传热学试题答案.docx

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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

，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

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

。

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：

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

或

———————（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

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

（1）—————（1分）

（2）—————（1分）

由边界条件

（3）———（1分）

（4）——（1分）

（4）-（3）

（5）———————（1分）

或写成

（6）———————（1分）

二求t的分布

———————（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）

u=πdA=πdδ

———————（12分）

（2）改用不锈钢，实际气温仍为

———————（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

———————（6分）

（二）有遮热板时

（1）先求出遮热板的温度

———————（8分）

———————（2分）

———（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：

———————（1分）

————（10分）

———————（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4.187kJ/（kg.℃），C=（Gc）min/（Gc）max〕

解：

（一）用ε-NTU计算：

进出口油温

进出口水温

———————（4分）

———————（4分）

由

知

———————（4分）

解出A=26.27m2———————（1分）

（二）用平均温压法

———————（7分）

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

d50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.B2.C3.B4.C5.D

  6.C7.A8.A9.D10.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/m2

  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d1=300mmd2=300+2×10=320mmd3=320+2×20=360mm

m

tw1=220℃tw2=40℃

          =9591.226W

  29.解：

已知d1=75mm=0.075md2=75+2×2.5=80mm=0.08m

tf1=90℃tf2          =20℃

          =572.2W/m