《傳熱學(xué)》精彩試題庫(kù)

傳熱學(xué)》試題庫(kù)第一章概論一、名詞解釋1．熱流量：?jiǎn)挝粫r(shí)間內(nèi)所傳遞的熱量2．熱流密度：?jiǎn)挝粋鳠崦嫔系臒崃髁?．導(dǎo)熱：當(dāng)物體內(nèi)有溫度差或兩個(gè)不同溫度的物體接觸時(shí)，在物體各部分之間不發(fā)生相對(duì)位移的情況下，物質(zhì)微粒(分子、原子或自由電子)的熱運(yùn)動(dòng)傳遞了熱量，這種現(xiàn)象被稱為熱傳導(dǎo)，簡(jiǎn)稱導(dǎo)熱。4．對(duì)流傳熱：流體流過(guò)固體壁時(shí)的熱傳遞過(guò)程，就是熱對(duì)流和導(dǎo)熱聯(lián)合用的熱量傳遞過(guò)程，稱為表面對(duì)流傳熱，簡(jiǎn)稱對(duì)流傳熱。5．輻射傳熱：物體不斷向周圍空間發(fā)出熱輻射能，并被周圍物體吸收。同時(shí)，物體也不斷接收周圍物體輻射給它的熱能。這樣，物體發(fā)出和接收過(guò)程的綜合結(jié)果產(chǎn)生了物體間通過(guò)熱輻射而進(jìn)行的熱量傳遞，稱為表面輻射傳熱，簡(jiǎn)稱輻射傳熱。6．總傳熱過(guò)程：熱量從溫度較高的流體經(jīng)過(guò)固體壁傳遞給另一側(cè)溫度較低流體的過(guò)程，稱為總傳熱過(guò)程，簡(jiǎn)稱傳熱過(guò)程。對(duì)流傳熱系數(shù)：?jiǎn)挝粫r(shí)間內(nèi)單位傳熱面當(dāng)流體溫度與壁面溫度差為1K是的對(duì)流傳熱量，單位為W/(m2?K)。對(duì)流傳熱系數(shù)表示對(duì)流傳熱能力的大小。輻射傳熱系數(shù)：?jiǎn)挝粫r(shí)間內(nèi)單位傳熱面當(dāng)流體溫度與壁面溫度差為1K是的輻射傳熱量，單位為W/(m2?K)。輻射傳熱系數(shù)表示輻射傳熱能力的大小。復(fù)合傳熱系數(shù)：?jiǎn)挝粫r(shí)間內(nèi)單位傳熱面當(dāng)流體溫度與壁面溫度差為1K是的復(fù)合傳熱量，單位為W/(m2?K)。復(fù)合傳熱系數(shù)表示復(fù)合傳熱能力的大小?？倐鳠嵯禂?shù)：總傳熱過(guò)程中熱量傳遞能力的大小。數(shù)值上表示傳熱溫差為1K時(shí)，單位傳熱面積在單位時(shí)間內(nèi)的傳熱量。二、填空題TOC\o"1-5"\h\z熱量傳遞的三種基本方式為、、。(熱傳導(dǎo)、熱對(duì)流、熱輻射)熱流量是指，單位。熱流密度是指,單位是。(單位時(shí)間內(nèi)所傳遞的熱量，W,單位傳熱面上的熱流量，W/m2)總傳熱過(guò)程是指，它的強(qiáng)烈程度用來(lái)衡量。(熱量從溫度較高的流體經(jīng)過(guò)固體壁傳遞給另一側(cè)溫度較低流體的過(guò)程，總傳熱系數(shù))總傳熱系數(shù)是指，單位是。(傳熱溫差為1K時(shí)，單位傳熱面積在單位時(shí)間內(nèi)的傳熱量，W/(m2?K))導(dǎo)熱系數(shù)的單位;對(duì)流傳熱系數(shù)的單位;傳熱系數(shù)的單位是。(W/(m?K),W/(m2?K),W/(m2?K))復(fù)合傳熱是指，復(fù)合傳熱系數(shù)等于之和，單位(對(duì)流傳熱與輻射傳熱之和，對(duì)流傳熱系數(shù)與輻射傳熱系數(shù)之和，W/(m2?K))TOC\o"1-5"\h\z單位面積熱阻r的單位是;總面積熱阻R的單位是。(m2?K/W,K/W)單位面積導(dǎo)熱熱阻的表達(dá)式為。(&/入)單位面積對(duì)流傳熱熱阻的表達(dá)式為。(1/h)總傳熱系數(shù)K與單位面積傳熱熱阻r的關(guān)系為。t(r=1/K)t11.總傳熱系數(shù)K與總面積A的傳熱熱阻R的關(guān)系為。t(R=1/KA)穩(wěn)態(tài)傳熱過(guò)程是指。(物體中各點(diǎn)溫度不隨時(shí)間而改變的熱量傳遞過(guò)程。)非穩(wěn)態(tài)傳熱過(guò)程是指。(物體中各點(diǎn)溫度隨時(shí)間而改變的熱量傳遞過(guò)程。)某燃煤電站過(guò)熱器中，煙氣向管壁傳熱的輻射傳熱系數(shù)為30W/(m2.K),對(duì)流傳熱系數(shù)為70W/(m2.K),其復(fù)合傳熱系數(shù)為。(100W/(m2.K))由爐膛火焰向水冷壁傳熱的主要方式。(熱輻射)由煙氣向空氣預(yù)熱器傳熱的主要方式。(熱對(duì)流)已知一傳熱過(guò)程的熱阻為0.035K/W，溫壓為70°C，則其熱流量為。(2kW)一大平壁傳熱過(guò)程的傳熱系數(shù)為100W/(m2.K),熱流體側(cè)的傳熱系數(shù)為200W/(m2.K),冷流體側(cè)的傳熱系數(shù)為250W/(m2.K),平壁的厚度為5mm,則該平壁的導(dǎo)熱系數(shù)為,導(dǎo)熱熱阻為。(5W/(m.K),0.001(m2.K)/W)總傳熱方程式可表示為e=或q=o(KAAt,KAt)已知平壁厚0.02m,熱阻為0.02m2.K/W，其導(dǎo)熱系數(shù)為。(1W/(m?K))三、選擇題1.下列哪幾種傳熱過(guò)程不需要有物體的宏觀運(yùn)動(dòng)?⑴導(dǎo)熱(2)對(duì)流⑶輻射(4)復(fù)合傳熱熱流密度q與熱流量的關(guān)系為(以下式子A為傳熱面積，入為導(dǎo)熱系數(shù)，h為對(duì)流傳熱系數(shù))：q=eA(2)q=e/A(3)q二入e(4)q=hQ如果在水冷壁的管子里結(jié)了一層水垢，其他條件不變，管壁溫度與無(wú)水垢時(shí)相比將：不變⑵提高(3)降低(4)隨機(jī)改變下列哪一種表達(dá)式是錯(cuò)誤的？()q=入At/6(2)q=hAt(3)q=kAt⑷口二^厶七導(dǎo)熱系數(shù)的單位是：()(1)W/(m2.K)(2)W/m2⑶W/(m?K)⑷m2.K/W6．在傳熱過(guò)程中，系統(tǒng)傳熱量與傳熱面積(2)流體溫差(3)傳熱系數(shù)(4)傳熱熱阻在穩(wěn)態(tài)傳熱過(guò)程中，傳熱溫差一定，如果希望系統(tǒng)傳熱量增大，則不能采用下述哪種手段?()⑴增大系統(tǒng)熱阻(2)增大傳熱面積(3)增大傳熱系數(shù)(4)增大對(duì)流傳熱系數(shù)試判斷下述幾種傳熱過(guò)程中哪一種的傳熱系數(shù)最小?(1)從氣體到氣體傳熱(2)從氣體到水傳熱(3)從油到水傳熱(4)從凝結(jié)水蒸氣到水傳熱若已知對(duì)流傳熱系數(shù)為78W/(m2.K)，則其單位面積對(duì)流傳熱熱阻為多少?78W/(m?K)(2)1/78m?K/W(3)1/78m?K/W(4)78W/(m2?K)單位時(shí)間通過(guò)單位面積的熱量稱為什么?一般用什么符號(hào)表示？(1)熱流密度.q(2)熱流密度，e(3)熱流量，q(4)熱流量，e11．太陽(yáng)與地球間的熱量傳遞屬于下述哪種傳熱方式?(1)導(dǎo)熱(2)熱對(duì)流(3)熱輻射(4)以上幾種都不是熱流量與溫差成正比，與熱阻成反比，此規(guī)律稱為什么？(1)導(dǎo)熱基本定律⑵熱路歐姆定律(3)牛頓冷卻公式(4)傳熱方程式13．傳熱過(guò)程熱路圖的原理是什么?(1)傅里葉定律(2)牛頓冷卻公式(3)斯蒂芬-波爾茲曼定律(4)熱路歐姆定律14.某一傳熱過(guò)程的熱流密度q=500W/m2，冷、熱流體間的溫差為10°C，其傳熱系數(shù)和單位面積的總傳熱熱阻各為多少？()K=50W/(m2.K),rt=0.05m2.K/WK=0.02W/(m2.K),仃=50m2.K/WK=50W/(m.K),r」0.02n.K/WK=50W/(m2.K),仃=0.05K/W15．平板的單位面積導(dǎo)熱熱阻的計(jì)算式應(yīng)為哪一個(gè)?⑴&/入(2)&/(KA)(3)1/h(4)1/(KA)四、簡(jiǎn)答題試述三種熱量傳遞基本方式的差別，并各舉1?2個(gè)實(shí)際例子說(shuō)明。(提示：從三種熱量傳遞基本方式的定義及特點(diǎn)來(lái)區(qū)分這三種熱傳遞方式)2．請(qǐng)說(shuō)明在傳熱設(shè)備中，水垢、灰垢的存在對(duì)傳熱過(guò)程會(huì)產(chǎn)生什么影響?如何防止?(提示：從傳熱過(guò)程各個(gè)環(huán)節(jié)的熱阻的角度，分析水垢、灰垢對(duì)換熱設(shè)備傳熱能力與壁面的影響情況)試比較導(dǎo)熱系數(shù)、對(duì)流傳熱系數(shù)和總傳熱系數(shù)的差別，它們各自的單位是什么?(提示：寫出三個(gè)系數(shù)的定義并比較，單位分別為W/(m?K),W/(m2?K),W/(m2?K))4．在分析傳熱過(guò)程時(shí)引入熱阻的概念有何好處?引入熱路歐姆定律有何意義?(提示：分析熱阻與溫壓的關(guān)系，熱路圖在傳熱過(guò)程分析中的作用。)5．結(jié)合你的工作實(shí)踐，舉一個(gè)傳熱過(guò)程的實(shí)例，分析它是由哪些基本熱量傳遞方式組成的。(提示：學(xué)會(huì)分析實(shí)際傳熱問(wèn)題，如水冷式內(nèi)燃機(jī)等)在空調(diào)房間內(nèi)，夏季與冬季室內(nèi)溫度都保持在22°C左右，夏季人們可以穿短袖襯衣，而冬季則要穿毛線衣。試用傳熱學(xué)知識(shí)解釋這一現(xiàn)象。(提示：從分析不同季節(jié)時(shí)墻體的傳熱過(guò)程和壁溫，以及人體與墻表面的熱交換過(guò)程來(lái)解釋這一現(xiàn)象(主要是人體與墻面的輻射傳熱的不同)五計(jì)算題有一大平壁，厚度為材料的導(dǎo)熱系數(shù)為入，平壁一側(cè)的對(duì)流傳熱系數(shù)為hi，流體溫度為tfi，另一側(cè)的復(fù)合傳熱系數(shù)為h2,環(huán)境溫度為tf2,對(duì)于通過(guò)平壁的傳熱過(guò)程，試分析下列六種情形下壁溫t、t2的情況：wiw2&/入一＞0；h一＞8；1h一＞8；2&/入=0,h=h；12&/入=0,h=2h；12&/入=0,h=0.5h。12((1)t二t；(2)t二t；(3)t二t；(4)t二t二(t+t)/2；w1w2w1f1w2f2w1w2f1f2t=t=2/3t-1/3t；(6)t=t=1/3t-2/3t)w1w2f1f2w1w2f1f2有一測(cè)量板狀材料導(dǎo)熱系數(shù)的儀器,一側(cè)為加熱面,另一側(cè)為冷卻面,兩側(cè)溫度維持均勻、恒定,板狀材料的兩面與熱面和冷面接觸良好,無(wú)溫度降,并且四周絕熱良好，無(wú)散熱。已知熱面溫度為150°C，冷面溫度為80°C，熱流量為58.2W,板狀材料厚為25mm，表面積為0.1m2。試確定板狀材料的導(dǎo)熱系數(shù)。