资源描述
同济大学机械学院暖通传热学（一） 名词解释（本大题共 5 小题，每小题 4 分，共 20 分） 21. 导热基本定律 22. 非稳态导热 23. 凝结换热 24. 黑度 25. 有效辐射 简答题 ( 本大题共 2 小题 , 每小题 8 分 , 共 16 分 ) 26. 简述非稳态导热的基本特点。 27. 什么是临界热绝缘直径？平壁外和圆管外敷设保温材料是否一定能起到保温的作用，为什么？ 计算题（本大题共 2 小题，每小题 12 分，共 24 分） 28. 一内径为 300mm 、厚为 10mm 的钢管表面包上一层厚为 20mm 的保温材料，钢材料及保温材料的导热系数分别为 48 和 0.1 ，钢管内壁及保温层外壁温度分别为 220 及 40 ，管长为 10m 。试求该管壁的散热量。 29. 一内径为 75mm 、壁厚 2.5mm 的热水管，管壁材料的导热系数为 60 ，管内热水温度为 90 ，管外空气温度为 20 。管内外的换热系数分别为 和 。试求该热水管单位长度的散热量。 名词解释 ( 本大题共 5 小题 , 每小题 4 分 , 共 20 分 ) 21. 导热基本定律 : 当导热体中进行纯导热时 , 通过导热面的热流密度 , 其值与该处温度梯度的绝对值成正比 , 而方向与温度梯度相反。 22. 发生在非稳态温度场内的导热过程称为非稳态导热。 或：物体中的温度分布随时间而变化的导热称为非稳态导热。 23. 蒸汽同低于其饱和温度的冷壁面接触时 , 蒸汽就会在壁面上发生凝结过程成为流液体。 24. 物体的辐射力与同温度下黑体辐射力之比。 25. 单位时间内离开单位表面积的总辐射能。 简答题（本大题共 2 小题，每小题 8 分，共 16 分） 26. （ 1 ）随着导热过程的进行 , 导热体内温度不断变化 , 好象温度会从物体的一部分逐渐向另一部分转播一样 , 习惯上称为导温现象。这在稳态导热中是不存在的。 （ 2 ）非稳态导热过程中导热体自身参与吸热（或放热），即导热体有储热现象，所以即使对通过平壁的非稳态导热来说，在与热流方向相垂直的不同截面上的热流量也是处处不等的，而在一维稳态导热中通过各层的热流量是相等的。 （ 3 ）非稳态导热过程中的温度梯度及两侧壁温差远大于稳态导热。 27. （ 1 ）对应于总热阻为极小值时的隔热层外径称为临界热绝缘直径。 （ 2 ）平壁外敷设保温材料一定能起到保温的作用，因为增加了一项导热热阻，从而增大了总热阻，达到削弱传热的目的。 （ 3 ）圆筒壁外敷设保温材料不一定能起到保温的作用，虽然增加了一项热阻，但外壁的换热热阻随之减小，所以总热阻有可能减小，也有可能增大。 计算题（本大题共 2 小题，每小题 12 分，共 24 分） 28. 解：已知 d 1 =300mm d 2 =300+2 10=320mm d 3 =320+2 20=360mm m t w1 =220 t w2 =40 =9591.226W 29. 解：已知 d 1 =75mm=0.075m d 2 =75+2 2.5=80mm=0.08m t f1 =90 t f2 =20 =572.2W/m 传热学（二） 三、名词解释（本大题共 5 小题，每小题 4 分，共 20 分） 21 稳态导热 22 稳态温度场 23 热对流 24 传热过程 25 肋壁总效率 四、简答题（本大题共 2 小题，每小题 8 分，共 16 分） 26 不凝结气体含量如何影响了蒸汽凝结时的对流换热系数值？其影响程度如何？凝汽器如何解决这个问题？ 27 写出直角坐标系中导热微分方程的一般表达式，它是根据什么原理建立起来的？它在导热问题的分析计算中有何作用？ 五、计算题（本大题共 2 小题，每小题 12 分，共 24 分） 28 两块平行放置的平板 1 和 2 ，相关尺寸如图示。