傳熱學總復習試題及答案第五版精必備

1、總復習題 基本概念 :   薄材 : 在加熱或冷卻過程中 , 若物體內溫度分布均勻 , 在任意時刻都可用一個溫度來代表整個物體的溫度 , 則該物體稱為 -.   傳熱 : 由熱力學第二定律 , 凡是有溫差的地方 , 就有熱量自發(fā)地從高溫物體向低溫物體轉移 , 這種由于溫差引起的熱量轉移過程統(tǒng)稱為 -.   導熱 : 是指物體內不同溫度的各部分之間或不同溫度的物體相接觸時 , 發(fā)生的熱量傳輸?shù)默F(xiàn)象 . 物體各部分之間不發(fā)生相對位移，僅依靠物體內分子原子和自由電子等微觀粒子的熱運動而產生的熱能傳遞成為熱傳導 簡稱導熱  對流 : 指物體各部分之間發(fā)生相對位移

2、而引起的熱量傳輸現(xiàn)象 . 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，冷熱流體相互滲混所導致的熱量傳遞過程  對流換熱 : 指流體流過與其溫度不同的物體表面時 , 流體與固體表面之間發(fā)生的熱量交換過程稱為 -.   強制對流 : 由于外力作用或其它壓差作用而引起的流動 .   自然對流 : 由于流體各部分溫度不同 , 致使各部分密度不同引起的流動 .   流動邊界層 : 當具有粘性的流體流過壁面時 , 由于粘滯力的作用 , 壁面附近形成一流體薄層 , 在這一層中流體的速度迅速下降為零 , 而在這一流層外 , 流體的速度基本達到主流速度 . 這一

3、流體層即為 -.   溫度邊界層 : 當具有粘性的流體流過壁面時 , 會在壁面附近形成一流體薄層 , 在這一層中流體的溫度迅速變化 , 而在這一流層外 , 流體的溫度基本達到主流溫度 . 這一流體層即為 -.   熱輻射 : 物體由于本身溫度而依靠表面發(fā)射電磁波而傳遞熱量的過程稱為 -. 物體由于本身溫度而依靠表面發(fā)射電磁波而傳遞熱量的過程成為熱輻射  輻射力 : 物體在單位時間內 , 由單位表面積向半球空間發(fā)射的全部波長的輻射能的總量 .   單色輻射力 : 物體在單位時間內 , 由單位表面積向半球空間發(fā)射的波長在 - +d 范圍內 的輻射能量 . &

4、#160; 立體角 : 是一個空間角度 , 它是以立體角的角端為中心 , 作一半徑為 r 的半球 , 將半球表面上被立體角切割的面積與半徑平方 r 2 的比值作為 - 的大小 .   定向輻射強度 : 單位時間內 , 在單位可見面積 , 單位立體角內發(fā)射的全部波長的輻射能量稱為 -.   傳質 : 在含有兩種或兩種以上組分的流體內部 , 如果有濃度梯度存在 , 則每一種組分都有向低濃度方向轉移 , 以減弱這種濃度不均勻的趨勢 . 物質由高濃度向低濃度方轉移過程稱為 -.   分子擴散傳質 : 靜止的流體中或在垂直于濃度梯度 方向 作層流流動的流體中的 傳質 , 有

5、微觀分子運動所引起 , 稱為 -.   對流流動傳質 : 在流體中由于對流摻混引起的質量傳輸 .   有效輻射 : 單位時間內 , 離開所研究物體單位表面積的總輻射能 .   灰體 : 單色吸收率 , 單色黑度與波長無關的物體 .   角系數(shù) : 有表面 1 投射到表面 2 的輻射能量 Q 1 2 占離開表面 1 的總能量 Q 1 的份數(shù) , 稱為表面 1 對表面 2 的角系數(shù) .   輻射換熱 : 物體之間通過相互輻射和吸收輻射能而產生的熱量交換過程 .   填空題 :   當輻射投射到固液表面是表面輻射，投射到氣體表面是

6、 - 輻射。容積   氣體常數(shù) R 量綱是 - 。 L 2 t -2 T -1   當輻射物體是 -漫輻射表面- 時，輻射力是任何方向上定向輻射強度的 -3.14- 倍。漫輻射表面 ,   強制對流換熱的準數(shù)方程形式為 -.Nu=f(Re,Pr)   描述流體運動方法有 - 和 - 兩種方法 . 拉氏法 , 歐拉法   對于一個穩(wěn)態(tài)的流動傳熱現(xiàn)象而言 , 其準數(shù)方程式可表示為 -. Nu=f(Re,Pr,Gr)   自然對流換熱的準數(shù)方程式可表示為 -. Nu=f(Pr,Gr)   熱輻射過程中涉及到的三種理想物體有 -黑體