(入=0.2079W/(m?K))墻由耐火磚和保溫板組成，厚度分別為6^200mm和&2=80mm，導(dǎo)熱系數(shù)分別為入=0.8W/(m.K)和入=0.11W/(m?K)，爐墻內(nèi)、外兩側(cè)表面溫度分別為t=600°C12w1和t2=50°C。試求爐墻單位面積的熱損失.w2(q=562.8W/m2)—暖房玻璃的表面積為10m2，內(nèi)、外表面溫度分別為t=10°C和t=5°C,玻璃厚w1w2度為3.5mm，玻璃的導(dǎo)熱系數(shù)為1.4W/(m?K).試求通過(guò)玻璃的散熱量.(e=20kW)—暖房玻璃的表面積為10m2，玻璃厚度為3.5mm，玻璃的導(dǎo)熱系數(shù)為1.4W/(m.K),玻璃內(nèi)側(cè)空氣溫度為tf1=18°C，對(duì)流傳熱系數(shù)h1=5W/(m2.K),外側(cè)空氣溫度為tf2=2°C,對(duì)流傳熱系數(shù)h2=20W/(m2.K).試求通過(guò)玻璃的散熱量及內(nèi)、外側(cè)玻璃表面的溫度。(e=633.7W,t二5.33°C,t=5.17°C)w1w2有一根長(zhǎng)度為500m、外徑(直徑)為300mm的熱力管道在室外，測(cè)得其外表面溫度為48.5°C，室外空氣溫度為25°C。已知管外壁與空氣的復(fù)合傳熱系數(shù)為11W/(m2.K),試計(jì)算該熱力管道的散熱量.(e=121.75kW)平均溫度為120°C的過(guò)熱蒸汽在直徑(內(nèi)徑)為60mm的管道內(nèi)流動(dòng)，已知管內(nèi)單位長(zhǎng)度的散熱熱流密度為245W/m,蒸汽與管壁的對(duì)流傳熱系數(shù)為500W/(m2.K)，試求管內(nèi)壁面溫度。(t=117.4°C)w2有一表面積為1.5m2、表面黑度為1的散熱片在宇宙飛船的艙外向溫度為0K的宇宙空間散熱，已知散熱片的表面溫度為87°C，試求其散熱量。(e=1428.5W)有一表面積為0.5m2、表面黑度為1的物體在壁溫為25°C的大型真空艙內(nèi)，已知該物體的表面溫度為150°C,試分別求該物體向外發(fā)射的總輻射能及與真空艙壁面的凈輻射傳熱量。(e=907.6W,e=684.07W)凈有一表面積為2m2、表面黑度為I的平板型物體，一側(cè)表面(表面溫度為150°C)面向溫度恒為25°C的大型冷卻艙，已知該表面與冷卻艙內(nèi)空氣的對(duì)流傳熱系數(shù)為25W/(m.K),平板厚度為15mm，平板的導(dǎo)熱系數(shù)為1.15W/(m?K)，試求：該平板面向冷卻艙一側(cè)表面的復(fù)合傳熱系數(shù)；該平板另一側(cè)的表面溫度。(h=35.95W/(m2.K)，t=208.6°C)w2第二章熱傳導(dǎo)一、名詞解釋溫度場(chǎng)：某一瞬間物體內(nèi)各點(diǎn)溫度分布的總稱。一般來(lái)說(shuō)，它是空間坐標(biāo)和時(shí)間坐標(biāo)的函數(shù)。等溫面(線)：由物體內(nèi)溫度相同的點(diǎn)所連成的面(或線)。溫度梯度：在等溫面法線方向上最大溫度變化率。熱導(dǎo)率：物性參數(shù)，熱流密度矢量與溫度降度的比值，數(shù)值上等于1K/m的溫度梯度作用下產(chǎn)生的熱流密度。熱導(dǎo)率是材料固有的熱物理性質(zhì)，表示物質(zhì)導(dǎo)熱能力的大小。導(dǎo)溫系數(shù)：材料傳播溫度變化能力大小的指標(biāo)。穩(wěn)態(tài)導(dǎo)熱：物體中各點(diǎn)溫度不隨時(shí)間而改變的導(dǎo)熱過(guò)程。非穩(wěn)態(tài)導(dǎo)熱：物體中各點(diǎn)溫度隨時(shí)間而改變的導(dǎo)熱過(guò)程。傅里葉定律：在各向同性均質(zhì)的導(dǎo)熱物體中，通過(guò)某導(dǎo)熱面積的熱流密度正比于該導(dǎo)熱面法向溫度變化率。保溫(隔熱)材料：入W0.12W/(m?K)(平均溫度不高于350°C時(shí))的材料。肋效率：肋片實(shí)際散熱量與肋片最大可能散熱量之比。11.接觸熱阻：材料表面由于存在一定的粗糙度使相接觸的表面之間存在間隙，給導(dǎo)熱過(guò)程帶來(lái)額外熱阻。12.定解條件(單值性條件)：使微分方程獲得適合某一特定問(wèn)題解的附加條件，包括初始條件和邊界條件。二、填空題導(dǎo)熱基本定律是定律，可表述為。(傅立葉，9A3n)非穩(wěn)態(tài)導(dǎo)熱時(shí)，物體內(nèi)的場(chǎng)和熱流量隨而變化。(溫度，時(shí)間)導(dǎo)溫系數(shù)的表達(dá)式為，單位是，其物理意義為。(a二入/cp,m2/s,材料傳播溫度變化能力的指標(biāo))4．肋效率的定義為。(肋片實(shí)際散熱量與肋片最大可能散熱量之比。)5．按照導(dǎo)熱機(jī)理，水的氣、液、固三種狀態(tài)中態(tài)下的導(dǎo)熱系數(shù)最小。(氣)6．一般，材料的導(dǎo)熱系數(shù)與和有關(guān)。(種類，溫度)7．保溫材料是指的材料.(入W0.12W/(m?K)(平均溫度不高于350°C時(shí)))已知材料的導(dǎo)熱系數(shù)與溫度的關(guān)系為入二入/1+bt),當(dāng)材料兩側(cè)壁溫分別為t「t2時(shí),其平均導(dǎo)熱系數(shù)可耳下的導(dǎo)熱系數(shù)。((ti+t2)/2)TOC\o"1-5"\h\z發(fā)電機(jī)水冷、氫冷、空冷三種方式中，以方式的效果最好，方式的效果最差。(水冷、空冷)第三類邊界條件是指已知。(物體邊界與周圍流體間的表面?zhèn)鳠嵯禂?shù)h及周圍流體的溫度tf)及其單值性條件可以完整地描述一個(gè)具體的導(dǎo)熱問(wèn)題。(導(dǎo)熱微分方程)第一類邊界條件。(給定物體邊界上任何時(shí)刻的溫度分布)初始條件是指。(如以某時(shí)刻作為時(shí)間的起算點(diǎn)，在該時(shí)刻導(dǎo)熱物體內(nèi)的溫度分布)通過(guò)長(zhǎng)圓筒壁導(dǎo)熱時(shí)，圓筒壁內(nèi)的溫度分布規(guī)律.(對(duì)數(shù)曲線)溫度梯度表示溫度場(chǎng)內(nèi)的某一地點(diǎn)等溫面法線方向的。(溫度變化率)第二類邊界條件是指。(給定物體邊界上任何時(shí)刻的熱流密度q分布)w三、選擇題1.當(dāng)采用加肋片的方法增強(qiáng)傳熱時(shí),最有效的辦法是將肋片加在哪一側(cè)?()傳熱系數(shù)較大的一側(cè)(2)傳熱系數(shù)較小的一側(cè)流體溫度較高的一側(cè)(4)流體溫度較低的一側(cè)下列各參數(shù)中,屬于物性參數(shù)的是：(1)肋化系數(shù)(2)導(dǎo)熱系數(shù)(3)導(dǎo)溫系數(shù)(4)傳熱系數(shù)導(dǎo)溫系數(shù)的物理意義是什么？(1)表明材料導(dǎo)熱能力的強(qiáng)弱反映了材料的儲(chǔ)熱能力反映材料傳播溫度變化的能力表明導(dǎo)熱系數(shù)大的材料一定是導(dǎo)溫系數(shù)大的材料常溫下,下列物質(zhì)中哪一種材料的導(dǎo)熱系數(shù)較大？⑴純銅(2)碳鋼(3)不銹鋼(4)黃銅5．溫度梯度表示溫度場(chǎng)內(nèi)的某一點(diǎn)等溫面上什么方向的溫度變化率?⑴切線方向(2)法線方向(3)任意方向(4)溫度降低方向6．接觸熱阻的存在使相接觸的兩個(gè)導(dǎo)熱壁面之間產(chǎn)生什么影響?(1)出現(xiàn)溫差(2)出現(xiàn)臨界熱流(3)促進(jìn)傳熱(4)沒(méi)有影響7．下述哪一點(diǎn)不是熱力設(shè)備與冷凍設(shè)備加保溫材料的目的?(1)防止熱量(或冷量)損失(2)提高熱負(fù)荷(3)防止?fàn)C傷(或凍傷)(4)保持流體溫度8．某熱力管道采用兩種導(dǎo)熱系數(shù)不同的保溫材料進(jìn)行保溫，為了達(dá)到較好的保溫效果，應(yīng)將哪種材料放在內(nèi)層?(1)導(dǎo)熱系數(shù)較大的材料⑵導(dǎo)熱系數(shù)較小的材料(3)任選一種均可(4)無(wú)法確定9．金屬含有較多的雜質(zhì)，則其導(dǎo)熱系數(shù)將如何變化?(1)變大⑵變小(3)不變(4)可能變大，也可能變小10．下列材料中，導(dǎo)熱材料較差的材料是什么？(1)鋁合金(2)鑄鐵(3)不銹鋼⑷普通玻璃物體之間發(fā)生熱傳導(dǎo)的動(dòng)力是什么？(1)溫度場(chǎng)⑵溫差(3)等溫面(4)微觀粒子運(yùn)動(dòng)12．下面哪種物質(zhì)材料具有較大的導(dǎo)熱系數(shù)？(1)水(2)空氣(3)水蒸氣⑷冰塊通過(guò)大平壁導(dǎo)熱時(shí)，大平壁內(nèi)的溫度分布規(guī)律是下述哪一種？⑴直線⑵雙曲線(3)拋物線(4)對(duì)數(shù)曲線若已知某種氣體的密度為0.617kg/m3,比熱為1.122kJ/(kg?),導(dǎo)熱系數(shù)為0.0484W/(m.K)，則其導(dǎo)溫系數(shù)是多少？()(1)14.3m2/s⑵69.9X心也/s(3)0.0699m2/s(4)1.43X10帥/s已知某一導(dǎo)熱平壁的兩側(cè)壁面溫差是30°C，材料的導(dǎo)熱系數(shù)是22W/(m.K),通過(guò)的熱流密度是300W/m2，則該平壁的壁厚是多少？()(1)220m(2)22m⑶2.2m(4)0.22m第二類邊界條件是什么？(1)已知物體邊界上的溫度分布。已知物體表面與周圍介質(zhì)之間的傳熱情況。已知物體邊界上的熱流密度。已知物體邊界上流體的溫度與流速。冬天用手分別觸摸置于同一環(huán)境中的木塊和鐵塊，感到鐵塊很涼，這是什么原因？(1)因?yàn)殍F塊的溫度比木塊低(2)因?yàn)殍F塊摸上去比木塊硬(3)因?yàn)殍F塊的導(dǎo)熱系數(shù)比木塊大⑷因?yàn)殍F塊的導(dǎo)溫系數(shù)比木塊大什么情況下圓筒壁導(dǎo)熱可以按平壁處理？(1)當(dāng)其長(zhǎng)度大于其外半徑的10倍時(shí)(2)當(dāng)其長(zhǎng)度是其壁厚的10倍時(shí)(3)當(dāng)其外徑大于2倍的內(nèi)徑時(shí)(4)當(dāng)其外徑大于其壁厚的I倍時(shí)溫度升高時(shí)，氣體的導(dǎo)熱系數(shù)一般隨溫度會(huì)發(fā)生怎樣的變化？()⑴增大⑵減小(3)不變(4)可能增大也可能減小20．一般情況下，對(duì)于材料的導(dǎo)熱系數(shù)，下述哪種說(shuō)法是錯(cuò)誤的？(1)合金小于純金屬(2)氣體小于固體(3)液體小于固體(4)導(dǎo)電體小于非導(dǎo)電體21.下列那種情況內(nèi)燃機(jī)汽缸溫度場(chǎng)不會(huì)隨時(shí)間發(fā)生變化？