傳熱學(xué)簡(jiǎn)答題

1、1.熱量傳遞的三種基本方式？機(jī)理？自然界是否存在單一的熱量傳遞方式？舉例答：三種方式為熱傳導(dǎo)，熱輻射，熱對(duì)流。熱傳導(dǎo)是物體各部分之間不發(fā)生相對(duì)位移，依靠分子及自由電子等微觀粒子的熱運(yùn)動(dòng)而產(chǎn)生的熱能傳遞。熱對(duì)流是由于流體的宏觀運(yùn)動(dòng)而引起的流體各部分之間發(fā)生相對(duì)位移，冷、熱流體相互摻混所導(dǎo)致的熱量傳遞過程。熱輻射是物體通過由于熱的原因而產(chǎn)生的電磁波來傳遞能量的方式。存在，太陽與地球間的熱輻射，固體的熱量由熱的一端流向冷的一端。2.導(dǎo)熱系數(shù)及不同相態(tài)的材料導(dǎo)熱系數(shù)差異？答：，一般來說，導(dǎo)熱系數(shù)：對(duì)于不同物質(zhì)，金屬固體非金屬固體液體氣體；對(duì)于同種物質(zhì)，固態(tài)液態(tài)氣態(tài)。它與物質(zhì)的種類及熱力學(xué)狀態(tài)（溫度、壓

2、力）等有關(guān)。3導(dǎo)熱、對(duì)流、輻射換熱之間的區(qū)別？答：導(dǎo)熱與輻射中物體各部分是不發(fā)生相對(duì)位移的，而對(duì)流中流體各部分發(fā)生相對(duì)位移。導(dǎo)熱與對(duì)流均需要介質(zhì)才能傳遞熱量且無能量形式的轉(zhuǎn)換，而輻射則不需要介質(zhì)且有伴隨著能量形式的轉(zhuǎn)換。4.什么是溫度場(chǎng)？什么是溫度梯度？答：各個(gè)時(shí)刻物體的各點(diǎn)溫度所組成的集合稱為溫度場(chǎng)。溫度梯度是溫度變化的速度與方向，它是溫度變化最劇烈的方向。5.等溫線的概念與性質(zhì)？答：溫度場(chǎng)在同一瞬間相同溫度的各點(diǎn)連成的線叫等溫線。物體中的任一條等溫線要么形成一個(gè)封閉的曲線，要么終止在物體表面上，它不會(huì)與另一條等溫線相交。當(dāng)?shù)葴鼐€圖上每?jī)蓷l相鄰等溫線的溫度間隔相等時(shí)，等溫線的疏密可直觀的反映

3、出不同區(qū)域?qū)釤崃髅芏鹊南鄬?duì)大小，等溫線越密，熱流密度越大。6.導(dǎo)熱微分方程及其理論依據(jù)？答：，依據(jù)為能量守恒定律，即導(dǎo)入微元體的總熱流量+微元體內(nèi)熱源的生成熱=導(dǎo)出微元體的總熱流量+微元體熱力學(xué)能的增量。7.定解條件及常見邊界條件？答：定解條件：使微分方程獲得某一特定問題的解的附加條件。1）初始條件：給出初始時(shí)刻的溫度分布2）邊界條件：給出導(dǎo)熱物體邊界上的溫度或換熱情況。第一類邊界條件：規(guī)定了邊界上的溫度值。第二類邊界條件：規(guī)定了邊界上的熱流密度值。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?shù)h及流體溫度tf。對(duì)穩(wěn)態(tài)問題只需邊界條件。8.肋片導(dǎo)熱的特點(diǎn)及加肋的原因？答：特點(diǎn)：肋

