传热学试卷

一.填空题：（共20分）[评分标准：每小题2分]

1．导温系数是材料 物体内部温度扯平能力 的指标，大小等于 λ/ρC。 2．影响强制对流换热的主要因素有 流体的物性，状态，壁面结构。

/53．动量传递和热量传递的雷诺比拟的解为Nux?0.0296Re4x，适用条件是Pr=1。 4．影响膜状凝结传热的主要热阻是液膜层的导热热阻。

5．自膜化现象是对流换热系数与壁面尺寸无关，其发生的条件是流体处于湍流自然对流。

6．同一壳管式换热器，逆流布置时对数平均温压最大，顺流布置时对数平均温压最小。 7．在热辐射分析中，把单色吸收率与波长无关的物体称为灰体。 8．通常，把??0.12w/m.k的材料称为保温材料。

9．有效辐射是单位时间内离开物体单位表面的辐射能，它包括本身辐射和反射辐射两部分。

?t10．傅立叶定律的数学表达式是Q???A。

?x二．问答及推导题：（共50分）

1. 名词解释：（10分）[评分标准：每小题2分] ① 辐射力：单位表面积物体在单位时间内向半球空间发射得全部波长的能量. ② 热边界层：在壁面附近温度剧烈变化的薄层.

?③ 导温系数：a? 表示物体内部温度扯平的能力.

?c ④ 膜状凝结：凝结液能很好的润湿壁面,在壁面上铺展成膜.液膜的热阻为主要热阻. ⑤ 太阳常数：大气层外缘与太阳射线相垂直的单位表面积所接受的太阳辐射能为1367W/m2

2.试介绍三种强化管内湍流换热的措施，并说明措施的传热学原理。（10分） 答：三种方法（1）流速u提高，（2）直径d减小，（3）采用强化的换热面。 —————（6分）

原理Nuf?0.023Re0f.8Prfn

u0.8或h?0.2———————（4分）

d3.根据大容器饱和沸腾曲线，饱和沸腾曲线可分为几个区段？其中哪个区段 具有温压小，换热强的特点？为什么在沸腾换热时必须严格监视并控制热 通量在临界热通量以内？（10分）

答：四个区段， 核态沸腾。———————（4分） 用DNB监视的原因（1）DNB之上q随△t变化亦小

（2）超过qmax时△t猛增，可达到1000℃，易烧毁设备。————

———（6分）

4.辐射换热与导热.对流相比,有哪些特点？ (10分) 答(1)电磁波,能量形式转换.—————（2分）

(2)不依靠中间介质,在真空中亦可以进行. —————（2分）

(3)在高温时,辐射特别重要,与温度的四次方成正比. —————（2分） (4)热辐射为物体的固有特性. —————（2分）

(5)吸收与辐射的总效果为辐射换热. —————（2分）

5.平壁的厚度为δ，两表面的温度分别为tw1和tw2，且tw1＞tw2，平壁材料的导热系数是随温度而变化的，关系式为λ=λ（。试求热流密度和平壁内的温度分布的表达式。01+bt）(10分) 解：一求热流密度

dtdt由傅立叶定律 q??????0(1?bt) (1) —————（1分）

dxdxbqx???0(1?t2)?c (2) —————（1分）

2b2由边界条件 x?0,t?tw1 0???0(tw1?tw1)?c (3) ———（1分）

2b2 x??,t?tw2 q????0(tw2?tw2)?c (4) ——（1分）

2

b22q???0[(tw1?tw2)?(tw1?tw2)]2(4)-(3) （5）———————（1分）

?t?tq?0[1?b(w1w2)](tw1?tw2)?2或写成

q??

?(tw1?tw2)w/m2?tw1?tw21)]?(?1??2)22? （6）———————（1分）

???0[1?b(二求t的分布

dtq???0(1?bt)dxqdx???0(1?bt)dtq?dx???0?(1?bt)dt0tw1xt

q?0t?x?(tw1?(tw1?b2btw1)?(t?t2)22122qx1)??bb?0b———————（4分）

三：计算题：（共80分）

1.参阅下图，一支水银温度计被用来测定压缩空气储罐里的空气温度。如果 温度计读数为tH=100℃，套管基部温度为t0=50℃，套管长度为H=140mm，套管壁厚δ=1mm，壁的导热系数为λ=50W/(m.℃)，套管外侧压缩空气的对流换热系数为h=30W/(m2.℃) ，试确定测温误差有多大？如果改成不 锈钢制成的套管，不锈钢的导热系数为λ=15W/(m.℃)，测量误差又有多大？ （20分） 〔提示θH=θ0/(chmH)〕

