2021年同濟(jì)大學(xué)傳熱學(xué)題庫(kù)含答案

傳熱學(xué)（一）

?

名詞解釋（本大題共5小題，每小題4分，共20分）

21.導(dǎo)熱基本定律

22.非穩(wěn)態(tài)導(dǎo)熱

23.凝結(jié)換熱

24.黑度

25.有效輻射

?

簡(jiǎn)答題(本大題共2小題，每小題8分，共16分)

26.簡(jiǎn)述非穩(wěn)態(tài)導(dǎo)熱基本特點(diǎn)。

27.什么是臨界熱絕緣直徑？平壁外和圓管外敷設(shè)保溫材料與否一定能起到保溫作用，為什么？

?

計(jì)算題（本大題共2小題，每小題12分，共24分）

28.一內(nèi)徑為300mm、厚為10mm鋼管表面包上一層厚為20mm保溫材料，鋼材料及保溫材料導(dǎo)熱系數(shù)分別為48和0.1，鋼管內(nèi)壁及保溫層外壁溫度分別為220℃及40℃，管長(zhǎng)為10m。試求該管壁散熱量。

29.一內(nèi)徑為75mm、壁厚2.5mm熱水管，管壁材料導(dǎo)熱系數(shù)為60，管內(nèi)熱水溫度為90℃，管外空氣溫度為20℃。管內(nèi)外換熱系數(shù)分別為和。試求該熱水管單位長(zhǎng)度散熱量。

?

名詞解釋(本大題共5小題，每小題4分，共20分)

21.導(dǎo)熱基本定律：當(dāng)導(dǎo)熱體中進(jìn)行純導(dǎo)熱時(shí)，通過(guò)導(dǎo)熱面熱流密度，其值與該處溫度梯度絕對(duì)值成正比，而方向與溫度梯度相反。

22.發(fā)生在非穩(wěn)態(tài)溫度場(chǎng)內(nèi)導(dǎo)熱過(guò)程稱為非穩(wěn)態(tài)導(dǎo)熱。

或：物體中溫度分布隨時(shí)間而變化導(dǎo)熱稱為非穩(wěn)態(tài)導(dǎo)熱。

23.蒸汽同低于其飽和溫度冷壁面接觸時(shí)，蒸汽就會(huì)在壁面上發(fā)生凝結(jié)過(guò)程成為流液體。

24.物體輻射力與同溫度下黑體輻射力之比。

25.單位時(shí)間內(nèi)離開單位表面積總輻射能。

?

簡(jiǎn)答題（本大題共2小題，每小題8分，共16分）

26.（1）隨著導(dǎo)熱過(guò)程進(jìn)行，導(dǎo)熱體內(nèi)溫度不斷變化，好象溫度會(huì)從物體一某些逐漸向另一某些轉(zhuǎn)播同樣，習(xí)慣上稱為導(dǎo)溫現(xiàn)象。這在穩(wěn)態(tài)導(dǎo)熱中是不存在。

（2）非穩(wěn)態(tài)導(dǎo)熱過(guò)程中導(dǎo)熱體自身參加吸熱（或放熱），即導(dǎo)熱體有儲(chǔ)熱現(xiàn)象，因此雖然對(duì)通過(guò)平壁非穩(wěn)態(tài)導(dǎo)熱來(lái)說(shuō)，在與熱流方向相垂直不同截面上熱流量也是處處不等，而在一維穩(wěn)態(tài)導(dǎo)熱中通過(guò)各層熱流量是相等。

（3）非穩(wěn)態(tài)導(dǎo)熱過(guò)程中溫度梯度及兩側(cè)壁溫差遠(yuǎn)不不大于穩(wěn)態(tài)導(dǎo)熱。

27.（1）相應(yīng)于總熱阻為極小值時(shí)隔熱層外徑稱為臨界熱絕緣直徑。

（2）平壁外敷設(shè)保溫材料一定能起到保溫作用，由于增長(zhǎng)了一項(xiàng)導(dǎo)熱熱阻，從而增大了總熱阻，達(dá)到削弱傳熱目。

（3）圓筒壁外敷設(shè)保溫材料不一定能起到保溫作用，雖然增長(zhǎng)了一項(xiàng)熱阻，但外壁換熱熱阻隨之減小，因此總熱阻有也許減小，也有也許增大。

?

計(jì)算題（本大題共2小題，每小題12分，共24分）

28.解：已知d1=300mmd2=300+2×10=320mmd3=320+2×20=360mmm

tw1=220℃tw2=40℃

=9591.226W

29.解：已知d1=75mm=0.075md2=75+2×2.5=80mm=0.08mtf1=90℃tf2

=20℃

=572.2W/m傳熱學(xué)（二）三、名詞解釋（本大題共5小題，每小題4分，共20分）

21．穩(wěn)態(tài)導(dǎo)熱

22．穩(wěn)態(tài)溫度場(chǎng)

23．熱對(duì)流

24．傳熱過(guò)程

25．肋壁總效率四、簡(jiǎn)答題（本大題共2小題，每小題8分，共16分）

26．不凝結(jié)氣體含量如何影響了蒸汽凝結(jié)時(shí)對(duì)流換熱系數(shù)值？其影響限度如何？凝汽器如何解決這個(gè)問(wèn)題？

27．寫出直角坐標(biāo)系中導(dǎo)熱微分方程普通表達(dá)式，它是依照什么原理建立起來(lái)？它在導(dǎo)熱問(wèn)題分析計(jì)算中有何作用？五、計(jì)算題（本大題共2小題，每小題12分，共24分）

28．兩塊平行放置平板1和2，有關(guān)尺寸如圖示。已知：t1=177℃、t2=27℃、εε2=0.4、X1，2＝0.2。試用網(wǎng)絡(luò)法求：

?

