傳熱學復習題2012-2014答案要點.doc

傳熱學復習題1.試分別用數學語言將傳熱學術語說明導熱問題三種類型的邊界條件。答： 第一類邊界條件： 第二類邊界條件： 第三類邊界條件：2. 肋片高度增加引起兩種效果：肋效率下降及散熱表面積增加。因而有人認為，隨著肋片高度的增加會出現(xiàn)一個臨界高度，超過這個高度后，肋片導熱熱數流量反而會下降。試分析這一觀點的正確性。答：錯誤，因為當肋片高度達到一定值時，通過該處截面的熱流密度為零。通過肋片的熱流已達到最大值，不會因為高度的增加而發(fā)生變化。3. 什么叫非穩(wěn)態(tài)導熱的正規(guī)狀態(tài)或充分發(fā)展階段?這一階段在物理過程及數學處理上都有些什么特點? 答：非穩(wěn)態(tài)導熱過程進行到一定程度,初始溫度分布的影響就會消失，雖然各點溫度仍隨時間變化,但過余溫度的比值已與時間無關，只是幾何位置()和邊界條件(Bi數)的函數，亦即無量綱溫度分布不變，這一階段稱為正規(guī)狀況階段或充分發(fā)展階段。這一階段的數學處理十分便利，溫度分布計算只需取無窮級數的首項進行計算。4. 試說明Bi數的物理意義。及各代表什么樣的換熱條件?有人認為, 代表了絕熱工況,你是否贊同這一觀點,為什么? 答；Bi數是物體內外熱阻之比的相對值。時說明傳熱熱阻主要在邊界，內部溫度趨于均勻，可以用集總參數法進行分析求解；時，說明傳熱熱阻主要在內部，可以近似認為壁溫就是流體溫度。認為代表絕熱工況是不正確的，該工況是指邊界熱阻相對于內部熱阻較大，而絕熱工況下邊界熱阻無限大。5、與完全的能量方程相比，邊界層能量方程最重要的特點是什么？答：與完全的能量方程相比，它忽略了主流方向溫度的次變化率，因此僅適用于邊界層內，不適用整個流體。6. 對流換熱問題完整的數字描述應包括什么內容？既然對大多數實際對流傳熱問題尚無法求得其精確解，那么建立對流換熱問題的數字描述有什么意義？ 答：對流換熱問題完整的數字描述應包括：對流換熱微分方程組及定解條件，定解條件包括，（1）初始條件 （2）邊界條件 （速度、壓力及溫度）建立對流換熱問題的數字描述目的在于找出影響對流換熱中各物理量之間的相互制約關系，每一種關系都必須滿足動量，能量和質量守恒關系，避免在研究遺漏某種物理因素。7.什么叫做兩個現(xiàn)象相似，它們有什么共性？答：指那些用相同形式并具有相同內容的微分方程式所描述的現(xiàn)象，如果在相應的時刻與相應的地點上與現(xiàn)象有關的物理量一一對于成比例，則稱為兩個現(xiàn)象相似。凡相似的現(xiàn)象，都有一個十分重要的特性，即描述該現(xiàn)象的同名特征數（準則）對應相等。（1） 初始條件。指非穩(wěn)態(tài)問題中初始時刻的物理量分布。（2） 邊界條件。所研究系統(tǒng)邊界上的溫度（或熱六密度）、速度分布等條件。（3） 幾何條件。換熱表面的幾何形狀、位置、以及表面的粗糙度等。（4） 物理條件。物體的種類與物性。8、什么叫大空間自然對流換熱？什么叫有限自然對流換熱？這與強制對流中的外部流動和內部流動有什么異同？答：大空間作自然對流時，流體的冷卻過程與加熱過程互不影響，當其流動時形成的邊界層相互干擾時，稱為有限空間自然對流。這與外部流動和內部流動的劃分有類似的地方，但流動的動因不同，一個由外在因素引起的流動，一個是由流體的溫度不同而引起的流動。 9簡述的物理意義數有什么區(qū)別？無10. 什么叫膜狀凝結，什么叫珠狀凝結?膜狀凝結時熱量傳遞過程的主要阻力在什么地方？