7、透明體鏡體-. 黑體 , 透明體 , 鏡體   實際上大部分工程材料在 -紅外線- 范圍內 , 都表現(xiàn)出灰體性質 . 紅外線   善于發(fā)射的物體同時也善于 -吸收-. 吸收   角系數(shù)是一個與 - 有關的純幾何量 . 輻射物體的尺寸 , 空間位置   實際物體的輻射力與 -輻射來自黑體的吸收率- 的比值恒等于 -同溫下- 的黑體的輻射力 . 輻射來自于黑體的吸收率 , 同溫度下   灰體與其他物體輻射換熱時 , 首先要克服 -表面熱阻- 達到節(jié)點 , 而后再克服 -空間熱阻- 進行輻射換熱 . 表面熱阻 , 空間熱阻   黑體的有效輻

8、射就是 -黑體的自身輻射-. 黑體的自身輻射   為增加輻射換熱系統(tǒng)的換熱量 , 可通過 - 輻射換熱物體表面的黑度來實現(xiàn) . 增加   對流流動傳質的準數(shù)方程為 -.Sh=f(Re,Sc)   判斷并改錯 :   只有管外徑小于臨界絕熱直徑時，鋪設絕熱層才能使熱損失減小。 （ ）   熱輻射和流體對流及導熱一樣，需有溫差才能發(fā)射輻射能。 （ ）   通過圓筒壁的一維穩(wěn)態(tài)導熱時，單位面積上的熱流密度是處處相等的。（ ）   導溫系數(shù)僅出現(xiàn)在非穩(wěn)態(tài)熱量傳輸過程中 , 導溫系數(shù)越大 , 物體內各處溫度越不均勻 ( ). 

9、0; 熱量傳輸一般有導熱 , 熱對流及熱輻射三種基本形式 . ( ).   水平熱壁面朝上布置時比朝下時的對流換熱量大 ( ).   流體的物性參數(shù)愈小 , 愈大 , 流體對流換熱能力愈大 ( ).   紊流運動粘度 m 與流體運動粘度都是流體的物性參數(shù) , 與 Re 和紊流程度有關 . ( ).   Pr t = m / h , 紊流的普朗特數(shù)不表示流體的物性參數(shù) , 表示紊流時熱量和動量傳遞過程的程度和狀態(tài) ( ).   兩物體之間的輻射換熱必須通過中間介質才能進行 , 且熱輻射過程中伴隨著能量形式的二次轉化 ( ).   金屬表

10、面在空氣中被氧化后 , 在相同溫度下 , 其輻射能力比原來爭強了 ( ).   與黑體一樣 , 灰體也是一種理想物體 , 只是在數(shù)值上與黑體成折扣關系 ( ).   同溫度下 , 物體輻射力越大 , 其吸收率越小 ( ).   角系數(shù)描述的是物體的空間位置和幾何形狀對輻射換熱的影響 , 并與輻射物體本身的特性和溫度有關 ( ).   當系統(tǒng)處于熱平衡時 , 灰體的有效輻射等于同溫度下的黑體輻射 , 并與灰體的表面黑度有關 ( ).   當一鑄件在車間內加熱時 , 其輻射換熱量的大小與車間大小有關 ( ).   當一鑄件在車間內加熱時

11、, 其輻射換熱量的大小取決于鑄件面積和本身黑度 . ( ).   問答題 :   熱量傳輸有哪幾種基本方式？ 熱傳導、熱對流、熱輻射  溫度場有哪幾種表示方法？   能量微分方程的幾種形式均用于哪些條件？   導溫系數(shù)表達式及物理意義？   何謂單值性條件？包括哪些？   邊界條件分為哪幾類？各自數(shù)學描述？   通過平壁的一維穩(wěn)態(tài)導熱數(shù)學描述及第一；三邊界條件數(shù)學描述？溫度分布？熱流密度？（單；多層 ; 為常 ; 變量時）   通過圓筒壁的一維穩(wěn)態(tài)導熱數(shù)學描述及第一；三邊界條件數(shù)學描述？溫度分布？熱流密度

12、？（單；多層）   熱阻有何應用？推導臨界直徑公式并分析影響臨界直徑的因素 ?    答 : 熱阻的應用 : 利用熱阻可將某些熱量傳輸問題轉換成相應的模擬電路來分析 .                          分析熱阻組成 , 弄清各個環(huán)節(jié)的熱阻在總熱阻中所占的地位 , 能有效地抓住過程的主要矛盾 .

