傳熱學(xué)復(fù)習(xí)簡(jiǎn)答題及其答案Ⅰ部分

1、傳熱學(xué)復(fù)習(xí)簡(jiǎn)答題及其答案(I部分)概念題1、試分析室內(nèi)暖氣片的散熱過程，各個(gè)環(huán)節(jié)有哪些熱量傳遞方式？以暖氣片管內(nèi)走熱水為例。答：有以下?lián)Q熱環(huán)節(jié)及傳熱方式：(1)由熱水到暖氣片管道內(nèi)壁，熱傳遞方式為強(qiáng)制對(duì)流換熱；(2)由暖氣片管道內(nèi)壁到外壁，熱傳遞方式為固體導(dǎo)熱；(3)由暖氣片管道外壁到室內(nèi)空氣，熱傳遞方式有自然對(duì)流換熱和輻射換熱。2、試分析冬季建筑室內(nèi)空氣與室外空氣通過墻壁的換熱過程，各個(gè)環(huán)節(jié)有哪些熱量傳遞方式？答：有以下?lián)Q熱環(huán)節(jié)及傳熱方式：(1)室內(nèi)空氣到墻體內(nèi)壁，熱傳遞方式為自然對(duì)流換熱和輻射換熱；(2)墻的內(nèi)壁到外壁，熱傳遞方式為固體導(dǎo)熱；(3)墻的外壁到室外空氣，熱傳遞方式有對(duì)流換熱和

2、輻射換熱。3、何謂非穩(wěn)態(tài)導(dǎo)熱的正規(guī)階段？寫出其主要特點(diǎn)。答：物體在加熱或冷卻過程中，物體內(nèi)各處溫度隨時(shí)間的變化率具有一定的規(guī)律,物體初始溫度分布的影響逐漸消失，這個(gè)階段稱為非穩(wěn)態(tài)導(dǎo)熱的正規(guī)階段。4、分別寫出Nu、Re、Pr、Bi數(shù)的表達(dá)式，并說明其物理意義。hl答：(1)努塞爾(Nusselt激，Nu=,它表示表面上無量綱溫度梯度的大小。九(2)雷諾(Reynolds激，Re=,它表示慣性力和粘性力的相對(duì)大小。V(3)普朗特?cái)?shù)，Pr=Y,它表示動(dòng)量擴(kuò)散厚度和能量擴(kuò)散厚度的相對(duì)大小ahl(4)畢渥數(shù)，Bi=一,它表示導(dǎo)熱體內(nèi)部熱阻與外部熱阻的相對(duì)大小。5、豎壁傾斜后其凝結(jié)換熱表面?zhèn)鳠嵯禂?shù)是增加還

3、是減??？為什么？。答：豎壁傾斜后，使液膜順壁面流動(dòng)的力不再是重力而是重力的一部分，液膜流動(dòng)變慢，從而熱阻增加，表面?zhèn)鳠嵯禂?shù)減小。另外，從表面?zhèn)鳠嵯禂?shù)公式知，公式中的g亦要換成gsine,從而h減小。hx二grR2，；?nl(ts-tw)x_1/46、按照導(dǎo)熱機(jī)理，水的氣、液、固三種狀態(tài)中那種狀態(tài)的導(dǎo)熱系數(shù)最大？答：根據(jù)導(dǎo)熱機(jī)理可知，固體導(dǎo)熱系數(shù)大于液體導(dǎo)熱系數(shù)；液體導(dǎo)熱系數(shù)大于氣體導(dǎo)熱系數(shù)。所以水的氣、液、固三種狀態(tài)的導(dǎo)熱系數(shù)依次增大。7、熱擴(kuò)散系數(shù)是表征什么的物理量？它與導(dǎo)熱系數(shù)的區(qū)別是什么？答：熱擴(kuò)散率a=，與導(dǎo)熱系數(shù)一樣都是物性參數(shù)，它是表征物體傳遞溫度：c的能力大小，亦稱為導(dǎo)溫系數(shù)，熱

4、擴(kuò)散率取決于導(dǎo)熱系數(shù)九和Pc的綜合影響；而導(dǎo)熱系數(shù)是反映物體的導(dǎo)熱能力大小的物性參數(shù)。一般情況下，穩(wěn)態(tài)導(dǎo)熱的溫度分布取決于物體的導(dǎo)熱系數(shù)，但非穩(wěn)態(tài)導(dǎo)熱的溫度分布不僅取決于物體的導(dǎo)熱系數(shù)，還取決于物體的導(dǎo)溫系數(shù)。8、集總參數(shù)法的適用條件是什么？滿足集總參數(shù)法的物體，其內(nèi)部溫度分布有何特點(diǎn)？答：集總參數(shù)法的適用條件是Bi<0.1,其特點(diǎn)是當(dāng)物體內(nèi)部導(dǎo)熱熱阻遠(yuǎn)小于外部對(duì)流換熱熱阻時(shí)，物體內(nèi)部在同一時(shí)刻均處于同一溫度，物體內(nèi)部的溫度僅是時(shí)間的函數(shù)，而與位置無關(guān)。9、灰體的含義？答：灰體是指物體單色輻射力與同溫度黑體單色輻射力隨波長(zhǎng)的變化曲線相似，或它的單色發(fā)射率不隨波長(zhǎng)變化的物體；或單色吸收比與

