傳熱學復習資料

一、 名詞解釋1導熱系數：2、集總參數法：3、肋效率：4、膜狀凝結：5、傳熱系數：6熱對流： 7、珠狀凝結：8有效輻射：二、 簡答題1試用傳熱學術語說明導熱問題常見的三類邊界條件。2、 在寒冷的北方地區(qū)，建房用磚采用實心磚還是多孔的空心磚好？為什么？3、簡述畢渥數的物理意義，Bi>0及Bi-—各代表什么樣的換熱條件？4、Pr數的物理意義是什么？試比較PrV1Pr>1和Pr=1時，速度邊界層與溫度邊界層厚度的相對大小。5、 熱擴散系數是表征什么的物理量？它與導熱系數的區(qū)別是什么？6空氣橫掠垂直管束時，沿流動方向管排數越多，換熱越強，而蒸汽在水平管束外凝結時，沿液膜流動方向管排數越多，換熱強度降低，為什么？7、分別寫出Nu、Re、Bi數學表達式，并說明其物理意義。8試從管內強制對流換熱的實驗關聯式 Nu=0.023Re°.8Pr0.4出發(fā)，分析強化對流換熱的有效措施。三、 計算1、 有一厚為20mm的大平壁，導熱系數為1.3W/(m?K)。為使每平方米壁面的熱損失不超過1500W，在外表面上覆蓋了一層導熱系數為0.12W/(m?K)的保溫材料。已知復合壁兩側溫度分別為700E及50T，試確定此時保溫層的厚度。2、用熱線風速儀測定氣流速度的試驗中， 將直徑為0.1mm的電熱絲與來流方向垂直放置，來流溫度為25T，電熱絲溫度為55C,測得電加熱功率為20W/m。假定除對流外其它熱損失可忽略不計。試確定此時的來流速度。 (15分)已知空氣的物性參數：溫度t=25C時，’=0.0263 W/(m?K)，v=15.53 10*m2/s, Pr=0.702溫度t=40C時，’=0.0276 W/(m-K)，v=16.96 10*m2/s, Pr=0.699溫度t=55C時，’=0.0287 W/(m-K)，v=18.46 10*m2/s, Pr=0.697已知關聯式：Nu=CRenPr13，其中C和n的值從下表中查?。篟eCn0.4~40.9890.3304~400.9110.38540~40000.6830.4664000~400000.1930.61840000~400000 0.0266 0.8053、用裸露的熱電偶測定圓管中氣流的溫度，熱電偶的指示值1=170C,已知管壁溫度tw=90C,氣流對熱接點的對流傳熱表面?zhèn)鳠嵯禂禐閔=50W/（m?K）,熱接點表面的發(fā)射率；=0.6。試確定氣流的真實溫度及測溫誤差，采用什么措施能減小測溫誤差。（4、鍋爐爐墻由三層平壁組成，內層是厚度 =0.23m,^=1.20W/（m-K）的耐火磚層；外層是厚度 =0.24m,?3=0.60W/（m?K）的紅磚層；兩層中間填以厚度=0.05m,-2=0.095W/（m-K）的石棉隔熱層。爐墻內側煙氣溫度 =51「C，煙氣側對流換熱系數d=35W/（m?K）;鍋爐爐墻外側空氣溫度tf2=22C,空氣側對流換熱系數h,=15W/（m-K）。試求通過該爐墻的熱損失和爐墻內外壁面的溫度tw1和tw2。5、在一個摩托車引擎的殼體上有一個高2cm,長12cm的散熱片（長度方向系與車身平行）。散熱片表面溫度為120C。如果車子在20C的環(huán)境中逆風前進，車速為30km/h，而風速為2m/s,試計算此時肋片的散熱量（風速與車速相平行）。（15分）可選用： NUx=0.3F?e/2P2/3 ；NUx=0.664R：/2Pr1/3 ；Nu=(0.037R；/5-871)Pr1/35大氣壓力（P".。