思考题

1.什么叫膜状凝结，什么叫珠状凝结?膜状凝结时热量传递过程的主要阻力在什么地方？

答：凝结液体在壁面上铺展成膜的凝结叫膜状凝结，膜状凝结的主要热阻在液膜层，凝结液体在壁面上形成液珠的凝结叫珠状凝结。

2．在努塞尔关于膜状凝结理论分析的8条假定中，最主要的简化假定是哪两条? 答：第3条，忽略液膜惯性力，使动量方程得以简化；第5条，膜内温度是线性的，即 膜内只有导热而无对流，简化了能量方程。

3．有人说，在其他条件相同的情况下．水平管外的凝结换热一定比竖直管强烈，这一说法一定成立？ 答；这一说法不一定成立，要看管的长径比。

4．为什么水平管外凝结换热只介绍层流的准则式？常压下的水蒸气在?t?ts?tw?10℃的水平管外凝结，如果要使液膜中出现湍流，试近似地估计一下水平管的直径要多大? 答：因为换热管径通常较小，水平管外凝结换热一般在层流范围。

对于水平横圆管：

2Re?34?dh?ts?tw??r

1?gr???4h?0.729???d?t?t???sw??

临界雷诺数

3Rec?9.161d4?ts?tw??r45334?g???2314?1600

4由ts?100℃,查表：r?2257kJ/kg 由

tp?953??961.85kg/m℃，查表： ??0.6815W/?m?K?

?6??298.7?10kg/?m?s?

d?976.3

?3r5?ts?tw??g?2?3?1?2.07m3

即水平管管径达到2.07m时，流动状态才过渡到湍流。 5．试说明大容器沸腾的q~?t曲线中各部分的换热机理。

6．对于热流密度可控及壁面温度可控的两种换热情形，分别说明控制热流密度小于临界热流密度及温差小于临界温差的意义，并针对上述两种情形分别举出一个工程应用实例。

答：对于热流密度可控的设备，如电加热器，控制热流密度小于临界热流密度，是为了防止设备被烧毁，对于壁温可控的设备，如冷凝蒸发器，控制温差小于临界温差，是为了防止设备换热量下降。 7．试对比水平管外膜状凝结及水平管外膜态沸腾换热过程的异同。

答：稳定膜态沸腾与膜状凝结在物理上同属相变换热，前者热量必须穿过热阻较大的汽 膜，后者热量必须穿过热阻较大的液膜，前者热量由里向外，后者热量由外向里。

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8．从换热表面的结构而言，强化凝结换热的基本思想是什么?强化沸腾换热的基本思想是什么？

答：从换热表面的结构而言，强化凝结换热的基本思想是尽量减薄粘滞在换热表面上液膜的厚度，强化沸腾换热的基本思想是尽量增加换热表面的汽化核心数。

9．在你学习过的对流换热中．表面传热系数计算式中显含换热温差的有哪几种换热方式？其他换热方式中不显含温差是否意味着与温差没有任何关系?

答：表面传热系数计算式中显含换热温差的有凝结换热和沸腾换热。不显含温差并不意味着与温差无关，温差的影响隐含在公式适用范围和物件计算中。

10．在图7-14所示的沸腾曲线中，为什么稳定膜态沸腾部分的曲线会随△t的增加而迅速上升? 答：因为随着壁面过热度的增加，辐射换热的作用越加明显。

习题

7-10、—工厂中采用0.1MPa的饱和水蒸汽在一金属竖直薄壁上凝结，对置于壁面另—侧的物体进行加热处理。已知竖壁与蒸汽接触的表面的平均壁温为70℃，壁高1.2m．宽30cm。在此条件下，一被加热物体的平均温度可以在半小时内升高30℃，热确定这—物体的平均效容量。不考虑散热损失。

解：近似地取ts=100℃，

tm?ts?tw?852℃。

?l?968.6kg/m3，?l?0.677W/(m.K)，ul?335?10?6kg/(ms)，r?2257.1?103J/kg

?g?r??41.13??uL（t-t）fw??l设为层流h=

?9.8?2.257?10?568.55?0.377?1.13???6335?10?1.2?30??=

Re?623142l3l1?45431.7W（/m2.k）

4hL?t4?5431.7?1.2?30??1034.5?1600rul2.257?106?335?10?6，与假设一致。

Q?Ah(ts?tw)?5431.7?1.2?30?58.66kW

Q??58.66?103?1800?c????3.52?106J/K?t30平均热容量.