5、波長(zhǎng)無關(guān)的物體，即單色吸收比為常數(shù)的物體。10、漫射表面？答：通常把服從蘭貝特定律的表面稱為漫射表面，即該表面的定向輻射強(qiáng)度與方向無關(guān)?；蛭矬w發(fā)射的輻射強(qiáng)度與方向無關(guān)的性質(zhì)叫漫輻射，具有這樣性質(zhì)的表面稱為漫射表面。11、氣體的熱邊界層與流動(dòng)邊界層的相對(duì)大?。看穑河捎?amp;/可=pr1/3,對(duì)于氣體來說Pr定0.7,所以氣體的熱邊界層的厚度大于流動(dòng)邊界層的厚度。12、沸騰換熱的臨界熱流密度的含義是什么?答：在泡態(tài)沸騰階段時(shí)，液體溫度與壁面溫度之差&若進(jìn)一步增大，汽泡在表面上生成、長(zhǎng)大，隨后引因浮力作用而離開表面。沸騰的液體主體溫度這時(shí)有一定的過熱度，故汽泡通過液體層時(shí)還會(huì)繼續(xù)被加熱、

6、膨脹，直到逸出液面，由于氣泡的大量迅速生成和它的劇烈運(yùn)動(dòng)，換熱強(qiáng)度劇增，熱流密度隨At的提高而急劇增大，直到達(dá)到熱流密度的峰值，此時(shí)的熱流密度稱為臨界熱流密度。當(dāng)At進(jìn)一步增大時(shí)，熱流密度又開始下降。13、影響強(qiáng)制對(duì)流換熱的表面換熱系數(shù)的因素有哪些？答：影響強(qiáng)制對(duì)流換熱的表面換熱系數(shù)的因素有流態(tài)、流體的物性、換熱表面的幾何因素等,用函數(shù)表示為h=f（u,tw，tf,K,Cp,P,o，巴1）。14、；利用同一冰箱儲(chǔ)存相同的物質(zhì)時(shí)，試問結(jié)霜的冰箱耗電量大還是未結(jié)霜冰箱耗電量大？為什么？答：在其它條件相同時(shí)，冰箱的結(jié)霜相當(dāng)于在冰箱的蒸發(fā)器和冰箱的冷凍室（或冷藏室）之間增加了一個(gè)附加的熱阻，因此，冷凍

7、室（或冷藏室）要達(dá)到相同的溫度，必須要求蒸發(fā)器處于更低的溫度。所以，結(jié)霜的冰箱的耗電量要大。15、分別寫出Bi、Nu、Fo、Pr數(shù)的表達(dá)式，并說明Bi物理意義。h答：（1）畢渥數(shù)，Bi=,它表示導(dǎo)熱體內(nèi)部導(dǎo)熱熱阻與外部對(duì)流換熱熱阻的九相對(duì)大小。h1（2）努塞爾數(shù)，Nu=,它表示壁面附近流體無量綱溫度梯度的大小，反映九對(duì)流換熱過程的強(qiáng)度。（3）傅立葉數(shù)，F(xiàn)o=石，它表示非穩(wěn)態(tài)導(dǎo)熱過程的無量綱時(shí)間。（4）普朗特?cái)?shù)，Pr=-,它表示動(dòng)量擴(kuò)散和能量擴(kuò)散的相對(duì)大小，是反映流動(dòng)a邊界層厚度和熱邊界層厚度的相對(duì)大小。16、圓管臨界熱絕緣直徑與哪些因素有關(guān)？答：圓管臨界熱絕緣直徑dc=空空，根據(jù)公式加以分析（

