高等傳熱學考試范圍答案

1、1. 強迫流動換熱如何受熱物性影響？答：強迫對流換熱與Re和Pr有關；加熱與對流的粘性系數(shù)發(fā)生變化。2. 強化傳熱是否意味著增加換熱量？工程上強化傳熱的收益和代價通常是指什么？答：不一定，強化傳熱是指在一定條件（如一定的溫差、體積、重量或泵功等）下增加所傳遞的熱量。工程上的收益是減小換熱器的體積節(jié)省材料和重量；提高現(xiàn)有換熱器的換熱量；減少換熱器的阻力，以降低換熱器的動力消耗等。代價是耗電，并因增大流速而耗功。3. 傳熱學和熱力學中的熱平衡概念有何區(qū)別？答：工程熱力學是溫度相同時，達到熱平衡，而傳熱學微元體獲得的能量等于內(nèi)熱源和進出微元體熱量之和，內(nèi)熱源散熱是有溫差的。4. 表面輻射和氣體輻射各

2、有什么特點? 為什么對輻射板供冷房間，無需考慮氣體輻射的影響，而發(fā)動機缸內(nèi)傳熱氣體輻射卻成了主角？答：表面輻射具有方向性和選擇性。氣體輻射的特點：1.氣體的輻射和吸收具有明顯的選擇性。2. 氣體的輻射和吸收在整個氣體容器中進行，強度逐漸減弱?？諝?，氫，氧，氮等分子結(jié)構(gòu)稱的雙原子分子，并無發(fā)射和吸收輻射能的能力，可認為是熱輻射的透明體。但是二氧化碳，水蒸氣，二氧化硫，氯氟烴和含氯氟烴的三原子、多原子以及不對稱的雙原子氣體（一氧化碳）卻具有相當大的輻射本領。房間是自然對流，氣體主要是空氣。由于燃油，燃煤及然氣的燃燒產(chǎn)物中通常包含有一定濃度的二氧化碳和水蒸氣，所以發(fā)動機缸內(nèi)要考慮。5. 有人在學完傳

3、熱學后認為，換熱量和熱流密度兩個概念實質(zhì)內(nèi)容并無差別，你的觀點是？答：有差別。熱流密度是指通過單位面積的熱流量。而換熱量跟面積有關。6. 管內(nèi)層流換熱強化和湍流換熱強化有何實質(zhì)性差異？為什么?答：層流邊界層是強化管內(nèi)中間近90%的部分，層流入口段的熱邊界層比較薄，局部表面?zhèn)鳠嵯禂?shù)比充分發(fā)展段高，且沿著主流方向逐漸降低。如果邊界層出現(xiàn)湍流，則因湍流的擾動與混合作用又會使局部表面?zhèn)鳠嵯禂?shù)有所提高，再逐漸向于一個定值。而湍流是因為其推動力與梯度變化和溫差有關，減薄粘性底層，所以強化壁面。7. 以強迫對流換熱和自然對流換熱為例，試談談你對傳熱、流動形態(tài)、結(jié)構(gòu)三者之間的關聯(lián)答：對流換熱按流體流動原因分為

4、強制對流換熱和自然對流換熱。一般地說，強制對流的流速較自然對流高，因而對流換熱系數(shù)也高。例如空氣自然對流換熱系數(shù)約為525 W/（m2），強制對流換熱的結(jié)構(gòu)影響了流體的流態(tài)、流速分布和溫度分布，從而影響了對流換熱的效果。流體在管內(nèi)強制流動與管外強制流動，由于換熱表面不同，流體流動產(chǎn)生的邊界層也不同，其換熱規(guī)律和對流換熱系數(shù)也不相同。在自然對流中，流體的流動與換熱表面之間的相對位置，對對流換熱的影響較大，平板表面加熱空氣自然對流時，熱面朝上氣流擾動比較激烈，換熱強度大；熱面朝下時流動比較平靜，換熱強度較小。8. 我們經(jīng)常用Q=hAt.計算強迫對流換熱、自然對流換熱、沸騰和凝結(jié)換熱，試問在各種情況