(1)內(nèi)燃機(jī)啟動(dòng)過(guò)程(2)內(nèi)燃機(jī)停機(jī)(3)內(nèi)燃機(jī)變工況運(yùn)行⑷內(nèi)燃機(jī)定速運(yùn)行在穩(wěn)態(tài)導(dǎo)熱中，已知三層平壁的內(nèi)外表面溫度差為120°C，三層熱阻之比R入1、R入2、TOC\o"1-5"\h\zR入3二1：2：3,則各層的溫度降為。(1)60°C、40°C、20°C(2)70°C、40°C、10°C(3)20°C、40°C、60°C(4)10°C、40°C、70C材料的導(dǎo)熱能力與吸熱能力之比稱為。(1)放熱系數(shù)(2)傳熱系數(shù)(3)導(dǎo)熱系數(shù)(4)導(dǎo)溫系數(shù)蒸汽管道的內(nèi)外直徑分別為68mm和100mm，導(dǎo)熱系數(shù)入1=63W/(m.C),內(nèi)表面溫度為140C。今采用玻璃棉墊料保溫，入2=0.053W/(m.°C)。若要求保溫層外表面的溫度不超過(guò)50C，且蒸汽管道允許的熱損失q=50W/m，則玻璃棉墊料保溫層的厚度至少。(1)41mm(2)54mm(3)91mm(4)104mm導(dǎo)熱體中不同溫度的等溫面將。(1)互相相交(2)互不相交(3)互相相切(4)不定材料的導(dǎo)溫系數(shù)是材料和的比值。(1)吸熱能力/導(dǎo)熱能力(2)導(dǎo)熱能力/吸熱能力(3)比熱容/導(dǎo)熱系數(shù)(4)導(dǎo)熱系數(shù)/比熱容固體壁面上敷設(shè)肋片后，其實(shí)際散熱量與假設(shè)整個(gè)肋表面處于肋基溫度下的散熱量的比值為。(1)肋壁效率(2)肋化系數(shù)(3)肋片效率(4)無(wú)明確的專用名稱忽略物體內(nèi)部導(dǎo)熱熱阻的分析方法稱為。(1)正規(guī)狀況法(2)數(shù)學(xué)分析法(3)數(shù)值解法(4)集總參數(shù)法下列哪個(gè)是非穩(wěn)態(tài)導(dǎo)熱的表達(dá)式？(1)t二f(x，y，z)(2)t=f(y，T)(3)t二f(x，y)(4)t二f(z，x)下列那個(gè)表示非穩(wěn)態(tài)導(dǎo)熱過(guò)程的無(wú)因次時(shí)間？(1)Bi⑵Fo(3)Re(4)Pr四、簡(jiǎn)答題1.試解釋材料的導(dǎo)熱系數(shù)與導(dǎo)溫系數(shù)之間有什么區(qū)別和聯(lián)系。(提示：從兩者的概念、物理意義、表達(dá)式方面加以闡述，如從表達(dá)式看，導(dǎo)溫系數(shù)與導(dǎo)熱系數(shù)成正比關(guān)系(a二入/cp),但導(dǎo)溫系數(shù)不但與材料的導(dǎo)熱系數(shù)有關(guān)，還與材料的熱容量(或儲(chǔ)熱能力)也有關(guān)；從物理意義看，導(dǎo)熱系數(shù)表征材料導(dǎo)熱能力的強(qiáng)弱，導(dǎo)溫系數(shù)表征材料傳播溫度變化的能力的大小，兩者都是物性參數(shù)。)試用所學(xué)的傳熱學(xué)知識(shí)說(shuō)明用溫度計(jì)套管測(cè)量流體溫度時(shí)如何提高測(cè)溫精度。(提示：溫度計(jì)套管可以看作是一根吸熱的管狀肋(等截面直肋)，利用等截面直肋計(jì)算肋

t—t端溫度th的結(jié)果，可得采用溫度計(jì)套管后造成的測(cè)量誤差祖為△□”=fH，其中\(zhòng)hP|hmH二沽H=.忻H，欲使測(cè)量誤差A(yù)t下降，可以采用以下幾種措施：(1)降低壁面與流體的溫差(tf-t°)，也就是想辦法使肋基溫度t0接近tf,可以通過(guò)對(duì)流體通道的外表面采取保溫措施來(lái)實(shí)現(xiàn)。(2)增大(mH)值，使分母ch(mH)增大。具體可以用以下手段實(shí)現(xiàn)：①增加H,延長(zhǎng)溫度計(jì)套管的長(zhǎng)度；②減小入，采用導(dǎo)熱系數(shù)小的材料做溫度計(jì)套管，如采用不銹鋼管，不要用銅管。因?yàn)椴讳P鋼的導(dǎo)熱系數(shù)比銅和碳鋼小。②降低減小溫度計(jì)套管的壁厚，采用薄壁管。④提高h(yuǎn)增強(qiáng)溫度計(jì)套管與流體之間的熱交換。)3．試寫出直角坐標(biāo)系中，一維非穩(wěn)態(tài)無(wú)內(nèi)熱源常導(dǎo)熱系數(shù)導(dǎo)熱問(wèn)題的導(dǎo)熱微分方程表達(dá)式；并請(qǐng)說(shuō)明導(dǎo)熱問(wèn)題常見(jiàn)的三類邊界條件。dtd21(提示：直角坐標(biāo)系下一維非穩(wěn)態(tài)無(wú)內(nèi)熱源導(dǎo)熱問(wèn)題的導(dǎo)熱微分方程式丁=a—CTo2x第一類邊界條件第二類邊界條件第三類邊界條件T>0,t=f(x,T)ww第一類邊界條件第二類邊界條件第三類邊界條件T>0,t=f(x,T)wwT>0,七Jw二f(X,T)wT>0,—九'Ot、l°n丿w=hC—t)wf4．在一根蒸汽管道上需要加裝一根測(cè)溫套管，有三種材料可選：銅、鋁、不銹鋼。問(wèn)選用哪種材料所引起的測(cè)溫誤差最小，為什么?為減小測(cè)量誤差，在套管尺寸的選擇上還應(yīng)注意哪些問(wèn)題?(提示：與簡(jiǎn)答題2的第(2)點(diǎn)類似，套管材料應(yīng)選用不銹鋼，因給出的三種材料中，不銹鋼的導(dǎo)熱系數(shù)最小)5．什么是接觸熱阻?減少固體壁面之間的接觸熱阻有哪些方法?(提示：材料表面由于存在一定的粗糙度使相接觸的表面之間存在間隙，給導(dǎo)熱過(guò)程帶來(lái)額外熱阻稱為接觸熱阻，接觸熱阻的存在使相鄰的兩個(gè)表面產(chǎn)生溫降(溫度不連續(xù))。接觸熱阻主要與表面粗糙度、表面所受壓力、材料硬度、溫度及周圍介質(zhì)的物性等有關(guān)，因此可以從這些方面考慮減少接觸熱阻的方法，此外，也可在固體接觸面之間襯以導(dǎo)熱系數(shù)大的銅箔或鋁箔等以減少接觸熱阻。)管外包兩種不同導(dǎo)熱系數(shù)材料以減少熱損失，若片＞対，試問(wèn)如何布置合理？某一維導(dǎo)熱平板，平板兩側(cè)表面溫度分別為、和T2,厚度為5。在這個(gè)溫度范圍內(nèi)導(dǎo)熱系數(shù)與溫度的關(guān)系為九二1/卩T，求平板內(nèi)的溫度分布？有人認(rèn)為，傅里葉定律并不顯含時(shí)間，因此不能用來(lái)計(jì)算非穩(wěn)態(tài)導(dǎo)熱的熱量。你認(rèn)為對(duì)嗎？導(dǎo)熱是由于微觀粒子的擴(kuò)散作用形成的。迄今為止，描述物質(zhì)內(nèi)部導(dǎo)熱機(jī)理的物理模型有哪些？用它們可以分別描述哪些物質(zhì)內(nèi)部的導(dǎo)熱過(guò)程？用穩(wěn)定法平板導(dǎo)熱儀對(duì)某廠提供的保溫試材的導(dǎo)熱系數(shù)進(jìn)行測(cè)定，試驗(yàn)時(shí)從低溫開(kāi)始，

依次在6個(gè)不同溫度下測(cè)得6個(gè)導(dǎo)熱系數(shù)值。這些數(shù)據(jù)表明該材料的導(dǎo)熱系數(shù)隨溫度升高而下降，這一規(guī)律與絕熱保溫材料的導(dǎo)熱機(jī)理不符，經(jīng)檢查未發(fā)現(xiàn)實(shí)驗(yàn)裝置有問(wèn)題，試分析問(wèn)題可能出在哪里？在超低溫工程中要使用導(dǎo)熱系數(shù)很低的超級(jí)保溫材料。如果要你去研制一種這樣的新保溫材料，試從導(dǎo)熱機(jī)理出發(fā)設(shè)計(jì)一種超級(jí)保溫材料，列出你為降低導(dǎo)熱系數(shù)采取了哪些措施？并解釋其物理原因？試對(duì)比分析在氣體中由分子熱運(yùn)動(dòng)產(chǎn)生的熱量遷移與在金屬中自由電子熱運(yùn)動(dòng)產(chǎn)生的能量遷移這兩個(gè)物理模型的共同點(diǎn)和差異之處。在任意直角坐標(biāo)系下，對(duì)于以下兩種關(guān)于第三類邊界條件的表達(dá)形式，你認(rèn)為哪個(gè)對(duì)哪個(gè)不對(duì)，或者無(wú)法判別？陳述你的判斷和理由。-吃=h(Tf-匚。)仁=h(Tx=0-Tf)CXx=0CXx=0一維常物性穩(wěn)態(tài)導(dǎo)熱中，溫度分布與導(dǎo)熱系數(shù)無(wú)關(guān)的條件有哪些？發(fā)生在一個(gè)短圓柱中的導(dǎo)熱問(wèn)題，在哪些情況下可以按一維導(dǎo)熱問(wèn)題來(lái)處理？擴(kuò)展表面中的導(dǎo)熱問(wèn)題可以按一維處理的條件什么？有人認(rèn)為，只要擴(kuò)展表面細(xì)長(zhǎng)，就可以按一維問(wèn)題處理，你同意這種觀點(diǎn)嗎？某材料導(dǎo)熱系數(shù)與溫度的關(guān)系為X=X0(1+bT2)，式中州,b為常數(shù)，若用這種材料制成平板，試求其單位面積的熱阻表達(dá)式。對(duì)于如圖所示的兩種水平夾層，試分析冷、熱表面間熱量交換的方式有何不同？如果要通過(guò)實(shí)驗(yàn)來(lái)測(cè)定夾層中流體的導(dǎo)熱系數(shù)，應(yīng)采用哪一種布置？11.12.13.14.15.16.17.18.19.20.21.22.23.zzzf,iJ-\ffZZjzzzf,iJ-\ffZZjFfff厶熱面(a)夾層冷面在下冷面'、ff"Z~f￡F『(b)夾層熱面在下在測(cè)量金屬導(dǎo)熱系數(shù)的實(shí)驗(yàn)中，為什么通常把試件制作成細(xì)而長(zhǎng)的棒？高溫下氣體導(dǎo)熱系數(shù)的測(cè)定有何困難？在實(shí)際中能否用常溫下的數(shù)據(jù)來(lái)替代？肋化系數(shù)，肋效率和肋壁效率是如何定義的？在選用和設(shè)計(jì)肋片時(shí)它們有何用途？有兩根材料不同，厚度均為25的等截面直肋A和B,處于相同的換熱環(huán)境中，肋基溫度均為T0，肋端絕熱，它們的表面均被溫度為Tf、對(duì)流換熱系數(shù)h為常數(shù)的流體所冷卻，且5「九<<1/h?，F(xiàn)測(cè)得材料A和B內(nèi)的溫度分布如圖所示，試分析材料A和B導(dǎo)熱系數(shù)的大小。為測(cè)量管道內(nèi)流體的溫度，可采用溫度計(jì)套管。實(shí)用中常常布置成如圖所示的斜插形式，試從傳熱學(xué)的角度解釋其合理性。

