《傳熱學(xué)》考題合集

強(qiáng)迫流淌換熱如何受熱物性影響？答：強(qiáng)迫對(duì)流換熱與Re和Pr有關(guān)；加熱與對(duì)流的粘性系數(shù)發(fā)生變化。強(qiáng)化傳熱是否意味著增加換熱量？工程上強(qiáng)化傳熱的收益和代價(jià)通常是指什么？答：不肯定，強(qiáng)化傳熱是指在肯定條件〔如肯定的溫差、體積、重量或泵功等〕下增加所傳遞的熱量。工程上的收益是減小換熱器的體積節(jié)約材料和重量；提高現(xiàn)有換熱器的換熱量；削減換熱器的阻力，以降低換熱器的動(dòng)力消耗等。代價(jià)是耗電，并因增大流速而耗功。傳熱學(xué)和熱力學(xué)中的熱平衡概念有何區(qū)分？和進(jìn)出微元體熱量之和，內(nèi)熱源散熱是有溫差的。外表輻射和氣體輻射各有什么特點(diǎn)?為什么對(duì)輻射板供冷房間，無(wú)需考慮氣體輻射的影響，而發(fā)動(dòng)機(jī)缸內(nèi)傳熱氣體輻射卻成了主角？氣體的輻射和吸取具有明顯的選擇性。2.氣體的輻射和吸取在整個(gè)氣體容器中進(jìn)展，強(qiáng)度漸漸減弱?？諝猓瑲?，氧，氮等分子構(gòu)造稱的雙原子分子，并無(wú)放射和吸取輻射能的力量，可認(rèn)為是熱輻射的透亮體。但是二氧化碳，水蒸氣，二氧化硫，氯氟烴和含氯氟烴的三原子、多原子以及不對(duì)稱的雙原子氣體〔一氧化碳〕卻具有相當(dāng)大的輻射本領(lǐng)。房間是自然對(duì)流，氣體主要是空氣。由于燃油，燃煤及然氣的燃燒產(chǎn)物中通常包含有肯定濃度的二氧化碳和水蒸氣，所以發(fā)動(dòng)機(jī)缸內(nèi)要考慮。有人在學(xué)完傳熱學(xué)后認(rèn)為，換熱量和熱流密度兩個(gè)概念實(shí)質(zhì)內(nèi)容并無(wú)差異，你的觀點(diǎn)是？答：有差異。熱流密度是指通過(guò)單位面積的熱流量。而換熱量跟面積有關(guān)。管內(nèi)層流換熱強(qiáng)化和湍流換熱強(qiáng)化有何實(shí)質(zhì)性差異？為什么?90%的局部，層流入口段的熱邊界層比較薄，局部外表傳熱系數(shù)比充分進(jìn)展段高，且沿著主流方向漸漸降低。假設(shè)邊界層消滅湍流，則因湍流的擾動(dòng)與混合作用又會(huì)使局部外表傳熱系數(shù)有所提高，再漸漸向于一個(gè)定值。而湍流是由于其推動(dòng)力與梯度變化和溫差有關(guān)，減薄粘性底層，所以強(qiáng)化壁面。以強(qiáng)迫對(duì)流換熱和自然對(duì)流換熱為例，試談?wù)勀銓?duì)傳熱、流淌形態(tài)、構(gòu)造三者之間的關(guān)聯(lián)答：對(duì)流換熱按流體流淌緣由分為強(qiáng)制對(duì)流換熱和自然對(duì)流換熱。一般地說(shuō)，強(qiáng)制對(duì)流的流速較自然對(duì)流高，因而對(duì)流換熱系數(shù)也高。例如空氣自然對(duì)流換熱系數(shù)約為5～25W/〔m2?℃〕，強(qiáng)制對(duì)流換熱的構(gòu)造影響了流體的流態(tài)、流速分布和溫度分布，從而影響了對(duì)流換熱的效果。流體在管內(nèi)強(qiáng)制流淌與管外強(qiáng)制流淌，由于換熱外表不同，流體流淌產(chǎn)生的邊界層也不同，其換熱規(guī)律和對(duì)流換熱系數(shù)也不一樣。在自然對(duì)流中，流體的流淌與換熱外表之間的相對(duì)位置，對(duì)對(duì)流換熱的影響較大，平板外表加熱空氣自然對(duì)流時(shí)，熱面朝上氣流擾動(dòng)比較劇烈，換熱強(qiáng)度大；熱面朝下時(shí)流淌比較安靜，換熱強(qiáng)度較小。