13、60;         公式推導 : 已知一管道的內徑為 d 1 外徑為 d 2 , 設在管道外面包一層絕緣層 , 其直徑為 d x, 圓筒內為熱流體其對流換熱系數(shù)為 1 , 穿越筒壁向外冷流體 ( 對流換熱系數(shù)為 2 ) 散熱 . 此時單位管長的總熱阻 :                r 僅是 d x 的函數(shù) , 只與劃線部分的熱阻有關 . 通過分析得知 , r

14、與 d x 間存在極值 .               r 取得極值的條件是 其中 d c 為臨界絕熱層直徑            當 d x =d c 時 ,r 為極小值 . 此時管道向外散熱最多 .     分析影響臨界直徑的因素 : 當 d x d c 時 , 敷設絕熱層會使散熱減少 . d c 與 x

15、 有關 , 可通過選用不同絕熱材料改變 d c 值 .   何謂薄材？厚材？如何判別？   集總系統(tǒng)導熱特點？數(shù)學描述？溫度分布及瞬時熱流量？   Bi 及 Fo 定義式及物理意義？ Fo:非穩(wěn)態(tài)過程進行得深度的無量綱時間答 : 物理意義 : Bi:表征內部導熱熱阻與外部對流傳熱熱阻的比值。 .     求解對流給熱系數(shù)的方法有哪幾種 ? （分析法、實驗法、比擬法、數(shù)值法）  影響對流換熱系數(shù)的因素有哪些？如何作用？ （流動：起因，狀態(tài)；流體：物性，相變狀況；換熱表面幾何因素）？  求解對流換熱系數(shù)的基本方法是什么？

16、60; 邊界層微分方程求解 思路是什么？ 邊界層微分方程求解 思路 :        由 式和 式求解流場的速度分布得 V X ,V Y , 代入 式得溫度場的分布 T, 再求溫度梯度代入 式求得 值 .   類比法求解 思路 ? 推導過程 ?   試比較類比法和邊界層微分方程組法 ? 答 : 邊界層微分方程組法只能求解繞流平板的邊界層內的層流問題 , 計算較煩 . 類比法即適用于邊界層內也適用于邊界層外 , 還適用于圓管內的流動 , 即適用于層流也 適用于紊流 . 且推導和計算也較方便 .     建立

17、動量邊界層和熱量邊界層厚度受那些因素的影響 ?   建立動量傳遞和熱量傳遞的目的是什么 ? 類比解推導過程 ?    答 : 建立動量傳遞和熱量傳遞的目的 :           認為動量熱量 ; 傳遞規(guī)律是類同的 , 用數(shù)學式子把兩現(xiàn)象聯(lián)系起來 .           用已由理論分析或實測得到的阻力規(guī)律 C F 來求解換熱規(guī)律層流中 : 紊流中 : 當 P r =1 時 ,

18、C p = 此二式相同 . 即也是雷諾類比解成立的條件 .   試說明 Nu;Pr 及 Gr 的物理意義及定義式 ?  答 : 努謝爾特準數(shù) Nu 定義式 : 物理意義 : 表示實際流體熱量傳遞與導熱分子 熱量傳遞的比較 . 反映了對流換熱的強度 .    普朗特準數(shù) Pr 定義式 : 物理意義 : 反映了動量擴散與熱量擴散的相對大小 . 格拉曉夫準數(shù) Gr 定義式 : 物理意義 : 是由浮升力 / 粘滯力和慣性力 / 粘    滯力的乘積得到的 .   流動邊界層（固體表面附近流體速度發(fā)生劇烈變化的薄層

19、） ; 溫度邊界層（.溫度.） ; 層流底層 (湍流邊界層緊貼壁面處保持層流主要性質的極薄層); 紊流邊界層定義及邊界層特性 ?   熱輻射定義及其特點是什么 ? 其波長主要集中在哪些波長范圍內 ?   黑體概念及研究黑體的意義是什么 ? 輻射力 ; 單色輻射力 ; 立體角及定向輻射力和輻射強度的概念有何區(qū)別 ?   黑體輻射的基本規(guī)律有哪幾個 ? 都分別揭示了哪些規(guī)律 ?   什么是物體表面的吸收率 ; 反射率和透過率 ?   什么是絕對黑體 ; 白體和透明體 ?   試說明蘭貝特定律的幾種表達形式及適用條件 ?   什么

