工程传热复习知识.docx

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工程传热复习知识

第一章填空题

1.已知平壁厚0.02m，热阻为0.02m2.K/W，其导热系数为1W/（m·K）.

2.总传热方程式可表示为φ＝KAΔt或q＝KΔt.

3.一大平壁传热过程的传热系数为100W/（m2.K），热流体侧的传热系数为200W/（m2.K），冷流体侧的传热系数为250W／（m2.K），平壁的厚度为5mm，则该平壁的导热系数为，导热热阻为。

5W/（m.K），0.001（m2.K）/W

4.已知一传热过程的热阻为0.035K/W，温压为70℃，则其热流量为。

2kW

5.由烟气向空气预热器传热的主要方式是。

热对流

6.由炉膛火焰向水冷壁传热的主要方式是。

热辐射

7.总传热系数K与总面积A的传热热阻Rt的关系为。

Rt=1/KA

8.总传热系数K与单位面积传热热阻rt的关系为。

rt=1/K

9.单位面积对流传热热阻的表达式为。

1/h

10.单位面积导热热阻的表达式为。

δ/λ

11.单位面积热阻rt的单位是；总面积热阻Rt的单位是。

m2·K/W，K/W

12.导热系数的单位是；对流传热系数的单位是；传热系数的单位是。

W／（m·K），W／（m2·K），W／（m2·K）

13.总传热系数是指，单位是。

传热温差为1K时，单位传热面积在单位时间内的传热量，W／（m2·K）

14.总传热过程是指，它的强烈程度用来衡量。

热量从温度较高的流体经过固体壁传递给另一侧温度较低流体的过程，总传热系数

15.热流量是指，单位是。

热流密度是指，单位是。

单位时间内所传递的热量，W，单位传热面上的热流量，W/m2

16.热量传递的三种基本方式为、、。

热传导、热对流、热辐射

第二、三章填空题

1.第二类边界条件是指。

给定物体边界上任何时刻的热流密度qw分布

2.？

温度梯度表示温度场内的某一地点等温面法线方向的。

温度变化率

3.初始条件是指。

如以某时刻作为时间的起算点，在该时刻导热物体内的温度分布

4.？

第一类边界条件是。

给定物体边界上任何时刻的温度分布

5.？

？

？

？

及其单值性条件可以完整地描述一个具体的导热问题。

导热微分方程

6.？

？

？

第三类边界条件是指已知。

物体边界与周围流体间的表面传热系数h及周围流体的温度tf

7.发电机水冷、氢冷、空冷三种方式中，以方式的效果最好，方式的效果最差。

水冷空冷

8.已知材料的导热系数与温度的关系为λ＝λ0（1+bt），当材料两侧壁温分别为t1、t2时，其平均导热系数可取下的导热系数。

（t1+t2）/2

9.一般，材料的导热系数与_____和_____有关。

种类

温度

10.按照导热机理，水的气、液、固三种状态中_______态下的导热系数最小。

气

11.肋效率的定义为_______。

肋片实际散热量与肋片最大可能散热量之比。

12.导温系数的表达式为_____，单位是_____，其物理意义为_____。

a=λ/cρ,m2/s

材料传播温度变化能力的指标

13.非稳态导热时，物体内的_____场和热流量随_____而变化。

温度,时间

14.导热基本定律是_____定律，可表述为。

傅立叶

对流换热部分

1.管槽内对流传热的入口效应是指。

流体入口段由于热边界层较薄而具有较高的对流传热系数

2.自然对流传热是指。

流体在浮升力作用下的对流传热

3.？

管内充分发展湍流的传热系数与平均流速U的次方成比.，与内径D的次方成比。

0．8，正，0．2，反

4.普朗特准则Pr的数学表达式为，它表征了的相对大小。

ν/a，动量传递与热量传递

5.反映对流传热强度的准则称为准则。

努塞尔

6.减小管内湍流对流传热热阻的方法有、、、。

增加流速，采用短管。

改变流体物性，增加换热面积，扰流，采用导热系数大的流体用小管径等

7.格拉晓夫准则的物理意义；表达式Gr＝。

流体流动时浮升力与粘滞力之比的无量纲量，表达式在式（5-18）上面。

8.对流传热微分方程式的表达式为。

