传热学试题库含答案

1、百度文库5传热学试题库第一章概 论一、名词解释1 .热流量：单位时间内所传递的热量2 .热流密度：单位传热面上的热流量3 .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。4 .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。5 .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

2、为表面辐射传热，简称辐射传热。6 .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。1K是的对流传热量,1K是的辐射传热量,1K是的复合传热量,单位为W （m2 K）。2单位为W （m K）。2单位为W （m K）。7 .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 对流传热系数表示对流传热能力的大小。8 .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 辐射传热系数表示辐射传热能力的大小。9 .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 复合传热系数表示复合传热能力的大小。10 .总传热系数：

3、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。四、简答题1 .试述三种热量传递基本方式的差别，并各举12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）2 .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）3 .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）4.在分析传热过程时

4、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。）5 .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）6 .在空调房间内，夏季与冬季室内温度都保持在22c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）第二章热传导一、名词解释1 .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

5、的函数。2 .等温面（线）：由物体内温度相同的点所连成的面（或线）。3 .温度梯度：在等温面法线方向上最大温度变化率。4 .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1 K/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。5 .导温系数：材料传播温度变化能力大小的指标。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 .非稳态导热：物体中各点温度随时间而改变的导热过程。8 .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。9 .保温（隔热）材料：入w W/（m K）（平均温度不高于

6、350c时）的材料。10 .肋效率：肋片实际散热量与肋片最大可能散热量之比。11 .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。12 .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。四、简答题1 .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=入/c p）,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

7、播温度变化的能力的大小，两者都是物性参数。）2 .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。（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A / t为A t=t f-t h=-tf一t0-,其中mH jOPH J±H ,欲 ch(mH). A使测量误差A t下降，可以采用以下几种措施：(1) 降低壁面与流体的温差(t f-t o),也就是想办法使肋基温度 to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

8、以下手段实现：增加H,延长温度计套管的长度；减小入，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。降低8 , 减小温度计套管的壁厚，采用薄壁管。提高h增强温度计套管与流体之间的热交换。)3 .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。t2t(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 a一x第一类边界条件：> >0,t w=f w(x, T )第二类边界条件：T >0,fw(X,)n w第三类边界条件：t >0, s htw tf

9、n w4 .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？(提示：与简答题 2的第(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)5 . 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

10、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。)、第三章对流传热一、名词解释1. 速度边界层：在流场中壁面附近流速发生急剧变化的薄层。2. 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。3. 定性温度：确定换热过程中流体物性的温度。4. 特征尺度：对于对流传热起决定作用的几何尺寸。5. 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。6. 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。7. 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。8. 大空间自然对流传热：传热面上边界层的

11、形成和发展不受周围物体的干扰时的自然对流传热。9. 珠状凝结：当凝结液不能润湿壁面 （0 >90?时，凝结液在壁面上形成许多液滴，而不形成连续的液膜。10. 膜状凝结：当液体能润湿壁面时，凝结液和壁面的润湿角（液体与壁面交界处的切面经液体到壁面的交角）0 <90?凝结液在壁面上形成一层完整的液膜。11. 核态沸腾：在加热面上产生汽泡，换热温差小，且产生汽泡的速度小于汽泡脱离加热表面的速度，汽泡的剧烈扰动使表面传热系数和热流密度都急剧增加。12. 膜态沸腾：在加热表面上形成稳定的汽膜层，相变过程不是发生在壁面上，而是汽液界面上，但由于 蒸汽的导热系数远小于液体的导热系数，因此表面传热

12、系数大大下降。四、简答题1 .影响强迫对流传热的流体物性有哪些？它们分别对对流传热系数有什么影响？（提示：影响强迫对流换热系数的因素及其影响情况可以通过分析强迫对流传热实验关联式，将各无量纲量展开整理后加以表述。）2 . 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。 ）3 .、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

13、，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;1 （3）顺排管束由于通道平直比叉排管束容易清洗。）4 .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：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。）5 .为什么电厂凝汽器中，水蒸气与管壁之间的传热可以不考虑辐射传热？（提示：可