覆蓋熱絕緣層是否在任何情況下都能減少熱損失？保溫層是否越厚越好？對(duì)室內(nèi)冷凍管道和熱力管道的保溫層設(shè)計(jì)有何不同？在管道內(nèi)部貼上一層保溫材料，是否存在某一臨界絕熱直徑？為什么？非穩(wěn)態(tài)導(dǎo)熱的正規(guī)狀況階段或充分發(fā)展階段在物理過(guò)程及數(shù)學(xué)處理上有什么特點(diǎn)？有人認(rèn)為，當(dāng)非穩(wěn)態(tài)導(dǎo)熱過(guò)程經(jīng)歷時(shí)間很長(zhǎng)時(shí)，采用諾模圖計(jì)算所得到的結(jié)果是錯(cuò)誤的。理由是：這個(gè)圖表明，物體中各點(diǎn)的過(guò)余溫度與中心截面過(guò)余溫度的比值僅與幾何位置和畢渥數(shù)Bi有關(guān)，而與時(shí)間無(wú)關(guān)。但當(dāng)時(shí)間趨于無(wú)限大時(shí)，物體中各點(diǎn)的溫度應(yīng)趨于流體溫度，所以兩者是有矛盾的。你如何看待這一問(wèn)題？有人這樣分析：在一維無(wú)限大平板中心溫度的諾模圖中，當(dāng)I越小時(shí)，九/(hS)越小，此時(shí)其他參數(shù)不變時(shí)，9/9越小，即表明9越小，平板中心溫度就越接近于流體溫度。cic這說(shuō)明物體被流體加熱時(shí)，其九越小(pCp—定)反而溫升越快，與事實(shí)不符。請(qǐng)指出上述分析錯(cuò)誤在什么地方？試分析當(dāng)Fo<0.2時(shí)，能否用諾模圖求解有關(guān)的非穩(wěn)態(tài)導(dǎo)熱問(wèn)題？五、計(jì)算題某爐墻由耐火磚和紅磚組成，厚度分別為200mm和80mm,導(dǎo)熱系數(shù)分別為0.8W(m?K)和0.5W/(m?K)，內(nèi)層為耐火磚，爐墻內(nèi)外側(cè)壁面溫度分別為600°C和50°C，試計(jì)算:該爐墻單位面積的熱損失；耐火磚與紅磚之間的溫差。假設(shè)紅磚與耐火磚接觸緊密。若以導(dǎo)熱系數(shù)為0.1lW/(m-K)的保溫板代替紅磚，其他條件不變，若要爐墻單位面積熱損失不咼于800W/m2,保溫板的厚度最少要多厚？(提示：這是一個(gè)一維穩(wěn)態(tài)通過(guò)雙層平壁的導(dǎo)熱問(wèn)題。答案：q=1341.5W/m2；t=264.6°C,&>0.048m。)wm外徑為250mm的鋼管，若在其外表面包以6.5mm石棉(入^0.166*/(m?K)),再在其外包以25mm的玻璃纖維(A2=0.043W/(m-K)),玻璃纖維外表面溫度為38°C，鋼管溫度為315°C，求單位長(zhǎng)度鋼管的熱損失和兩保溫層界面的溫度。(提示：這是一個(gè)一維通過(guò)雙層圓筒壁的導(dǎo)熱問(wèn)題。答案：q=399.8W/m,t=295.6°C。lwm由于鋼管的管徑比較大,保溫層厚度相對(duì)較薄,可忽略管徑曲率的影響,若用平壁公式計(jì)算，則答案為q=394.8W/m,t=297.5°C,熱流密度的誤差為-1.25%，壁溫lwm的誤差為+0.0064%,由此可見(jiàn),用平壁公式計(jì)算圓筒壁的導(dǎo)熱問(wèn)題,要求管徑足夠大或d外/d內(nèi)V2。當(dāng)然，在一般的工程計(jì)算中，該誤差是可以接受的。外內(nèi)有一厚為25mm的平面紅磚墻，導(dǎo)熱系數(shù)為0.5W/(m.K),在其外表面上覆蓋了一層導(dǎo)熱系數(shù)為0.2W/(m■K)、厚為3mm的抹面材料，為使墻面的散熱損失小于200W/m2,在磚墻內(nèi)側(cè)再加一層導(dǎo)熱系數(shù)為0.lW/(m■K)的保溫材料，墻體與環(huán)境接觸的兩個(gè)表面溫度分別為25°C和-10°C.問(wèn)：內(nèi)層所加保溫材料應(yīng)為多厚才能達(dá)到要求?若將外表面的抹面材料厚度從3mm增加到5mm,其他條件不變，則單位面積散熱量為多少?若墻體總面積為1500m2，通過(guò)墻面將損失多少熱量？(提示：這是一個(gè)一維穩(wěn)態(tài)通過(guò)三層平壁的導(dǎo)熱問(wèn)題。答案：&>0.011m,q=189.2W/m2；e=283.8kW。)某熱力管道的外徑(直徑)為100mm，壁溫為350°C，在管道外包有一層50mm厚、導(dǎo)熱系數(shù)為0.05W/(m?K)的微孔硅酸鈣制品作為保溫材料，現(xiàn)測(cè)得保溫材料的外表面溫度為70°C，問(wèn)1000m長(zhǎng)的管道每小時(shí)的熱損失是多少?若折合成標(biāo)煤(發(fā)熱量7000kcal/kg),每年將損失多少標(biāo)煤？(提示：這是一個(gè)一維穩(wěn)態(tài)通過(guò)單層圓筒壁的導(dǎo)熱問(wèn)題。答案：e=4.57X105kJ/h,熱損失折合標(biāo)煤136．6噸/年。)外徑(直徑)為100mm、壁溫為350°C的某熱力管道，為了降低其散熱損失，需要重新進(jìn)行保溫設(shè)計(jì)，設(shè)計(jì)要求保溫層外表面溫度不超過(guò)50°C,散熱量按標(biāo)煤(發(fā)熱量7000kcal/kg)計(jì)算，每公里長(zhǎng)管道熱損失不超過(guò)每年100噸標(biāo)煤的發(fā)熱量，保溫材料采用導(dǎo)熱系數(shù)為0.048W/(m?K)的微孔硅酸鈣制品，問(wèn)需要保溫層的厚度是多少？(提示：這是一個(gè)一維穩(wěn)態(tài)通過(guò)單層圓筒壁的導(dǎo)熱問(wèn)題。答案：保溫層厚度至少82.4mmo對(duì)于某一大平壁，有三種保溫方案可以選擇：①采用三層材料保溫：50mm厚的膨脹珍珠巖，導(dǎo)熱系數(shù)為0.08W/(m?K),20mm厚的粉煤灰磚，導(dǎo)熱系數(shù)0.22W/(m.K),5mm厚的水泥，導(dǎo)熱系數(shù)為0.8W/(m?K):②采用兩層材料保溫：60mm厚的礦渣棉，導(dǎo)熱系數(shù)為0.06W/(m?K),15mm厚的混凝土板，導(dǎo)熱系數(shù)為0.79W/(m.K)；③三層材料保溫：25mm的輕質(zhì)耐火磚，導(dǎo)熱系數(shù)為0.3W/(m.K),30mm厚的玻璃棉氈，導(dǎo)熱系數(shù)0.04W/(m.K),20mm厚的紅磚，導(dǎo)熱系數(shù)為0.49W/(m.K)。問(wèn)單純從減少熱損失的角度分析，采用哪種方案最好？(提示：這是一個(gè)計(jì)算多層平壁導(dǎo)熱熱阻的問(wèn)題，導(dǎo)熱熱阻越大，其熱損失越小。答案：這三種方案中，采用第二種方案的散熱損失最少。)一外徑為25mm的碳鋼管外裝有高為12.5mm、厚1mm的等厚度環(huán)肋(碳鋼制，導(dǎo)熱系數(shù)取45W/(m?K)),肋片間距為5mm,肋片與管外流體的對(duì)流傳熱系數(shù)為55W/(m2.K),問(wèn)：環(huán)肋的肋效率為多少？若管長(zhǎng)為1m,相當(dāng)于整根管子肋側(cè)傳熱面積，其總面積肋效率又為多少？加肋前后傳熱面積增大了幾倍？(提示：這是一個(gè)計(jì)算等厚度環(huán)肋的肋效率的問(wèn)題，可通過(guò)查肋效率圖得到肋片效率，再計(jì)算相對(duì)于總換熱面積的總面積肋效率(等于肋片換熱面積乘肋片效率加上肋基光壁面積，除以管子的總換熱面積)。答案：(1)nf=76%,(2)n0=78.2%；⑶加肋前后換熱面積增大了8.7倍。)已知外徑為25mm的碳鋼管外裝有高為12.5mm、厚1mm、肋效率為76%的等厚度環(huán)肋，肋片間距為5mm，肋片與管外流體的對(duì)流傳熱系數(shù)為55W/(m2.°C)，管壁溫度為150°C,管外流體溫度為300C，問(wèn)：每米長(zhǎng)管子的傳熱量為多少？與光管相比傳熱量增大了幾倍？(提示：這是一個(gè)計(jì)算等厚度環(huán)肋肋管總換熱量的問(wèn)題,可以將肋片換熱量與肋基光壁的換熱量分別計(jì)算相加得到總換熱量,也可通過(guò)計(jì)算總面積肋效率后得到總換熱量,這

兩種方法的結(jié)果是一樣的，后者常用于計(jì)算通過(guò)肋壁的傳熱中。答案：(1)4.405kW/m；(2)換熱量與末加肋前相比增大了6.8倍。)外直徑為50mm的蒸汽管道外表面溫度為400°C，其外包裹有厚度為40mm，導(dǎo)熱系數(shù)為0.11W/(mK)的礦渣棉，礦渣棉外又包有厚為45mm的煤灰泡沫磚，其導(dǎo)熱系數(shù)與磚層平均溫度的關(guān)系為：―0.099+0.0002T。煤灰泡沫磚外表面溫度為50°C，已知煤灰泡沫磚最高耐溫為300°C，試檢查煤灰泡沫磚的溫度有無(wú)超過(guò)最高溫度？并求單位管長(zhǎng)的熱損失。輸電的導(dǎo)線可以看作為有內(nèi)熱源的無(wú)限長(zhǎng)圓柱體。假設(shè)圓柱體壁面有均勻恒定的溫度T，內(nèi)熱源％和導(dǎo)熱系數(shù)為常數(shù)，圓柱體半徑為r0。試求在穩(wěn)態(tài)條件下圓柱體內(nèi)的溫WV0度分布?！鶊A截面的不銹鋼肋片，導(dǎo)熱系數(shù)九=20W/(mK)，直徑d為20mm，長(zhǎng)度1為100mm，肋基溫度為300°C，周圍流體溫度為50°C，對(duì)流換熱系數(shù)為h=10W/(m2K)，肋尖端面是絕熱的。試求：①肋片的傳熱量，②肋端溫度，③不用肋片時(shí)肋基壁面的傳熱量，④用導(dǎo)熱系數(shù)為無(wú)限大的假想肋片代替不銹鋼肋片時(shí)的傳熱量。噴氣渦輪發(fā)動(dòng)機(jī)最后幾個(gè)透平級(jí)中之一的一個(gè)靜止葉片，葉片高75mm，橫截面積A為160mm2,周長(zhǎng)P為50mm。除葉片的底表面，即葉片和透平連接的葉片根部外，葉片整個(gè)表面上流過(guò)540°C的氣體。氣體和葉片表面之間的平均對(duì)流換熱系數(shù)約為460W/m2K，葉片材料的導(dǎo)熱系數(shù)為170W/mK。假設(shè)允許作準(zhǔn)一維分析，要使葉片端部溫度不超過(guò)480°C，試計(jì)算葉片根部必須保持的溫度。外徑40mm的管道，壁溫為120°C，外裝縱肋12片，肋厚0.8mm，高20mm，肋的導(dǎo)熱系數(shù)為95W/mK，周圍介質(zhì)溫度為20°C，對(duì)流換熱系數(shù)為20W/m2K，求每米管長(zhǎng)散熱量。如圖所示是平板式太陽(yáng)能熱水器的一種簡(jiǎn)單的吸熱板結(jié)構(gòu)，吸熱板面向太陽(yáng)的一面涂有一層對(duì)太陽(yáng)輻射吸收率很高的材料，吸熱板的背面設(shè)置了一組平行的管子，其內(nèi)通以冷卻水以吸收太陽(yáng)輻射，管子之間則充滿絕熱材料。吸熱板的正面在接受太陽(yáng)輻射的同時(shí)受到環(huán)境的冷卻。設(shè)凈吸收的太陽(yáng)輻射為q，表面對(duì)流換熱系數(shù)為h，空氣溫度為t，rg管子與吸熱板結(jié)合處的溫度為T0，試寫出確定吸熱板中溫度分布的數(shù)學(xué)描寫并求解之。