傳熱學(xué)經(jīng)典試題

1、傳熱學(xué)試題庫(kù)第一章 概 論一、名詞解釋1熱流量：?jiǎn)挝粫r(shí)間內(nèi)所傳遞的熱量2熱流密度：?jiǎn)挝粋鳠崦嫔系臒崃髁?導(dǎo)熱：當(dāng)物體內(nèi)有溫度差或兩個(gè)不同溫度的物體接觸時(shí)，在物體各部分之間不發(fā)生相對(duì)位移的情況下，物質(zhì)微粒(分子、原子或自由電子)的熱運(yùn)動(dòng)傳遞了熱量，這種現(xiàn)象被稱(chēng)為熱傳導(dǎo)，簡(jiǎn)稱(chēng)導(dǎo)熱。 4對(duì)流傳熱：流體流過(guò)固體壁時(shí)的熱傳遞過(guò)程，就是熱對(duì)流和導(dǎo)熱聯(lián)合用的熱量傳遞過(guò)程，稱(chēng)為表面對(duì)流傳熱，簡(jiǎn)稱(chēng)對(duì)流傳熱。5輻射傳熱：物體不斷向周?chē)臻g發(fā)出熱輻射能，并被周?chē)矬w吸收。同時(shí)，物體也不斷接收周?chē)矬w輻射給它的熱能。這樣，物體發(fā)出和接收過(guò)程的綜合結(jié)果產(chǎn)生了物體間通過(guò)熱輻射而進(jìn)行的熱量傳遞，稱(chēng)為表面輻射傳熱，簡(jiǎn)稱(chēng)輻射傳

2、熱。6總傳熱過(guò)程：熱量從溫度較高的流體經(jīng)過(guò)固體壁傳遞給另一側(cè)溫度較低流體的過(guò)程，稱(chēng)為總傳熱過(guò)程，簡(jiǎn)稱(chēng)傳熱過(guò)程。 7對(duì)流傳熱系數(shù)：?jiǎn)挝粫r(shí)間內(nèi)單位傳熱面當(dāng)流體溫度與壁面溫度差為1K是的對(duì)流傳熱量，單位為W(m2?K)。對(duì)流傳熱系數(shù)表示對(duì)流傳熱能力的大小。8輻射傳熱系數(shù)：?jiǎn)挝粫r(shí)間內(nèi)單位傳熱面當(dāng)流體溫度與壁面溫度差為1K是的輻射傳熱量，單位為W(m2?K)。輻射傳熱系數(shù)表示輻射傳熱能力的大小。9復(fù)合傳熱系數(shù)：?jiǎn)挝粫r(shí)間內(nèi)單位傳熱面當(dāng)流體溫度與壁面溫度差為1K是的復(fù)合傳熱量，單位為W(m2?K)。復(fù)合傳熱系數(shù)表示復(fù)合傳熱能力的大小。10總傳熱系數(shù)：總傳熱過(guò)程中熱量傳遞能力的大小。數(shù)值上表示傳熱溫差為1K時(shí)

3、，單位傳熱面積在單位時(shí)間內(nèi)的傳熱量。四、簡(jiǎn)答題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(xiě)出三個(gè)系數(shù)的定義并比較，單位分別為W/(mK)，W/(m2K)，W/(m2K)）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

4、關(guān)系，熱路圖在傳熱過(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）第二章 熱傳導(dǎo)一、名詞解釋1溫度場(chǎng)：某一瞬間物體內(nèi)各點(diǎn)溫度分布的總稱(chēng)。一般來(lái)說(shuō)，它是空間坐標(biāo)和時(shí)間坐標(biāo)的函數(shù)。2等溫面(線)：由物體內(nèi)溫度相同的點(diǎn)所連成的面（或線）。3溫度梯度：在等溫

5、面法線方向上最大溫度變化率。4熱導(dǎo)率：物性參數(shù)，熱流密度矢量與溫度降度的比值，數(shù)值上等于1 Km的溫度梯度作用下產(chǎn)生的熱流密度。熱導(dǎo)率是材料固有的熱物理性質(zhì)，表示物質(zhì)導(dǎo)熱能力的大小。5導(dǎo)溫系數(shù)：材料傳播溫度變化能力大小的指標(biāo)。6穩(wěn)態(tài)導(dǎo)熱：物體中各點(diǎn)溫度不隨時(shí)間而改變的導(dǎo)熱過(guò)程。7非穩(wěn)態(tài)導(dǎo)熱：物體中各點(diǎn)溫度隨時(shí)間而改變的導(dǎo)熱過(guò)程。8傅里葉定律：在各向同性均質(zhì)的導(dǎo)熱物體中，通過(guò)某導(dǎo)熱面積的熱流密度正比于該導(dǎo)熱面法向溫度變化率。9保溫(隔熱)材料：0.12 W/(m?K)(平均溫度不高于350時(shí))的材料。10肋效率：肋片實(shí)際散熱量與肋片最大可能散熱量之比。11接觸熱阻：材料表面由于存在一定的粗糙度使

