传热学部分思考题

1、教材上的思考题第8章?思考题1 .试说明热传导导热、热对流和热辐射三种热量传递根本方式之间的联系与区别.区别：它们的传热机理不同.导热是由于分子、原子和电子等微观粒子的热运动而产生的热 量传递现象,其本质是介质的微观粒子行为.热对流是由于流体的宏观运动,致使不同温度的流体相对位移而产生的热量传递现象,其本质是微观粒子或微团的行为.辐射是由于物体内部微观粒子的热运动而使物体向外发射辐射能的现象,其本质是电磁波,不需要直接接触并涉及能量形式的转换.联系：经常同时发生.2. 试说明热对流与对流换热之间的联系与区别.热对流是由于流体的宏观运动,致使不同温度的流体相对位移而产生的热量传递现象.对流换热是

2、流体与固体外表之间由热对流和导热两种传热方式共同作用导致的传热结果.3. 从传热的角度出发,采暖散热器和冷风机应放在什么高度最适宜?答：采暖器和冷风机主要通过对流传热的方式使周围空气变热和变冷,使人生活在适宜的温度范围中,空气对流实在密度差的推动下流动,如采暖器放得太高,房间里上部空气被加热,但无法产生自然对流使下部空气也变热,这样人仍然生活在冷空气中. 为使房间下部空气变热,使人感到舒适,应将采暖器放在下面,同样的道理,冷风机应放在略比人高的地方,天 热时,人才能完全生活在冷空气中4. 在晴朗无风的夜晚,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2C.试解释这种现象.但在阴天

3、或有风的夜晚其它条件不变,草地却不会披上白霜,为什么答：深秋草已枯萎,其热导率很小,草与地面可近似认为绝热.草接受空气的对流传热量,又以辐射的方式向天空传递热量,其热阻串联情况见右图.所以,草外表温度tgr介于大气温度tf和天空温度tsk接近,tgr较低,披上“白霜.如有风,hc增加,对流传热热阻 R1减 小,使tgr向tf靠近,即tgr升高,无霜.阴天,天空有云层,由于云层的遮热作用,使草对 天空的辐射热阻 &增加,tgr向tf靠近,无霜或阴天,草直接对云层辐射,由于天空温度 低可低达-40C,而云层温度较高可达 10C左右,即tsk在阴夭较高,tgr上升,不会结霜c5. 在一有空调的房间内

4、,夏天和冬天的室温均限制在20 C ,但冬天得穿毛线衣,而夏天只 需穿衬衫.这是为什么答：人体在房间里以对流传热和辐射传热的方式散失热量,有空调时室内tfi不变,冬天和夏天人在室内对流散热不变.由于夏天室外温度tf0比室内温度tfi高,冬天tf0比t fi低,墙壁内温度分布不同,墙壁内外表温度twi在夏天和冬天不一样.显然,tjf tWi,这样人体与墙壁间的辐射传递的热量冬天比夏天多.在室温20C的房间内,冬天人体向外散热比夏天多而感到冷,增强保温可使人体散热量减少, 如夏天只穿衬衫,冬天加毛线衣,人就不会感 到冷.第十一章根本概念较多,就交给你了！第十二章没找到现成的.找到的一些其他的思考题

5、第八章1-1试列举生活中热传导、对流传热核辐射传热的事例.1-2 冬天,上午晒被子,晚上睡觉为什么还感到暖和答：被子散热可是为无限大平面导热.晒被子使被子变得蓬松,含有更多的空气,而空气热导率较小,使被子的表现电导率变小.另外,被子晒后厚度增加.总之,被子晒后,其导热 热阻a /入a变大,人体热量不易向外散失,睡在被子里感到暖和被子蓄热不必考虑： 被子蓄热不多；上午晒被子,晚上蓄热早已散光.1-3 通过实验测定夹层中流体的热导率时,应采用图1-6种哪个装置为什么答：左边一种.这种装置热面在上,冷面在下,使流体对流传热减少到零,由这种装置测得 的热导率不受对流传热的影响.如果采用右边一种装置,由

6、于对流传热的影响而测得的热导率偏大.1-4 在思考题1-3中,流体为空气时热导率可用式1-1计算,式中 t为热、冷面的温 度差,a为空气夹层的厚度,为通过空气夹层的热流量,a为空气夹层的导热面积.实践证实,At不能太大,否那么测得的热导率比真实热导率大.试分析其原因.答：热面和冷面的传热热流量 = c+d+=入 tA/ a.由思考题1-3可见,左边一种装置虽然减少了对流传热的影响,但如At较大,辐射传热量 r对测量气体热导率的影响却不能忽略,会影响热导率入测定的准确性.这时,热传导率实质上是以导热和辐射传热两种 方式传递热量形式的表现热导率入e.显然,入e入其中入为气体的真实热导率.由于辐射传

7、热量r正比于热面和冷面温度的四次方之差4-丘4,只有在热面和冷面温度之差t2较小时,辐射传热的影响才可忽略,Qd=入勇A a1-5 从传热的角度出发,采暖散热器和冷风机应放在什么高度最适宜答：采暖器和冷风机主要通过对流传热的方式使周围空气变热和变冷,使人生活在适宜的温度范围中,空气对流实在密度差的推动下流动,如采暖器放得太高,房间里上部空气被加热,但无法产生自然对流使下部空气也变热,这样人仍然生活在冷空气中.为使房间下部空气变热,使人感到舒适,应将采暖器放在下面,同样的道理,冷风机应放在略比人高的地方,天 热时,人才能完全生活在冷空气中.1-6 从表1-1对流传热系数的大致范围,你可以得出哪些

