传热学试卷和答案(1)

2008传热学试卷（1）标准答案

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。

/53．动量传递和热量传递的雷诺比拟的解为Nux?0.0296Re4，适用条件是xPr=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??0.12w/m.k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Q???A?t?x。

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：a???c 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/m 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Nuf2

?0.023Re0.8fPr 或h?nfud0.80.2———————（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qmax时△t猛增，可达到1000℃，易烧毁设备。

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 q???dtdx???0(1?bt)b22dtdx (1) —————（1分）

qx???0(1?t)?c (2) —————（1分）

b2tw1)?cb222由边界条件 x?0,t?tw1 0???0(tw1? (3) ———（1分）

(4) ——（1分）

x??,t?tw2 q????0(tw2?q???0[(tw1?tw2)?b2(tw1?tw2)]22tw2)?c (4)-(3)

q??0?[1?b(tw1?tw22 （5）———————（1分）

)](tw1?tw2)?或写成

q????(tw1?tw2)w/mtw1?tw222 （6）———————（1分）

)]?12(?1??2)???0[1?b(二求t的分布

q???0(1?bt)dtdxqdx???0(1?bt)dtq?dx???00x?ttw1(1?bt)dt2

b2t)2q?0t?x?(tw1?(tw1?1bb2)2tw1)?(t??2qxb?0?1b1.参阅下图，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

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）m?mH?huH?mHh=30W/(m2.℃) ，试确定测温误差有多大？如果改成不

hu?AH? u=πd A=πdδ

3050?0.001?0.14?3.43h?d?A??d??mHH?h??ch(mH)?e?e2?15.5

tH?tf?tf?t0?tfch(mH)?15.5tH?t015.5?1?15.5?100?5015.5?1?103.4℃tHch(mH)?t0ch(mH)?1?t?tH?tf?100?103.4??3.4℃———————（12分）

（2）改用不锈钢，实际气温仍为tf?103.4℃

mH?h??H?3015?0.001?0.14?6.26ch(mH)?262tH?tf?tf?t0ch(mH)?103.4?103.4262?103.2℃———————（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

ql??d1?1C0[(Tw100)?(4Tf100)])?(44???0.3?0.9?5.67?[(?12618w/m2450?27310050?273100)]———————（6

4分）

（二）有遮热板时 （1）先求出遮热板的温度

ql??d1?1zC0[(Tw1001)4?(Tz100)]??dz?zC0[(114Tz100)4?(Tf100)]4?1z?11?1??d1?dZ??1)(?Z0.9?0.3?0.4?)4(10.82Tz100?0.784?1)4——————

??0.3?0.784?5.67?[(450?273100Tz100)4?()])]4???0.4?0.82?5.67?[(?(50?273100(Tz100)?1204.54———————（2分）

50?273100Tz?589.06kql???0.4?0.82?5.67?[1204.5?()]?6401.5w/m42———（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：d1?0.2m,d2?0.216m,d3?0.216?2?0.12?0.456m———————（1分）

kl?11?d1h1?10.2?116??12??11lnd2d1?12??2lnd3d21?1?d3h20.4560.21610.456?10??2?46.5ln0.2160.2?2?0.12ln?————（10分）

?0.043?0.0008?3.11?0.219?0.931w/(m.k)ql?kl(tf1?tf2)?0.931?(300?25)?256w/mtw?tf2?ql1?d3h2?25?256?1??0.456?10?42.9℃———————（9分）

解出A=26.27m2 ———————（1分）

传热学（一）

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 度为（ ） A.

B.

、温度为 20 ℃的空气流经 50 ℃的壁面，其对流换热的热流密

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（ ）

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