20129传热试题答案1

1、一、计算题1、一根直径为1mm的铜导线，每米的电阻为。导线外包有厚度为0.5mm，导热系数为0.15W/(mK)的绝缘层。限定绝缘层的最高温度为650C，绝缘层的外表面温度受环境影响，假设为400C。试确定该导线的最大允许电流为多少？解：(1)以长度为L的导线为例，导线通电后生成的热量为,其中的一部分热量用于导线的升温，其热量为：一部分热量通过绝热层的导热传到大气中，其热量为：。根据能量守恒定律知：即(2)当导线达到最高温度时，导线处于稳态导热，W/m，2、已知室外气温-12，室内温度20，室内对流换热系数25W/m2K，室外对流换热系数45W/m2K。砖墙厚240mm，导热系数0.56 W/

2、mK，用苯板保温，苯板后10mm，导热系数0.027 W/mK，保温后的装饰层厚度3mm，导热系数0.93 W/mK。假设砖墙内含有水分而且当温度低于0时就会结冰（结冰前后导热系数假设保持不变）。如图，试确定外保温和内保温情况下，那种保温方式会出现砖墙内结冰现象？为什么？解：装饰层热阻k/w苯板层热阻k/w砖墙层热阻k/w内侧对流热阻 k/w外侧对流热阻k/w不论是内保温还是外保温，热流密度均为W如果内保温，则砖墙外侧温度0C砖墙内侧温度0C如果外保温，则砖墙内侧温度0C砖墙外侧温度0C可见，内保温时，砖墙内的温度从-11.177变化到4.689，跨越了0，因此会出现墙内结冰。外保温时，墙内温

3、度从2.653变化到18.519，不会出现结冰现象。3、热电厂有一水平放置的蒸汽管道，保温层外径为400mm,壁温为50，周围空气的温度为20。计算单位蒸汽管道外壁面的对流散热损失。（35的空气物性参数为：；）形状流态参数Cn横圆柱层流过渡湍流0.480.01650.111/40.421/3解：这是一个自然对流换热问题。特征温度为此时空气得物性参数为： ， （1分） （1分） （2分）查表得 （2分） （2分） （2分）4、管内壁温为100，水在管内流动，流量为0.5kg/s，水温从15升到45。管的内径为50mm，长4.5m。求管内流体与壁面间的平均换热系数。（水30时）解：水的特征温度为

4、（2分）水侧吸热量为 （1分） 管内换热面积为 （1分）圆管内对流换热的进出口换热温差： （2分）平均换热温差 （2分）平均换热系数 （2分）5、两块平行放置的平板1和2，相关尺寸如图示。已知：0C，0C，。试用网络法求： (1) 两平板之间的辐射换热量； (2) 若两平板均为黑体表面，辐射换热量又等于多少? 答：(1) W 若两表面为黑体表面，则 W6、（10分）利用一同心套管式换热器，将流量为225kg/h、比热为4188J/kgK的水由35加热至95，并用流量为225kg/h、比热2095J/kgK和温度210kg/h的油作为热流体。若总传热系数为550W/（K），且管外径为100mm。

5、求（1）该换热器是逆流式还是顺流式；（2）换热器的长度。解：由题意，水的进口温度为，出口温度为；油的进口温度为，出口温度为；设每程管子长度为（1） 由热平衡 则 （3）由于，则可以判断出该换热器为逆流换热器。 （2）（2） 逆流考虑时对数平均温差为 （3）又由，则 （2）二、简答题7、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?答：由于描述一个导热问题的完整数学描写不仅包括控制方程，还包括定解条件。所以虽然非稳态导热的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(如第二或第三类边界条件)。因此上述观点不对。8、应用准则关联式求管内对流换热系数时，

6、定性温度如何确定？确定定性温度有何用处？答：应用准则关联式求管内对流换热系数时，定性温度原则上取进口截面流体温度的平均值。（2分）定性温度是以计算流体的物性。在整理实验数据时按定性温度计算物性，则整个流场中的物性就可认为时相应与定性温度下的值，即相当于把物性视为常数，于是物性场相似的条件自动满足。9、其他条件相同时，同一根管子横向冲刷和纵向冲刷相比，哪一个的表面传热系数大，为什么？答：（1）因为纵向冲刷时相当于外掠平板的流动，热边界层较厚。（2）横向冲刷时表面传热系数大。横向冲刷时热边界层薄且存在由于边界层分离而产生的涡旋，增加了流体扰动，因而换热强。10、已知在短波（1m）范围内，木板和铝板

7、的光谱吸收比分别为1、2，且12；在长波范围内则相反。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（1m）范围内，木板（）铝板（），木板（）铝板（），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高。11、北方深秋季节的清晨，树叶叶面上常常结霜。试问树叶上、下去面的哪一面结箱?为什么?答：霜会结在树叶的上表面。因为清晨，上表面朝向太空，下表面朝向地面。而太空表回的温度低于摄氏零度，而地球表面温度一般在零度以上。由于相对树叶下表面来说，其上表面需要向太空辐射更多的能量，所以树叶下表面温度较高，而上表面温度较低且可能低于零度，因而容易结霜。

8、12、如图所示的真空辐射炉，球心处有一黑体加热元件，试指出，3处中何处定向辐射强度最大?何处辐射热流最大?假设，处对球心所张立体角相同。答：由黑体辐射的兰贝特定律知，定向辐射强度与方向无关。故。而三处对球心立体角相当，但与法线方向夹角不同，。所以处辐射热流最大，处最小。13、（5分）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,为什么?对管内强制对流换热，为什么采用短管和弯管可以强化流体换热？答：1、有三个因素造成横向冲刷比纵向冲刷的换热系数大：弯曲的表面引起复杂的流动，边界层较薄且不易稳定；管径小，流体到第二个管子时易造成强烈扰动；流体直接冲击换热表面。2、对管内强制对流，短管存在明显的入口段效应，入口段边界层较薄，局部表面换热系数大；弯管改变流体的流动方向，使流体产生了较大的扰动，破坏了边界层所以可强化换热。14、（3分）动力蒸汽管路，外径25cm，外面包上5cm厚的绝热材料，绝热材料导热系数，绝热层与环境间自然对流换热系数在。试问为了进一步减少散热损失是否应增加绝热层厚度?并说明原因。答：由于绝热材料对应的临界绝缘直径，蒸汽管路外径为，所以增加绝缘层厚度散热量会减小。