我們常常用Q=hA·Δt.計(jì)算強(qiáng)迫對(duì)流換熱、自然對(duì)流換熱、沸騰和分散換熱，試問(wèn)在各種狀況下?lián)Q熱系數(shù)與溫差的關(guān)聯(lián)？答：強(qiáng)迫對(duì)流的換熱系數(shù)與Re,Pr有關(guān)但與溫差無(wú)關(guān)，自然對(duì)流與Gr0.25次方有關(guān)聯(lián)，即與溫差有關(guān)，分散換熱換熱系數(shù)是溫差的-0.25次方。試簡(jiǎn)述基爾霍夫定理的根本思想答：一、基爾霍夫第肯定律：匯于節(jié)點(diǎn)的各支路電流的代數(shù)和等于零，用公式表示為：∑I=0又被稱作基爾霍夫電流定律〔KCL〕。二、基爾霍夫其次定律：沿任意回路圍繞一周回到動(dòng)身點(diǎn)，電動(dòng)勢(shì)的代數(shù)和等于回路各支路電阻〔包括電 源的內(nèi)阻在內(nèi)〕和支路電流的乘積〔即電壓的代數(shù)和〕。用公式表示為：∑E=∑RI又被稱作基爾霍夫電壓定律(KVL)。簡(jiǎn)述沸騰換熱與汽泡動(dòng)力學(xué)、汽化核心、過(guò)熱度這些概念的關(guān)聯(lián)答：沸騰是指在液體內(nèi)部以產(chǎn)生氣泡的形式進(jìn)展的氣化過(guò)程，就流體運(yùn)動(dòng)的動(dòng)力而動(dòng)所引起的，沸騰換熱會(huì)依次消滅自然對(duì)流區(qū)、核態(tài)沸騰區(qū)、過(guò)度沸騰區(qū)和膜態(tài)沸騰區(qū)。當(dāng)溫度較低時(shí)〔t40C〕壁面過(guò)熱度小，壁面上沒(méi)有氣泡產(chǎn)生。當(dāng)加熱壁面的過(guò)熱度t40C后，壁面上個(gè)別點(diǎn)〔稱為汽化核心〕開(kāi)頭產(chǎn)生氣泡，汽t并會(huì)合成氣塊及氣柱。在這兩個(gè)區(qū)中，氣泡的擾動(dòng)猛烈，傳熱系數(shù)和熱流密度都t在加熱面上，而蒸汽排解過(guò)程越趨惡化。這時(shí)熱流密度到達(dá)最低，并且溫度達(dá)到了過(guò)熱度，是很不穩(wěn)定的過(guò)程。傳熱學(xué)與實(shí)際應(yīng)用量大？答：當(dāng)其它條件一樣時(shí)，冰箱的結(jié)霜相當(dāng)于在冰箱蒸發(fā)器和冰箱冷凍室〔或冷藏室〕之間增加了一個(gè)附加熱阻，因此，要到達(dá)一樣的制冷室溫度，必定要求蒸發(fā)器處于更低的溫度。所以，結(jié)霜的冰箱耗電量更大。在深秋晴朗無(wú)風(fēng)的夜晚，草地會(huì)披上一身白霜，可是氣象臺(tái)的天氣報(bào)告卻說(shuō)早晨2攝氏度，試解釋這種現(xiàn)象。答：可從輻射換熱以及熱平衡溫度的角度來(lái)分析，由于存在大氣窗口〔紅外輻射能量透過(guò)大氣層時(shí)透過(guò)率較高的光譜段稱為大氣窗口〕，因此地面可與溫度很低的外太空可進(jìn)展輻射熱交換，這樣就有可能使地面的熱平衡溫度低于空氣溫度。當(dāng)你設(shè)計(jì)一臺(tái)換熱器，假設(shè)預(yù)先考慮結(jié)垢的影響，換熱器面積將會(huì)比抱負(fù)狀況大還是小?答：從傳熱系數(shù)或傳熱熱阻角度分析。在換熱設(shè)備中，水垢、灰垢的存在將使系統(tǒng)中導(dǎo)熱熱阻大大增加，減小了傳熱系數(shù)，使換熱性能惡化，同時(shí)還使換熱面易于發(fā)生腐蝕，并減小了流體的流通截面，較厚的污垢將使流淌阻力也增大。此外，熱流體側(cè)壁面結(jié)垢，會(huì)使壁面溫度降低，使換熱效率下降，而冷流體側(cè)壁面結(jié)垢，會(huì)導(dǎo)致壁溫上升，對(duì)于換熱管道，甚至造成爆管事故。