浙大研究生傳熱學200-2008試題答案

1、一、填空1. (1)表征了物體內(nèi)部溫度扯平的能力、傳遞溫度變化的能力(2)單位m2/s(3)普朗特數(shù)Pr2. (4)自身輻射(5)反射輻射3.4. (7)管子直徑(8)5. (9)入表示管道(10)流體6. (11)表示內(nèi)部導熱熱阻力與表面對流換熱熱阻力的比值(12)表示壁面上無量綱溫度梯度的大小7. (13)減小(14)不變8. (15)液膜層導熱(16)9. (17)方向(18)光譜吸收比10. (19)傳熱單元數(shù)(20)；=tT'max門二、簡答題1 .見課本第四版P3202 .見課本第四版P61溫度計套管與其四周環(huán)境之間發(fā)生著三種方式的熱量傳遞。從套管頂端向根部的導熱。從管道內(nèi)

2、流體向套管外表面的對流換熱。從套管外表面向管道壁面的輻射換熱。穩(wěn)態(tài)時，套管從管道內(nèi)流體獲得的熱量正好等于套管向管道壁面的導熱及輻射換熱之和。因次套管的壁面溫度必低于管道內(nèi)流體的溫度。chmHchmH式中：tH為套管頂端壁面溫度，tf為管道內(nèi)流體溫度從溫度計套管的一維導熱物理過程來看，可以畫出如圖所示的熱阻定性分析圖（圖略）圖中展為管道外的環(huán)境溫度，R3代表管道外側(cè)與環(huán)境間的換熱熱阻，Ri、R2分別代表套管頂端與管道內(nèi)流體的換熱熱阻及頂端與根部間的導熱熱阻。顯然：要減小測溫誤差，應(yīng)使tH盡量接近tf,即應(yīng)盡量減小Ri而增大R2及R3。另一方面，由上式可看出，要減少與，應(yīng)增加ch（mH）,即增加m

3、H以減小斗的值?？梢圆捎靡韵路椒ǎ?選用導熱系數(shù)較小的材料作套管（增大R2）; 盡量增加套管的高度并減小壁厚（增大R2）； 強化套管與流體間的換熱（減小Ri）; 在管道外側(cè)包以保溫材料（增加R3）。3 .不對，相變換熱，兩者相同。4 .輻射對流一、填空題1 .能量守恒定律，傅里葉定律，Pc亙=色陞包1日次ex)2 .0.1W/(mK)65C3 .升高n4 .A1X1,2=A2X2,1,Xi,i*Xi,2+X"+Xn=iX1,i=15 .黑體波長6 .普朗特數(shù)，動量擴散能力與熱量擴散能力的一種量度7 .變大變小8 .臨界熱流密度qmax9 .；=.饞，換熱器的實際換熱效果與最大可能的換

4、熱效果之比*2,10 .11.1059.278s二、簡答題1.2.3 .入口段的熱邊界層較薄，局部表面?zhèn)鳠嵯禂?shù)比充分發(fā)展段的高，且沿著主流方向逐漸降低。4 .保溫瓶夾層抽真空；測流體導熱系數(shù)時，上部加熱處于高溫下部處于低溫，使測量更加準確；雙層保溫玻璃。14.(21)逆流15.(22)平均溫差法(23)效能傳熱單元數(shù)法一、填空1. (1)Pr=?(2)動量擴散厚度與熱量擴散厚度之比的一種度量2. (3)叉排(4)順排3. (5)溫壓小(6)傳熱強4. (7)湍流(8)特征長度5. (9)光譜吸收比與波長無關(guān)6. (10)把表面1發(fā)出的輻射能中落到表面2上的百分數(shù)稱為表面1對表面2的角系數(shù)7.