14、以从以下 3个方面加以阐述：（1）在电厂凝汽器中，水蒸气在管壁上凝结，凝结换热系数约为450018000W/（m2. K）,对流换热量很大；（2）水蒸气与壁面之间的温差较小，因而辐射换热量较小；（3）与对流换热相比，辐射换热所占的份额可以忽略不计。）/6 .用准则方程式计算管内湍流对流传热系数时，对短管为什么要进行修正？（提示：从热边界层厚度方面加以阐述： （1）在入口段，边界层的形成过程一般由薄变厚； （2）边界层的变 化引起换热系数由大到小变化， 考虑到流型的变化，局部长度上可有波动，但总体上在入口段的换热较强 （管 长修正系数大于1）; （3）当l/d>50（或60）时，短管的上述

15、影响可忽略不计，当 l/d<50（或60）时，则必百度文库须考虑入口段的影响。7 . 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。）8 . 什么叫临界热流密度？为什么当加热热流大于临界热流密度时会出现沸腾危机？（提示：用大容器饱和沸腾曲线解释之。以大容器饱和沸腾为例，（1）沸腾过程中，随着壁面过热度At的增大，存在自然对流、 核态沸腾、不稳定膜态沸腾和膜态沸腾四个阶段，临界热流密度是从核态沸腾向膜态沸腾转变过程中所对

16、应的最大热流密度；（2）当加热热流大于临界热流密度时,工、沸腾工况向膜态沸腾过渡，加热面上有汽泡汇集形成汽膜，将壁面与液体隔开，由于汽膜的热阻比液体大得多，使换热系数迅速下降， 传热恶化；（3）汽膜的存在使壁温急剧升高，若为控制热流加热设备，如电加热设备，则一旦加热热量大于 临界热流密度，沸腾工况从核态沸腾飞跃到稳定膜态沸腾，壁温飞升到1000c以上（水），使设备烧毁。）9 .试述不凝性气体影响膜状凝结传热的原因。（提示：少量不凝性气体的存在就将使凝结换热系数减小，这可以从换热热阻增加和蒸汽饱和温度下降两方面加以阐述。（1）含有不凝性气体的蒸汽凝结时在液膜表面会逐渐积聚起不凝性气体层， 将蒸汽

17、隔开，蒸汽凝结必须穿过气层，使换热热阻大大增加；（2）随着蒸汽的凝结，液膜表面气体分压力增大，使凝结蒸汽的分压力降低，液膜表面蒸汽的饱和温度降低，减少了有效冷凝温差，削弱了凝结换热。 ）第四章.辐射传热一、名词解释1 .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。2 .吸收比：投射到物体表面的热辐射中被物体所吸收的比例。3 .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。4 .穿透比：投射到物体表面的热辐射中穿透物体的比例。5 .黑体：吸收比a = 1的物体。6 .白体：反射比p =1的物体（漫射表面）7 .透明体：透射比°=

18、 1的物体8 .灰体：光谱吸收比与波长无关的理想物体。9 .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。10 .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。11 .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。12 .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。13 .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。14 .投入辐射：单位时间内投射到单位面积上的总辐射能。

19、15 .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。/16 .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。 5百度文库17 .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。18 .表面辐射热阻：由表面的辐射特性所引起的热阻。19 .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。20 .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。四、简答题1 .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

20、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：烟气与热电偶间的复合换热小；热电偶与炉膛内壁问的辐射换热大。减小误差的措施：减小烟气与热电偶间的换热热阻， 如抽气等；增加热电偶与炉膛间的辐射热阻，如加遮热板；设计出计算误差的程序或装置，进行误差补偿。 ）2 . 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

21、和空气升温。室内物 体所发出的辐射是一种长波辐射一一红外线，对于长波车§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。）3 .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

22、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。）4. 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。）/5. 玻璃可以透过可

23、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。）6. 什么是“温室效应” ？为什么说大气中的 C02含量增加会导致温室效应 ？（提示：可以从气体辐射的特点和能

24、量平衡来加以说明。 CO气体具有相当强的辐射和吸收能力，属于温 室气体。根据气体辐射具有选择性的特点，CO气体的吸收光带有三段：2. 652. 8、4. 15-4. 45、13. 0-17. 0 dmi主要分布于红外区域。太阳辐射是短波辐射，波长范围在0. 38 0. 76 m,因此，对于太阳辐射C02气体是透明的，能量可以射入大气层。地面向空间的辐射是长波辐射，主要分布于红外区域，这 部分辐射在CO气体的吸收光带区段 C®气体会吸收能量，是不透明的八在正常情况下，地球表面对能量的 吸收和释放处于平衡状态，但如果大气中的CO含量增加会使大气对地面辐射的吸收能力增强，导致大气温度上升，

