華北電力大學(xué)保定傳熱問(wèn)答計(jì)算

1、1試述三種熱量傳遞基本方式的差別，并各舉12個(gè)實(shí)際例子說(shuō)明。（提示：從三種熱量傳遞基本方式的定義及特點(diǎn)來(lái)區(qū)分這三種熱傳遞方式）2請(qǐng)說(shuō)明在傳熱設(shè)備中，水垢、灰垢的存在對(duì)傳熱過(guò)程會(huì)產(chǎn)生什么影響?如何防止? （提示：從傳熱過(guò)程各個(gè)環(huán)節(jié)的熱阻的角度，分析水垢、灰垢對(duì)換熱設(shè)備傳熱能力與壁面的影響情況）3. 試比較導(dǎo)熱系數(shù)、對(duì)流傳熱系數(shù)和總傳熱系數(shù)的差別，它們各自的單位是什么? （提示：寫出三個(gè)系數(shù)的定義并比較，單位分別為W/(m·K)，W/(m2·K)，W/(m2·K)）4在分析傳熱過(guò)程時(shí)引入熱阻的概念有何好處?引入熱路歐姆定律有何意義? （提示：分析熱阻與溫壓的關(guān)系，熱路

2、圖在傳熱過(guò)程分析中的作用。）5結(jié)合你的工作實(shí)踐，舉一個(gè)傳熱過(guò)程的實(shí)例，分析它是由哪些基本熱量傳遞方式組成的。（提示：學(xué)會(huì)分析實(shí)際傳熱問(wèn)題，如水冷式內(nèi)燃機(jī)等）6在空調(diào)房間內(nèi)，夏季與冬季室內(nèi)溫度都保持在22左右，夏季人們可以穿短袖襯衣，而冬季則要穿毛線衣。試用傳熱學(xué)知識(shí)解釋這一現(xiàn)象。 （提示：從分析不同季節(jié)時(shí)墻體的傳熱過(guò)程和壁溫，以及人體與墻表面的熱交換過(guò)程來(lái)解釋這一現(xiàn)象（主要是人體與墻面的輻射傳熱的不同）1 有一大平壁，厚度為，材料的導(dǎo)熱系數(shù)為，平壁一側(cè)的對(duì)流傳熱系數(shù)為h1，流體溫度為tf1，另一側(cè)的復(fù)合傳熱系數(shù)為h2，環(huán)境溫度為tf2，對(duì)于通過(guò)平壁的傳熱過(guò)程，試分析下列六種情形下壁溫tw1、t

3、w2的情況：(1)/>0；(2)h1>；(3)h2>；(4)/0，h1h2；(5)/0，h12h2；(6)/0，h10.5h2。（1）tw1=tw2；（2）tw1=tf1；（3）tw2=tf2；（4）tw1=tw2=( tf1+ tf2)/2；（5）tw1=tw2=2/3 tf1-1/3 tf2；（6）tw1=tw2=1/3 tf1-2/3 tf2）2 有一測(cè)量板狀材料導(dǎo)熱系數(shù)的儀器，一側(cè)為加熱面，另一側(cè)為冷卻面，兩側(cè)溫度維持均勻、恒定，板狀材料的兩面與熱面和冷面接觸良好，無(wú)溫度降，并且四周絕熱良好，無(wú)散熱。已知熱面溫度為150，冷面溫度為80，熱流量為58.2W，板狀材料厚

4、為25mm，表面積為0.1m2。試確定板狀材料的導(dǎo)熱系數(shù)。（=0.2079 W/(m·K)）3 墻由耐火磚和保溫板組成，厚度分別為1200mm和2=80mm，導(dǎo)熱系數(shù)分別為1=08W(m.K)和20.11W/(m·K)，爐墻內(nèi)、外兩側(cè)表面溫度分別為tw1600和tw250。試求爐墻單位面積的熱損失.(q=562.8W/m2)4 一暖房玻璃的表面積為10m2，內(nèi)、外表面溫度分別為tw110和tw25，玻璃厚度為3.5mm，玻璃的導(dǎo)熱系數(shù)為1.4W/(m·K).試求通過(guò)玻璃的散熱量. (=20kW)5 一暖房玻璃的表面積為10m2，玻璃厚度為3.5mm，玻璃的導(dǎo)熱系數(shù)

5、為1.4 W/(m.K)，玻璃內(nèi)側(cè)空氣溫度為tf118，對(duì)流傳熱系數(shù)h15W/(m2.K)，外側(cè)空氣溫度為tf22，對(duì)流傳熱系數(shù)h220W/(m2.K).試求通過(guò)玻璃的散熱量及內(nèi)、外側(cè)玻璃表面的溫度。 (=633.7W， tw1= 5.33，tw2=5.17)6 有一根長(zhǎng)度為500m、外徑(直徑)為300mm的熱力管道在室外，測(cè)得其外表面溫度為48.5，室外空氣溫度為25。已知管外壁與空氣的復(fù)合傳熱系數(shù)為11 W/(m2.K)，試計(jì)算該熱力管道的散熱量. (=121.75kW)7 平均溫度為120的過(guò)熱蒸汽在直徑(內(nèi)徑)為60mm的管道內(nèi)流動(dòng)，已知管內(nèi)單位長(zhǎng)度的散熱熱流密度為245W/m，蒸汽

6、與管壁的對(duì)流傳熱系數(shù)為500W(m2.K)，試求管內(nèi)壁面溫度。 (tw2=117.4)8 有一表面積為1.5 m2、表面黑度為1的散熱片在宇宙飛船的艙外向溫度為0K的宇宙空間散熱，已知散熱片的表面溫度為87，試求其散熱量。(=1428.5W)9 有一表面積為0.5m2、表面黑度為1的物體在壁溫為25的大型真空艙內(nèi)，已知該物體的表面溫度為150，試分別求該物體向外發(fā)射的總輻射能及與真空艙壁面的凈輻射傳熱量。(=907.6W，凈=684.07W)10 有一表面積為2m2、表面黑度為l的平板型物體，一側(cè)表面(表面溫度為150)面向溫度恒為25的大型冷卻艙，已知該表面與冷卻艙內(nèi)空氣的對(duì)流傳熱系數(shù)為25

7、 W/(m.K)，平板厚度為15mm，平板的導(dǎo)熱系數(shù)為1.15W/(m·K)，試求：(1)該平板面向冷卻艙一側(cè)表面的復(fù)合傳熱系數(shù)；(2)該平板另一側(cè)的表面溫度。 （h=35.95 W/(m2.K)，tw2=208.6）1 試解釋材料的導(dǎo)熱系數(shù)與導(dǎo)溫系數(shù)之間有什么區(qū)別和聯(lián)系。 （提示：從兩者的概念、物理意義、表達(dá)式方面加以闡述，如從表達(dá)式看，導(dǎo)溫系數(shù)與導(dǎo)熱系數(shù)成正比關(guān)系(a=/c)，但導(dǎo)溫系數(shù)不但與材料的導(dǎo)熱系數(shù)有關(guān)，還與材料的熱容量(或儲(chǔ)熱能力)也有關(guān)；從物理意義看，導(dǎo)熱系數(shù)表征材料導(dǎo)熱能力的強(qiáng)弱，導(dǎo)溫系數(shù)表征材料傳播溫度變化的能力的大小，兩者都是物性參數(shù)。）2 試用所學(xué)的傳熱學(xué)知識(shí)

