傳熱學(xué)總復(fù)習(xí)試題及答案【第五版】

傳熱學(xué)總復(fù)習(xí)試題及答案【第五版】【精】【-必備】總復(fù)習(xí)題基本概念: ?

薄材:在加熱或冷卻過(guò)程中,若物體內(nèi)溫度分布均勻,在任意時(shí)刻都可用一個(gè)溫度來(lái)代表整個(gè)物體的溫度,則該物體稱為----.?

傳熱:由熱力學(xué)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(zhuǎn)移,這種由于溫差引起的熱量轉(zhuǎn)移過(guò)程統(tǒng)稱為------.?

導(dǎo)熱:是指物體內(nèi)不同溫度的各部分之間或不同溫度的物體相接觸時(shí),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(duì)位移，僅依靠物體內(nèi)分子原子和自由電子等微觀粒子的熱運(yùn)動(dòng)而產(chǎn)生的熱能傳遞成為熱傳導(dǎo)簡(jiǎn)稱導(dǎo)熱?

對(duì)流:指物體各部分之間發(fā)生相對(duì)位移而引起的熱量傳輸現(xiàn)象.由于流體的宏觀運(yùn)動(dòng)而引起的流體各部分之間發(fā)生相對(duì)位移，冷熱流體相互滲混所導(dǎo)致的熱量傳遞過(guò)程?

對(duì)流換熱:指流體流過(guò)與其溫度不同的物體表面時(shí),流體與固體表面之間發(fā)生的熱量交換過(guò)程稱為------.?

強(qiáng)制對(duì)流:由于外力作用或其它壓差作用而引起的流動(dòng).?

自然對(duì)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(dòng).?

流動(dòng)邊界層:當(dāng)具有粘性的流體流過(guò)壁面時(shí),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(dá)到主流速度.這一流體層即為-----.?

溫度邊界層:當(dāng)具有粘性的流體流過(guò)壁面時(shí),會(huì)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(dá)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(guò)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(guò)程成為熱輻射?

輻射力:物體在單位時(shí)間內(nèi),由單位表面積向半球空間發(fā)射的全部波長(zhǎng)的輻射能的總量.?

單色輻射力:物體在單位時(shí)間內(nèi),由單位表面積向半球空間發(fā)射的波長(zhǎng)在λ--λ+dλ范圍內(nèi)的輻射能量.?

立體角:是一個(gè)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r2的比值作為------的大小.?

定向輻射強(qiáng)度:單位時(shí)間內(nèi),在單位可見(jiàn)面積,單位立體角內(nèi)發(fā)射的全部波長(zhǎng)的輻射能量稱為----.?

傳質(zhì):在含有兩種或兩種以上組分的流體內(nèi)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(zhuǎn)移,以減弱這種濃度不均勻的趨勢(shì).物質(zhì)由高濃度向低濃度方轉(zhuǎn)移過(guò)程稱為----.?

分子擴(kuò)散傳質(zhì):靜止的流體中或在垂直于濃度梯度方向作層流流動(dòng)的流體中的傳質(zhì),有微觀分子運(yùn)動(dòng)所引起,稱為----.?

對(duì)流流動(dòng)傳質(zhì):在流體中由于對(duì)流摻混引起的質(zhì)量傳輸.?

有效輻射:單位時(shí)間內(nèi),離開(kāi)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(zhǎng)無(wú)關(guān)的物體.?

角系數(shù):有表面1投射到表面2的輻射能量Q1→2占離開(kāi)表面1的總能量Q1的份數(shù),稱為表面1對(duì)表面2的角系數(shù).?

輻射換熱:物體之間通過(guò)相互輻射和吸收輻射能而產(chǎn)生的熱量交換過(guò)程.

填空題:?

當(dāng)輻射投射到固液表面是表面輻射，投射到氣體表面是----------輻射。容積?

氣體常數(shù)R量綱是-------------。[L2t-2T-1]?

當(dāng)輻射物體是-漫輻射表面-時(shí)，輻射力是任何方向上定向輻射強(qiáng)度的--3.14--倍。漫輻射表面,Л?

強(qiáng)制對(duì)流換熱的準(zhǔn)數(shù)方程形式為-----------------.Nu=f(Re,Pr)?

描述流體運(yùn)動(dòng)方法有-------------和------------------兩種方法.拉氏法,歐拉法?

對(duì)于一個(gè)穩(wěn)態(tài)的流動(dòng)傳熱現(xiàn)象而言,其準(zhǔn)數(shù)方程式可表示為------------------.Nu=f(Re,Pr,Gr)?

自然對(duì)流換熱的準(zhǔn)數(shù)方程式可表示為------------------.Nu=f(Pr,Gr)?

熱輻射過(guò)程中涉及到的三種理想物體有-黑體透明體鏡體--------------.黑體,透明體,鏡體?

實(shí)際上大部分工程材料在-紅外線-范圍內(nèi),都表現(xiàn)出灰體性質(zhì).紅外線?

善于發(fā)射的物體同時(shí)也善于-吸收-.吸收?

角系數(shù)是一個(gè)與----------------------有關(guān)的純幾何量.輻射物體的尺寸,空間位置?

實(shí)際物體的輻射力與-輻射來(lái)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(lái)自于黑體的吸收率,同溫度下?

灰體與其他物體輻射換熱時(shí),首先要克服-表面熱阻-達(dá)到節(jié)點(diǎn),而后再克服--空間熱阻--進(jìn)行輻射換熱.表面熱阻,空間熱阻?

黑體的有效輻射就是-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(guò)------輻射換熱物體表面的黑度來(lái)實(shí)現(xiàn).增加?