4、片伸展的方向上有表面的對(duì)流傳熱及輻射傳熱，因而肋片中沿導(dǎo)熱熱流方向上熱流量是不斷變化的。原因：采用肋片可有效的增加換熱面積，增加對(duì)流傳熱量。9.非穩(wěn)態(tài)導(dǎo)熱的基本概念及其區(qū)別于穩(wěn)態(tài)導(dǎo)熱的基本特點(diǎn)？答：物體的溫度隨時(shí)間而變化的導(dǎo)熱過程稱為非穩(wěn)態(tài)導(dǎo)熱。區(qū)別：非穩(wěn)態(tài)導(dǎo)熱過程中在熱量傳遞方向上不同位置處的導(dǎo)熱量是不同的。10.什么叫集中參數(shù)法？實(shí)質(zhì)？使用時(shí)應(yīng)注意什么問題？答：忽略物體內(nèi)部導(dǎo)熱熱阻的簡(jiǎn)化分析方法稱為集中參數(shù)法。實(shí)質(zhì)是固體內(nèi)部的導(dǎo)熱熱阻遠(yuǎn)小于其表面的換熱熱阻時(shí)，任何時(shí)刻固體內(nèi)部的溫度都趨于一致，以致于可以認(rèn)為整個(gè)固體在同一瞬間均處于同一溫度下。應(yīng)注意只適用于當(dāng)Bi=hl0.1(平板)、0.0

5、5（圓柱）、0.033（球）時(shí)。11.試說明無限大平板的概念并舉例子，可以按無限大平板來處理的非穩(wěn)態(tài)導(dǎo)熱問題？答：從X=0的界面開始可以向正向以及上、下方向無限延伸，而在每一個(gè)與X坐標(biāo)垂直的截面上物體的溫度都相等的物體。例子：一塊幾何上為有限厚度的平板，起初具有均勻的溫度，然后其一側(cè)表面突然受到熱擾動(dòng)。當(dāng)擾動(dòng)的影響還局限在表面附近而尚未深入到平板內(nèi)部去時(shí)，就可把該平板視為“半無限大物體”。12.對(duì)流換熱定義？對(duì)流換熱系數(shù)是怎樣定義出來的？影響h的因素？研究h的常用方法？答：流體流過固體表面時(shí)流體與固體間的熱量交換稱為對(duì)流傳熱。影響因素：（1）流體流動(dòng)的動(dòng)因（2）有無相變（3）流動(dòng)狀態(tài)（4）換熱

6、表面的幾何因素（5）流體的物理性質(zhì)。研究方法：（1）分析法（2）實(shí)驗(yàn)法（3）比擬法（4）數(shù)值法。13.傅里葉定律中的負(fù)號(hào)起什么作用？牛頓冷卻公式是如何解決的？與兩式各自描述什么對(duì)流換熱？答：負(fù)號(hào)說明熱量傳遞方向與溫度升高方向相反。牛頓冷卻公式是通過定義溫差t的概念來解決的。t恒大于0.。是凝結(jié)換熱，而則是計(jì)算流體沸騰時(shí)的換熱量。其中為飽和流體溫度，為壁面溫度。14.流體流動(dòng)邊界層及其厚度和熱邊界層及其厚度的定義？邊界層理論的要點(diǎn)？答：流動(dòng)邊界層：當(dāng)流體流過固體壁面時(shí)，由于流體黏性的作用使得在固體壁面附近存在速度發(fā)生劇烈變化的薄層。達(dá)到主流速度的99%處距離y為流動(dòng)邊界層厚度。熱邊界層：固體表面

7、附近流體溫度發(fā)生劇烈變化的薄層。一般以過余溫度為來流過余溫度的99%處定義為其厚度t。要點(diǎn)：1.邊界層厚度遠(yuǎn)小于特征長(zhǎng)度；2.邊界層到過渡區(qū)，再到湍流，湍流分為湍流核心區(qū)，層流底層；3.把流場(chǎng)分為主流區(qū)與邊界層區(qū)；4主流區(qū)列出慣性流體微分方程，邊界層區(qū)列粘性流體微分方程。15.相似原理的主要內(nèi)容？怎么判斷兩物理現(xiàn)象相似？相似原理的用途？通過相似原理對(duì)于強(qiáng)制對(duì)流換熱，自然對(duì)流換熱，非穩(wěn)態(tài)無限大平板問題可以表示成什么無因次量的函數(shù)關(guān)系？答：主要內(nèi)容：同名相似特征數(shù)相等；同一類現(xiàn)象中相似特征數(shù)的數(shù)量及其間的關(guān)系；兩個(gè)同類物理現(xiàn)象相似的充要條件。判斷：同名的已定特征數(shù)相等；單值性條件相似（初始條件、邊