8、规律性的结论答：从表1-1可看出如下规律：空气的对流传热系数小于水的对流传热系数；同一种流体,强迫对流传热系数大于自然对流传热系数；同一种流体有变相时的对流传热系数大于无变相识的对流传热系数；水变相时的对流传热系数大于有机介质相变对流传热系数.1-7 多层热绝热有铝箱和玻璃纤维纸、玻璃布、尼龙网等依次包扎而成,并且整个系统处在高真空下.在 20300K的温度下它的热导率可抵达 0.10.6 X 10-4W/mK,试分析其 原因.答：由于系统处于高真空, 导热和对流传热的作用减少到很小,多层铝箱间用热导率很小的玻璃纤维纸、玻璃布、尼龙网隔开,导热作用较小；铝箱的玻璃作用使辐射传热也很小详 见第八

9、章.这样,这个系统使三种传热方式传递的热流量都大大减少,所以其表现热导率 就很小.1-8 在晴朗无风的夜晚, 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2C.试解释这种现象.但在阴天或有风的夜晚 其它条件不变,草地却不会披上白霜, 为什么答：深秋草已枯萎,其热导率很小,草与地面可近似认为绝热.草接受空气的对流传热量,又以辐射的方式向天空传递热量,其热阻串联情况见右图.所以,草外表温度tgr介于大气温度tf和天空温度tsk接近,tgr较低,披上“白霜.如有风,hC增加,对流传热热阻 R减 小,使tgr向tf靠近,即tgr升高,无霜.阴天,天空有云层,由于云层的遮热作用,使草对

10、天空的辐射热阻 &增加,tgr向tf靠近,无霜或阴天,草直接对云层辐射,由于天空温度 低可低达-40C,而云层温度较高可达 10 C左右,即tsk在阴夭较高,tgr上升,不会结霜twi,这样人体与墙壁间的辐射传递的热量冬天比夏天多.在室温20C的房间内,冬天人体向外散热比夏天多而感到冷,增强保温可使人体散热量减少,如夏天只穿衬衫,冬天加毛线衣,人就不会感到冷.1-10饱和水蒸气管道外包保温材料,试分析三种传热方式怎样组成由水蒸气经管道壁和保温层到空气的传递过程,并画出热阻串并联图.答：R4r1-11在思考题1-1 0中,管道外壁的温度近似等于饱和水蒸气的温度.试用热阻分析解释这一现象.答：蒸汽

11、凝结hc很大,热阻Rc很小.金属管道热导率较大,而其厚度很小,导热热阻R2d也很小.管道保湿时,管道散热量巾很小,管壁外外表tw2 =tf 1 -ex R1c+R2d由tf1.1-12某双层壁中的温态温度分布如图1-7所示,问哪一层材料的热导率大哪一层材料的导热热阻大答：由 q1 =-1!1 ,q2=-九2gradt2,稳态时q1=q2,而 gradt1a gradt2,所以 也九2.二热阻串联,由*, Lt_t2,所以 Ri R2.R1-13 某传热过程的温度分布如图1-8所示,是分别画出其在以下情况下的温度分布曲线:1* ； 2 h T 8 ； 3 h?T 8 ；48 , h?T 8.1-

12、14 一碗稀饭放在盛有自来水的面盆中冷却.为了使稀饭冷却得快一些,用汤勺搅动.问用汤勺搅动稀饭时稀饭冷却得快,还是搅动自来水时稀饭冷却得快为什么由经验判断,水侧外表对答：稀饭放在冷水中冷却时,热量由稀饭经碗壁传给碗外盆中水.流传热系数要大于稀饭侧外表对流传热系数,即稀饭侧热阻大于水侧热阻.用汤勺搅动来使外表对流传热系数 hc增加即减少对流传热热阻,减少最大热阻效果最正确,所以用汤勺搅动稀饭时冷却效果较好.1-15 图1-9为三种太阳能热水器的元件：图a为充满水的金属管；图 b为在图a的管外加一玻璃罩,玻璃罩和金属管间有空气； 图c为在管外加一玻璃罩,但罩与金属管间抽真空. 试分析用框图表示三元

13、件的传热过程,并论述其效率由图a向图c逐步提升的原因.答：a中水管接受太阳能后, 直接向周围物体天空等辐射散热,又向周围空气对流散热.b中水管接受太阳能后,直接向玻璃管辐射散热.玻璃管的温度要比天空温度高得多,使辐 射散热减少.水管向夹层中空气对流散热,夹层中空气比外界空气温度高,而且封闭的夹层也使对流传热系数减少,对流散热也减少.C中水管接受太阳能后,直接向玻璃管辐射散热, 情况用b,由于夹层中真空,没有空气,使对流散热为零.所以,由a至c散热量逐渐减少, 效率逐步提升.1-16 有两幢形状和大小相同的房屋,室内保持相同的温度.早晨发现一幢房屋屋顶有霜,另一幢屋顶无霜.试分析哪一幢房屋屋顶隔

