傳熱學(xué)復(fù)習(xí)題(0908)

1、熱能工程專業(yè)復(fù)習(xí)題解答熱能工程專業(yè)傳熱學(xué)復(fù)習(xí)題一 簡答題1 導(dǎo)熱系數(shù)和熱擴散系數(shù)各自從什么地方產(chǎn)生？它們各自反映了物質(zhì)的什么特性？并指出它們的差異？2 不同溫度的等溫面（線）不能相交，熱流線能相交嗎？熱流線為什么與等溫線垂直？ 3 流體中的熱量傳遞過程 是熱對流還是熱傳導(dǎo)？試對流體中的傳熱機理加以描述？ 4 非周期性的加熱或冷卻過程可以分為哪兩個階段，它們各自有什么特征?5 什么是非穩(wěn)態(tài)導(dǎo)熱的集總參數(shù)（集中熱容）系統(tǒng)？將實際導(dǎo)熱物體視為集總參數(shù)系統(tǒng)的條件是什么？6 時間常數(shù)是從什么導(dǎo)熱問題中定義出來的？它與哪些因素有關(guān)？同一種物體導(dǎo)熱過程中的時間常數(shù)是不是不變的？7 指出和方程哪一個是邊界層能

2、量微分方程？它是在什么條件下導(dǎo)出的？它有什么主要特征？8 寫出對流換熱過程中的無量綱準則Re數(shù)、Pr數(shù)、Pe數(shù)和Gr數(shù)的物理量組成，指出它們各自表示的物理意義？并指出Nu數(shù)與導(dǎo)熱過程中產(chǎn)生的Bi數(shù)的差別？9 對流換熱問題的支配方程有哪些?將這些方程無量綱化我們能夠得出哪些重要的無量綱數(shù)（準則）?你能指出這些準則的物理意義嗎?10 響膜狀凝結(jié)換熱的其他一些影響因素是什么？指出它們分別是如何影響凝結(jié)換熱過程的？ 11 在液體沸騰過程中一個球形汽泡存在的條件是什么?為什么需要這樣的條件? 12 什么是輻射表面之間的角系數(shù)? 在什么條件下角系數(shù)成為一個純幾何量？13 什么叫黑體、灰體和白體？它們分別與

3、黑色物體、灰色物體和白色物體有什么區(qū)別？14 表述黑體輻射的蘭貝特定律。試問，實際物體是否滿足蘭貝特定律？在什么條件下灰體可以滿足蘭貝特定律？15 在深秋晴朗無風(fēng)的夜晚，草地會披上一身白霜，可是氣象臺的天氣預(yù)報卻說清晨最低溫度為2。試解釋這種現(xiàn)象。但在陰天或有風(fēng)的 夜晚，（其它條件不變）草地卻不會披上白霜，為什么？二 分析題r1r2分析題1附圖1 積分傅里葉定律表達式，推導(dǎo)出常物性、無內(nèi)熱源空心球壁的穩(wěn)態(tài)導(dǎo)熱熱流量的計算式（設(shè)球壁的內(nèi)外壁面溫度已知）。2 一塊無內(nèi)熱源的大平板在穩(wěn)態(tài)導(dǎo)熱時的溫度場如圖所示。試分析該平板的導(dǎo)熱系數(shù)是隨著溫度的增加而增加，還是隨著溫度增加而減少？試寫出導(dǎo)熱系數(shù)隨溫度

4、變化的近似表達式。分析題2附圖3導(dǎo)出等截面直肋片的導(dǎo)熱微分方程，并求出在其端部絕熱條件下的溫度分布表達式，同時畫出其溫度分布的示意圖。4有流體沿著一大平板流動，已知流體流速為u，流體溫度為T,平板溫度為Tw，畫出給定條件下在壁面形成的速度邊界層和熱邊界層的示意圖，并畫出x處的速度和溫度的變化曲線。分析題4附圖uTxx0uTxx0（a）Pr<1(b)Pr>15已知流體管內(nèi)流動換熱的計算公式為，試分析：管徑縮小一半而流速不變時，換熱系數(shù)增加多少？流速增加一倍而管徑不變時，換熱系數(shù)又增大多少？6畫出大容器沸騰換熱過程中熱流密度隨過熱度的變化曲線(控制壁溫加熱用實線控制熱流加熱用虛線)，同

5、時指出沸騰的幾個主要區(qū)域，并分析設(shè)計控制熱流加熱過程應(yīng)注意的問題。分析題7附圖12347 求表面1對表面4的角系數(shù)X1,4的表達式(已知各表面面積A1、A2、A3、A4，以及X1+2，3+4；X1+2，3；X2，3+4；X2，3)。ABC分析題8附圖8一半球形真空輻射爐，球心處有一個尺寸不大的圓盤形黑體輻射加熱元件，如圖所示。試指出圖中A、B、C三處中何處輻射強度最大？何處輻射熱流密度最大？0123分析題9附圖9 有三種材料，其單色吸收率的變化分別如圖所示，請在圖中分別表示出可以將其視為灰體的波長范圍。三 計算題1 直徑為57mm的管道，管道外表面溫度為100，將它用導(dǎo)熱系數(shù)為0.071W/(