6、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。12定解條件(單值性條件)：使微分方程獲得適合某一特定問(wèn)題解的附加條件，包括初始條件和邊界條件。四、簡(jiǎn)答題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)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

7、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(xiě)出

8、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(lèi)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(lèi)邊界條件：0,tw=fw(x, )第二類(lèi)邊界條件：0, 第三類(lèi)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(lèi)似，套管材料應(yīng)選用不銹鋼，因給出的三種材料中，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

9、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(chēng)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?chē)橘|(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。）第三章對(duì)流傳熱一、名詞解釋1速度邊界層：在流場(chǎng)中壁面附近流速發(fā)生急劇變化的薄層。2溫度邊界層：在流體溫度場(chǎng)中壁面附近溫度發(fā)生急劇變化的薄層。3定性溫度：確定換熱過(guò)程中流體物性的溫度。4特征尺度：對(duì)于對(duì)流傳熱起決定作用的幾何尺寸。5相似準(zhǔn)則(如Nu,Re,Pr,Gr,R

10、a)：由幾個(gè)變量組成的無(wú)量綱的組合量。6強(qiáng)迫對(duì)流傳熱：由于機(jī)械(泵或風(fēng)機(jī)等)的作用或其它壓差而引起的相對(duì)運(yùn)動(dòng)。7自然對(duì)流傳熱：流體各部分之間由于密度差而引起的相對(duì)運(yùn)動(dòng)。8大空間自然對(duì)流傳熱：傳熱面上邊界層的形成和發(fā)展不受周?chē)矬w的干擾時(shí)的自然對(duì)流傳熱。9珠狀凝結(jié)：當(dāng)凝結(jié)液不能潤(rùn)濕壁面(90?)時(shí)，凝結(jié)液在壁面上形成許多液滴，而不形成連續(xù)的液膜。 10膜狀凝結(jié)：當(dāng)液體能潤(rùn)濕壁面時(shí)，凝結(jié)液和壁面的潤(rùn)濕角(液體與壁面交界處的切面經(jīng)液體到壁面的交角)90?，凝結(jié)液在壁面上形成一層完整的液膜。11核態(tài)沸騰：在加熱面上產(chǎn)生汽泡，換熱溫差小，且產(chǎn)生汽泡的速度小于汽泡脫離加熱表面的速度，汽泡的劇烈擾動(dòng)使表面?zhèn)?/p>

11、熱系數(shù)和熱流密度都急劇增加。12膜態(tài)沸騰：在加熱表面上形成穩(wěn)定的汽膜層，相變過(guò)程不是發(fā)生在壁面上，而是汽液界面上，但由于蒸汽的導(dǎo)熱系數(shù)遠(yuǎn)小于液體的導(dǎo)熱系數(shù)，因此表面?zhèn)鳠嵯禂?shù)大大下四、 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。）3試比較強(qiáng)迫對(duì)流橫掠管束傳熱中管束叉排

12、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??；(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：彎曲的表面引起復(fù)雜的流動(dòng)，邊界層較薄且不易穩(wěn)

13、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)邊界層的變化引起換熱系數(shù)由大到小變化，考慮到流型的變化，

14、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

15、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，這可以從換熱熱阻增加和蒸汽飽和溫度下降兩方面加以闡述。(1)含有不

16、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。）第四章輻射傳熱一、 名詞解釋1熱輻射：由于物體內(nèi)部微觀粒子的熱運(yùn)動(dòng)狀態(tài)改變，而將部分內(nèi)能轉(zhuǎn)換成電磁波的能量發(fā)射出去的過(guò)程。2吸收比：投射到物體表面的熱輻射中被物體所吸收的比例。3反射比：投射到物體表面的熱輻射中被物體表面所反射的比例。4穿透比：投射到物體表面的熱輻射中穿透物體的比例。5黑體：吸收比= 1的物體。6白體：反射比=l的物體(漫射表面)7透明

17、體：透射比= 1的物體8灰體：光譜吸收比與波長(zhǎng)無(wú)關(guān)的理想物體。9黑度：實(shí)際物體的輻射力與同溫度下黑體輻射力的比值，即物體發(fā)射能力接近黑體的程度。10輻射力：?jiǎn)挝粫r(shí)間內(nèi)物體的單位輻射面積向外界(半球空間)發(fā)射的全部波長(zhǎng)的輻射能。11漫反射表面：如果不論外界輻射是以一束射線沿某一方向投入還是從整個(gè)半球空間均勻投入，物體表面在半球空間范圍內(nèi)各方向上都有均勻的反射輻射度Lr，則該表面稱(chēng)為漫反射表面。12角系數(shù)： 從表面1發(fā)出的輻射能直接落到表面2上的百分?jǐn)?shù)。13有效輻射：?jiǎn)挝粫r(shí)間內(nèi)從單位面積離開(kāi)的總輻射能，即發(fā)射輻射和反射輻射之和。14投入輻射：?jiǎn)挝粫r(shí)間內(nèi)投射到單位面積上的總輻射能。15定向輻射度：?jiǎn)?/p>