14、热性能好.答：屋顶有霜,表示屋顶外外表温度tW0较低,而屋顶散热系数较小ho变化不大,即屋顶的导热量也小,这说明有霜的屋顶保温性能好.为便于观察,将屋顶转至垂直位置, 其传热过程温度分布曲线画在右图,有霜屋顶tfi -twi和two -tf0都小,表示散热小,无霜屋顶保温性能不好有两种可能性：屋顶较薄；屋顶材料热导率较高.这两种可能性都会使tw0提升而无霜.1-17 由4种材料组成图1-10所示的复合壁,界面接触良好,左面维持均匀恒定的温度 ti ,右面维持均匀恒定的温度 t2.如、比K大得多,能否用热阻并串联的方法求复合壁的总热阻为什么答：利用热阻并、串联规律求总热阻,再模仿电路欧姆定律求出

15、热流量,必须符合以下条件：稳态导热；一维；无内热源.当ZbL &C时,ABCD中均不是一维稳态导热,按上法计算偏差较大.当 加与相差不显着时,ABCD中近似一维稳态导热,按上法计算偏差不大.1-18 某电路板上有4只晶体管,其金属管壳与支架相连,支架与一隔板相连如图 1-11 所示,晶体管产生的热量经管壳和支架传给隔板.假设：4只晶体管温度均匀且相同,本身热阻Ri也相同；管壳与支架接触良好；支架为铝材,横断面足够大,使支架上几乎没有温度降；支架与隔板间连接处有热阻R23 ；晶体管产生热量的一局部由管壳和支架散失,一局部由隔板散失.试画出晶体管热量散失时热阻并串联情况.答：由于4R晶体官温度相问

16、,til =ti2 = t3 =t4 =ti,右图中用虚线相连, li是各只晶体管功耗产生的热流量.饥经各自内部导热热阻 Rii到外壳和支架上.由于支架和外壳热阻可R2c和R2r ,还有局部热以忽略,支架温度相同,即t21 =t22 =t23 =t24 =t2 , 4个点用实线相连.管壳和支架成为一体,局部热量由它们向外界对流散热和辐射散热,外表热阻分别为量通过支架与隔板连接处的接触电阻R23流入隔板,由隔板外表向外界进行对流散热和辐射散热,其外表热阻分别为 R3C和R3r.显然,外表对流热阻Rc和外表辐射热阻Rr均为并联.第九章2-1 不同温度的等温面线不能相交,热流线能相交吗热流线为什么与

17、等温线垂直 答：热流线垂直于等温线,不同温度的等温线不能相交,热流线也不能相交.如热流线不垂直等温线,那么等温线上必有一热流分量.而等温线上无温差,q=0,只有热流线垂直于等温线才能使等温线上的分热流为零.2-2 一无内热量平壁稳态导热时的温度场如图2-28所示.试说明它的热导率是随温度增加而增加,还是随温度增加而减少dtdt .答：稳态无内热源时巾不变,由傅里叶定律,e =舄a,平壁a为常数,由图 亍从左 向右变大,这说明热导率兀从左到右减小,而温度自左向右减小,故热导率舄随温度t的增 加而增加.2-3 根据对热导率主要影响因素分析,试说明在选择和安装保温隔热材料时要注意哪些问题答：选择热导

18、率小的材料,最好其密度在最正确密度附近,使其具有最正保证温性能；进行保温计算时必须考虑温度对保温材料热导率的影响；保温材料保温性能受水分的影响,必须采取防水举措,外加保护层,如材料中已加憎水剂,不易含水分,不受水的影响,应首选 该种材料；为预防保温材料或绝热材料层结冰,要采取防冻举措,不让外界水分渗入, 无法预防时,可适当加厚,以弥补结冰使材料性能下降；采用各向异性材料时要注意导热 方向对热导率的影响.2-4 金属材料的热导率很大,而发泡金属为什么又能做保温隔热材料答：发泡材料的热导率是固体骨架和孔隙中气体导热,对流传热和辐射传热综合的当量热导率,发泡金属以金属为骨架,但其横截面尺寸很小,而孔

19、隙中气体导热率较小,各孔隙中气 体被封闭在各个小孔中,对流传热作用较小.多孔结构对辐射传热起着遮挡作用,使其大大削弱.由此,发泡金属的当量热导率较小,比密实金属要小得多,可以做保温材料.2-5 冰箱长期使用后外壳上易结露,这说明其隔热材料性能下降.你知道其道理吗提 示：冰箱隔热材料用氟里昂发泡,长期使用后氟利昂会逸出,代之以空气. 答：冰箱隔热材料用氟里昂作发泡剂的聚氨酯泡沫塑料,其热导率要比一般保温材料小,这是由于孔中氟里昂气体热导率较低,使用时间较长,气孔中氟里昂逐步逸出,环境中的空气取而代之,由于空气的热导率是氟里昂的23倍,进入空气的隔热材料热导率大大提升,使其保冷性能下降.2-6冰箱