防止結(jié)垢的手段有定期排污、清洗、清灰，加強(qiáng)水處理，保證水質(zhì)，承受除塵、吹灰設(shè)備等。一碗水放在空氣中散熱，其溫度隨時(shí)間的變化估量是何種趨勢(shì)？為什么？答：一碗水放在空氣中，將會(huì)與大氣進(jìn)展自然對(duì)流換熱和輻射對(duì)流換熱，開(kāi)頭溫度下降較快，而后漸漸變慢，最終趨于環(huán)境溫度。，試分析緣由。答：冷油器中由于油的粘度較大，對(duì)流換熱外表傳熱系數(shù)較小，占整個(gè)傳熱過(guò)程中熱阻的主要局部，而冷卻水的對(duì)流換熱熱阻較小，不占主導(dǎo)地位，因而用提高水速的方法，只能減小不占主導(dǎo)地位的水側(cè)熱阻，故效果不顯著。有一臺(tái)鋼制換熱器，熱水在管內(nèi)流淌，加熱管外空氣。有人提出，為提高加熱效果，承受管外加裝肋片并將鋼管換成銅管。請(qǐng)你評(píng)價(jià)這一方案的合理性。答：該換熱器管內(nèi)為水的對(duì)流換熱，管外為空氣的對(duì)流換熱，主要熱阻在管外空氣側(cè)，因而在管外加裝肋片可強(qiáng)化傳熱。留意到鋼的導(dǎo)熱系數(shù)雖然小于銅的，但該換熱器中管壁導(dǎo)熱熱阻不是傳熱過(guò)程的主要熱阻，因而無(wú)需將鋼管換成銅管?？菰镂锪嫌泻芏喾N方式：比方熱風(fēng)枯燥、微波枯燥、紅外枯燥等，目前常用的是熱風(fēng)枯燥，但熱風(fēng)枯燥的缺點(diǎn)是耗能大、外表易起皮和開(kāi)裂，試從傳熱傳質(zhì)的角度來(lái)分析這一現(xiàn)象答：熱量從高溫?zé)嵩匆愿鞣N方式傳遞給濕物料，使物料外表濕分汽化并逸散到外部空間，從而在物料外表和內(nèi)部消滅濕含量的差異。但是為了使內(nèi)部濕量逐步往外走，就要加大能耗，使的外表溫度更高，變干。有人存在這樣的觀點(diǎn)：由于工質(zhì)冷凝和沸騰換熱系數(shù)很高，因此無(wú)需進(jìn)展沸騰和冷凝換熱強(qiáng)化答：隨著工業(yè)的進(jìn)展，特別是高熱負(fù)荷的消滅，相變傳熱〔沸騰和分散〕的強(qiáng)化日益受到重視并在工業(yè)上得到越來(lái)越多的應(yīng)用。一般認(rèn)為分散換熱系數(shù)很高，可以不必承受強(qiáng)化措施。但對(duì)氟里昂蒸汽或有機(jī)蒸汽而言，氟利昂是低沸點(diǎn)工質(zhì)，潛熱很小，沸騰換熱系數(shù)和它們的分散換熱系數(shù)比水蒸氣小的多。太陽(yáng)能集熱器吸熱外表選用具有什么性質(zhì)的材料為宜?為什么?答：太陽(yáng)能集熱器是用來(lái)吸取太陽(yáng)輻射能的，因而其外表應(yīng)能最大限度地吸取投射來(lái)的太陽(yáng)輻射能，同時(shí)又保證得到的熱量盡少地散失，即外表盡可能少的向外輻射能。但太陽(yáng)輻射是高溫輻射，輻射能量主要集中于短波光譜(如可見(jiàn)光(如紅外線)。所以集熱器外表應(yīng)選擇具備對(duì)短波吸取率很高，而對(duì)長(zhǎng)波放射(吸取)率極低這樣性質(zhì)的材料。為什么鍋爐中高溫過(guò)熱器一般承受順流式和逆流式混合布置的方式？答:由于在肯定的進(jìn)出口溫度條件下，逆流的平均溫差最大，順流的平均溫差最小，流體和冷流體的最高溫度集中在換熱器的同一端，使得該處的壁溫較高，即這一端金屬材料要承受的溫度高于順流型換熱器，不利于設(shè)備的安全運(yùn)行。所以高溫過(guò)熱器一般承受順流式和逆流式混合布置的方式，即在煙溫較高區(qū)域承受順流布置，在煙溫較低區(qū)域承受逆流布置。1-2型管殼式換熱器〔12程〕11號(hào)潤(rùn)滑油。冷卻t”

