传热学复习题.doc

传热学复习题
一、判断 
1、热量传递三种基本形式是导热、对流换热、辐射换热（X） 
2．温度梯度是个向量，温度梯度正方向在温度降低的方向（X） 
3．博里叶定律适用于稳态导热和非稳态导热（√） 
4．同一时刻不同温度等温面可以相交（X） 
5．应用肋片加大散热量时，应将肋片加装在表面系数较小的一侧（√） 
6．沿着单层平壁一维稳态导热，其温度分布一定为直线（X）？？？、、、、、、、 
7．单位面积热阻总可以写作 q／△t（X） 
8．在稳态温度场中温度处处均匀（X）  
9．导热只能发生在密实的固体中（X）l 
10．流动边界层和热边界层状况决定热量等稳流换热热阻主要取决于层流换热的底层导热热阻（√） 
11．流体光滑管中，第一排管表面传热系数很小（√） 
12．沿垂直壁大空间自由流动换热到旺盛稳流，局部表面传热系数与高度无关（√） 
13．由于浮升力的作用，液体沸腾时气泡内压力大于气泡外液体压力（X） 
14．灰体表面辐射率E＝qCb（t／100）4（X） 
15．为了减少保温瓶辐射热将瓶壁抽真空（X） 
16．有效辐射J是本身发射辐射与吸收辐射之差（X）          
17．逆流换热器中冷流体的出口温度高于热流体出口温度（X）  

二、 问答题

1、为什么隔热保温材料的表观导热系数小？ 
答：因为隔热保温材料多为多孔的、纤维性材料，孔径之间充满空气，所以表现导热系数小 
2、为什么潮湿的材料表观系数比干的和纯水的大？l 
答：水比空气导热大，更主要的是潮湿材料有温差水份顺热流方向迁移，带走大量的热出现热湿传导现象引起表观系数大。 
3、 描述导热现象有傅立叶定律，为什么还要导热微分方程式？
答：通过导热微分方程式计算可以辅定温度场。 
4、 Re、Gr、Pr三个准则在准则方程式中各起什么作用？ 
答：Re准则代表受迫流动的流动状态对换热的作用。 Gr准则代表了自由流动的流动状态对换热的作用。 Pr准则代表了流体物性参数对换热的作用。 
5、流体在管内受迫流动条件相同，相比之下是直管换热强还是弯管换热强，为什么？ 
   答：弯管强换热强。因为弯管受离心力作用能够产生二次环流，因此能够增强换热。 
6、分析说明导热系数、密度、比热、粘度系数对换热的影响？ 
   答：导热系数增大，对流换热随之增大。密度比热大，对流换热也大。粘度
系数加大，热阻增大，对流换热相应减小。 
7、什么是温室效应？ 
   答：短波透时认波阻隔的现象为温室效应。
8、何类物体遵循维恩位移定律？ 
答：适合于黑体辐射的物体遵循该定律。  
9、 为什么太阳灶的受热面要做成黑色粗糙的，而辐射采暖板不涂成黑色？    
答：黑色可以增加吸收太阳可见光的吸收率 粗糙表面也可以加大吸收率。辐射采暖与吸收可见光无关，所以没有必要涂成黑色。 
10、为什么表面增加肋片能够增加传热？ 
答：因为表面增加肋片后，总体面积加大，致使传热热阻下降，从而增加了传热。 
11、为什么说对数平均温差近似？ 
答：因为在推导过程中做了两项假定近似，忽略了热损失，C、K又为常数，因此平均温差近似。 
12、按传热学理论制造出来的锅炉投入运行一段时间后为什么热效率下降？应
采取什么措施？ 
答；由于长期使用造成结垢和烟渣等影响了锅炉的出力。 
        措施：设计时应考虑污垢热阻，运行中要定期除垢，设计时确定面积后要相应的增加安全系数。

三、 名词解释
1. 导热基本定律 : 当导热体中进行纯导热时 , 通过导热面的热流密度 , 其值与该处温度梯度的绝对值成正比 , 而方向与温度梯度相反。 
