传热学复习题

单击此处编辑母版标题样式,单击此处编辑母版文本样式,第二级,第三级,第四级,第五级,*,1,、试分析室内暖气片的散热过程，各个环节有哪些热量传递方式？以暖气片管内走热水为例。,答：有以下换热环节及传热方式：,由热水到暖气片管道内壁，热传递方式为强制对流换热；,由暖气片管道内壁到外壁，热传递方式为固体导热；,由暖气片管道外壁到室内空气，热传递方式有自然对流换热和辐射换热。,2,、试分析冬季建筑室内空气与室外空气通过墙壁的换热过程，各个环节有哪些热量传递方式？,答：有以下换热环节及传热方式：,室内空气到墙体内壁，热传递方式为自然对流换热和辐射换热；,墙的内壁到外壁，热传递方式为固体导热；,墙的外壁到室外空气，热传递方式有对流换热和辐射换热。,3,、分别写出,Nu,、,Re,、,Pr,数的表达式，并说明其物理意义。,答：（,1,）努塞尔,(,Nusselt,),数，它表示表面上无量纲温度梯度的大小。,（,2,）雷诺,(Reynolds),数，它表示惯性力和粘性力的相对大小。,（,3,）普朗特数，它表示动量扩散厚度和能量扩散厚度的相对大小。,4,、按照导热机理，水的气、液、固三种状态中那种状态的导热系数最大？,答：根据导热机理可知，固体导热系数大于液体导热系数；液体导热系数大于气体导热系数。所以水的气、液、固三种状态的导热系数依次增大。,5,、热扩散系数是表征什么的物理量？它与导热系数的区别是什么？,答：热扩散率 ，与导热系数一样都是物性参数，它是表征物体传递温度的能力大小，亦称为导温系数，热扩散率取决于导热系数 和 的综合影响；而导热系数是反映物体的导热能力大小的物性参数。一般情况下，稳态导热的温度分布取决于物体的导热系数，但非稳态导热的温度分布不仅取决于物体的导热系数，还取决于物体的导温系数。,6,、灰体的含义？,答：灰体是指物体单色辐射力与同温度黑体单色辐射力随波长的变化曲线相似，或它的单色发射率不随波长变化的物体；或单色吸收比与波长无关的物体，即单色吸收比为常数的物体。,7,、漫射表面？,答：通常把服从兰贝特定律的表面称为漫射表面，即该表面的定向辐射强度与方向无关。或物体发射的辐射强度与方向无关的性质叫漫辐射，具有这样性质的表面称为漫射表面。,8,、气体的热边界层与流动边界层的相对大小？,答：由于 ，气体,所以气体的热边界层厚度大于流动边界层的厚度。,9.,利用同一冰箱储存相同的物质时，试问结霜的冰箱耗电量大还是未结霜冰箱耗电量大？为什么？,答：在其它条件相同时，冰箱的结霜相当于在冰箱的蒸发器和冰箱的冷冻室（或冷藏室）之间增加了一个附加的热阻，因此，冷冻室（或冷藏室）要达到相同的温度，必须要求蒸发器处于更低的温度。所以，结霜的冰箱的耗电量要大。,10,、何谓遮热板（罩）？,答：插入两个辐射换热表面之间的用于削弱两个表面之间辐射换热的薄板或罩。,11,、什么是物体表面的吸收比（率）？它与哪些因素有关？,答：物体对投入辐射所吸收的百分数称为该物体的吸收比（率），物体的吸收比（率）只取决于物体的表面特性（物体的种类、表面状况和温度），对于全波长的特性还与投射能量的波长分布有关。,12,、什么是物体表面的发射率？它与哪些因素有关？,答：实际物体的辐射力与同温度下黑体辐射力之比称为该物体的发射率，物体的发射率只取决于物体的表面特性（物体的种类、表面状况和温度），而与外界条件无关。,13,、黑体辐射包括哪几个定律？,答：普朗克定律、维恩位移定律、斯蒂芬玻尔兹曼定律、兰贝特定律。,14,、其它条件相同时，同一根管子横向冲刷与纵向冲刷相比，哪个的表面换热系数大？为什么？,答：同一根管子横向冲刷比纵向冲刷相比的表面换热系数大。因为纵向冲刷时相当于外掠平板的流动，热边界层较厚，热阻较大；而横向冲刷时热边界层较薄且在边界层由于分离而产生的旋涡，增加了流体扰动，因而换热增强。,15,、表面辐射热阻,答：当物体表面不是黑体时，该表面不能全部吸收外来投射的辐射能量，这相当于表面存在热阻，该热阻称为表面辐射热阻，常以来表示。