兩平板之間輻射換熱量；

?

若兩平板均為黑體表面，輻射換熱量又等于多少？

29．一臺(tái)逆流式換熱器用水來(lái)冷卻潤(rùn)滑油。流量為2.5kg/s冷卻水在管內(nèi)流動(dòng)，其進(jìn)出口溫度分別為15℃和60℃，比熱為4174J/(kg·k)；熱油進(jìn)出口溫度分別為110和70，比熱為2190J/(kg·k)。傳熱系數(shù)為400W（m2·k

三、名詞解釋（本大題共5小題，每小題4分，共20分）

21、發(fā)生在穩(wěn)態(tài)溫度場(chǎng)內(nèi)導(dǎo)熱過(guò)程稱為穩(wěn)態(tài)導(dǎo)熱。

（或：物體中溫度分布不隨時(shí)間而變化導(dǎo)熱稱為穩(wěn)態(tài)導(dǎo)熱。）

22、溫度場(chǎng)內(nèi)各點(diǎn)溫度不隨時(shí)間變化。（或溫度場(chǎng)不隨時(shí)間變化。）

23、依托流體各某些之間宏觀運(yùn)營(yíng)，把熱量由一處帶到另一處熱傳遞現(xiàn)象。

24、熱量由固體壁面一側(cè)熱流體通過(guò)固體壁面?zhèn)鬟f給另一側(cè)冷流體過(guò)程。

25、肋側(cè)表面總實(shí)際散熱量與肋壁兩側(cè)溫度均為肋基溫度抱負(fù)散熱量之比。四、簡(jiǎn)答題（本大題共2小題，每小題8分，共16分）

26、（1）因在工業(yè)凝汽器設(shè)備凝結(jié)溫度下，蒸汽中所具有空氣等氣體是不會(huì)凝結(jié)，故稱這些氣體成分為不凝結(jié)氣體。當(dāng)蒸汽凝結(jié)時(shí)，不凝結(jié)氣體聚積在液膜附近，形成不凝結(jié)氣體層，遠(yuǎn)處蒸汽在到達(dá)液膜表面進(jìn)行凝結(jié)前，必要以擴(kuò)散方式穿過(guò)這個(gè)氣體層，這就使凝結(jié)換熱過(guò)程增長(zhǎng)了一種熱阻，即氣相熱阻，因此αc減少。（3分）（2）在普通冷凝溫差下，當(dāng)不凝結(jié)氣體含量為1%時(shí)，換熱系數(shù)將只達(dá)純凈蒸汽40%左右，后果是很嚴(yán)重。（3分，答50%左右也可）（3）這是凝汽器必要裝設(shè)抽氣器重要因素之一。（2分）

27、（1）直角坐標(biāo)系中導(dǎo)熱微分方程普通表達(dá)式為：（3分）

（2）它是依照導(dǎo)熱基本定律（或傅里葉定律）和能量守恒定律建立起來(lái)。（2分）

（3）作用：擬定導(dǎo)熱體內(nèi)溫度分布（或溫度場(chǎng)）。（3分）五、計(jì)算題（本大題共2小題，每小題12，共24分）

28、（1）(3分)

(2分)

=1105.65W（1分）

?

若兩表面為黑體表面，則

（3分）

（2分）

=1492.63W（1分）

29、（1）已知：qm2=2.5kg/s

?

計(jì)算平均溫差

（5分）（2）計(jì)算水所吸取熱量（3分）（3）計(jì)算傳熱面積

由得

(4分)傳熱學(xué)（三）三、名詞解釋（本大題５小題，每小題４分，共２０分）

21.換熱器效能（有效度）

22.大容器沸騰

23.準(zhǔn)穩(wěn)態(tài)導(dǎo)熱

24.黑體

25.復(fù)合換熱

四、簡(jiǎn)答題（本大題共２小題，每小題８分，共１６分）

26.氣體輻射有哪些特點(diǎn)？

27.為什么高溫過(guò)熱器普通采用順流式和逆流式混合布置方式？五、計(jì)算題（本大題２小題，每小題１２分，共２４分）

28.某爐墻由耐火磚和保溫板構(gòu)成，厚度分別為200mm和80mm，導(dǎo)熱系數(shù)分別為0.8W/(m.K)和0.11W/(m.K)，爐墻內(nèi)外側(cè)壁溫分別為600。C和70。C。求爐墻單位面積熱損失和兩層材料間溫度。

29.以0.8m/s流速在內(nèi)徑為2.5cm直管內(nèi)流動(dòng)，管子內(nèi)表面溫度為60。C，水平均溫度為30。管長(zhǎng)２m。試求水所吸取熱量。（已知30。C時(shí)，水物性參數(shù)為：Cp=4.17KJ/(kg.K)，λ=61.8×10-2W/(m.K)，ρ=995.7kg/m3，μ=0.805×10-6m2/s，）Pr=5.42，水60。C時(shí)υ=469.9×10-6kg/(m.s))。已知水在管內(nèi)流動(dòng)時(shí)準(zhǔn)則方程式為

（１）Nuf=0.027Ref0.8Prf0.4ε1εR合用條件：Ref=104—1.2×105，Rrf=0.6-120，水與壁面間換熱溫差t≤30C°

（２）Nuf=0.027Ref0.2Prf1/3(μf/μw)0.11ε1εR合用條件：Ref=104~1.75×106，Prf=0.6~700，水與壁面間換熱溫差t>３０以上兩個(gè)準(zhǔn)則方程式定性溫度均為流體平均溫度（μw定性溫度為管內(nèi)壁溫度），特性尺度為管內(nèi)徑。傳熱學(xué)（三）參照答案三、名詞解釋（本大題共5小題，每小題4分，共20分）