分析：(1)簡(jiǎn)化，兩根管子的溫度一致，取s/2吸熱平板作為研究對(duì)象^/2—(2)吸熱板背面絕熱，相當(dāng)于對(duì)稱面(3)建立數(shù)學(xué)模型吸熱板示意圖d2Tdx2qvdQhP^/2—(2)吸熱板背面絕熱，相當(dāng)于對(duì)稱面(3)建立數(shù)學(xué)模型吸熱板示意圖d2Tdx2qvdQhP（T一T）dx+qPdx==gr=dVAdxhP一7（T-Tg-空氣沖擊300°C的鋁制模型試件。試件幾何尺寸如圖所示：沖擊表面積為6x10-3m2,體積為3x10-5m3，冷吹風(fēng)1分鐘后，試件溫度為60°C,試問(wèn)對(duì)流換熱系數(shù)為多少？已知鋁的導(dǎo)熱系數(shù)入=200W/(mK)；比熱容c=0.9KJ/(KgK)；密度p=2700Kg/m3。有一電烙鐵通電之后，加在電阻絲上的功率為Qq,一方面使烙鐵頭的內(nèi)能增加，另一方面通過(guò)烙鐵頭表面向外對(duì)流換熱。如果烙鐵頭可看成是一個(gè)集總熱容體，其物性參數(shù)為已知，環(huán)境溫度及對(duì)流換熱系數(shù)為常數(shù)，試分析烙鐵頭的溫度隨時(shí)間變化的函數(shù)關(guān)系。直徑12cm的鐵球(九=52W/(mK)；a=1.7x10-5m2/s)在對(duì)流換熱系數(shù)h=75W/(m2K)的油池內(nèi)冷卻42分鐘，若對(duì)直徑為30cm的不銹鋼球(入=14W/(mK)；a=3.9x10-6m2/s)實(shí)現(xiàn)相似冷卻過(guò)程需多少時(shí)間？對(duì)流換熱系數(shù)為多少？一臺(tái)輸出功率為750W用于水中工作的電阻加熱器，總的暴露面積為0.1m2,在水中的表面對(duì)流換熱系數(shù)為h=200W/(m2K，水溫為37°C。試確定(1)在設(shè)計(jì)工況下加熱器的表面溫度；(2)如果放置在37°C的空氣中，表面對(duì)流換熱系數(shù)變?yōu)閔=8W/(m2K)，此時(shí)的穩(wěn)態(tài)表面溫度如何變化。解：取整個(gè)加熱器作為控制體，由于處于穩(wěn)定狀態(tài)，故控制體內(nèi)儲(chǔ)存能量的變化為零。0+750=hA(Tw-Tf)Tw=63.78rT=919.35rW討論本例題得到的是一個(gè)代數(shù)方程式。運(yùn)用控制體的概念來(lái)進(jìn)行數(shù)學(xué)建模在以后的學(xué)習(xí)中可以進(jìn)一步領(lǐng)會(huì)?！鈴綖?.3m，壁厚為3mm，長(zhǎng)為10m的圓管，入口溫度為80°C的水以0.1m/s的平均速度在管內(nèi)流動(dòng)，管道外部橫向流過(guò)溫度為20°C的空氣，實(shí)驗(yàn)測(cè)得管道外壁面的平均溫度為75°C，水的出口溫度為78°C。已知水的定壓比熱為4187J/(kgK),密度為980kg/m3，試確定空氣與管道之間的對(duì)流換熱系數(shù)。解：根據(jù)熱量傳遞過(guò)程中能量守恒的定理，管內(nèi)水的散熱量必然等于管道外壁與空氣之間的對(duì)流換熱量管內(nèi)水的散熱量為Q=puAccP(Tin-Tout)cPinout兀兀C兀式中A為管道流通截面積，A=—d2=—(d0-26)2=—(0.3-2x0.003)2=0.0679m2cc4i404Q=980x0.1x0.0679x4187x(80-78)=55722.27W管道外壁與空氣之間的對(duì)流換熱量為Q=hA(TW—Tf)=叫l(wèi)(TW—Tf)h=nx0.3x10x(75—20)=518.1h(W)管內(nèi)水的散熱量等于管道外壁與空氣之間的對(duì)流換熱量518.1h=55722.27h=107.55W/(m2K)10cm厚的平板兩側(cè)面分別保持為100°C和0°C,導(dǎo)熱系數(shù)按照九關(guān)系隨溫度變化。在T=0°C時(shí)，九=50W/(mK)，T=100°C時(shí)，九=100W/(mK)，，求熱流密度和溫度分布。解：由題意知，T1=0°C時(shí)，人=50W/(mK)；T2=100°C時(shí)，匕=50W/(mK)

可以解出，九°=50W/(mK),b=0.01/°C由導(dǎo)熱微分方程丄fl心］-0dx(dx丿可以解出，九°=50W/(mK),b=0.01/°C由導(dǎo)熱微分方程丄fl心］-0dx(dx丿T2討論上述溫度分布結(jié)果定性示于圖?？梢?jiàn)當(dāng)導(dǎo)熱系數(shù)不為常數(shù)時(shí)，平壁內(nèi)的溫度不再呈線性分布。讀者可思考一下，如果b<0時(shí)，物體內(nèi)溫度分布將呈怎樣的定性分布趨勢(shì)。A,B兩種材料組成的復(fù)合平壁，材料A產(chǎn)生熱量qV=1.5X106W/m3，心=75W/(mK)，5=50mm；材料B不發(fā)熱，入=150W/(mK)，材料A的外表面絕熱，材ABB料B的外表面用溫度為30C的水冷卻，對(duì)流換熱系數(shù)h=1000W/(m2K)。試求穩(wěn)態(tài)下A、B復(fù)合壁內(nèi)的溫度分布，絕熱面的溫度，冷卻面溫度，A、B材料的界面溫度。解：在穩(wěn)態(tài)工況下，A材料所發(fā)生的熱量必須全部散失到流過(guò)B材料表面的冷卻水中，而且從A、B材料的界面到冷卻水所傳遞的熱流量均相同，故可定性地畫出復(fù)合壁內(nèi)的溫度分布及從界面到冷卻水的熱阻圖。圖中R1為導(dǎo)熱熱阻，R2為表面對(duì)流換熱熱阻。根據(jù)熱平衡，材料A產(chǎn)生的熱量為Q=qV5AA，則A傳入B的熱流密度qq=qV5A由牛頓冷卻定律，可確定冷卻面的溫度q=h(T2—Tf)q51.5x106x0.05T=乙+斗產(chǎn)=30+=105C2fh1000對(duì)B材料由傅里葉定律，可確定A、B材料的界面溫度Tx1.5x106x0.05BB0T—Tq="1.5x106x0.05x0.02T=T+%5A5B=105+一12九150B對(duì)材料A，絕熱面正好相當(dāng)于對(duì)稱發(fā)熱平板的正中面(dT’dx)x=0=0。此處溫度值最高，T=心+T=1.5x106xO.。52‘°=2心+"=A討論：熱阻分析是從A、B材料界面開(kāi)始的，而不是從A材料外壁面開(kāi)始。這是因?yàn)锳材料有內(nèi)=115C2x75+115=140C復(fù)合平壁示意圖熱源，不同x處截面的熱流量不相等，因而不能應(yīng)用熱阻的概念來(lái)作定量分析。有一外直徑為60mm、壁厚為3mm的蒸汽管道，管壁導(dǎo)熱系數(shù)九=54W/(mK)；管道外1壁上包有厚50mm的石棉繩保溫層，導(dǎo)熱系數(shù)九=0.15W/(mK)；管內(nèi)蒸汽溫度2兮1二150°C，對(duì)流換熱系數(shù)h1=120W/(m2K)；管外空氣溫度兮2=20C，對(duì)流換熱系數(shù)h2=10W/(m2K)。管長(zhǎng)的壁的導(dǎo)熱熱流量:；②金屬管道內(nèi)、外側(cè)表面的溫度t和t；③若忽略不計(jì)金屬管壁導(dǎo)熱熱阻，q將發(fā)生多大變化？TW1TW2ql解：蒸汽管道的長(zhǎng)度比其外徑尺寸大得多，可視作無(wú)限長(zhǎng)圓筒壁。而Tf1'Tf2'hi和h2①通過(guò)單位長(zhǎng)度管壁的導(dǎo)熱熱流量等于此傳熱過(guò)程的傳熱熱流量傳熱過(guò)程的熱阻組成為：內(nèi)表面對(duì)流換熱熱阻金屬管壁導(dǎo)熱熱阻保溫材料導(dǎo)熱熱阻外表面對(duì)流換熱熱阻R=-==0.049112叫h2兀X(30-3)X10-3X120R2傳熱過(guò)程的熱阻組成為：內(nèi)表面對(duì)流換熱熱阻金屬管壁導(dǎo)熱熱阻保溫材料導(dǎo)熱熱阻外表面對(duì)流換熱熱阻R=-==0.049112叫h2兀X(30-3)X10-3X120R2=+】n2網(wǎng)I,]丿Ir2丿―1—In2兀x54In2兀x0.15=5.3736X10-4=1.0407R4===0.198942叫h22兀x80xIO-3x10ql=工Ri150-201.2893=100.8[W/m]②金屬管道內(nèi)、外側(cè)表面的溫度T和T2由傳熱過(guò)程環(huán)節(jié)分析可得W1W2TW1=Tf1-qR=150-100.8x0.0491=145[°C]TW2=Tf1-ql(R1+R2)=150-100.8x(0.0491+5.3736x10-4)=144.99[C]③如果不計(jì)金屬管壁的導(dǎo)熱熱阻，則=丁門-J?=150-20=100.87[W/m]1工R.1.2887i與不忽略金屬管壁熱阻時(shí)比較熱流量％變化甚微，不足0.07%.討論在傳熱過(guò)程的各個(gè)環(huán)節(jié)中，影響熱量傳遞的因素主要體現(xiàn)在熱阻大的環(huán)節(jié)上。在穩(wěn)定的傳熱條件下，傳熱環(huán)節(jié)的熱阻小意味著熱量傳遞所需的動(dòng)力小。特別是當(dāng)這一環(huán)節(jié)熱阻可忽略不計(jì)時(shí)，引起熱量傳遞的溫度差也將趨于零。23.耐溫塞子的直徑隨x變化，D=ax(a為常數(shù))，在的小頭處溫度為烏，在x2的大頭處溫度為込，材料導(dǎo)熱系數(shù)為九。假設(shè)側(cè)表面是理想絕熱的，試求塞子內(nèi)的溫度分布，及通過(guò)塞子的熱流量。解：穩(wěn)定導(dǎo)熱時(shí)，通過(guò)不同截面的熱流量是相同的，但熱流密度不相同。此題導(dǎo)熱截面積有限，且沿?zé)崃魇噶糠较蚴亲兓?，故不能使用面積為無(wú)限大的一維平壁導(dǎo)熱方程：d2T.dx2=0進(jìn)彳丁計(jì)算。利用傅里葉定律：Q=亠(x)乎=-呼乎dx4dx分離變量并積分，得到x1由x=x2時(shí)，T=T2可以確定熱流量為Q=兀以九Q4(1兀1——兀2)xJx—dx=九兀a2x1x2解得溫度分布為'-x-珥、』x1-1x2丿討論利用傅里葉定律積分求解變截面一維導(dǎo)熱問(wèn)題。24.【例題6】在用穩(wěn)態(tài)平板法測(cè)定非金屬材料導(dǎo)熱系數(shù)的儀器中，試材做成圓形平板為了保證主電爐產(chǎn)生的熱量垂直穿過(guò)平板試件，分別調(diào)整側(cè)輔助電爐和底輔助電爐的功率以保證T=T，T=T。3145為了使熱面和冷面上所測(cè)溫度T1和為了保證主電爐產(chǎn)生的熱量垂直穿過(guò)平板試件，分別調(diào)整側(cè)輔助電爐和底輔助電爐的功率以保證T=T，T=T。3145為了使熱面和冷面上所測(cè)溫度T1和T2盡可能精確地反應(yīng)試材熱面和冷面的溫度，必須盡量設(shè)法減小熱、冷面與試材表面的接觸熱阻。所謂測(cè)溫誤差，就是套管頂端的過(guò)余溫度。熱電偶溫度與氣流真實(shí)溫度之間的誤差當(dāng)把熱電偶接點(diǎn)處視為絕熱時(shí)，由_:hP_Ihnd_|i50XA~V55_I25x0.001901ch(m1)或_(T0-Tf)1TjCh(ml)-70ch(m1)-1650xch(44.7x0.1)—500