8、略）。h217、為什么珠狀凝結(jié)表面換熱系數(shù)比膜狀凝結(jié)表面換熱系數(shù)大？答：膜狀凝結(jié)換熱時(shí)沿整個(gè)壁面形成一層液膜，并且在重力的作用下流動(dòng)，凝結(jié)放出的汽化潛熱必須通過液膜，因此，液膜厚度直接影響了熱量傳遞。珠狀凝結(jié)換熱時(shí)，凝結(jié)液體不能很好的浸潤(rùn)壁面，僅在壁面上形成許多小液珠，此時(shí)壁面的部分表面與蒸汽直接接觸，因此，換熱速率遠(yuǎn)大于膜狀凝結(jié)換熱。18、不凝結(jié)氣體對(duì)表面凝結(jié)換熱強(qiáng)弱有何影響？答：不凝結(jié)氣體的存在，一方面使凝結(jié)表面附近蒸汽的分壓力降低，從而蒸汽飽和溫度降低，使得傳熱驅(qū)動(dòng)力即溫差（ts-tw）減??；另一方面，凝結(jié)蒸汽穿過不凝結(jié)氣體層到達(dá)壁面依靠的是擴(kuò)散，從而增加了阻力。因此，上述兩方面原因?qū)е?/p>

9、凝結(jié)換熱時(shí)的表面?zhèn)鳠嵯禂?shù)降低。19、空氣橫掠垂直管束時(shí)，沿流動(dòng)方向管排數(shù)越多，換熱越強(qiáng)，而蒸汽在水平管束外凝結(jié)時(shí)，沿液膜流動(dòng)方向管排數(shù)越多，換熱強(qiáng)度降低，為什么？答：空氣橫掠垂直管束時(shí)，沿流動(dòng)方向管排數(shù)越多，氣流擾動(dòng)越強(qiáng)，換熱越強(qiáng)，而蒸汽在水平管束外凝結(jié)時(shí)，沿液膜流動(dòng)方向管排數(shù)越多，凝結(jié)液膜越厚，凝結(jié)換熱熱阻越大，換熱強(qiáng)度降低。20、寫出時(shí)間常數(shù)的表達(dá)式，時(shí)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)？cV答：時(shí)間常數(shù)的表達(dá)式為是從非穩(wěn)態(tài)導(dǎo)熱問題中定義出來的，它不hA僅取決于幾何V/A參數(shù)和物性參數(shù)Pc,還取決于換熱條件h021、什么是物體表面的發(fā)射率？它與哪些因素有關(guān)？答：實(shí)際物體的

10、輻射力與同溫度下黑體輻射力之比稱為該物體的發(fā)射率，物體的發(fā)射率只取決于物體的表面特性（物體的種類、表面狀況和溫度），而與外界條件無關(guān)。22、什么是物體表面的吸收比（率）？它與哪些因素有關(guān)？答：物體對(duì)投入輻射所吸收的百分?jǐn)?shù)稱為該物體的吸收比（率），物體的吸收比（率）只取決于物體的表面特性（物體的種類、表面狀況和溫度），對(duì)于全波長(zhǎng)的特性還與投射能量的波長(zhǎng)分布有關(guān)關(guān)。23、何謂遮熱板（罩）？答：插入兩個(gè)輻射換熱表面之間的用于削弱兩個(gè)表面之間輻射換熱的薄板或罩。24、黑體輻射包括哪幾個(gè)定律？答：普朗克定律、維恩位移定律、斯蒂芬-玻爾茲曼定律、蘭貝特定律。25、其它條件相同時(shí)，同一根管子橫向沖刷與縱向沖

11、刷相比，哪個(gè)的表面換熱系數(shù)大？為什么？答：同一根管子橫向沖刷比縱向沖刷相比的表面換熱系數(shù)大。因?yàn)榭v向沖刷時(shí)相當(dāng)于外掠平板的流動(dòng)，熱邊界層較厚，熱阻較大；而橫向沖刷時(shí)熱邊界層較薄且在邊界層由于分離而產(chǎn)生的旋渦，增加了流體擾動(dòng)，因而換熱增強(qiáng)。26、下列三種關(guān)聯(lián)式描述的是那種對(duì)流換熱？Nu=f(Re,Pr,Gr),Nu=f(Re,Pr),Nu=f(Pr,Gr)答：Nu=f(Re，Pr，Gr)描述的是無相變的強(qiáng)迫對(duì)流換熱，且自然對(duì)流不可忽略；Nu=f(Re,Pr)描述的是自然對(duì)流可忽略的無相變的強(qiáng)迫對(duì)流換熱；Nu=f(Pr,Gr)描述的是自然對(duì)流換熱。27、寫出輻射換熱中兩表面間的平均角系數(shù)的表達(dá)式，