18、位時(shí)間內(nèi)，單位可見(jiàn)輻射面積在某一方向p的單位立體角內(nèi)所發(fā)出的總輻射能(發(fā)射輻射和反射輻射)，稱(chēng)為在該方向的定向輻射度。16漫射表面：如該表面既是漫發(fā)射表面，又是漫反射表面，則該表面稱(chēng)為漫射表面。17定向輻射力：?jiǎn)挝惠椛涿娣e在單位時(shí)間內(nèi)向某一方向單位立體角內(nèi)發(fā)射的輻射能。18表面輻射熱阻：由表面的輻射特性所引起的熱阻。19遮熱板：在兩個(gè)輻射傳熱表面之間插入一塊或多塊薄板以削弱輻射傳熱。20重輻射面：輻射傳熱系統(tǒng)中表面溫度未定而凈輻射傳熱量為零的表面。四、 簡(jiǎn)答題1試用所學(xué)的傳熱學(xué)知識(shí)說(shuō)明用熱電偶測(cè)量高溫氣體溫度時(shí)，產(chǎn)生測(cè)量誤差的原因有哪些?可以采取什么措施來(lái)減小測(cè)量誤差? （提示：用熱電偶測(cè)溫時(shí)

19、同時(shí)存在氣流對(duì)熱電偶換熱和熱電偶向四壁的散熱兩種情況，熱電偶的讀數(shù)小于氣流的實(shí)際溫度產(chǎn)生誤差。所以，引起誤差的因素：煙氣與熱電偶間的復(fù)合換熱小；熱電偶與爐膛內(nèi)壁問(wèn)的輻射換熱大。減小誤差的措施：減小煙氣與熱電偶間的換熱熱阻，如抽氣等；增加熱電偶與爐膛間的輻射熱阻，如加遮熱板；設(shè)計(jì)出計(jì)算誤差的程序或裝置，進(jìn)行誤差補(bǔ)償。）2試用傳熱原理說(shuō)明冬天可以用玻璃溫室種植熱帶植物的原理。 （提示：可以從可見(jiàn)光、紅外線的特性和玻璃的透射比來(lái)加以闡述。玻璃在日光(短波輻射)下是一種透明體，透過(guò)率在90以上，使絕大部分陽(yáng)光可以透過(guò)玻璃將溫室內(nèi)物體和空氣升溫。室內(nèi)物體所發(fā)出的輻射是一種長(zhǎng)波輻射紅外線，對(duì)于長(zhǎng)波輻射玻璃

20、的透過(guò)串接近于零，幾乎是不透明(透熱)的，因此，室內(nèi)物體升溫后所發(fā)出的熱輻射被玻璃擋在室內(nèi)不能穿過(guò)。玻璃的這種輻射特性，使室內(nèi)溫度不斷升高。）3試分析遮熱板的原理及其在削弱輻射傳熱中的作用。（提示：可從遮熱板能增加系統(tǒng)熱阻角度加以說(shuō)明。(1)在輻射換熱表面之間插入金屬(或固體)薄板，稱(chēng)為遮熱板。(2)其原理是，遮熱板的存在增大了系統(tǒng)中的輻射換熱熱阻，使輻射過(guò)程的總熱阻增大，系統(tǒng)黑度減少，使輻射換熱量減少。(3)遮熱板對(duì)于削弱輻射換熱具有顯著作用，如在兩個(gè)平行輻射表面之間插入一塊同黑度的遮熱板，可使輻射換熱量減少為原來(lái)的12，若采用黑度較小的遮熱板，則效果更為顯著。）4什么叫黑體、灰體和白體?它

21、們分別與黑色物體、灰色物體、白色物體有什么區(qū)別?在輻射傳熱中，引入黑體與灰體有什么意義? （提示：可以從黑體、白體、灰體的定義和有關(guān)輻射定律來(lái)闡述。根據(jù)黑體、白體、灰體的定義可以看出，這些概念都是以熱輻射為前提的?；疑?、黑色、白色是針對(duì)可見(jiàn)光而言的。所謂黑體、白體、灰體并不是指可見(jiàn)光下物體的顏色，灰體概念的提出使基爾霍夫定律無(wú)條件成立，與波長(zhǎng)、溫度無(wú)關(guān)，使吸收率的確定及輻射換熱計(jì)算大為簡(jiǎn)化，因此具有重要的作用；黑體概念的提出使熱輻射的吸收和發(fā)射具有了理想的參照物。）5玻璃可以透過(guò)可見(jiàn)光，為什么在工業(yè)熱輻射范圍內(nèi)可以作為灰體處理? （提示：可以從灰體的特性和工業(yè)熱輻射的特點(diǎn)來(lái)論述。所謂灰體是針對(duì)

