No.15 1121热传导和对流换热复习

1、1 2012年传热学年传热学 考试复习考试复习 2 The textbook Reference books 3 传传 热热 学学 Chapter 1 Chapter 2 4 Chapter 5 7 Chapter 8 9 Chapter 10 总体简介：总体简介： 基本概念、基本方式、基本方法基本概念、基本方式、基本方法 热传导：热传导：稳态导热、非稳态导热、稳态导热、非稳态导热、 导热问题数值解导热问题数值解 对流传热：对流传热：单相、相变单相、相变 实验关联式实验关联式 辐射传热：辐射传热：基本概念、基本假设基本概念、基本假设 辐射基本定律、辐射传热的计算辐射基本定律、辐射传热的计算 传

2、热过程：传热过程：传热过程计算、传热过程计算、 换热器的热计算换热器的热计算 4 主主 要要 内内 容容 传热学基本内容复习传热学基本内容复习 典型题讲解典型题讲解 5 导导 热热 一一 导热的定义及特点导热的定义及特点 物体各部分之间不发生相对位移物体各部分之间不发生相对位移时，依靠分时，依靠分 子、原子及自由电子等子、原子及自由电子等微观粒子热运动微观粒子热运动而进而进 行的热量传递现象。行的热量传递现象。 1. 定义定义 2. 特点特点 6 二二 傅立叶（傅立叶（Fourier）导热定律）导热定律 t qgradtn An ()()() ttt qijk xyz 1. 一般表达式一般表达

3、式 2. 物理含义物理含义 关键关键 关键关键 7 三三 导热系数（导热系数（conductivity） 1. 含义含义 2. 四种典型物质的导热系数值四种典型物质的导热系数值 铜铜(copper) 钢钢(steel) 水水(water) 空气空气(air) 400 40 0.6 0.026 KmW 8 四四 导热微分方程导热微分方程 z t zy t yx t x t c )()()( 三个坐标方向三个坐标方向 净导入的热量净导入的热量 非稳态项非稳态项 内能增量内能增量 内热源内热源 9 五五 定解条件定解条件 0, ,tf x y z () wf w t h tt n t - ww fq

4、 n w tf 1. 初始条件初始条件 2. 边界条件边界条件 10 六六 简单简单一维稳态导热的分析解一维稳态导热的分析解 1. 如何判断是一维问题如何判断是一维问题 3. 定性分析定性分析 直接求解导热微分方程直接求解导热微分方程 对傅立叶导热定律直接积分对傅立叶导热定律直接积分 2. 求解方法求解方法 11 七七 通过肋片的稳态导热通过肋片的稳态导热 1. 如何简化成一维问题？如何简化成一维问题？ 2. 微分方程及定解条件微分方程及定解条件 3. 通过肋片的散热量通过肋片的散热量 等效热源法等效热源法 热平衡法热平衡法 4. 肋片效率分析、套管温度计测温误差分析肋片效率分析、套管温度计测

5、温误差分析 12 八八 非稳态导热非稳态导热 1. 基本概念基本概念 3. 一维非稳态导热一维非稳态导热 热扩散率热扩散率 吸热系数吸热系数 两个阶段两个阶段 2 . 0Fo 2. 集总参数法集总参数法 时间常数时间常数 Bi数数 13 九九 导热问题的数值解法导热问题的数值解法 1. 稳态问题稳态问题 x y 热平衡法建立节点热平衡法建立节点 离散方程的方法离散方程的方法 显式格式和隐式显式格式和隐式 格式的优缺点格式的优缺点 2. 非稳态问题非稳态问题 14 十十 温度分布温度分布 1. 变物性问题变物性问题 2. 变截面问题变截面问题 3. 传热过程传热过程 15 对对 流流 传传 热热

6、 一一 什么是对流传热？什么是对流传热？ 1. 对流对流 2. 对流传热对流传热 流体流过温度不同的固体壁面时的热量流体流过温度不同的固体壁面时的热量 传递过程传递过程 3. 特点特点 16 4. 牛顿冷却公式牛顿冷却公式 tAhthq 关键关键 6. 分类分类 7. 典型条件下表面传热系数的数量级（表典型条件下表面传热系数的数量级（表1-1） KmW 2 5. 影响对流传热的因素影响对流传热的因素 17 二二 单相对流传热单相对流传热 1. 基本概念基本概念 对流传热的控制方程对流传热的控制方程 流动边界层及热边界层流动边界层及热边界层 边界层方程边界层方程 相似原理及其应用相似原理及其应用