答：凝結液體在壁面上鋪展成膜的凝結叫膜狀凝結，膜狀凝結的主要熱阻在液膜層，凝結液體在壁面上形成液珠的凝結叫珠狀凝結11.從換熱表面的結構而言，強化凝結換熱的基本思想是什么?強化沸騰換熱的基本思想是什么？答：從換熱表面的結構而言，強化凝結換熱的基本思想是盡量減薄粘滯在換熱表面上液膜的厚度，強化沸騰換熱的基本思想是盡量增加換熱表面的汽化核心數12什么叫光譜吸收比？在不同光源的照耀下，物體常呈現(xiàn)不同的顏色，如何解釋？黑體的輻射具有漫射特性如何理解從黑體模型（溫度均勻的空腔器壁上的小孔）發(fā)出的輻射能也具有漫射特性呢？ 13、試述角系數的定義?！敖窍禂凳且粋€純幾何因子”的結論是在什么前提下得出的? 答：表面1發(fā)出的輻射能落到表面2上的份額稱為表面對表面2的角系數?！敖窍禂凳且粋€純幾何因子” 的結論是在物體表面性質及表面濕度均勻、物體輻射服從蘭貝特定律的前提下得出的。14、試述氣體輻射的基本特點。無15、什么是輻射表面熱阻？什么是輻射空間熱阻？ 答：出輻射表面特性引起的熱阻稱為輻射表面熱阻，由輻射表面形狀和空間位置引起的熱阻稱為輻射空間16. 在圓管外敷設保溫層與在圓管外側設置肋片從熱阻分析的角度有什么異同？在什么情況下加保溫層反而會強化其傳熱而肋片反而會削弱其傳熱？答：在圓管外敷設保溫層和設置肋片都使表面換熱熱阻降低而導熱熱阻增加，而一般情況下保溫使導熱熱阻增加較多，使換熱熱阻降低較少，使總熱阻增加，起到削弱傳熱的效果；設置肋片使導熱熱阻增加較少，而換熱熱阻降低較多，使總熱阻下降，起到強化傳熱的作用。但當外徑小于臨界直徑時，增加保溫層厚度反而會強化傳熱。理論上只有當肋化系數與肋面總效率的乘積小于1時，肋化才會削弱傳熱。17試用簡練的語言說明導熱、對流換熱及輻射換熱三種熱傳遞方式之間的聯(lián)系和區(qū)別。答：導熱和對流的區(qū)別在于：物體內部依靠微觀粒子的熱運動而產生的熱量傳遞現(xiàn)象，稱為導熱；對流則是流體各部分之間發(fā)生宏觀相對位移及冷熱流體的相互摻混。聯(lián)系是：在發(fā)生對流換熱的同時必然伴生有導熱。導熱、對流這兩種熱量傳遞方式，只有在物質存在的條件下才能實現(xiàn)，而輻射可以在真空中傳播，輻射換熱時不僅有能量的轉移還伴有能量形式的轉換。18.如何減少測溫套管溫度計的測量誤差？（1）選用導熱系數較小的材料做套管（2）盡量增加套管的高度（3）減少套管的厚度（4）加強流體與套管壁之間的換熱（5）在套管外包一層保溫膜19. 請解釋非穩(wěn)態(tài)導熱分析中的集總參數法，其適用條件是什么？為何可以在這種條件下使用？答：當固體內部的導熱熱阻小于其表面的換熱熱阻是，固體內部的溫度趨于一致，近似認為固體內部的溫度T僅是時間（tao）的一元函數而與空間坐標無關，這種忽略物體內部導熱熱阻的簡化方法稱為集總參數法（3分），通常當畢奧數Bi0.1時，采用集總參數法求解溫度響應誤差不大20. 什么是流動邊界層與熱邊界層?它們的厚度之比與普朗特數是否有關？為什么？答：當流體沿壁面流動時，由于流體的粘性作用，使壁面附近的流體速度降低，通常用相對于流速(U答案打不出來，有空來抄下21.輻射網絡中的絕熱表面可否稱之為重輻射面？它具備哪兩重性質？為什么？無 計算題1、 雙層玻璃窗系由兩層厚為6mm 的玻璃及其間的空氣隙所組成，空氣隙厚度為8mm。假設面向室內的玻璃表面溫度與室外的玻璃表面溫度各為20及-20，試確定該雙層玻璃窗的熱損失。如果采用單層玻璃窗，其他條件不變，其熱損失是雙層玻璃的多少倍？玻璃窗的尺寸為60cm60cm。不考慮空氣間隙中的自然對流。