21、換熱器實(shí)際傳熱量與最大也許傳熱量之比?；?/p>

22、高于液體飽和溫度熱壁面沉浸在具備自由表面液體中所發(fā)生沸騰。23、

物體內(nèi)各點(diǎn)溫升速度不變導(dǎo)熱過(guò)程。24、吸取率等于1物體。

25、對(duì)流換熱與輻射換熱同步存在綜合熱傳遞過(guò)程。四、簡(jiǎn)答題（本大題共2小題，每小題8分，共16分）

26、（1）氣體輻射（和吸取）對(duì)波長(zhǎng)有強(qiáng)烈選取性，即它只能輻射和吸取某些波長(zhǎng)范疇內(nèi)能量。

（2）氣體輻射（和吸取）是在整個(gè)容積中進(jìn)行。固體和液體不能穿透熱射線，因此它們輻射（和吸?。┲辉诒砻孢M(jìn)行。評(píng)分原則：（1）答出4分：（2）答出4分。

27、（1）由于在一定進(jìn)出口溫度條件下，逆流平均溫差最大，順流平均溫差最小，即采用逆流方式有助于設(shè)備經(jīng)濟(jì)運(yùn)營(yíng)。

（2）但逆流式換熱器也有缺陷，其熱流體和冷流體最高溫度集中在換熱器同一端，使得該處壁溫較高，即這一端金屬材料要承受溫度高于順流型換熱器，不利于設(shè)備安全運(yùn)營(yíng)。

（3）因此高溫過(guò)熱器普通采用順流式和逆流式混合布置方式，即在煙溫較高區(qū)域采用順流布置，在煙溫較低區(qū)域采用逆流布置。評(píng)分原則：（1）答出2分；（2）答出2分；

（3）答出3分。傳熱學(xué)(四)三、名詞解釋（每小題2分，共4分）

41.溫度場(chǎng)

42.吸取率四、簡(jiǎn)答題（每小題3分，共9分）

43.簡(jiǎn)述物性參數(shù)導(dǎo)熱系數(shù)和粘度對(duì)表面?zhèn)鳠嵯禂?shù)影響。

44.蒸汽凝結(jié)換熱中有不凝結(jié)氣體存在時(shí)，對(duì)凝結(jié)換熱有什么影響？

45.角系數(shù)有哪些特性？五、計(jì)算題（每小題5分，共15分）

46.平壁，厚度=80mm，兩表面溫度分別維持在20（℃）和0℃，平壁高溫面受到流體加熱，流體溫度tf=100℃，表面?zhèn)鳠嵯禂?shù)W/（m2·k）。當(dāng)處在穩(wěn)態(tài)時(shí)，試擬定平壁材料導(dǎo)熱系數(shù)。

47.壓縮空氣在中間冷卻器管外橫掠流過(guò)，a0=90W/(m2·k)，冷卻水在管內(nèi)流過(guò)a1=6000W/(m2·k)。冷卻管是外徑為16mm，厚1.5mm黃銅管。求：

1）此時(shí)傳熱系數(shù)；

2）若管外表面?zhèn)鳠嵯禂?shù)增長(zhǎng)一倍，傳熱系數(shù)有何變化；

3）若管內(nèi)表面?zhèn)鳠嵯禂?shù)增長(zhǎng)一倍，傳熱系數(shù)又作何變化。

48.一順流換熱器，其冷流體進(jìn)出口溫度分別為10℃和30℃，熱流體進(jìn)出口溫度分別為80℃六、綜共計(jì)算（每小題8分，共32分）

49.一平壁水泥泡沫磚構(gòu)成，厚度為50cm，導(dǎo)熱系數(shù)，高溫面維持200℃、低溫面為50℃

（1）通過(guò)平壁熱流密度；

（2）維持熱流密度不變時(shí)，計(jì)算在墻壁內(nèi)溫度為70℃

50.30℃大銅板，被置于400℃爐中加熱10分鐘后，測(cè)得銅板溫度上升到150℃。已知銅板兩側(cè)與周邊環(huán)境間表面?zhèn)鳠嵯禂?shù)為125W/（m2·k），銅板=8440kg/m3，CP=377J/（kg·k），

51.水以1.5m/s速度流過(guò)內(nèi)徑為25mm加熱管。管內(nèi)壁溫度保持100℃，水進(jìn)口溫度為15℃。若要使水出口溫度達(dá)到

[提示：已知：50℃水

52.抽真空保冷瓶膽是雙壁鍍銀夾層構(gòu)造，外壁內(nèi)表面溫度為30℃，內(nèi)壁外表面溫度為0

傳熱學(xué)（四）答案及評(píng)分原則三、名詞解釋（每小題2分，共4分）

41.溫度場(chǎng)是指某一瞬間物體中各點(diǎn)溫度分布總稱。

42.外界投射到某物體表面上輻射能，被該物體吸取百分?jǐn)?shù)。四、簡(jiǎn)答題（每小題3分，共9分）

43.（1）導(dǎo)熱系數(shù)大，則流體內(nèi)部、流體與壁面間導(dǎo)熱熱阻小，表面?zhèn)鳠嵯禂?shù)就大。

（2）粘度大，流速就低，表面?zhèn)鳠嵯禂?shù)就小。

44.形成氣體熱阻，使表面?zhèn)鳠嵯禂?shù)大大減少。

45.（1）角系數(shù)相對(duì)性（2分）

（2）角系數(shù)完整性（1分）

（3）角系數(shù)可加性（1分）五、計(jì)算題（每小題5分，共15分）

46.由（3分）

得（2分）

47.（1）對(duì)于管外表面積傳熱系數(shù)為

（2分）

（2）略計(jì)算壁熱阻，傳熱系數(shù)為

傳熱系數(shù)增長(zhǎng)了96%

（3)