20、冷冻室内结霜使冰箱耗电量增加,试分析这是什么原因答：冰箱中的制冷剂在冷冻室隔热材料内侧见右图蒸发管中蒸发,吸收冷冻室的热量, 使冷冻室降低到指定的温度后,压缩机停止工作.冷冻室内结霜后,使蒸发管和冷冻室间增加一层热阻,而霜有颗粒状的水组成,中间夹杂着不流动的空气,使其当量热导率比密实的冰小得多,热阻较大,要使冷冻室到达指定温度必须增加压缩机工作时间,耗电量增加.2-8物体中的温度分布曲线与绝热边界的关系如何答：由傅里叶定律 e = -&Adt/dx,绝热边界0=0,而九和A不为零,所以dt/dx =0,即绝热边界温度变化率为零,温度分布曲线垂直于绝热边界.2-9无内热源稳态导热的导热微分方程式

21、2-7变成式中没有热导率,所以有人认为无内热源稳态导热物体的温度分布与热导率无关.你同意这种看法吗答：不同意,由于热导率问题的完整数学描述包括导热微分方程和定解条件.无内热源稳态导热问题,虽然导热微分方程中不包含有热导率舄,但第二类边界条件和第三类边界条件中都含有热导率,即边界条件为第二类或第三类的无内热源稳态导热与热导率有关,只有第一类边界条件下无内热源稳态导热物体的温度分布才与热导率九无关,详见例题 4-1,题中未给出定热导率 九,其温度分布与 九无关.2-10 在多层壁导热中,当某一层有内热源时式 2-17和式2-21仍能适用吗为什么答：不能用,因串联各环节 巾不相同,违背了式2-17和

22、式2-21推导的条件.2-11 说明圆筒壁一维稳态导热的温度分布曲线为什么随半径增加而变得平坦试画出无 内热源的单层圆筒壁在内壁面温度高于或低于外壁面温度时的温度分布曲线.dt谷：由傅里叶正律,.=一舄A/-, A =2兀r,稳态且无内热源时 巾=c常数,r , A ,dt .,温度分布曲线变得平一些,由此得右图：twi Atw0时,得上凹的曲线；twi tw0为dr上凸的曲线.2-12 等截面延伸体稳态导热和一维稳态导热有何区别答：一维稳态导热只有一个方向上有热流,而在其它方向无热流.等截面延伸体稳态导热不但沿高度方向上有导热,而且在垂直于高度方向上也有热流,所以一般研究Bi =妙很, s小

23、且有一定高度低肋除外的延伸体,这时热流主要沿高度方向上的热流密度不大.人们常称为准一维稳态导热, 一维稳态导热时各个导热面上热流量e相等,而准一维稳态导热各个导热面上热流量不等,沿着导热方向逐渐减少.另外,等截面一维稳态导热 热导率丸为常数且无内热源沿导热方向温度分布为一直线,而等截面准一维稳态导热在同样的条件下 沿导热方向温度分布为一曲线,沿导热方向曲线变得越来越平.2-13 试用微元体热平衡法建立矩形直肋导热微分方程2-27.答：由书中图2-18,在x=x处取微元体 Adx,能量守恒方程 由=*e,即x#xd+c擀aa dtx = -九 A(b)dxx dx = x =dx = x -,A

24、口dx；x(c)(d)c =hUdx(t -t二)b d代入a化简得“xAr - hU( =0(e):x令.=(tt*) ,m2, A式e变成驾m2.= 0,即得式2-27b. 2:x2-14工程上采用加肋片来强化传热.何时一侧加肋何时两侧同时加肋?答：由例2-13可以得到启发,当传热壁一侧Bi 0,即n,测值tH比流体温度 农偏高,这与侧高温流体蒸汽、热水、热空气温度正好相反.2-16当把测温套管由钢材改为紫铜后,材料导热性能变好,使热量由流体经套管传给温度计的热阻减少,测温误差应减少,但为什么实践证实适得其反呢答：测温套管导热主要延长度方向,而题中所述热流量很小,是次要方面.不锈钢改为紫铜

25、后,舄大大增加,套管轴向导热热阻大大减少,其端部温度tH与根部温度t0差异减少,即tH 更接近于t0 ,测温误差将增加.2-17从热阻角度分析,为什么在外表传热系数小的一侧加肋片效果较好为什么用热导率大的材料做肋片答：h小的一侧热阻大,它在总热阻中起的作用大, 减少这样的热阻使热流量增加的效果好,加肋片使外表热阻减少,用热导率大的材料做肋片,使肋片本身的附加热阻不大,不会因此 而使总热阻增加.h k k1或：热导率赤增加,参量2Hc2L,肋片效率nf ,使肋壁效率 驻,热阻小AzhoA 0工h、由一 0.2,加肋对传热不利.22-18 减少接触热阻的主要方法有哪些这些方法为什么能减少接触热阻答

26、：如有可能的话,降低接触面的硬度,使加压后形变增加,接触面增大,且间隙变小,都使接触局部的热阻减少；增加接触面的压力,形变增加,热阻减少；增加接触面的光洁度和平行度,使接触面增加,间隙变小,热阻变小；间隙处加软金属或导热脂,使间隙 的热导率增加,使接触热阻减少.第十章5- 1为什么电厂发电机用氢气冷却比空气冷却效果好为什么用水冷却比氢气冷却效果更好答：对流传热是贴壁层流体导热和边界层流体对流的综合影响,流体热导率和携带热量能力p和c萨响着对流传热系数.空气、氢气和水的岛、P、c:详见下表冷却介质空气氢气水相对值空气氢气水热导率 Z /W/ (m2.k)0.02780.19420.64316.9

