传热学习题集汇编9.docx

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传热学习题集汇编9

个人总结，仅供参考

I.对传热学基本原理的理解：

1.简述格林函数求解热传导问题的思想

格林函数法解热传导问题是将问题（I）中的热源项g（r,t）,边界条件项fi（r,t）及初始条件项F（r）都看成外部扰动源,是这些源的作用产生了表征量的场.为求这些源联合作用

产生的温度场,先求点源的场,即先求问题（I）的辅助问题（II）的解—基本解.将上述三种源按点源的场分布进行叠加,从而把求一般热传导问题的解转化为求基本解.基本解一旦求得,温度场即可确定。

2.强迫流动换热如何受热物性影响？

强迫对流换热与Re和Pr有关；加热与对流的粘性系数发生变化。

3.强化传热是否意味着增加换热量？

工程上强化传热的收益和代价通常是指什么？

不一定，强化传热是指在一定条件（如一定的温差、体积、重量或泵功等）下增加所传递的热量。

工程上的收益是减小换热器的体积节省材料和重量；提高现有换热器的换热量；减少换热器的阻力，以降低换热器的动力消耗等。

代价是耗电，并因增大流速而耗功。

4传热学和热力学中的热平衡概念有何区别？

工程热力学是温度相同时，达到热平衡，而传热学微元体获得的能量等于内热源和进出微元体热量之和，内热源散热是有温差的。

5.表面辐射和气体辐射各有什么特点?

为什么对辐射板供冷房间，无需考虑气体辐射的影响，而发动机缸内传热气体辐射却成了主角？

表面辐射具有方向性和选择性。

气体辐射的特点：

1.气体的辐射和吸收具有明显的选择性。

2.气体的辐射和吸收在整个气体容器中进行，强度逐渐减弱。

空气，氢，氧，氮等分子结构称的双原子分子，并无发射和吸收辐射能的能力，可认为是热辐射的透明体。

但是二氧化碳，水蒸气，二氧化硫，氯氟烃和含氯氟烃的三原子、多原子以及不对称的双原子气体（一氧化碳）却具有相当大的辐射本领。

房间是自然对流，气体主要是空气。

由于燃油，燃煤及然气的燃烧产物中通常包含有一定浓度的二氧化碳和水蒸气，所以发动机缸内要考虑。

6.在流动换热一章中为什么要引入流动边界层和热边界层概念？

边界层的引入有何价值

1、运用数量级分析的方法可以对Navier—Stokes方程作实质性的简化。

2、层流边界层是热阻最大的区域，边界层承担了所有热阻，对边界层研究有利于传热的强化和削减。

湍流边界层受粘性底层的影响，可以更好的研究温度均匀性。

3、热边界与流动边界层之间的类比。

7.有人在学完传热学后认为，换热量和热流密度两个概念实质内容并无差别，你的观点是？

有差别。

热流密度是指通过单位面积的热流量。

而换热量跟面积有关。

8.管内层流换热强化和湍流换热强化有何实质性差异？

为什么?

层流边界层是强化管内中间近90%的部分，层流入口段的热边界层比较薄，局部表面传热系数比充分发展段高，且沿着主流方向逐渐降低。

如果边界层出现湍流，则因湍流的扰动与混合作用又会使局部表面传热系数有所提高，再逐渐向于一个定值。

而湍流是因为其推动力与梯度变化和温差有关，减薄粘性底层，所以强化壁面。

9.微细尺度通道中的流动传热与常规尺度通道中的，流动传热相比较有何差异

（1）控制过程的作用力会发生变化。

（2）表面粗糙度的影响更为突出。

（3）通道固壁的导热影响更为明显。

（4）可压缩性会产生重要的影响。

（5）气体稀薄性的影响必须考虑

10.小空间自然对流换热与大空间自然对流换热的差别？

大空间自然对流的热边界层的发展不受干扰或阻碍，不拘泥于几何上的很大或无限大。

在小空间自然对流中，边界层的发展受到干扰，或者流体的流动受到限制，使其换热规律有别于大空间的情形。

11.以强迫对流换热和自然对流换热为例，试谈谈你对传热、流动形态、结构三者之间的关联

对流换热按流体流动原因分为强制对流换热和自然对流换热。

一般地说，强制对流的流速较自然对流高，因而对流换热系数也高。

例如空气自然对流换热系数约为5～25W/（m2•℃），强制对流换热的结构影响了流体的流态、流速分布和温度分布，从而影响了对流换热的效果。

流体在管内强制流动与管外强制流动，由于换热表面不同，流体流动产生的边界层也不同，其换热规律和对流换热系数也不相同。

在自然对流中，流体的流动与换热表面之间的相对位置，对对流换热的影响较大，平板表面加热空气自然对流时，热面朝上气流扰动比较激烈，换热强度大；热面朝下时流动比较平静，换热强度较小。