其中，αx是，λ是，Δt是，偏微分y=0是。

式（4-1），局部换热系数，流体导热系数，主流流体温度与壁温之差，贴壁处流体的法向温度变化率

9.流体横掠管束时，一般情况下，布置的平均对流传热系数要比布置时高。

叉排，顺排

10.流体流过弯曲的管道或螺旋管时，对流传热系数会，这是由于。

增大，离心力的作用产生了二次环流增强了扰动

11.温度边界层越对流传热系数越小，强化传热应使温度边界层越。

厚，簿

12.流体刚刚流入恒壁温的管道作层流传热时，其局部对流传热系数沿管长逐渐，这是由于。

减小，边界层厚度沿管长逐渐增厚

13.温度边界层是指。

在流体温度场中壁面附近温度发生急剧变化的薄层。

14.速度边界层是指。

在流场中壁面附近流速发生急剧变化的薄层。

15.影响自然对流传热系数的主要因素有：

、、、、、。

流动起因，流动速度，流体有无相变，壁面的几何形状、大小和位置，流体的热物理性质

辐射换热部分

1.？

？

增强或削弱辐射传热的原则是改变和。

系统黑度，温度条件

2.角系数相对性用公式可写成。

A1X1,2=A2X2,1

3.在热平衡条件下，任何物体对黑体辐射的吸收比恒等于。

同温度下该物体的黑度

4.？

热辐射能量投射到物体表面上时，占投入辐射的百分比称为投射比。

穿透物体的辐射能

5.普朗克定律揭示了黑体光谱辐射力按变化的分布规律。

波长与热力学温度

6.？

？

辐射传热的表面热阻主要与有关。

表面黑度和辐射换热面积

7.辐射传热的空间热阻主要与有关。

两个表面之间的角系数及辐射换热面积

8.基尔霍夫定律指出了物体的与之间的关系。

辐射力，吸收比

9.表面辐射热阻应用于辐射传热计算，其值可用数学式表示为。

灰漫表面（或灰表面即可），（1-ε）/εA

10.角系数具有、、的特性。

相对性、完整性、分解性

11.物体的光谱辐射力与同温度下之比，称为物体的光谱发射率。

黑体的光谱辐射力

12.一个由两个表面所构成的封闭系统中，若已知A1=0.5A2,X1,2=0.6，则X2,1=。

0.3

13.有效辐射是之和。

发射辐射和反射辐射

14.？

基尔霍夫定律表明，善于辐射的物体也善于，在同温度下，黑体具有的辐射力，实际

物体的吸收率永远1。

吸收，最大，小于

15.黑体是指的物体，白体是指的物体，透明体是指的物体。

灰体是的物体。

吸收比为0，

反射比为0，投射比为0，光谱吸收比与波长无关的

16.？

太阳与地球间的热量传递属于传热方式。

辐射

17.？

热辐射是由于产生的电磁波辐射。

热辐射波长的单位是，在工业范围内，热辐射的波

段主要集中于区段。

热的原因，μm，红外

传热过程与换热器

1.不论是顺流还是逆流型传热器，对数平均温差计算式都可以统一表示成。

课本公式（8-29）

2.在冷、热流体的进出口温度一定的情况下，为了传递相同的热量，比较各种流动型式，采用逆流布置的对数平均温差最大，所需传热面积。

最小

3.间壁式传热器是指。

冷、热两种流体被固体壁面隔开,各自在一侧流动,热量通过固体壁面由热流体传给冷流体的换热设备

4.传热器的效能是指。

换热器实际传热的热流量与最大可能传热的热流量之比

5.传热过程是指。

热量从高温流体通过壁面传向低温流体的总过程

6.传热器的热计算方法有平均温压法和。

传热单元数法

7.肋壁总效率是指，肋侧表面总的实际换热量与肋侧壁温均为肋基温度的理想散热量之比，其数学表达式课本公式8-20。

8.传热器是。

冷、热流体进行热量交换以满足工艺要求的设备（装置）

9.污垢热阻是指，污垢换热面的传热热阻与洁净换热面的传热热阻之差单位是。

m2.K/W

10.传热系数是指，冷热流体温度差为1℃时的传热热流密度（或表示传热过程强烈程度的物理量）,单位是。

W／（m2．K）

11.圆管的临界热绝缘直径dc的计算式为dc=2λ/h，它表示当保温材料外径为dc时，该保温材料的散热量达到。

最大值

12.某一厚20mm的平壁传热过程的传热系数为45W／（m2．K），热流体侧的传热系数为70W／（m2K），冷流体侧的传热系数为200W／（m2．K），则该平壁的导热系数为。