27、923.1密度：/kg/m 31.0930.075598811/14.5904比热容c如/kg.k0.2413.491.161116.54.8P eg/ (m3.k)0.2630.301114711.144361由；K和P、c沸6可看出：水优于氢气,更优于空气.电机冷却情况证实了这一点.5- 2什么是流动边界层什么是热边界层为什么它们的厚度之比与普朗特数Pr有关答：流动边界层是由于流体粘度造成速度变化的区域,热边界层是由于流体的热扩散率造成温度变化的区域.它们的厚度之比应与形成流体边界层和边界层的流体黏度V和热扩散1率a之比有关,即与普朗特数 Pr有关.理论上已证实 . 3 Pr5- 3粘性油

28、的Pr数很大,液态金属的 Pr数很小.图5-9为这两种流体的边界层过余温度场和速度场.试指出哪一幅图是粘性油的,哪一幅图是液态金属的为什么1答：图中a为粘性油的u和0分布.因粘性油U很大,0=一较大,而 ?孑二,所以5t 5,即图 a.5-4试根据图5-3粗略地画出局部对流传热系数hx的沿程变化.答：开始时,随着层流边界层厚度 &的增加,局部对流传热系数 hx下降.过渡区,由于 层流向湍流边界层过渡,扰动增加,虽然边界层厚度增加更快,但hx由于流体横向垂直于壁面方向掺合,hx反而增加.以后由于层流底层厚度和湍流边界厚度&的增加,hx稍有下降,并逐步接近于恒定值 h .t5- 5边界层中温度变化

29、率土的绝对值何处最大对于一定外表传热温差的同一流体,为:yh的大小?何能用A y=0绝对值得大小来判断对流传热系数rtrtZ.r?t答：边界层中贴壁层已最大.由hx(tw tQx =九劣,得hx=竺xxx国输化tw-农皆 ,.对于一定的流体,舄为常数,在twx和tM变的情况下,hxu F.所以,对于同一对 、. 目 、一.一一热流传热温差的同一流体,可用的大小来判断该处对流传热系数hx的大小.5- 6 从对对流传热过程的了解,解释物性值对对流传热系数h的影响.答：对流传热是先通过贴壁层流体的导热,以后由流体将热量携带走,所以对流传热与流动的热导率 九以及流体携带热量的水平P、Cp有关.对流传热

30、与流体流动情况有关,雷诺数与黏度有关,所以对流传热与黏度有关.自然对流传热时,同一温差下流体流动情况还与体膨胀系数 v有关.5- 7试论述固体导热微分方程与边界能量微分方程的关系.答：它们都是能量微分方程,但边界层能量微分方程考虑了流体对流携带的热量,而固体导热微分方程不考虑对流携带的热量.如边界层内流体速度均为零,那么边界层能量微分方程变成固体的导热微分方程.6- 1管内湍流强迫对流传热时,流速增加一倍,其它条件不变,对流传热系数h如何变化管径缩小一半、流速等其他条件不变时h如何变化答：v8v08 卫子产8q0-8n 流他沏由Ay r6 = A-A = A/_.8vIU|=l /JH 0.2

31、 田 .0.2 , . 2 0.IB. 1.8,4, d d 4 d d4 直径缩小一半v不变,4/ 直径缩小一半q v不变,6- 2管内强迫对流传热时,短管修正系数C A 1,弯管修正系数crA 1,流体横掠管束时管排修正系数Cz 1 ,为什么_xot答：短管：入口段边界层厚度从零开始增加,到 hx较大,使 h 弯管：一 “_.一管排：由于尾流的作用,涡旋强化传热,使达至U最大值 hmax,官畛止示双h十h2十in十hz/zI任胪/吕1正双j ,c Hz?20C6-3湍流强迫对流传热时C向他条件棉max勺情况下粗糙管的对流传热系数大于光宿M勺,z 对流传热系数,为什么答：湍流时层流底层很薄,

32、粗糙管突起物露出层流底层,使流体流过时产生扰动,强化了 传热,所以粗糙管湍流强迫对流传热系数与粗糙程度有关,且比光滑管大.很大时,hT h由于入口段边界层较薄,to二次呢隔e索长的Cr?1, R很大时Cr = 1hh2令3川 A 4时,hz增加不多,根本上稳定max,管排修数h1 + h2 + | | + hz / Z注脚为管排数1)6- 4由图6-8可见,横掠单管时 力=0或力=180处的局部对流传热系数 S可能较大.这 在锅炉对流传热设计中有何意义答：由图6-8和式6-22 可见,流体冲刷单管时 W =0o处而最大,锅炉过热器第一排管 束受冲刷情况与烟气冲刷单管相仿,所以A点对流传热最强烈