已知： t 1 =177 、 t 2 =27 、 1 =0.8 、 2 =0.4 、 X 1 ， 2 0.2 。试用网络法求： 两平板之间的辐射换热量； 若两平板均为黑体表面，辐射换热量又等于多少？ 29 一台逆流式换热器用水来冷却润滑油。流量为 2.5kg /s 的冷却水在管内流动，其进出口温度分别为 15 和 60 ，比热为 4174J/(kg k) ；热油进出口温度分别为 110 和 70 ，比热为 2190 J/(kg k) 。传热系数为 400W （ m 2 k ）。试计算所需的传热面积。 三、名词解释（本大题共 5 小题，每小题 4 分，共 20 分） 21、发生在稳态温度场内的导热过程称为稳态导热。 （或：物体中的温度分布不随时间而变化的导热称为稳态导热。） 22、温度场内各点的温度不随时间变化。（或温度场不随时间变化。） 23、依靠流体各部分之间的宏观运行，把热量由一处带到另一处的热传递现象。 24、热量由固体壁面一侧的热流体通过固体壁面传递给另一侧冷流体的过程。 25、肋侧表面总的实际散热量与肋壁两侧温度均为肋基温度的理想散热量之比。 四、简答题（本大题共 2 小题，每小题 8 分，共 16 分） 26、（1）因在工业凝汽器设备的凝结温度下，蒸汽中所含有的空气等气体是不会凝结的，故称这些气体成分为不凝结气体。当蒸汽凝结时，不凝结气体聚积在液膜附近，形成不凝结气体层，远处的蒸汽在抵达液膜表面进行凝结前，必须以扩散方式穿过这个气体层，这就使凝结换热过程增加了一个热阻，即气相热阻，所以 c 降低。（ 3 分） （2）在一般冷凝温差下，当不凝结气体含量为 1% 时，换热系数将只达纯净蒸汽的 40% 左右，后果是很严重的。（ 3 分，答 50% 左右也可） （3）这是凝汽器必须装设抽气器的主要原因之一。（ 2 分） 27、（1）直角坐标系中导热微分方程的一般表达式为： （3 分）（2）它是根据导热基本定律（或傅里叶定律）和能量守恒定律建立起来的。（2 分）（3）作用：确定导热体内的温度分布（或温度场）。（ 3 分） 五、计算题（本大题共 2 小题，每小题 12 ，共 24 分） 28、（ 1 ） (3 分 ) (2 分 ) =1105.65W （ 1 分） 若两表面为黑体表面，则 （ 3 分） （ 2 分） =1492.63W （ 1 分） 29、（1）已知： q m2 =2.5kg/s 计算平均温差 （ 5 分） （2）计算水所吸收的热量 （ 3 分） （3）计算传热面积 由 得 (4 分 ) 传热学（三） 三、名词解释（本大题小题，每小题分，共分） 21. 换热器的效能（有效度）22. 大容器沸腾23. 准稳态导热24. 黑体25. 复合换热 四、简答题（本大题共小题，每小题分，共分） 26. 气体辐射有哪些特点？27. 为什么高温过热器一般采用顺流式和逆流式混合布置的方式？五、计算题（本大题小题，每小题分，共分） 28. 某炉墙由耐火砖和保温板组成，厚度分别为 200mm 和 80mm ，导热系数分别为 0.8W/(m. K) 和 0.11W/(m. K) ，炉墙内外侧壁温分别为 600 。 C 和 70 。 C 。求炉墙单位面积的热损失和两层材料间的温度。 29. 以 0.8m/s 的流速在内径为 2.5cm 的直管内流动，管子内表面温度为 60 。 C ，水的平均温度为 30 。管长 m 。试求水所吸收的热量。（已知 30 。 C 时 , 水的物性参数为： C p =4.17KJ/(kg.K), =61.8 10 -2 W/(m.K), =995.7kg/m 3 , =0.805 10 -6 m 2 /s, ） Pr=5.42, 水 60 。 C 时的 =469.9 10 -6 kg/(m.s) 。