ch(44.7x0.1)-11ch(m1)放在冷、熱兩表面之間。已知主電爐的直徑d=120mm，儀器冷、熱兩表面溫度分別由熱電偶測(cè)得為T=180°C,T=30°C,主電爐產(chǎn)生的熱流量為60W。由于安裝不好，12試件和冷、熱表面間均存在A=0.1mm的空氣縫隙。試確定空氣縫隙給測(cè)定導(dǎo)熱系數(shù)帶來(lái)的誤差(假設(shè)通過(guò)空氣縫隙的輻射換熱可以忽略不計(jì))。主電爐試材冷卻器討論：所測(cè)試件在放入之前必須經(jīng)過(guò)仔細(xì)地烘干，尤其對(duì)于保溫材料。用熱電偶測(cè)量管道內(nèi)的氣流溫度。已知熱接點(diǎn)溫度Tj=650°C,熱電偶套管根部溫度T0=500°C，套管長(zhǎng)度1=100mm,壁厚5=1mm，外直徑d=10mm，導(dǎo)熱系數(shù)入=25W/(mK),氣流與套管之間的對(duì)流換熱系數(shù)h=50W/(m2K)。試求：①熱電偶溫度與氣流真實(shí)溫度之間的誤差；②分析在下列條件改變下測(cè)量誤差的大小。(a、改變套管長(zhǎng)度1=150mm；b、改變套管壁厚5=0.5mm；c、更換套管材料入=16W/(mK)；d、若氣流與套管之間的對(duì)流換熱系數(shù)h=100W/(m2K)；e、若在安裝套管的壁面處包以熱絕緣層，以減小熱量的導(dǎo)出，此時(shí)套管根部溫度T0=600°C。解在進(jìn)行分析時(shí)，注意以下幾點(diǎn)工程分析中的近似處理，以及肋片的概念。由于熱電偶的節(jié)點(diǎn)與套管頂部直接接觸，可以認(rèn)為熱電偶測(cè)得的溫度就是套管頂端的壁面溫度；(2)熱電偶套管可以看成是截面積為曲5的等截面直肋。(3)肋片的周長(zhǎng)取與流體接觸部分的長(zhǎng)度；(4)故熱電偶的測(cè)溫誤差為4C。②分析在下列條件改變下測(cè)量誤差的大小改變套管長(zhǎng)度1=150mmml_44.7x0.15_6.7，9,_(654-500)1_0.38C1ch(m1)改變套管壁厚5=0.5mmml50zz皿25x0.0005ml50zz皿25x0.0005x0.1=6.323,Ql=(654-500)1ch(ml)=0.5°Cc.更換套管材料九=16W/(mK)加珂占心、'^^"0.1=加珂占心、'^^"0.1=5.59'Ql=(654-500)1ch(ml)=1.14Cd.若氣流與套管之間的對(duì)流換熱系數(shù)h=100W/(m2K)ml,'_Ll=：100ml,'_Ll=：100X5=\16x0.001x0.1=6.3239l=(654-500)1ch(ml)=0.5e.若套管根部溫度'=600Cml=44.7xml=44.7x0.1=4.479l=(654-600)1ch(ml)=1.2C討論：從以上分析發(fā)現(xiàn)，要減小測(cè)溫誤差，可以采取以下措施：①盡量增加套管高度和減小壁厚；②選用導(dǎo)熱系數(shù)低的材料作套管；③強(qiáng)化套管與流體間的對(duì)流換熱系數(shù)；④在安裝套管的壁面處包以熱絕緣層，增加套管根部的溫度。如何減小測(cè)溫誤差，也可以從測(cè)溫計(jì)套管的一維導(dǎo)熱物理過(guò)程進(jìn)行分析：管內(nèi)高溫流體通過(guò)一個(gè)對(duì)流換熱熱阻將熱量傳給套管頂部；然后通過(guò)套管(肋片)傳至根部；再通過(guò)一個(gè)對(duì)流換熱熱阻將熱量傳給外界流體。顯然，要減小測(cè)溫誤差，應(yīng)使T.接近于Tf，即應(yīng)盡量減小R1而增大R2及兀。圍在外徑為80mm銅管上的一鋁質(zhì)環(huán)肋，厚5mm，肋外緣直徑為160mm，導(dǎo)熱系數(shù)為

200W/(mK)，周圍流體溫度為70C，對(duì)流換熱系數(shù)為60W/(m2K)。求肋片的傳熱量。解本題可利用肋片效率進(jìn)行計(jì)算。先計(jì)算有關(guān)參數(shù)縱剖面積，Al=l§=0.0425x0.005=0.0002125m260x0.04251-5=0.329200x0.0002125=2.0625考慮肋端傳熱作用的肋片修正長(zhǎng)度，l'=l+縱剖面積，Al=l§=0.0425x0.005=0.0002125m260x0.04251-5=0.329200x0.0002125=2.0625r1r1查圖得，耳f=0.89故傳熱量為：Q=耳fQmax=213嚴(yán)(q2-r2)(T-Tf)=2x0.89x60x3.14x(0.08252-0.042)x(250-70)=314W27.以等截面直肋為例，試用熱阻的概念簡(jiǎn)要說(shuō)明采用肋化表面是否都可以得到強(qiáng)化傳熱的效果？如果答案是否定的，則對(duì)敷設(shè)矩形剖面的直肋推導(dǎo)一個(gè)定量的判據(jù)？解：假設(shè)不管是否敷設(shè)肋片，肋片基部表面溫度為Tw，基部表面和流體之間的對(duì)流換熱系數(shù)與肋片和流體之間的對(duì)流換熱系數(shù)值相同。不敷肋片而高為§的基部表面，這部分和流體之間的換熱量為Qnf=Qnf=h(Tw-Tf)=1/(h§)如有肋片敷在基部表面上，則熱量從處于Tw的表面導(dǎo)入肋片，并克服肋片的導(dǎo)熱內(nèi)熱阻，在到達(dá)肋片和流體的界面后，再通過(guò)表面對(duì)流換熱熱阻散入流體。敷設(shè)肋片令肋片導(dǎo)熱的平均內(nèi)熱阻為R，T為肋片表面的平均溫度。wwn在有或沒(méi)有肋片時(shí)的等效熱阻分別為R_h(5+2L)敷設(shè)肋片令肋片導(dǎo)熱的平均內(nèi)熱阻為R，T為肋片表面的平均溫度。wwn在有或沒(méi)有肋片時(shí)的等效熱阻分別為R_h(5+2L)+Rw在有或沒(méi)有肋片時(shí)的散熱量分別取決于所表示的等效熱阻的相對(duì)大小。熱阻遠(yuǎn)小于無(wú)肋時(shí)的對(duì)流換熱熱阻，但是如果肋片的平均導(dǎo)熱內(nèi)熱阻Rb>Ra，這樣導(dǎo)致肋片產(chǎn)生絕熱效應(yīng)而不是增大散熱量的有利作用。例如，敷設(shè)由石棉構(gòu)成的相當(dāng)厚的肋片就有這樣的作用，因石棉的導(dǎo)熱系數(shù)很小而使R足夠大。有肋片時(shí)的散熱量為雖然有肋時(shí)的對(duì)流換熱Rw足夠大而可能使w—+th(mL)1++th(mL)Qi%-Tf宀詡禮-Tf)—^h1+-■-th(mL)1+—-th(mL)mkmk式中，5h(T-T)_Q，為未加肋片的基部表面散熱量。/nf,m九由_hi'2h'2X_'X5h_、斶_(dá)th?/2)一yBi得到八1+~^+th(mL)Qf_Qnf1+、：Bith(mL)當(dāng)QQnf1++th(mL)1:總(mL>1時(shí)，敷設(shè)肋片將起到增加傳熱的有利作用。解不等式，得到Bi<1討論：在有肋片的設(shè)計(jì)中，當(dāng)全部因素都加以考慮時(shí)，一般只有在下列條件下肋片的應(yīng)用才是合理的。Bi<0.2528.【例題10】一無(wú)限大平板，熱擴(kuò)散系數(shù)a_1.8x10-6m2/s，厚度為25mm，具有均勻初始溫度150°C。若突然把表面溫度降到30°C,試計(jì)算1分鐘后平板中間的溫度(假設(shè)物體表面對(duì)流換熱熱阻與物體內(nèi)的導(dǎo)熱熱阻相比可以忽略，即Bi>>1)o解：本問(wèn)題的完整數(shù)學(xué)描寫如下：n_1,3,5TOC\o"1-5"\h\z16T_a2tadrax2n_1,3,5引入過(guò)余溫度0_T-Tf，上式變?yōu)閬Aa2ea6rax2初始條件和邊界條件：r_0時(shí)，在°<x§25內(nèi)e_T--Tf_eir>0時(shí)，在x_0處9_0r>0時(shí)，在x_25處9_0運(yùn)用分離變量法，可得到最終的級(jí)數(shù)解為9T-Tf4w1_(竽)2ar.n兀xf_xe25Sin9.T.—T兀in25iifn_1對(duì)于本例題，將以下數(shù)據(jù)a_1.8x10_6m2/s,25_0.025m,r_60sT._150°C,T_T_30°C,x_5_0.0125mifw代入上式，若只取前面非零的四項(xiàng)(n_1,3,5,7)計(jì)算，得T_T4f_(0.18177—7.22x10_8+6.15x10_20—5.21x10_37)_0.2314Ti_Tf兀由此求得在1分鐘后，平板中間溫度為T_0.2314(7；?-Tf)+Tf_0.2314(150—30)+30_57.8C討論：一般以Fo>0.2為界，判斷非穩(wěn)態(tài)導(dǎo)熱過(guò)程進(jìn)入正規(guī)狀況階段。此時(shí)無(wú)窮級(jí)數(shù)的解可以用第一項(xiàng)來(lái)近似地代替，所得的物體中心溫度與采用完整級(jí)數(shù)計(jì)算得到的值的差別基本能控制在1%以內(nèi)。本例題中Fo=0.69，可以看出，級(jí)數(shù)的第一項(xiàng)較后幾項(xiàng)高出多個(gè)數(shù)量級(jí)。29.兩一塊厚度均為30mm的無(wú)限大平板，初始溫度為20C，分別用銅和鋼制成。平板兩側(cè)表面的溫度突然上升到60C，試計(jì)算使兩板中心溫度均上升到56C時(shí)兩板所需的時(shí)間比。銅和鋼的熱擴(kuò)散系數(shù)分別為103x10_6m2/s和12.9x10_6m2/s。解:一維非穩(wěn)態(tài)無(wú)限大平板的溫度分布有如如下函數(shù)形式°_f(Bi,Fo,—)9i5兩塊不同材料的無(wú)限大平板，均處于第一類邊界條件(BiTw)。由題意，兩種材料達(dá)到同樣工況時(shí)，Bi數(shù)和x/5相同，要使溫度分布相同，則只需Fo數(shù)相等。(Fo)銅_(Fo)鋼_0.125測(cè)量氣流溫度的熱電偶，其結(jié)點(diǎn)可視為球體，結(jié)點(diǎn)與氣流之間的對(duì)流換熱系數(shù)h_400W/(m2k)，結(jié)點(diǎn)的熱物性：九=20W/(mK)；比熱容c=400J/(kgK)；密度p=8500kg/m3,試求：1?時(shí)間常數(shù)為1秒的熱電偶結(jié)點(diǎn)直徑為多大？把熱電偶從25C的環(huán)境放入200C的氣流中要多長(zhǎng)時(shí)間才能到達(dá)199C?A_nd2,A_nd2,V_對(duì)球形結(jié)點(diǎn)

Tc勒chApcdh6得Tc勒chApcdh6得驗(yàn)證d=6hTc=6x400x1=7.06x10-4=0.71mmpc8500x400ahl