8、說(shuō)明用溫度計(jì)套管測(cè)量流體溫度時(shí)如何提高測(cè)溫精度。 （提示：溫度計(jì)套管可以看作是一根吸熱的管狀肋(等截面直肋)，利用等截面直肋計(jì)算肋端溫度th的結(jié)果，可得采用溫度計(jì)套管后造成的測(cè)量誤差t為t=tf-th=，其中，欲使測(cè)量誤差t下降，可以采用以下幾種措施： (1)降低壁面與流體的溫差(tf-t0)，也就是想辦法使肋基溫度t0接近tf，可以通過(guò)對(duì)流體通道的外表面采取保溫措施來(lái)實(shí)現(xiàn)。 (2)增大(mH)值，使分母ch(mH)增大。具體可以用以下手段實(shí)現(xiàn)：增加H，延長(zhǎng)溫度計(jì)套管的長(zhǎng)度；減小，采用導(dǎo)熱系數(shù)小的材料做溫度計(jì)套管，如采用不銹鋼管，不要用銅管。因?yàn)椴讳P鋼的導(dǎo)熱系數(shù)比銅和碳鋼小。降低，減小溫度計(jì)套

9、管的壁厚，采用薄壁管。提高h(yuǎn)增強(qiáng)溫度計(jì)套管與流體之間的熱交換。)3 試寫出直角坐標(biāo)系中，一維非穩(wěn)態(tài)無(wú)內(nèi)熱源常導(dǎo)熱系數(shù)導(dǎo)熱問(wèn)題的導(dǎo)熱微分方程表達(dá)式；并請(qǐng)說(shuō)明導(dǎo)熱問(wèn)題常見(jiàn)的三類邊界條件。 ( 提示：直角坐標(biāo)系下一維非穩(wěn)態(tài)無(wú)內(nèi)熱源導(dǎo)熱問(wèn)題的導(dǎo)熱微分方程式第一類邊界條件：>0,tw=fw(x, )第二類邊界條件：>0,第三類邊界條件：>0,4 在一根蒸汽管道上需要加裝一根測(cè)溫套管，有三種材料可選：銅、鋁、不銹鋼。問(wèn)選用哪種材料所引起的測(cè)溫誤差最小，為什么?為減小測(cè)量誤差，在套管尺寸的選擇上還應(yīng)注意哪些問(wèn)題?（提示：與簡(jiǎn)答題2的第(2)點(diǎn)類似，套管材料應(yīng)選用不銹鋼，因給出的三種材料中，

10、不銹鋼的導(dǎo)熱系數(shù)最?。? 什么是接觸熱阻?減少固體壁面之間的接觸熱阻有哪些方法? （提示：材料表面由于存在一定的粗糙度使相接觸的表面之間存在間隙，給導(dǎo)熱過(guò)程帶來(lái)額外熱阻稱為接觸熱阻，接觸熱阻的存在使相鄰的兩個(gè)表面產(chǎn)生溫降(溫度不連續(xù))。接觸熱阻主要與表面粗糙度、表面所受壓力、材料硬度、溫度及周圍介質(zhì)的物性等有關(guān)，因此可以從這些方面考慮減少接觸熱阻的方法，此外，也可在固體接觸面之間襯以導(dǎo)熱系數(shù)大的銅箔或鋁箔等以減少接觸熱阻。）6. 管外包兩種不同導(dǎo)熱系數(shù)材料以減少熱損失，若，試問(wèn)如何布置合理？7. 某一維導(dǎo)熱平板，平板兩側(cè)表面溫度分別為和，厚度為。在這個(gè)溫度范圍內(nèi)導(dǎo)熱系數(shù)與溫度的關(guān)系為，求平板內(nèi)

11、的溫度分布？8. 有人認(rèn)為，傅里葉定律并不顯含時(shí)間，因此不能用來(lái)計(jì)算非穩(wěn)態(tài)導(dǎo)熱的熱量。你認(rèn)為對(duì)嗎？9. 導(dǎo)熱是由于微觀粒子的擴(kuò)散作用形成的。迄今為止，描述物質(zhì)內(nèi)部導(dǎo)熱機(jī)理的物理模型有哪些？用它們可以分別描述哪些物質(zhì)內(nèi)部的導(dǎo)熱過(guò)程？10. 用穩(wěn)定法平板導(dǎo)熱儀對(duì)某廠提供的保溫試材的導(dǎo)熱系數(shù)進(jìn)行測(cè)定，試驗(yàn)時(shí)從低溫開(kāi)始，依次在6個(gè)不同溫度下測(cè)得6個(gè)導(dǎo)熱系數(shù)值。這些數(shù)據(jù)表明該材料的導(dǎo)熱系數(shù)隨溫度升高而下降，這一規(guī)律與絕熱保溫材料的導(dǎo)熱機(jī)理不符，經(jīng)檢查未發(fā)現(xiàn)實(shí)驗(yàn)裝置有問(wèn)題，試分析問(wèn)題可能出在哪里？11. 在超低溫工程中要使用導(dǎo)熱系數(shù)很低的超級(jí)保溫材料。如果要你去研制一種這樣的新保溫材料，試從導(dǎo)熱機(jī)理出發(fā)設(shè)

12、計(jì)一種超級(jí)保溫材料，列出你為降低導(dǎo)熱系數(shù)采取了哪些措施？并解釋其物理原因？12. 試對(duì)比分析在氣體中由分子熱運(yùn)動(dòng)產(chǎn)生的熱量遷移與在金屬中自由電子熱運(yùn)動(dòng)產(chǎn)生的能量遷移這兩個(gè)物理模型的共同點(diǎn)和差異之處。13. 在任意直角坐標(biāo)系下，對(duì)于以下兩種關(guān)于第三類邊界條件的表達(dá)形式，你認(rèn)為哪個(gè)對(duì)，哪個(gè)不對(duì)，或者無(wú)法判別？陳述你的判斷和理由。 14. 一維常物性穩(wěn)態(tài)導(dǎo)熱中，溫度分布與導(dǎo)熱系數(shù)無(wú)關(guān)的條件有哪些？15. 發(fā)生在一個(gè)短圓柱中的導(dǎo)熱問(wèn)題，在哪些情況下可以按一維導(dǎo)熱問(wèn)題來(lái)處理？16. 擴(kuò)展表面中的導(dǎo)熱問(wèn)題可以按一維處理的條件什么？有人認(rèn)為，只要擴(kuò)展表面細(xì)長(zhǎng)，就可以按一維問(wèn)題處理，你同意這種觀點(diǎn)嗎？17.