5、(11)光譜輻射強度在吸收性氣體中傳播時按指數(shù)規(guī)律衰減8. (12)固體內(nèi)部導熱熱阻與其界面上換熱熱阻(13)固體的導熱系數(shù)9. (14)實際散熱量與假設(shè)整個肋表面處于肋基溫度下的散熱量(15) 010. (16)二維、穩(wěn)態(tài)、無內(nèi)熱源的邊界層能量(17)熱擴散率11. (18)九BRR081012. (19)順流(20)r工，工=0.025、簡答題1 .固體壁面附近流體溫度急劇變化的薄層稱為熱邊界層對流換熱的熱阻大小主要取決于緊靠壁面附近的流體流動狀況，這一區(qū)域中速度和溫度變化最劇烈，是強化對流換熱的主要“突破口”。流動邊界層在壁面上的發(fā)展過程顯示出，在邊界層內(nèi)也會出現(xiàn)層流和湍流兩類流動狀態(tài)，

6、湍流邊界層的主體核心雖處于湍流流動狀態(tài)，但緊靠壁面處粘滯應(yīng)力仍占主導地位，致使貼附于壁面的一極薄層內(nèi)仍保持層流性質(zhì)，這個極薄層稱為湍流邊界層的層流底層。因此在邊界層中，無論是層流還是湍流，其流動速度都由零變化到主流速度。尤其是緊靠壁面邊界層底部，幾乎是靜止的，完全是靠導熱來換熱，換熱量小，故強化換熱時應(yīng)破壞邊界層，使邊界層變薄，減小換熱熱阻，增加換熱量。2 .3.氣體：導熱是氣體分子不規(guī)則熱運動時相互碰撞的結(jié)果。氣體的溫度越高，其分子的運動動能越大，不同能量水平的分子相互碰撞的結(jié)果，使熱量從高溫處傳到低溫處。導電固體：導電固體中有相當多的自由電子，它們在晶格之間像氣體分子那樣運動，自由電子的運

7、動在導電固體的導熱中起著主要作用。非導電固體：非導電固體導熱是通過晶格結(jié)構(gòu)的振動，即原子分子在其平衡位置附近的振動來實現(xiàn)的。液體：液體的導熱認為介于氣體和固體之間。4 .集總參數(shù)法：當固體內(nèi)部的導熱熱阻遠小于其表面的換熱熱阻時，固體內(nèi)部的溫度趨于一致，以致可以認為整個固體在同一瞬間均處于同一溫度下，這時所要求解的溫度僅是時間T的一元函數(shù)而與坐標無關(guān)，這種忽略物體內(nèi)部導熱熱阻的簡化分析方法稱為集總參數(shù)法。條件：物體的導熱系數(shù)相當大，或者幾何尺寸很小，或表面換熱系數(shù)極低。計算時Bi<0.1。5 .高效隔熱材料要求盡可能的增大熱阻，采用多孔結(jié)構(gòu)或多層隔熱屏結(jié)構(gòu)，其孔中和隔熱屏之間充滿氣體。由于

8、氣體在孔中和屏間是靜止的，僅存在導熱的傳熱方式且氣體的導熱系數(shù)小于固體，所以增加了隔熱材料的熱阻。三、計算題1 .解：(1) Eb1=叫4=5.67父10%(290+273,=5696.612W/m4-二d2=3.140.2=0.628m2Eb2=；124=5.671034502734=15493.026W/m2X2,1=1.一_21,2Eb2-Eb115493.026-5696.6121-0.811-0.52=2895.128W/m2A=3.140.4-1.256mA2X2.12A0.81.2560.62810.50.628(2)浙江大學2006年考研試題答案一、填空題1.-2,自然對流換熱

9、3.P、hn、Cp4.'=th（mH）5.10K/W2pmH6.珠狀凝結(jié)膜狀凝結(jié)7,動量擴散能力與熱量擴散能力流動邊界層和熱量邊界層8.100K/W9.氣體輻射對波長有選擇性，氣體的輻射和吸收是在整個容積中進行的10,不依靠泵或風機等外力推動，由流體自身溫度場的不均勻所引起的流動11.臨界熱流密度qmax12,相對性完整性可加性13 .當反射表面的不平整尺寸大于投入輻射的波長時，形成漫反射。14 .黑體輻射對應(yīng)于最大光譜輻射力的波長九m與溫度T之間存在著如下的關(guān)系：九mT=2,9M10J3m,K15.流體的導熱系數(shù)，特征長度二、簡答題1,凝汽器中溫度遠遠低于600C,輻射傳熱量極少，可