,答：单位时间内离开单位面积的总辐射能为该表面的有效辐射,J,，它包括辐射表面的自身的辐射,E,和该表面对投射辐射,G,的反射辐射 ，即。,16,、有效辐射,17,、在寒冷的北方地区，建房用砖采用实心砖还是多孔的空心砖好？为什么？,答：采用空心砖较好，因为空心砖内部充满着空气，而空气的导热系数相对较小，热阻较大，空心砖导热性较之实心砖差，同一条件下空心砖的房间的散热量小保温性好。,18,、下列材料中导热系数最大的是,(a),纯铜,(b),纯铁,(c),黄铜,(d),天然金刚石,（纯铜 ）,19,、下列工质的普朗特数最小的是,(a),水,(b),空气,(c),液态金属,(d),变压器油,（液态金属）,20,、北方深秋季节的清晨，树叶叶面上常常结霜。试问树叶上、下表面的哪一面上容易结霜？为什么？,答：霜会容易结在树叶的上表面，因为树叶上表面朝向太空，而太空表面的温度会低于摄氏零度；下表面朝向地面，而地球表面的温度一般在零度以上。相对于下表面来说，树叶上表面向外辐射热量较多，温度下降的快，一旦低于零度时便会结霜。,21,、什么是物体的发射率和吸收率？二者在什么条件下相等？,答：实际物体的辐射力与同温度下黑体的辐射力之比称为该物体的发射率；投射到物体表面的总能量中被吸收的能量所占的份额是物体的吸收率。由基尔霍夫定律可知：当物体表面为漫灰表面时，二者相等。,22,、窗玻璃对红外线几乎是不透过的，但为什么隔着玻璃晒太阳却使人感到暖和？,答：窗玻璃对红外线几乎不透过，但对可见光则是可透过的，当隔着玻璃晒太阳时，太阳光可以穿过玻璃进入室内，而室内物体发出的红外线却被阻隔在室内，因房间内温度越来越高，从而感到暖和。,23,、由对流换微分方程 可知，该式中没有出现流速，有人因此认为表面传热系数与流体速度场无关。你认为对吗？,答：这种说法不正确，因为在描述流动的能量方程中，对流项含有流体速度，要获得流体的温度场，必须先获得流体的速度场，在对流换热中流动与换热是密不可分的。因此，对流换热的表面传热系数与流体速度有关。,传热学复习题,（二）计算题,1,、室内一根水平放置的无限长的蒸汽管道，其保温层外径,d=583 mm,，外表面实测平均温度及空气温度分别为 ，此时空气与管道外表面间的自然对流换热的表面传热系数,h=3.42 W/(m2 K),墙壁的温度近似取为室内空气的温度，保温层外表面的发射率,问：,（,1,）此管道外壁的换热必须考虑哪些热量传,递方式；,（,2,）计算每米长度管道外壁的总散热量。,当仅考虑自然对流时，单位长度上的自然对流散热,近似地取墙壁的温度为室内空气温度，于是每米长度管道外表面与室内物体及墙壁之间的辐射为：,总散热量为,x,t,O,2,、如图所示墙壁，其导热系数为,50W/(mK),厚度为,50mm,，在稳态情况下的墙壁内的一维温度分布为：,t=200-2000 x,2,，式中,t,的单位为,0,C,，,x,单位为,m,。试求：墙壁两侧表面的热流密度；,解：,(1),由傅立叶定律：,所以墙壁两侧的热流密度：,3,、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,65,0,C,，绝缘层的外表面温度受环境影响，假设为,40,0,C,。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，,6,、如图所示为真空辐射炉，球心处有一黑体加热元件，试指出，黑体对,A,、,B,、,C,三处中何处定向辐射强度最大？何处辐射热流最大？假设,A,、,B,、,C,三处对球心所张的立体角相同。,解：由黑体辐射的兰贝特定律知，黑体的,定向辐射强度与方向无关，故,对于,A,、,B,、,C,三处，由于立体角相同，且,由兰贝特定律,知，,A,处辐射力最大，即,A,处辐射热流最大；,C,处辐射力最小，即,C,处辐射热流最小。,7,、试证明：在两个平行平板之间加上,n,块遮热板后，辐射换热量将减小到无遮热板时的 。假设各板均为漫灰表面，且发射率相同，皆为 ，板的面积皆为,A,。,证明：,(1),无遮热板时，,对两个无限长的平板来说,所以,(2),有,块遮热板时，,所以,