13、某材料導(dǎo)熱系數(shù)與溫度的關(guān)系為，式中為常數(shù)，若用這種材料制成平板，試求其單位面積的熱阻表達(dá)式。18. 對(duì)于如圖所示的兩種水平夾層，試分析冷、熱表面間熱量交換的方式有何不同？如果要通過(guò)實(shí)驗(yàn)來(lái)測(cè)定夾層中流體的導(dǎo)熱系數(shù)，應(yīng)采用哪一種布置？熱面 冷面 (a) 夾層冷面在下 (b) 夾層熱面在下19. 在測(cè)量金屬導(dǎo)熱系數(shù)的實(shí)驗(yàn)中，為什么通常把試件制作成細(xì)而長(zhǎng)的棒？20. 高溫下氣體導(dǎo)熱系數(shù)的測(cè)定有何困難？在實(shí)際中能否用常溫下的數(shù)據(jù)來(lái)替代？21. 肋化系數(shù)，肋效率和肋壁效率是如何定義的？在選用和設(shè)計(jì)肋片時(shí)它們有何用途？22. 有兩根材料不同，厚度均為2的等截面直肋A和B，處于相同的換熱環(huán)境中，肋基溫度均為，

14、肋端絕熱，它們的表面均被溫度為、對(duì)流換熱系數(shù)h為常數(shù)的流體所冷卻，且。現(xiàn)測(cè)得材料A和B內(nèi)的溫度分布如圖所示，試分析材料A和B導(dǎo)熱系數(shù)的大小。T T T0 T0 B A Tf Tf x x23. 為測(cè)量管道內(nèi)流體的溫度，可采用溫度計(jì)套管。實(shí)用中常常布置成如圖所示的斜插形式，試從傳熱學(xué)的角度解釋其合理性。24. 覆蓋熱絕緣層是否在任何情況下都能減少熱損失？保溫層是否越厚越好？25. 對(duì)室內(nèi)冷凍管道和熱力管道的保溫層設(shè)計(jì)有何不同？26. 在管道內(nèi)部貼上一層保溫材料，是否存在某一臨界絕熱直徑？為什么？27. 非穩(wěn)態(tài)導(dǎo)熱的正規(guī)狀況階段或充分發(fā)展階段在物理過(guò)程及數(shù)學(xué)處理上有什么特點(diǎn)？28. 有人認(rèn)為，當(dāng)非

15、穩(wěn)態(tài)導(dǎo)熱過(guò)程經(jīng)歷時(shí)間很長(zhǎng)時(shí)，采用諾模圖計(jì)算所得到的結(jié)果是錯(cuò)誤的。理由是：這個(gè)圖表明，物體中各點(diǎn)的過(guò)余溫度與中心截面過(guò)余溫度的比值僅與幾何位置和畢渥數(shù)有關(guān)，而與時(shí)間無(wú)關(guān)。但當(dāng)時(shí)間趨于無(wú)限大時(shí)，物體中各點(diǎn)的溫度應(yīng)趨于流體溫度，所以兩者是有矛盾的。你如何看待這一問(wèn)題？ 29. 有人這樣分析：在一維無(wú)限大平板中心溫度的諾模圖中，當(dāng)l越小時(shí)，越小，此時(shí)其他參數(shù)不變時(shí)，越小，即表明越小，平板中心溫度就越接近于流體溫度。這說(shuō)明物體被流體加熱時(shí)，其l越小（一定）反而溫升越快，與事實(shí)不符。請(qǐng)指出上述分析錯(cuò)誤在什么地方？ 30. 試分析當(dāng)Fo<0.2時(shí)，能否用諾模圖求解有關(guān)的非穩(wěn)態(tài)導(dǎo)熱問(wèn)題？五某爐墻由耐火磚

16、和紅磚組成，厚度分別為200mm和80mm，導(dǎo)熱系數(shù)分別為0.8W (m·K)和0.5W(m·K)，內(nèi)層為耐火磚，爐墻內(nèi)外側(cè)壁面溫度分別為600和50，試計(jì)算： 1) 該爐墻單位面積的熱損失；2) 耐火磚與紅磚之間的溫差。假設(shè)紅磚與耐火磚接觸緊密。3) 若以導(dǎo)熱系數(shù)為01lW(m·K)的保溫板代替紅磚，其他條件不變，若要爐墻單位面積熱損失不高于800Wm2，保溫板的厚度最少要多厚?（提示：這是一個(gè)一維穩(wěn)態(tài)通過(guò)雙層平壁的導(dǎo)熱問(wèn)題。答案：q13415Wm2；twm=2646，0048m。）2 外徑為250mm的鋼管，若在其外表面包以6.5mm石棉(10.166W(m&

17、#183;K)，再在其外包以25mm的玻璃纖維(20.043W(m·K)，玻璃纖維外表面溫度為38，鋼管溫度為315，求單位長(zhǎng)度鋼管的熱損失和兩保溫層界面的溫度。(提示：這是一個(gè)一維通過(guò)雙層圓筒壁的導(dǎo)熱問(wèn)題。 答案：ql=3998Wm，twm=2956。由于鋼管的管徑比較大，保溫層厚度相對(duì)較薄，可忽略管徑曲率的影響，若用平壁公式計(jì)算，則答案為ql3948Wm，twm=2975，熱流密度的誤差為-125，壁溫的誤差為+00064，由此可見(jiàn)，用平壁公式計(jì)算圓筒壁的導(dǎo)熱問(wèn)題，要求管徑足夠大或d外d內(nèi)2。當(dāng)然，在一般的工程計(jì)算中，該誤差是可以接受的。3 有一厚為25mm的平面紅磚墻，導(dǎo)熱系數(shù)

18、為0.5 W(m.K)，在其外表面上覆蓋了一層導(dǎo)熱系數(shù)為0.2W(m·K)、厚為3mm的抹面材料，為使墻面的散熱損失小于200Wm2，在磚墻內(nèi)側(cè)再加一層導(dǎo)熱系數(shù)為0.l W(m·K)的保溫材料，墻體與環(huán)境接觸的兩個(gè)表面溫度分別為25和-10.問(wèn)： 1) 內(nèi)層所加保溫材料應(yīng)為多厚才能達(dá)到要求?2) 若將外表面的抹面材料厚度從3mm增加到5mm，其他條件不變，則單位面積散熱量為多少? 3) 若墻體總面積為1500m2，通過(guò)墻面將損失多少熱量?(提示：這是一個(gè)一維穩(wěn)態(tài)通過(guò)三層平壁的導(dǎo)熱問(wèn)題。 答案：0011m，q1892W/m2；2838kW。) 4 某熱力管道的外徑(直徑)為1

19、00mm，壁溫為350，在管道外包有一層50mm厚、導(dǎo)熱系數(shù)為0.05 W(m·K)的微孔硅酸鈣制品作為保溫材料，現(xiàn)測(cè)得保溫材料的外表面溫度為70，問(wèn)1000m長(zhǎng)的管道每小時(shí)的熱損失是多少?若折合成標(biāo)煤(發(fā)熱量7000kcalkg)，每年將損失多少標(biāo)煤?(提示：這是一個(gè)一維穩(wěn)態(tài)通過(guò)單層圓筒壁的導(dǎo)熱問(wèn)題。 答案：457×105kJh，熱損失折合標(biāo)煤1366噸年。)5 外徑(直徑)為100mm、壁溫為350的某熱力管道，為了降低其散熱損失，需要重新進(jìn)行保溫設(shè)計(jì)，設(shè)計(jì)要求保溫層外表面溫度不超過(guò)50，散熱量按標(biāo)煤(發(fā)熱量7000kcalkg)計(jì)算，每公里長(zhǎng)管道熱損失不超過(guò)每年100