25、导致了所谓温室效应。）第五章传热过程与传热器名词解释1 .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2 .复合传热：对流传热与辐射传热同时存在的传热过程.3 .污垢系数：单位面积的污垢热阻.4 .肋化系数：肋侧表面面积与光壁侧表面积之比.5 .顺流：两种流体平行流动且方向相同6 .逆流：两种流体平行流动且方向相反7 .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8 .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.9 .临界热绝缘直径：对应于最小总热阻（或最大传热量）的

26、保温层外径.四、简答题1. 试举出3个隔热保温的措施，并用传热学理论阐明其原理？（提示：可以从导热、对流、辐射等角度举出许多隔热保温的例子 .例如采用遮热板，可以显著削弱表面之间 的辐射换热，从传热学原理上看，遮热板的使用成倍地增加了系统中辐射的表面热阻和空间热阻，使系统黑度减小，辐射换热量大大减少；又如采用夹层结构并抽真空，可以削弱对流 换热和导热，从传热角度看，夹层结构可以使强迫对流或大空间自然对流成为有限空间自然对流，使对流换热系数大大减小，抽真空，则杜绝了空气的自然对流，同时也防止了通过空气的导热；再如表面包上高反射率材料或表面镀银， 则可以减小辐射表面的吸收比和发射率（黑度），增大辐

27、射换热的表面热阻，使辐射换热削弱，等等。）2. 解释为什么许多高效隔热材料都采用蜂窝状多孔性结构和多层隔热屏结构。（提示：从削弱导热、对流、辐射换热的途径方面来阐述。高效隔热材料都采用蜂窝状多孔性结构和多层 隔热屏结构，从导热角度看，空气的导热系数远远小于固体材料， 因此采用多孔结构可以显著减小保温材料 的表观导热系数，阻碍了导热的进行； 从对流换热角度看， 多孔性材料和多层隔热屏阻隔了空气的大空间流 动，使之成为尺度十分有限的微小空间。使空气的自然对流换热难以开展，有效地阻碍了对流换热的进行；从辐射换热角度分析，蜂窝状多孔材料或多层隔热屏相当于使用了多层遮热板，可以成倍地阻碍辐射换热的进行，

28、若再在隔热屏表面镀上高反射率材料，则效果更为显著。）3. 什么叫换热器的顺流布置和逆流布置？这两种布置方式有何特点？设计时如何选用？（提示：从顺、逆流布置的特点上加以论述。冷、热流体平行流动且方向相同称为顺流，换热器顺流布置 具有平均温差较小、所需换热面积大、具有较低的壁温、冷流体出口温度低于热流体出口温度的特点。冷、 热流体平行流动但方向相反称为逆流，换热器逆流布置具有平均温差大、所需换热面积小、具有较高壁温、 冷流体出口温度可以高于热流体的出口温度的特点。设计中，一般较多选用逆流布置，使换热器更为经济、 有效，但同时也要考虑冷、 热流体流道布置上的可行性，如果希望得到较高的壁面温度，则可选

29、用逆流布置，反之，如果不希望换热器壁面温度太高，则可以选择顺流布置，或者顺、逆流混合布置方式。入）4. 试解释并比较换热器计算白平均温差法和£ NTUfe?（提示：从平均温压法和e NTU法的原理、特点上加以阐述。两种方式都可以用于换热器的设计计算和 校核计算，平均温差法是利用平均温差来进行换热器的计算，而eNTU法是利用换热器效能e与传热单元数NTU来进行换热器计算。平均温压法要计算对数平均温压，而£ NTU法则要计算热容量比、传热单元数或换热器效能。设计计算时，用平均温差法比用eNTU法方便，而在校核1t算时，用eNTU法比用平均温差方便。）5. 请说明在换热设备中，水

30、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。）'传热过程及换热器部分一、基本概念主要包括传热方程式及换热器设计、对数平均温差、换热器中两流体沿程温度变化曲线、强化