傳熱系數(shù)增長(zhǎng)還不到1%

抓住分熱阻最大那個(gè)環(huán)節(jié)進(jìn)行強(qiáng)化，才干收到明顯效果。

48.對(duì)數(shù)

℃

算術(shù)℃（1分）

差別（1分）六、綜共計(jì)算（每小巧玲瓏題8分，共32分）

49.（2分）

（2分）

由（1分）

有

（2分）

50.①設(shè)，采用集總參數(shù)法

②校核假設(shè)假設(shè)對(duì)的（2分）

51.定性溫度℃

流動(dòng)為紊流

（2分）

52.

(2分)

傳熱學(xué)（五）三．簡(jiǎn)答題（共28分）1．試比較準(zhǔn)則數(shù)Nu和Bi異同。（6分）

2．應(yīng)用準(zhǔn)則關(guān)聯(lián)式求管內(nèi)對(duì)流換熱系數(shù)時(shí)，定性溫度如何擬定？擬定定性溫度有何用處？（6分）

3．用熱電偶測(cè)量爐膛出口煙氣溫度，有哪些因素會(huì)引起誤差?對(duì)此可采用哪些辦法?（8分）

4．有一鋼管換熱器，熱水在管內(nèi)流動(dòng)，空氣在管間作多次折流，橫向沖刷管束以冷卻管內(nèi)熱水。擬改造采用管外加肋片并換鋼管為銅管來(lái)增長(zhǎng)冷卻效果，試從傳熱角度來(lái)評(píng)價(jià)這個(gè)方案。（8分）

四．計(jì)算題（共32分）1．一溫度為20℃園鋼，長(zhǎng)0.3m，直徑為0.06m，熱導(dǎo)率為35W/(m·密度為7800kg/m3，比熱容為460J/(kg·K)，通過(guò)長(zhǎng)6m、溫度為1250加熱爐時(shí)表面?zhèn)鳠嵯禂?shù)為100W/(m2·K)。如欲將園鋼加熱到850℃速度。（共8分）

2．用實(shí)驗(yàn)測(cè)定一薄壁管流體平均對(duì)流換熱系數(shù)。蒸汽在管外凝結(jié)并維持管內(nèi)壁溫度為100℃。水在管內(nèi)流動(dòng)，流量為G=0.5kg/s，水溫從15℃升到45℃。管內(nèi)徑d=50mm，長(zhǎng)L=4.5m。試求管內(nèi)流體與壁面間平均換熱系數(shù)。（已知水在30℃時(shí)c

3．如圖所示一矩形受熱面接受一加熱器輻射加熱。該矩形表面長(zhǎng)3m，寬1m，溫度T2=600K，。加熱器溫度T1=1000K，。兩表面互相平行，相距為1m。加熱系統(tǒng)置于一大房間之中，房間壁溫為300K。試求受熱面接受輻射換熱量。（假設(shè)加熱器表面及受熱面均是漫射灰體表面，X1,2=X2,1=0.32）（8分）

4．在一逆流式水-水換熱器中，管內(nèi)為熱水，進(jìn)口溫度=100℃,出口溫度=80℃；管外流過(guò)冷水，進(jìn)口溫度=20℃，出口溫度=70℃?？倱Q熱量Ф=350kW，共有53根內(nèi)徑為16mm、壁厚為1mm管子，管壁導(dǎo)熱系數(shù)λ=40W/(m·K)，管外流體表面?zhèn)鳠嵯禂?shù)h0=1500W/(m2·準(zhǔn)則方程：水物性簡(jiǎn)表：℃204.183998.259.910041.0067.02454.174990.164.15601.40.6083.93704.187977.766.8406.10.4152.55804.195971.867.4355.10.3652.21904.208965.368.0314.90.3261.951004.220958.468.3282.50.2951.75