Bl=T九400x7.06x10-4/620=2.53x10-4<0.1表明把熱電偶結(jié)點(diǎn)當(dāng)成集總熱容體在這里是合適的。達(dá)到199°C時(shí)所需的時(shí)間，可由下式計(jì)算pcV、Q.8500x7.06x10-4x400,25-200…

t=In匸=In=5.2shAQ400x6199-200討論：由此式可見(jiàn)，熱電偶結(jié)點(diǎn)直徑d和熱容量pc越小，被測(cè)氣流的對(duì)流換熱系數(shù)h越大，則溫度響應(yīng)越快。第三章對(duì)流傳熱一、名詞解釋1．速度邊界層：在流場(chǎng)中壁面附近流速發(fā)生急劇變化的薄層。2．溫度邊界層：在流體溫度場(chǎng)中壁面附近溫度發(fā)生急劇變化的薄層。3．定性溫度：確定換熱過(guò)程中流體物性的溫度。4．特征尺度：對(duì)于對(duì)流傳熱起決定作用的幾何尺寸。相似準(zhǔn)則（如Nu,Re,Pr,Gr,Ra）：由幾個(gè)變量組成的無(wú)量綱的組合量。6．強(qiáng)迫對(duì)流傳熱：由于機(jī)械（泵或風(fēng)機(jī)等）的作用或其它壓差而引起的相對(duì)運(yùn)動(dòng)。自然對(duì)流傳熱：流體各部分之間由于密度差而引起的相對(duì)運(yùn)動(dòng)。大空間自然對(duì)流傳熱：傳熱面上邊界層的形成和發(fā)展不受周圍物體的干擾時(shí)的自然對(duì)流傳熱。珠狀凝結(jié)：當(dāng)凝結(jié)液不能潤(rùn)濕壁面（6>90°）時(shí)，凝結(jié)液在壁面上形成許多液滴，而不形成連續(xù)的液膜。膜狀凝結(jié)：當(dāng)液體能潤(rùn)濕壁面時(shí)，凝結(jié)液和壁面的潤(rùn)濕角（液體與壁面交界處的切面經(jīng)液體到壁面的交角）6<90。，凝結(jié)液在壁面上形成一層完整的液膜。核態(tài)沸騰：在加熱面上產(chǎn)生汽泡，換熱溫差小，且產(chǎn)生汽泡的速度小于汽泡脫離加熱表面的速度，汽泡的劇烈擾動(dòng)使表面?zhèn)鳠嵯禂?shù)和熱流密度都急劇增加。膜態(tài)沸騰：在加熱表面上形成穩(wěn)定的汽膜層，相變過(guò)程不是發(fā)生在壁面上，而是汽液界面上，但由于蒸汽的導(dǎo)熱系數(shù)遠(yuǎn)小于液體的導(dǎo)熱系數(shù)，因此表面?zhèn)鳠嵯禂?shù)大大下降。二、填空題影響自然對(duì)流傳熱系數(shù)的主要因素、、、、、。（流動(dòng)起因，流動(dòng)速度，流體有無(wú)相變，壁面的幾何形狀、大小和位置，流體的熱物理性質(zhì)）速度邊界層是指（在流場(chǎng)中壁面附近流速發(fā)生急劇變化的薄層。）溫度邊界層是指（在流體溫度場(chǎng)中壁面附近溫度發(fā)生急劇變化的薄層。）TOC\o"1-5"\h\z流體剛剛流入恒壁溫的管道作層流傳熱時(shí)，其局部對(duì)流傳熱系數(shù)沿管長(zhǎng)逐淬,這是由于。（減小，邊界層厚度沿管長(zhǎng)逐漸增厚）溫度邊界層越對(duì)流傳熱系數(shù)越小，強(qiáng)化傳熱應(yīng)使溫度邊界層越。（厚，簿）流體流過(guò)彎曲的管道或螺旋管時(shí)，對(duì)流傳熱系數(shù)會(huì),這是由于。（增大，離心力的作用產(chǎn)生了二次環(huán)流增強(qiáng)了擾動(dòng)）流體橫掠管束時(shí)，一般情況下，布置的平均對(duì)流傳熱系數(shù)要比布置時(shí)高。（叉排，順排）管外流動(dòng)傳熱，有縱向沖刷和橫向沖刷之分，在其他條件相同時(shí)，以向沖刷方向傳熱更為強(qiáng)烈。（橫向）對(duì)流傳熱微分方程式的表達(dá)式為。其中，ax是，入是,At是,—是。l°y丿y=0z九心八（h=-丁亍，局部換熱系數(shù)，流體導(dǎo)熱系數(shù)，主流流體溫度與壁溫之差，貼壁xAt?丿y=0處流體的法向溫度變化率）純凈飽和蒸氣膜狀凝結(jié)的主要熱阻。（液膜的導(dǎo)熱熱阻）大容器飽和沸騰曲線可分為、.、、四個(gè)區(qū)域，其中具有溫差小、熱流大的傳熱特點(diǎn)。（自然對(duì)流、核態(tài)沸騰、過(guò)渡沸騰、膜態(tài)沸騰，核態(tài)沸騰）雷諾比擬采用模型，其結(jié)果在Pr=條件下與實(shí)驗(yàn)解相吻合.（單層，1）沸騰的臨界熱通量是指。（當(dāng)壁面過(guò)熱度大到某一程度時(shí)，汽泡來(lái)不及脫離加熱面而開(kāi)始連成不穩(wěn)定的汽膜，即由核態(tài)沸騰開(kāi)始向膜態(tài)沸騰過(guò)渡，出現(xiàn)臨界點(diǎn)的熱流密度）格拉曉夫準(zhǔn)則的物理意義；表達(dá)式Gr=。gaAtl3（流體流動(dòng)時(shí)浮升力與粘滯力之比的無(wú)量綱量，vc）V2減小管內(nèi)湍流對(duì)流傳熱熱阻的方法有、、、。（增加流速，采用短管。改變流體物性，增加換熱面積，擾流，采用導(dǎo)熱系數(shù)大的流體用小管徑等）反映對(duì)流傳熱強(qiáng)度的準(zhǔn)則稱為準(zhǔn)則。（努塞爾）普朗特準(zhǔn)則Pr的數(shù)學(xué)表達(dá)式為，它表征了的相

對(duì)大小。（V/a，動(dòng)量傳遞與熱量傳遞）管內(nèi)充分發(fā)展湍流的傳熱系數(shù)與平均流速U的次方成比與內(nèi)徑D的次方成比。（0.8,正，0.2,反）大空間自然對(duì)流處于湍流狀態(tài)時(shí)有自?；卣?，此時(shí)傳熱系數(shù)與無(wú)關(guān)。（尺寸）自然對(duì)流傳熱條件下發(fā)生關(guān)于特征尺度L的自模化現(xiàn)象.。（湍流）在蒸汽的凝結(jié)過(guò)程中，凝結(jié)的傳熱系數(shù)大于凝結(jié)。（珠狀，膜狀）自然對(duì)流傳熱是指。（流體在浮升力作用下的對(duì)流傳熱）管槽內(nèi)對(duì)流傳熱的入口效應(yīng)是指。（流體入口段由于熱邊界層較薄而具有較高的對(duì)流傳熱系數(shù)）流體在大空間沿豎壁作自然對(duì)流傳熱時(shí)，對(duì)于湍流工況，其對(duì)流傳熱系數(shù)正比于豎壁咼度的次方。（0）大容器沸騰曲線分為、、、四個(gè)區(qū)段。（自然對(duì)流、核態(tài)沸騰、過(guò)渡沸騰、膜態(tài)沸騰）三、選擇題1)傳熱系數(shù)1)傳熱系數(shù)K2)吸收率a3)普朗特?cái)?shù)Pr4)傳熱系數(shù)hc流體純自然對(duì)流傳熱的準(zhǔn)則方程可寫成（1）Nu=f（Re，Pr）⑵Nu=f（Gr，Pr）（3）Nu=f（Re，Gr，Pr）（4）Nu=f（Bi，F(xiàn)o）流體掠過(guò)平板對(duì)流傳熱時(shí)，在下列邊界層各區(qū)中，溫度降主要發(fā)生在：（1）主流區(qū)（2）湍流邊界層（3）層流底層（4）緩沖區(qū)（5）湍流核心區(qū)空氣自然對(duì)流傳熱系數(shù)與強(qiáng)迫對(duì)流時(shí)的對(duì)流傳熱系數(shù)相比：⑴要小的多（2）要大得多（3）十分接近（4）不可比較沸騰的臨界熱流量q是：c（1）從過(guò)冷沸騰過(guò)渡到飽和沸騰的轉(zhuǎn)折點(diǎn)（2）從自由流動(dòng)過(guò)渡到核態(tài)沸騰的轉(zhuǎn)折點(diǎn)（3）從核態(tài)沸騰過(guò)渡到膜態(tài)沸騰的轉(zhuǎn)折點(diǎn)（4）從不穩(wěn)定膜態(tài)沸騰過(guò)渡到穩(wěn)定膜態(tài)沸騰的轉(zhuǎn)折點(diǎn)流體在大空間沿豎壁自然對(duì)流傳熱時(shí)，在湍流狀態(tài)下；對(duì)流傳熱系數(shù)正比于豎壁高度的（）（1）0次方（2）0.8次方（3）1/4次方（4）1/3次方7．液體沸騰時(shí)，汽泡內(nèi)的壓力大于汽泡外液體的壓力，主要由于下列哪個(gè)因素造成的?⑴傳熱溫差(2)表面張力(3)浮升力(4)重力定型準(zhǔn)則是指：(1)包含定型尺寸的準(zhǔn)則⑵全部由已知量構(gòu)成的準(zhǔn)則(3)含有待求量的準(zhǔn)則(4)待定準(zhǔn)則工程中，較為常用的沸騰工況是指：(1)膜態(tài)沸騰(2)核態(tài)沸騰(3)自然對(duì)流沸騰(4)以上都不是下述哪種手段對(duì)提高對(duì)流傳熱系數(shù)無(wú)效？(1)提高流速(2)增大管徑(3)采用入口效應(yīng)(4)采用導(dǎo)熱系數(shù)大的流體已知某氣體的密度為1.26kg/m3,比熱為1.02kJ/(kg?K),導(dǎo)熱系數(shù)為0.025W/(m?K),粘度為15.1X10-6m2/s,其Pr(普朗特)準(zhǔn)則數(shù)為多少？()⑴0.78(2)0.02(3)0.7(4)0.62Nu(努謝爾特)準(zhǔn)則反映：()(1)慣性力和粘滯力的相對(duì)大小(2)對(duì)流傳熱強(qiáng)度(3)浮升力和粘滯力的相對(duì)大小(4)導(dǎo)熱能力大小描述浮升力與黏滯力的相對(duì)大小的準(zhǔn)則數(shù)稱為：Re⑵Gr(3)Pr⑷Ra當(dāng)管長(zhǎng)遠(yuǎn)大于管徑時(shí)，圓管橫向布置時(shí)的管外膜狀凝結(jié)傳熱系數(shù)與豎放時(shí)相比如何？1)橫放時(shí)大2)兩者差不多3)豎放時(shí)大4)無(wú)法比較gaAtl3無(wú)量綱組合—稱為什么準(zhǔn)則？V2(1)雷諾Re(2)普朗特Pr(3)努謝爾特Nu⑷格拉曉夫Gr判斷管內(nèi)湍流強(qiáng)制對(duì)流是否需要進(jìn)行人口效應(yīng)修正的依據(jù)是什么？(1)l/d$70(2)Re$104(3)l/d<50(4)l/d<104對(duì)流傳熱以作為基本計(jì)算式。(1)傅里葉定律(2)牛頓冷卻公式(3)普朗克定律(4)歐姆定律從傳熱角度看，下面幾種冷卻方式中，哪種方式的冷卻效果會(huì)最好？(1)水冷(2)氫冷(3)氣冷⑷水沸騰冷卻相變傳熱的特征為.。(1)工質(zhì)比體積變化較大(2)汽化潛熱⑶⑴+⑵(4)工質(zhì)比體積較大冷卻液潤(rùn)濕壁面的能力取決于。(1)液體的表面張力⑵液體與壁面間的附著力⑶⑴+(2)(4)(1)或⑵在飽和沸騰時(shí)，隨著的增高，將會(huì)出現(xiàn)個(gè)換熱規(guī)律全然不同的區(qū)域。(1)壁面過(guò)熱度.4(2)壁面過(guò)熱度，6(3)熱流密度，4(4)熱流密度,

