面法线成45°处，距
1A 是漫射离l=0.5m 。探头测得的热量为3
10815.1-?W 。表面1A 的发射率。
的 ，而探头表面的吸收比可近似地取为1。试确定
1A 的面积为24104m -?。
()()()3
10815.14545cos 4545-?=Φ=Ω=Φ?ΘL
d dA L 解
：
对
探
头
：
8
.010815.145
cos 23
2
21=∴?=?∴
-επr A A E
9-6、 试用简捷方法确定本题附图中的角系数X 1,2。
2,121,212,1221,2
2
11,21,2(1)1
223/4
0.4244
(2)1
0.52(3)20.5/40.125
(4)0.5
X A R
X A R X A R X A R X X πππ==
=
?======解：因为因为参考（），具有对称性，＝假设在球得顶面有另一块无限大平板存在，由对称性知
＝
9-7试确定附图a 、b 中几何结构的角系数X 1,2。
[]11,222,122,12,11,21,2
1,2111,21,1,2,()(/)()(/)()
188A A A A A A A B A B A A B A B A X A X A X X A X A X X A A X X A A X X ++++++++==-=-=?--?-解：由角系数性质可列出下列关系：
由图中尺寸查参考文献，图－得
1,2A H
X +-
1,A B
X +
,2A B
X +
,A B
X
/Z X /Y X
角系数
1,23 1.5(0.190.165)(0.2750.255)1.5 1.50.050.020.03X =
?---=-=。
11,222,122,12,1,2212,12,1,2()/)()
1.5/1.5(0.270.225)0.045A A A A A X A X A X X X A A X X X ++==--?-=由角系数性质可列出下列关系式：＝（由图中尺寸查参考文献，得：＝（）。
9-10、已知：如图。求：每一对边的角系数、两邻边 的角系数及任一边对管子的角系数。
解：（1）先计算任一边对圆管的角系数。如下图所示：
设圆管表面为5，则由对称性知：
5,15,25,35,41
0.254X X X X ====
=，
51,55,110.25 3.14160.10.31420.25A d
X X A π∴=
=?=?=。
（2）再计算两邻边的角系数。如图示：
()
3,42AD AB DF BE EF X AD +-++=
，
0.1696m
BE DF ==
=，
arccos arccos 1.284OE BO α??
===
???，
22 1.2840.5735θπαπ=-=-?=（弧度），0.050.57350.02867EF r θ=?=?=))
，
3,40.25220.16950.02867
0.2647
20.25X ?-?-=
=?。
（3）计算每一对边角系数。 如图示：
3,13,43,23,51120.26470.31420.1564
X X X X =---=-?-=。
9-23、两块平行放置的平板表面发射率均为，温度t 1=5270C 及t 2=270C ，板间远小于板的宽度与高度。试计算：（1）板1的自身辐射；（2）对板1的投入辐射；（3）板1的反射辐射；（4）板1的有效辐射；（5）板2的有效辐射（6）板1、2间的辐射换热量。
2
212122111212
211111121112
44821212
12
4
811/7.1761521)6(/5.25342)5(/2.430197.8505.57918)1(1)4(/7.850)8.01(5.2534)1(1)3(/5.25348.0/)7.176155.57918(/)()
1(/7.1761518.0/2)300800(1067.51/1/11)2(/5.57918)273527(1067.58.01)1(m W q m W G J m W G E J m W G m W q E G G E J q G J m W E E q m W E E b b b ＝间的辐射换热量：，板的有效辐射：板＝的有效辐射
板＝的反射辐射：
板则由量：首先计算两板间的换热的投入辐射：对板的本身辐射板解：------===+-+==-?-=-=-=-+==-=--??=-+-==+???==εεεεεεε
9-27、设热水瓶的瓶胆可以看作为直径为10cm ，高为26cm 的圆柱体，夹层抽真空，其表面发射率为。试估沸水钢冲入水瓶后，初始时刻水温的平均下降速率。夹层两壁温可近似地取为1000C ，200C 。
22244
1212233/2 3.140.10.26 3.140.1/20.0994m () 1.70W
1/1/1
2.0410958.4Kg /m 4220J /(Kg K p p A dl d A T T dt
c V
V r l d c ππσεερπτ
ρ-=+=??+?=-Φ==+-Φ==?==?解：热水瓶的表面积为：
热水瓶由外壁的辐射热量为：
而＝，其中，水的物性参数为：，）
4
31.7 2.0610K /s 958.44220 2.0410
p dt d c V ?τρ--===?-??所以初始时刻水温的平均下降速率为：
9-35设有如附图所示的几何体，半球表面是绝热的，底面被一直径（D ＝m ）分为1、2两部分。表面1为灰体，
11550K 0.35T ε=，＝；