傳熱學(xué)（五）答案及評(píng)分原則三．簡(jiǎn)答題（共28分）1．答：從形式上看，Nu數(shù)()與Bi數(shù)()完全相似，但二者物理意義卻不同。（1）Nu數(shù)中為流體λ導(dǎo)熱系數(shù)，而普通h未知，因而Nu數(shù)普通是待定準(zhǔn)則。Nu數(shù)物理意義表達(dá)壁面附近流體無(wú)量綱溫度梯度，她表達(dá)流體對(duì)流換熱強(qiáng)弱。（3分）（2）Bi數(shù)中λ為導(dǎo)熱物體導(dǎo)熱系數(shù)，且普通狀況下h已知，Bi數(shù)普通是已定準(zhǔn)則。Bi數(shù)物理意義是導(dǎo)熱物體內(nèi)部導(dǎo)熱熱阻()與外部對(duì)流熱阻()相對(duì)大小。（3分）2．答：定性溫度是指計(jì)算流體物性時(shí)所采用溫度。（2分）應(yīng)用準(zhǔn)則關(guān)聯(lián)式求管內(nèi)對(duì)流換熱系數(shù)時(shí)，定性溫度原則上取進(jìn)出口截面流體溫度平均值。（2分）定性溫度用以計(jì)算流體物性。在整頓實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)時(shí)按定性溫度計(jì)算物性，則整個(gè)流場(chǎng)中物性就可以為是相應(yīng)與定性溫度下值，即相稱于把物性視為常數(shù)，于是物性場(chǎng)相似條件即自動(dòng)滿足。對(duì)同一批實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)，定性溫度不同使所得準(zhǔn)則方程也也許不同。（2分）3．答：熱電偶測(cè)溫產(chǎn)生誤差因素重要有兩個(gè)：（1）由于熱電偶自身向根部導(dǎo)熱引起；（2分）（2）由于熱電偶與周邊冷表面輻射傳熱導(dǎo)致。（2分）針對(duì)上述兩個(gè)因素，有效辦法為：（1）熱電偶插入深度足夠長(zhǎng)，第一種測(cè)溫誤差即可避免；（2分）（2）采用抽氣遮熱罩式熱電偶，減少熱電偶輻射散熱量。（2分）4．答：傳熱效果增強(qiáng)，分析如下：（1）強(qiáng)化傳熱時(shí)，對(duì)熱阻比較大一側(cè)流體換熱下功夫，往往能收到明顯效果。即在傳熱溫差不變時(shí)，變化傳熱過(guò)程中熱阻大那一環(huán)節(jié)熱阻，可以大大增長(zhǎng)傳熱過(guò)程傳熱量。（2分）（2）普通來(lái)說(shuō)，如果要采用加肋片方式強(qiáng)化傳熱過(guò)程話，在h較小一側(cè)加肋片才干收到明顯強(qiáng)化效果。（2分）（3）銅導(dǎo)熱系數(shù)（純銅為399W/mK）比鋼導(dǎo)熱系數(shù)(碳鋼約為36.7W/Mk)大（2分）。（4）橫向沖刷時(shí)表面?zhèn)鳠嵯禂?shù)大。（橫向沖刷時(shí)熱邊界層薄且存在由于邊界層分離而產(chǎn)生漩渦，增長(zhǎng)了流體擾動(dòng)，因而換熱強(qiáng)。）（2分）四．計(jì)算題（共32分）1、解：(1)特性尺寸（2分）

(2)用畢渥數(shù)來(lái)判斷（2分）=此處近似取，因此本題可用集總參數(shù)法分析。

(3)

通過(guò)加熱爐所需時(shí)間

代入已知數(shù)據(jù)得

求解得

（2分）

(4)

圓鋼通過(guò)加熱爐速度

（2分）2．解：水定性溫度tf=(15+45+/2=30水側(cè)吸熱量為

（2分）管內(nèi)換熱面積為

A=πdL=π×0.05×4.5=0.707㎡園管內(nèi)對(duì)流換熱進(jìn)出口換熱溫壓：℃℃平均換熱溫壓℃

（2分）因此

/（㎡·℃）（2分）3．解：本題屬3表面構(gòu)成封閉系輻射換熱問(wèn)題，因房間表面積A3很大，其表面熱阻可取為零。因而，J3=Eb3是個(gè)已知量，其輻射網(wǎng)絡(luò)圖如下：

（2分）

其中；又因

X1,2=X2,1=0.32

X1,3=X2，3=1-0.32=0.68

（共2分）則節(jié)點(diǎn)方程組：

（1分）

（1分）帶入已知值，得：J1=46143.25；J2=11212.5

（1分）

（1分）表面輻射凈換熱量為負(fù)值表達(dá)該表面獲得熱量。5．解：(a)計(jì)算管內(nèi)平均換熱系數(shù)：（共4分）(b)計(jì)算傳熱系數(shù)：（2分）

(c)計(jì)算傳熱平均溫差：（2分）(d)計(jì)算傳熱面積及管子長(zhǎng)度：（2分）傳熱學(xué)（七）三．簡(jiǎn)答題（共16分，每題4分）1．試比較準(zhǔn)則數(shù)Nu和Bi異同。2．解釋熱邊界層及其厚度定義。

3．其他條件相似時(shí)，同一根管子橫向沖刷與縱向沖刷相比，哪個(gè)表面?zhèn)鳠嵯禂?shù)大，為什么?

4．強(qiáng)化傳熱原則是什么？

四．計(jì)算題（共54分）1．對(duì)于如附圖所示幾種幾何構(gòu)造，計(jì)算角系數(shù)。（9分）⑴計(jì)算溝槽表面與環(huán)境（在垂直與紙面方向無(wú)限長(zhǎng)）；⑵半球內(nèi)表面與1/4底面；⑶球與無(wú)限大平面；2．一塊精煉鐵錠在1200℃時(shí)鍛導(dǎo)致一種0.3m×0.15m×3.0m長(zhǎng)方體，將該鐵錠置于空氣溫度T∞=50℃室內(nèi)冷卻，平均對(duì)流系數(shù)h=55W/(m2·K)，已知精煉鐵錠,ρ=7753kg/m3,λ=34.5W/(m·⑴能否采用集總參數(shù)法進(jìn)行計(jì)算？⑵試列出物體內(nèi)部溫度隨時(shí)間變化微分方程式，并且求出鐵錠中心（x=0.15m,y=0.075m,z=1.5m）溫度降到200℃

3．如圖所示二維、具有內(nèi)熱源、常物性穩(wěn)態(tài)導(dǎo)熱問(wèn)題，試導(dǎo)出內(nèi)角頂節(jié)點(diǎn)O（m,n）離散方程式。且Δx=Δy時(shí)，解出內(nèi)角頂節(jié)點(diǎn)O（m,n）溫度分布