33、,加上过热器前烟气空间中烟气的辐射传热,使第一排管A点热流密度很大而引起超温,甚至爆管而被迫停炉. 最后一排管子的B点对流传热系数也很大,后面的烟气空间也很大,虽然烟温有所下降,最后一排管 子的B点也有超温的可能.所以,锅炉设计中必须对过热器第一排管子A点前驻点和最后一排管束B点进行过热器壁温校核,检查是否超温,如有超温的现象, 必须采取举措或重新设计.6- 5管内充分开展段中tw乒tf流体的速度和温度都不沿轴向变化,对吗为什么 答：进入流动充分开展段后,速度 vr,x不沿轴向x变化,但此刻流体一边流动一边吸热 或放热,流体温度tr,x不仅沿径向r变化,而且沿轴向 x变化,但由于截面平均温度t

34、 f也在作同样的变化,所 以其相对过余温度不沿x方向变化称为热定型段或热充分开展段.6- 6流体斜掠单管时,hw随着4 力角为流速与管轴线间的夹角 的减小而降低,为什么? 答：流体斜向冲刷斜掠单管或管束时,前半段管子受到流体流体垂直冲击作用减小, 使前半部局部对流传热系数 hw减小,斜向冲刷相当于垂直冲刷椭圆管,椭圆管曲率变小, 圆管后半部流体别离作用减弱,后半部hw也减小.总之,与垂直冲刷圆管相比,平均对流传热系数h减小,斜掠时修正系数6- 7仿照管内强迫对流传热强化举措的分析,试说明流体横掠管束对流传热时应采取哪些 强化举措.答：横掠管束：由于所以代入上式改为强化横掠管束对流传热的举措；垂

35、直冲刷；加隔板如壳管式换热器,减少流体纵掠,同时可使 Cz;选用舄和P、Cp大的流体；选用粘度Y小的流体n h顺.6- 8混合对流传热系数会小于同样情况下按纯强迫对流传热计算得到的传热系数,为什么答：在竖管内流体如自上向下流动且被加热时,壁面附近流体有由于受热而有上升的趋势,使这些流体向下流动的速度减慢,如流体自管内自下而上流动且被管子冷却,也使壁面附近流体流速减小,这两种情况都减小了流体的冲刷作用而使混合对流体自上而下流动且被加热, 自然对流方向与强迫流动方向一致,使流体在壁面附近速度增加,混合对流传热时对流传热系数大于纯强迫对流传热系数,流体在水平管内混合对流传热系数总大于纯强迫对流传热系

36、数,如二者近似相等.6- 9管内强迫对流传热考虑温度修正系数时,为什么液体用粘度来修正,而气体用温度来修正答：流体边界层温度场影响着流体的物性值.对于液体,主要影响着动力粘度Y,对密度影响不大,所以对于液体进行粘度修正,即温度修正系数Ct用对于气体边界层温度场6- 10 摩托车内燃机气缸外的肋片有时被割开,如图6-15所示,割开后对散热有什么影响答：摩托车开动后,空气纵掠内燃车气缸肋片,这是流体纵掠平壁.由于肋片不大,空气在肋片上根本上只是形成层流边界层,沿着空气流动方向上层流边界层厚度增加,使局部对流传热系数h入减小.将肋片割开后,形成几道裂纹,相当于使平壁长度l减小,边界层厚度减小,对流传

37、热系数增加,另裂缝处空气产生一定的俄程度的扰动,也强化了对流传热.6- 11 对于有限空间自然对流传热,会小于1吗为什么答：中=小+中+即使不考虑辐射传热,总传热量也大于仅靠导热传递的热流量,c r如仍用傅里叶定律来计算 ,贝U式中入e为当量热导率,显然 入eq 入为流体真实热导率,而有限空间自然对流传热时,所以Nu1.如自然对流作用小到可以忽略,Nu将等以1,但无论如何不会小于 1.7- 1竖壁倾斜后凝结传热系数减小,如何解释答：大竖壁倾斜后,凝结液向下流动变慢, 使液膜加厚,液膜热阻增加,凝结传热系数减少.7- 2空气从上向下横掠过管束时,平均对流传热系数随着竖直方向上的管排数的增加而增加

38、.而蒸汽在水平管束外凝结传热时,竖直方向上管排数越多,平均凝结传热系数却越低.你如何理解这两种相反的结论答：空气自上向下横掠过管束时随着管排数增加,扰动强度增加,各排管对流传热系数增加.蒸汽在水平管束外凝结时,自上向下随着管排数的增加,凝结液膜越来越厚, 凝结传热热阻越来越大,凝结传热系数逐渐减小,平均凝结传热系数越来越小.7- 3水蒸气在管外凝结传热时,一般将管束水平放置而不竖直放置,为什么1答：由于管长l?d,而层流时h尸1为定型尺寸,水平放置时l=do?l ,所以h水平h竖直.在同样情况下,要凝结同样数量蒸汽,管子水平放置所需对流传热面比竖直放置时小,所以蒸汽在管束凝结时管束应尽量水平放

39、置.7- 4 图7-15所示的泄液装置能提升凝结传热系数,原因何在答：泄液盘使竖管高度 H下降,液膜厚度变小,热阻变小,凝结传热系数 h增加；泄液板使竖直方向上管排数 nm减小,h .7- 5为什么冷凝器上要装抽气器将其中的不凝结气体抽出答：由于冷凝器处于真空状态,易漏入空气,加上蒸汽中原来带有极少空气,在冷凝器内随着蒸汽凝结,空气浓度增加,使hl L.为此,在冷凝器上装上抽气器, 及时将空气抽掉,以保证冷凝器维持较高的凝结传热系数.7- 6在大气压下将同样的两滴水滴在外表温度分别为120 C和400 C的锅上,试问滴在哪种锅上的水先被烧干,为什么答：120 C锅上的水滴先被烧干, 大气压下,