表面2为黑体，T2=330K 。试计算表面1的净辐射损失 及表面3的温度。 解：网络图如下：
212,33,1212,32
3,13,21,32,3221234
214
2
210.520.5/20.25
1
111
3.140.20.0157
24820.0628
5505.67(
)5188.4W /m 1007305.67()6272W /m 100b b R X X X R X X X X A D A R E E ππππ+++=?==?======?=??====?==?=
2
1112
33,133,2
122
133
34333110.35
118.3m 0.350.015711
63.7m 15188.4672.418.38W
118.363.725188.41843.24W /m 118.363.7
()424.6K 100b b b b b b b A A X A X E E R E E E E R T
E T εε??σ----==?==--===∑-?--==?='∑-=?=Q 表面的净辐射损失：
由又。
1，2表面间的辐射换热量是由于绝热表面3的存在而引起的。
9-58、已知：一燃烧试验设备的壁面上安置了一块圆形的耐热玻璃，直径为5cm ，穿透比r=，发射率3.0=ε，反射比0=ρ。环境温度为20℃。玻璃温度是均匀的，其表面与壁
面齐平，外表面的对流换热表面传热系数为
)/(2
K m W ?。燃烧温度为1000k 。 求：玻璃的温度及散失到环境中的热量。
解：当玻璃处于稳态换热时，可以认为玻璃与炉膛间辐射换热中玻璃吸收的部分能量=外表面的自然对流换热+与环境间的辐射换热。
于是有：
)
293(6.993.01003.067.5100103.067.51.04444-+????????-??? ????=????????????????????? ??-??T T T ，
由此得：
4
1001949.02.483?
??
??-=T T ，解得： 58.148=t ℃， 散热量
[
]{}
W
23.3405.01416.3)205.148(6.993.2215.43.067.52
3
4=??-+-??=Φ
9-62、已知：一种测定高温下固体材料导热系数的示意性装置如图所示，厚为δ的方形试件
（边长为b ）被置于一大加热炉的炉底，其侧边绝热良好，顶面受高温炉的辐射加热，底面被温度为c T 的冷却水冷却，且冷却水与地面间的换热相当强烈。试件顶面的发射率为ε， 表面温度
s T 用光学高温测定。炉壁温度均匀，且为w T 。
测定在稳态下进行。
求：（1）导出试件平均导热系数计算式（设导热系数与温度呈线性关系）：
（2）对于
K T w 1400=、K T s 1000=、K T c 300=，
85.0=s ε，m 015.0=δ的情形，计算导热系数的值。
解：（1）在稳态工况下，试件顶面与炉膛的辐射换热量等于通过试件的导热量，且试件两表面温度分别为
S T 和c T ，
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
高等传热学知识重点(含答案)2019
高等传热学知识重点 1.什么是粒子的平均自由程，Knusen数的表达式和物理意义。 Knusen数的表达式和物理意义：（Λ即为λ，L为特征长度） 2.固体中的微观热载流子的种类，以及对金属/绝缘体材料中热流的贡献。 3.分子、声子和电子分别满足怎样的统计分布律，分别写出其分布函数的表达式 分子的统计分布：Maxwell-Boltzmann（麦克斯韦-玻尔兹曼）分布： 电子的统计分布：Fermi-Dirac（费米-狄拉克）分布： 声子的统计分布：Bose-Eisentein（波色-爱因斯坦）分布； 高温下，FD,BE均化为MB；
4.什么是光学声子和声学声子，其波矢或频谱分布各有特性？ 答：声子：晶格振动能量的量子化描述，是准粒子，有能量，无质量； 光学声子：与光子相互振动，发生散射，故称光学声子； 声学声子：类似机械波传动，故称声学声子； 5.影响声子和电子导热的散射效应有哪些？ 答：影响声子（和电子）导热的散射效应有（热阻形成的主要原因）： ①界面散射：由于不同材料的声子色散关系不一样，即使是完全结合的界面也是有热阻的； ②缺陷散射：除了晶格缺陷，最典型的是不纯物掺杂颗粒的散热，散射位相函数一般为Rayleigh散 射、Mie散射，这与光子非常相似； ③声子自身散射：声子本质上是晶格振动波，因此在传播过程中会与原子相互作用，会产生散射、 吸收和变频作用。
6.简述声子态密度（Density of State）及其物理意义,德拜模型和爱因斯坦模型的区别。答：声子态密度（DOS）[phonon.s/m3.rad]：声子在单位频率间隔内的状态数（振动模式数）Debye（德拜）模型： Einstein（爱因斯坦）模型： 7.分子动力学理论中，L-J势能函数的表达式及其意义。 答：Lennard-Jones 势能函数（兰纳-琼斯势能函数）,只适用于惰性气体、简单分子晶体，是一种合理的近似公式；式中第一项可认为是对应于两体在近距离时以互相排斥为主的作用，第二项对应两体在远距离以互相吸引（例如通过范德瓦耳斯力）为主的作用，而此六次方项也的确可以使用以电子-原子核的电偶极矩摄动展开得到。
传热学总复习试题及答案【第五版】【精】【_必备】
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 ----.