20、噸標(biāo)煤的發(fā)熱量，保溫材料采用導(dǎo)熱系數(shù)為0.048W(m·K)的微孔硅酸鈣制品，問(wèn)需要保溫層的厚度是多少?(提示：這是一個(gè)一維穩(wěn)態(tài)通過(guò)單層圓筒壁的導(dǎo)熱問(wèn)題。答案：保溫層厚度至少824mm。6 對(duì)于某一大平壁，有三種保溫方案可以選擇：采用三層材料保溫：50mm厚的膨脹珍珠巖，導(dǎo)熱系數(shù)為0.08 W(m·K)，20mm厚的粉煤灰磚，導(dǎo)熱系數(shù)0.22 W(m.K)，5mm厚的水泥，導(dǎo)熱系數(shù)為0.8W(m·K)；采用兩層材料保溫：60mm厚的礦渣棉，導(dǎo)熱系數(shù)為0.06W(m·K)，15mm厚的混凝土板，導(dǎo)熱系數(shù)為0.79 W(m.K)；三層材料保溫：25mm的輕質(zhì)

21、耐火磚，導(dǎo)熱系數(shù)為0.3 W(m.K)，30mm厚的玻璃棉氈，導(dǎo)熱系數(shù)0.04W(m.K)，20mm厚的紅磚，導(dǎo)熱系數(shù)為0.49 W(m.K)。問(wèn)單純從減少熱損失的角度分析，采用哪種方案最好? (提示：這是一個(gè)計(jì)算多層平壁導(dǎo)熱熱阻的問(wèn)題，導(dǎo)熱熱阻越大，其熱損失越小。 答案：這三種方案中，采用第二種方案的散熱損失最少。)7 一外徑為25mm的碳鋼管外裝有高為12.5mm、厚1mm的等厚度環(huán)肋(碳鋼制，導(dǎo)熱系數(shù)取45 W(m·K)，肋片間距為5mm，肋片與管外流體的對(duì)流傳熱系數(shù)為55W(m2.K)，問(wèn)：1) 環(huán)肋的肋效率為多少?2) 若管長(zhǎng)為1m，相當(dāng)于整根管子肋側(cè)傳熱面積，其總面積肋效

22、率又為多少?3) 加肋前后傳熱面積增大了幾倍?(提示：這是一個(gè)計(jì)算等厚度環(huán)肋的肋效率的問(wèn)題，可通過(guò)查肋效率圖得到肋片效率，再計(jì)算相對(duì)于總換熱面積的總面積肋效率(等于肋片換熱面積乘肋片效率加上肋基光壁面積，除以管子的總換熱面積)。 答案：(1)f76，(2) 0782；(3)加肋前后換熱面積增大了87倍。)8 已知外徑為25mm的碳鋼管外裝有高為12.5mm、厚1mm、肋效率為76%的等厚度環(huán)肋，肋片間距為5mm，肋片與管外流體的對(duì)流傳熱系數(shù)為55W/(m2.)，管壁溫度為150，管外流體溫度為300，問(wèn)：1) 每米長(zhǎng)管子的傳熱量為多少?2) 與光管相比傳熱量增大了幾倍?(提示：這是一個(gè)計(jì)算等厚

23、度環(huán)肋肋管總換熱量的問(wèn)題，可以將肋片換熱量與肋基光壁的換熱量分別計(jì)算相加得到總換熱量，也可通過(guò)計(jì)算總面積肋效率后得到總換熱量，這兩種方法的結(jié)果是一樣的，后者常用于計(jì)算通過(guò)肋壁的傳熱中。答案：(1)4405kWm；(2)換熱量與末加肋前相比增大了68倍。)9. 外直徑為50mm的蒸汽管道外表面溫度為400，其外包裹有厚度為40 mm，導(dǎo)熱系數(shù)為0.11W/(mK)的礦渣棉，礦渣棉外又包有厚為45mm的煤灰泡沫磚，其導(dǎo)熱系數(shù)與磚層平均溫度的關(guān)系為：。煤灰泡沫磚外表面溫度為50，已知煤灰泡沫磚最高耐溫為300，試檢查煤灰泡沫磚的溫度有無(wú)超過(guò)最高溫度？并求單位管長(zhǎng)的熱損失。10. 輸電的導(dǎo)線可以看作為

24、有內(nèi)熱源的無(wú)限長(zhǎng)圓柱體。假設(shè)圓柱體壁面有均勻恒定的溫度，內(nèi)熱源和導(dǎo)熱系數(shù)為常數(shù)，圓柱體半徑為。試求在穩(wěn)態(tài)條件下圓柱體內(nèi)的溫度分布。11. 一根圓截面的不銹鋼肋片，導(dǎo)熱系數(shù)=20W/(mK)，直徑為20mm，長(zhǎng)度為100 mm，肋基溫度為300，周圍流體溫度為50，對(duì)流換熱系數(shù)為，肋尖端面是絕熱的。試求：肋片的傳熱量，肋端溫度，不用肋片時(shí)肋基壁面的傳熱量，用導(dǎo)熱系數(shù)為無(wú)限大的假想肋片代替不銹鋼肋片時(shí)的傳熱量。12. 噴氣渦輪發(fā)動(dòng)機(jī)最后幾個(gè)透平級(jí)中之一的一個(gè)靜止葉片，葉片高75mm，橫截面積A為160mm2，周長(zhǎng)P為50mm。除葉片的底表面，即葉片和透平連接的葉片根部外，葉片整個(gè)表面上流過(guò)540的

25、氣體。氣體和葉片表面之間的平均對(duì)流換熱系數(shù)約為460W/m2K，葉片材料的導(dǎo)熱系數(shù)為170W/mK。假設(shè)允許作準(zhǔn)一維分析，要使葉片端部溫度不超過(guò)480，試計(jì)算葉片根部必須保持的溫度。13. 外徑40mm的管道，壁溫為120，外裝縱肋12片，肋厚0.8mm，高20mm，肋的導(dǎo)熱系數(shù)為95W/mK，周圍介質(zhì)溫度為20，對(duì)流換熱系數(shù)為20W/m2K，求每米管長(zhǎng)散熱量。14. 如圖所示是平板式太陽(yáng)能熱水器的一種簡(jiǎn)單的吸熱板結(jié)構(gòu)，吸熱板面向太陽(yáng)的一面涂有一層對(duì)太陽(yáng)輻射吸收率很高的材料，吸熱板的背面設(shè)置了一組平行的管子，其內(nèi)通以冷卻水以吸收太陽(yáng)輻射，管子之間則充滿絕熱材料。吸熱板的正面在接受太陽(yáng)輻射的同時(shí)

26、受到環(huán)境的冷卻。設(shè)凈吸收的太陽(yáng)輻射為，表面對(duì)流換熱系數(shù)為h，空氣溫度為，管子與吸熱板結(jié)合處的溫度為，試寫出確定吸熱板中溫度分布的數(shù)學(xué)描寫并求解之。分析：(1) 簡(jiǎn)化，兩根管子的溫度一致，取s/2吸熱平板作為研究對(duì)象T0 s/2(2) 吸熱板背面絕熱，相當(dāng)于對(duì)稱面2dT0吸熱板示意圖(3) 建立數(shù)學(xué)模型沖擊管15. 在模擬渦輪葉片前緣沖擊冷卻試驗(yàn)中，用溫度為20的冷空氣沖擊300的鋁制模型試件。試件幾何尺寸如圖所示：沖擊表面積為，體積為，冷吹風(fēng)1分鐘后，試件溫度為60，試問(wèn)對(duì)流換熱系數(shù)為多少? 已知鋁的導(dǎo)熱系數(shù)=200W/(mK)；比熱容=0.9KJ/(KgK)；密度=2700Kg/m3。 16

