?t?Pr?13??0.695?13?0.355?0.398mm

?0.323?1.045?10021.538?105?w?

20.323?u?Rex?8.61kgm?s2??

hx?0.332?x213Re1?0.332?xPr0.0293?1.538?105?0.695?112.6Wm2?K0.03

??第七章

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：

Re?4?dh?ts?tw??r

1临界雷诺数

?gr?2?3?4h?0.729???d?t?t???sw??

9.161d34Rec??ts?tw??r45334?g???2314?1600

4kJ/kg 由ts?100℃,查表：r?2257由

tp?953W/?m?K? ??961.85kg/m℃，查表： ??0.6815?6??298.7?10kg/?m?s?

?ts?tw?g??

即水平管管径达到2.07m时，流动状态才过渡到湍流。

233d?976.3?3r5??1?2.07m5．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。

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

基本概念与分析

7-1、 试将努塞尔于蒸气在竖壁上作层流膜状凝结的理论解式(6—3)表示成特征数间的函数

形式，引入伽里略数

Gu?23llgl3?2及雅各布数

14Ja?rcp?ts?tw?。

?gr?????h?0.725??d(t?t)??lsw??解：

3，

14?gl?cp?rNu?0.725?2..?c(t?t)?v??psw???0.725?Ga.Ja.Pr?14。

7-2、 对于压力为0.1013MPa的水蒸气，试估算在?t?tw?ts?10℃的情况下雅各布数之

值，并说明此特征数的意义以及可能要用到这一特征数的那些热传递现象。

cp?4220JKg(Kg℃)， 解：，r2257.1?103J?aJa?＝53.5cp(ts?tw)代表了 汽化潜热与液瞙显热降之比;进4220?10　　，rJa?cp?t，代表了相变潜热与相应的显热之比，在相变换热（凝一步一般化可写为

cp(ts?tw)，r=

结、沸腾、熔化、凝固等都可以用得上）。

7-3、 ts?40℃的水蒸气及ts?40℃的R134a蒸气．在等温竖壁上膜状凝结，试计算离开x＝0处为0.1m、0.5m处液膜厚度。设?t?tw?ts?5℃。

1Ja?r2257.1?103J?4ul?l?tx?4?（x）???2g?rl??，近视地用ts计算物性，则： 解：

对水：?l?0.635，ul?653.3?10，?l?992.2，

?6r?2407?103Jkg；

?6?6??0.0750.2，u?4.286?10?1146.2?4912.6?10ll对R134a：，，?l?1146r?163.23?103Jkg；

14?4u??tx??4?653.3?10?0.635?5??（x）??ll2??23?g?r9.8?992.2?2407?10?l??＝?对水：

?16(3.573?10)＝

14?614x14

1x14?1.375?10?4x4，

?4?5?2?(x)?1.357?10?0.562?7.728?10m?7.728?10mm. X=0.1、

X=0.5、?(x)?1.357?10?4?0.514?1.375?10?4?0.841m=1.156?10?4mm

14?4ul?l?tx?4?4?4912.6?10?6?0.0750?5??（x）????223?g?r9.8?1146.2?163.23?10??l??对R134a：＝

=(3.506?10?161x14

)14x14?2.433?10x?414，

?4 X=0.1、?(x)?2.433?10?0.1?4?(x)?2.433?10?0.5X=0.5、

114?1.368?10?4m?1.368?10?1mm； ?2.433 ?10?4?0.841m?2.046?10?1mm。

47-4、当把一杯水倒在一块赤热的铁板上时．板面立即会产生许多跳动着的小水滴，而且可

以维持相当一段时间而不被汽化掉。试从传热学的观点来解释这一现象[常称为莱登佛罗斯特(Leidenfrost)现象]，并从沸腾换热曲线上找出开始形成这一状态的点。

解：此时在炽热的表面上形成了稳定的膜态沸腾，小水滴在气膜上蒸发，被上升的蒸汽带动，形成跳动，在沸腾曲线上相应于qmin(见图6-11)的点即为开始形

成现象的点。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。

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。

第十章

思考题

1、 所谓双侧强化管是指管内侧与管外侧均为强化换热表面得管子。设一双侧强化管用内径

为di、外径为d0的光管加工而成，试给出其总传热系数的表达式，并说明管内、外表面传热系数的计算面积。

答：由传热量公式：?t?1＝lnd(0/d1)11??h1?d1?1?12??h0?d0?0?0得以管内表面为基准得传热系数：1k?dlnd(0/d1)d11?1?h1?1?12?h0d0?0?0管内表面传热系数得计算面积为?d1?1算面积为?do?0 管外表面传热系数得计2、 在圆管外敷设保温层与在圆管外侧设置肋片从热阻分析的角度有什么异同？在什么情