（8分）4．始終徑為0.8m薄壁球形液氧貯存容器，被另一種直徑為1.2m同心薄壁容器所包圍。兩容器表面為不透明漫灰表面，發(fā)射率均為0.05，兩容器表面之間是真空，如果外表面溫度為300K，內(nèi)表面溫度為95K，試求由于蒸發(fā)使液氧損失質(zhì)量流量。液氧蒸發(fā)潛熱為2.13×105J/kg。（10分）傳熱學(xué)（七）答案及評(píng)分原則三．簡(jiǎn)答題（共20分，每題4分）2．答：（1）引入熱邊界層重要因素是由于對(duì)流換熱熱阻大小重要取決于緊靠壁面附近流體流動(dòng)狀況，這一區(qū)域中速度和溫度變化最激烈，因而，固體壁面附近流體速度急劇變化薄層稱為速度邊界層，而溫度急劇變化薄層則稱為溫度邊界層。（2分）

（2）速度邊界層厚度普通規(guī)定為在壁面法線方向達(dá)到主流速度99％處距離。即％，溫度邊界層厚度則為沿該方向達(dá)到主流過(guò)余溫度99％處距離。即=99％

（2分）3．答：（1）由于縱向沖刷時(shí)相稱于外掠平板流動(dòng)，熱邊界層較厚。（2分）（2）橫向沖刷時(shí)表面?zhèn)鳠嵯禂?shù)大。橫向沖刷時(shí)熱邊界層薄且存在由于邊界層分離而產(chǎn)生漩渦，增長(zhǎng)了流體擾動(dòng)，因而換熱強(qiáng)。（2分）4．答：從公式Ф=kAΔtm上看比較有效辦法是增長(zhǎng)值，而采用增大傳熱溫差辦法往往受到設(shè)備自身限制。因而：（1）強(qiáng)化傳熱時(shí)，對(duì)熱阻比較大一測(cè)流體換熱下功夫，往往能收到明顯效果。即在傳熱溫差不變時(shí)，變化傳熱過(guò)程中熱阻大那一環(huán)節(jié)熱阻，可以大大增長(zhǎng)傳熱過(guò)程傳熱量。（2分）（2）普通來(lái)說(shuō)，如果要采用加肋片方式強(qiáng)化傳熱過(guò)程話，只有在hi，ho相差較大，而Ai，Ao相差不大時(shí)，在h較小一側(cè)加肋片才干收到明顯強(qiáng)化效果。當(dāng)Aihi=Aoho但數(shù)值都很小時(shí)，兩側(cè)都要采用強(qiáng)化辦法，如雙側(cè)強(qiáng)化管。（2分）四．計(jì)算題（共54分）1．解：（每一題3分）（1）

(2)假設(shè)2表面為整個(gè)底面，則（3）設(shè)想在球頂面有另一塊無(wú)限大平板存在，則顯然，X1,2=0.5,由于X1,2不因另一塊平板存在而影響其值，因而X1,2=0.5。2．解：℃（1）（4分）帶入數(shù)字求解：τ=6678s=1.86h（2分）3．解：4．解：本題屬兩表面構(gòu)成封閉系輻射換熱問(wèn)題，其輻射網(wǎng)絡(luò)圖如下：（3分）其中

（3分）

（2分）故由于蒸發(fā)而導(dǎo)致液氧損失質(zhì)量流量

kg/s=0.543

kg/h

（2分）

傳熱學(xué)試題A三、名詞解釋(每小題3分，共18分)1.溫度邊界層：對(duì)流換熱時(shí)，在傳熱壁面附近形成一層溫度有很大變化(或溫度變化率很大)薄層。2.肋壁總效率：肋側(cè)表面總實(shí)際換熱量與肋側(cè)壁溫均為肋基溫度抱負(fù)散熱量之比。(或答成η=(F′2+ηfF2″)/F2也可，但需對(duì)符號(hào)加以闡明才干算全對(duì))3.灰體：吸取率與波長(zhǎng)無(wú)關(guān)物體稱為灰體。4.換熱器效能：換熱器實(shí)際傳熱量與最大也許傳熱量之比，稱為換熱器效能。5.非穩(wěn)態(tài)導(dǎo)熱：發(fā)生在非穩(wěn)態(tài)溫度場(chǎng)內(nèi)導(dǎo)熱過(guò)程稱為非穩(wěn)態(tài)導(dǎo)熱?；颍何矬w中溫度分布隨時(shí)間而變化導(dǎo)熱稱為非穩(wěn)態(tài)導(dǎo)熱。6.凝結(jié)換熱：蒸汽同低于其飽和溫度冷壁面接觸時(shí),蒸汽就會(huì)在壁面上發(fā)生凝結(jié)過(guò)程成為流液體。

四、簡(jiǎn)答題(每小題9分，共18分)1.用準(zhǔn)則方程式計(jì)算管內(nèi)紊流對(duì)流換熱系數(shù)時(shí)，為什么對(duì)短管需要進(jìn)行修正(雖然用管長(zhǎng)修正系數(shù)進(jìn)行修正)。

(1)在入口段，邊界層有一種形成過(guò)程，普通由薄變厚，

(2)邊界層變化引起換熱系數(shù)變化，普通由大變小，考慮到流型變化，局部長(zhǎng)度上可有波動(dòng)，但總體上在入口段換熱較強(qiáng)(管長(zhǎng)修正系數(shù)不不大于1)。

(3)當(dāng)l/d>50(或60)時(shí)，短管上述影響可忽視不計(jì)。當(dāng)l/d<50(或60)時(shí)，則必要考慮入口段影響。

2.請(qǐng)分析遮熱板原理及其在削弱輻射換熱中作用。

2.(1)在輻射換熱表面之間插入金屬(或固體)薄板，稱為遮熱板。

(2)其原理是，遮熱板存在增大了系統(tǒng)中輻射換熱熱阻，使輻射過(guò)程總熱阻增大，系統(tǒng)黑度減少，使輻射換熱量減少。

(3)遮熱板對(duì)于削弱輻射換熱具備明顯作用，如在兩個(gè)平行輻射表面之間插入一塊同黑度遮熱板，可使輻射換熱量減少為本來(lái)1/2，若采用黑度較小遮熱板，則效果更為明顯。