浙大高等传热学复习题部分答案
高等传热学复习题 1．简述求解导热问题的各种方法和傅立叶定律的适用条件。 不论如何，求解导热微分方程主要依靠三大方法： 理论法、试验法、综合理论和试验法 理论法：借助数学、逻辑等手段，根据物理规律，找出答案。它又分： 分析法；以数学分析为基础，通过符号和数值运算，得到结果。方法有：分离变量法，积分变换法(Laplace变换，Fourier变换)，热源函数法，Green函数法，变分法，积分方程法等等，数理方程中有介绍。 近似分析法：积分方程法，相似分析法，变分法等。 分析法的优点是理论严谨，结论可靠，省钱省力，结论通用性好，便于分析和应用。缺点是可求解的对象不多，大部分要求几何形状规则，边界条件简单，线性问题。有的解结构复杂，应用有难度，对人员专业水平要求高。 数值法：是当前发展的主流，发展了大量的商业软件。方法有：有限差分法，有限元法，边界元法，直接模拟法，离散化法，蒙特卡罗法，格子气法等，大大扩展了导热微分方程的实用范围，不受形状等限制，省钱省力，在依靠计算机条件下，计算速度和计算质量、范围不断提高，有无穷的发展潜力，能求解部分非线性问题。缺点是结果可靠性差，对使用人员要求高，有的结果不直观，所求结果通用性差。 比拟法：有热电模拟，光模拟等 试验法：在许多情况下，理论并不能解决问题，或不能完全解决问题，或不能完美解决问题，必须通过试验。试验的可靠性高，结果直观，问题的针对性强，可以发掘理论没有涉及的新规律。可以起到检验理论分析和数值计算结果的作用。理论越是高度发展，试验法的作用就越强。理论永远代替不了试验。但试验耗时费力，绝大多数要求较高的财力和投入，在理论可以解决问题的地方，应尽量用理论方法。试验法也有各种类型：如探索性试验，验证性试验，比拟性试验等等。 综合法：用理论指导试验，以试验促进理论，是科学研究常用的方法。如浙大提出计算机辅助试验法(CA T)就是其中之一。 傅里叶定律向量形式说明，热流密度方向与温度梯度方向相反。它可适用于稳态、非稳态，变导热系数，各向同性，多维空间，连续光滑介质，气、液、固三相的导热问题。 2．定性地分析固体导热系数和温度变化的关系 3．什么是直肋的最佳形状与已知形状后的最佳尺寸？ Schmidt假定：如要得到在给定传热量下要求具有最小体积或最小质量的肋的形状和尺寸，肋片任一导热截面的热流密度都应相等。 1928年，Schmidt等提出了一维肋片换热优化理论：设导热系数为常数，沿肋高的温度分布应为一条直线。Duffin应用变分法证明了Schmidt假定。Wikins[3]指出只有在导热系数和换热系数为常数时，肋片的温度分布才是线性的。Liu和Wikins[4]等人还得到了有内热源及辐射换热时优化解。长期以来肋片的优化问题受到理论和应用两方面的重视。 对称直肋最优型线和尺寸的无量纲表达式分析： 假定一维肋片，导热系数和换热系数为常数，我们有对称直肋微分方程（忽略曲 线弧度）： yd2θ/dx2+(dy/dx)dθ/dx-θh/λ=0 由Schmidt假定，对任意截面x： dθ/dx＝－q/λ＝const
2012高等传热学试卷
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
浙江大学传热学复习题参考答案
高等传热学复习题答案 热动硕士2015 吕凯文 10、燃用气、液、固体燃料时火焰辐射特性。 答：燃料的燃烧反应属于比较剧烈的化学反应。由于燃烧温度较高，而且燃料的化学成分一般都比较复杂，所以燃烧反应的过程是非常复杂的过程，一般的燃料燃烧时火焰的主要成分还有CO 2、H 2O 、N 2、O 2等，有的火焰中还有大量的固体粒子。火焰中还存在大量的中间参悟。在不同的工况下，可能有不同的中间产物和燃烧产物。火焰的辐射光谱是火焰中的各种因素作用的结果。 燃烧中间产物或燃烧产物受火焰加热，要对外进行热辐射。在火焰的高温环境下，固体粒子的辐射光谱多为热辐射的连续光谱，而气体分子的发射光谱多为分段的发射或选择性吸收。此外，还有各物质的特征光谱对火焰的辐射的影响。在工业火焰的温度水平下，氧、氢等结构对称的双原子分子没有发射和吸收辐射的能力，它们对于火焰光谱的影响比较小。而CO 2和H 2O 等结构不对称的分子以及固体粒子对火焰光谱的影响起主导作用。在火焰中大量的中间产物虽然存在时间很短，但对火焰辐射光谱也有一定的影响。（该答案仅供参考） 11、试述强化气体辐射的各种方法。 答：气体辐射的特点有：①不同种类的气体的辐射和吸收能力各不相同；②气体辐射对波长具有强烈的选择性；③气体的辐射和吸收是在整个容积中进行的，辐射到气体层界面上的辐射能在辐射行程中被吸收减弱，减弱的程度取决于辐射强度及途中所遇到的分子数目。 气体的辐射和吸收是气层厚度L 、气体的温度T 和分压p （密度）的函数，(,)f T pL λα=。由贝尔定律,,0k L L I I e λλλ-=?可知，单色辐射在吸收性介质中传播时其强度按指数递减。 由上述可知，强化气体辐射的方法有：提高气体的温度；减小气体层的厚度，；选择三原子、多原子及结构不对称的双原子气体；减小气体的分压。（该答案仅供参考） 12、固体表面反射率有哪几种？ 答：被表面反射的能量与投射到表面的能量之比定义为表面反射率。固体表面反射率有： ①双向单色反射率；②单色定向-半球反射率；③单色半球-定向发射率。