27、. 有一電烙鐵通電之后，加在電阻絲上的功率為，一方面使烙鐵頭的內(nèi)能增加，另一方面通過(guò)烙鐵頭表面向外對(duì)流換熱。如果烙鐵頭可看成是一個(gè)集總熱容體，其物性參數(shù)為已知，環(huán)境溫度及對(duì)流換熱系數(shù)為常數(shù)，試分析烙鐵頭的溫度隨時(shí)間變化的函數(shù)關(guān)系。17. 直徑12cm的鐵球（=52W/(mK)；）在對(duì)流換熱系數(shù)的油池內(nèi)冷卻42分鐘，若對(duì)直徑為30cm的不銹鋼球（=14W/(mK)；）實(shí)現(xiàn)相似冷卻過(guò)程需多少時(shí)間？對(duì)流換熱系數(shù)為多少?18. 一臺(tái)輸出功率為750W用于水中工作的電阻加熱器，總的暴露面積為0.1m2，在水中的表面對(duì)流換熱系數(shù)為，水溫為37。試確定(1)在設(shè)計(jì)工況下加熱器的表面溫度；(2)如果放置在37

28、的空氣中，表面對(duì)流換熱系數(shù)變?yōu)?，此時(shí)的穩(wěn)態(tài)表面溫度如何變化。解： 取整個(gè)加熱器作為控制體，由于處于穩(wěn)定狀態(tài)，故控制體內(nèi)儲(chǔ)存能量的變化為零。i.(1) (2) 討論 本例題得到的是一個(gè)代數(shù)方程式。運(yùn)用控制體的概念來(lái)進(jìn)行數(shù)學(xué)建模在以后的學(xué)習(xí)中可以進(jìn)一步領(lǐng)會(huì)。19. 一根外徑為0.3m，壁厚為3mm，長(zhǎng)為10m的圓管，入口溫度為80的水以0.1m/s的平均速度在管內(nèi)流動(dòng)，管道外部橫向流過(guò)溫度為20的空氣，實(shí)驗(yàn)測(cè)得管道外壁面的平均溫度為75，水的出口溫度為78。已知水的定壓比熱為4187J/(kgK)，密度為980kg/m3，試確定空氣與管道之間的對(duì)流換熱系數(shù)。解： 根據(jù)熱量傳遞過(guò)程中能量守恒的定理，

29、管內(nèi)水的散熱量必然等于管道外壁與空氣之間的對(duì)流換熱量管內(nèi)水的散熱量為 式中為管道流通截面積，a)(2) 管道外壁與空氣之間的對(duì)流換熱量為b)(3) 管內(nèi)水的散熱量等于管道外壁與空氣之間的對(duì)流換熱量a)b)20. 10cm厚的平板兩側(cè)面分別保持為100和0，導(dǎo)熱系數(shù)按照關(guān)系隨溫度變化。在T=0時(shí)，=50W/(mK)，T=100時(shí)，=100W/(mK)，求熱流密度和溫度分布。解： 由題意知，=0時(shí)，=50W/(mK)； =100時(shí)，=50W/(mK)可以解出，50 W/(mK)，0.01/由導(dǎo)熱微分方程 積分兩次， ， 即 T 引用邊界條件可確定，=-75000，=150 最終解得， ，只有取“+

30、”才符合題意。 0 討論 上述溫度分布結(jié)果定性示于圖 。可見(jiàn)當(dāng)導(dǎo)熱系數(shù)不為常數(shù)時(shí)，平壁內(nèi)的溫度不再呈線性分布。讀者可思考一下，如果<0時(shí)，物體內(nèi)溫度分布將呈怎樣的定性分布趨勢(shì)。21. A，B兩種材料組成的復(fù)合平壁，材料A產(chǎn)生熱量，=75W/(mK)，；材料B不發(fā)熱，=150W/(mK)，。材料A的外表面絕熱，材料B的外表面用溫度為30的水冷卻，對(duì)流換熱系數(shù)。試求穩(wěn)態(tài)下A、B復(fù)合壁內(nèi)的溫度分布，絕熱面的溫度，冷卻面溫度，A、B材料的界面溫度。解： 在穩(wěn)態(tài)工況下，A材料所發(fā)生的熱量必須全部散失到流過(guò)B材料表面的冷卻水中，而且從A、B材料的界面到冷卻水所傳遞的熱流量均相同，故可定性地畫出復(fù)合壁

31、內(nèi)的溫度分布及從界面到冷卻水的熱阻圖。圖中為導(dǎo)熱熱阻，為表面對(duì)流換熱熱阻。根據(jù)熱平衡，材料A產(chǎn)生的熱量為，則A 傳入B的熱流密度 A 由牛頓冷卻定律，可確定冷卻面的溫度 B 對(duì)B材料由傅里葉定律，可確定A、B材料的界面溫度 0 復(fù)合平壁示意圖對(duì)材料A，絕熱面正好相當(dāng)于對(duì)稱發(fā)熱平板的正中面。此處溫度值最高， 討論：熱阻分析是從A、B材料界面開(kāi)始的，而不是從A材料外壁面開(kāi)始。這是因?yàn)锳材料有內(nèi)熱源，不同處截面的熱流量不相等，因而不能應(yīng)用熱阻的概念來(lái)作定量分析。22. 有一外直徑為60mm、壁厚為3mm的蒸汽管道，管壁導(dǎo)熱系數(shù)=54W/(mK)；管道外壁上包有厚50mm的石棉繩保溫層，導(dǎo)熱系數(shù)=0.

32、15W/(mK)；管內(nèi)蒸汽溫度=150，對(duì)流換熱系數(shù)；管外空氣溫度=20，對(duì)流換熱系數(shù)。試求：通過(guò)單位管長(zhǎng)的壁的導(dǎo)熱熱流量；金屬管道內(nèi)、外側(cè)表面的溫度和；若忽略不計(jì)金屬管壁導(dǎo)熱熱阻，將發(fā)生多大變化?解： 蒸汽管道的長(zhǎng)度比其外徑尺寸大得多，可視作無(wú)限長(zhǎng)圓筒壁。而、和 通過(guò)單位長(zhǎng)度管壁的導(dǎo)熱熱流量等于此傳熱過(guò)程的傳熱熱流量傳熱過(guò)程的熱阻組成為：內(nèi)表面對(duì)流換熱熱阻 金屬管壁導(dǎo)熱熱阻 保溫材料導(dǎo)熱熱阻 外表面對(duì)流換熱熱阻 W/m 金屬管道內(nèi)、外側(cè)表面的溫度和由傳熱過(guò)程環(huán)節(jié)分析可得 如果不計(jì)金屬管壁的導(dǎo)熱熱阻，則 W/m與不忽略金屬管壁熱阻時(shí)比較熱流量變化甚微，不足0.07%.討論 在傳熱過(guò)程的各個(gè)環(huán)節(jié)

33、中，影響熱量傳遞的因素主要體現(xiàn)在熱阻大的環(huán)節(jié)上。在穩(wěn)定的傳熱條件下，傳熱環(huán)節(jié)的熱阻小意味著熱量傳遞所需的動(dòng)力小。特別是當(dāng)這一環(huán)節(jié)熱阻可忽略不計(jì)時(shí)，引起熱量傳遞的溫度差也將趨于零。23. 耐溫塞子的直徑隨變化，(為常數(shù))，在的小頭處溫度為，在的大頭處溫度為，材料導(dǎo)熱系數(shù)為。假設(shè)側(cè)表面是理想絕熱的，試求塞子內(nèi)的溫度分布，及通過(guò)塞子的熱流量。解：穩(wěn)定導(dǎo)熱時(shí)，通過(guò)不同截面的熱流量是相同的，但熱流密度不相同。此題導(dǎo)熱截面積有限，且沿?zé)崃魇噶糠较蚴亲兓模什荒苁褂妹娣e為無(wú)限大的一維平壁導(dǎo)熱方程：進(jìn)行計(jì)算。利用傅里葉定律： =0分離變量并積分， 得到 由時(shí)，可以確定熱流量為 解得溫度分布為 討論 利用傅里