7、 ReGrNuPrSt 常用的无量纲准则数（特征数）及其物理含义常用的无量纲准则数（特征数）及其物理含义 18 2. 实验关联式实验关联式 外部流动外部流动 自然对流自然对流 混合对流混合对流（概念性理解）（概念性理解） 三大基本量的选取三大基本量的选取 适用范围适用范围 修正（为什么？）修正（为什么？） 各种流动型式的物理特点各种流动型式的物理特点 内部流动内部流动 19 三三 凝结传热凝结传热 1. 膜状凝结与珠状凝结膜状凝结与珠状凝结 简化假设简化假设 思路思路 2. Nusselt膜状凝结分析解膜状凝结分析解 3. 关联式关联式 横管和竖直壁面横管和竖直壁面 4. 影响凝结传热的主要因

8、素及传热强化影响凝结传热的主要因素及传热强化 20 四四 沸腾传热沸腾传热 1. 大容器饱和沸腾曲线大容器饱和沸腾曲线 3. 影响沸腾传热的主要因素及传热强化影响沸腾传热的主要因素及传热强化 2. 临界热流密度及其工程指导意义临界热流密度及其工程指导意义 21 辐辐 射射 传传 热热 一一 热辐射的基本概念热辐射的基本概念 1. 电磁波谱电磁波谱 可见光、红外线可见光、红外线 太阳辐射太阳辐射 一般工业温度范围一般工业温度范围 波长与温度的关系波长与温度的关系 2. 吸收、反射、透吸收、反射、透 射射 固体、液体固体、液体 气体气体 22 3. 黑体的概念和作用黑体的概念和作用 Stefan-

9、Boltzmann定律定律 Planck定律定律 Wien位移定律位移定律 Lambert定律定律 4. 黑体辐射的基本定律黑体辐射的基本定律 23 漫射表面漫射表面 灰体的概念灰体的概念 基尔霍夫定律基尔霍夫定律 实际物体表面简化的可行性实际物体表面简化的可行性 5. 实际物体的辐射吸收特性实际物体的辐射吸收特性 二二 辐射传热的计算辐射传热的计算 定义定义 性质性质 计算计算 1. 角系数角系数 24 2. 投入辐射、有效辐射投入辐射、有效辐射 qEJ b 1 1 211 , 22 212, 11 1 , 2222, 1112, 1 JJXA JJXA XJAXJA 3. 任意两表面之间辐

10、射传热任意两表面之间辐射传热 25 表面辐射热阻和空间辐射热阻表面辐射热阻和空间辐射热阻 画网络图的方法画网络图的方法 表面净辐射传热量和任意两表表面净辐射传热量和任意两表 面之间的辐射传热量面之间的辐射传热量 两种特殊情形两种特殊情形 黑体、重辐射面黑体、重辐射面 4. 多表面系统辐射传热多表面系统辐射传热 26 遮热板的工作原理遮热板的工作原理 遮热板的应用遮热板的应用 如何进一步提高遮热板的遮热效果如何进一步提高遮热板的遮热效果 提高测温精度提高测温精度 7.气体辐射气体辐射 特点特点 温室效应温室效应 6.太能集热器的应用太能集热器的应用 5. 遮热板遮热板 27 换换 热热 器器 2

11、8 一一 传热过程的分析和计算传热过程的分析和计算 传热过程传热过程 什么是传热过程？什么是传热过程？ 传热方程式传热方程式 tAk 关键关键 关键关键 总传热系数总传热系数 传热过程的辨析传热过程的辨析 29 总传热系数的计算总传热系数的计算 通过平壁的传热通过平壁的传热 通过圆筒壁的传热通过圆筒壁的传热 通过肋壁的传热通过肋壁的传热 21 111 hhk ooi o ii fofi dhd d dh ttl 1 )ln( 2 11 )( ooi hhk 111 30 传热表面的温度工况传热表面的温度工况 Const. i i R t 强化传热应从强化传热应从热阻最大热阻最大的环节入手的环节