第四章传热习题
第四章 填空题: 1、传热的基本方式有 、 和 三种。 2、导热系数的物理意义是 ，它的单位是 。 3、各种物体的导热系数大小顺序为 。 4、在湍流传热时，热阻主要集中在 ，因此，减薄该层的厚度是强化 的重要途径。 5、在间壁式换热器中，间壁两边流体都变温时，两流体的流动方向有 、 、 和 四种。 6、无相变时流体在圆形直管中作强制湍流传热，在α=0.023λ/diRe 0.8Pr n 公式中，n 是为校正 的影响。当流体被加热时，n 取 ，被冷却时n 取 。 7、某化工厂，用河水在一间壁式换热器内冷凝有机蒸汽，经过一段时间运行后，发现换热器的传热效果明显下降，分析主要原因是 。 8、当管壁及污垢热阻可忽略时，薄管壁求K 公式可简化为：1 0111αα+=K 此时若10αα<<，则有 。 9、努塞尔特准数Nu 表示 的准数，其表达式为 ，普兰特准数Pr 表示 的准数，其表达式为 。 10、蒸汽冷凝有 和 两种方式。 11、总传热系数的倒数 K 1 代表 ，提高K 值的关键
是 。 12、在卧式管壳式换热器中，用饱和水蒸气加热原油，则原油宜走 程，而总传热系数K 接近于 的对流传热系数 13、在管壳式换热器中，当两流体的温差超过 时就应该采取热补偿措施。其基本形式有 、 和 。 14、写出四种间壁式换热器的名称 、 、 及 。 选择题： 1、两流体可作严格逆流的换热器是( ) A 板翅式换热器 B U 型管式列管换热器 C 浮头式列管换热器 D 套管式换热器 2、管壁及污垢热阻可略,对薄管壁来说,当两流体对流体热系数相差悬殊时(如 0αα>>i ),为有效提高K 值，关键在于（ ） A 提高i α B 提高0α C 减小垢层热阻 D 提高管内流体流量 3、双层平壁定态热传导，两层壁厚面积均相等，各层的导热系数分别为1λ和2λ，其对应的温度差为1t ?和2t ?，若1t ?>2t ?，则1λ和2λ的关系为（ ） A 1λ<2λ B 1λ>2λ C 1λ=2λ D 无法确定 4、空气、水、铁的导热系数分别是λ1、λ2和λ3，其大小顺序是（ ） A λ1>λ2>λ3 B λ1<λ2<λ3 C λ2>λ3>λ1 D λ2<λ3<λ1 5、对流体热速率=系数×推动力，其中推动力是（ ）
传热部分习题
传热部分习题答案 1-7 热电偶常用来测量气流温度。如附图所示，用热电偶来测量管道中高温气流的温度T f ,壁管温度f w T T <。试分析热电偶结点的换热方式。 解：具有管道内流体对节点的对流换热，沿偶丝到节点的导热和管道内壁到节点的热辐射 1-21 有一台气体冷却器，气侧表面传热系数1h ＝95W/(m 2 .K)，壁面厚δ＝2.5mm ， )./(5.46K m W =λ水侧表面传热系数58002=h W/(m 2.K)。设传热壁可以看成平壁，试计 算各个环节单位面积的热阻及从气到水的总传热系数。你能否指出，为了强化这一传热过程，应首先从哪一环节着手？ 解： ;010526.0111== h R ;10376.55.460025.052-?===λδR ; 10724.1580011423-?===h R 则λδ++= 21111 h h K ＝94.7 )./(2 K m W ，应强化气体侧表面传热。 1-22 在上题中，如果气侧结了一层厚为2mm 的灰，)./(116.0K m W =λ;水侧结了一层厚为1mm 的水垢)./(15.1K m W =λ。其他条件不变。试问此时的总传热系数为多少？ 解：由题意得 5800115.1001.05.460025.0116.0002.09511 111 2 3322111++++= ++++= h h K λδλδλδ ＝34.6)./(2 K m W 1-32 一玻璃窗，尺寸为60cm cm 30?，厚为4mm 。冬天，室内及室外温度分别为20℃及 -20℃，内表面的自然对流换热表面系数为W ，外表面强制对流换热表面系数为50)./(K m W 。玻璃的导热系数)./(78.0K m W =λ。试确定通过玻璃的热损失。 解： λδA Ah A h T + +?= Φ2111 ＝57.5W -2 一冷藏室的墙由钢皮矿渣棉及石棉板三层叠合构成，各层的厚度依次为0.794mm.,152mm 及9.5mm ，导热系数分别为45)./(K m W ,0. 07)./(K m W 及0.1)./(K m W 。冷藏室的有效换热面积为37.22 m ，室内外气温分别为-2℃及30℃，室内外壁面的表面传热系数可分别按 1.5)./(2K m W 及 2.5 )./(2 K m W 计算。为维持冷藏室温度恒定，试确定冷藏室内的冷却排管每小时需带走的热量。 解：由题意得 332211212 111λδλδλδ++++-? =Φh h t t A ＝2.371.00095.007.0152.045000794.05.215.11) 2(30?+ +++-- ＝357.14W 357.14×3600＝1285.6KJ