22、熱輻射而言的，灰體是指吸收率與波長(zhǎng)無(wú)關(guān)的物體。在紅外區(qū)段，將大多數(shù)實(shí)際物體作為灰體處理所引起的誤差并不大，一般工業(yè)熱輻射的溫度范圍大多處于2000K以下，因此其主要熱輻射的波長(zhǎng)位于紅外區(qū)域。許多材料的單色吸收率在可見(jiàn)光范圍內(nèi)和紅外范圍內(nèi)有較大的差別，如玻璃在可見(jiàn)光范圍內(nèi)幾乎是透明的，但在工業(yè)熱輻射范圍內(nèi)則幾乎是不透明的，并且其光譜吸收比與波長(zhǎng)的關(guān)系不大，可以作為灰體處理。）6什么是“溫室效應(yīng)”?為什么說(shuō)大氣中的C02含量增加會(huì)導(dǎo)致溫室效應(yīng)? （提示：可以從氣體輻射的特點(diǎn)和能量平衡來(lái)加以說(shuō)明。CO2氣體具有相當(dāng)強(qiáng)的輻射和吸收能力，屬于溫室氣體。根據(jù)氣體輻射具有選擇性的特點(diǎn)，CO2氣體的吸收光帶有

23、三段：26528、415445、130170m，主要分布于紅外區(qū)域。太陽(yáng)輻射是短波輻射，波長(zhǎng)范圍在038一076m，因此，對(duì)于太陽(yáng)輻射C02氣體是透明的，能量可以射入大氣層。地面向空間的輻射是長(zhǎng)波輻射，主要分布于紅外區(qū)域，這部分輻射在CO2氣體的吸收光帶區(qū)段C02氣體會(huì)吸收能量，是不透明的。在正常情況下，地球表面對(duì)能量的吸收和釋放處于平衡狀態(tài)，但如果大氣中的CO2含量增加會(huì)使大氣對(duì)地面輻射的吸收能力增強(qiáng)，導(dǎo)致大氣溫度上升，導(dǎo)致了所謂溫室效應(yīng)。）第五章 傳熱過(guò)程與傳熱器一、 名詞解釋1傳熱過(guò)程:熱量從高溫流體通過(guò)壁面?zhèn)飨虻蜏亓黧w的總過(guò)程.2復(fù)合傳熱:對(duì)流傳熱與輻射傳熱同時(shí)存在的傳熱過(guò)程.3污垢系

24、數(shù):單位面積的污垢熱阻.4肋化系數(shù): 肋側(cè)表面面積與光壁側(cè)表面積之比.5順流:兩種流體平行流動(dòng)且方向相同6逆流: 兩種流體平行流動(dòng)且方向相反7效能:換熱器實(shí)際傳熱的熱流量與最大可能傳熱的熱流量之比.8傳熱單元數(shù):傳熱溫差為1K時(shí)的熱流量與熱容量小的流體溫度變化1K所吸收或放出的熱流量之比.它反映了換熱器的初投資和運(yùn)行費(fèi)用,是一個(gè)換熱器的綜合經(jīng)濟(jì)技術(shù)指標(biāo).9臨界熱絕緣直徑:對(duì)應(yīng)于最小總熱阻(或最大傳熱量)的保溫層外徑.四、簡(jiǎn)答題 1試舉出3個(gè)隔熱保溫的措施，并用傳熱學(xué)理論闡明其原理？ (提示:可以從導(dǎo)熱、對(duì)流、輻射等角度舉出許多隔熱保溫的例子.例如采用遮熱板,可以顯著削弱表面之間的輻射換熱，從傳

25、熱學(xué)原理上看，遮熱板的使用成倍地增加了系統(tǒng)中輻射的表面熱阻和空間熱阻，使系統(tǒng)黑度減小，輻射換熱量大大減少；又如采用夾層結(jié)構(gòu)并抽真空，可以削弱對(duì)流換熱和導(dǎo)熱，從傳熱角度看，夾層結(jié)構(gòu)可以使強(qiáng)迫對(duì)流或大空間自然對(duì)流成為有限空間自然對(duì)流，使對(duì)流換熱系數(shù)大大減小，抽真空，則杜絕了空氣的自然對(duì)流，同時(shí)也防止了通過(guò)空氣的導(dǎo)熱；再如表面包上高反射率材料或表面鍍銀，則可以減小輻射表面的吸收比和發(fā)射率(黑度)，增大輻射換熱的表面熱阻，使輻射換熱削弱，等等。)2解釋為什么許多高效隔熱材料都采用蜂窩狀多孔性結(jié)構(gòu)和多層隔熱屏結(jié)構(gòu)。 (提示：從削弱導(dǎo)熱、對(duì)流、輻射換熱的途徑方面來(lái)闡述。高效隔熱材料都采用蜂窩狀多孔性結(jié)構(gòu)和