已知水在管内流动时的准则方程式为 （） Nu f =0.027Re f 0.8 Pr f 0.4 1 R 适用条件： Re f =10 4 1.2 10 5 , Rr f =0.6-120, 水与壁面间的换热温差 t 30C （） Nu f =0.027Re f 0.2 Pr f 1/3 ( f / w ) 0.11 1 R 适用条件： Re f =10 4 1.75 10 6 , Pr f = 0.6 700, 水与壁面间的换热温差 t 以上两个准则方程式的定性温度均为流体的平均温度（ w 的定性温度为管内壁温度） , 特性尺度为管内径。 传热学（三）参考答案 三、名词解释（本大题共 5 小题，每小题 4 分，共 20 分） 21、换热器的实际传热量与最大可能传热量之比。或 22、高于液体饱和温度的热壁面沉浸在具有自由表面的液体中所发生的沸腾。 23、物体内各点温升速度不变的导热过程。 24、吸收率等于 1 的物体。 25、对流换热与辐射换热同时存在的综合热传递过程。 四、简答题（本大题共 2 小题，每小题 8 分，共 16 分） 26、（1）气体的辐射（和吸收）对波长有强烈的选择性，即它只能辐射和吸收某些波长范围内的能量。 （2）气体的辐射（和吸收）是在整个容积中进行的。固体和液体不能穿透热射线，所以它们的辐射（和吸收）只在表面进行。 评分标准：（1）答出 4 分：（2）答出 4 分。 27、（1）因为在一定的进出口温度条件下，逆流的平均温差最大，顺流的平均温差最小，即采用逆流方式有利于设备的经济运行。 （2）但逆流式换热器也有缺点，其热流体和冷流体的最高温度集中在换热器的同一端，使得该处的壁温较高，即这一端金属材料要承受的温度高于顺流型换热器，不利于设备的安全运行。 （3）所以高温过热器一般采用顺流式和逆流式混合布置的方式，即在烟温较高区域采用顺流布置，在烟温较低区域采用逆流布置。 评分标准：（ 1 ）答出 2 分；（ 2 ）答出 2 分； （ 3 ）答出 3 分。 传热学 ( 四 ) 三、名词解释（每小题 2 分，共 4 分） 41. 温度场 42. 吸收率 四、简答题（每小题 3 分，共 9 分） 43. 简述物性参数导热系数和粘度对表面传热系数的影响。 44. 蒸汽凝结换热中有不凝结气体存在时，对凝结换热有什么影响？ 45. 角系数有哪些特性？ 五、计算题（每小题 5 分，共 15 分） 46. 平壁，厚度 = 80mm ，两表面温度分别维持在 20 （ ）和 0 ，平壁的高温面受到流体的加热，流体温度 t f = 100 , 表面传热系数 W/ （ m 2 k ）。当处于稳态时，试确定平壁材料的导热系数。47. 压缩空气在中间冷却器的管外横掠流过， a 0 =90W/(m 2 k) ，冷却水在管内流过 a 1 =6000W/(m 2 k) 。冷却管是外径为 16mm ，厚 1.5mm 的黄铜管。求：1 ）此时的传热系数； 2 ）若管外表面传热系数增加一倍，传热系数有何变化； 3 ）若管内表面传热系数增加一倍，传热系数又作何变化。 48. 一顺流换热器，其冷流体进出口温度分别为 10 和 30 ，热流体进出口温度分别为 80 和 50 ，试比较对数平均温差和算术平均温差，并说明能否用算术平均温差代替对数平均温差？ 六、综合计算（每小题 8 分，共 32 分） 49. 一平壁水泥泡沫砖构成，厚度为 50cm ，导热系数 ，高温面维持 200 、低温面为 50 。试求： （ 1 ）通过平壁的热流密度； （ 2 ）维持热流密度不变时，计算在墙壁内温度为 70 处，距离温墙面的厚度为多少？ 50.30 的大铜板，被置于 400 的炉中加热 10 分钟后，测得铜板温度上升到 150 。已知铜板两侧与周围环境间的表面传热系数为 125W/ （ m 2 k ），铜板的 = 8440kg /m 3 ， C P =377J/ （ kg k ） , 。试估算铜板的厚度是多少？ 51. 