上海理工大学高等传热学试题及答案
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
高等传热学部分答案.
7-4，常物性流体在两无限大平行平板之间作稳态层流流动，下板静止不动，上板在外力作用下以恒定速度U 运动，试推导连续性方程和动量方程。 解：按照题意 0, 0=??=??=x v y v v 故连续性方程 0=??+??y v x u 可简化为 0=??x u 因流体是常物性，不可压缩的，N-S 方程为 x 方向： )(12222y u x u v y p F y u v x u u x ??+??+??-=??+??ρρ 可简化为 022=??+??-y v x p F x η y 方向 )(12222y v x v v y p F y v v x v u y ??+??+??-=??+??ρρ 可简化为 0=??= y p F y 8-3，试证明，流体外掠平壁层流边界层换热的局部努赛尔特数为 12121 Re Pr x Nu r = 证明：适用于外掠平板的层流边界层的能量方程
22t t t u v a x y y ???+=??? 常壁温边界条件为 0w y t t y ∞ ==→∞时，时，t=t 引入量纲一的温度w w t t t t ∞-Θ= - 则上述能量方程变为22u v a x y y ?Θ?Θ?Θ+=??? 引入相似变量1Re ()y y x x ηδ= == 有 11()(()22x x x ηη ηηη?Θ?Θ?''==Θ-=-Θ??? ()y y ηηη?Θ?Θ?'==???；22()U y x ηυ∞ ?Θ''= Θ? 将上三式和流函数表示的速度代入边界层能量方程，得到 1 Pr 02 f '''Θ+Θ= 当Pr 1时，速度边界层厚度远小于温度边界层厚度，可近似认为温度边界层内 速度为主流速度，即1,f f η'==，则由上式可得 Pr ()2d f d η''Θ'=-'Θ，求解可得 12 12 ()()Pr 2 Pr (0)()erf η ηπ Θ='Θ= 则1212 0.564Re Pr x x Nu = 8-4，求证，常物性不可压缩流体，对于层流边界层的二维滞止流动，其局部努
传热习题集资料
一、填空题 1、按热量传递的途径不同，我们一般把传热分为 、 、 三种方式。 2、按冷热流体接触的方式不同，我们一般把传热分为 、 、 三种 方式。 3、常见的加热介质有 、 、 、 、 等。 4、按传热管的结构形式可分为 、 、 、 换热器等。 5、列管换热器是由 、 、 、 和封头等部分组成。 6、设置列管式换热器折流挡板的目的是 。 7、列管式换热器热补偿的方式有 、 、 。 8、在间壁式换热器中，总传热过程由下列步骤所组成：首先是热流体和管外壁间的_____ 传热，将热量传给管外壁面；然后，热量由管的外壁面以____________方式传给管的内壁面 最后，热量由管的内壁面和冷流体间进行_________________传热。 9、采用饱和蒸汽加热某一种冷流体，若保持冷流体的进口温度T 1/ 、加热蒸汽压力P 不变， 现冷体流量增加，则冷流体出口温度T 2/_______，传热速率Φ______，总传热系数K _______ , 传热平均温度差△T m ________。 10、某圆形管道外有两层厚度相等的保温材料A 和B ，温度分布线 如右上图（b ）中所示，则λA ______λB (填“﹥”或 “﹤”)，将______ 层材料放在里层时保温效果更好。 11、若间壁侧流体的传热过程α1，α2相差较大（α1<<α2），K 值接近_____________侧的 值。 12、金属固体的导热系数是随温度的升高而 ，非金属固体的导热系数是随温度的升 高而 。水和甘油的导热系数是随着温度的升高而 。 13、在导热速率方程式为δ λt S Q ?=，中λ称为： ，单位是 ； 14、两流体在列管换热器中并流传热时，冷流体的最高极限出口温度为 ; 在逆流传热时，冷流体的最高极限出口温度为 因此，在 流传热时， 载热体的用量少 。 15、传热的基本方式可分为 、 、 三种。间壁式换热器传热过程强 化的途径主要有 、 、