7-35、水在1.013x105Pa的压力下作饱和沸腾时，要使直径为0.1mm及1mm的汽泡能在水中存在并长大，加热面附近水的过热度各为多少?(利用克拉贝龙方程导出最小汽泡半径算式的过程，可见本书第一版4－4节。)

R＝解：气泡内介质与周围流体达到热平衡时，有

2?Ts2?TsT1?Ts?Rr?v， r?v?T1?Ts?，即

T1?Ts?要使气泡长大，应使

2?TSRr?v，

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?43??588.6?10Nm，r?2257.1kJkg，??0.5977kgmv100℃时，有：，

2?588.6?10?4?373?t??0.325℃，?43℃． 0.1?10?2257.1?10?0.5977因而：当R＝1mm，?t?0.0325

第八章

1．什么叫黑体？在热辐射理论中为什么要引入这一概念？

2．温度均匀得空腔壁面上的小孔具有黑体辐射的特性，那么空腔内部壁面的辐射是否也是黑体辐射？ 3．试说明，为什么在定义物体的辐射力时要加上＂半球空间＂及＂全部波长＂的说明？ 4．黑体的辐射能按波长是怎样分布的？光谱吸收力Eb?的单位中分母的＂m＂代表什么意义？

35．黑体的辐射按空间方向是怎样分布的？定向辐射强度与空间方向无关是否意味着黑体的辐射能在半球空间各方向上是均匀分布的？

6．什么叫光谱吸收比？在不同光源的照耀下，物体常呈现不同的颜色，如何解释？ 7．对于一般物体，吸收比等于发射率在什么条件下才成立？ 8，说明灰体的定义以及引入灰体的简化对工程辐射传热计算的意义．

9．黑体的辐射具有漫射特性．如何理解从黑体模型（温度均匀的空腔器壁上的小孔）发出的辐射能也具有漫射特性呢？

8-11、把地球作为黑体表面，把太阳看成是T=5800℃的黑体，试估算地球表面温度。已知地球直径为

1.29?107m,太阳直径为1.39?109m,两者相距1.5?1011m。地球对太空的辐射可视为0K黑体空间的辐射。

解：如图所示。地球投影面积对太阳球心的张角为：

????4??1.29?107??1.5?10?1120.785?1.6641?1014??0.5806?10?8222.25?10（球面角）

??0.5806?10?8??4.6226?10?104?4?3.14。地球表面的空间辐射热平衡为： ?S.C?4?R2sum??o?4.623?10?10，

AeEbe??S.C?0,Ae?4?Re2?1.29?102???4?3.14????2??，

?4?10??4?R??T?4.623?10sumosum??，

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?1.29?107Ebe??oTe,?oTe?4?3.14???2?44?1.29?10?T??1.39?10?T7292r6sum?4.623?10?10，

Tc?Tsum?1.392?1018?4.623?10?10?10?141.292?6 ?5800?1.9321?4.6231.6641?10??14

??14?5800?5.3675?10?6??14

?5800?1.522131.62?279.2K。

28-13、从太阳投射到地球大气层外表面的辐射能经准确测定为1353W/m。太阳直径为1.39?10m,两者相

9距1.5?10m。若认为太阳是黑体，试估计其表面温度。 解：太阳看成一个点热源，太阳投射在地球上的辐射总量为Qsun

11Qsun＝1353?4??1.5?1011

??2又

Qsun?T??5.67???1.39?109???100??

??4所以T=5774K

第九章

思考题

1、试述角系数的定义。“角系数是一个纯几何因子”的结论是在什么前提下得出的?