6．81W／（m·K）

13.？

在一维稳态传热过程中，每个传热环节的热阻分别是0．01K／W、0．35K／W和0．009lK／W，在热阻为0．35K／W的传热环节上采取强化传热措施效果最好。

14.？

已知一厚为30mm的平壁，热流体侧的传热系数为100W／（m2．K），冷流体侧的传热系数为250W／（m2．K），平壁材料的导热系数为0．2W／（m·K），则该平壁传热过程的传热系数为。

6．1W／（m2．K）

15.一传热过程的温压为20℃，热流量为lkW，则其热阻为。

0．02K／W

16.？

一传热过程的热流密度q＝1．8kW／m2，冷、热流体间的温差为30℃，则传热系数为60W／（m2．K），单位面积的总传热热阻为0．017（m2.K）／W。

17.肋化系数是指与之比。

加肋后的总换热面积,未加肋时的换热面积

18.某燃煤电站过热器中，烟气向管壁传热的辐射传热系数为20W／（m2．K），对流传热系数为40W／（m2．K），其复合传热系数为。

60W／（m2．K）

19.对流传热与辐射传热的综合过程称为复合传热。

第一章名词解释

1.总传热系数。

总传热过程中热量传递能力的大小。

数值上表示传热温差为1K时，单位传热面积在单位时间内的传热量。

2.复合传热系数。

单位时间内单位传热面当流体温度与壁面温度差为1K是的复合传热量，单位为W／（m2·K）。

复合传热系数表示复合传热能力的大小。

3.辐射传热系数单位时间内单位传热面当流体温度与壁面温度差为1K是的辐射传热量，单位为W／（m2·K）。

辐射传热系数表示辐射传热能力的大小。

4.对流传热系数单位时间内单位传热面当流体温度与壁面温度差为1K是的对流传热量，单位为W／（m2·K）。

对流传热系数表示对流传热能力的大小。

5.总传热过程热量从温度较高的流体经过固体壁传递给另一侧温度较低流体的过程，称为总传热过程，简称传热过程。

6.辐射传热物体不断向周围空间发出热辐射能，并被周围物体吸收。

同时，物体也不断接收周围物体辐射给它的热能。

这样，物体发出和接收过程的综合结果产生了物体间通过热辐射而进行的热量传递，称为表面辐射传热，简称辐射传热。

7.对流传热流体流过固体壁时的热传递过程，就是热对流和导热联合用的热量传递过程，称为表面对流传热，简称对流传热。

8.导热当物体内有温度差或两个不同温度的物体接触时，在物体各部分之间不发生相对位移的情况下，物质微粒（分子、原子或自由电子）的热运动传递了热量，这种现象被称为热传导，简称导热。