12、入手 临界绝缘直径临界绝缘直径 电气工程 动力保温管道 强化传热的突破口强化传热的突破口 31 l换热器的定义、型式、特点换热器的定义、型式、特点 二二 换热器的型式及平均温差换热器的型式及平均温差 l简单顺流和逆流的平均温差的计算简单顺流和逆流的平均温差的计算 min max minmax ln t t tt tm , max max ttt , min min ttt 32 l简单顺流和逆流的定性温度分布简单顺流和逆流的定性温度分布 温差温差大的地方大的地方温度变化温度变化剧烈剧烈 l其它复杂流动布置的平均温差的计算其它复杂流动布置的平均温差的计算 ctfmm tt)( 一些特殊情况一些特

13、殊情况 33 l设计计算和校核计算设计计算和校核计算 三三 换热器的热计算换热器的热计算 m tkA )()( 22221111 ttcqttcq mm 所依据的方程所依据的方程 l利用平均温差法进行换热器的设计计算利用平均温差法进行换热器的设计计算 34 步骤步骤 - NTU 法法 有关概念有关概念 与平均温差法比较与平均温差法比较 污垢热阻污垢热阻 35 必要性必要性 四四 Wilson 图解法图解法 思想思想 概念性理解概念性理解 五五 隔热保温技术隔热保温技术 36 、试分析室内暖气片的散热过程，各个环节有哪些热量传递、试分析室内暖气片的散热过程，各个环节有哪些热量传递 方式？以暖气片

14、管内走热水为例。方式？以暖气片管内走热水为例。 典典 型型 题题 讲讲 解解 ( (一一) )简答题简答题 答：有以下换热环节及传热方式： 由热水到暖气片管道内壁，热传递方式为强制对流换热； 由暖气片管道内壁到外壁，热传递方式为固体导热； 由暖气片管道外壁到室内空气，热传递方式有自然对流换热 和辐射换热。 R 强制 对流 导 热 自然对流 和热辐射 37 、试分析冬季建筑室内空气与室外空气通过墙壁的换热过程，、试分析冬季建筑室内空气与室外空气通过墙壁的换热过程， 各个环节有哪些热量传递方式？各个环节有哪些热量传递方式？ 答：有以下换热环节及传热方式： 室内空气到墙体内壁，热传递方式为自然对流换

15、热和辐射换 热； 墙的内壁到外壁，热传递方式为固体导热； 墙的外壁到室外空气，热传递方式有对流换热和辐射换热。 、试分析利用铝壶烧开水的过程中，各个环节有哪些热量传、试分析利用铝壶烧开水的过程中，各个环节有哪些热量传 递方式？递方式？ 38 、利用同一冰箱储存相同的物质时，试问结霜的冰箱耗电量、利用同一冰箱储存相同的物质时，试问结霜的冰箱耗电量 大还是未结霜冰箱耗电量大？为什么？大还是未结霜冰箱耗电量大？为什么？ 答：在其它条件相同时，冰箱的结霜相当于在冰箱的蒸发器相当于在冰箱的蒸发器 和冰箱的冷冻室（或冷藏室）之间增加了一个附加的热阻和冰箱的冷冻室（或冷藏室）之间增加了一个附加的热阻， 因此

16、，冷冻室（或冷藏室）要达到相同的温度，必须要求蒸 发器处于更低的温度。所以，结霜的冰箱的耗电量要大。 39 、按照导热机理，水的气、液、固三种状态中那种状态的导、按照导热机理，水的气、液、固三种状态中那种状态的导 热系数最大？热系数最大？ 答：根据导热机理可知，固体导热系数大于液体导热系数； 液体导热系数大于气体导热系数。所以水的气、液、固三种 状态的导热系数依次增大。 40 、由导热微分方程可知，非稳态导热只与热扩散率有关，而、由导热微分方程可知，非稳态导热只与热扩散率有关，而 与导热系数无关。你认为对吗？与导热系数无关。你认为对吗？ 答：由于描述一个导热问题的完整数学表达，不仅包括控制 方

17、程，还包括定解条件。虽然非稳态导热控制方程只与热扩 散率有关，但边界条件中却有可能包括导热系数边界条件中却有可能包括导热系数。因此，上 述观点不正确。 41 、热扩散系数是表征什么的物理量？它与导热系数的区别是、热扩散系数是表征什么的物理量？它与导热系数的区别是 什么？什么？ c a c 答：热扩散率 ，与导热系数一样都是物性参数，它是 表征物体传递温度的能力大小，亦称为导温系数，热扩散率 取决于导热系数 和 的综合影响； 而导热系数是反映物体的导热能力大小的物性参数。一 般情况下，稳态导热的温度分布取决于物体的导热系数，但 非稳态导热的温度分布不仅取决于物体的导热系数，还取决 于物体的导温系