12、并說明其物理意義。答：平均角系數(shù)Xi,2=/C0S*c0S82dAidA2,它表示Ai表面發(fā)射出的輻射能中直接A1AiA2r落到另一表面A2上的百分?jǐn)?shù)?；蛘咚硎倦x開Ai表面的輻射能中直接落到另一表面A2上的百分?jǐn)?shù)。28、表面輻射熱阻答：當(dāng)物體表面不是黑體時(shí)，該表面不能全部吸收外來投射的輻射能量，這相當(dāng)、.一.i-；.于表面存在熱阻，該熱阻稱為表面輻射熱阻，常以：一來表示。A；29、有效輻射答：?jiǎn)挝粫r(shí)間內(nèi)離開單位面積的總輻射能為該表面的有效輻射J,它包括輻射表面的自身的輻射E和該表面對(duì)投射輻射G的反射輻射PG,即1=£+6。30、換熱器的污垢熱阻答：換熱設(shè)備運(yùn)行一段時(shí)間以后，在管壁產(chǎn)

13、生污垢層，由于污垢的導(dǎo)熱系數(shù)較小，熱阻不可以忽略，這種由于污垢生成的產(chǎn)生的熱阻稱為污垢熱阻。3i、在寒冷的北方地區(qū)，建房用磚采用實(shí)心磚還是多孔的空心磚好？為什么？答：采用空心磚較好，因?yàn)榭招拇u內(nèi)部充滿著空氣，而空氣的導(dǎo)熱系數(shù)相對(duì)較小，熱阻較大，空心磚導(dǎo)熱性較之實(shí)心磚差，同一條件下空心磚的房間的散熱量小保溫性好。32、下列材料中導(dǎo)熱系數(shù)最大的是（純銅）（a）純銅（b）純鐵黃銅（d）天然金剛石33、什么是雷諾類比律（寫出表達(dá)式）？它的應(yīng)用條件是什么？答：雷諾類比率：St=Cf/2,條件：Pr=1,34、下列工質(zhì)的普朗特?cái)?shù)最小的是（液態(tài)金屬）（a）水（b）空氣（c）液態(tài)金屬（d）變壓器油35、為什么

14、多層平壁中的溫度分布曲線不是一條連續(xù)的直線而是一條折線？36、對(duì)管殼式換熱器來說，兩種工質(zhì)在下列哪種情況下，何種工質(zhì)走管內(nèi)，何種工質(zhì)走管外？清潔的和不清潔的工質(zhì)（2）腐蝕性大與小的工質(zhì)（3）高溫與低溫的工質(zhì)答：（1）不清潔流體應(yīng)在管內(nèi)，因?yàn)闅?cè)清洗比較困難，而管內(nèi)可以拆開端蓋進(jìn)行清洗；（2）腐蝕性大的流體走管內(nèi)，因?yàn)楦鼡Q管束的代價(jià)比更換殼體要低，且如將腐蝕性大的流體走殼程，被腐蝕的不僅是殼體，還有管子外側(cè)。（3）溫度低的流體置于殼側(cè)，這樣可以減小換熱器的散熱損失。37、北方深秋季節(jié)的清晨，樹葉葉面上常常結(jié)霜。試問樹葉上、下表面的哪一面上容易結(jié)霜？為什么？答：霜會(huì)容易結(jié)在樹葉的上表面，因?yàn)闃淙~上

15、表面朝向太空，而太空表面的溫度會(huì)低于攝氏零度；下表面朝向地面，而地球表面的溫度一般在零度以上。相對(duì)于下表面來說，樹葉上表面向外輻射熱量較多，溫度下降的快，一旦低于零度時(shí)便會(huì)結(jié)霜038、什么是物體的發(fā)射率和吸收率？二者在什么條件下相等？答：實(shí)際物體的輻射力與同溫度下黑體的輻射力之比稱為該物體的發(fā)射率；投射到物體表面的總能量中被吸收的能量所占的份額是物體的吸收率。由基爾霍夫定律可知：當(dāng)物體表面為漫灰表面時(shí)，二者相等。39、窗玻璃對(duì)紅外線幾乎是不透過的，但為什么隔著玻璃曬太陽(yáng)卻使人感到暖和？答：窗玻璃對(duì)紅外線幾乎不透過，但對(duì)可見光則是可透過的，當(dāng)隔著玻璃曬太陽(yáng)時(shí)，太陽(yáng)光可以穿過玻璃進(jìn)入室內(nèi)，而室內(nèi)物