20、是物體表面的黑度 ? 受哪些因素影響 ?   什么是灰體 ? 有何特性 ?   實際物體的輻射特性與灰體有何不同 ?   什么基爾霍夫定律 ? 它的適用條件是什么 ?   什么是輻射角系數(shù) ? 它有什么性質 ?   兩面 ; 三面封閉系統(tǒng)角系數(shù)的基本計算方法及線交叉法計算任意兩面間的角系數(shù)的方法 ?   什么是有效輻射和凈輻射熱流密度 ?   試匯出由兩面或三面灰體組成的封閉系統(tǒng)的輻射網(wǎng)絡圖 ?   試列出三面灰體組成的封閉系統(tǒng)各面有效輻射的方程式 ?   什么是重輻射面 ? 它有什么特點 ?  

21、; 試匯出具有輻射絕熱面的三面輻射系統(tǒng)的網(wǎng)絡圖 ?   在兩面平行板間的換熱系統(tǒng)中間加一塊與平板黑度相同的遮熱板時 , 兩面間輻射換熱減少多少 ? 并會出輻射網(wǎng)絡圖 .   傳質概念及分子擴散傳質和對流擴散傳質定義 ?   二種傳質方式的傳質量基本計算公式 ?   質量傳輸平衡法方程式及簡化形式和單值性條件 ?   分之擴散傳質中 , 氣體通過間壁的擴散通量 ; 金屬園管的擴散通量及靜止介質中通過半無限大物體的濃度分布和傳質通量 ?   分子擴散傳質系數(shù) D 的影響因素有哪些 ?   對流流動傳質模型有哪幾種 ?  

22、; 層流 ; 紊流流動時各自的濃度分布及平均傳質系數(shù)準數(shù)方程形式 ?   流體通過單個球體及流過填充床時的傳質系數(shù)計算公式 ?   流體在園管內流動時的傳質計算 ?   動量與熱量比擬解 ( 雷諾 ; 柯爾朋 )?   動量與質量比擬解 ( 雷諾 ; 柯爾朋 )?   類比關系準數(shù)有哪些各準數(shù)間關系怎樣 ?   動量邊界層 ; 熱量邊界層和質量邊界層間類比關系怎樣 ? 計算題 :   1 有一直徑為 5cm 的鋼球，初始溫度為 450 ，將其突然置于溫度為 30 空氣中，設鋼球表面與周圍環(huán)境間的總換熱系數(shù)為 24w

23、/( m 2 . ) ，試計算鋼球冷卻到 300 所需的時間。已知鋼球的 c =0.48kJ/(kg. ) , =7753kg/m 3 , =33w/(m. ). （ 8 分）       解 : 先驗算 Bi 準數(shù) , 鋼球的特征尺寸為 :          故可以按薄材加熱處理 .              

24、60;      =57.0s=0.158h     2 具有內熱源并均勻分布的平壁，壁厚為 S ，假定平壁的長寬遠大于壁厚，平壁兩表面溫度恒為 t w ，內熱源強度為 q v ，平壁材料的導熱系數(shù)為常數(shù)，試推出穩(wěn)態(tài)導熱時，平壁內的溫度分布和中心溫度。分       解 : 因平壁的場 , 寬遠大于厚度 , 故此平壁的導熱可認為是一維穩(wěn)態(tài)導熱 .          &

25、#160; 導熱微分方程為 :            邊界條件為 : x=s ,t=t w                         x=-s , t=t       

26、60;    求解上述微分方程 , 得            由邊界條件確定積分常數(shù) :             平壁內的溫度分布 :            當 X=0, 則得平壁中心溫度 :     

27、0; 3. 將初始溫度為 80 , 直徑為 20mm 的紫銅棒突然橫置于氣溫為 20 , 流速為 12m/s 的風道之中 , 五分鐘后 , 紫銅棒溫度降到 34 . 試計算氣體與紫銅棒之間的換熱系數(shù) .    已知紫銅棒密度 =8954kg/m 3 , 比熱 C=383.1J/(kg · ), 導熱系數(shù) =386W/(m · )       解 : 先假定可以用集總系統(tǒng)法分析紫銅棒的散熱過程        

28、                 其中 =5 × 60=300s                         驗算 Bi:        