40、锅外表的过热度tw-ts分别为20C和300 C , 对照图7-10,前者外表发生核态沸腾,后者发生膜态沸腾,虽然后者传热温差比前者大得多,但前者传热系数更比后者大得多,使后者传热量反而低于前者,所以120C锅上水滴先被烧干.7- 7使流体振动可提升单相流体对流体传热系数.用此法使水振动,能否提升水在大空间 沸腾的传热系数答：太空间水沸腾传热时,汽泡在极短的时间内成千倍的长大,有人称之为“爆炸式的 成长,成长后汽泡脱离加热面,这些都是强烈地扰动着壁面附近的水,使沸腾传热系数较大,这时如再设法使水振动,效果将不会太好,沸腾传热系数增加不明显.7- 8 氟利昂的沸腾和凝结传热系数比水沸腾和凝结的传

41、热系数小得多,你能说明原因吗答：单相介质对流传热靠显热传递热量,相变对流传热靠汽化潜热传递热量,氟利昂和水的汽化潜热之比约为1: 10,所以氟利昂沸腾和凝结传热系数比水的相应值要小得多.7- 9 从大容量饱和沸腾传热曲线见图 7-10可看出,用电流加热恒热流的情况下, 水沸腾时沸腾曲线会从 C点跃到E点,而常使设备烧毁.用水壶烧开水也可近似视为恒热流 加热,但为什么不必担忧烧干前水壶会烧毁答：由图7-10可以看出,大气压下大容器沸腾危机时临界热流密度qc=1.1 x 106 w/宿,而水壶烧开水时的热流密度一般只有2X 1041 x 105 w/m2,远小于qc,不可能产生膜状沸腾.所以,只要

42、壶中有水就不必担忧它会被烧坏.第十一章8- 1 一个物体,只要温度 T0 K就会不断地向外界辐射能量.试问它的温度为什么不会因 其热辐射而降至0 K?答：T0K, E0,它向外界辐射能量,但它也接受外界物体对它辐射能量,而处于辐射热平 衡状态,其温度不变.8- 2什么叫黑体、灰体和白体它们分别与黑色物体、灰色物体和白色物体有什么区别 答：黑体能全部吸收投射辐射,灰体对光谱辐射的辐射能吸收比等于常数,即对投射辐射 的吸收比与投射辐射的波长无关.白体对投射辐射起完全反射作用,而且是漫反射.上述定义在工程上应用时一般仅指红外线范围内,而日常指的黑色物体、 灰色物体和白色物体都是针对可见光而言的.黑色

43、物体能吸收绝大局部可见光,灰色物体能按比例的吸收局部可见光,白色物体反射绝大局部可见光.黑体不一定是黑色的,雪较接近于黑体,但它在阳光下是白色物体.8- 3图8-8所示的黑体模型、空腔外表温度为T,直径为D,空腔上小孔直径为 d,其小孔具有黑体性质,试写出小孔单位时间内向外界辐射能量的计算式.TT 山.4. .282 44答：中=蛔打=& d x 5.67 x 10 w/m Kx T ,式中T为空腔壁温,5 A为小孔面4积,不可用空腔面积.8- 4外表发射率是物体外表的特性参数,外表吸收比是否也是物体外表的特性参数为什 么答：外表吸收比不仅取决于该外表本身情况,而且还取决于辐射源的情况外表温度

44、和表 面性质,所以它不能被称为该外表的特性参数.8- 5从减少冷藏车冷量损失出发,试分析冷藏车外壳上的油漆颜色深一点好还是浅一点好 为什么答：冷藏车一方面与周围物体进行辐射传热,与空气进行对流传热一般情况下都是冷藏车吸收热量；另一方面它常在太阳下走,大量吸收太阳辐射能,前者与颜色关系不大,后者与颜色关系密切. 众所周知,浅色物体吸收太阳能少, 深色物体吸收太阳能多,所以夏天宜穿浅色衣服.冷藏车也有类似现象,浅色吸收太阳能少,冷损失少.8- 6 一半球形真空辐射炉,球心处有一个尺寸不大的圆盘形黑体辐射加热元件,如图8-46所示.时指出A、B、C三处中何处定向辐射最大何处辐射热流密度最大,一,、

45、,一,、,、,一、, ,d*谷：黑体辐射为漫反射,辐射度与方向无关,所以la=lb=lc,由L=,侍dACos d1 1d = LdACosdQ,在 ABC三处,d.相同,但 Cos中 aCos平 bCos中 c,所以 d* a 曲 b die,即 qAqBqc.8- 7在辐射传热中假想灰体有何实际意义 答：由于实际物体与黑体相差较远& v 1,物体辐射能量有困难,而灰体一般 a v 1, 相比,口九乒c.在红外线范围内实际物体物体在红外线范围内可视为灰体有时称为准灰体 的方便.由此看来,引用灰体概念具有很大的现实意义.8-8a v 1, a % 丰c,用黑体规律来计算实际:-=c与实际物体接