16、體發(fā)出的紅外線卻被阻隔在室內(nèi)，因房間內(nèi)溫度越來越高，從而感到暖和。40、對(duì)流換熱過程微分方程式與導(dǎo)熱過程的第三類邊界條件表達(dá)式有什么不同之處？答：對(duì)流換熱過程微分方程式與導(dǎo)熱過程的第三類邊界條件表達(dá)式都可以用下式表示hx=-；二，但是，前者的導(dǎo)熱系數(shù)九為流體的導(dǎo)熱系數(shù)，而(tw-tf)xyw,x且表面?zhèn)鳠嵯禂?shù)h是未知的；后者的導(dǎo)熱系數(shù)九為固體的導(dǎo)熱系數(shù)，而且表面?zhèn)鳠嵯禂?shù)h是已知的41、寫出豎平壁上膜狀凝結(jié)的冷凝雷諾數(shù)的表達(dá)式答：冷凝雷諾數(shù)：Rec4hlts-twLr,或者Rec4、umP4M42、為什么用電加熱時(shí)容易發(fā)生電熱管壁被燒毀的現(xiàn)象？而采用蒸汽加熱時(shí)則不會(huì)？答：用電加熱時(shí)，加熱方式屬于

17、表面熱流密度可控制的，而采用蒸汽加熱時(shí)則屬于壁面溫度可控制的情形。由大容器飽和沸騰曲線可知，當(dāng)熱流密度一旦超過臨界熱流密度時(shí)，工況就有可能很快跳至穩(wěn)定的膜態(tài)沸騰，使得表面溫度快速上升，當(dāng)超過壁面得燒毀溫度時(shí)，就會(huì)導(dǎo)致設(shè)備的燒毀；采用蒸汽加熱由于壁面溫度可控制，就容易控制壁面的溫開，避免設(shè)備壁面溫度過度升高，使其溫度始終低于設(shè)備的燒毀溫度。43、用熱電偶監(jiān)測(cè)氣流溫度隨時(shí)間變化規(guī)律時(shí)，應(yīng)如何選擇熱電偶節(jié)點(diǎn)的大??？答：在其它條件相同時(shí)，熱電偶節(jié)點(diǎn)越大，它的溫度變化一定幅度所需要吸收(或放出)的熱量越多，此時(shí)雖然節(jié)點(diǎn)換熱表面積也有所增大，但其增大的幅度小于體積增大的幅度。故綜合地講，節(jié)點(diǎn)大的熱電偶在相

18、同的時(shí)間內(nèi)吸收熱量所產(chǎn)生cv、的溫升要小一些。由九=一上定義知，V/A=f(r),r為節(jié)點(diǎn)的半徑，顯然，節(jié)hA點(diǎn)半徑越小，時(shí)間常數(shù)越小，熱電偶的相應(yīng)速度越快。44、由導(dǎo)熱微分方程可知，非穩(wěn)態(tài)導(dǎo)熱只與熱擴(kuò)散率有關(guān)，而與導(dǎo)熱系數(shù)無關(guān)你認(rèn)為對(duì)嗎？答：由于描述一個(gè)導(dǎo)熱問題的完整數(shù)學(xué)表達(dá)，不僅包括控制方程，還包括定解條件。雖然非穩(wěn)態(tài)導(dǎo)熱控制方程只與熱擴(kuò)散率有關(guān)，但邊界條件中卻有可能包括導(dǎo)熱系數(shù)。因此，上述觀點(diǎn)不正確。45、由對(duì)流換微分方程h=-上工可知，該式中沒有出現(xiàn)流速，有人因此認(rèn)為t；:y表面?zhèn)鳠嵯禂?shù)與流體速度場(chǎng)無關(guān)。你認(rèn)為對(duì)嗎？答：這種說法不正確，因?yàn)樵诿枋隽鲃?dòng)的能量方程中，對(duì)流項(xiàng)含有流體速度，要

19、獲得流體的溫度場(chǎng)，必須先獲得流體的速度場(chǎng)，在對(duì)流換熱中流動(dòng)與換熱是密不可分的。因此，對(duì)流換熱的表面?zhèn)鳠嵯禂?shù)與流體速度有關(guān)。46、什么是等溫線？在連續(xù)的溫度場(chǎng)中，等溫線的特點(diǎn)是什么？47.大平壁在等溫介質(zhì)中冷卻的冷卻率與哪些因素有關(guān)48、何謂集總參數(shù)法？其應(yīng)用的條件是什么？應(yīng)怎樣選擇定型尺寸？49、寫出計(jì)算一維等截面直肋散熱量的公式。50、簡(jiǎn)述遮熱罩削弱輻射換熱的基本思想。51、判定兩個(gè)物理現(xiàn)象相似的條件是什么？52、試述強(qiáng)化管內(nèi)流體對(duì)流換熱采用的方法，并簡(jiǎn)述理由。53、寫出輻射換熱中兩表面間的平均角系數(shù)的表達(dá)式，并說明其物理意義。54、影響膜狀凝結(jié)換熱的主要熱阻是什么？55、大空間飽和沸騰有哪