水以 1.5m /s 的速度流过内径为 25mm 的加热管。管的内壁温度保持 100 ，水的进口温度为 15 。若要使水的出口温度达到 85 ，求单位管长换热量。（不考虑修正） 提示： 已知： 50 的水 52. 抽真空的保冷瓶胆是双壁镀银的夹层结构，外壁内表面温度为 30 ，内壁外表面温度为 0 ，镀银壁黑度为 0.03 。计算由于辐射换热单位面积人散热量。 传热学（四）答案及评分标准 三、名词解释（每小题 2 分，共 4 分） 41. 温度场是指某一瞬间物体中各点温度分布的总称。 42. 外界投射到某物体表面上的辐射能，被该物体吸收的百分数。 四、简答题（每小题 3 分，共 9 分） 43. （1）导热系数大，则流体内部、流体与壁面间的导热热阻小，表面传热系数就大。 （2）粘度大，流速就低，表面传热系数就小。 44. 形成气体热阻，使表面传热系数大大减少。 45. （1）角系数的相对性 （ 2 分） （2）角系数的完整性 （ 1 分） （3）角系数的可加性 （ 1 分） 五、计算题（每小题 5 分，共 15 分） 46. 由 （ 3 分） 得 （ 2 分） 47.（1）对于管外表面积的传热系数为 （ 2 分） （2）略计算壁热阻，传热系数为 传热系数增加了 96% （3 ) 传热系数增加还不到 1% 抓住分热阻最大的那个环节进行强化，才能收到显著效果。 48. 对数 算术 （ 1 分） 差别 （ 1 分） 六、综合计算（每小巧玲珑题 8 分，共 32 分） 49. （ 2 分） （ 2 分） 由 （ 1 分） 有 （ 2 分） 50. 设 ，采用集总参数法 校核假设 假设正确（ 2 分） 51. 定性温度 流动为紊流 （ 2 分） 52. (2 分 ) 传热学（五）三简答题（共28分）1试比较准则数Nu和Bi的异同。（6分）2应用准则关联式求管内对流换热系数时，定性温度如何确定？确定定性温度有何用处？（6分）3用热电偶测量炉膛出口的烟气温度，有哪些因素会引起误差?对此可采取哪些措施? （8分）4有一钢管换热器，热水在管内流动，空气在管间作多次折流，横向冲刷管束以冷却管内热水。拟改造采用管外加肋片并换钢管为铜管来增加冷却效果，试从传热角度来评价这个方案。（8分）四计算题（共32分）1一温度为20的园钢，长0.3m，直径为0.06m，热导率为35 W/(mK)，密度为7800 kg/m3，比热容为460J/(kgK)，通过长6m、温度为1250的加热炉时表面传热系数为100 W/(m2K)。如欲将园钢加热到850，试求园钢通过加热炉的速度。（共8分）2 用实验测定一薄壁管的流体平均对流换热系数。蒸汽在管外凝结并维持管内壁温度为100。水在管内流动，流量为G=0.5kg/s，水温从15升到45。管的内径d=50mm，长L=4.5m。试求管内流体与壁面间的平均换热系数。（已知水在30时cp=4174J/(kgK)（6分）3如图所示的一矩形受热面接受一加热器的辐射加热。该矩形表面长3m，宽1m，温度T2=600K，。加热器温度T1=1000K，。两表面互相平行，相距为1m。加热系统置于一大房间之中，房间壁温为300K。试求受热面接受的辐射换热量。（假设加热器表面及受热面均是漫射的灰体表面，X1,2=X2,1=0.32）（8分）4在一逆流式水-水换热器中，管内为热水，进口温度=100,出口温度=80；管外流过冷水，进口温度=20，出口温度=70。总换热量=350kW，共有53根内径为16mm、壁厚为1mm的管子，管壁导热系数=40W/(mK)，管外流体的表面传热系数h0=1500 W/(m2K)，管内流体为一个流程。假设管子内、外表面都是洁净的，试确定所需的管子长度。