化工原理传热习题
第五章练习 1、棉花保温性能好，主要是因为______。 （A）棉纤维素导热系数小； （B）棉花中含有相当数量的油脂； （C）棉花中含有大量空气，而空气的运动又受到极为严重的阻碍； （D）棉花白色，因而黑度小。 2、在房间中利用火炉进行取暖时，其传热方式为； （A）传导和对流 （B）传导和辐射 （C）传导、对流和辐射，但对流和辐射是主要的。 3、一定流量的液体在一φ25×2.5mm的直管内作湍流流动，其对流传热系数α＝1000w/m2.℃。如流量与物性都不变，改用一 φ19×2mm的直管，则其α值将变为_______w/m2.℃。 （A）1059 （B）1496 （C）1585 （D）1678 4、有一列管换热器，由38根φ25×2.5无缝钢管组成，某有机蒸汽在管外冷凝，管内通冷却水，水流速0.5m/s，相应的Re>104及对流传热膜系数为α，当水流量减为一半时，对流传热膜系数改变为α'＝_____。 （A）α'=（1/2）α（B）α'>（1/2）α （C）α'<（1/2）α（D）不一定 5、蒸汽冷凝时的热阻_______。 （A）决定于汽膜厚度（B）决定于液膜厚度 （C）决定于汽膜和液膜厚度（D）主要决定于液膜厚度，但汽膜厚度也有影响 6、沸腾传热的的过热度增大，其传热系数_________。 （A）增大（B）减小 （C）只在某范围变大（D）沸腾传热系数与过热度无关 7、在一列管式换热器中，用冷却水冷凝酒精蒸汽，冷却水应走_______。 （A）管程（B）壳程 （C）易于清洗侧（D）抗压性大的一侧 8、红砖的黑度为0.93，若温度为300℃，则红砖的辐射能力为______W/m2。 （A）6112.3 （B）5684 （C）916.8 （D）1000 9、已知当温度为T时，耐火砖的辐射能力大于铝板的辐射能力，则铝的黑度______耐火砖的黑度。 （A）大于（B）等于 （C）不能确定是否大于（D）小于
传热习题答案
1. 外径为100 mm 的蒸汽管，外面包有一层50 mm 厚的绝缘材料A ，λA = W/(m.℃)，其外再包一层25 mm 厚的绝缘材料B ，λB = W/(m.℃)。若绝缘层A 的内表面及绝缘层B 的外表面温度各为170 ℃及38℃，试求：（1）每米管长的热损失量；（2）A 、B 两种材料的界面温度；（3）若将两种材料保持各自厚度，但对调一下位置，比较其保温效果。假设传热推动力保持不变。 解：以下标1表示绝缘层A 的内表面，2表示绝缘层A 与B 的交界面，3表示绝缘层B 的外表面。 （1）每米管长的热损失 2 31231ln 1 ln 1) (2r r r r t t l Q B A λλπ+-= ∴ m W r r r r t t l Q B A /3.495050255050ln 075.01505050ln 05 .01)38170(2ln 1ln 1)(223 1231=+++++-=+-=πλλπ (2)A 、B 界面温度t2 因系定态热传导，故 3.4921===l Q l Q l Q ∴ 3.4950 5050ln 05.01) 170(22=+-t π 解得 t 2= （3）两种材料互换后每米管长的热损失 同理 1.5350 5025 5050ln 05.01505050ln 075.01) 38170(2' =+++++-=πl Q W/m 由上面的计算可看到，一般说，导热系数小的材料包扎在内层能够获得较好的保温效果。 1、欲将一容器中的溶液进行加热，使其从30℃加热至60℃，容器中的液量为6000 ，用
夹套加热，传热面积为，容器内有搅拌器，因此器内液体各处的温度可视为均匀的， 加热蒸气为的饱和水蒸气，传热系数为℃，求将溶液由30℃加热至60℃所需要 的时间 已知溶液比热为 ℃，热损失忽略不计。 解：溶液从30℃被加热到60℃所需的热量： 而夹套的传热效率： 其中，对于 的饱和水蒸气， ℃ ℃ 则 ∴ 所需加热时间为： 2、解：（1）甲苯蒸气冷凝放热量为：h kJ r W Q /726000363200011=?== 冷却水吸收热量：h kJ t t t Cp W Q Q /726000)16(19.45000)(212212=-??=-== C t ο65.502=∴ (3分) (2)传热平均温差为C t T t T t T t T t m ο35.7565.5011016 110ln 16 65.50ln )(2 121=---=-----= ? (2分) 总传热系数： W K m h d h d K /1075.510000150240057112421122??=+?=+=- ∴K 2= W//(m 2·K) (2分)
工程热力学与传热学试题及答案样本