答：表面1发出的辐射能落到表面2上的份额称为表面]对表面2的角系数。“角系数是一个纯几何因子” 的结论是在物体表面性质及表面湿度均匀、物体辐射服从兰贝特定律的前提下得出的。 2、角系数有哪些特性?这些特性的物理背景是什么?

答：角系数有相对性、完整性和可加性。相对性是在两物体处于热平衡时，净辐射换热量为零的条件下导得的；完整性反映了一个由几个表面组成的封闭系统中。任一表面所发生的辐射能必全部落到封闭系统的各个表面上；可加性是说明从表面1发出而落到表面2上的总能量等于落到表面2上各部份的辐射能之和。 3、为什么计算—个表面与外界之间的净辐射换热量时要采用封闭腔的模型?

答：因为任一表面与外界的辐射换热包括了该表面向空间各个方向发出的辐射能和从各个方向投入到该表面上的辐射能。

4、实际表面系统与黑体系统相比，辐射换热计算增加了哪些复杂性?

答：实际表面系统的辐射换热存在表面间的多次重复反射和吸收，光谱辐射力不服从普朗克定律，光谱吸收比与波长有关，辐射能在空间的分布不服从兰贝特定律，这都给辐射换热计算带来了复杂性。

5、什么是一个表面的自身辆射、投入辐射及有效辐射?有效辐射的引入对于灰体表面系统辐射换热的计算有什么作用？

答：由物体内能转变成辐射能叫做自身辐射，投向辐射表而的辐射叫做投入辐射，离开辐射表面的辐射叫做有效辐射，有效辐射概念的引入可以避免计算辐射换热计算时出现多次吸收和反射的复杂性。 6、对于温度已知的多表面系统，试总结求解每一表面净辐射换热量的基本步骤。

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答：(1)画出辐射网络图，写出端点辐射力、表面热阻和空间热阻；(2)写出由中间节点方程组成的方程组；(3)解方程组得到各点有效辐射；(4)由端点辐射力，有效辐射和表面热阻计算各表面净辐射换热量。 7、什么是辐射表面热阻？什么是辐射空间热阻？网络法的实际作用你是怎样认识的？

答：出辐射表面特性引起的热阻称为辐射表面热阻，由辐射表面形状和空间位置引起的热阻称为辐射空间热阻，网络法的实际作用是为实际物体表面之间的辐射换热描述了清晰的物理概念和提供了简洁的解题方法。 8、什么是遮热板?试根据自己的切身经历举出几个应用遮热板的例子。

答：所谓遮热板是指插人两个辐射表面之间以削弱换热的薄板。如屋顶隔热板、遮阳伞都是我们生活中应用遮热板的例子。

9、试述气体辐射的基本特点。

10、什么是气体辐射的平均射线程长？离开了气体所处的几何空间而谈论气体的发射率与吸热比有没有实际意义？

11、按式（9-29）当s很大时气体的???，s?趋近于1.能否认为此时的气体层具有黑体的性质？

12、9.5.1节中关于控制表面热阻的讨论是对图9-37所示的同心圆柱面系统进行的，其结论对于像图9-15a所示的两表面封闭系统是否也成立？

13、图9-39所示的电子器件机箱冷却系统中，印制板上大功率元件布置在机箱出口处，试分析其原因。 习题

9-6、 试用简捷方法确定本题附图中的角系数X1,2。

解：(1)因为X2,1?1X1,2?A22R?A12?R?3/4?0.4244(2)因为X2,1?1X1,2A2?R2???0.52A12?R(3)参考（2），具有对称性，X1,2＝0.5/4?0.125(4)假设在球得顶面有另一块无限大平板存在，由对称性知X1,2＝0.5

实际物体表面的辐射换热

9-23、两块平行放置的平板表面发射率均为0.8，温度t1=527C及t2=27C，板间远小于板的宽度与高度。试计算：（1）板1的自身辐射；（2）对板1的投入辐射；（3）板1的反射辐射；（4）板1的有效辐射；（5）板2的有效辐射（6）板1、2间的辐射换热量。

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