5、下?lián)Q熱系數(shù)與溫差的關聯(lián)？答：強迫對流的換熱系數(shù)與Re,Pr有關但與溫差無關，自然對流與Gr的0.25次方有關聯(lián)，即與溫差有關，凝結(jié)換熱換熱系數(shù)是溫差的-0.25次方。9. 試簡述基爾霍夫定理的基本思想 答：一、基爾霍夫第一定律：匯于節(jié)點的各支路電流的代數(shù)和等于零，用公式表示為： I=0 又被稱作基爾霍夫電流定律（KCL）。 二、基爾霍夫第二定律：沿任意回路環(huán)繞一周回到出發(fā)點，電動勢的代數(shù)和等于回路各支路電阻（包括電 源的內(nèi)阻在內(nèi)）和支路電流的乘積（即電壓的代數(shù)和）。用公式表示為： E=RI 又被稱作基爾霍夫電壓定律(KVL)。 10. 簡述沸騰換熱與汽泡動力學、汽化核心、過熱度這些概念的關聯(lián)答

6、：沸騰是指在液體內(nèi)部以產(chǎn)生氣泡的形式進行的氣化過程，就流體運動的動力而言，沸騰過程又有大容器沸騰，大容器沸騰時流體的運動是由于溫差和氣泡的擾動所引起的，沸騰換熱會依次出現(xiàn)自然對流區(qū)、核態(tài)沸騰區(qū)、過度沸騰區(qū)和膜態(tài)沸騰區(qū)。當溫度較低時（）壁面過熱度小，壁面上沒有氣泡產(chǎn)生。當加熱壁面的過熱度后，壁面上個別點（稱為汽化核心）開始產(chǎn)生氣泡，汽化核心的氣泡彼此互不干擾。隨著進一步增加，汽化核心增加，氣泡互相影響，并會合成氣塊及氣柱。在這兩個區(qū)中，氣泡的擾動劇烈，傳熱系數(shù)和熱流密度都急劇增大。進一步提高，傳熱規(guī)律出現(xiàn)異乎尋常的變化。這是因為氣泡匯聚覆蓋在加熱面上，而蒸汽排除過程越趨惡化。這時熱流密度達到最低

7、，并且溫度達到了過熱度，是很不穩(wěn)定的過程。II.傳熱學與實際應用1.利用同一冰箱儲存相同的物質(zhì)時，試問結(jié)霜的冰箱耗電量大還是未結(jié)霜的冰箱耗電量大？答：當其它條件相同時，冰箱的結(jié)霜相當于在冰箱蒸發(fā)器和冰箱冷凍室（或冷藏室）之間增加了一個附加熱阻，因此，要達到相同的制冷室溫度，必然要求蒸發(fā)器處于更低的溫度。所以，結(jié)霜的冰箱耗電量更大。2. 在深秋晴朗無風的夜晚，草地會披上一身白霜，可是氣象臺的天氣報告卻說清晨最低溫度為2攝氏度，試解釋這種現(xiàn)象。答：可從輻射換熱以及熱平衡溫度的角度來分析，由于存在大氣窗口（紅外輻射能量透過大氣層時透過率較高的光譜段稱為大氣窗口），因此地面可與溫度很低的外太空可進行輻