hu解：（1）m? u=πd A=πdδ

?AmH?huH??AtH?tf?h?dh30H?H??0.14?3.43 ??d???50?0.001emH?e?mHch(mH)??15.5

2t0?tfch(mH)tch(mH)?t015.5tH?t015.5?100?50tf?H???103.4℃ch(mH)?115.5?115.5?1?t?tH?tf?100?103.4??3.4℃———————（12分）

（2）改用不锈钢，实际气温仍为tf?103.4℃

mH?h??H?30?0.14?6.2615?0.001ch(mH)?262———————（8分）

tf?t0103.4tH?tf??103.4??103.2℃ch(mH)262即测量温度误差为△t=-0.2℃

2.有一外直径d1=0.3m，黑度ε1=0.9 的热管道。其外表面温度tw=450℃,周围介质的温度tf=50℃。试求每米管长上的辐射热损失。如果在热管道周围加一直径dz=0.4m，黑度εz=0.82的遮热板，此时辐射热损失又是多少？ （20分） 解：（一）无遮热板时

Tf4Tql??d1?1C0[(w)4?()]100100450?273450?2734???0.3?0.9?5.67?[()?()]———————（6分）

100100?12618w/m2（二）有遮热板时

（1）先求出遮热板的温度

Tf4Tw4Tz4Tz4ql??d1?1zC0[()?()]??dz?zC0[()?()]10010010010011?1z???0.78410.3?11?d11?(?1)?(?1)0.90.4?0.82?1?dZ?Z??0.3?0.784?5.67?[(T450?2734)?(z)4]100100T50?2734???0.4?0.82?5.67?[(z)4?()]100100———————（8分）

Tz4)?1204.5———————（2分） 100Tz?589.06k50?2734ql???0.4?0.82?5.67?[1204.5?()]?6401.5w/m2———（4分）

1003.一蒸汽管道内径为200mm，管壁厚为8mm，管外包有120mm厚的热绝缘层，其导热系数λ2=0.12W/(m.℃)，管壁导热系数λ1=46.5W/(m.℃)，蒸汽温度为tf1=300℃，周围空气温度为tf2=25℃，管内外两侧流体与壁面间的对流换热系数分别为α1=116W/(m2.℃)，α2=10W/(m2.℃)，求单位管长的传热系数、传热量ql及绝缘层外表面温度。 （20分） 解：d1?0.2m,d2?0.216m,d3?0.216?2?0.12?0.456m———————（1分） (kl?1dd1111?ln2?ln3??d1h12??1d12??2d2?d3h2??110.21610.4561?ln?ln?0.2?1162?46.50.22?0.120.2160.456?10————（10分）

??0.043?0.0008?3.11?0.219?0.931w/(m.k)

ql?kl(tf1?tf2)?0.931?(300?25)?256w/m———————（9分） 11?25?256??42.9℃?d3h2??0.456?104.温度为17℃，流量为1.14kg/s的水通过换热器对油进行冷却。油的比热为 c1=1.88kJ/(kg.℃)，进口温度为117℃，出口温度为27℃，最后出口水温 达到60℃，已知总的传热系数为285W/(m2.℃)，试分别用ε-NTU法和对 数平均温压法求单流程逆流换热器所需的面积。（20分）

tw?tf2?ql??1?exp??NTU?1?C??1?Cexp??NTU?1?C??〔提示水的比热为4.187 kJ/(kg.℃)，C=(Gc)min/(Gc)max〕 解：（一）用ε-NTU计算： 进出口油温 t1'?117℃，t“1?117℃

'?17℃，t“进出口水温 t22?60℃

\'Q＝m2c2(t2?t2)?1.14?4.187?(60?17)?205kw———————（4分） m2c2?1.14?4.187?4.77kw/℃m1c1?Q205??2.28kw/℃t1'?t1\117?27m2c2?m1c1,m1c1?(mc)minNTU?KA0.285A??0.215A(mc)min2.28———————（4分）

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