20、三種狀態(tài)？什么是沸騰換熱的臨界熱負(fù)荷？56、寫出傅立葉定律的數(shù)學(xué)表達(dá)式，并解釋其物理意義。57、簡(jiǎn)要說明太陽(yáng)能集熱器采用的選擇性表面應(yīng)具備的性質(zhì)和作用原理。58、試用傳熱學(xué)理論解釋熱水瓶的保溫原理。二、計(jì)算題（一）計(jì)算題解題方略1、穩(wěn)態(tài)導(dǎo)熱問題（1）截面直肋肋片的傳熱量和肋端溫度的求解。（2）單層及多層平壁在第三類邊界條件下導(dǎo)熱問題的計(jì)算，(3)單層及多層圓筒壁在第三類邊界條件下導(dǎo)熱每米供熱管道的散熱損失2、非穩(wěn)態(tài)導(dǎo)熱問題(1)集總參數(shù)法求解任意形狀物體(如熱電偶)的瞬態(tài)冷卻或加熱問題。(2)公式法或諾謨圖法求解任意形狀物體(如熱電偶或平板)的瞬態(tài)冷卻或加熱問題。3、對(duì)流換熱問題(1)外掠平板

21、或管內(nèi)強(qiáng)制對(duì)流換熱問題在不同流態(tài)下的換熱分析及計(jì)算。(2)橫掠單管或管束的自然或強(qiáng)制對(duì)流換熱問題的計(jì)算。4、輻射換熱問題(1)兩個(gè)和三個(gè)非凹面組成的封閉腔體，各個(gè)表面之間的輻射換熱問題的計(jì)算，(2)兩個(gè)平行平板之間的輻射換熱問題的計(jì)算。5、注意事項(xiàng)(1)對(duì)流換熱問題中，當(dāng)流體為氣流時(shí)，有時(shí)需要同時(shí)考慮對(duì)流和輻射換熱；(2)對(duì)于長(zhǎng)直的園管換熱問題，往往要計(jì)算單位管長(zhǎng)的換熱量；(3)對(duì)于管內(nèi)強(qiáng)迫對(duì)流換熱問題，應(yīng)注意層流和紊流時(shí)的實(shí)驗(yàn)關(guān)聯(lián)式的選取，而且流體定性溫度的在不同邊界條件下(如常壁溫和常熱流邊界條件)確定方法有兩種：算數(shù)平均法和對(duì)數(shù)平均法。(4)注意多個(gè)非凹面組成的封閉腔體，各個(gè)表面之間的輻

22、射換熱問題的計(jì)算中的某個(gè)表面的凈輻射熱量與任意兩個(gè)表面之間的輻射換熱量的區(qū)別與聯(lián)系。(二)計(jì)算題例題1、室內(nèi)一根水平放置的無限長(zhǎng)的蒸汽管道，。其保溫層外徑d=583mm,外表面=48C23C實(shí)測(cè)平均溫度及空氣溫度分別為w，f，此時(shí)空氣與管道外表面間的自然對(duì)流換熱的表面?zhèn)鳠嵯禂?shù)h=3£2W&(m2K),墻壁的溫度近似取為室內(nèi)空氣的溫度，保溫層外表面的發(fā)射率問：(1)此管道外壁的換熱必須考慮哪些熱量傳遞方式；(2)計(jì)算每米長(zhǎng)度管道外壁的總散熱量。(12分)解：(1)此管道外壁的換熱有輻射換熱和自然對(duì)流換熱兩種方式。(2)把管道每米長(zhǎng)度上的散熱量記為q,ql當(dāng)僅考慮自然對(duì)流時(shí)，單位

23、長(zhǎng)度上的自然對(duì)流散熱qi,c=二dh：t=二dh(tw-tf),_=3.14,t0.583_3.42CA823)-近似地取墻壁的溫度為室內(nèi)空氣溫度，于皂每米長(zhǎng)度胖道外表面與室內(nèi)物體及墻=156.5(W/m)壁之間的輻射為：44ql,r=d(T；-T24)總的散熱量為ql=ql,c+ql,r=156.5+274.7=431.2(W/m)=3.140.5835.6710-80.9(48273)4-(23273)42、如圖所示的墻壁，其導(dǎo)熱系數(shù)為50W/(m-K),內(nèi)度為50mm在穩(wěn)態(tài)情況下的=274.7(W/m)墻壁內(nèi)的一維溫度分布為：t=200-2000x2,式中t的單位為°C,x單位