（10分）准则方程：水的物性简表：204.183998.259.910041.0067.02454.174990.164.15601.40.6083.93704.187977.766.8406.10.4152.55804.195971.867.4355.10.3652.21904.208965.368.0314.90.3261.951004.220958.468.3282.50.2951.75传热学（五）答案及评分标准三简答题（共28分）1答：从形式上看，Nu数()与Bi数()完全相同，但二者物理意义却不同。（1）Nu数中的为流体的导热系数，而一般h未知，因而Nu数一般是待定准则。Nu数的物理意义表示壁面附近流体的无量纲温度梯度，他表示流体对流换热的强弱。（3分）（2）Bi数中的为导热物体的导热系数，且一般情况下h已知，Bi数一般是已定准则。Bi数的物理意义是导热物体内部导热热阻()与外部对流热阻()的相对大小。（3分）2答：定性温度是指计算流体物性时所采用的温度。（2分）应用准则关联式求管内对流换热系数时，定性温度原则上取进出口截面流体温度的平均值。（2分）定性温度用以计算流体的物性。在整理实验数据时按定性温度计算物性，则整个流场中的物性就可认为是相应与定性温度下的值，即相当于把物性视为常数，于是物性场相似的条件即自动满足。对同一批实验数据，定性温度不同使所得的准则方程也可能不同。（2分）3答：热电偶测温产生误差的原因主要有两个：（1）由于热电偶本身向根部导热引起的；（2分）（2）由于热电偶与周围冷表面辐射传热造成的。（2分）针对上述两个原因，有效措施为：（1）热电偶的插入深度足够长，第一种测温误差即可避免；（2分）（2）采用抽气遮热罩式热电偶，减少热电偶的辐射散热量。（2分）4答：传热效果增强，分析如下：（1）强化传热时，对热阻比较大的一侧流体换热下功夫，往往能收到显著的效果。即在传热温差不变时，改变传热过程中热阻大的那一环节的热阻，可以大大增加传热过程的传热量。（2分）（2）一般来说，如果要采取加肋片的方式强化传热过程的话，在h较小的一侧加肋片才能收到显著的强化效果。（2分）（3）铜的导热系数（纯铜为399W/mK）比钢的导热系数(碳钢约为36.7 W/Mk)大（2分）。（4）横向冲刷时表面传热系数大。（横向冲刷时热边界层薄且存在由于边界层分离而产生的漩涡，增加了流体的扰动，因而换热强。）（2分）四计算题（共32分）1、解：(1) 特征尺寸（2分）(2)用毕渥数来判断（2分）=此处近似取，所以本题可用集总参数法分析。(3) 通过加热炉所需时间 代入已知数据得 求解得 （2分）(4) 圆钢通过加热炉的速度 （2分）2解：水的定性温度tf=(15+45+/2=30水侧吸热量为 （2分） 管内换热面积为 A=dL=0.054.5=0.707园管内对流换热的进出口换热温压：平均换热温压 （2分） 所以 /（）（2分）3解：本题属3表面组成封闭系的辐射换热问题，因房间表面积A3很大，其表面热阻可取为零。因此，J3=Eb3是个已知量，其辐射网络图如下： （2分） 其中；又因 X1,2=X2,1=0.32 X1,3=X2，3=1-0.32=0.68 （共2分） 则节点方程组： （1分） （1分） 带入已知值，得：J1=46143.25；J2=11212.5 （1分） （1分） 表面辐射净换热量为负值表示该表面获得热量。5解：(a) 计算管内平均换热系数：（共4分）(b)计算传热系数：（2分）(c)计算传热平均温差：（2分）(d)计算传热面积及管子长度：（2分）传热学（七）三简答题（共16分，每题4分）1试比较准则数Nu和Bi的异同。2解释热边界层及其厚度的定义。3其它条件相同时，同一根管子横向冲刷与纵向冲刷相比，哪个的表面传热系数大，为什么?4强化传热的原则是什么？四计算题（共54分）1对于如附图所示的几种几何结构，计算角系数。