31、传热及热阻分析、传热系数实验测定方法等等。1、对壳管式换热器来说，两种流体在下列情况下，何种走管内，何种走管外？ 清洁与不?#洁的；（2）腐蚀性大与小的；（3）温度高与低的；（4）压力大与小的；（5）流量大与小的；（6） 粘度大与小的。答：（1）不清洁流体应在管内，因为壳侧清洗比较困难，而管内可定期折开端盖清洗；（2）腐蚀性大的流体走管内，因为更换管束的代价比更换壳体要低，且如将腐蚀性强的流体置于壳侧，被腐蚀的不仅是壳体，还有管子；（3）温度低的流体置于壳侧，这样可以减小换热器散热损失；（4）压力大的流体置于管内，因为管侧耐压高，且低压流体置于壳侧日有利于减小阻力损；（5）流量大的流体放在管外

32、，横向冲刷管束可使表面传热系数增加；（6）粘度大的流体放在管外，可使管外侧表面传热系数增加。2、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c试分析原因。答：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。3、有一台钢管换热器，热水在管内流动，空气在管束间作多次折流横向冲刷管束以冷却管内热水。有人提 出，为提高冷却效果，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。答：该换热器管内为水的对流换热，管外为空气的

33、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。4、为了简化工程计算， 将实际的复合换热突出一个主要矛盾来反映，将其次要因素加以适当考虑或忽略掉，试简述多孔建筑材料导热、房屋外墙内表面的总换热系数、锅炉炉膛高温烟气与水冷壁之间的换热等三种具 体情况的主次矛盾。答：通过多孔建筑物材料的导热，孔隙内虽有对流和辐射，但导热是主要的，所以热量传递按导热过程进行计算，孔隙中的对流和辐射的因素在导热系数中加以考虑。房屋外墙内表面的总换热系数是考虑了对流和 辐射两因素的复合，两者所起作用相

34、当，因对流换热计算简便，将辐射的因素折算在对流换热系数中较方便 些。锅炉炉膛高温烟气与水冷壁之间的换热，由于火焰温度高达1000 c以上，辐射换热量很大，而炉膛烟气流速很小，对流换热相对较小，所以一般忽略对流换热部分，而把火焰与水冷壁之间的换热按辐射换热计算。，/ 5、肋片间距的大小对肋壁的换热有何影响？答：当肋片间距减小时，.肋片的数量增多，肋壁的表面积相应地增大，故肋化系数3值增大，这对减小热阻有 利；此外适当减小肋片间距可以增强肋片间流体的扰动，使换热系数h相应提高。但是减小肋片的间距是有限的，一般肋片的间距不小于边界层厚度的两倍，以免肋片间流体的温度升高，降低了传热的温差。6、如何考虑

35、肋片高度l对肋壁传热的影响？答：肋高l的影响必须同时考虑它对肋片效率刀f和肋化系数3两因素的作用。l增大将使刀f降低，但却能使肋面积A2增大，从而使3增大。因此在其他条件不变的情况下 ，如能针对具体传热情况，综合考虑上述两项因素，合理地选取l ,使1/(h y f 3 )项达一最低值,从而获得最有利的传热系数 KA彳1,以达到增强传热的目的。7、试述平土匀温差法(LMTDfe)和效能一传热单元数法(e -NTU去)在换热器传热计算中各自的特点？答：LMT法和£ -NTUfe都可用于换热器的设计计算和校核计算。这两种方法的设计计算繁简程度差不多。但采用LMTDfe可以从求出的温差修正系

36、数。At的大小看出所选用的流动形式接近逆流程度，有助于流动形式的选择，这是£ -NTUfe所做不到的。又于校核计算 ,两法都要试算传热系数，但是由于LMTDfe需反复进行对数计 算故较e -NTUfe稍嫌麻烦些,校核计算时如果彳热系数已知 ，则e-NTUt可直接求得结果,要比LMTDfe简便得 多。8、热水在两根相同的管内以相同流速流动，管外分别采用空气和水进行冷却。经过一段时间后，两管内产生相同厚度的水垢。试问水垢的产生对采用空冷还是水冷的管道的传热系数影响较大？为什么？答：采用水冷时，管道内外均为换热较强的水，两侧流体的换热热阻较小，因而水垢的产生在总热阻中所占的比例较大。而空气