8、界條件、幾何條件、物理?xiàng)l件）。管內(nèi)強(qiáng)制對(duì)流：Nu=f（Re，Pr），自然對(duì)流：Nu=f（Gr，Pr），非穩(wěn)態(tài)：，用途：減少實(shí)驗(yàn)次數(shù)，得出一個(gè)通用性的規(guī)律或結(jié)果；得出的結(jié)果可以上升到一個(gè)代表整個(gè)相似組的地位；實(shí)驗(yàn)里只需測(cè)量準(zhǔn)則數(shù)，避免食鹽的盲目性；可以知道實(shí)驗(yàn)的安排及實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)的整理16.在非穩(wěn)態(tài)導(dǎo)熱問題中的Bi數(shù)和在對(duì)流換熱過程中的Nu數(shù)分別是由什么物理量組成的？它們的定義式是什么？并指出它們之間的差別是什么？答：；Bi是固體內(nèi)部導(dǎo)熱熱阻與界面上換熱熱阻之比（為固體導(dǎo)熱系數(shù)）。 Nu是流體的與的函數(shù)（為流體的導(dǎo)熱系數(shù)）17.寫出流體的管槽內(nèi)湍流強(qiáng)制對(duì)流換熱的迪圖斯貝爾特D-B公式，并說明為什么在

9、中等溫差以上時(shí)必須加以修正？答：，加熱流體時(shí)，n=0.4；冷卻流體時(shí)，n=0.3。因?yàn)楣茏咏孛嫔蠝囟仁遣痪鶆虻模瑴囟扔绊懻扯?，粘度影響Pr，因而引起Nu的變化。18試敘述流體橫掠單管的流動(dòng)與換熱的特征。答：流體橫掠單管流動(dòng)除了具有邊界層特征外，還要發(fā)生繞流脫體，而產(chǎn)生回流、漩渦和渦束，換熱關(guān)聯(lián)式，定性溫度為。19.流體平行流過平板換熱，流體管內(nèi)流動(dòng)換熱以及流體繞流圓柱表面換熱的流動(dòng)與換熱特點(diǎn)。答：外掠平板：；管內(nèi)流動(dòng)：（加熱流體時(shí)，n=0.4；冷卻流體時(shí)，n=0.3）繞流圓柱：？（此處C、n需查表）。20.格拉曉夫數(shù)Gr的表達(dá)式是什么？物理意義？用在什么情況的換熱？答：，流體體脹系數(shù)=1Tm，

10、。是浮升力與粘滯力比值的一種度量，Gr數(shù)增大表明浮升力作用相對(duì)增大。用于自然對(duì)流換熱。21.努塞爾建立豎板層流膜狀凝結(jié)換熱模型時(shí)做了許多假設(shè)，在實(shí)際的膜狀凝結(jié)中，因不滿足這些假設(shè)因素會(huì)對(duì)凝結(jié)過程帶來何種影響？答（1）蒸汽流速：蒸汽流動(dòng)方向與液膜向下流動(dòng)同向時(shí)，h增大；反之，則h減小；（2）液膜過冷度：一定程度下，過冷蒸氣可以強(qiáng)化傳熱（3）非常物性，實(shí)際上物性變化不大，分析結(jié)果無大影響。（4）慣性力，與v比很小，影響不大。（5）密度影響不大；（6）波動(dòng)：影響很大，對(duì)系數(shù)進(jìn)行修正。22.什么是膜狀凝結(jié)？什么是珠狀凝結(jié)？珠狀凝結(jié)與膜狀凝結(jié)誰好？為什么？豎板壁面的膜狀凝結(jié)換熱熱性能與豎板高度有何關(guān)系？

11、答：凝結(jié)液體能很好地潤(rùn)濕壁面時(shí)，會(huì)在壁面上鋪展成膜，這種凝結(jié)形式稱為膜狀凝結(jié)。當(dāng)凝結(jié)液體不能很好地潤(rùn)濕壁面時(shí)，凝結(jié)液體在壁面上形成一個(gè)個(gè)的小液珠，稱為珠狀凝結(jié)。珠狀凝結(jié)比較好，因?yàn)槠浔砻嫦禂?shù)遠(yuǎn)大于膜狀凝結(jié)，高度越高，hx越小，換熱性能越差。23.大容器沸騰換熱過程有哪幾個(gè)主要的區(qū)域，并指出臨界熱流密度的工程意義。答：自然對(duì)流區(qū)、核態(tài)沸騰區(qū)、過渡沸騰區(qū)、膜態(tài)沸騰區(qū)。臨界熱流密度意義：對(duì)于依靠控制熱流密度來改變工況的加熱設(shè)備以及冷卻水加熱的核反應(yīng)堆，一旦熱流密度超過臨界熱流密度，工況將跳至穩(wěn)定膜態(tài)沸騰線，t將猛升至近1000，可能導(dǎo)致設(shè)備燒毀。24.凝結(jié)和沸騰換熱的強(qiáng)化主要有哪些措施？答：膜狀凝結(jié)