12.在传热学和流体力学中，常常用π定理来整理量纲关联式，但仔细研究可发现，量纲关联式并没有减少变量数目，因此有观点认为，量纲关联式这种方法只不过是简单的公式变换，你认为这种观点是否正确？

量纲分析法具有方法简单，不必列出微分方程，只要知道影响因素。

不但知道基本热物性参数，还能知道与层流稳流等有关系。

13.为什么传热学中的流动换热计算采用相似准则关联式来进行讨论？

由于对流传热的影响因素很多，例如

所表示的管内对流传热的平均表面传热系数受到6个因素的影，为了减少实验次数又能获得具有通用性的规律，采用相似准则，并对相似性进行研究。

14.我们经常用Q=hA·Δt.计算强迫对流换热、自然对流换热、沸腾和凝结换热，试问在各种情况下换热系数与温差的关联？

强迫对流的换热系数与Re,Pr有关但与温差无关，自然对流与Gr的0.25次方有关联，即与温差有关，凝结换热换热系数是温差的-0.25次方。

15.简谈对流换热系数h与传热系数K的差别

对流换热系数h是单方面的固体壁面与气体的换热，而K是综合的换热系数，还包括导热，对流等换热。

17.湍流换热NS方程与层流换热NS方程的主要差别，在湍流换热下，影响换热最重要的因素是什么？

，在湍流换热下，影响的主要因素是脉动量的影响。

18.换热器校核计算和选型计算的基本思路

校核计算式对已有的或已选定了换热面积的换热器，在非设计工况条件下核算它能否胜任规定的换热任务；选型计算式设计一个新的换热器，以确定换热器所需的换热面积。

19.简述沸腾换热与汽泡动力学、汽化核心、过热度这些概念的关联

.沸腾是指在液体内部以产生气泡的形式进行的气化过程，就流体运动的动力而言，沸腾过程又有大容器沸腾，大容器沸腾时流体的运动是由于温差和气泡的扰动所引起的，沸腾换热会依次出现自然对流区、核态沸腾区、过度沸腾区和膜态沸腾区。

当温度较低时（

）壁面过热度小，壁面上没有气泡产生。

当加热壁面的过热度

后，壁面上个别点（称为汽化核心）开始产生气泡，汽化核心的气泡彼此互不干扰。

随着

进一步增加，汽化核心增加，气泡互相影响，并会合成气块及气柱。

在这两个区中，气泡的扰动剧烈，传热系数和热流密度都急剧增大。

进一步提高

，传热规律出现异乎寻常的变化。

这是因为气泡汇聚覆盖在加热面上，而蒸汽排除过程越趋恶化。

这时热流密度达到最低，并且温度达到了过热度，是很不稳定的过程。

20.简述热管的基本原理

热管沿纵向分成蒸发段和冷凝段，根据需要也可在中间加一绝热段。

热管的横断面由管壳、管芯及蒸气腔组成。

抽尽管内空气并注入一定量的工质，再将管壳密封。

管芯为多孔毛细结构，孔道内充满液态工质。

蒸气腔内容纳工质的饱和蒸气。

工作时，外部热量自蒸发段传入，使蒸发段管芯内的工质吸热蒸发变成蒸气而流向冷凝段，并在冷凝段管芯表面凝结，释放出气化潜热,传出管外。

在冷凝段凝结下来的液体工质,因管芯内的毛细压差重新流回蒸发段。

如此继续循环，不断将热量自热管的一端传到另一端。

热管利用蒸发-凝结过程传递热量，两端温差很小，所以热管具有非常高的有效热导，它的传热能力相当于同等截面铜棒的数百倍。

热管的热阻很低，可获得极好的等温性。

II.传热学与实际应用

1.利用同一冰箱储存相同的物质时，试问结霜的冰箱耗电量大还是未结霜的冰箱耗电量大？

当其它条件相同时，冰箱的结霜相当于在冰箱蒸发器和冰箱冷冻室（或冷藏室）之间增加了一个附加热阻，因此，要达到相同的制冷室温度，必然要求蒸发器处于更低的温度。

所以，结霜的冰箱耗电量更大。

2.在深秋晴朗无风的夜晚，草地会披上一身白霜，可是气象台的天气报告却说清晨最低温度为2摄氏度，试解释这种现象。

可从辐射换热以及热平衡温度的角度来分析，由于存在大气窗口（红外辐射能量透过大气层时透过率较高的光谱段称为大气窗口），因此地面可与温度很低的外太空可进行辐射热交换，这样就有可能使地面的热平衡温度低于空气温度。

3．请说明在换热设备中，水垢、灰垢的存在对传热过程会产生什么影响，如何防止。

当你设计一台换热器，如果预先考虑结垢的影响，换热器面积将会比理想情况大还是小?