10、以忽略不計。而在爐膛內(nèi)煙氣溫度高于600C,輻射能力很強，所以必須考慮輻射換熱。1 .3.人體熱量傳遞給水銀過程中存在熱阻，達到平衡狀態(tài)即由非穩(wěn)態(tài)到穩(wěn)態(tài)導熱需要一定的時間。方法：采用熱容小的玻璃并減小玻璃厚度。4 .在陰天，云層阻擋了物體向低溫太空的熱輻射并反射回地面，并且云層反射地面輻射，物體溫度較高，不易結(jié)霜；而晴天沒有云層，物體直接向太空輻射能量，且無反射的地面輻射，所以溫度降低,谷易結(jié)霜。5 .測量過程中熱接點與流道存在輻射換熱，致使測得溫度偏低。采用套管抽氣式可減少熱接點的輻射傳熱量，增大氣流的對流傳熱表面?zhèn)鳠嵯禂?shù)，提高測量精度。三、計算題1 .解:一1C(1)K=101.8W/m2

11、K1、.1+%h2(2)未結(jié)垢時，每米管長K=KA&=101.8m0.072m(450-50)=2931.84W設(shè)外壁溫度t,則：tf-11：.：，1h1A-=.3"tf=79.8C11%Ah1A結(jié)垢后2.解：_gtl_5_4_9GrmPrm=-=1.4710(10,10)則：Nu=0.53GrmPrm0.25=0.531.471050.25=10.38又知Nu=hl10.382.6710,0.2=1.39W/m2Q=hALh二dlL1.393.140.2l45-15)=26.19W一、填空1.8.在導熱現(xiàn)象中，單位時間內(nèi)通過給定截面的熱量正比例于垂直于該截面方向上的溫度變化

12、率和截面面積，而熱量傳遞的方向則與溫度升高的方向相反。物質(zhì)導熱本領(lǐng)的大小9.-1210.入口段效應(yīng)11.大3-61.2471.0051014.16100.025113.自然對流、核態(tài)沸騰、過渡沸騰、穩(wěn)定膜態(tài)沸騰2 .固體的導熱系數(shù)，特征長度，固體內(nèi)部導熱熱阻與其界面上換熱熱阻3 .R=AXi,24 .光譜吸收比與波長無關(guān)的物體稱為灰體2匚什：t5 .二a2.Fx6 .規(guī)定了邊界上任何時刻的溫度值；規(guī)定了邊界上任何時刻的熱流密度值為零；規(guī)定了邊界上物體與周圍流體間的表面?zhèn)鳠嵯禂?shù)h12.Pr=a-0.707及周圍流體的溫度tf1111914. R=-一一=一=0.025m2K/WRR081015.

13、 Atm=5&m逆二、簡答題1 .換熱器中應(yīng)用肋片主要目的是強化換熱和降低換熱器壁溫，當換熱器一側(cè)的熱阻較大時，應(yīng)對熱阻較大一側(cè)進行強化換熱，而加裝肋片是一種較為有效的方法。當換熱器熱流體一側(cè)的傳熱系數(shù)較大而熱阻較大時，加裝肋片強化換熱后，可降低壁溫。換熱器管內(nèi)單相流時，加裝肋片后，還可以減薄或破壞邊界層，以增加流體的擾動，強化換熱器傳熱。2 .3 .散熱量為最大值時的直徑do=稱為臨界熱絕緣直徑。h°在圓管外加保溫層，既可能使散熱量減少，也可能使散熱量增加。這是因為保溫層的加入一方面使導熱熱阻增加，另一方面可使對流熱阻減少。若外直徑為di的圓管外包以絕熱層使直徑為do（do