9.热流密度单位传热面上的热流量

10.热流量单位时间内所传递的热量

第二、三章名词解释

1.定解条件（单值性条件）使微分方程获得适合某一特定问题解的附加条件，包括初始条件和边界条件。

2.接触热阻材料表面由于存在一定的粗糙度使相接触的表面之间存在间隙，给导热过程带来额外热阻。

3.肋效率肋片实际散热量与肋片最大可能散热量之比。

4.傅里叶定律在各向同性均质的导热物体中，通过某导热面积的热流密度正比于该导热面法向温度变化率。

5.非稳态导热物体中各点温度随时间而改变的导热过程。

6.稳态导热物体中各点温度不随时间而改变的导热过程。

7.导温系数材料传播温度变化能力大小的指标。

8.热导率物性参数，热流密度矢量与温度降度的比值，数值上等于1K／m的温度梯度作用下产生的热流密度。

热导率是材料固有的热物理性质，表示物质导热能力的大小。

9.温度梯度在等温面法线方向上最大温度变化率。

10.等温面（线）由物体内温度相同的点所连成的面（或线）。

11.温度场某一瞬间物体内各点温度分布的总称。

一般来说，它是空间坐标和时间坐标的函数。

对流换热部分

1.自然对流传热流体各部分之间由于密度差而引起的相对运动。

2.强迫对流传热由于机械（泵或风机等）的作用或其它压差而引起的相对运动。

3.相似准则（如Nu,Re,Pr,Gr,Ra）由几个变量组成的无量纲的组合量。

4.特征尺度对于对流传热起决定作用的几何尺寸。

？

定性温度确定换热过程中流体物性的温度。

5.温度边界层在流体温度场中壁面附近温度发生急剧变化的薄层。

6.速度边界层在流场中壁面附近流速发生急剧变化的薄层。

辐射换热部分

1.重辐射面辐射传热系统中表面温度未定而净辐射传热量为零的表面。

2.遮热板在两个辐射传热表面之间插入一块或多块薄板以削弱辐射传热。

3.表面辐射热阻由表面的辐射特性所引起的热阻。

4.定向辐射力单位辐射面积在单位时间内向某一方向单位立体角内发射的辐射能。

5.漫射表面如该表面既是漫发射表面，又是漫反射表面，则该表面称为漫射表面。

6.定向辐射度单位时间内，单位可见辐射面积在某一方向p的单位立体角内所发出的总辐射能（发射辐射和反射辐射），称为在该方向的定向辐射度。

7.投入辐射单位时间内投射到单位面积上的总辐射能。

8.有效辐射单位时间内从单位面积离开的总辐射能，即发射辐射和反射辐射之和。

9.角系数从表面1发出的辐射能直接落到表面2上的百分数。

10.漫反射表面如果不论外界辐射是以一束射线沿某一方向投入还是从整个半球空间均匀投入，物体表面在半球空间范围内各方向上都有均匀的反射辐射度Lr，则该表面称为漫反射表面。

11.辐射力单位时间内物体的单位辐射面积向外界（半球空间）发射的全部波长的辐射能。

黑度实际物体的辐射力与同温度下黑体辐射力的比值，即物体发射能力接近黑体的程度。

12.灰体光谱吸收比与波长无关的理想物体。

13.透明体透射比τ=1的物体

14.白体反射比ρ=l的物体（漫射表面）

15.黑体吸收比α=1的物体。

16.穿透比投射到物体表面的热辐射中穿透物体的比例。

17.反射比投射到物体表面的热辐射中被物体表面所反射的比例。

18.吸收比投射到物体表面的热辐射中被物体所吸收的比例。

19.热辐射由于物体内部微观粒子的热运动状态改变，而将部分内能转换成电磁波的能量发射出去的过程。

传热过程与换热器

1.临界热绝缘直径:

对应于最小总热阻（或最大传热量）的保温层外径.

2.传热单元数:

传热温差为1K时的热流量与热容量小的流体温度变化1K所吸收或放出的热流量之比.它反映了换热器的初投资和运行费用,是一个换热器的综合经济技术指标.

3.效能:

换热器实际传热的热流量与最大可能传热的热流量之比.

4.逆流:

两种流体平行流动且方向相反

5.顺流:

两种流体平行流动且方向相同

6.肋化系数:

肋侧表面面积与光壁侧表面积之比.

7.污垢系数:

单位面积的污垢热阻.

8.复合传热:

对流传热与辐射传热同时存在的传热过程.

9.传热过程:

热量从高温流体通过壁面传向低温流体的总过程.

第一章问答题

1.在空调房间内，夏季与冬季室内温度都保持在22℃左右，夏季人们可以穿短袖衬衣，而冬季则要穿毛线衣。

试用传热学知识解释这一现象。

提示：

从分析不同季节时墙体的传热过程和壁温，以及人体与墙表面的热交换过程来解释这一现象（主要是人体与墙面的辐射传热的不同）

2.结合你的工作实践，举一个传热过程的实例，分析它是由哪些基本热量传递方式组成的。

提示：

学会分析实际传热问题，如水冷式内燃机等

3.在分析传热过程时引入热阻的概念有何好处?

引入热路欧姆定律有何意义?

提示：

分析热阻与温压的关系，热路图在传热过程分析中的作用。

4.试比较导热系数、对流传热系数和总传热系数的差别，它们各自的单位是什么?

提示：

写出三个系数的定义并比较，单位分别为W/（m·K），W/（m2·K），W/（m2·K）

5.请说明在传热设备中，水垢、灰垢的存在对传热过程会产生什么影响?