1325"0Pa）下干空氣的熱物理性質溫度（C）導熱系數人（W/（mK））粘度系數v（m2/s）普朗特數Pr1200.033425.45X10-60.686700.0296-620.02X100.694200.025915.06X10-60.7036、試證明：在兩個平行平板之間加上n塊遮熱板后，輻射換熱量將減小到無遮熱板時的1/（n1）。假設各板均為漫灰表面，且發(fā)射率相同，皆為 ；，板的面積皆為A《傳熱學》《傳熱學》，數值上它等、名詞解釋，數值上它等1、導熱系數的定義式由傅里葉定律的數學表達式給出，其定義式為:于在單位溫度梯度作用下物體內熱流密度矢量的模。 它表示在單位溫度梯度作用下物體內所產生的熱流密度，它表征了物質導熱本領的大小。2、 忽略物體內部導熱熱阻的簡化分析方法稱為集總參數法。3、 是肋片實際散熱量與假設整個肋表面處于肋基溫度下的散熱量比值，它表征肋片散熱有效程度的標志。實際散熱量假設整個肋表面處于肋基溫度下的散熱量4、 蒸氣與低于飽和溫度的壁面接觸時，如果能夠很好地潤濕壁面，它就在壁面上鋪展成膜，這種凝結形式稱為膜狀凝結。 （膜狀凝結時，壁面總是被一層液膜覆蓋著，凝結放出的相變熱（潛熱）必須穿過液膜才能傳到冷卻壁面上。 ）5、傳熱系數在數值上等于冷、熱流體間溫差 厶t=1C、傳熱面積A=1mf時的熱流量的值，是表征傳熱過程強烈程度的標尺。6、 熱對流是指由于流體的宏觀運動而引起的流體各部分之間發(fā)生相對位移，冷、熱流體相互摻混所導致的熱量傳遞過程。7、當凝結液體不能很好的潤濕壁面時， 凝結液體在壁面上形成一個個的小液珠， 稱為珠狀凝結。8有效輻射是指單位時間內離開表面單位面積的總輻射能，記為 J。它不僅包括表面的自身輻射E,而且還包括投入輻射G中被表面發(fā)射的部分'G,即J=E?'G二、簡答題1、答：第一類邊界條件：規(guī)定了任意時刻邊界上的溫度分布。0時tw二fi（）第二類邊界條件：規(guī)定了邊界上的熱流密度值。t、T>0時 一（（一）w=f2（l）h及周圍流體的溫度th及周圍流體的溫度tf。第三類邊界條件：規(guī)定了邊界上物體與周圍流體間的表面?zhèn)鳠嵯禂担﹚=h（tw_tf）x2、 答：采用空心磚較好，因為空心磚內部充滿著空氣，而空氣的導熱系數相對較小，熱阻較大，空心磚導熱性較之實心磚差，同一條件下空心磚房間的散熱量小保溫性好。3、答：畢渥數表征固體內部導熱熱阻與界面上換熱熱阻之比。 Bi>0說明傳熱熱阻主要在邊界上，內部溫度趨于均勻，可以用集總參數法進行分析求解；Bi—?說明傳熱熱阻主要在內部，可以近似認為壁溫就是流體溫度，轉化成第一類邊界條件下的解。4、答：普朗特數，P^-，它表示動量擴散厚度和能量擴散厚度的相對大小，反映了流體動量a傳遞能力與熱量傳遞能力的相對大小，也體現了速度邊界層與溫度邊界層的相對厚薄。①Pr:::1時，汽=:②Pr=1時，「~ ;③Pr1時，。5、答：熱擴散率取決于導熱系數 ■和?c的綜合影響；而導熱系數是反映物體的導熱能力大小的物性參數。一般情況下，穩(wěn)態(tài)導熱的溫度分布取決于物體的導熱系數， 但非穩(wěn)態(tài)導熱的溫度分布不僅取決于物體的導熱系數，還取決于物體的導溫系數。6、 空氣橫掠垂直管束時，沿流動方向管排數越多，氣流擾動越強，換熱越強，而蒸汽在水平管束外凝結時，沿液膜流動方向管排數越多，凝結液膜越厚，凝結換熱熱阻越大，換熱強度降低。hI7、 答：（1）努塞爾（Nusselt）數，Nu二一，它表示壁面上無量綱溫度梯度的大??；k