2. 非稳态导热: 发生在非稳态温度场内的导热过程称为非稳态导热。 或：物体中的温度分布随时间而变化的导热称为非稳态导热。 
3. 凝结换热 : 蒸汽同低于其饱和温度的冷壁面接触时 , 蒸汽就会在壁面上发生凝结过程成为流液体。 
4. 黑度 : 物体的辐射力与同温度下黑体辐射力之比。 
5. 有效辐射: 单位时间内离开单位表面积的总辐射能。 
6 ．稳态导热 : 发生在稳态温度场内的导热过程称为稳态导热。 
7． 稳态温度场 : 温度场内各点的温度不随时间变化。（或温度场不随时间变化。） 
8 ．热对流:依靠流体各部分之间的宏观运行，把热量由一处带到另一处的热传递现象。  
对流换热：流体与固体壁直接接触时所发生的热传递过程.对流换热与热对流不同，
既有热对流，也有导热；不是基本传热方式 
9 ．传热过程 : 热量由固体壁面一侧的热流体通过固体壁面传递给另一侧冷流体的过程。  
10．肋壁总效率 : 肋侧表面总的实际散热量与肋壁 测温度均为肋基温度的理想散热量之
比。  
11. 换热器的效能（有效度） : 换热器的实际传热量与最大可能传热量之比。或 

12. 大容器沸腾 : 高于液体饱和温度的热壁面沉浸在具有自由表面的液体中所发生的沸腾。   
13. 准稳态导热 : 物体内各点温升速度不变的导热过程。  
14. 黑体 : 吸收率等于 1 的物体。 
15. 复合换热: 对流换热与辐射换热同时存在的综合热传递过程。 
16. 温度场 : 温度场是指某一瞬间物体中各点温度分布的总称。 
17. 吸收率: 外界投射到某物体表面上的辐射能，被该物体吸收的百分数。 
18.温度边界层：对流换热时，在传热壁面附近形成的一层温度有很大变化(或温度变化率很大)的薄层。 
19.灰体：吸收率与波长无关的物体称为灰体。 
20.间壁式换热器:冷、热两种流体被固体壁面隔开，各自在一侧流动，热量通过固体壁面由热流体传给冷流体的换热设备称为间壁式换热器。
四、简答题
1. 简述非稳态导热的基本特点。 
（ 1 ）随着导热过程的进行 , 导热体内温度不断变化 , 好象温度会从物体的一部分逐渐向另一部分转播一样 , 习惯上称为导温现象。这在稳态导热中是不存在的。
（ 2 ）非稳态导热过程中导热体自身参与吸热（或放热），即导热体有储热现象，所以即使对通过平壁的非稳态导热来说，在与热流方向相垂直的不同截面上的热流量也是处处不等的，而在一维稳态导热中通过各层的热流量是相等的。  
（ 3 ）非稳态导热过程中的温度梯度及两侧壁温差远大于稳态导热。  
 2. 什么是临界热绝缘直径？平壁外和圆管外敷设保温材料是否一定能起到保温的作用，为什么？  
（ 1 ）对应于总热阻为极小值时的隔热层外径称为临界热绝缘直径。  
（ 2 ）平壁外敷设保温材料一定能起到保温的作用，因为增加了一项导热热阻，从而增大了总热阻，达到削弱传热的目的。  
（ 3 ）圆筒壁外敷设保温材料不一定能起到保温的作用，虽然增加了一项热阻，但外壁的换热热阻随之减小，所以总热阻有可能减小，也有可能增大。  
3．不凝结气体含量如何影响了蒸汽凝结时的对流换热系数值？其影响程度如何？凝汽器如何解决这个问题？  
（ 1 ）因在工业凝汽器设备的凝结温度下，蒸汽中所含有的空气等气体是不会凝结的，故称这些气体成分为不凝结气体。当蒸汽凝结时，不凝结气体聚积在液膜附近，形成不凝结气体层，远处的蒸汽在抵达液膜表面进行凝结前，必须以扩散方式穿过这个气体层，这就使凝结换热过程增加了一个热阻，即气相热阻，所以 α c 降低。（ 3 分）  
（ 2 ）在一般冷凝温差下，当不凝结气体含量为 1% 时，换热系数将只达纯净蒸汽的 40% 左右，后果是很严重的。（ 3 分，答 50% 左右也可）  