26、多層隔熱屏結(jié)構(gòu)，從導(dǎo)熱角度看，空氣的導(dǎo)熱系數(shù)遠(yuǎn)遠(yuǎn)小于固體材料，因此采用多孔結(jié)構(gòu)可以顯著減小保溫材料的表觀導(dǎo)熱系數(shù)，阻礙了導(dǎo)熱的進(jìn)行；從對(duì)流換熱角度看，多孔性材料和多層隔熱屏阻隔了空氣的大空間流動(dòng)，使之成為尺度十分有限的微小空間。使空氣的自然對(duì)流換熱難以開(kāi)展，有效地阻礙了對(duì)流換熱的進(jìn)行；從輻射換熱角度分析，蜂窩狀多孔材料或多層隔熱屏相當(dāng)于使用了多層遮熱板，可以成倍地阻礙輻射換熱的進(jìn)行，若再在隔熱屏表面鍍上高反射率材料，則效果更為顯著。)3什么叫換熱器的順流布置和逆流布置?這兩種布置方式有何特點(diǎn)？設(shè)計(jì)時(shí)如何選用？ (提示：從順、逆流布置的特點(diǎn)上加以論述。冷、熱流體平行流動(dòng)且方向相同稱(chēng)為順流，換熱器

27、順流布置具有平均溫差較小、所需換熱面積大、具有較低的壁溫、冷流體出口溫度低于熱流體出口溫度的特點(diǎn)。冷、熱流體平行流動(dòng)但方向相反稱(chēng)為逆流，換熱器逆流布置具有平均溫差大、所需換熱面積小、具有較高壁溫、冷流體出口溫度可以高于熱流體的出口溫度的特點(diǎn)。設(shè)計(jì)中，一般較多選用逆流布置，使換熱器更為經(jīng)濟(jì)、有效，但同時(shí)也要考慮冷、熱流體流道布置上的可行性，如果希望得到較高的壁面溫度，則可選用逆流布置，反之，如果不希望換熱器壁面溫度太高，則可以選擇順流布置，或者順、逆流混合布置方式。)4試解釋并比較換熱器計(jì)算的平均溫差法和NTU法？ (提示：從平均溫壓法和NTU法的原理、特點(diǎn)上加以闡述。兩種方式都可以用于換熱器的

28、設(shè)計(jì)計(jì)算和校核計(jì)算，平均溫差法是利用平均溫差來(lái)進(jìn)行換熱器的計(jì)算，而NTU法是利用換熱器效能與傳熱單元數(shù)NTU來(lái)進(jìn)行換熱器計(jì)算。平均溫壓法要計(jì)算對(duì)數(shù)平均溫壓，而NTU法則要計(jì)算熱容量比、傳熱單元數(shù)或換熱器效能。設(shè)計(jì)計(jì)算時(shí)，用平均溫差法比用NTU法方便，而在校核計(jì)算時(shí)，用NTU法比用平均溫差方便。)5請(qǐng)說(shuō)明在換熱設(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：從傳熱系數(shù)或傳熱熱阻角度分析。在換熱設(shè)備中，水垢、灰垢的存在將使系統(tǒng)中導(dǎo)熱熱阻大大增加，減小了傳熱系數(shù)，使換熱性能惡化，同時(shí)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(dòng)阻力也增大。此外，熱流體側(cè)壁面

29、結(jié)垢，會(huì)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(huì)導(dǎo)致壁溫升高，對(duì)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(qiáng)水處理，保證水質(zhì)，采用除塵、吹灰設(shè)備等。)傳熱過(guò)程及換熱器部分一、基本概念主要包括傳熱方程式及換熱器設(shè)計(jì)、對(duì)數(shù)平均溫差、換熱器中兩流體沿程溫度變化曲線、強(qiáng)化傳熱及熱阻分析、傳熱系數(shù)實(shí)驗(yàn)測(cè)定方法等等。1、對(duì)殼管式換熱器來(lái)說(shuō)，兩種流體在下列情況下，何種走管內(nèi)，何種走管外？(1)清潔與不清潔的；(2)腐蝕性大與小的；(3)溫度高與低的；(4)壓力大與小的；(5)流量大與小的；(6)粘度大與小的。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

