传热学试卷答案.doc

2008传热学试卷（1）规范答案
一.填空题：（共20分）[评分规范：每小题2分]
1． 导温系数是材料物体内部温度扯平能力 的指标，大小等于λ/ρC。
2． 影响强制对流换热的主要因素有 流体的物性，状态，壁面结构。
3． 动量传递和热量传递的雷诺比拟的解为，适用条件是Pr=1。
4． 影响膜状凝结传热的主要热阻是液膜层的导热热阻。
5． 自膜化现象是对流换热系数与壁面尺寸无关，其发生的条件是流体处于湍流自然对流。
6． 同一壳管式换热器，逆流布置时对数平均温压最大，顺流布置时对数平均温压最小。
7． 在热辐射分析中，把单色吸收率与波长无关的物体称为灰体。
8． 通常，把的材料称为保温材料。
9． 有效辐射是单位时间内离开物体单位表面的辐射能，它包括本身辐射和反射辐射两部分。
10．傅立叶定律的数学表达式是。
二．问答及推导题：（共50分）
1. 名词解释：（10分）[评分规范：每小题2分]
① 辐射力：单位表面积物体在单位时间内向半球空间发射得全部波长的能量.

② 热边界层：在壁面附近温度剧烈变化的薄层.

③ 导温系数：表示物体内部温度扯平的能力.

④ 膜状凝结：凝结液能很好的润湿壁面,在壁面上铺展成膜.液膜的热阻为主要热阻.

⑤ 太阳常数：大气层外缘与太阳射线相垂直的单位表面积所接受的太阳辐射能为1367W/m2
2.试介绍三种强化管内湍流换热的措施，并说明措施的传热学原理。（10分）
答：三种方法（1）流速u提高，（2）直径d减小，（3）采用强化的换热面。
—————（6分）
原理
或———————（4分）
3.根据大容器饱和沸腾曲线，饱和沸腾曲线可分为几个区段？其中哪个区段
具有温压小，换热强的特点？为什么在沸腾换热时必须严格监视并控制热
通量在临界热通量以内？（10分）
答：四个区段， 核态沸腾。———————（4分）
用DNB监视的原因（1）DNB之上q随△t变化亦小
（2）超过时△t猛增，可达到1000℃，易烧毁设备。———————（6分）

4.辐射换热与导热.对流相比,有哪些特点？ (10分)
答(1)电磁波,能量形式转换.—————（2分）
(2)不依靠中间介质,在真空中亦可以进行.—————（2分）
(3)在高温时,辐射特别重要,与温度的四次方成正比.—————（2分）
(4)热辐射为物体的固有特性.—————（2分）
(5)吸收与辐射的总效果为辐射换热.—————（2分）

5.平壁的厚度为δ，两表面的温度分别为tw1和tw2，且tw1＞tw2，平壁材料的导热系数是随温度而变化的，关系式为λ=λ0（1+bt）。试求热流密度和平壁内的温度分布的表达式。(10分)
解：一求热流密度
由傅立叶定律 (1) —————（1分）
(2) —————（1分）
由边界条件 (3) ———（1分）
(4) ——（1分）
(4)-(3) （5）———————（1分）
或写成 （6）———————（1分）
二求t的分布

———————（4分）
三：计算题：（共80分）
1.参阅下图，一支水银温度计被用来测定压缩空气储罐里的空气温度。如果 温度计读数为tH=100℃，套管基部温度为t0=50℃，套管长度为H=140mm，套管壁厚δ=1mm，壁的导热系数为λ=50W/(m.℃)，套管外侧压缩空气的对流换热系数为h=30W/(m2.℃) ，试确定测温误差有多大？如果改成不 锈钢制成的套管，不锈钢的导热系数为λ=15W/(m.℃)，测量误差又有多大？
（20分） 〔提示θH=θ0/(chmH)〕

解：（1） u=πd A=πdδ

———————（12分）
（2）改用不锈钢，实际气温仍为
———————（8分）
即测量温度误差为△t=-0.2℃

2.有一外直径d1=0.3m，黑度ε1=0.9 的热管道。其外表面温度tw=450℃,周围介质的温度tf=50℃。试求每M管长上的辐射热损失。如果在热管道周围加一直径dz=0.4m，黑度εz=0.82的遮热板，此时辐射热损失又是多少？ （20分）
解：（一）无遮热板时
———————（6分）
（二）有遮热板时
（1）先求出遮热板的温度
———————（8分）
———————（2分）
———（4分）
3.一蒸汽管道内径为200mm，管壁厚为8mm，管外包有120mm厚的热绝缘层，其导热系数λ2=0.12W/(m.℃)，管壁导热系数λ1=46.5W/(m.℃)，蒸汽温度为tf1=300℃，周围空气温度为tf2=25℃，管内外两侧流体与壁面间的对流换热系数分别为α1=116W/(m2.℃)，α2=10W/(m2.℃)，求单位管长的传热系数、传热量ql及绝缘层外表面温度。 （20分）
解：———————（1分）
————（10分）

———————（9分）
4.温度为17℃，流量为1.14kg/s的水通过换热器对油进行冷却。油的比热为 c1=1.88kJ/(kg.℃)，进口温度为117℃，出口温度为27℃，最后出口水温 达到60℃，已知总的传热系数为285W/(m2.℃)，试分别用ε-NTU法和对 数平均温压法求单流程逆流换热器所需的面积。（20分）
〔提示水的比热为4.187 kJ/(kg.℃)，C=(Gc)min/(Gc)max〕
解：（一）用ε-NTU计算：
进出口油温
进出口水温
———————（4分）
———————（4分）
由
知
———————（4分）
解出A=26.27m2———————（1分）
(二)用平均温压法

———————（7分）

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