18、数。 42 、一块厚度为、一块厚度为2 (- (- x x00时，左侧流体温度升高并保持为恒定温时，左侧流体温度升高并保持为恒定温 度度2tf 。假定平板两侧表面传热系数相同，当。假定平板两侧表面传热系数相同，当 时，时， 试确定达到新的稳态时平板中心及两侧表面的温度，画出相试确定达到新的稳态时平板中心及两侧表面的温度，画出相 应的板内及流体侧温度分布的示意性曲线，并做简要说明。应的板内及流体侧温度分布的示意性曲线，并做简要说明。 0 h Bi 43 、已知一无限大平板的导热系数为 ，板两侧的温 度分别为t1和t2，试定性画出当b0、b=0和b0时，稳态时 平板内的温度分布。 abt 44 、

19、两种几何尺寸完全相同的等截面直肋，在完全相同的 对流环境下(表面对流换热系数和流体温度均相同)，沿 肋高方向的温度分布如图所示。试问：两种肋片的导热 系数大小？肋效率的高低？ mH mH hPH mH m hP )(th )(th 0 0 f c hPh m A 2 0 () () ch ch m Hx mH 0 1 ()ch mH 肋端肋端 45 、两种几何尺寸完全相同的等截面直肋，材料相同，放 在不同温度的对流环境中，沿肋高方向的温度分布如图 所示。试问：哪种情况流体的对流换热系数大？肋效率 的高低？ mH mH hPH mH m hP )(th )(th 0 0 f c hPh m A

20、2 0 () () ch ch m Hx mH 0 1 ()ch mH 肋端肋端 46 、试由常物性、一维、稳态、有内热源的导热微分方程出发， 导出有均匀内热源的一维等截面直肋的导热微分方程。已知 肋片截面积为Ac，周长为P，材料导热系数为，环境温度为 tf，肋表面和环境的表面传热系数为h，肋片中的内热源为。 2 2 ()0 f c d thP tt dxA 47 、集总参数法的适用条件是什么？满足集总参数法的物体，、集总参数法的适用条件是什么？满足集总参数法的物体， 其内部温度分布有何特点？其内部温度分布有何特点？ 答：集总参数法的适用条件是Biv0.1，其特点是当物体内部 导热热阻远小于外

21、部对流换热热阻时，物体内部在同一时刻 均处于同一温度，物体内部的温度仅是时间的函数，而与位 置无关。 48 、写出时间常数的表达式，时间常数是从什么导热问题中定、写出时间常数的表达式，时间常数是从什么导热问题中定 义出来的？它与哪些因素有关？义出来的？它与哪些因素有关？ hA cV c AV / c 答：时间常数的表达式为 ，是从非稳态导热问题中 定义出来的，它不仅取决于几何参数 和物性参数 ，还 取决于换热条件h。 49 、一直径为、一直径为d的圆球，一边长为的圆球，一边长为d的正方形及一个高度和直径的正方形及一个高度和直径 均为均为d的圆柱，用同种材料制成且具有相同的初温，在同一的圆柱，用

22、同种材料制成且具有相同的初温，在同一 初始时间被置于相同的外部环境中进行冷却（初始时间被置于相同的外部环境中进行冷却（h相同），试相同），试 定性分析这三个物体被冷却到相同温度所需时间长短。（三定性分析这三个物体被冷却到相同温度所需时间长短。（三 物体内部导热热阻可忽略）。物体内部导热热阻可忽略）。 1 c Vc Vc hA hA 50 、对于一有限大物体在第三类边界条件下发生的非稳态导热、对于一有限大物体在第三类边界条件下发生的非稳态导热 过程，试分别就过程，试分别就Bi1、Bi 1以及以及Bi1时时画出物体两侧及画出物体两侧及 内部的温度分布曲线，并说明温度分布差异主要发生在导热内部的温度