34、葉定律積分求解變截面一維導(dǎo)熱問(wèn)題。24. 【例題6】在用穩(wěn)態(tài)平板法測(cè)定非金屬材料導(dǎo)熱系數(shù)的儀器中，試材做成圓形平板，放在冷、熱兩表面之間。已知主電爐的直徑d=120mm，儀器冷、熱兩表面溫度分別由熱電偶測(cè)得為T1=180, T2=30,主電爐產(chǎn)生的熱流量為60W。由于安裝不好，試件和冷、熱表面間均存在D=0.1mm的空氣縫隙。試確定空氣縫隙給測(cè)定導(dǎo)熱系數(shù)帶來(lái)的誤差（假設(shè)通過(guò)空氣縫隙的輻射換熱可以忽略不計(jì)）。i. T2T3T1 (1) 主電爐 (4) 底面輔助電爐T5T4(2) 試材 (5) 側(cè)面輔助電爐 (3) 冷卻器 (6) (7) 保溫層 1. 圖2-10穩(wěn)態(tài)平板法測(cè)定導(dǎo)熱系數(shù)裝置示意圖討

35、論：為了保證主電爐產(chǎn)生的熱量垂直穿過(guò)平板試件，分別調(diào)整側(cè)輔助電爐和底輔助電爐的功率以保證T3= T1，T4= T5。為了使熱面和冷面上所測(cè)溫度T1和T2盡可能精確地反應(yīng)試材熱面和冷面的溫度，必須盡量設(shè)法減小熱、冷面與試材表面的接觸熱阻。所測(cè)試件在放入之前必須經(jīng)過(guò)仔細(xì)地烘干，尤其對(duì)于保溫材料。28. 用熱電偶測(cè)量管道內(nèi)的氣流溫度。已知熱接點(diǎn)溫度=650，熱電偶套管根部溫度=500，套管長(zhǎng)度=100 mm，壁厚=1mm，外直徑=10mm，導(dǎo)熱系數(shù)=25W/(mK)，氣流與套管之間的對(duì)流換熱系數(shù)。試求：熱電偶溫度與氣流真實(shí)溫度之間的誤差；分析在下列條件改變下測(cè)量誤差的大小。（a、改變套管長(zhǎng)度=150

36、 mm； b、改變套管壁厚=0.5mm； c、更換套管材料=16W/(mK)；d、若氣流與套管之間的對(duì)流換熱系數(shù)； e、若在安裝套管的壁面處包以熱絕緣層，以減小熱量的導(dǎo)出，此時(shí)套管根部溫度=600。解 在進(jìn)行分析時(shí)，注意以下幾點(diǎn)工程分析中的近似處理，以及肋片的概念。由于熱電偶的節(jié)點(diǎn)與套管頂部直接接觸，可以認(rèn)為熱電偶測(cè)得的溫度就是套管頂端的壁面溫度；(2) 熱電偶套管可以看成是截面積為的等截面直肋。(3) 肋片的周長(zhǎng)取與流體接觸部分的長(zhǎng)度；(4) 所謂測(cè)溫誤差，就是套管頂端的過(guò)余溫度。T¥熱電偶溫度與氣流真實(shí)溫度之間的誤差T0 當(dāng)把熱電偶接點(diǎn)處視為絕熱時(shí)，由lTf Tj 或 熱電偶測(cè)溫

37、示意圖 得 故熱電偶的測(cè)溫誤差為4。 分析在下列條件改變下測(cè)量誤差的大小改變套管長(zhǎng)度=150 mm ，改變套管壁厚=0.5mm ，c. 更換套管材料=16W/(mK) ，d. 若氣流與套管之間的對(duì)流換熱系數(shù) ，e. 若套管根部溫度=600 ，討論：從以上分析發(fā)現(xiàn)，要減小測(cè)溫誤差，可以采取以下措施：盡量增加套管高度和減小壁厚；選用導(dǎo)熱系數(shù)低的材料作套管；強(qiáng)化套管與流體間的對(duì)流換熱系數(shù)；在安裝套管的壁面處包以熱絕緣層，增加套管根部的溫度。如何減小測(cè)溫誤差，也可以從測(cè)溫計(jì)套管的一維導(dǎo)熱物理過(guò)程進(jìn)行分析：管內(nèi)高溫流體通過(guò)一個(gè)對(duì)流換熱熱阻將熱量傳給套管頂部；然后通過(guò)套管（肋片）傳至根部；再通過(guò)一個(gè)對(duì)流換

38、熱熱阻將熱量傳給外界流體。顯然，要減小測(cè)溫誤差，應(yīng)使接近于，即應(yīng)盡量減小R1而增大R2及R3。T¥TfT0R3R2R1Tj29. 圍在外徑為80mm 銅管上的一鋁質(zhì)環(huán)肋，厚5mm，肋外緣直徑為160mm，導(dǎo)熱系數(shù)為200W/(mK)，周圍流體溫度為70，對(duì)流換熱系數(shù)為。求肋片的傳熱量。解 本題可利用肋片效率進(jìn)行計(jì)算。先計(jì)算有關(guān)參數(shù)考慮肋端傳熱作用的肋片修正長(zhǎng)度，縱剖面積， 查圖得， 故傳熱量為：27. 以等截面直肋為例，試用熱阻的概念簡(jiǎn)要說(shuō)明采用肋化表面是否都可以得到強(qiáng)化傳熱的效果？如果答案是否定的，則對(duì)敷設(shè)矩形剖面的直肋推導(dǎo)一個(gè)定量的判據(jù)？解： 假設(shè)不管是否敷設(shè)肋片，肋片基部表面溫

39、度為，基部表面和流體之間的對(duì)流換熱系數(shù)與肋片和流體之間的對(duì)流換熱系數(shù)值相同。不敷肋片而高為d的基部表面，這部分和流體之間的換熱量為如有肋片敷在基部表面上，則熱量從處于的表面導(dǎo)入肋片，并克服肋片的導(dǎo)熱內(nèi)熱阻，在到達(dá)肋片和流體的界面后，再通過(guò)表面對(duì)流換熱熱阻散入流體。LTWTfdTWTwmTfTW裸露表面流體T f, h敷設(shè)肋片令肋片導(dǎo)熱的平均內(nèi)熱阻為，為肋片表面的平均溫度。在有或沒(méi)有肋片時(shí)的等效熱阻分別為 在有或沒(méi)有肋片時(shí)的散熱量分別取決于所表示的等效熱阻的相對(duì)大小。雖然有肋時(shí)的對(duì)流換熱熱阻遠(yuǎn)小于無(wú)肋時(shí)的對(duì)流換熱熱阻，但是如果肋片的平均導(dǎo)熱內(nèi)熱阻足夠大而可能使，這樣導(dǎo)致肋片產(chǎn)生絕熱效應(yīng)而不是增大