况下加保温层反而会强化其传热而肋片反而会削弱其传热？

答：在圆管外敷设保温层和设置肋片都使表面换热热阻降低而导热热阻增加，而一般情况下保温使导热热阻增加较多，使换热热阻降低较少，使总热阻增加，起到削弱传热的效果；设置肋片使导热热阻增加较少，而换热热阻降低较多，使总热阻下降，起到强化传热的作用。但当外径小于临界直径时，增加保温层厚度反而会强化传热。理论上只有当肋化系数与肋面总效率的乘积小于1时，肋化才会削弱传热。

3、 重新讨论传热壁面为平壁时第二题中提出的问题。

答：传热壁面为平壁时，保温总是起削弱传热的作用，加肋是否起强化传热的作用还是取决于肋化系数与肋面总效率的乘积是否人于1。

4、推导顺流或逆流换热器的对数平均温差计算式时做了一些什么假设，这些假设在推导的哪些环节中加以应用？讨论对大多数间壁式换热器这些假设的适用情形。

qm1c1?qm2c2及qm1c1?qm2c2三种情形，画出顺流与逆流时5、对于qm1c1?qm2c2、冷、热流体温度沿流动方向的变化曲线，注意曲线的凹向与qmc相对大小的关系。 6、进行传热器设计时所以据的基本方程是哪些？有人认为传热单元数法不需要用到传

热方程式，你同意吗？

答：换热器设计所依据的基本方程有：

??????qc(t?t)?qc(t?tm1111m2222)?KA?tm

传热单元法将传热方程隐含在传热单元和效能之中。

7、在传热单元数法中有否用到推导对数平均温差时所做的基本假设，试以顺流换热器效能的计算式推导过程为例予以说明。

答：传热单元数法中也用到了推导平均温差时的基本假设，说明略o

8、什么叫换热器的设计计算，什么叫校核计算？

答：已知流体及换热参数，设计一个新的换热器的过程叫做设计计算，对已有的换热器，根据流体参数计算其换热量和流体出口参数的过程叫做校核计算。

9、在进行换热器的校核计算时，无论采用平均温差法还是采用传热单元数法都需要假设一种介质的出口温度，为什么此时使用传热单元数法较为方便？

答：用传热单元数法计算过程中，出口温度对传热系数的影响是通过定性温度来体现的，远没有对平均温差的影响大，所以该法用于校核计算时容易得到收敛的计算结果。 10、试用简明语言说明强化单相强制对流换热、核态沸腾及膜状凝结的基本思想。

答：无相变强制对流换热的强化思路是努力减薄边界层．强化流体的扰动与混合；核态沸腾换热的强化关键在于增加汽化核心数；膜状凝结换热强化措施是使液膜减薄和顺利排出凝结液。

11、在推导换热器效能的计算公式时在哪些环节引入了推导对数平均温差时提出的四个假设？

注意事项：

（1）对于圆筒壁导热和长直的圆管换热问题，往往要计算单位管长的换热量； （2）集总参数法求解任意形状物体（如热电偶）的瞬态冷却或加热问题。

（3）对流换热问题中，当流体为气流时，有时需要同时考虑对流和辐射换热；

（4）对于管内强迫对流换热问题，应注意层流和紊流时的实验关联式的选取；流体定性温度在不同边界条件下（如常壁温和常热流边界条件）的确定方法有两种：算数平均法和对数平均法。

（5）注意两个平行平板之间的辐射换热问题的计算；对多个非凹面组成的封闭腔体，各个表面之间的辐射换热问题的计算中的某个表面的净辐射热量与任意两个表面之间的辐射换热量的区别与联系； （6）角系数的计算。