3.簡(jiǎn)述非穩(wěn)態(tài)導(dǎo)熱基本特點(diǎn)。.（1）隨著導(dǎo)熱過(guò)程進(jìn)行,導(dǎo)熱體內(nèi)溫度不斷變化,好象溫度會(huì)從物體一某些逐漸向另一某些轉(zhuǎn)播同樣,習(xí)慣上稱為導(dǎo)溫現(xiàn)象。這在穩(wěn)態(tài)導(dǎo)熱中是不存在。

（2）非穩(wěn)態(tài)導(dǎo)熱過(guò)程中導(dǎo)熱體自身參加吸熱（或放熱），即導(dǎo)熱體有儲(chǔ)熱現(xiàn)象，因此雖然對(duì)通過(guò)平壁非穩(wěn)態(tài)導(dǎo)熱來(lái)說(shuō)，在與熱流方向相垂直不同截面上熱流量也是處處不等，而在一維穩(wěn)態(tài)導(dǎo)熱中通過(guò)各層熱流量是相等。

（3）非穩(wěn)態(tài)導(dǎo)熱過(guò)程中溫度梯度及兩側(cè)壁溫差遠(yuǎn)不不大于穩(wěn)態(tài)導(dǎo)熱。五、計(jì)算題(每小題12分，共24分)1.某一爐墻內(nèi)層由耐火磚、外層由紅磚構(gòu)成，厚度分別為200mm和100mm，導(dǎo)熱系數(shù)分別為0.8W/(m·K)和0.5W/(m·K)，爐墻內(nèi)外側(cè)壁面溫度分別為700°C和(1)該爐墻單位面積熱損失；(2)若以導(dǎo)熱系數(shù)為0.11W/(m·K)保溫板代替紅磚，其他條件不變，為了使?fàn)t墻單位面積熱損失低于1kW/m2，至少需要用多厚保溫板。

1.解：(1)單位面積散熱損失：

q===1444.4W/m2

(2)以保溫板代替紅磚，由于爐墻熱損失不得高于q0=1kW/m2q0≥

δ2≥λ2()=0.11×()=0.044m=44mm2.試計(jì)算一空氣橫掠管束換熱空氣預(yù)熱器對(duì)流換熱量。已知管束有25排，每排12根光管，管外徑25mm，管長(zhǎng)1.5m，叉排形式，橫向管間距S1=50mm,縱向管間距S2=38mm，管壁溫度120°C，空氣來(lái)流速度uf=4m/s，空氣進(jìn)口溫度20°已知空氣物性：λf=0.0267W/(m·K)，vf=16.0×10-6m2/s,Prf最大流速umax=ufS1/(S1-d);推薦關(guān)聯(lián)式：Nuf=cRenfPr0.36f(Prf/Prw)m，公式合用條件：N≥20,光管管束，Prf=0.7～500，除Prw定性溫度為壁溫外，別的定性溫度為流體在管束中平均溫度。指數(shù)m,對(duì)氣體m=0，對(duì)液體，m=0.25,c、n排列方式Refcn順排103～2×1050.270.63叉排(S1/S2<2)103～2×1050.35(S1/S2)0.20.6叉排(S1/S2>2)103～2×1050.400.6

2.解：空氣平均溫度tf=(t′f+t″f)/2=(20+40)/2=30°

最大流速umax=

=8m/s

ufmax=umax=(Tf/T′f)=8×=8.273m/s

Ref=

=12926.6

由于S1/S2=50/38=1.316<2,查表得：c=0.35(S1/S2)0.2=0.35×1.3160.2=0.370

n=0.6,由于是空氣，因此m=0。

Nuf=0.37Re0.6fPr0.36f=0.37×(12926.5)0.6×0.7010.36

α=λfNuf/d=0.0267×95.4/0.025=101.9W/(m2·K)

換熱面積F=NnπdL=25×12×π×0.025×1.5=35.34m2

換熱量Φ=αF(tw-tf)=101.9×35.34×(120-30)=324103W=324.1kW

3.一內(nèi)徑為300mm、厚為10mm鋼管表面包上一層厚為20mm保溫材料，鋼材料及保溫材料導(dǎo)熱系數(shù)分別為48和0.1，鋼管內(nèi)壁及保溫層外壁溫度分別為220℃及40℃，管長(zhǎng)為10m。試求該管壁散熱量。3.解：已知d1=300mm

d2=300+2×10=320mm

d3=320+2×20=360mm

m

tw1=220℃

tw2=40℃

=9591.226W4.一內(nèi)徑為75mm、壁厚2.5mm熱水管，管壁材料導(dǎo)熱系數(shù)為60，管內(nèi)熱水溫度為90℃，管外空氣溫度為20℃。管內(nèi)外換熱系數(shù)分別為和。試求該熱水管單位長(zhǎng)度散熱量。4.解：已知d1=75mm=0.075m

d2=75+2×2.5=80mm=0.08m

tf1=90℃

tf2=20℃

=572.2W/m

三、名詞解釋(每小題3分，共18分)21.傳熱過(guò)程

傳熱過(guò)程是指熱量由固體壁面一側(cè)熱流體通過(guò)壁面?zhèn)鹘o另一側(cè)冷流體過(guò)程。22.溫度邊界層對(duì)流換熱時(shí)，在傳熱壁面附近形成一層溫度有很大變化(或溫度變化率很大薄層。23.肋壁總效率