（ 3 ）这是凝汽器必须装设抽气器的主要原因之一。 
4．写出直角坐标系中导热微分方程的一般表达式，它是根据什么原理建立起来的？它在导热问题的分析计算中有何作用？  
（ 1 ）直角坐标系中导热微分方程的一般表达式为：   
（ 2 ）它是根据导热基本定律（或傅里叶定律）和能量守恒定律建立起来的。 
（ 3 ）作用：确定导热体内的温度分布（或温度场）。 
5. 气体辐射有哪些特点？  
( 1 )气体的辐射（和吸收）对波长有强烈的选择性，即它只能辐射和吸收某些波长范围内的能量。  
（ 2 ）气体的辐射（和吸收）是在整个容积中进行的。固体和液体不能穿透热射线，所以它们的辐射（和吸收）只在表面进行。  
6. 为什么高温过热器一般采用顺流式和逆流式混合布置的方式？  
（ 1 ）因为在一定的进出口温度条件下，逆流的平均温差最大，顺流的平均温差最小，即采用逆流方式有利于设备的经济运行。  
（ 2 ）但逆流式换热器也有缺点，其热流体和冷流体的最高温度集中在换热器的同一端，使得该处的壁温较高，即这一端金属材料要承受的温度高于顺流型换热器，不利于设备的安全运行。  
（ 3 ）所以高温过热器一般采用顺流式和逆流式混合布置的方式，即在烟温较高区域采用顺流布置，在烟温较低区域采用逆流布置。 
7 . 简述物性参数导热系数和粘度对表面传热系数的影响。  
（ 1 ）导热系数大，则流体内部、流体与壁面间的导热热阻小，表面传热系数就大。  
（ 2 ）粘度大，流速就低，表面传热系数就小。  
8. 蒸汽凝结换热中有不凝结气体存在时，对凝结换热有什么影响？  
形成气体热阻，使表面传热系数大大减少。
9.  角系数有哪些特性？  
（ 1 ）角系数的相对性 
（ 2 ）角系数的完整性            
（ 3 ）角系数的可加性 

10.应用准则关联式求管内对流换热系数时，定性温度如何确定？确定性温度有何用处？（6分）
 答：定性温度是指计算流体物性时所采用的温度。 
应用准则关联式求管内对流换热系数时，定性温度原则上取进出口截面流体温度 的平均值。 
定性温度用以计算流体的物性。在整理实验数据时按定性温度计算物性，则整个 流场中的物性就可认为是相应与定性温度下的值，即相当于把物性视为常数，于是物 性场相似的条件即自动满足。对同一批实验数据，定性温度不同使所得的准则方程 也可能不同。  
11.用热电偶测量炉膛出口的烟气温度，有哪些因素会引起误差?对此可采取哪些措施? 
答：热电偶测温产生误差的原因主要有两个： 
（1）由于热电偶本身向根部导热引起的；  
（2）由于热电偶与周围冷表面辐射传热造成的。
 针对上述两个原因，有效措施为： 
（1） 热电偶的插入深度足够长，第一种测温误差即可避免；  
（2） 采用抽气遮热罩式热电偶，减少热电偶的辐射散热量。 
12.有一钢管换热器，热水在管内流动，空气在管间作多次折流，横向冲刷管束以冷却管内热水。拟改造采用管外加肋片并换钢管为铜管来增加冷却效果，试从传热角度来评价这个方案。 
答：传热效果增强，分析如下： 
（1）强化传热时，对热阻比较大的一侧流体换热下功夫，往往能收到显著的效果。 即在传热温差不变时，改变传热过程中热阻大的那一环节的热阻，可以大大增加传 热过程的传热量。 
（2）一般来说，如果要采取加肋片的方式强化传热过程的话，在h较小的一侧加肋 片才能收到显著的强化效果。 
（3）铜的导热系数（纯铜为399W/mK）比钢的导热系数(碳钢约为36.7 W/Mk)大
13．其它条件相同时，同一根管子横向冲刷与纵向冲刷相比，哪个的表面传热系数大，为什麽? 