30、內(nèi)可定期折開(kāi)端蓋清洗；(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，且如將腐蝕性強(qiáng)的流體置于殼側(cè)，被腐蝕的不僅是殼體，還有管子；(3)溫度低的流體置于殼側(cè)，這樣可以減小換熱器散熱損失；(4)壓力大的流體置于管內(nèi)，因?yàn)楣軅?cè)耐壓高，且低壓流體置于殼側(cè)時(shí)有利于減小阻力損；(5)流量大的流體放在管外，橫向沖刷管束可使表面?zhèn)鳠嵯禂?shù)增加；(6)粘度大的流體放在管外，可使管外側(cè)表面?zhèn)鳠嵯禂?shù)增加。2、為強(qiáng)化一臺(tái)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c試分析原因。答：冷油器中由于油的粘度較大，對(duì)流換熱表面?zhèn)鳠嵯禂?shù)較小，占整個(gè)傳熱過(guò)程中熱阻的主要部分，而冷卻水的對(duì)流換熱熱阻較

31、小，不占主導(dǎo)地位，因而用提高水速的方法，只能減小不占主導(dǎo)地位的水側(cè)熱阻，故效果不顯著。3、有一臺(tái)鋼管換熱器，熱水在管內(nèi)流動(dòng)，空氣在管束間作多次折流橫向沖刷管束以冷卻管內(nèi)熱水。有人提出，為提高冷卻效果，采用管外加裝肋片并將鋼管換成銅管。請(qǐng)你評(píng)價(jià)這一方案的合理性。答：該換熱器管內(nèi)為水的對(duì)流換熱，管外為空氣的對(duì)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(qiáng)化傳熱。注意到鋼的導(dǎo)熱系數(shù)雖然小于銅的，但該換熱器中管壁導(dǎo)熱熱阻不是傳熱過(guò)程的主要熱阻，因而無(wú)需將鋼管換成銅管。4、為了簡(jiǎn)化工程計(jì)算，將實(shí)際的復(fù)合換熱突出一個(gè)主要矛盾來(lái)反映，將其次要因素加以適當(dāng)考慮或忽略掉，試簡(jiǎn)述多孔建筑材料導(dǎo)熱、房屋外墻內(nèi)

32、表面的總換熱系數(shù)、鍋爐爐膛高溫?zé)煔馀c水冷壁之間的換熱等三種具體情況的主次矛盾。答：通過(guò)多孔建筑物材料的導(dǎo)熱,孔隙內(nèi)雖有對(duì)流和輻射,但導(dǎo)熱是主要的,所以熱量傳遞按導(dǎo)熱過(guò)程進(jìn)行計(jì)算,孔隙中的對(duì)流和輻射的因素在導(dǎo)熱系數(shù)中加以考慮。房屋外墻內(nèi)表面的總換熱系數(shù)是考慮了對(duì)流和輻射兩因素的復(fù)合,兩者所起作用相當(dāng),因?qū)α鲹Q熱計(jì)算簡(jiǎn)便,將輻射的因素折算在對(duì)流換熱系數(shù)中較方便些。鍋爐爐膛高溫?zé)煔馀c水冷壁之間的換熱,由于火焰溫度高達(dá)1000以上,輻射換熱量很大,而爐膛煙氣流速很小,對(duì)流換熱相對(duì)較小,所以一般忽略對(duì)流換熱部分,而把火焰與水冷壁之間的換熱按輻射換熱計(jì)算。5、肋片間距的大小對(duì)肋壁的換熱有何影響?答：當(dāng)肋片

33、間距減小時(shí)，肋片的數(shù)量增多，肋壁的表面積相應(yīng)地增大,故肋化系數(shù)值增大,這對(duì)減小熱阻有利;此外適當(dāng)減小肋片間距可以增強(qiáng)肋片間流體的擾動(dòng),使換熱系數(shù)h相應(yīng)提高。但是減小肋片的間距是有限的,一般肋片的間距不小于邊界層厚度的兩倍,以免肋片間流體的溫度升高,降低了傳熱的溫差。6、如何考慮肋片高度l對(duì)肋壁傳熱的影響?答：肋高l的影響必須同時(shí)考慮它對(duì)肋片效率f和肋化系數(shù)兩因素的作用。l增大將使f降低,但卻能使肋面積A2增大,從而使增大。因此在其他條件不變的情況下,如能針對(duì)具體傳熱情況,綜合考慮上述兩項(xiàng)因素,合理地選取l,使1/(hf)項(xiàng)達(dá)一最低值,從而獲得最有利的傳熱系數(shù)K值,以達(dá)到增強(qiáng)傳熱的目的。7、試述