46、近实际物体与灰体a 人变化不大,可是为常数近似,即实际O这对实际物体辐射传热计算带来很大表8-2 黑体辐射函数也适用于灰体吗为什么?答:灰体哄)Eb必 & Eb成 丘哗F.一 000 ( )EbxdO04=吊(0顷sP-)( Eb.舄心bT8-9有N个外表组成的封闭系统,N求证其中某一外表 k的投射辐射Gk=乂心i d答:1 N1 NGk=J i Ai X ik =-Ak i 1Aki =1NJ i AkX ki = J i X ki i A8-10何为外表发射率实际物体的外表发射率与哪些因素有关粗糙外表的发射率为什 么比光滑外表的发射率大答：外表发射率为该物体辐射力 发射辐射与同温下黑体辐射

47、力之比,即aT=-E皿.EbT它与物体的种类、外表温度和外表状况等有关,粗糙面上的突起物有类似于人造空腔的作用, 使其有效发射率增加.8-11有人说,物体辐射力越大其吸收比也越大,换句话说,善于发射的物体必善于吸收.你的看法如何答：在本章之前可以这样讲,但学习了基尔霍夫定律以后就不要这么讲了.以下讲法可能更严密：物体辐射力越大,其对同样温度的黑体辐射吸收比越大,善于发射的物体,必善于吸收同温下黑体辐射,以上强调了两点：物体与辐射源处于辐射热平衡； 辐射源为黑体, 如物体为灰体,这两点就不需要,题中讲法不必修正.8-12厚1mm的普通玻璃的光谱投射比方图8-47所示,试据此解释玻璃房的“温度效应

48、.答：由图可见,玻璃对短波局部的热辐射吸收比aQ较小,即穿透比丁._较大,而对于长波局部的热辐射吸收比 a人较大,透射比tQ较小.太阳辐射能中主要是波长较短的局部见例题8-2,可以通过玻璃被室内物体吸收.而室内物体温度较低,辐射的能量几乎全在远红外线的波长范围内, 这局部能量不能穿透玻璃到室外. 这样,太阳的辐射能可以 进入室内,而室内物体的辐射能却辐射不出去玻璃房主要通过玻璃的导热向外散失热量 , 这就是“温室效应.8- 13 何谓黑体、灰体、半透明气体和重辐射面的有效辐射答：黑体：Jb=Eb；灰体：J=E+1+&GG为投射辐射；气体：&=E+1-otg;再辐射面：.Er14 . ErEr

49、- 一一,i ,jr = -i一e=0= = Eb 再辐射面也是灰体.:R : R A=：r :r8- 14 普通玻璃能用来做紫外线和红外线灯的灯泡吗为什么提示：参考图8-47.答：由图-47可见,普通玻璃对于紫外线透射比T Q很小,它不适用于做紫外线灯炮.普通玻璃对于 兀Y 3Hm的红外线透射比 兀较高,但对于乳A 3Pm的远红外线 赤也较低. 所以它也不宜用来做红外灯泡.815 在短波入1 um范围内,木板和铝板的光谱吸收比分别为 %、口2 ,且力a/.在长波范围内那么相反.当木板和铝板同时长时间地放在阳光下时,铝板温度比木板高,试解释这种现象.答：在短波九Ypm范围内,a木板A Y a铝

50、赤,在阳光下铝吸收的太阳能比木板多.对于长波红外线范围内,木板AA a铝0 , 6木板QA &铝兀,铝与周围物体进行辐射传热时辐射散热比木板少,所以在阳光下铝板温度比木板高. 8-16 如图8-48所示的两组平行外表的大小、形状和相对位置距相同.图 a中外表1和2 的温度自左向右均呈线性递增；图 b中外表1的温度自左向右呈线性递减,而外表 2与图a 中的外表2相同.显然,图8-48a、b中外表1辐射到外表2的能量不同,即二者角度系数 X1, 2不同.根据角度系数纯粹是几何因素,上述两种情况的几何因素相同,其角度系数也相同.以上情况如何解释答：角系数纯粹是几何因素和结论是在漫射外表和均匀辐射的根

51、底上得到的,离开这两个 条件角系数就不纯粹是几何因素.此题两种情况均不是均匀辐射外表温度不均匀,其角系数不纯粹是几何因素,与温度分布有关,这不属本书研究范畴.8-17为了减少热电偶测量烟气温度的误差,采用图8-49所示结构的热电偶.为使遮热效果良好,要不要对 s/d加以限制为什么 一 S答：只有遮热罩传热电偶根本上看不到水冷壁,它才起到良好的遮热作用,如 巴较小,热dS -电偶仍能看到较大局部的水冷壁,其遮热效果不好.为此,一般要求三2,这样传热电偶d0.015.卜列各式中哪些是正确的与水冷壁间的角系数可以小于8-18(1)X1 2,3 = Xi.3 X2.3(2)X3,1 2 = X3.1 X3.2(3)Ai 2X3,1 2 = A1X3.1A2X3.2A .2 X 1 2,3 = A1 X1.3 A2X2.3(5)A3X1 2,3 = A3X1.3A2X2.3答:1不正确.X1毛,3=冬公A1 2A3 X 3.1A3X3.2A1X1.3A2X2.3A1 2A1 2(2)正确