答：（1）因为纵向冲刷时相当于外掠平板的流动，热边界层较厚。 
（2）横向冲刷时表面传热系数大。横向冲刷时热边界层薄且存在由于边界层分离而产生的漩涡，增加了流体的扰动，因而换热强。 
14.请分析遮热板的原理及其在削弱辐射换热中的作用。 
 (1)在辐射换热表面之间插入金属(或固体)薄板，称为遮热板。   
(2)其原理是，遮热板的存在增大了系统中的辐射换热热阻，使辐射过程的总热阻增大系统
黑度减少，使辐射换热量减少。 
 (3)遮热板对于削弱辐射换热具有显著作用，如在两个平行辐射表面之间插入一块同黑度的
遮热板，可使辐射换热量减少为原来的1/2，若采用黑度较小的遮热板，则效果更为显著。
15.简述非稳态导热的基本特点。 
（1）随着导热过程的进行,导热体内温度不断变化,好象温度会从物体的一部分逐渐向另一部分转播一样,习惯上称为导温现象。这在稳态导热中是不存在的。 
（2）非稳态导热过程中导热体自身参与吸热（或放热），即导热体有储热现象，所以即使对通过平壁的非稳态导热来说，在与热流方向相垂直的不同截面上的热流量也是处处不等的，而在一维稳态导热中通过各层的热流量是相等的。 
（3）非稳态导热过程中的温度梯度及两侧壁温差远大于稳态导热
16.请分析遮热板的原理及其在削弱辐射换热中的作用。 
(1)在辐射换热表面之间插入金属(或固体)薄板，称为遮热板。  
(2)其原理是，遮热板的存在增大了系统中的辐射换热热阻，使辐射过程的总热阻增大，系
统黑度减少，使辐射换热量减少。 
(3)遮热板对于削弱辐射换热具有显著作用，如在两个平行辐射表面之间插入一块同黑度的
遮热板，可使辐射换热量减少为原来的1/2，若采用黑度较小的遮热板，则效果更为显著。 
17． 蒸气与温度低于饱和温度的壁面接触时，有哪两种不同的凝结形式？产生不同凝结形式的原因是什么？ 
当凝结液体能很好地润湿壁面时，在壁面上将铺展一层液膜，这种凝结方式称为膜状凝结。当凝结液体不能很好地润湿壁面时，凝结液体在壁面上形成一个个液珠，且不断发展长大，并沿壁面滚下，壁面将重复产生液珠、成长、滚落过程，这种凝结形式称为珠状凝结。
18． 有人说：“常温下呈红色的物体表示该物体在常温下红色光的光谱发射率较其它单色光（黄、绿、蓝等）的光谱发射率高”。你认为这种说法正确吗？为什么？ 
不正确。因为常温下物体呈现的颜色是由于物体对可见光中某种单色光的反射造成的。红色物体正是由于物体对可见光中的黄、绿、蓝等色光的吸收比较大，反射比较小，而对红光的吸收比较小，反射比较大所致。根据基尔霍夫定律，，可见红光的光谱发射率较其他单色光的光谱发射率低而不是高 
19．  有人说，在电子器件的多种冷却方式中，自然对流是一种最可靠（最安全）、最经济、无污染（噪音也是一种污染）的冷却方式。试对这一说法作出评价，并说明这种冷却方式有什么不足之处？有什么方法可作一定程度的弥补？ 
电流通过电子器件时会产生焦耳热，导致温度上升，于是产生了周围空气自然对流的动力。这种冷却方式无需外加动力，亦无噪声，而且一旦停电，电子器件也就不工作了，因而也就不存在冷却问题，因而说它是最可靠、最经济、无噪声污染的冷却方式是合适的。自然对流冷却方式的最大不足是其换热强度低。一种弥补的方法是采用扩展表面，即在热表面上加装垂直放置的肋片，以增加散热面积。
20．  强化空气－水换热器传热的主要途径有哪些，请列出任意三种途径？ 
空气-水换热器的主要热阻在气侧，强化换热主要从气侧入手。当气侧在管外流动时，可在管外加装肋片。当气侧在管内流动，而气侧压降有较大余量时，可提高气体流速，也可采用螺纹管强化换热。