6、m.)的石棉硅藻土材料保溫。保溫后保溫層外表面溫度不超過40，每米管道最大熱損失不超過70W，試問該保溫層材料至少有多厚？解：已知 t1=100 t2=40 l0.071 W/（m×）r1=0.05m 。由熱流計算關(guān)系式，得解出r2，因而有d=r2-r1 。 2 有一長圓柱體，其導(dǎo)熱系數(shù)為25W/(m),直徑為30mm,長為500mm。當對其通以P=100W的電功率后測得圓柱體表面的穩(wěn)定溫度為40。試計算圓柱體的中心溫度和表面熱流密度。（含內(nèi)熱源長圓柱的溫度分布：）解：由圓柱體中心溫度的計算式：，以及由題意，可以得出tc。再由熱流密度計算式可以得到qw. 3 將初始溫度為80、直徑為

7、20mm的紫銅長棒突然被橫置于空氣溫度為20、流速為12m/S的風(fēng)洞之中，5分鐘后紫銅棒溫度降到34。試計算此時空氣和紫銅棒之間的換熱系數(shù)。已知紫銅棒的物性為：=8954kg/m3,c=383.1J/(kg),=386W/(m)。解：將紫銅棒視為一個集總參數(shù)系統(tǒng)，那么有其溫度隨時間的變化關(guān)系：最后核算畢毆數(shù)是否滿足集總參數(shù)系統(tǒng)的條件。4進口溫度tf=20的空氣，在內(nèi)徑d1=12mm、壁溫 tw=200直管內(nèi)流動，進口處空氣的平均流速u=25m/s .試計算出口處空氣溫度t f=60時所需的管長。設(shè)管內(nèi)流動換熱計算公式為。解： 查得空氣物性值：l=0.0276w/(m×) =16.96

8、´10-6m2/s cP=1005J/(kg×) f =1.128kg/m3 Prf =0.699計算流速u，計算雷諾數(shù)Re并判別流動狀態(tài)。計算Nu，與換熱系數(shù)由熱平衡： 解得管長 L并計算 L/d 查得 eL 實際管長L'=eLL。 5冷卻水在內(nèi)徑dI =20mm, 壁溫tw =40、長L=1.5m的冷凝器管內(nèi)流動。冷卻水的入口溫度tf=17、出口溫度tf=23，求冷卻水的平均流速及管子的熱流密度。今查得水的物性值：lf =0.599w/(m×)，Pf =998.2 kg/m3，f =1.006´10-6 m2/s，cp =4183 J/(kg

9、×)，mf =1004´10-6 kg/( m×)，Prf =7.02，mw=653.3´10-6kg/(m×s)。管內(nèi)紊流計算公式：；管內(nèi)層流換熱計算公式：。解：假定為紊流換熱，又熱平衡關(guān)系有：,從中解得速度值 u 。校核：Re是否大于 104 。大則 屬于紊流過程，以上計算有效。換熱量為。690溫度的水以0.6m/S的流速在外直徑為33.5mm、壁厚為3.25mm的銅管內(nèi)流動。管子被放置在溫度為20的空氣環(huán)境中，空氣和管子外壁之間的換熱系數(shù)為8.5W/(m2)。如果銅管的長度為10m，試求：（1）水與管壁間的換熱系數(shù)；（2）水和空氣之間的傳

10、熱系數(shù)（忽略管壁熱阻）；（3）水的出口溫度。已知：水的物性量為：=965.3kg/m3,cp=4.208kJ/(kg),=68.0×10-2W/（m）;=0.326×10-6m2/S;Pr=1.95。管內(nèi)流動換熱計算公式：； 。umTf0T解：（1）計算管內(nèi)流動換熱，由題意有：計算Re選擇計算公式計算Ne,進而得到。通過圓筒壁的傳熱過程計算公式為。由于管材為銅可以忽略管壁熱阻。于是水和空氣之間的傳熱系數(shù)為：。由銅管中水和管外空氣之間的熱平衡，式中，代入數(shù)據(jù)解出出口溫度為。7車間所用的輻射式采暖板A1的尺寸為1.8´0.75m2,水平懸吊在天花板下，板的表面溫度t1

11、=107,黑度1=0.94。已知輻射板與工作臺平行，大小相同，相距2.5m。工作臺溫度t2=12，黑度1=0.9；車間溫度t3=7。試求工作臺與輻射板間交換的輻射熱，以及由于工作臺輻射散熱而實際得到的熱量。已知：由 和 已查得X1,2=0.058。解：由于板1和板2發(fā)出到車間的能量幾乎不返回到板1和2，車間3可視為黑體，它可用與板1和2 組成封閉系統(tǒng)的假想面來代替，由此J3=Eb3。計算Eb1=sbT4，Eb2，Eb3，A1=A2=，X1,3=1-X1,2=。對于節(jié)點J1和J2有，從中解得J1= w/m2 J2= w/m2。于是交換的熱流為，；實際得到的熱量。123Eb1Eb2J1J2J38 在如圖所示的黑度e3=0.475的絕熱半球狀殼體3中，其底部圓盤一半的表面1為灰體，其黑度1=0.35 ，溫度 T1=555K, 圓盤另一半的表面2為黑體，溫度T2=333 K。半球的半徑R=0.3m。試計算：表面1和表面2之間的凈輻射換熱量，以及表面3的溫度。解：由于X1,2=X2,1=0，空間輻射熱阻，輻射網(wǎng)絡(luò)圖簡化成下圖，因X1,3=X2,3=1 ，而 X3,1=X1,3A1/A3=X3,2=1/4，可知1m2，而A3=2p(0.3)2=0.565m2。由網(wǎng)絡(luò)輻射熱平衡有。由，解得 J3=sbT34，