37、冷却时，气侧热组较大，这时，水垢的产生对总热阻影响不大。故水垢产生对采用水冷 的管道的传热系数影响较大。二、定量计算 主要包括：复合换热及传热过程、热阻分析、换热器设计计算、换热器校核计算。1、外径为200mmi暖热水输送保温管道， 水平架空铺设于空气温度为 -5 C的室外，周围墙壁表面平均温度近 似为0C,管道采用岩棉保温瓦保温，其导热系数为入(W/mC) =+ (C)。管内热水平均温度为100 C,由接触式温度计测得保温层外表面平均温度为45 C,表面发射率为，若忽略管壁的导热热阻，试确定管道散热损失、保温层外表面复合换热系数及保温层的厚度。解：管道散热损失包括自然对流散热损失和辐射散热损

38、失两部分。确定自然对流散热损失：心*二把£1 = 20/定性温度2 2c/T卅市三产加)卜0智(Gr Pr-办' m口703 mMi V了(15 06-10-7则L 小丁h - x - = 43.28 xd0.22.59x10。口 =刑W * 与)=开乂 Q 2 X 5, 505 x 45z(- 5) = 176 Q 8 %确定辐射散热损失： 属空腔(A 与内包壁(A)之间的辐射换热问题，且 &处。力出2一百9)=7T X(I, 9 X 5,67 10 X (45 + 273)' -(0 + 273)1 = 74S 91%35单位管长管道散热损失= 工= 92

39、4.99%确定保温层外表面复合换热系数:h =r=艺竽_r = 683日/利7rxQ.9x(45-+-3J确定保温层的厚度:由傅立叶定律积分方法获得。孙二一2后为电水 ,分离变量得:'''L：D£ -027-F 0.000kF J",即: ki lii = - 0.027 乂q3 -1f) + y2 *0.00017(£： 一1 ；J924 99 0 2 r宁口一0.027x (45 100)十格0 00017(45-00*)得管道外径I 1保温层的厚度为h dd 0 2-0.11 = ： =2 2=0.04 5 明2、一所平顶屋，屋面材料

40、厚s =,导热系数入w=(m-K),屋面两侧的材料发射率e均为。冬初，室内温度维持tf1 = 18C,室内四周墙壁亦为 18C,且它的面积远大于顶棚面积。天空有效辐射温度为-60 C。室内顶棚表面对流表面传热系数 h1=(m - K),屋顶对流表面传热系数 h2=(m - K),问当室外气温降到多少度时，屋解：求室内顶棚温度twi稳态时由热平衡，应有如下关系式成立：室内复合换热量 '=导热量中=室内复合电»=缶匕-瑞;t - n因'=中，且结霜时L-UC,可得：1P1rJ?必 1 -")+ 钝，(% -4)二百(%1 -0.525(lS-£w)+0

41、5x5.67xlCi-e(2914 -解得：= 116 Co求室外气温tf2荚热量中”二丁月/h】一小)0),即*辐面即开始结霜(tw2= 0C),此时室内顶棚温度为多少？此题是否可算出复合换热表面传热系数及其传热系数因中”二，可得:a4 4% k厂岂%),即:0.6, q 0.9X5.67X10-8(11.6-01+0.2x21.r '21 1(273*-213*)= 6.8c注意到传热方向，可以求出复合换热系数八心hf2依据一 ,1 一4,687,得%=瓦 +&= Q. 529+4687 =工第女依据力二£0匕T%）二4”Z-； 总=26.257幅切，得储尸% +

42、为”= 21,1 26,237 = 5.13了求传热系数K% a k 门5.396 0.6 -5.1573、一蒸汽冷凝器，内侧为ts=110C的干饱和蒸汽，汽化潜热r=2230,外侧为冷却水，进出口水温分2别为30c和80C,已知内外侧换热系数分别为104 /加化，及3000初七,该冷凝器面积A=2m,现为了强化传热在外侧加肋，肋壁面积为原面积的4倍，肋壁总效率刀=,若忽略冷凝器本身导热热阻，求单位时间A/" = no-8a = 3o c冷凝蒸汽量。解、对数平均温差：1= no-30 = 30 c?80-30wIn30二。窦传热系数10000 3000x4x(1.9力二H,4人承二