14、Adi）,圓管外表面溫度為twi，絕緣層表面外側(cè)流體溫度和表面?zhèn)鳠嵯禂?shù)分別為tf0和ho。則2=：（t：-tf0）1 "生，2 dih°d。從上式可以看出：保溫層的加厚（即d0增大）一方面使導熱熱阻%=上m皿增加，另一方面使對流熱阻Rcv=,減小。可以證明，2'di'Ad。當%2=0即Bi=3=2時，達到極值點。即以為為分界點，如dd0圓管外徑小于dc,時，隨著直徑do的增加，散熱量增加；若圓管外徑大于dc,，則散熱量隨do增加而減小。直徑dc,即稱為臨界熱絕緣直徑。4.Nu=旦_ulRe二一vaJ由管內(nèi)及管外強迫對流換熱的實驗關(guān)聯(lián)式:Nu=cRemPrn知

15、h=：cRemPrnlI"laJm1mm:!nn_mclu'v-n7cp其中九、v、P、cp為流體的物性參數(shù)；由上式知：對流換熱系數(shù)h隨流體密度P和比熱cp的增加而減小；p對流換熱系數(shù)h隨流體導熱系數(shù)的增加而增加；當m>n時，n-m<0,對流換熱系數(shù)h隨運動粘度期的增加而減小;當m<n時，n-m>0,對流換熱系數(shù)h隨運動粘度的增加而增加。5.三、計算題1.解:由熱平衡方程：qcp1(t；-t；)=q2cp2(t2-t?)其中下角標“1”表示機油溫度，“2”表示水的溫度0.12131(100-60)=0.24178(t2-30)524=835.6(t2-

16、30)t2=40.2C換熱量中=qcp1(t；-t；)=0.12131(100-60)-8524J對數(shù)平均溫差:t-tmaxminln.tmint1上ln，t1-t2(100-40.2)-(60-30)_59.8-30二,100-40.2=59.8lnln29.8一0.68981傳熱系數(shù)k,機油的換熱系數(shù)幾60-3030=43.2CNu-5.560.138Do0.045一217.05W/(mK)水的換熱系數(shù)：Nu=0.023Re°.8Pr0.472510上994=0.729410J3m2/s二D：q二44024-04二0.41m/sRevDi0.410.0250.729410&quo

17、t;=1.406104Nu=0.023(1.406103.140.025994)0.8(4.85)0.4=90.02NuhzDi-h2=Nu'90.020.625Di0.025_2=2250.46W/(mK)總傳熱系數(shù)：k=1=1=16.92W/(m2K)1111-'r-'r由傳熱方程：yA=/=£v2由A=二DJ=l=148.54m二Dj3.140.0252.解:畢渥數(shù)Bi=3hD200.51040=0.00025：0.1因此系統(tǒng)可以看成集總參數(shù)系統(tǒng)。時間常數(shù)：.chA由式：上生二exp489002000-32043.14hA工330.5X10h=74.16

18、7s0.5X1098-100二exp20-100t-273.6s需要273.6s。熱電偶的時間常數(shù)是說明熱電偶對流體溫度變動響應(yīng)快慢的指標。時間常數(shù)越小，熱電偶越能迅速反映出流體溫度的變動，即時間常數(shù)升溫時間減小。時間常數(shù)取決于熱電偶的幾何參數(shù)（%）,物理性質(zhì)（P,c）,換熱系數(shù)（h）。熱電偶對流體溫度變化的反應(yīng)快慢取決于其自身的熱容量（Pcv）及表面換熱條件（hA）。熱容量越小，溫度變化越快，表面換熱條件越好（hA越大），單位時間內(nèi)傳遞熱量越多，則升溫時間越少。3.解：忽略外界通過窺視孔射入的輻射能時J2=2Eb2J2X2,21-：2二；2Eb2J2X2,212X2,2=1-X2,1=1一A