从传热系数或传热热阻角度分析。

在换热设备中，水垢、灰垢的存在将使系统中导热热阻大大增加，减小了传热系数，使换热性能恶化，同时还使换热面易于发生腐蚀，并减小了流体的流通截面，较厚的污垢将使流动阻力也增大。

此外，热流体侧壁面结垢，会使壁面温度降低，使换热效率下降，而冷流体侧壁面结垢，会导致壁温升高，对于换热管道，甚至造成爆管事故。

防止结垢的手段有定期排污、清洗、清灰，加强水处理，保证水质，采用除尘、吹灰设备等。

4.一碗水放在空气中散热，其温度随时间的变化估计是何种趋势？

为什么？

t

y

一碗水放在空气中，将会与大气进行自然对流换热和辐射对流换热，开始温度下降较快，而后逐渐变慢，最后趋于环境温度。

5．为强化一台冷油器的传热，有人用提高冷却水流速的办法，但发现效果并不显著，试分析原因。

冷油器中由于油的粘度较大，对流换热表面传热系数较小，占整个传热过程中热阻的主要部分，而冷却水的对流换热热阻较小，不占主导地位，因而用提高水速的方法，只能减小不占主导地位的水侧热阻，故效果不显著。

6．有一台钢制换热器，热水在管内流动，加热管外空气。

有人提出，为提高加热效果，采用管外加装肋片并将钢管换成铜管。

请你评价这一方案的合理性。

该换热器管内为水的对流换热，管外为空气的对流换热，主要热阻在管外空气侧，因而在管外加装肋片可强化传热。

注意到钢的导热系数虽然小于铜的，但该换热器中管壁导热热阻不是传热过程的主要热阻，因而无需将钢管换成铜管。

7．干燥物料有很多种方式：

比如热风干燥、微波干燥、红外干燥等，目前常用的是热风干燥，但热风干燥的缺点是耗能大、表面易起皮和开裂，试从传热传质的角度来分析这一现象

热量从高温热源以各种方式传递给湿物料，使物料表面湿分汽化并逸散到外部空间，从而在物料表面和内部出现湿含量的差别。

但是为了使内部湿量逐步往外走，就要加大能耗，使的表面温度更高，变干。

8.有人存在这样的观点：

由于工质冷凝和沸腾换热系数很高，因此无需进行沸腾和冷凝换热强化

随着工业的发展，特别是高热负荷的出现，相变传热（沸腾和凝结）的强化日益受到重视并在工业上得到越来越多的应用。

一般认为凝结换热系数很高，可以不必采用强化措施。

但对氟里昂蒸汽或有机蒸汽而言，氟利昂是低沸点工质，潜热很小，沸腾换热系数和它们的凝结换热系数比水蒸气小的多。

9.试举出强迫对流换热（水）1000—15000

，自然对流换热（空气）3—110，凝结换热（水）珠状凝结

，膜状凝结

，沸腾换热（水）2500—2500000的冲击射流冷却（水）换热系数数量级。

10.有一冷凝管，里面是温度较低的水，蒸汽在管外表面冷凝，冷凝管可竖直放置与水平放置，你认为哪一种效果更好？

水平放置效果好，因为冷凝管主要的热阻是液膜，水平放置由于冷凝后因动力滴落下来。

而竖直放置会使液膜变后。

11.以硅为基底的MEMS微传热被认为是一种非常有潜力的适合于信息、航空航天、生物等高技术领域的传热技术，通常采用液体沸腾的两相流技术达到冷却的目的。

然而，由于MEMS工艺使得表面极其光滑，与不锈钢等常规材料相比，液体在通道内的沸腾变得异常困难，甚至加热到180摄氏度仍然不会沸腾，而此时的硅基芯片由于超高温度已经烧毁。

试从沸腾换热的原理对上述现象进行解释

壁面上的凹坑、细缝、裂穴等最容易最有可能成为汽化核心，若表面过于光滑很