（9分）计算沟槽表面与环境（在垂直与纸面方向无限长）；半球内表面与1/4底面；球与无限大平面；2一块精炼铁锭在1200时铸造成一个0.3m0.15m3.0m的长方体，将该铁锭置于空气温度T =50的室内冷却，平均对流系数h=55W/(m2K)，已知精炼铁锭的,=7753kg/m3,=34.5W/(mK)。 试问：能否采用集总参数法进行计算？试列出物体内部的温度随时间变化的微分方程式，并且求出铁锭中心（x=0.15m,y=0.075m,z=1.5m）的温度降到200时所需的时间。（共10分）3如图所示的二维、含有内热源、常物性的稳态导热问题，试导出内角顶节点O（m,n）的离散方程式。且x=y时，解出内角顶节点O（m,n）的温度分布（8分）4一直径为0.8m的薄壁球形液氧贮存容器，被另一个直径为1.2m的同心薄壁容器所包围。两容器表面为不透明漫灰表面，发射率均为0.05，两容器表面之间是真空的，如果外表面的温度为300K，内表面温度为95K，试求由于蒸发使液氧损失的质量流量。液氧的蒸发潜热为2.13105J/kg 。（10分）传热学（七）答案及评分标准三简答题（共20分，每题4分）2答：（1）引入热边界层的主要原因是因为对流换热的热阻大小主要取决于紧靠壁面附近的流体流动状况，这一区域中速度和温度变化最剧烈，因此，固体壁面附近流体速度急剧变化的薄层称为速度边界层，而温度急剧变化的薄层则称为温度边界层。（2分）（2）速度边界层的厚度通常规定为在壁面法线方向达到主流速度99处的距离。即，温度边界层的厚度则为沿该方向达到主流过余温度99处的距离。即=99（2分）3答：（1）因为纵向冲刷时相当于外掠平板的流动，热边界层较厚。（2分）（2）横向冲刷时表面传热系数大。横向冲刷时热边界层薄且存在由于边界层分离而产生的漩涡，增加了流体的扰动，因而换热强。（2分）4答：从公式=kAtm上看比较有效的方法是增加的值，而采取增大传热温差的方法往往受到设备本身的限制。因而：（1）强化传热时，对热阻比较大的一测流体换热下功夫，往往能收到显著的效果。即在传热温差不变时，改变传热过程中热阻大的那一环节的热阻，可以大大增加传热过程的传热量。（2分）（2）一般来说，如果要采取加肋片的方式强化传热过程的话，只有在hi , ho相差较大，而Ai , Ao相差不大时，在h较小的一侧加肋片才能收到显著的强化效果。当Ai hi = Ao ho但数值都很小时，两侧都要采取强化措施，如双侧强化管。（2分）四计算题（共54分）1解：（每一题3分）（1）(2)假设2表面为整个底面，则（3）设想在球的顶面有另一块无限大平板存在，则显然，X1,2=0.5,由于X1,2不因另一块平板的存在而影响其值，因而X1,2=0.5。2解：（1）（4分）带入数字求解：=6678s=1.86h（2分）3解：4解：本题属两表面组成封闭系的辐射换热问题，其辐射网络图如下：（3分）其中 （3分）（2分）故由于蒸发而导致液氧损失的质量流量 kg/s =0.543 kg/h （2分）2005传热学试题A三、名词解释(每小题3分，共18分)1.温度边界层：对流换热时，在传热壁面附近形成的一层温度有很大变化(或温度变化率很大)的薄层。2.肋壁总效率：肋侧表面总的实际换热量与肋侧壁温均为肋基温度的理想散热量之比。(或答成=(F2+fF2)/F2也可，但需对符号加以说明才能算全对)3.灰体：吸收率与波长无关的物体称为灰体。4.换热器的效能：换热器的实际传热量与最大可能传热量之比，称为换热器的效能。5.非稳态导热：发生在非稳态温度场内的导热过程称为非稳态导热。或：物体中的温度分布随时间而变化的导热称为非稳态导热。6.凝结换热：蒸汽同低于其饱和温度的冷壁面接触时,蒸汽就会在壁面上发生凝结过程成为流液体。四、简答题(每小题9分，共18分)1.用准则方程式计算管内紊流对流换热系数时，为什么对短管需要进行修正(即使用管长修正系数进行修正)。 (1)在入口段，边界层有一个形成的过程，一般由薄变厚， (2)边界层的变化引起换热系数的变化，一般由大变小，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/d50(或60)时，短管的上述影响可忽略不计。当l/d50(或60)时，则必须考虑入口段的影响。 2.请分析遮热板的原理及其在削弱辐射换热中的作用。 2.(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。3.简述非稳态导热的基本特点。.（1）随着导热过程的进行,导热体内温度不断变化,好象温度会从物体的一部分逐渐向另一部分转播一样,习惯上称为导温现象。这在稳态导热中是不存在的。（2）非稳态导热过程中导热体自身参与吸热（或放热），即导热体有储热现象，所以即使对通过平壁的非稳态导热来说，在与热流方向相垂直的不同截面上的热流量也是处处不等的，而在一维稳态导热中通过各层的热流量是相等的。 （3）非稳态导热过程中的温度梯度及两侧壁温差远大于稳态导热。五、计算题(每小题12分，共24分)1.某一炉墙内层由耐火砖、外层由红砖组成，厚度分别为200mm和100mm，导热系数分别为0.8W/(mK)和0.5W/(mK)，炉墙内外侧壁面温度分别为700C和50C，试计算：(1)该炉墙单位面积的热损失；(2)若以导热系数为0.11W/(mK)的保温板代替红砖，其它条件不变，为了使炉墙单位面积热损失低于1kW/m2，至少需要用多厚的保温板。 1.解：(1)单位面积散热损失： q=1444.4W/m2 (2)以保温板替代红砖，由于炉墙热损失不得高于q0=1kW/m2q022()=0.11()=0.044m=44mm 2.试计算一空气横掠管束换热的空气预热器的对流换热量。已知管束有25排，每排12根光管，管外径25mm，管长1.5m，叉排形式，横向管间距S1=50mm,纵向管间距S2=38mm，管壁温度120C，空气来流速度uf=4m/s，空气进口温度20C，出口温度40C。已知空气物性：f=0.0267W/(mK)，vf=16.010-6m2/s,Prf=0.701。最大流速umax=ufS1/(S1-d);推荐关联式：Nuf=cRenfPr0.36f(Prf/Prw)m，公式适用条件：N20,光管管束，Prf=0.7500，除Prw的定性温度为壁温外，其余定性温度为流体在管束中的平均温度。指数m,对气体m=0，对液体，m=0.25,c、n值查下表：排列方式Refcn顺排10321050.270.63叉排(S1/S22)10321050.400.6 2.解：空气平均温度tf=(tf+tf)/2=(20+40)/2=30C 最大流速umax=8m/s ufmax=umax=(Tf/Tf)=8=8.273m/s Ref=12926.6 由于S1/S2=50/38=1.3162,查表得：c=0.35(S1/S2)0.2=0.351.3160.2=0.370 n=0.6,由于是空气，所以m=0。 Nuf=0.37Re0.6fPr0.36f=0.37(12926.5)0.60.7010.36=95.4 =fNuf/d=0.026795.4/0.025=101.9W/(m2K) 换热面积F=NndL=25120.0251.5=35.34m2 换热量=F(tw-tf)=101.935.34(120-30)=324103W=324.1kW 3.一内径为300mm 、厚为10mm的钢管表面包上一层厚为20mm的保温材料，钢材料及保温材料的导热系数分别为48和0.1，钢管内壁及保温层外壁温度分别为220及40，管长为10m。试求该管壁的散热量。3.解：已知d1=300mm d2=300+210=320mm d3=320+220=360mm m tw1=220 tw2=40 =9591.226W4.