34、平均溫差法(LMTD法)和效能傳熱單元數(shù)法(-NTU法)在換熱器傳熱計(jì)算中各自的特點(diǎn)?答：LMTD法和-NTU法都可用于換熱器的設(shè)計(jì)計(jì)算和校核計(jì)算。這兩種方法的設(shè)計(jì)計(jì)算繁簡(jiǎn)程度差不多。但采用LMTD法可以從求出的溫差修正系數(shù)t的大小看出所選用的流動(dòng)形式接近逆流程度,有助于流動(dòng)形式的選擇,這是-NTU法所做不到的。對(duì)于校核計(jì)算,兩法都要試算傳熱系數(shù),但是由于LMTD法需反復(fù)進(jìn)行對(duì)數(shù)計(jì)算故較-NTU法稍嫌麻煩些,校核計(jì)算時(shí)如果傳熱系數(shù)已知,則-NTU法可直接求得結(jié)果,要比LMTD法簡(jiǎn)便得多。8、熱水在兩根相同的管內(nèi)以相同流速流動(dòng)，管外分別采用空氣和水進(jìn)行冷卻。經(jīng)過(guò)一段時(shí)間后，兩管內(nèi)產(chǎn)生相同厚度的水

35、垢。試問(wèn)水垢的產(chǎn)生對(duì)采用空冷還是水冷的管道的傳熱系數(shù)影響較大?為什么?答：采用水冷時(shí)，管道內(nèi)外均為換熱較強(qiáng)的水，兩側(cè)流體的換熱熱阻較小，因而水垢的產(chǎn)生在總熱阻中所占的比例較大。而空氣冷卻時(shí)，氣側(cè)熱組較大，這時(shí)，水垢的產(chǎn)生對(duì)總熱阻影響不大。故水垢產(chǎn)生對(duì)采用水冷的管道的傳熱系數(shù)影響較大。 二、定量計(jì)算主要包括：復(fù)合換熱及傳熱過(guò)程、熱阻分析、換熱器設(shè)計(jì)計(jì)算、換熱器校核計(jì)算。1、外徑為200mm采暖熱水輸送保溫管道，水平架空鋪設(shè)于空氣溫度為-5的室外，周?chē)鷫Ρ诒砻嫫骄鶞囟冉茷?，管道采用巖棉保溫瓦保溫，其導(dǎo)熱系數(shù)為（W/m）0.027+0.00017t（）。管內(nèi)熱水平均溫度為100，由接觸式溫度計(jì)測(cè)

36、得保溫層外表面平均溫度為45，表面發(fā)射率為0.9，若忽略管壁的導(dǎo)熱熱阻，試確定管道散熱損失、保溫層外表面復(fù)合換熱系數(shù)及保溫層的厚度。解：管道散熱損失包括自然對(duì)流散熱損失和輻射散熱損失兩部分。 2、一所平頂屋，屋面材料厚0.2m，導(dǎo)熱系數(shù)w=0.6W/(m?K)，屋面兩側(cè)的材料發(fā)射率均為0.9。冬初，室內(nèi)溫度維持tf118，室內(nèi)四周墻壁亦為18，且它的面積遠(yuǎn)大于頂棚面積。天空有效輻射溫度為-60。室內(nèi)頂棚表面對(duì)流表面?zhèn)鳠嵯禂?shù)h10.529W/(m2?K)，屋頂對(duì)流表面?zhèn)鳠嵯禂?shù)h2=21.1W/(m2?K)，問(wèn)當(dāng)室外氣溫降到多少度時(shí)，屋面即開(kāi)始結(jié)霜(tw20)，此時(shí)室內(nèi)頂棚溫度為多少?此題是否可算

37、出復(fù)合換熱表面?zhèn)鳠嵯禂?shù)及其傳熱系數(shù)?7、設(shè)計(jì)一臺(tái)給水加熱器，將水從15加熱到80，水在管內(nèi)受迫流動(dòng)，質(zhì)量流量為2kg/s，比熱為4.1868kJ/kg。管內(nèi)徑為0.0116m，外徑0.019m，用110的飽和蒸汽加熱，在加熱器為飽和液體。已知管內(nèi)外的對(duì)流傳熱系數(shù)分別為4306 W/ m2和7153W/ m2；汽化潛熱r = 2229.9kJ/kg；且忽略管壁的導(dǎo)熱熱阻，試?yán)?NTU法確定所需傳熱面積。該換熱器運(yùn)行一段時(shí)間后，在冷熱流體流量及進(jìn)口溫度不變的條件下，只能將水加熱到60，試采用對(duì)數(shù)平均溫差法確定運(yùn)行中產(chǎn)生的污垢熱阻。提示：一側(cè)流體有相變時(shí)，=1-e-NTU。 熱輻射基本定律部分一、

38、基本概念主要包括熱輻射基本概念及名詞解釋、黑體輻射基本定律、實(shí)際物體輻射特性及其應(yīng)用。1、北方深秋季節(jié)的清晨，樹(shù)葉葉面上常常結(jié)霜。試問(wèn)樹(shù)葉上、下去面的哪一面結(jié)箱?為什么?答：霜會(huì)結(jié)在樹(shù)葉的上表面。因?yàn)榍宄?，上表面朝向太空，下表面朝向地面。而太空表回的溫度低于攝氏零度，而地球表面溫度一般在零度以上。由于相對(duì)樹(shù)葉下表面來(lái)說(shuō)，其上表面需要向太空輻射更多的能量，所以樹(shù)葉下表面溫度較高，而上表面溫度較低且可能低于零度，因而容易結(jié)霜。2、如圖所示的真空輻射爐，球心處有一黑體加熱元件，試指出，3處中何處定向輻射強(qiáng)度最大?何處輻射熱流最大?假設(shè)，處對(duì)球心所張立體角相同。 答：由黑體輻射的蘭貝特定律知，定向輻射