23、分布曲线，并说明温度分布差异主要发生在导热 物体内部还是外部？为什么？物体内部还是外部？为什么？ 51 、用热电偶监测气流温度随时间变化规律时，应如何选择热、用热电偶监测气流温度随时间变化规律时，应如何选择热 电偶节点的大小？电偶节点的大小？ hA cV c )(/rfAV 定义知， ，r为节点的半径，显然，节点半径越小， 时间常数越小，热电偶的相应速度越快。 答：在其它条件相同时，热电偶节点越大，它的温度变化一 定幅度所需要吸收（或放出）的热量越多，此时虽然节点换 热表面积也有所增大，但其增大的幅度小于体积增大的幅度 。故综合地讲，节点大的热电偶在相同的时间内吸收热量所 产生的温升要小一些。

24、由 52 、 图图1 1示出了常物性、有均匀内热源示出了常物性、有均匀内热源 、二维稳态导热问题局、二维稳态导热问题局 部边界区域的网格配置，试用热平衡法建立节点部边界区域的网格配置，试用热平衡法建立节点0 0的有限的有限 差分方程式（设差分方程式（设 ）。）。 x y 10 4 2 3 th, 图图1 1 xy 53 、图、图1示出了常物性、有内热源示出了常物性、有内热源 的二维稳态导热问题局部的二维稳态导热问题局部 边界区域的网格划分，上边界为对流换热条件，右侧边界已边界区域的网格划分，上边界为对流换热条件，右侧边界已 知热流密度知热流密度q。试用热平衡法建立节点。试用热平衡法建立节点0的

25、数值离散方程式的数值离散方程式 （不需要整理）。（不需要整理）。 q 图图 54 、何谓非稳态导热的正规阶段？写出其主要特点。、何谓非稳态导热的正规阶段？写出其主要特点。 答：物体在加热或冷却过程中，物体内各处温度分布随时间 的变化具有一定的规律，物体初始条件对温度分布的影响逐物体初始条件对温度分布的影响逐 渐消失，渐消失，这个阶段称为非稳态导热的正规阶段。 55 、分别写出、分别写出Nu、Re、Pr、Bi、Fo数的表达式，并说明其物理数的表达式，并说明其物理 意义。意义。 lu Re（2）雷诺(Reynolds)数， ，它表示惯性力和粘 性力的相对大小。 a Pr（3）普朗特数， ，它表示动

26、量扩散厚度和能量 扩散厚度的相对大小。 lh Bi （4）毕渥数， ，它表示导热体内部热阻与外部 热阻的相对大小。 lh Nu 答：（1）努塞尔(Nusselt)数， ，它表示表面上无量 纲温度梯度的大小。 （5）傅立叶数， ，它表示非稳态导热过程的无量 纲时间。 2 a Fo 56 、影响强制对流换热的表面换热系数的因素有哪些？、影响强制对流换热的表面换热系数的因素有哪些？ ),(lcttufh pfw 答：影响强制对流换热的表面换热系数的因素有流动起因、有 无相变、流动型态、流体的物性、换热表面的几何因素等，用 函数表示为 ( , , , ,) p hf u lc 对于无相变的单相管内强制

27、对流无相变的单相管内强制对流，影响强制对流换热的表 面换热系数的因素有流动起因、有无相变、流动型态、流体的 物性、换热表面的几何因素等，用函数表示为 57 、边界层理论？什么叫流动边界层和热边界层？、边界层理论？什么叫流动边界层和热边界层？ （1）流场分为主流区和边界层区。只有在边界层区才考虑粘性 的影响，需用粘性流体的微分方程描述。在主流区，流体视为理 想流体，用贝努利程描述； （2）边界层内厚度壁面尺寸l， = (x) ； （3）在边界层内，流动状态分为层流、过渡流和紊流；紊流边 界层内紧贴壁面处仍有极薄层保持层流状态，称为层流底层。 58 、强制对流和自然对流各有那几种流态？判别的准则各

28、是什、强制对流和自然对流各有那几种流态？判别的准则各是什 么，给出具体的表达式？么，给出具体的表达式？ 59 、流体流过一个管壁被均匀加热的圆管。假设管足够长，流、流体流过一个管壁被均匀加热的圆管。假设管足够长，流 动和换热能够能发展到旺盛湍流。试定性画出流体与圆管换动和换热能够能发展到旺盛湍流。试定性画出流体与圆管换 热的局部对流换热系数沿管长的变化曲线，并简述理由。热的局部对流换热系数沿管长的变化曲线，并简述理由。 60 、气体的热边界层与流动边界层的相对大小？、气体的热边界层与流动边界层的相对大小？ 3/1 / rt P7 . 0 r P 答：由于 ，对于气体来说 ，所以气体的 热边界层