一内径为75mm、壁厚2.5mm的热水管，管壁材料的导热系数为60，管内热水温度为90，管外空气温度为20。管内外的换热系数分别为和。试求该热水管单位长度的散热量。4.解：已知d1=75mm=0.075m d2=75+22.5=80mm=0.08m tf1=90 tf2=20 =572.2W/m三、名词解释(每小题3分，共18分)21.传热过程 传热过程是指热量由固体壁面一侧的热流体通过壁面传给另一侧的冷流体的过程。22.温度边界层对流换热时，在传热壁面附近形成的一层温度有很大变化(或温度变化率很大的薄层。23.肋壁总效率 肋侧表面总的实际换热量与肋侧壁温均为肋基温度的理想散热量之比。 (或答成=(F2+fF2)/F2也可，但需对符号加以说明才能算全对)24.灰体 吸收率与波长无关的物体称为灰体。25.换热器的效能 换热器的实际传热量与最大可能传热量之比，称为换热器的效能。26.间壁式换热器 冷、热两种流体被固体壁面隔开，各自在一侧流动，热量通过固体壁面由热流体传给冷流体的换热设备称为间壁式换热器。四、简答题(每小题9分，共18分)27.用准则方程式计算管内紊流对流换热系数时，为什么对短管需要进行修正(即使用管长修正系数进行修正)。 28.请分析遮热板的原理及其在削弱辐射换热中的作用。 五、计算题(每小题12分，共24分)29.某一炉墙内层由耐火砖、外层由红砖组成，厚度分别为200mm和100mm，导热系数分别为0.8W/(mK)和0.5W/(mK)，炉墙内外侧壁面温度分别为700C和50C，试计算：(1)该炉墙单位面积的热损失；(2)若以导热系数为0.11W/(mK)的保温板代替红砖，其它条件不变，为了使炉墙单位面积热损失低于1kW/m2，至少需要用多厚的保温板。30.试计算一空气横掠管束换热的空气预热器的对流换热量。已知管束有25排，每排12根光管，管外径25mm，管长1.5m，叉排形式，横向管间距S1=50mm,纵向管间距S2=38mm，管壁温度120C，空气来流速度uf=4m/s，空气进口温度20C，出口温度40C。已知空气物性：f=0.0267W/(mK)，vf=16.010-6m2/s,Prf=0.701。最大流速umax=ufS1/(S1-d);推荐关联式：Nuf=cRenfPr0.36f(Prf/Prw)m，公式适用条件：N20,光管管束，Prf=0.7500，除Prw的定性温度为壁温外，其余定性温度为流体在管束中的平均温度。指数m,对气体m=0，对液体，m=0.25,c、n值查下表：排列方式Refcn顺排10321050.270.63叉排(S1/S22)10321050.400.6 四、简答题(每小题9分，共18分) 27.(1)在入口段，边界层有一个形成的过程，一般由薄变厚， (2)边界层的变化引起换热系数的变化，一般由大变小，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/d50(或60)时，短管的上述影响可忽略不计。当l/d50(或60)时，则必须考虑入口段的影响。 28.(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。五、计算题(每小题12分，共24分) 29.解：(1)单位面积散热损失： q=1444.4W/m2 (2)以保温板替代红砖，由于炉墙热损失不得高于q0=1kW/m2q022()=0.11()=0.044m=44mm 30.解：空气平均温度tf=(tf+tf)/2=(20+40)/2=30C 最大流速umax=8m/s ufmax=umax=(Tf/Tf)=8=8.273m/s Ref=12926.6 由于S1/S2=50/38=1.316 以上两个准则方程式的定性温度均为流体的平均温度（w的定性温度为管内壁温度）,特性尺度为管内径。
展开阅读全文