8、射熱交換，這樣就有可能使地面的熱平衡溫度低于空氣溫度3請說明在換熱設備中，水垢、灰垢的存在對傳熱過程會產(chǎn)生什么影響，如何防止。當你設計一臺換熱器，如果預先考慮結(jié)垢的影響，換熱器面積將會比理想情況大還是小? 答：從傳熱系數(shù)或傳熱熱阻角度分析。在換熱設備中，水垢、灰垢的存在將使系統(tǒng)中導熱熱阻大大增加，減小了傳熱系數(shù)，使換熱性能惡化，同時還使換熱面易于發(fā)生腐蝕，并減小了流體的流通截面，較厚的污垢將使流動阻力也增大。此外，熱流體側(cè)壁面結(jié)垢，會使壁面溫度降低，使換熱效率下降，而冷流體側(cè)壁面結(jié)垢，會導致壁溫升高，對于換熱管道，甚至造成爆管事故。防止結(jié)垢的手段有定期排污、清洗、清灰，加強水處理，保證水質(zhì)，采

9、用除塵、吹灰設備等。4. 一碗水放在空氣中散熱，其溫度隨時間的變化估計是何種趨勢？為什么？答 ：一碗水放在空氣中，將會與大氣進行自然對流換熱和輻射對流換熱，開始溫度下降較快，而后逐漸變慢，最后趨于環(huán)境溫度。5為強化一臺冷油器的傳熱，有人用提高冷卻水流速的辦法，但發(fā)現(xiàn)效果并不顯著，試分析原因。答：冷油器中由于油的粘度較大，對流換熱表面?zhèn)鳠嵯禂?shù)較小，占整個傳熱過程中熱阻的主要部分，而冷卻水的對流換熱熱阻較小，不占主導地位，因而用提高水速的方法，只能減小不占主導地位的水側(cè)熱阻，故效果不顯著。6有一臺鋼制換熱器，熱水在管內(nèi)流動，加熱管外空氣。有人提出，為提高加熱效果，采用管外加裝肋片并將鋼管換成銅管。

10、請你評價這一方案的合理性。答：該換熱器管內(nèi)為水的對流換熱，管外為空氣的對流換熱，主要熱阻在管外空氣側(cè)，因而在管外加裝肋片可強化傳熱。注意到鋼的導熱系數(shù)雖然小于銅的，但該換熱器中管壁導熱熱阻不是傳熱過程的主要熱阻，因而無需將鋼管換成銅管。7干燥物料有很多種方式：比如熱風干燥、微波干燥、紅外干燥等，目前常用的是熱風干燥，但熱風干燥的缺點是耗能大、表面易起皮和開裂，試從傳熱傳質(zhì)的角度來分析這一現(xiàn)象答：熱量從高溫熱源以各種方式傳遞給濕物料，使物料表面濕分汽化并逸散到外部空間，從而在物料表面和內(nèi)部出現(xiàn)濕含量的差別。但是為了使內(nèi)部濕量逐步往外走，就要加大能耗，使的表面溫度更高，變干。8. 有人存在這樣的觀

11、點：由于工質(zhì)冷凝和沸騰換熱系數(shù)很高，因此無需進行沸騰和冷凝換熱強化答：隨著工業(yè)的發(fā)展，特別是高熱負荷的出現(xiàn)，相變傳熱（沸騰和凝結(jié)）的強化日益受到重視并在工業(yè)上得到越來越多的應用。一般認為凝結(jié)換熱系數(shù)很高，可以不必采用強化措施。但對氟里昂蒸汽或有機蒸汽而言，氟利昂是低沸點工質(zhì)，潛熱很小，沸騰換熱系數(shù)和它們的凝結(jié)換熱系數(shù)比水蒸氣小的多。9. 太陽能集熱器吸熱表面選用具有什么性質(zhì)的材料為宜? 為什么?答：太陽能集熱器是用來吸收太陽輻射能的，因而其表面應能最大限度地吸收投射來的太陽輻射能，同時又保證得到的熱量盡少地散失，即表面盡可能少的向外輻射能。但太陽輻射是高溫輻射，輻射能量主要集中于短波光譜(如可