40、散熱量的有利作用。例如，敷設(shè)由石棉構(gòu)成的相當(dāng)厚的肋片就有這樣的作用，因石棉的導(dǎo)熱系數(shù)很小而使足夠大。有肋片時(shí)的散熱量為式中，為未加肋片的基部表面散熱量。由得到 當(dāng)時(shí)，敷設(shè)肋片將起到增加傳熱的有利作用。解不等式，得到討論：在有肋片的設(shè)計(jì)中，當(dāng)全部因素都加以考慮時(shí)，一般只有在下列條件下肋片的應(yīng)用才是合理的。28. 【例題10】一無(wú)限大平板，熱擴(kuò)散系數(shù)，厚度為25mm，具有均勻初始溫度150。若突然把表面溫度降到30，試計(jì)算1分鐘后平板中間的溫度（假設(shè)物體表面對(duì)流換熱熱阻與物體內(nèi)的導(dǎo)熱熱阻相比可以忽略，即>>1）。解： 本問(wèn)題的完整數(shù)學(xué)描寫如下： T 引入過(guò)余溫度，上式變?yōu)?2 初始條件

41、和邊界條件： >>1的情形 時(shí)，在0<內(nèi) >0時(shí)，在處 >0時(shí)，在處 運(yùn)用分離變量法，可得到最終的級(jí)數(shù)解為 對(duì)于本例題，將以下數(shù)據(jù) ， ， ， ， 代入上式，若只取前面非零的四項(xiàng)()計(jì)算，得 由此求得在1分鐘后，平板中間溫度為 討論：一般以>0.2為界，判斷非穩(wěn)態(tài)導(dǎo)熱過(guò)程進(jìn)入正規(guī)狀況階段。此時(shí)無(wú)窮級(jí)數(shù)的解可以用第一項(xiàng)來(lái)近似地代替，所得的物體中心溫度與采用完整級(jí)數(shù)計(jì)算得到的值的差別基本能控制在1%以內(nèi)。本例題中=0.69，可以看出，級(jí)數(shù)的第一項(xiàng)較后幾項(xiàng)高出多個(gè)數(shù)量級(jí)。29. 兩一塊厚度均為30 mm的無(wú)限大平板，初始溫度為20，分別用銅和鋼制成。平板兩側(cè)表面的

42、溫度突然上升到60，試計(jì)算使兩板中心溫度均上升到56時(shí)兩板所需的時(shí)間比。銅和鋼的熱擴(kuò)散系數(shù)分別為和。解: 一維非穩(wěn)態(tài)無(wú)限大平板的溫度分布有如如下函數(shù)形式 兩塊不同材料的無(wú)限大平板，均處于第一類邊界條件（）。由題意，兩種材料達(dá)到同樣工況時(shí)，數(shù)和x/d相同，要使溫度分布相同，則只需Fo數(shù)相等。30. 測(cè)量氣流溫度的熱電偶，其結(jié)點(diǎn)可視為球體，結(jié)點(diǎn)與氣流之間的對(duì)流換熱系數(shù)，結(jié)點(diǎn)的熱物性：=20W/(mK)；比熱容=400J/(kgK)；密度=8500kg/m3，試求：1.時(shí)間常數(shù)為1秒的熱電偶結(jié)點(diǎn)直徑為多大?2. 把熱電偶從25的環(huán)境放入200的氣流中要多長(zhǎng)時(shí)間才能到達(dá)199?解: 首先計(jì)算結(jié)點(diǎn)直徑，

43、并檢查數(shù)值。對(duì)球形結(jié)點(diǎn) ，由 得 驗(yàn)證 表明把熱電偶結(jié)點(diǎn)當(dāng)成集總熱容體在這里是合適的。達(dá)到199時(shí)所需的時(shí)間，可由下式計(jì)算 討論：由此式可見(jiàn)，熱電偶結(jié)點(diǎn)直徑和熱容量越小，被測(cè)氣流的對(duì)流換熱系數(shù)越大，則溫度響應(yīng)越快。四、 簡(jiǎn)答題1 影響強(qiáng)迫對(duì)流傳熱的流體物性有哪些?它們分別對(duì)對(duì)流傳熱系數(shù)有什么影響? （提示：影響強(qiáng)迫對(duì)流換熱系數(shù)的因素及其影響情況可以通過(guò)分析強(qiáng)迫對(duì)流傳熱實(shí)驗(yàn)關(guān)聯(lián)式，將各無(wú)量綱量展開(kāi)整理后加以表述。）2 試舉幾個(gè)強(qiáng)化管內(nèi)強(qiáng)迫對(duì)流傳熱的方法(至少五個(gè))。 （提示：通過(guò)分析強(qiáng)迫對(duì)流換熱系數(shù)的影響因素及增強(qiáng)擾動(dòng)、采用人口效應(yīng)和彎管效應(yīng)等措施來(lái)提出一些強(qiáng)化手段，如增大流速、采用機(jī)械攪拌等。

44、）3 試比較強(qiáng)迫對(duì)流橫掠管束傳熱中管束叉排與順排的優(yōu)缺點(diǎn)。 （提示：強(qiáng)迫對(duì)流橫掠管束換熱中，管束叉排與順排的優(yōu)缺點(diǎn)主要可以從換熱強(qiáng)度和流動(dòng)阻力兩方面加以闡述：(1)管束叉排使流體在彎曲的通道中流動(dòng)，流體擾動(dòng)劇烈，對(duì)流換熱系數(shù)較大，同時(shí)流動(dòng)阻力也較大；(2)順排管束中流體在較為平直的通道中流動(dòng)，擾動(dòng)較弱，對(duì)流換熱系數(shù)小于叉排管束，其流阻也較小；(3)順排管束由于通道平直比叉排管束容易清洗。）4 為什么橫向沖刷管束與流體在管外縱向沖刷相比，橫向沖刷的傳熱系數(shù)大? （提示：從邊界層理論的角度加以闡述：縱向沖刷容易形成較厚的邊界層，其層流層較厚且不易破壞。有三個(gè)因素造成橫向沖刷比縱向沖刷的換熱系數(shù)大：

45、彎曲的表面引起復(fù)雜的流動(dòng)，邊界層較薄且不易穩(wěn)定；管徑小，流體到第二個(gè)管子時(shí)易造成強(qiáng)烈擾動(dòng)；流體直接沖擊換熱表面。）5 為什么電廠凝汽器中，水蒸氣與管壁之間的傳熱可以不考慮輻射傳熱? （提示：可以從以下3個(gè)方面加以闡述：(1)在電廠凝汽器中，水蒸氣在管壁上凝結(jié)，凝結(jié)換熱系數(shù)約為450018000W(m2K)，對(duì)流換熱量很大；(2)水蒸氣與壁面之間的溫差較小，因而輻射換熱量較??；(3)與對(duì)流換熱相比，輻射換熱所占的份額可以忽略不計(jì)。）6 用準(zhǔn)則方程式計(jì)算管內(nèi)湍流對(duì)流傳熱系數(shù)時(shí)，對(duì)短管為什么要進(jìn)行修正? （提示：從熱邊界層厚度方面加以闡述：(1)在入口段，邊界層的形成過(guò)程一般由薄變厚；(2)邊界層的