12、：減薄液膜厚度與及時(shí)將傳熱表面上產(chǎn)生的凝液排走；沸騰換熱：在加熱表面上盡量增加汽化核心，即產(chǎn)生氣泡的地點(diǎn)（表面上的狹縫、空穴、凹坑）。25.什么是定向輻射強(qiáng)度？滿足蘭貝特定律的輻射表面是什么樣的表面？試列舉幾種這樣的表面。答：從黑體單位可見面積發(fā)射出去的落到空間任意方向的單位立體角中的能量，稱為定向黑體輻射強(qiáng)度。蘭貝特定律（余弦定律）：黑體單位面積輻射出去的能量在空間的不同方向分布是不均勻的，按空間緯度角角的余弦規(guī)律變化：在垂直于該表面的方向最大，而與表面平行的方向?yàn)榱?。黑體表面，漫射物體表面。26.什么是角系數(shù)？它有些什么性質(zhì)？請(qǐng)寫出其表達(dá)式。答：表面1發(fā)出的輻射能中落到表面2的百分?jǐn)?shù)稱為表

13、面1對(duì)表面2的角系數(shù)，記為X1,2。相對(duì)性：；完整性：；可加性：。27.輻射換熱中的遮熱板的效應(yīng)是什么？怎么強(qiáng)化或削弱輻射換熱？答：是指在兩個(gè)輻射傳熱表面之間插入一薄板用以削弱輻射傳熱的效應(yīng)。1、控制表面熱阻；2、控制表面的空間熱阻。28.為了減少熱電偶測(cè)量煙氣溫度的誤差，常常在熱電偶外面加上遮熱罩，試解釋遮熱罩減少測(cè)溫誤差的原因，以及對(duì)遮熱罩的要求。答:如果使用裸露的熱電偶測(cè)量高溫氣流溫度,高溫氣流以對(duì)流方式把熱量傳給熱電偶,同時(shí)熱電偶又以輻射方式把熱量傳給容器壁。當(dāng)熱電偶的對(duì)流傳熱量等于其輻射散熱量時(shí)，此時(shí)的溫度即為熱電偶的指示溫度。使用遮熱罩后熱電偶在遮熱罩保護(hù)下輻射散熱減少，而氣體與熱

14、電偶間的對(duì)流傳熱增強(qiáng)。此時(shí)指示溫度可更接近于氣體的真實(shí)溫度，使測(cè)量誤差減小。為使遮熱罩能對(duì)熱電偶有效地祈禱屏蔽作用；熱電偶離開遮熱罩端口距離s應(yīng)大于遮熱罩內(nèi)徑d。29.影響強(qiáng)制對(duì)流換熱的主因：流體流動(dòng)的起因；流體有無相變；流體的流動(dòng)狀態(tài)；換熱表面的幾何因素；流體的物理性質(zhì)。30.集總參數(shù)法？條件？物理意義？：當(dāng)固體內(nèi)部的導(dǎo)熱熱阻小于其表面的換熱熱阻時(shí)，固體內(nèi)部的溫度趨于一致，近似認(rèn)為固體內(nèi)部的溫度t僅是時(shí)間的一元函數(shù)而與空間坐標(biāo)無關(guān)，這種忽略物體內(nèi)部導(dǎo)熱熱阻的簡(jiǎn)化方法稱為集總參數(shù)法。Bi0.01；固體內(nèi)部導(dǎo)熱熱阻與界面上換熱熱阻之比31.什么叫臨界熱絕緣直徑？用什么方式可以求得熱絕緣直徑？怎么