如何防止?

提示：

从传热过程各个环节的热阻的角度，分析水垢、灰垢对换热设备传热能力与壁面的影响情况

6.试述三种热量传递基本方式的差别，并各举1～2个实际例子说明。

提示：

从三种热量传递基本方式的定义及特点来区分这三种热传递方式

第二、三章问答题

7.在空调房间内，夏季与冬季室内温度都保持在22℃左右，夏季人们可以穿短袖衬衣，而冬季则要穿毛线衣。

试用传热学知识解释这一现象。

提示：

从分析不同季节时墙体的传热过程和壁温，以及人体与墙表面的热交换过程来解释这一现象（主要是人体与墙面的辐射传热的不同）

8.什么是接触热阻?

减少固体壁面之间的接触热阻有哪些方法?

提示：

材料表面由于存在一定的粗糙度使相接触的表面之间存在间隙，给导热过程带来额外热阻称为接触热阻，接触热阻的存在使相邻的两个表面产生温降（温度不连续）。

接触热阻主要与表面粗糙度、表面所受压力、材料硬度、温度及周围介质的物性等有关，因此可以从这些方面考虑减少接触热阻的方法，此外，也可在固体接触面之间衬以导热系数大的铜箔或铝箔等以减少接触热阻。

）

9.试写出直角坐标系中，一维非稳态无内热源常导热系数导热问题的导热微分方程表达式；并请说明导热问题常见的三类边界条件。

提示：

直角坐标系下一维非稳态无内热源导热问题的导热微分方程式见式（2-24）

第一类边界条件：

τ>0,tw=fw（x,τ）

第二类边界条件：

τ>0,

10.试用所学的传热学知识说明用温度计套管测量流体温度时如何提高测温精度。

在一根蒸汽管道上需要加装一根测温套管，有三种材料可选：

铜、铝、不锈钢。

问选用哪种材料所引起的测温误差最小，为什么?

为减小测量误差，在套管尺寸的选择上还应注意哪些问题?

1.提示：

温度计套管可以看作是一根吸热的管状肋（等截面直肋），利用等截面直肋计算肋端温度th的结果，可得采用温度计套管后造成的测量误差Δt为Δt=tf-th=（tf-t0）/ch（mH），其中，mH的表达式要列出。

欲使测量误差Δt下降，可以采用以下几种措施：

（1）降低壁面与流体的温差（tf-t0），也就是想办法使肋基温度t0接近tf，可以通过对流体通道的外表面采取保温措施来实现。

（2）增大（mH）值，使分母ch（mH）增大。

具体可以用以下手段实现：

①增加H，延长温度计套管的长度；②减小λ，采用导热系数小的材料做温度计套管，如采用不锈钢管，不要用铜管。

因为不锈钢的导热系数比铜和碳钢小。

②降低δ，减小温度计套管的壁厚，采用薄壁管。

④提高h增强温度计套管与流体之间的热交换。

）

2.提示：

与上面简答题中第2点类似，套管材料应选用不锈钢，因给出的三种材料中，不锈钢的导热系数最小

11.试解释材料的导热系数与导温系数之间有什么区别和联系。

提示：

从两者的概念、物理意义、表达式方面加以阐述，如从表达式看，导温系数与导热系数成正比关系（a=λ/cρ），但导温系数不但与材料的导热系数有关，还与材料的热容量（或储热能力）也有关；从物理意义看，导热系数表征材料导热能力的强弱，导温系数表征材料传播温度变化的能力的大小，两者都是物性参数。

12.玻璃可以透过可见光，为什么在工业热辐射范围内可以作为灰体处理?

提示：

可以从灰体的特性和工业热辐射的特点来论述。

所谓灰体是针对热辐射而言的，灰体是指吸收率与波长无关的物体。

在红外区段，将大多数实际物体作为灰体处理所引起的误差并不大，一般工业热辐射的温度范围大多处于2000K以下，因此其主要热辐射的波长位于红外区域。

许多材料的单色吸收率在可见光范围内和红外范围内有较大的差别，如玻璃在可见光范围内几乎是透明的，但在工业热辐射范围内则几乎是不透明的，并且其光谱吸收比与波长的关系不大，可以作为灰体处理。

13.什么叫黑体、灰体和白体?