《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。
传热试题
传热学（1）试题 一、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备选项中只有一个是符合题目要求的，请将其代码填写在题后的括号内。错选、多选或未选均无分。 1．肋片效率值（） A．小于负1 B．小于1 C．等于1 D．大于1 2．非稳态导热过程中两侧壁温差________稳态导热。（） A．远小于B．远大于 C．等于D．无法确定 3．对流换热系数为5000W／（m2·K）、温度为20℃的水流经50℃的壁面，其对流换热的热流密度为（） A．1.5×105W/m2 B．1.5×104W/m2 C．2×105W/m2 D．3×103W/m2 4．Re准则数的表达式为（） A． L/λB．uL/v c C．v/a D．gβΔtL3/v2 5．蒸汽中若含有不凝结气体，将_________凝结换热效果。（） A．大大减弱B．大大增强 C．不影响D．可能减弱也可能增强 6．空间辐射热阻与_________无关。（） A．表面粗糙度B．表面尺寸 C．表面间的相对位置D．表面形状 7．灰体的吸收率与_________无关。（） A．波长B．温度 C．表面粗糙度D．波长和温度 8．暖气片外壁与周围空气之间的换热过程为（） A．纯对流换热B．纯辐射换热 C．传热过程D．复合换热 9．五种具有实际意义的换热过程为：导热、辐射换热、复合换热、传热过程和（）A．热对流B．热辐射 C．无法确定D．对流换热 10．高温过热器常采用_________布置方式。（）
A．顺流B．顺流和逆流混合 C．逆流D．顺流和交叉流混合 二、填空题（本大题共10小题，每小题2分，共20分） 请在每小题的空格中填上正确答案。错填、不填均无分。 11．铝钣盒内倒上开水，其外壁很快就很烫手，主要是因为铝的___________________值很大的缘故。 12．各类物质材料的导热系数差别很大。一般来说，合金的导热系数__________________相关的纯金属的导热系数。 13．通过炉墙的的热传递过程属于___________________。 14．沸腾换热时，管子应尽可能_______垂直____________布置，以免出现汽水分层。15．出现紊流边界层后，对流换热的热阻主要发生在___________________。 16．凝汽器通常都采用____水平叉排_______________的布置方案。 17．___________________准则是判别流体在强制对流时层流和紊流的依据。 18．任何物体只要其温度高于___________________，就会不停地向外进行热辐射。19．对可见光来说，同一物体的Xλ与λ有很大关系，太阳辐射中有1／3以上是可见光，所以物体对太阳能的吸收________不能__当作灰体。 20．温度对辐射换热的影响___________________对对流换热的影响。 一、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备选项中只有一个是符合题目要求的，请将其代码填写在题后的括号内。错选、多选或未选均无分。 1．对于过热器中：高温烟气→外壁→内壁→过热蒸汽的传热过程次序为（） A.复合换热、导热、对流换热 B.导热、对流换热、复合换热 C.对流换热、复合换热、导热 D.复合换热、对流换热、导热 2．温度对辐射换热的影响（）对对流换热的影响。 A.等于 B.大于 C.小于 D.可能大于、小于 3．对流换热系数为1000W/（m2·K）、温度为77℃的水流经27℃的壁面，其对流换热的热流密度为（） A.8×104W/m2 B.6×104W/m2 C.7×104W/m2 D.5×104W/m2 4．流体流过管内进行对流换热时，当l/d（）时，要进行入口效应的修正。 A.>50 B.=80
传热学重点章节典型例题
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。 1-7 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 1-9 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
1-14 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 1-27 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
传热学试题(答案)培训资料
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