12、見光)，集熱器本身是低溫輻射，輻射能量主要集中于長波光譜范圍(如紅外線)。所以集熱器表面應選擇具備對短波吸收率很高，而對長波發(fā)射(吸收)率極低這樣性質(zhì)的材料。10.為什么鍋爐中高溫過熱器一般采用順流式和逆流式混合布置的方式？答:因為在一定的進出口溫度條件下，逆流的平均溫差最大，順流的平均溫差最小，即采用逆流方式有利于設備的經(jīng)濟運行。 但逆流式換熱器也有缺點，其熱流體和冷流體的最高溫度集中在換熱器的同一端，使得該處的壁溫較高，即這一端金屬材料要承受的溫度高于順流型換熱器，不利于設備的安全運行。所以高溫過熱器一般采用順流式和逆流式混合布置的方式，即在煙溫較高區(qū)域采用順流布置，在煙溫較低區(qū)域采用逆流

13、布置。 1. 有一臺1-2型管殼式換熱器（殼側(cè)1程，管側(cè)2程）用來冷卻11號潤滑油。冷卻水在管內(nèi)流動，流量為3kg/s；可認為管殼式換熱器是一種交叉流換熱，熱油的進出口溫度為：。試計算：油的流量；所傳遞的熱量；所需的傳熱面積。解: (1) 油的流量: 查得潤滑油及水的比熱分別為：c1=2148 J/kg；c2=4174 J/kg 則: (2) 所傳遞的熱量: (3) 所需的傳熱面積: 由圖10-23： 查得： y=0.9Dtm=44.80.9=40.32 2. 壓力為1.5105Pa的無油飽和水蒸汽在臥式殼管式冷凝器的殼側(cè)凝結(jié)。經(jīng)過處理的循環(huán)水在外徑為20mm、厚為1mm的黃銅管內(nèi)流過，流速為

14、1.4m/s，其溫度由進口出處的56升高到出口處的94。黃銅管成叉排布置，在每一豎直排上平均布置9根。冷卻水在管內(nèi)的流動為兩個流程，管內(nèi)已積水垢。試確定所需的管長、管子數(shù)及冷卻水量。=1.2107W。解：(1)平均傳熱溫差： 由附錄10查得飽和蒸汽溫度為111.32，則： ()(2)管外凝結(jié)換熱系數(shù)： 設管外壁溫度tw=105，則tm=(111.32+105)/2=108.2 由附錄查得凝結(jié)水物性參數(shù)： 由公式6-4： =8809 (W/m2)(3)管內(nèi)換熱系數(shù)： tf=(56+94)/2=75 由附錄查得水物性參數(shù): (4) 熱阻：蒸汽側(cè)污垢熱阻：r0=0.0001 ; 水側(cè)污垢熱阻： ri

15、=0.0002管壁熱阻：(黃銅 l=131 W/m) (5) 傳熱系數(shù)： 由傳熱方程：q1=kDtm=174332.72=57030 (W/m2)由凝結(jié)換熱: q2=h0Dt=8809(111.32-105)=55673 (W/m2)q1與q2僅相差 2% ; 上述計算有效。(6) 傳熱面積：(7) 冷卻水量：（查附錄10：cp=4191 J/kgK） (8) 流動截面：（查附錄10：=974.8 kg/m3） 單程管數(shù)： (根) 兩個流程共需管子434根。 管子長度： (m)3 一蒸汽管道的保溫層外包了油毛氈, 表面溫度為330K，外徑為0.22m。該管道水平地穿過室溫為22的房間，在房內(nèi)長度為6m。試計算蒸汽管道在該房間內(nèi)的總散熱量。解：空氣定性溫度，選取空氣的物性參數(shù)， Nu=0.48（GrPr）1/4=0.48（362729800.699）1/4=34.06h= Nu d/ =34.060.22/0.0276=271.5)=Ah=3.140.226271.5(57-22)=39386W4. 對于如圖所示的結(jié)構(gòu)，試計算下列情形下從小孔向外輻射的能量：（1）所有內(nèi)表面均是500K的黑體；（2）所有內(nèi)表面均是=0.6的漫射體，溫度均為500K。解：設小孔面積