解：按q2010’ + 解：按q2010’ + 1.3 0.12因此有:1500二700-502010’1.3 0.12得：、=0.05011m2、解：本題為空氣外掠圓柱體強制對流換熱溫度。由題意門|二20w/m，由牛頓冷卻公式5二hA（tw-tf）二h「d（tw-tf）h= /Hd（tw—tf）=20/p沢0.仆10,匯（55—25）]=2123.14w/（mf?K）（3分）11定性溫度：tmtw-tf 2555[=40C選取溫度為40C時的空氣物性值：溫度t=40C時，’=0.0276W/（m-K）,v=16.9610》m2/s,Pr=0.699 （3分）由此得:“hd2123.14由此得:“hd2123.14沃0.1匯10‘Nu=丸 0.0276-7.69（3分）假設Re數之值范圍在40~4000,有給定的表中的數據有：1Nu=CRenPr3，其中C=0.683,n=0.466 （3分）1即:7.69=0.683Re0.4660.6993得Re=233.3符合上述假設范圍斗 v 16.9^10^故u：--Re233.32 —=39.57m/s（3分）d 0.1"03、 解：當熱電偶讀數穩(wěn)定后， 熱接點單位面積與流道的輻射傳熱應德育高溫氣體對他的對流傳熱，熱接點與流道的輻射傳熱屬于A/At0的情形，因此對單位面積有由此可得tf二t1”.tf二t1”.；C0~h~QU]此100丿 （100丿=17O+O“5.67『7o+27350『90+273：41100100二184.4因此真實溫度為184.4C （3分）測溫誤差為1844170100%=7.8% （3分）184.4由上述計算式可以看出，為了減少測溫誤差，可以采用減小熱接點的發(fā)射率（即增加輻射的表面熱阻），增加氣流的對流傳熱表面?zhèn)鳠嵯禂祦韺崿F。 在熱電偶外圍一層遮熱板是實現上述措施的好方法。（3分）4、解：按tf1-tf2（3分）、R丄―工丄丄丄023.翼4、解：按tf1-tf2（3分）、R丄―工丄丄丄023.翼.024.丄h-!人婦入3h2 35 1.2 0.095 0.6015=1.2132mK/W（7分）因此Attf1"f2二511一22=403.10w/m21.213因此通過該爐墻的熱損失為 403.10W/m2；（7分）由于通過鍋爐爐墻截面的熱流密度是一個常數，因此對于爐墻內外壁面的溫度tw1和tw2分別滿tf1_tw1 t\“2-tf2q-1 和 q_1hh2因此有足:（3分）403.10=51403.10=51嚴和135曲一嚀215求得tw1=499.48求得tw1=499.48C和tw2二48.87Co（2分）ttm=20?120=70C,空氣的物性25、解：依題意知此問題屬于流體外掠平板問題。定性溫度（2分）參數為■=0.0296W/（mK），汕-20.0210-6（m2/s）,Pr=0.694。（2分）30x10空氣在平板上的相對流速為 u=3010 2^10.33m/s (2分)3600Re二叫=10.330"2'1918：：5105,故流動為層流。 (2分)v20.02x10故平板上的平均努賽爾數為：11選用公式： NUx=O.664R1/2P1/3=0.664漢619182漢0.694%=146.30(3分)平均表面?zhèn)鳠嵯禂禐椋?h=Nu 146.30 =36.08/(m?■K)(3分)L 0.12肋片散熱量為：=2hA.：t=236.080.120.02(120-20)=17.318W (3分)6、證明：(1)無遮熱板時，G1,2Eb1-Eb21,2Eb1-Eb2對兩個無限長的平板來說 X1,2(2)有n塊遮熱板時,1,2n(Eb1-Eb22)Eb1X1,2(4分)(n1)(12)Eb1-Eb2(n1)(2-1)所以：?:4,2(6分)（2） 雷諾（ReynoIds）數，Re=竺，它表示慣性力和粘性力的相對大小；vh