29、; 4. 一蒸汽管道 , 內 , 外徑分別為 150mm 和 159mm. 為了減少熱損失 , 在管外包有三層保溫材料 : 內層為 2 =0.11, 厚 2 =5mm 的石棉白云石 ; 中間為 3 =0.1, 厚 3 =80mm 的石棉白云石互狀預制板 ; 外殼為 4 =0.14, 厚 4 =5mm 的石棉硅藻土灰泥 ; 鋼管壁的 1 =52, 管內表面和保溫層外表面的溫度分別為 170 和 30 . 求該蒸汽管每米管長的散熱量 ?       解 : 已知 d 1 =0.15m, d 2 =0.159m, d 3 =0.1

30、69m, d 4 =0.339m             各層每米管長熱阻分別為 :        管壁 :        石棉內層 :              石棉預制瓦 :      

31、        灰泥外殼 :       蒸汽管道每米長散熱量為     5. 壓力為 1.013bar,20 空氣以速度 V=35m/s 掠過平板 , 板長 L=70cm, 壁面溫度 t w =60 , 試求該板的換熱系數(shù)及換熱量 ( 板寬按 1m 計算 )? 已知 :40 空氣物性參數(shù)為 : =0.0271W/m · =16.97 × 10 -6 m 2 /s Pr=0.711    

32、0;    解 : 按壁面與流體溫度的算術平均值做為定性溫度確定物性 :             查附錄 得空氣物性為 : =0.0271w/m =16.97 × 10 -6 m 2 /s Pr=0.711             則 為紊流   對于紊流縱掠平板時 , 局部摩擦系數(shù)為 :

33、                                 6.20 的空氣在常壓下以 10m/s 的速度流過平板 , 板面溫度 t w =60 , 求距前緣 200mm 處的速度邊界層和溫度邊界層以及 x, 和單寬換熱量 , 再用類比法求局部摩擦系數(shù) C f.   已知 :40 空

34、氣物性參數(shù)為 : =0.0271W/m · =16.97 × 10 -6 m 2 /s Pr=0.711 =1.127kg/m 3 C p =1.009 × 10 3 J/kg ·       解 : 邊界層內空氣的定性溫度 : 由題已知 40 空氣物性參數(shù)為 : =0.0271W/m · =16.97 × 10 -6 m 2 /s Pr=0.711       為層流邊界層 .    

35、   則         局部換熱系數(shù) :         單位寬度的換熱量 :         40 空氣物性參數(shù)為 : =1.127kg/m 3 C p =1.009 × 10 3 J/kg ·           

36、        7. 兩平行大平板間的輻射換熱 , 平板的黑度各為 0.5 和 0.8, 如果中間加進一塊鋁箔遮熱板 , 其黑度為 0.05, 試計算輻射熱減少的百分率 ? 并畫出輻射網(wǎng)絡圖 .       解 : 未加遮熱板時 , 兩大平板單位面積間的輻射換熱量為 :               設置遮熱板后 :  

37、       加入遮熱板后的輻射換熱量減少的百分率為 :       8. 有兩平行黑體表面 , 相距很近 , 他們的溫度分別為 1000 與 500 , 試計算它們的輻射換熱量 , 如果是灰體表面 , 黑度分別為 0.8 和 0.5, 它們間的輻射換熱量是多少 ?       解 : 兩黑體表面間的輻射換熱量是 :          &

38、#160;                  兩灰體表面間的輻射換熱量是 :                       9. 兩個互相平行且相距很近的大平面 , 已知 t 1 =527 , t 2 =27 , 其黑度 1 = 2 =0.8

39、, 若兩表面間按放一塊黑度為 p =0.05 的鋁箔遮熱板 , 設鋁箔兩邊溫度相同 , 試求輻射換熱量為未加隔熱板時的多少成 ? 若隔熱板的黑度為 0.8, 輻射換熱量又為多少 ?       解 : 未加遮熱板時 , 兩大平板間的輻射換熱量為 :         設置遮熱板后 :               

40、0;                   10. 有兩個平行鋼板 , 溫度各保持 t 1 =527 , t 2 =27 , 其黑度 1 = 2 =0.8, 兩鋼板間的距離比起鋼板的寬和高相對很小 , 試求這兩塊鋼板的自身輻射 , 有效輻射 , 凈輻射熱流 , 反射輻射 , 投射輻射和吸收輻射熱流 ?       解 : 兩大平板間的輻射換熱量為 :               處于熱平衡時 :   自身輻射 :               有效輻射 : 反射輻射 : R 1 G=J 1 -E 1 =19430-18579.4=850.56w/m 2   總投入輻射 :