29、的厚度大于流动边界层的厚度。 61 、对流换热过程微分方程式与导热过程的第三类边界条件表、对流换热过程微分方程式与导热过程的第三类边界条件表 达式有什么不同之处？达式有什么不同之处？ )( ,xw xfw x y t tt h 答：对流换热过程微分方程式与导热过程的第三类边界条件 表达式都可以用下式表示 但是，前者的导热系数 为流体的导热系数流体的导热系数，而且表面传热 系数h是未知的；后者的导热系数 为固体的导热系数固体的导热系数，而 且表面传热系数h是已知的。 62 、由对流换微分方程、由对流换微分方程 y t t h 可知，该式中没有出现流速，有人因此认为表面传热系数与可知，该式中没有出

30、现流速，有人因此认为表面传热系数与 流体速度场无关。你认为对吗？流体速度场无关。你认为对吗？ 答：这种说法不正确，因为在描述流动的能量方程中，对流 项含有流体速度，要获得流体的温度场，必须先获得流体的 速度场，在对流换热中流动与换热是密不可分的。因此，对 流换热的表面传热系数与流体速度有关。 63 、其它条件相同时，同一根管子横向冲刷与纵向冲刷相比，、其它条件相同时，同一根管子横向冲刷与纵向冲刷相比， 哪个的表面换热系数大？为什么？哪个的表面换热系数大？为什么？ 答：同一根管子横向冲刷比纵向冲刷相比的表面换热系数大。 因为纵向冲刷时相当于外掠平板的流动相当于外掠平板的流动，热边界层较厚，热 阻

31、较大；而横向冲刷时热边界层较薄且在边界层由于分离而 产生的旋涡，增加了流体扰动，因而换热增强。 64 、试画出竖壁大空间自然对流（twtf）边界层内速度和温度 分布曲线并简述特点。 u t x o u, t 65 、什么是雷诺比、什么是雷诺比 拟（写出表达式）？它的应用条件是什么？拟（写出表达式）？它的应用条件是什么？ Re 2 f C Nu 答：雷诺比拟： ，条件：Pr =1。 66 、判定两个物理现象相似的条件是什么？、判定两个物理现象相似的条件是什么？ 答：物理现象相似的条件是： （1）同名的已定特征数相等 （2）单值性条件相似 67 、下列三种关联式描述的是那种对流换热？、下列三种关联

32、式描述的是那种对流换热？ ),( rreu GPRfN),( reu PRfN ),( rru GPfN ， ),( rreu GPRfN ),( reu PRfN ),( rru GPfN 答： 描述的是无相变的强迫对流换热，且自然对流不可忽略； 描述的是自然对流可忽略的无相变的强迫对流换热； 描述的是自然对流换热。 68 、蒸汽与温度低于饱和温度的壁面接触时，有哪两种凝结方、蒸汽与温度低于饱和温度的壁面接触时，有哪两种凝结方 式？产生的原因是什么？式？产生的原因是什么？ 69 、空气横掠垂直管束时，沿流动方向管排数越多，换热越强，、空气横掠垂直管束时，沿流动方向管排数越多，换热越强， 而蒸

33、汽在水平管束外凝结时，沿液膜流动方向管排数越多，而蒸汽在水平管束外凝结时，沿液膜流动方向管排数越多， 换热强度降低，为什么？换热强度降低，为什么？ 答：空气横掠垂直管束时，沿流动方向管排数越多，气流扰 动越强，换热越强，而蒸汽在水平管束外凝结时，沿液膜流 动方向管排数越多，凝结液膜越厚，凝结换热热阻越大，换 热强度降低。 70 答：横管和竖壁的平均表面传热系数的计算中，特征尺度横 管采用直径d，竖壁采用壁长l。在其他条件相同时，横管与 竖管的对流换热系数之比： 41 77. 0 d l h h V H 当 l / d 50时， ，所以冷凝器通常都采用横管的 布置方案 VH hh2 为什么冷凝器

34、通常都采用横管的布置方案？为什么冷凝器通常都采用横管的布置方案？ 71 、竖壁倾斜后其凝结换热表面传热系数是增加还是减小？为、竖壁倾斜后其凝结换热表面传热系数是增加还是减小？为 什么？什么？ gsing 1/ 4 23 ll x lsw gr h 4(tt )x 答：竖壁倾斜后，使液膜顺壁面流动的力不再是重力而是重 力的一部分，液膜流动变慢，从而热阻增加，表面传热系数 减小。另外，根据表面传热系数公式 公式中的 亦要换成 ，从而h减小。 72 、为什么珠状凝结表面换热系数比膜状凝结表面换热系数大？、为什么珠状凝结表面换热系数比膜状凝结表面换热系数大？ 答：膜状凝结换热时, 沿整个壁面形成一层液