43、5129 3x2,50一州二5294x10,取M = = >3" 0 = 0.237单位时间冷凝蒸汽量：- - 17、设计一台给水加热器，将水从 15c加热到80C,水在管内受迫流动，质量流量为2kg/s ,比热为kgCo管内径为，外径，用110c的饱和蒸汽加热，在加热器为饱和液体。已知管内外的对流传热系数分别为4306 W/mC和7153W/ mC；汽化潜热r = kg;且忽略管壁的导热热阻,试利用£-NTUt确定所需传热面积。该换热器运行一段时间后， 在冷热流体流量及进口温度不变的条件下,只能将水加热到60C,试采用对数平均温差法确定运行中产生的污垢热阻。提示：一

44、侧流体有相变时，£-NTU=1-e o解：利用£ -NTU法确定所需传热面积。8015 =0,42换热器效能为:110-15传热单元数为:A/777 = -ln(l-r) = -ln(l-0.6842) = 1.15272x4186.8 =8373.6%传热系数为:143062687,吆女需说明因为管内径为，外径，即管壁较薄，可视为平壁的传热过程。NTU 由,得：A =1.1527x8373 6 =换热器面积为：二-二采用对数平均温差法确定运行中产生的污垢热阻。对数平均温差:加工1 /一 15 = 95c, Af = 110-5Ci=50c0Af150二G %"T

45、 J) = 3373,6 X (60-15)= 376 幻 2郎K'= 1纳3二修/ NgiAAf 3,6x70.1七运行中产生的污垢热阻为：r = -= - 一5一 二 0.000304T K 14处2/2的7-9/热辐射基本定律部分一、基本概念主要包括热辐射基本概念及名词解释、黑体辐射基本定律、实际物体辐射特性及其应用。1、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

46、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。2、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 I 1 = I 2=1 3°而三处对球心立体角相当，但与法线方向夹角不同，91。2。3。所以处辐射热流最大，处最小。3、有一台放置于室外的冷库，从减小冷库冷量损失的角度出发，冷库外壳颜色应涂成深色还是浅色?答：要减少冷库冷损，须尽可能少地吸收外界热量，而尽可能多地向外释放热量。因此冷库败取较浅的颜色，从而使吸收的可见光能

47、量较少，而向外发射的红外线较多。4、何谓“漫一灰表面” ？有何实际意义？/答：漫漫一灰表面”是研究实际物体表面时建立的理想体模型.漫辐射、漫反射指物体表面在辐射、反射时各方向相同.灰表面是指在同一温度下表面的辐射光谱与黑体辐射光谱相似，吸收率也取定值.漫漫一灰表面”的实际意义在于将物体的辐射、反射、吸收等性质理想化，可应用热辐射的基本定律了。大部分工程材料可作为漫辐射表面，并在红外线波长范围内近似看作灰体.从而可将基尔霍夫定律应用于辐射换热计算中。5、你以为下述说法：“常温下呈红色的物体表示此物体在常温下红色光的单色发射率较其它色光（黄、绿、兰）的单色发射率为高。”对吗？为什么？（注：指无加热

48、源条件下）答：这一说法不对。因为常温下我们所见到的物体的颜色，是由于物体对可见光的反射造成的.红色物体正是由于它对可见光中的黄、 绿、蓝等色光的吸收率较大，对红光的吸收率较小，反射率较大形成的.根据基而霍夫定律£广“入，故常温下呈红色的物体，其常温下的红色光单色发射率较其他色光的单色光发射率要小。6、某楼房室内是用白灰粉刷的，但即使在晴朗的白天，远眺该楼房的窗口时，总觉得里面黑洞洞的，这是 为什么？/答：窗口相对于室内面积来说较小 ，当射线（可见光射线等）从窗口进入室内时在室内经过多次反复吸收、反射，只有极少的可见光射线从窗口反射出来，由于观察点距离窗口很远 ，故从窗口反射出来的可见