10高等传热学标准答案
2010高等传热学标准答案 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2011-12-30姓名年级班级学号得分--------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------共 4 页第 1 页本试卷共5题，每题20分一、厚度为50mm的无限大平壁在稳态时壁内温度分布为t=100-10000x2，平壁材料的导热系数为40W/()，试计算：壁内单位体积内热源生成热；平壁中心面、两外表面的热流密度及这三个热流密度与内热源生成热之间的关系。2?d2t?d????t??40??2?104?8?105W/m3 ?0求得?解：根据2??dxdx2??(2)q???dt??40??2?104x?8?105
x dx??装订线平壁中心面：x=0，q=0；中心面是对称面；左外表面：x=-25mm，q=-2×104W/m2 右外表面：x=25mm, q=2×104W/m2 2d????t，所以q???dt???dx???x 因为：?2?dxdx0x二、用热电偶测量气流的温度，热电偶结点看成圆球，若气流和热电偶结点间的对流表面换热系数h=400W/m2K，定压比热容cp=400J/(),密度ρ=8500kg/m3 (1) 若时间常数为1s，求热电偶结点的直径； (2) 若将初始温度为25℃，时间常数为1s的热电偶放入200℃的气流中，热电偶结点温度达到199℃需要多少时间？ (3) 若环境温度为25℃的大空间，热电偶结点的发射率为，忽略热电偶的导热损失，热电偶测得的气流温度为195℃，求气流的实际温度。解：时间常数：4?cpV?cpR3?c????1hA3hh?4?R23h?c3?4 00?1R???? ?cp8500?400?cp?R3D?2 R???hA???exp???可得???0?cVp??????cpVhAln?8500?400?? 200??ln? ?03?40025?200 考虑到辐射影
传热复习题附答案
传热复习题 1、多层平壁定态导热中，若某层的热阻最小，则该层两侧的温差__最小__。 2、一定质量的流体在Ф25mm×2.5mm的直管内作强制的湍流流动，其对流传热系数 αi=1000W/(m2·℃)，如果流量和物性不变，改在Ф19mm×2mm的直管内流动，其αi=__1678__W/(m2·℃) 3、在蒸汽—空气间壁换热过程中，为强化传热，下列方案中在工程上最有效的是__A__。 A.提高空气流速 B.提高蒸汽流速 C.采用过热蒸汽以提高蒸汽流速 D.在蒸汽一侧管壁上装翅片，增加冷凝面积并及时导走冷凝液 4、在管壳式换热器中饱和蒸汽加热空气，则 （1）传热管的壁温接近___饱和蒸汽__温度 （2）换热器总传热系数将接近_____空气____对流传热系数 5、在蒸汽冷凝传热中，不凝气体的存在对α的影响是____A____ A. 不凝气体的存在会使α大大降低 B. 不凝气体的存在会使α升高 C. 不凝气体的存在对α无影响 6、大容器内饱和液体沸腾分为____自然对流____、____泡核沸腾_____和____膜状沸腾_____ 阶段。工业上总是设法在_____泡核沸腾_____下操作。 7、斯蒂芬—波尔兹曼定律的数学表达式是 4 0100?? ? ? ? = T C E b ，该式表明__黑体的辐射能力与 热力学温度的四次方成正比___ 8、物体黑度是指在___相同__温度下，灰体的__辐射能力__和__黑体辐射能力__之比，在数值上它与同一温度下物体的__吸收率__相等。 计算题 9、质量流量为7200kg/h的常压空气，要求将其温度由20℃加热到80℃，选用108℃的饱和水蒸气作加热介质。若水蒸气的冷凝传热膜系数为1×104W/(m2·℃)，且已知空气在平均温度下的物性数据如下：比热容为1kJ/(kg·℃)，导热系数为2.85×10-2W/(m·℃)，粘度为1.98×10-5Pa·s，普兰特准数为0.7。 现有一单程列管式换热器，装有Ф25mm×2.5mm钢管200根，管长为2m，核算此换热器能否完成上述传热任务？ 计算中可忽略管壁及两侧污垢的热阻，不计热损失 解：空气需要吸收的热量是已知的，蒸汽冷凝放出热量能否通过该换热器的传递为空气所获得，就与列管换热器的传热速率密切相关。核算现有的列管换热器是否合用，就是用工艺本身的要求与现有换热器相比较，最直接的方法就是比较两者的Q或S0 （1）核算空气所需的热负荷应小于换热器的传热速率，即Q需要＜Q换热器 （2）核算空气所需的传热面积应小于换热器提供的传热面积，即S0需要＜S0换热器 解题时，首先应确定列管换热器中流体的流径，因蒸汽安排在壳程易排出冷凝水，故蒸汽走