24、為nr試，t，4000x求：(1)墻壁兩側(cè)表面的熱流密度；墻壁內(nèi)單位體積的內(nèi)熱源生成的熱量。解：(1)由傅立葉定律：、dt-W1、,、q2=-'(-4000x)Adx_m所以墻壁兩側(cè)的熱流密度:qxL4000'0=0粵,mqx4000500.05=10000-W2'_m由導(dǎo)熱微分方程*十生=0得：dxd2t,、3qv=-'-(-4000)400050=200000W/mdx3、一根直徑為1mm勺銅導(dǎo)線，每米的電阻為2.22M10-。導(dǎo)線外包有厚度為0.5mm導(dǎo)熱系數(shù)為0.15W/(mK)的絕緣層。限定絕緣層的最高溫度為650C,絕緣層的外表面溫度受環(huán)境影響，假設(shè)

25、為400C。試確定該導(dǎo)線的最大允許電流為多少？解：(1)以長(zhǎng)度為L(zhǎng)的導(dǎo)線為例，導(dǎo)線通電后生成的熱量為|2RL,其中的一部分熱量用于導(dǎo)線的升溫，其熱量為E=%二LdTm:一部分熱量通過絕熱層的4d.導(dǎo)熱傳到大氣中，其熱量為：=tw1-twj01.d2ln2二Ld1twl-tw21.d2In一2二Ld1根據(jù)能量守恒定律知：I2RL：學(xué)-E=.：E=I2RL一二，即：E=七二LTm=I2RL-4d(2)當(dāng)導(dǎo)線達(dá)到最高溫度時(shí)，導(dǎo)線處于穩(wěn)態(tài)導(dǎo)熱,>0=°=i2rltw1-tw2，ln色2二Ld1I2r1=0_6540=33.98(W/m),1,d212ln-ln-2d12二0.151I2

26、R=33.98=I=123.7(A)：33.98_33.98R-,2.2210，4、250C的熱電偶被置于溫度為2500c的氣流中，設(shè)熱電偶節(jié)點(diǎn)可以近似看成球形，要使其時(shí)間常數(shù)%=1s,問熱節(jié)點(diǎn)的直徑為多大？忽略熱電偶引線的影響,且熱節(jié)點(diǎn)與氣流間的表面?zhèn)鳠嵯禂?shù)為h=300W/(m2K),熱節(jié)點(diǎn)材料的物性參數(shù)為：導(dǎo)熱系數(shù)為20W/(mK),P=8500kg/m3,c=400J/(kgK)如果氣流與熱節(jié)點(diǎn)間存在著輻射換熱，且保持熱電偶時(shí)間常數(shù)不變，則對(duì)所需熱節(jié)點(diǎn)直徑大小有和影響？cVV4：R3/3Rch解：(1)%=，一=矢=1父300/(8500父400)=8.82父10(m)hAA4二R23：

27、c.0.529(mm)故熱電偶直徑：d=2R=238.82105驗(yàn)證畢渥數(shù)B是否滿足集總參數(shù)法：Bi=hV絲=300皿絲10二=0.0013c0.1滿足集總參數(shù)法條件。20(2)若熱節(jié)點(diǎn)與氣流間存在輻射換熱，則總的表面?zhèn)鳠嵯禂?shù)h(包括對(duì)流和輻cV射)將增加，由=知，要保持為不變，可以使V/A增加，即熱節(jié)點(diǎn)的直hA徑增加。5、空氣以10m/s速度外掠0.8m長(zhǎng)的平板，tf=800C,tw=300C,計(jì)算該平板在臨界雷諾數(shù)Rec下的1、全板平均表面?zhèn)鳠嵯禂?shù)以及換熱量。(層流時(shí)平板表面局部努塞爾數(shù)Nux=0.332/2P.1/3,紊流時(shí)平板表面局部努塞爾數(shù)Nux=0.029琮4/5匕1/3,板寬為1

28、m,已知Rec=5M105,定性溫度tm=550C時(shí)的物性參數(shù)為：九=2.87M10W/(mK),v=18.46父10*m2/s,Pr=0.697)解：(1)根據(jù)臨界雷諾數(shù)求解由層流轉(zhuǎn)變到紊流時(shí)的臨界長(zhǎng)度tm=；(tf+tw)=55°C,止匕時(shí)空氣得物性參數(shù)為：%=2.87x10,W/(mK),v=18.46黑102/s,Pr=0.697ulRec-XcVu510518.4610上10=0.92(m)由于板長(zhǎng)是0.8m,所以，整個(gè)平板表面的邊界層的流態(tài)皆為層流Nux=旦=0.332Re/2Pr1/3二九'_1/2_1/32.8710_51/2_1/32_hc=0.3321Re