19、2即：J2；2Eb22A11-；2A2由于J=J2A2X2,1/A=J2jJ2AA2Eb2=<tT24=5.67m10"父(427+273)=2.401父1011W/m2J2=J1=；2Eb20.82.4011011；2A1一；2AJ32二21011=2.40110110.82二0.41-0.8JI=753909.3W小孔的發(fā)射率J1J2Eb1Eb2A21一；20.8二二210”0.84-1-0.8二0.44=0.999996875中=吁(14丁24)=0.999996875M5.67Jj42773j27+273J|_l100)I100J=13154.36W浙江大學2008年傳

20、熱學試題答案一、填空.,3-31.2.Gr二更普Ra二更旦3.旺盛湍流vav4 .固體表面附近流體溫度發(fā)生劇烈變化的這一薄層稱為熱邊界層。5 .39.8C34.1C6.減小增大7 .流體流動的起因，流體有無相變，流體的流動狀態(tài)，換熱表面幾何因素，流體的物理性質(zhì)8 .凡RePr9 .q=-Kgradt=-.nyq指熱流密度，九指導熱系數(shù)，gradt是空間ex某點的溫度梯度，n是通過該點的等溫線上的法向單位矢量，指向溫度升高的方向。10.011 .實際散熱量與假設(shè)整個肋表面處于肋基溫度下的散熱量之比。12 .忽略物體內(nèi)部導熱熱阻的簡化分析方法，應(yīng)用條件：Bi<0.113 .單位時間內(nèi)單位表面

21、積向其上的半球空間的所有方向輻射出去的全部波長范圍內(nèi)的能量稱為輻射力。從黑體單位可見面積發(fā)射出去的落到空間任意方向單位立體角中的能量，稱為定向輻射強度。14.1450K/1177C15.表面1發(fā)出的輻射能中落到表面2的百分數(shù)稱為表面1對表面2的角系數(shù)。相對性、完整性、可加性二、簡答題1 .圖略自然對流區(qū)：壁面過熱度較小，壁面上沒有氣泡產(chǎn)生，傳熱屬于自然對流工況。核態(tài)沸騰區(qū)：當加熱壁面的過熱度M>4,壁面上個別地點開始產(chǎn)生氣泡，汽化核心產(chǎn)生的氣泡彼此互不干擾，隨著與進一步增加，汽化核心增加，氣泡相互影響，并會合成氣塊及氣柱，氣泡的擾動居I烈，傳熱系數(shù)和熱流密度都急劇增大。核態(tài)沸騰有溫壓小、

22、傳熱強的特點。過渡沸騰區(qū)：從峰值點進一步提高&,熱流密度不僅不隨人的升高而升高，反而會越來越低。膜態(tài)沸騰區(qū)：從qmin起，傳熱規(guī)律再次發(fā)生轉(zhuǎn)折，這時加熱面上已形成穩(wěn)定的蒸汽膜層，產(chǎn)生的蒸汽有規(guī)則地排離膜層，q隨N的增加而增大。2 .瓶身與環(huán)境有輻射散熱，瓶蓋有熱傳導散熱。采用雙層結(jié)構(gòu)，夾層抽真空并且夾層兩面涂了發(fā)射率極低的銀，減少了輻射散熱及熱傳導，瓶蓋采用導熱率較低的木質(zhì)材料，減少熱傳導散熱。3 .順流布置的型式。若采用逆流型式，冷熱流體的高溫段集中在換熱器一端，會出現(xiàn)較高壁溫，形成較大的溫度應(yīng)力，不利于安全。4 .BiT0表示平壁內(nèi)部熱阻與表面熱阻之比趨向于0,可認為物體內(nèi)部各部分溫度時刻保持一致，可采用集中參數(shù)法求解。BiTM表示平壁表面對流換熱熱阻幾乎可以忽略，因而過程一開始平板的表面溫度就達到環(huán)境溫度。圖略。5 .太陽能熱水器涂層遮熱板鍋爐水冷壁涂層三、計算題1 .解:Umax=Uf§/(S-d)