46、變化引起換熱系數(shù)由大到小變化，考慮到流型的變化，局部長(zhǎng)度上可有波動(dòng)，但總體上在入口段的換熱較強(qiáng)（管長(zhǎng)修正系數(shù)大于1）；(3)當(dāng)ld50(或60)時(shí)，短管的上述影響可忽略不計(jì)，當(dāng)ld50(或60)時(shí)，則必須考慮入口段的影響。7 層流時(shí)的對(duì)流傳熱系數(shù)是否總是小于湍流時(shí)的對(duì)流傳熱系數(shù)?為什么? （提示：該問(wèn)題同樣可以從入口效應(yīng)角度加以闡述。在入口段邊界層厚度從零開(kāi)始增厚，若采用短管，盡管處于層流工況，由于邊界層較薄，對(duì)流換熱系數(shù)可以大于紊流狀況。）8 什么叫臨界熱流密度?為什么當(dāng)加熱熱流大于臨界熱流密度時(shí)會(huì)出現(xiàn)沸騰危機(jī)? （提示：用大容器飽和沸騰曲線解釋之。以大容器飽和沸騰為例，(1)沸騰過(guò)程中，隨

47、著壁面過(guò)熱度t的增大，存在自然對(duì)流、核態(tài)沸騰、不穩(wěn)定膜態(tài)沸騰和膜態(tài)沸騰四個(gè)階段，臨界熱流密度是從核態(tài)沸騰向膜態(tài)沸騰轉(zhuǎn)變過(guò)程中所對(duì)應(yīng)的最大熱流密度；(2)當(dāng)加熱熱流大于臨界熱流密度時(shí)，沸騰工況向膜態(tài)沸騰過(guò)渡，加熱面上有汽泡匯集形成汽膜，將壁面與液體隔開(kāi)，由于汽膜的熱阻比液體大得多，使換熱系數(shù)迅速下降，傳熱惡化；(3)汽膜的存在使壁溫急劇升高，若為控制熱流加熱設(shè)備，如電加熱設(shè)備，則一旦加熱熱量大于臨界熱流密度，沸騰工況從核態(tài)沸騰飛躍到穩(wěn)定膜態(tài)沸騰，壁溫飛升到1000以上(水)，使設(shè)備燒毀。）9 試述不凝性氣體影響膜狀凝結(jié)傳熱的原因。 （提示：少量不凝性氣體的存在就將使凝結(jié)換熱系數(shù)減小，這可以從換熱

48、熱阻增加和蒸汽飽和溫度下降兩方面加以闡述。(1)含有不凝性氣體的蒸汽凝結(jié)時(shí)在液膜表面會(huì)逐漸積聚起不凝性氣體層，將蒸汽隔開(kāi)，蒸汽凝結(jié)必須穿過(guò)氣層，使換熱熱阻大大增加；(2)隨著蒸汽的凝結(jié)，液膜表面氣體分壓力增大，使凝結(jié)蒸汽的分壓力降低，液膜表面蒸汽的飽和溫度降低，減少了有效冷凝溫差，削弱了凝結(jié)換熱。）五、計(jì)算題1 平均溫度為40的機(jī)油，以0.7m/s的流速流經(jīng)一壁溫為80、內(nèi)徑為0.025m、長(zhǎng)度1.5m的圓管。求油的對(duì)流傳熱系數(shù)和機(jī)油得到的加熱量。 （提示：這是一個(gè)油在圓管內(nèi)進(jìn)行強(qiáng)制對(duì)流換熱的問(wèn)題。 答案：hc889W(m2K)，4189W。）2 溫度為30的風(fēng)以5ms的速度吹過(guò)一太陽(yáng)能集熱器

49、表面，該表面可看作為正方形平面，一條邊與來(lái)流方向垂直，表面尺寸為20×20m2，問(wèn)當(dāng)表面溫度達(dá)到60時(shí)被風(fēng)帶走的熱量為多少?已知：平均對(duì)流傳熱系數(shù)計(jì)算式：Nu=0.664Re1/2Pr1/3，(當(dāng)Re<5×105)，Nu0.037Re4/5Pr1/3(當(dāng)Re>5×l05)，特征尺寸為流體經(jīng)過(guò)的板長(zhǎng)(順著來(lái)流方向的長(zhǎng)度)，定性溫度為tm(t+tw)2。 (提示：這是一個(gè)流體通過(guò)平面的對(duì)流換熱問(wèn)題，可以通過(guò)計(jì)算雷諾數(shù)Re來(lái)判斷用上述哪一個(gè)公式計(jì)算。得到努謝爾特?cái)?shù)Nu后可得到流過(guò)平板的對(duì)流換熱系數(shù)，再根據(jù)牛頓冷卻公式得到換熱量。 答案：選用湍流公式，被風(fēng)帶走

50、的熱量為2.23kW。)3 一空氣預(yù)熱器中，煙氣在直圓管內(nèi)流過(guò)，管內(nèi)徑d145mm，管長(zhǎng)1.5m，煙氣流速12m/s，平均煙氣溫度300，管壁溫度150，試求單管的對(duì)流傳熱量. （提示：這是一個(gè)煙氣在圓管內(nèi)強(qiáng)制對(duì)流換熱問(wèn)題。 答案：?jiǎn)喂艿膶?duì)流換熱量為221kW。）4 有一套管式給水預(yù)熱器，內(nèi)管的外徑為d112mm，外管的內(nèi)徑d218mm，管長(zhǎng)為05m。給水在套管的環(huán)形流道內(nèi)以1.5ms的流速流動(dòng)，給水在預(yù)熱器內(nèi)被加熱，給水進(jìn)、出預(yù)熱器的溫度分別為25和85，預(yù)熱器內(nèi)管壁溫為95.試求內(nèi)管外表面對(duì)水的對(duì)流傳熱系數(shù)。（提示：這是一個(gè)水在非圓形通道內(nèi)強(qiáng)制對(duì)流換熱問(wèn)題，環(huán)形通道的尺寸用當(dāng)量直徑來(lái)計(jì)算。

51、答案：對(duì)流換熱系數(shù)為116161W(m2K)。）5 有進(jìn)口溫度為80的熱水流過(guò)內(nèi)徑為20mm的螺旋管，螺旋的直徑為150mm，已知水的流速為0.5ms，螺旋管內(nèi)壁的平均溫度為35，為了使水的出口溫度低于40，問(wèn)需要多長(zhǎng)的管子或螺旋數(shù)至少要幾個(gè)? （提示：這是一個(gè)流體在彎管內(nèi)的強(qiáng)制對(duì)流換熱問(wèn)題。 答案：至少需要4566m管子，或螺旋數(shù)至少10個(gè)。）6 有一空冷器，空氣在其中橫向掠過(guò)管束傳熱，管排的橫向間距s132mm，縱向間距s224mm，管子外徑d16mm，沿空氣流動(dòng)方向布置了6排管子，順排排列?？諝膺M(jìn)入管束前的流速為6m/s，空氣進(jìn)、出口平均溫度為140，管壁表面溫度為60，試計(jì)算其平均對(duì)流傳熱系數(shù)。（提示：這是一個(gè)空氣橫掠順排管束的對(duì)流換熱問(wèn)題，計(jì)算雷諾數(shù)時(shí)要注意將空氣進(jìn)口流速轉(zhuǎn)換為最窄截面流速計(jì)算。答案：平均對(duì)流換熱系數(shù)為12635W(m2K)。）7 初溫為30的水以1.0kgs的流量流經(jīng)一