肋側(cè)表面總實(shí)際換熱量與肋側(cè)壁溫均為肋基溫度抱負(fù)散熱量之比。

(或答成η=(F′2+ηfF2″)/F2也可，但需對(duì)符號(hào)加以闡明才干算全對(duì))24.灰體

吸取率與波長(zhǎng)無(wú)關(guān)物體稱為灰體。25.換熱器效能

換熱器實(shí)際傳熱量與最大也許傳熱量之比，稱為換熱器效能。26.間壁式換熱器

冷、熱兩種流體被固體壁面隔開，各自在一側(cè)流動(dòng)，熱量通過(guò)固體壁面由熱流體傳給冷流體換熱設(shè)備稱為間壁式換熱器。四、簡(jiǎn)答題(每小題9分，共18分)27.用準(zhǔn)則方程式計(jì)算管內(nèi)紊流對(duì)流換熱系數(shù)時(shí)，為什么對(duì)短管需要進(jìn)行修正(雖然用管長(zhǎng)修正系數(shù)進(jìn)行修正)。

28.請(qǐng)分析遮熱板原理及其在削弱輻射換熱中作用。

五、計(jì)算題(每小題12分，共24分)29.某一爐墻內(nèi)層由耐火磚、外層由紅磚構(gòu)成，厚度分別為200mm和100mm，導(dǎo)熱系數(shù)分別為0.8W/(m·K)和0.5W/(m·K)，爐墻內(nèi)外側(cè)壁面溫度分別為700°C和(1)該爐墻單位面積熱損失；(2)若以導(dǎo)熱系數(shù)為0.11W/(m·K)保溫板代替紅磚，其他條件不變，為了使?fàn)t墻單位面積熱損失低于1kW/m2，至少需要用多厚保溫板。30.試計(jì)算一空氣橫掠管束換熱空氣預(yù)熱器對(duì)流換熱量。已知管束有25排，每排12根光管，管外徑25mm，管長(zhǎng)1.5m，叉排形式，橫向管間距S1=50mm,縱向管間距S2=38mm，管壁溫度120°C，空氣來(lái)流速度uf=4m/s，空氣進(jìn)口溫度20°已知空氣物性：λf=0.0267W/(m·K)，vf=16.0×10-6m2/s,Prf最大流速umax=ufS1/(S1-d);推薦關(guān)聯(lián)式：Nuf=cRenfPr0.36f(Prf/Prw)m，公式合用條件：N≥20,光管管束，Prf=0.7～500，除Prw定性溫度為壁溫外，別的定性溫度為流體在管束中平均溫度。指數(shù)m,對(duì)氣體m=0，對(duì)液體，m=0.25,c、n排列方式Refcn順排103～2×1050.270.63叉排(S1/S2<2)103～2×1050.35(S1/S2)0.20.6叉排(S1/S2>2)103～2×1050.400.6

四、簡(jiǎn)答題(每小題9分，共18分)

27.(1)在入口段，邊界層有一種形成過(guò)程，普通由薄變厚，

(2)邊界層變化引起換熱系數(shù)變化，普通由大變小，考慮到流型變化局部長(zhǎng)度上可有波動(dòng)，但總體上在入口段換熱較強(qiáng)(管長(zhǎng)修正系數(shù)不不大于1)。

(3)當(dāng)l/d>50(或60)時(shí)，短管上述影響可忽視不計(jì)。當(dāng)l/d<50(或60)時(shí)，則必要考慮入口段影響。

28.(1)在輻射換熱表面之間插入金屬(或固體)薄板，稱為遮熱板。

(2)其原理是，遮熱板存在增大了系統(tǒng)中輻射換熱熱阻，使輻射過(guò)程總熱阻增大，系統(tǒng)黑度減少，使輻射換熱量減少。

(3)遮熱板對(duì)于削弱輻射換熱具備明顯作用，如在兩個(gè)平行輻射表面之間插入一塊同黑度遮熱板，可使輻射換熱量減少為本來(lái)1/2，若采用黑度較小遮熱板，則效果更為明顯。五、計(jì)算題(每小題12分，共24分)

29.解：(1)單位面積散熱損失：

q===1444.4W/m2

(2)以保溫板代替紅磚，由于爐墻熱損失不得高于q0=1kW/m2q0≥

δ2≥λ2()=0.11×()=0.044m=44mm

30.解：空氣平均溫度tf=(t′f+t″f)/2=(20+40)/2=30°

最大流速umax=

=8m/s

ufmax=umax=(Tf/T′f)=8×=8.273m/s

Ref=

=12926.6

由于S1/S2=50/38=1.316<2,查表得：c=0.35(S1/S2)0.2=0.35×1.3160.2=0.370

n=0.6,由于是空氣，因此m=0。

Nuf=0.37Re0.6fPr0.36f=0.37×(12926.5)0.6×0.7010.36

α=λfNuf/d=0.0267×95.4/0.025=101.9W/(m2·K)

換熱面積F=NnπdL=25×12×π×0.025×1.5=35.34m2

換熱量Φ=αF(tw-tf)=101.9×35.34×(120-30)=324103W=324.1kW

三、名詞解釋（本大題共5小題，每小題4分，共20分）21.導(dǎo)熱基本定律22.非穩(wěn)態(tài)導(dǎo)熱23.凝結(jié)換熱24.黑度25.有效輻射四、簡(jiǎn)答題(本大題共2小題,每小題8分,共16分)26.簡(jiǎn)述非穩(wěn)態(tài)導(dǎo)熱基本特點(diǎn)。27.什么是臨界熱絕緣直徑？平壁外和圓管外敷設(shè)保溫材料與否一定能起到保溫作用，為什么？五、計(jì)算題