玻璃的導熱系數為0.78W /(m.K)。（2-9）答: 116.53W/ 所以 2、一直徑為30mm，壁溫為100的管子向溫度為20的環(huán)境放熱，熱損失率為100W/m。為把熱損失減少到50W/m，有兩種材料可以同時被應用。材料A的導熱系數為0.5 W /(m.K)，可利用度為3.14 10-3m3 /m ；材料B 的導熱系數為0.1 W /(m.K)，可利用度為4.010-3m3 /m。試分析如何敷設這兩種材料才能達到上述要求。假設敷設這兩種材料后，外表面與環(huán)境間的表面?zhèn)鳠嵯禂蹬c原來一樣。（2-19）解：根據題意有： ，解得 h13.2696按題意有：將導熱系數大的放在內側， ，m解方程組得： ，3、一塊厚20mm 的鋼板，加熱到5000C 后置于200C 的空氣中冷卻。設冷卻過程中鋼板兩側面的平均表面?zhèn)鳠嵯禂禐?5 W /( m2 K ),鋼板的導熱系數為45 W /( m2 K )，若擴散率為1.375 10-5 m2 / s 。試確定使鋼板冷卻到空氣相差100C 時所需的時間。（3-13）解：由題意知 故可采用集總參數法處理。由平板兩邊對稱受熱，板內溫度分布必以其中心對稱，建立微分方程，引入過余溫度，則得： 解之得： 4、已知： 1.013105 Pa 、100的空氣以v=100m/s 的速度流過一塊平板，平板溫度為30。求：離開平板前緣3cm 及6cm 處邊界層上的法向速度、流動邊界層及熱邊界層厚度、局部切應力和局部表面?zhèn)鳠嵯禂怠⑵骄枇ο禂岛推骄砻鎮(zhèn)鳠嵯禂?。?-12） 解：定性溫度 ,，。 （1）處， 動量邊界層厚度 5、對于恒壁溫邊界條件的自然對流，試用量綱分析方法導出：Nu = f (Gr,Pr)。提示：在自然對流換熱中gaDt起相當于強制對流中流速的作用。（6-2） 6、已知：一個亞音速風洞實驗段的最大風速可達40m/s。設來流溫度為30，平板壁溫為70，風洞的壓力可取1.013105 Pa。求：為了時外掠平板的流動達到5105 的Rex 數，平板需多長。如果平板溫度系用低壓水蒸氣在夾層中凝結來維持，平板垂直于流動方向的寬度為20cm 時。試確定水蒸氣的凝結量。（6-27）解：，查附錄8得： ， ， ， , , 在時，氣化潛熱， 凝結水量。7、已知：一管道內徑為500mm，輸送150的水蒸氣，空氣以5m/s 的流速橫向吹過該管，環(huán)境溫度為-10。求：單位長度上的對流散熱量。(6-35)解：d=0.5m s=0.53.14=1.57 m 70空氣的物性 8、已知：一輸送冷空氣的方形截面的管道，水平地穿過一室溫為28的房間，管道外表面平均溫度為12，截面尺寸為0.3m0.3m。注意：冷面朝上相當于熱面朝下，而冷面朝下則相當于熱面朝上。水平板熱面向上時有：水平板熱面向下時有：特征長度為A/P，其中A 為表面積，P 為周長。求：每米長管道上冷空氣通過外表面的自然對流從房間內帶走的熱量。（6-48）解：不考慮相交面處的相互影響， ,對豎壁，特征尺寸，對上下表面，因為管道長度遠大于截面尺寸，故.1、豎壁： 。2、冷面朝上： 。3、下表面：， 9、一爐膛內火焰的平均溫度為1500K，爐墻上有一著火孔。試計算當著火孔打開時從孔向外輻射的功率。該輻射能中波長為2mm的光譜輻射力是多少？哪種波長下的能量最多？（8-4）解：287W/T1500K時，10. 9-10、已知：如圖。求：每一對邊的角系數、兩鄰邊的角系數及任一邊對管子的角系數。解：（1）先計算任一邊對圓管的角系數。如下圖所示：設圓管表面為5