39、強(qiáng)度與方向無(wú)關(guān)。故IlI2=I3。而三處對(duì)球心立體角相當(dāng)，但與法線方向夾角不同，123。所以處輻射熱流最大，處最小。3、有臺(tái)放置于室外的冷庫(kù)，從減小冷庫(kù)冷量損失的角度出發(fā)，冷庫(kù)外殼顏色應(yīng)涂成深色還是淺色?答：要減少冷庫(kù)冷損，須盡可能少地吸收外界熱量，而盡可能多地向外釋放熱量。因此冷庫(kù)敗取較淺的顏色，從而使吸收的可見(jiàn)光能量較少，而向外發(fā)射的紅外線較多。4、何謂“漫灰表面”?有何實(shí)際意義?答：“漫灰表面”是研究實(shí)際物體表面時(shí)建立的理想體模型.漫輻射、漫反射指物體表面在輻射、反射時(shí)各方向相同. 灰表面是指在同一溫度下表面的輻射光譜與黑體輻射光譜相似,吸收率也取定值.“漫灰表面”的實(shí)際意義在于將物體的

40、輻射、反射、吸收等性質(zhì)理想化,可應(yīng)用熱輻射的基本定律了。大部分工程材料可作為漫輻射表面,并在紅外線波長(zhǎng)范圍內(nèi)近似看作灰體.從而可將基爾霍夫定律應(yīng)用于輻射換熱計(jì)算中。5、你以為下述說(shuō)法：“常溫下呈紅色的物體表示此物體在常溫下紅色光的單色發(fā)射率較其它色光(黃、綠、蘭)的單色發(fā)射率為高?！睂?duì)嗎?為什么?(注：指無(wú)加熱源條件下)答：這一說(shuō)法不對(duì)。因?yàn)槌叵挛覀兯?jiàn)到的物體的顏色，是由于物體對(duì)可見(jiàn)光的反射造成的.紅色物體正是由于它對(duì)可見(jiàn)光中的黃、綠、藍(lán)等色光的吸收率較大,對(duì)紅光的吸收率較小,反射率較大形成的. 根據(jù)基而霍夫定律=，故常溫下呈紅色的物體,其常溫下的紅色光單色發(fā)射率較其他色光的單色光發(fā)射率要

41、小。6、某樓房室內(nèi)是用白灰粉刷的, 但即使在晴朗的白天, 遠(yuǎn)眺該樓房的窗口時(shí), 總覺(jué)得里面黑洞洞的, 這是為什么?答：窗口相對(duì)于室內(nèi)面積來(lái)說(shuō)較小, 當(dāng)射線(可見(jiàn)光射線等)從窗口進(jìn)入室內(nèi)時(shí)在室內(nèi)經(jīng)過(guò)多次反復(fù)吸收、反射, 只有極少的可見(jiàn)光射線從窗口反射出來(lái), 由于觀察點(diǎn)距離窗口很遠(yuǎn), 故從窗口反射出來(lái)的可見(jiàn)光到達(dá)觀察點(diǎn)的份額很小, 因而就很難反射到遠(yuǎn)眺人的眼里, 所以我們就覺(jué)得窗口里面黑洞洞的.7、實(shí)際物體表面在某一溫度T下的單色輻射力隨波長(zhǎng)的變化曲線與它的單色吸收率的變化曲線有何聯(lián)系?如巳知其單色輻射力變化曲線如圖所示，試定性地畫(huà)出它的單色吸收率變化曲線。答：從圖中可以分析出，該物體表面為非灰體，根據(jù)基爾霍夫定律，= ，即為同一波長(zhǎng)線與線之比。該物體單色吸收率變化曲線如圖所示。 二、定量計(jì)算包括建立輻射換熱的能量守恒關(guān)系式，蘭貝特定律的應(yīng)用，利用物體的光輻（即單色）射特性計(jì)算輻射換熱，等等。1、白天，投射到大的水平屋頂上的太陽(yáng)照度Gx1100W/m2，室外空氣溫反t127，有風(fēng)吹過(guò)時(shí)空氣與屋頂?shù)谋砻鎮(zhèn)鳠嵯禂?shù)為h25W/(m2?K)，屋頂下表面絕熱，上表面發(fā)射率 0.2，且對(duì)太陽(yáng)輻射的吸收比 0