49、光到达观察点的份额很小，因而就很难反射到远眺人的眼里，所以我们就觉得窗口里面黑洞洞的二、7、实际物体表面在某一温度 T下的单色辐射力随波长的变化曲线与它的单色吸收率的变化曲线有何联系？如巳知其单色辐射力变化曲线如图所示，试定性地画出它的单色吸收率变化曲线。答：从图中可以分析出，该物体表面为非灰体，根据基尔霍夫定律，a入=e入 且打，即为同一波长线与线之比。该物体单色吸收率变化曲线如图所示。二、定量计算包括建立辐射换热的能量守恒关系式，兰贝特定律的应用，利用物体的光辐（即单色）射特性计算辐射换热,21、白天，投射到一大的水平屋顶上的太阳照度Q=1100W/m,室外空气温反t1=27C,有风吹过时

50、空气与屋顶的表面传热系数为h = 25W/（m - K）,屋顶下表面绝热，上表面发射率 =,且对太阳辐射的吸收比 % = 求稳定状态下屋顶的温度。设太空温度为绝对零度。解：如图所示，稳态时屋顶的热平衡： /二，. 一 一对流散热量'"，:辐射散热量 Vg"小0567x105-。）太阳辐射热量.一 J耐丁二代入中得1伊父10气+257>8160采用试凑法，解得-321W.5 c2、已知太阳可视为温度 Ts=5800 K的黑体。某选择性表面的光谱吸收比随波长A变化的特性如图所示。当太2阳的投入辐射Q= 800 W/m时，试计算该表面对太阳辐射的总吸收比及单位面积上

51、所吸收的太阳能量。011 R Q* 1 尸 一 _ _ -r-“1j B fllT解：先计算总吸收比。_幻/露_阿C +R白/潟/Eb- ° 8/)必=0 8x0 3608 + 0,1x(1 -0.8608)= 0.7026十口】单位面积上所吸收的太阳能： 一,"门 丁丁 '3、有一漫射表面温度T=1500K,已知其单色发射率随波长的变化如图所示, 辐射力。试计算表面的全波长总发射率和EJc解E-Ff)+0 2x(月+O.4xF0_5r：口24血57 = 5x1500 = 75。武,37 =3x1500 = 4500/,17 = 150 口戌查教材P20昧8-1得,

52、；1r = 0.01 充书 5=0 5641.A 仃=0.8344 U-JJ7 U-ju* UJJ所以？二：二二文一£ =吗=0.275乐乂 5.63 kLiT$£15。* =Z91bl04 w/ m、基本概念辐射换热计算部分主要包括：角系数的定义及性质；漫灰表面辐射换热特点；遮热板原理及其应用; 等。气体辐射及太阳辐射特点1、简述辐射换热封闭空腔网络法。答：求解辐射换热问题时与电学中的欧姆定律相比拟,得出一个封闭空腔网络法。（为1 - %口）/由任意放置的两黑体表面间的辐射换热计算公式：H1 ,/1式中（Eb1-Eb2）相当于电位差，相当于电阻，叫空间热阻；/ （%一.

53、/ 1 0-叶 又由灰表面间的某表面净辐射换热公式：*4,1一- 式中（Eb1-Eb2）相当于电位差，相当于电阻，叫表面热阻。具体步骤为：首先所有表面必须形成封闭系统，再绘制热阻网络图，其具体方法为：每一个物体表面为1个节点（该物体表面应具有相同的温度和表面辐射吸收特性），其热势为有效辐射Ji;每两个表面间连接一个相应的空间热阻；每个表面与接地间连接一个表面热阻和“电池”（黑体辐射力EJ;若某角系数为0,即空间热阻一8,则相应两个表面间可以断开，不连接空间热阻；若某表面绝热，则其为浮动热势，不与接地相连。2、黑体表面与重辐射面相比，均有 J=Ebo这是否意味着黑体表面与重辐射面具有相同的性质？答：虽然黑体表面与重辐射面均具有J=Eb的特点，但二者具有不同的性质。黑体表面的温度不依赖于其他参与辐射的表面，相当于源热势。而重辐射面的温度则是浮动的，取决于参与辐射的其他表面。3、要增强物体间的辐射换热，有人提出用发射率e大的材料。而根据基尔霍夫定律，对漫灰表面e =即发射率大的物体同时其吸收率也大。有人因此得出结论：用增大发射率e的方法无法增强辐射换热。请判断这种说法的正确性，并说明理由。、1 一 - /答：在其他条件不变时，由物体的表面热阻64 可知，当e越