15、求？答：（do稱為臨界熱絕緣直徑，記為dcr），用右式求得。大于dcr時(shí)，d，R；小于dcr時(shí)，d，R（R為散熱量）。32.什么叫間壁式換熱器？在換熱量相等，傳熱系數(shù)相等、進(jìn)出口溫差相同的情況下，采用順流或逆流換熱器，哪種所需的換熱面積??？答：冷、熱流體由壁面間隔開來而分別位于壁面的兩側(cè)。因?yàn)?，由?所以。33.空氣在圓管處于紊流充分發(fā)展的對(duì)流換熱，若保持管內(nèi)流速及其他條件不變，將圓管的直徑減少一半，換熱系數(shù)如何變化？總熱量如何變化？答：34.有一臺(tái)油-水換熱器，水與油分別在管內(nèi)外作強(qiáng)迫對(duì)流換熱，在改變水速（u水）和改變油速（u油）時(shí)k的變化如圖，設(shè)導(dǎo)熱熱阻恒定，如要加肋片，應(yīng)加在水側(cè)還是油側(cè)

16、,為什么?答：油側(cè)，由圖知，改變水側(cè)的熱阻對(duì)k改變不大，改變油側(cè)的熱阻對(duì)k變化明顯。故主要熱阻在油側(cè)，肋片應(yīng)加在油側(cè)。35.在固體導(dǎo)熱問題中，某一邊界為第三邊界條件，其表達(dá)可寫為，它與對(duì)流換熱問題中的換熱方程是否相同？為什么？答:不相同,第三類邊界條件中，為未知數(shù)，為固體壁面導(dǎo)熱系數(shù)；對(duì)流換熱方程中，h為未知數(shù),-為流體的導(dǎo)熱系數(shù)。36.叉、順排管優(yōu)缺點(diǎn)：叉排：優(yōu)：叉排時(shí)流體在管間交替收縮和擴(kuò)張的彎曲管道中流動(dòng)，流動(dòng)擾動(dòng)劇烈，換熱比順排強(qiáng)。缺點(diǎn)：管束阻力損失大，不易清洗。順排：優(yōu)：管束阻力較小，易于清洗。缺：換熱較差 37.試解釋為什么用測(cè)溫套管測(cè)流體的溫度時(shí)會(huì)存在測(cè)溫誤差？用什么辦法可以減少

17、測(cè)溫誤差？答: 由于溫度計(jì)的感溫泡與套管頂部直接接觸，認(rèn)為溫度計(jì)的讀數(shù)就是套管頂部的溫度ta。而溫度計(jì)套管與四周環(huán)境發(fā)生的熱量傳遞方式：從套管頂端自根部的導(dǎo)熱，從壓縮空氣的套管外表面的對(duì)流傳熱，從套管外表面儲(chǔ)熱管管身的輻射傳熱。穩(wěn)態(tài)時(shí)，套管從壓縮氣體中獲得的熱流量正好等于套管向管身的導(dǎo)熱及輻射傳熱之和。因而套管的壁面液體必然低于壓縮空氣的溫度，即存在測(cè)溫誤差。選用導(dǎo)熱系數(shù)小的材料做套管，盡量增加套管高度并減小避厚，強(qiáng)化套管與流體間的換熱，加上保溫材料。38.膜狀凝結(jié)？液膜厚度對(duì)于膜狀凝結(jié)換熱效果的影響？豎板壁面膜狀凝結(jié)換熱性能與高度關(guān)系？凝結(jié)液體能很好得潤(rùn)濕壁面，在壁面上鋪展成膜的凝結(jié)形式稱為膜狀凝結(jié)；液膜越厚，熱阻越大，換熱能力越差，反之亦然；由h=0.943(grl)/(l（t1-t2)可知，成反比。39.度量（速度與溫度）邊界層厚度之比的準(zhǔn)則？為什么？用普朗特?cái)?shù)Pr；因?yàn)镻r=va，反映了流體中動(dòng)量擴(kuò)散與熱擴(kuò)散動(dòng)量的能力。動(dòng)量擴(kuò)散能力越大，物性的影響傳遞得越遠(yuǎn)，因而流動(dòng)邊界層越厚。而熱擴(kuò)散率反映了材料傳遞溫度變化能力的大小，越大則材料的傳熱能力越好，因而邊界層越薄。所以Pr反映了（速度與溫度）邊界層厚度的相對(duì)大小。40.固體導(dǎo)熱，邊界條件為第三類，式為-dt/dy|w=h(tw-tf)，與對(duì)流的-dt/dy|