29、cPr=0.332乂(5黑105)黑0.697=7.41(W/m2C)(2)板長(zhǎng)為0.8m時(shí)，整個(gè)平板表面的邊界層的雷諾數(shù)為:R二3二100.818.4610"_5=4.33105全板平均表面?zhèn)鳠嵯禂?shù)1/21/3h=0.664RePr=0.664lecr2.87100.8-2一(4.33105)1/20.6971/3=13.9(W/m2C)AB、B定向輻射強(qiáng)度與方向無關(guān)，故1A=IB=IC對(duì)于A、B、C三處，由于立體角相同，且黑體加熱元件全板平均表面換熱量：.：，=hA(tf_tw)=13.90.81(80-30)=557.9W6、如圖所示為真空輻射爐，球心處有一黑體加熱元件，試指出

30、，黑體豺C三處中何處定向輻射強(qiáng)度最大？何處輻射熱流最大？假設(shè)所張的立體角相同。解：（1）由黑體輻射的蘭貝特定律笳，黑體的cos1Acos與cos%由蘭貝特定律e=iecos9知，a處輻射力最大,即A處輻射熱流最大；C處輻射力最小，即C處輻射熱流最小。7、試證明：在兩個(gè)平行平板之間加上n塊遮熱板后，輻射換熱量將減小到無遮熱板時(shí)的1/（n+1）。假設(shè)各板均為漫灰表面，且發(fā)射率相同，皆為名，板的面積皆為Ao證明：（1）無遮熱板時(shí),：-1,2Eb1-Eb21,2三對(duì)兩個(gè)無限長(zhǎng)的平板來說AX1,2=1，所以61,2Eb1-Eb21一；11一；'D/1,2有n塊遮熱板時(shí),Eb1-Eb21一；11一

31、；11-n(2)AAAAAEb1-Eb21二(n1)(12)(nEb1-Eb2二A-1)所以V/1,2=-12n11,28、用裸露的熱電偶測(cè)煙氣管道內(nèi)的溫度，測(cè)量值為匕=177,管道內(nèi)壁溫度tw=94°C,煙氣對(duì)熱電偶表面的對(duì)流換熱系數(shù)h=142W/(m2K),熱電偶表面的黑度必=0.6,求煙氣的真實(shí)溫度。如果其它條件不變，給熱電偶加以黑度為0.8的足夠長(zhǎng)的遮熱罩，煙氣對(duì)遮熱罩的對(duì)流換熱系數(shù)與煙氣對(duì)熱電偶表面的對(duì)熱電偶t1=177°CF=0.6h=142流換熱系數(shù)相同h=142w/(m2，K),此時(shí)熱電偶的測(cè)量值是多少?解：(1)熱電偶節(jié)點(diǎn)從煙氣中吸熱為入=hA(tf-L)

32、,熱電偶節(jié)點(diǎn)對(duì)管壁的放副為tw=94°C用_Eg-£所'r1-.1.1-A11A1X1,wAw；w相對(duì)熱電偶節(jié)點(diǎn)，管壁的面積是非常大的，因此有X1,w=1及A1/Aw=0,此時(shí)中=；1A(Eb1-Ebw)當(dāng)熱電偶節(jié)點(diǎn)處于熱平衡時(shí)，=：3即hA(tf-=；1A(Eb1-Ebw)其中：Eb1=5.6710”(177273)4=2325.05W/m2Eb2=5.6710(94273)4=1028.6W/m2煙氣的真實(shí)溫度為tf=t1(Eb1一Eb2)=177獨(dú)(2325.05-1028.6)=182.50Ch142(2)當(dāng)給熱電偶加以遮熱罩時(shí)，構(gòu)成了有3個(gè)實(shí)體組成的換熱系

33、統(tǒng)，其中熱電偶節(jié)點(diǎn)從煙氣吸熱的同時(shí)，還要向遮熱罩放熱，穩(wěn)態(tài)平衡式為(3代表遮熱罩)hA1(tfT)丁Eb1-Eb3A11AX"1-3A3，3考慮到X1,3=1及A1/A3=0,則hA1(tf-tj=51Al(Eg-Eb3)遮熱罩的內(nèi)外側(cè)從煙氣及熱電偶吸熱，同時(shí)向管壁放熱，穩(wěn)態(tài)平衡式為(3代表遮熱罩)2hA3(tf-t3)mA(Ebi-Eb3)=Eb3；Ebw1-311-；wA3A"抑考慮到X3,w=1及A3/Aw=0,則2hA3(tf13)=叫Ai(Eb3Ebl)+E3A3(Eb3Ebw)由于A3AAA,所以上式右邊第一項(xiàng)可以省略，于是2hA3(tf13)=!13A3(Eb3Ebw),即二30,8_844T3=Tf,(Ebw-Eb3)=455.55.6710(3674-