它们分别与黑色物体、灰色物体、白色物体有什么区别?

在辐射传热中，引入黑体与灰体有什么意义?

提示：

可以从黑体、白体、灰体的定义和有关辐射定律来阐述。

根据黑体、白体、灰体的定义可以看出，这些概念都是以热辐射为前提的。

灰色、黑色、白色是针对可见光而言的。

所谓黑体、白体、灰体并不是指可见光下物体的颜色，灰体概念的提出使基尔霍夫定律无条件成立，与波长、温度无关，使吸收率的确定及辐射换热计算大为简化，因此具有重要的作用；黑体概念的提出使热辐射的吸收和发射具有了理想的参照物。

14.试分析遮热板的原理及其在削弱辐射传热中的作用。

提示：

可从遮热板能增加系统热阻角度加以说明。

（1）在辐射换热表面之间插入金属（或固体）薄板，称为遮热板。

（2）其原理是，遮热板的存在增大了系统中的辐射换热热阻，使辐射过程的总热阻增大，系统黑度减少，使辐射换热量减少。

（3）遮热板对于削弱辐射换热具有显著作用，如在两个平行辐射表面之间插入一块同黑度的遮热板，可使辐射换热量减少为原来的1／2，若采用黑度较小的遮热板，则效果更为显著。

15.试用传热原理说明冬天可以用玻璃温室种植热带植物的原理。

提示：

可以从可见光、红外线的特性和玻璃的透射比来加以阐述。

玻璃在日光（短波辐射）下是一种透明体，透过率在90％以上，使绝大部分阳光可以透过玻璃将温室内物体和空气升温。

室内物体所发出的辐射是一种长波辐射——红外线，对于长波辐射玻璃的透过串接近于零，几乎是不透明（透热）的，因此，室内物体升温后所发出的热辐射被玻璃挡在室内不能穿过。

玻璃的这种辐射特性，使室内温度不断升高。

16.试用所学的传热学知识说明用热电偶测量高温气体温度时，产生测量误差的原因有哪些?

可以采取什么措施来减小测量误差?

提示：

用热电偶测温时同时存在气流对热电偶换热和热电偶向四壁的散热两种情况，热电偶的读数小于气流的实际温度产生误差。

所以，引起误差的因素：

①烟气与热电偶间的复合换热小；②热电偶与炉膛内壁问的辐射换热大。

减小误差的措施：

①减小烟气与热电偶间的换热热阻，如抽气等；②增加热电偶与炉膛间的辐射热阻，如加遮热板；②设计出计算误差的程序或装置，进行误差补偿。

17.层流时的对流传热系数是否总是小于湍流时的对流传热系数?

为什么?

提示：

该问题同样可以从入口效应角度加以阐述。

在入口段边界层厚度从零开始增厚，若采用短管，尽管处于层流工况，由于边界层较薄，对流换热系数可以大于紊流状况。

18.为什么横向冲刷管束与流体在管外纵向冲刷相比，横向冲刷的传热系数大?

提示：

从边界层理论的角度加以阐述：

纵向冲刷容易形成较厚的边界层，其层流层较厚且不易破坏。

有三个因素造成横向冲刷比纵向冲刷的换热系数大：

①弯曲的表面引起复杂的流动，边界层较薄且不易稳定；②管径小，流体到第二个管子时易造成强烈扰动；②流体直接冲击换热表面。

19.试比较强迫对流横掠管束传热中管束叉排与顺排的优缺点。

提示：

强迫对流横掠管束换热中，管束叉排与顺排的优缺点主要可以从换热强度和流动阻力两方面加以阐述：

（1）管束叉排使流体在弯曲的通道中流动，流体扰动剧烈，对流换热系数较大，同时流动阻力也较大；

（2）顺排管束中流体在较为平直的通道中流动，扰动较弱，对流换热系数小于叉排管束，其流阻也较小；（3）顺排管束由于通道平直比叉排管束容易清洗。

20.试举几个强化管内强迫对流传热的方法（至少五个）。

提示：

通过分析强迫对流换热系数的影响因素及增强扰动、采用人口效应和弯管效应等措施来提出一些强化手段，如增大流速、采用机械搅拌等。

21.影