35、膜，并且在重力的作用下流动，凝结 放出的汽化潜热必须通过液膜，因此，液膜厚度直接影响了 热量传递。 珠状凝结换热时， 凝结液体不能很好的浸润壁面，仅在壁面上形成许多小液珠， 此时蒸汽仅与部分壁面表面直接接触，因此，换热速率远大 于膜状凝结换热。 73 、不凝结气体对表面凝结换热强弱有何影响？、不凝结气体对表面凝结换热强弱有何影响？ )( ws tt 答：不凝结气体的存在，一方面使凝结表面附近蒸汽的分压 力降低，从而蒸汽饱和温度降低，使得传热驱动力即 温差减小；另一方面，凝结蒸汽穿过不凝结气体层到达壁面 依靠的是扩散，从而增加了阻力。因此，上述两方面原因导 致凝结换热时的表面传热系数降低。 74

36、 、请示出大容器饱和沸腾曲线，并对各区域的换热特性进行、请示出大容器饱和沸腾曲线，并对各区域的换热特性进行 说明。说明。 75 答：在核态沸腾阶段时，随着壁面过热度（液体温度与壁面 温度之差t ）的进一步增大，壁面上的汽泡不断生成、长大， 随后引因浮力作用而离开表面，由于气泡的大量迅速生成和 它的剧烈运动，换热强度剧增，热流密度随t 的提高而急剧 增大，直到达到热流密度的峰值，此时的热流密度称为临界 热流密度。当t进一步增大时，热流密度又开始下降。 、沸腾换热的临界热流密度的含义是什么？、沸腾换热的临界热流密度的含义是什么？ 76 、为什么用电加热时容易发生电热管壁被烧毁的现象？而采、为什么用

37、电加热时容易发生电热管壁被烧毁的现象？而采 用蒸汽加热时则不会？用蒸汽加热时则不会？ 答：用电加热时，加热方式属于表面热流密度可控制的电加热时，加热方式属于表面热流密度可控制的，而 采用蒸汽加热时则属于壁面温度可控制的情形。由大容器饱 和沸腾曲线可知，当热流密度一旦超过临界热流密度时，工 况就有可能很快跳至稳定的膜态沸腾，使得表面温度快速上 升，当超过壁面的烧毁温度时，就会导致设备的烧毁；采用采用 蒸汽加热由于壁面温度可控制，蒸汽加热由于壁面温度可控制，就容易控制壁面的温升，避 免设备壁面温度过度升高，使其温度始终低于设备的烧毁温 度。 77 x t O mm50 2 2000200 xt 、

38、如图所示的墙壁，其导热系数为、如图所示的墙壁，其导热系数为50W/(mK),厚度为厚度为50mm， 在稳态情况下的墙壁内的一维温度分布为：在稳态情况下的墙壁内的一维温度分布为：t=200-2000 x2，式，式 中中t的单位为的单位为0C，x单位为单位为m。试求：。试求： (1)墙壁两侧表面的热流密度；墙壁两侧表面的热流密度； (2)墙壁内单位体积的内热源生成的热量。墙壁内单位体积的内热源生成的热量。 典典 型型 题题 讲讲 解解 ( (二二) )计算题计算题 78 0 2 2 v q dx td 3 2 2 /200000504000)4000(mW dx td qv xx x t A q4

39、000)4000( m W d d 2 2 0 m W 004000 x q 2 m W 1000005. 0504000 x q 解：(1) 由傅立叶定律： 所以墙壁两侧的热流密度： (2) 由导热微分方程 得： 79 、一根直径为、一根直径为1mm的铜导线，每米的电阻为的铜导线，每米的电阻为 。 导线外包有厚度为导线外包有厚度为0.5mm，导热系数为，导热系数为0.15W/(mK)的绝缘的绝缘 层。限定绝缘层的最高温度为层。限定绝缘层的最高温度为650 ，绝缘层的外表面温度，绝缘层的外表面温度 受环境影响，假设为受环境影响，假设为400。试确定该导线的最大允许电流。试确定该导线的最大允许电