20C,t“

50C流量為3kg/s；可認(rèn)為管殼式換熱器是一種穿插流2 2換熱，熱油的進(jìn)出口溫度為：t 100C,t“

60Ck350W/m2C。1 1試計(jì)算：①油的流量；②所傳遞的熱量；③所需的傳熱面積。解:(1)油的流量:查得潤(rùn)滑油及水的比熱分別為：c1=2148J/kgc2=4174J/kg℃GctG 22 2

34174(5020)4.37(kg/s)則: 1

ct1

所傳遞的熱量:Gct22 2

34174(5020)375.66(kW)所需的傳熱面積:t t“l(fā) 1

t”2

602040Ct t”t“

1005050Cr 1 2t m

t tl tlnltr

4050

CP 2t”1

t”2t”2

50200.37510020t”t“ 10060R 1t“2

1t”2

5020

：查得： =0.9tm=44.8×0.9=40.32 ℃1.5×105Pa的無(wú)油飽和水蒸汽在臥式殼管式冷凝器的殼側(cè)分散。經(jīng)過(guò)處理20mm1mm1.4m/s，其溫度由進(jìn)5694℃。黃銅管成叉排布置，在每一豎直排上平均布置9根。冷卻水在管內(nèi)的流淌為兩個(gè)流程，管內(nèi)已積水垢。試確定所需的管長(zhǎng)、管子數(shù)Φ=1.×107。解：(1)平均傳熱溫差：10111.32℃，則：t 9456 32.72 (℃)m 111.32

5694管外分散換熱系數(shù)：設(shè)管外壁溫度t

=105℃，則tm=(111.32+105)/2=108.2℃w由附錄查得分散水物性參數(shù)：l952.3(kg/m3)l0.685(W/mC)l263.2106(kg/ms)6-4： gr23 1/4 9.82235103952.320.6853 1/4llh 0.729llo

d(tl

t w

0.729 263.21060.02(111.32105)9=8809 (W/m2℃)管內(nèi)換熱系數(shù)：t=(56+94)/2=75 ℃f由附錄查得水物性參數(shù):0.671(W/mC);0.39106(m2/s);Pr2.38h 0.023 Re0.8Pr0.4i d f 0.0230.6711.40.0180.8 0.0180.39106

2.380.48552(W/m2C)熱阻：

=0.0001;0水側(cè)污垢熱阻：r=0.0002i管壁熱阻：(=131W/m℃)d d 0.02 0.0222

ln d1

ln 81 0631 0.018(5)k

傳熱系數(shù)：11 d d d 1 r 2ln 2 2 rh 0 2 d d h i0 1 1 i 1

1743W/m2C 0.0001 8 106 0.00028809 188552 由傳熱方程：q1

=1743×32.72=57030(W/m2℃)m由分散換熱: q=ht=8809×(111.32-105)=55673(W/m2℃)2 0qq1

僅相差2; 上述計(jì)算有效。傳熱面積：A/(kt )1.2107/174332.72210 m2m冷卻水量：〔10：cp

=4191 J/kgK〕G

1.2107 75.35

kg/sc t“p 2

t 2(8) 流淌截面：〔查附錄10：=974.8kg/3〕G 75.35fu

02單程管數(shù)：n

102

216.9217 (根)d2 434根。管子長(zhǎng)度：l A

210

7.7 (m)nd 4343.14160.023一蒸汽管道的保溫層外包了油毛氈,330K0.22m。該管道水226m熱量。解：空氣定性溫度tf

572239℃，選取空氣的物性參數(shù)，217.95106，Pr0.699，2.76*102W/(mK)，Gr=

r

9.81/(37339.5)(5722)0.223362729802 (17.95106)Nu=0.48〔GrPr〕1/4=0.48×〔36272980×0.699〕1/4=34.06h=Nud/=34.06×0.22/0.0276=271.5W/(mK))φ=Aht=3.14×0.22×6×271.5×(57-22)=39386W對(duì)于如下圖的構(gòu)造，試計(jì)算以下情形下從小孔向外輻射的能量：500K的黑體；全部?jī)?nèi)外表均是=0.6的漫射體，溫度均為500解：設(shè)小孔面積1 1 1 1 1A = (d2-d2) 3.140.0423.140.040.04 3.14 (0.0420.0322)1 4 2 2

4 2 1

4 4 41= 3.140.03228.04104m2141 1A = πd2 4

2= 3.140.03228.04104m24X =1,AX AX X

AX 8.25106112

12=

2

12= 2 A1A

0.11946.732103Cφ =

T T[( 1)4( 2)4]100 1