22．對(duì)流傳熱微分方程組共有幾類方程？⑴2(2)3⑶4(4)5凝結(jié)液能很好的潤(rùn)濕壁面，形成完整的膜向下流動(dòng)，稱為。(1)凝結(jié)⑵膜狀凝結(jié)(3)珠狀凝結(jié)(4)穩(wěn)態(tài)凝結(jié)下列哪個(gè)不是影響對(duì)流傳熱的主要因素？流動(dòng)起因；tw；w⑶E：(4)換熱面的幾何形狀。對(duì)于Pr數(shù)，下列說(shuō)法哪個(gè)是錯(cuò)誤的？它是動(dòng)力粘度與熱擴(kuò)散率的比值；它是研究對(duì)流傳熱最常用的重要準(zhǔn)則；對(duì)于層流流動(dòng)，當(dāng)Pr=1時(shí)，&二&t;它反映了流體中熱量擴(kuò)散和動(dòng)量擴(kuò)散的相對(duì)程度。自由對(duì)流傳熱的流態(tài)主要取決于的數(shù)值。(1)Pr(2)Fo(3)Re⑷GrTOC\o"1-5"\h\z如果流體的流動(dòng)是由流體內(nèi)部溫差產(chǎn)生的密度差引起的，稱為。(1)強(qiáng)迫對(duì)流(2)自由運(yùn)動(dòng)(3)湍流對(duì)流(4)層流對(duì)流對(duì)流傳熱微分方程組包括。丨、付立葉定律II、對(duì)流傳熱微分方程川、基爾霍夫定律IV、連續(xù)性方程V、動(dòng)量微分方程VI、能量微分方程(1)IIIIIIVV(2)IIIIIIIV⑶IIIVVVI(4)IIIIVVVINu其特征溫度為。m(1)流體溫度(2)平均溫度(3)壁面溫度(4)不定當(dāng)流體外掠圓管時(shí)，10<Re<1.5xio5其邊界層為，，脫體發(fā)生在處。其局部換熱系數(shù)到達(dá)最值。(1)湍流，1400,低(2)層流,1400,高(3)湍流，82o,低⑷層流.82：?低自然對(duì)流傳熱的準(zhǔn)則方程為。(1)0.14(2)丄1(1)0.14(2)丄1?Num=0.664RemPrmQ^Num=0.53(GrPr)3(4)-Num=0.943(Ga.Ja.Pr)3影響膜狀換熱系數(shù)的主要因素是。(1)蒸汽流速(2)不凝結(jié)氣體(3)表面粗糙度⑷⑴+(2)四、簡(jiǎn)答題1.影響強(qiáng)迫對(duì)流傳熱的流體物性有哪些?它們分別對(duì)對(duì)流傳熱系數(shù)有什么影響?(提示：影響強(qiáng)迫對(duì)流換熱系數(shù)的因素及其影響情況可以通過(guò)分析強(qiáng)迫對(duì)流傳熱實(shí)驗(yàn)關(guān)聯(lián)式，將各無(wú)量綱量展開(kāi)整理后加以表述。)試舉幾個(gè)強(qiáng)化管內(nèi)強(qiáng)迫對(duì)流傳熱的方法(至少五個(gè))。(提示：通過(guò)分析強(qiáng)迫對(duì)流換熱系數(shù)的影響因素及增強(qiáng)擾動(dòng)、采用人口效應(yīng)和彎管效應(yīng)等措施來(lái)提出一些強(qiáng)化手段，如增大流速、采用機(jī)械攪拌等。)3．試比較強(qiáng)迫對(duì)流橫掠管束傳熱中管束叉排與順排的優(yōu)缺點(diǎn)。(提示：強(qiáng)迫對(duì)流橫掠管束換熱中，管束叉排與順排的優(yōu)缺點(diǎn)主要可以從換熱強(qiáng)度和流動(dòng)阻力兩方面加以闡述：(1)管束叉排使流體在彎曲的通道中流動(dòng)，流體擾動(dòng)劇烈，對(duì)流換熱系數(shù)較大，同時(shí)流動(dòng)阻力也較大；(2)順排管束中流體在較為平直的通道中流動(dòng)，擾動(dòng)較弱，對(duì)流換熱系數(shù)小于叉排管束，其流阻也較??；(3)順排管束由于通道平直比叉排管束容易清洗。)4．為什么橫向沖刷管束與流體在管外縱向沖刷相比，橫向沖刷的傳熱系數(shù)大?(提示：從邊界層理論的角度加以闡述：縱向沖刷容易形成較厚的邊界層，其層流層較厚且不易破壞。有三個(gè)因素造成橫向沖刷比縱向沖刷的換熱系數(shù)大：①?gòu)澢谋砻嬉饛?fù)雜的流動(dòng)，邊界層較薄且不易穩(wěn)定；②管徑小，流體到第二個(gè)管子時(shí)易造成強(qiáng)烈擾動(dòng)；②流體直接沖擊換熱表面。)5．為什么電廠凝汽器中，水蒸氣與管壁之間的傳熱可以不考慮輻射傳熱?(提示：可以從以下3個(gè)方面加以闡述：(1)在電廠凝汽器中，水蒸氣在管壁上凝結(jié)，凝結(jié)換熱系數(shù)約為4500—18000W/(m2K),對(duì)流換熱量很大；(2)水蒸氣與壁面之間的溫差較小，因而輻射換熱量較??；(3)與對(duì)流換熱相比，輻射換熱所占的份額可以忽略不計(jì)。)6．用準(zhǔn)則方程式計(jì)算管內(nèi)湍流對(duì)流傳熱系數(shù)時(shí)，對(duì)短管為什么要進(jìn)行修正?(提示：從熱邊界層厚度方面加以闡述：(1)在入口段，邊界層的形成過(guò)程一般由薄變厚；邊界層的變化引起換熱系數(shù)由大到小變化，考慮到流型的變化，局部長(zhǎng)度上可有波動(dòng)，但總體上在入口段的換熱較強(qiáng)(管長(zhǎng)修正系數(shù)大于1);(3)當(dāng)l/d>50(或60)時(shí)，短管的上述影響可忽略不計(jì)，當(dāng)l/dV50(或60)時(shí)，則必須考慮入口段的影響。7．層流時(shí)的對(duì)流傳熱系數(shù)是否總是小于湍流時(shí)的對(duì)流傳熱系數(shù)?為什么?(提示：該問(wèn)題同樣可以從入口效應(yīng)角度加以闡述。在入口段邊界層厚度從零開(kāi)始增厚若采用短管，盡管處于層流工況，由于邊界層較薄，對(duì)流換熱系數(shù)可以大于紊流狀況。)8．什么叫臨界熱流密度?為什么當(dāng)加熱熱流大于臨界熱流密度時(shí)會(huì)出現(xiàn)沸騰危機(jī)?(提示：用大容器飽和沸騰曲線解釋之。以大容器飽和沸騰為例，(1)沸騰過(guò)程中，隨著壁面過(guò)熱度At的增大，存在自然對(duì)流、核態(tài)沸騰、不穩(wěn)定膜態(tài)沸騰和膜態(tài)沸騰四個(gè)階段，臨界熱流密度是從核態(tài)沸騰向膜態(tài)沸騰轉(zhuǎn)變過(guò)程中所對(duì)應(yīng)的最大熱流密度；(2)當(dāng)加熱熱流大于臨界熱流密度時(shí)，沸騰工況向膜態(tài)沸騰過(guò)渡，加熱面上有汽泡匯集形成汽膜，將壁面與液體隔開(kāi)，由于汽膜的熱阻比液體大得多，使換熱系數(shù)迅速下降，傳熱惡化；(3)汽膜的存在使壁溫急劇升高，若為控制熱流加熱設(shè)備，如電加熱設(shè)備，則一旦加熱熱量大于臨界熱流密度，沸騰工況從核態(tài)沸騰飛躍到穩(wěn)定膜態(tài)沸騰，壁溫飛升到1000°C以上(水)，使設(shè)備燒毀。)9．試述不凝性氣體影響膜狀凝結(jié)傳熱的原因。(提示：少量不凝性氣體的存在就將使凝結(jié)換熱系數(shù)減小，這可以從換熱熱阻增加和蒸汽飽和溫度下降兩方面加以闡述。(1)含有不凝性氣體的蒸汽凝結(jié)時(shí)在液膜表面會(huì)逐漸積聚起不凝性氣體層，將蒸汽隔開(kāi)，蒸汽凝結(jié)必須穿過(guò)氣層，使換熱熱阻大大增加；(2)隨著蒸汽的凝結(jié)，液膜表面氣體分壓力增大，使凝結(jié)蒸汽的分壓力降低，液膜表面蒸汽的飽和溫度降低，減少了有效冷凝溫差，削弱了凝結(jié)換熱。)五、計(jì)算題平均溫度為40°C的機(jī)油，以0.7m/s的流速流經(jīng)一壁溫為80°C、內(nèi)徑為0.025m、長(zhǎng)度1.5m的圓管。求油的對(duì)流傳熱系數(shù)和機(jī)油得到的加熱量。

（提示：這是一個(gè)油在圓管內(nèi)進(jìn)行強(qiáng)制對(duì)流換熱的問(wèn)題。答案：h=88.9W/（m2.K）,①=418.9W。）c溫度為30°C的風(fēng)以5m/s的速度吹過(guò)一太陽(yáng)能集熱器表面，該表面可看作為正方形平面，一條邊與來(lái)流方向垂直，表面尺寸為2.0X2.0m2，問(wèn)當(dāng)表面溫度達(dá)到已知：平均對(duì)流傳熱系數(shù)計(jì)算式：Nu=0.664Rei/2Pri/3,（當(dāng)Re<5X105）,Nu=0.037Re4/5Pri/3（當(dāng)Re>5XI05），特征尺寸為流體經(jīng)過(guò)的板長(zhǎng)（順著來(lái)流方向的長(zhǎng)度），定性溫度為t=（t+t）/2。m00w（提示：這是一個(gè)流體通過(guò)平面的對(duì)流換熱問(wèn)題，可以通過(guò)計(jì)算雷諾數(shù)Re來(lái)判斷用上述哪一個(gè)公式計(jì)算。得到努謝爾特?cái)?shù)Nu后可得到流過(guò)平板的對(duì)流換熱系數(shù)，再根據(jù)牛頓冷卻公式得到換熱量。答案：選用湍流公式，被風(fēng)帶走的熱量為2.23kW。）一空氣預(yù)熱器中，煙氣在直圓管內(nèi)流過(guò)，管內(nèi)徑d1=45mm，管長(zhǎng)1.5m，煙氣流速12m/s，平均煙氣溫度300°C，管壁溫度150°C，試求單管的對(duì)流傳熱量.（提示：這是一個(gè)煙氣在圓管內(nèi)強(qiáng)制對(duì)流換熱問(wèn)題。答案：?jiǎn)喂艿膶?duì)流換熱量為2.21kW。）有一套管式給水預(yù)熱器，內(nèi)管的外徑為d1=12mm，外管的內(nèi)徑d2=18mm，管長(zhǎng)為0.5m。給水在套管的環(huán)形流道內(nèi)以1.5m/s的流速流動(dòng)，給水在預(yù)熱器內(nèi)被加熱,給水進(jìn)、出預(yù)熱器的溫度分別為25°C和85°C，預(yù)熱器內(nèi)管壁溫為95°C.試求內(nèi)管外表面對(duì)水的對(duì)流傳熱系數(shù)。（提示：這是一個(gè)水在非圓形通道內(nèi)強(qiáng)制對(duì)流換熱問(wèn)題，環(huán)形通道的尺寸用當(dāng)量直徑來(lái)計(jì)算。答案：對(duì)流換熱系數(shù)為11616.1W（m2.K）。）有進(jìn)口溫度為80°C的熱水流過(guò)內(nèi)徑為20mm的螺旋管，螺旋的直徑為150mm，已知水的流速為0.5m/s，螺旋管內(nèi)壁的平均溫度為35°C，為了使水的出口溫度低于40°C，問(wèn)需要多長(zhǎng)的管子或螺旋數(shù)至少要幾個(gè)？（提示：這是一個(gè)流體在彎管內(nèi)的強(qiáng)制對(duì)流換熱問(wèn)題。答案：至少需要4.566m管子，或螺旋數(shù)至少10個(gè)。）有一空冷器，空氣在其中橫向掠過(guò)管束傳熱，管排的橫向間距s1=32mm，縱向間距s2=24mm，管子外徑d=16mm，沿空氣流動(dòng)方向布置了6排管子，順排排列?？諝膺M(jìn)入管束前的流速為6m/s，空氣進(jìn)、出口平均溫度為140°C，管壁表面溫度為