40、流 为多少？为多少？ 3 1022. 2 80 2 2 12 2 1 1 4 ln 2 mww dTttd cLI RL d d Ld 0 m dT d 1 2 212 ln 2 1 0 d d L tt RLI ww )/(98.33 1 2 ln 15. 02 1 4065 mW )(7 .123 1022. 2 98.3398.33 98.33 3 2 A R IRI 解： 以长度为L的导线为例，导线通电后生成的热量,其中的一部 分热量用于导线的升温,一部分热量通过绝热层的导热传到大通过绝热层的导热传到大 气中气中。根据能量守恒定律知： 当导线达到最高温度时，导线处于稳态导热， 81 、

41、 外径为50mm的蒸汽管道，外表面温度为400，管外包有 二层保温材料，内层为厚40mm的矿渣棉（=0.15 W/(m)）， 外层为厚45mm的煤灰泡沫砖（=0.13 W/(m)），外层保温 材料外表面温度为50，试求每米蒸汽管道的散热量及二层 保温材料交界面处的温度。 13 3221 12 2() ln(/)ln(/) l tt dddd 82 3 /8500mkg )/(400KkgJc 、25 的热电偶被置于温度为的热电偶被置于温度为250 的气流中，设热电偶节点可的气流中，设热电偶节点可 以近似看成球形，要使其时间常数以近似看成球形，要使其时间常数 c c=1s=1s，问热节点的直径为

42、多，问热节点的直径为多 大？忽略热电偶引线的影响，且热节点与气流间的表面传热大？忽略热电偶引线的影响，且热节点与气流间的表面传热 系数为系数为h=300W /(m2 K)，热节点材料的物性参数为：导热系，热节点材料的物性参数为：导热系 数为数为20W/(mK)， ， 。如果气。如果气 流与热节点间存在着辐射换热，且保持热电偶时间常数不变，流与热节点间存在着辐射换热，且保持热电偶时间常数不变， 则对所需热节点直径大小有和影响？则对所需热节点直径大小有和影响？ 83 知，要保持 不变，可以使 增加，即热节点的直径增加。 hA cV c )(1082. 8)4008500/(3001 34 3/4

43、5 2 3 m c hR R R A V c )(529. 01082. 8322 5 mmRd 1 . 00013. 0 20 1082. 8300/ 5 AhV Bi hA cV c 解： 故热电偶直径： 验证毕渥数Bi是否满足集总参数法： (2) 若热节点与气流间存在辐射换热，则总的表面传热系数h（包 括对流和辐射）将增加，由 c AV/ 满足集总参数法条件。 (1) 84 RC ba b e TT TT RC 1 McC hA R, 1 、质量为M、比热为c、表面面积为A的小型导电体，初温等于环 境温度Ta ，通电加热后温度逐渐升高，最终达到平衡温度Tb , 试证： 并说明 的意义（

44、，其中h是导电体与环 境的对流换热系数）。 85 )( ab TThAP () a dT cVh TT AP d )(TThA T cV b bab TTTT 0 , hAcV )exp( 0 cV hA )exp( 0 cV hA TT TT ba b McC hA R, 1 VM ) 1 exp( RCTT TT ba b 解： 根据能量守恒原理，有 当再次达到热平衡时，导电体温度为Tb，dT/d=0，则 则： 引入过余温度 则： 解之： 因为 而 所以 86 5-13（课本）来流温度为20、速度为2.5m/s空气沿着平板 流动，在距离前沿点为2m处的局部切应力为多大？如果平板 温度为50

45、，该处的对流传热表面传热系数是多少？ 3 1 2 1 332. 0 a xuxhx 3121 PrRe332. 0 xx Nu 2 0.664 Re/ 2 w f x c u 2 mw ttt 利用tf =20查物性 Re值一样吗？值一样吗？ 87 Ct f 0 80Ctw 0 30 ce R c h 3/12/1 332. 0 rex PRNu 3/15/4 0296. 0 rex PRNu 5 105 ce RCtm 0 55 )/(1087. 2 2 KmW sm /1046.18 26 697. 0 r P 、空气以10m/s速度外掠0.8m长的平板， , , 计算 该平板在临界雷诺数 时的 ？全板平均表面传热系数以及 换热量。（层流时平板表面局部努塞尔数 ，紊 流时平板表面局部努