對(duì)流流動(dòng)傳質(zhì)的準(zhǔn)數(shù)方程為-----------------------.Sh=f(Re,Sc)

判斷并改錯(cuò):?

只有管外徑小于臨界絕熱直徑時(shí)，鋪設(shè)絕熱層才能使熱損失減小。（ⅹ）?

熱輻射和流體對(duì)流及導(dǎo)熱一樣，需有溫差才能發(fā)射輻射能。（ⅹ）?

通過(guò)圓筒壁的一維穩(wěn)態(tài)導(dǎo)熱時(shí)，單位面積上的熱流密度是處處相等的。（ⅹ）?

導(dǎo)溫系數(shù)僅出現(xiàn)在非穩(wěn)態(tài)熱量傳輸過(guò)程中,導(dǎo)溫系數(shù)越大,物體內(nèi)各處溫度越不均勻(ⅹ).?

熱量傳輸一般有導(dǎo)熱,熱對(duì)流及熱輻射三種基本形式.(√).?

水平熱壁面朝上布置時(shí)比朝下時(shí)的對(duì)流換熱量大(√).?

流體的物性參數(shù)μ愈小,λ愈大,流體對(duì)流換熱能力愈大(√).?

紊流運(yùn)動(dòng)粘度εm與流體運(yùn)動(dòng)粘度υ都是流體的物性參數(shù),與Re和紊流程度有關(guān).(ⅹ).?

Prt=εm/εh,紊流的普朗特?cái)?shù)不表示流體的物性參數(shù),表示紊流時(shí)熱量和動(dòng)量傳遞過(guò)程的程度和狀態(tài)(√).?

兩物體之間的輻射換熱必須通過(guò)中間介質(zhì)才能進(jìn)行,且熱輻射過(guò)程中伴隨著能量形式的二次轉(zhuǎn)化(ⅹ).?

金屬表面在空氣中被氧化后,在相同溫度下,其輻射能力比原來(lái)爭(zhēng)強(qiáng)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(guān)系(√).?

同溫度下,物體輻射力越大,其吸收率越小(ⅹ).?

角系數(shù)描述的是物體的空間位置和幾何形狀對(duì)輻射換熱的影響,并與輻射物體本身的特性和溫度有關(guān)(ⅹ).?

當(dāng)系統(tǒng)處于熱平衡時(shí),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(guān)(ⅹ).?

當(dāng)一鑄件在車間內(nèi)加熱時(shí),其輻射換熱量的大小與車間大小有關(guān)(ⅹ).?

當(dāng)一鑄件在車間內(nèi)加熱時(shí),其輻射換熱量的大小取決于鑄件面積和本身黑度.(√).

問(wèn)答題:?

熱量傳輸有哪幾種基本方式？熱傳導(dǎo)、熱對(duì)流、熱輻射?

溫度場(chǎng)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(dǎo)溫系數(shù)表達(dá)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(xué)描述？?

通過(guò)平壁的一維穩(wěn)態(tài)導(dǎo)熱數(shù)學(xué)描述及第一；三邊界條件數(shù)學(xué)描述？溫度分布？熱流密度？（單；多層;λ為常;變量時(shí)）?

通過(guò)圓筒壁的一維穩(wěn)態(tài)導(dǎo)熱數(shù)學(xué)描述及第一；三邊界條件數(shù)學(xué)描述？溫度分布？熱流密度？（單；多層）?

熱阻有何應(yīng)用？推導(dǎo)臨界直徑公式并分析影響臨界直徑的因素?

答:⒈熱阻的應(yīng)用:⑴利用熱阻可將某些熱量傳輸問(wèn)題轉(zhuǎn)換成相應(yīng)的模擬電路來(lái)分析.

⑵分析熱阻組成,弄清各個(gè)環(huán)節(jié)的熱阻在總熱阻中所占的地位,能有效地抓住過(guò)程的主要矛盾.

⒉公式推導(dǎo):已知一管道的內(nèi)徑為d1外徑為d2,設(shè)在管道外面包一層絕緣層,其直徑為dx,圓筒內(nèi)為熱流體其對(duì)流換熱系數(shù)為α1,穿越筒壁向外冷流體(對(duì)流換熱系數(shù)為α2)散熱.此時(shí)單位管長(zhǎng)的總熱阻:

r∑僅是dx的函數(shù),只與劃線部分的熱阻有關(guān).通過(guò)分析得知,r∑與dx間存在極值.

r∑取得極值的條件是其中dc為臨界絕熱層直徑

∴當(dāng)dx=dc時(shí),r∑為極小值.此時(shí)管道向外散熱最多.

分析影響臨界直徑的因素:當(dāng)dx≥dc時(shí),敷設(shè)絕熱層會(huì)使散熱減少.dc與λx有關(guān),可通過(guò)選用不同絕熱材料改變dc值.?

何謂薄材？厚材？如何判別？?

集總系統(tǒng)導(dǎo)熱特點(diǎn)？數(shù)學(xué)描述？溫度分布及瞬時(shí)熱流量？?

Bi及Fo定義式及物理意義？Fo:非穩(wěn)態(tài)過(guò)程進(jìn)行得深度的無(wú)量綱時(shí)間答:物理意義:Bi:表征內(nèi)部導(dǎo)熱熱阻與外部對(duì)流傳熱熱阻的比值。.

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求解對(duì)流給熱系數(shù)的方法有哪幾種?（分析法、實(shí)驗(yàn)法、比擬法、數(shù)值法）?

影響對(duì)流換熱系數(shù)的因素有哪些？如何作用？（流動(dòng)：起因，狀態(tài)；流體：物性，相變狀況；換熱表面幾何因素）？？?

求解對(duì)流換熱系數(shù)的基本方法是什么？?

邊界層微分方程求解α思路是什么？邊界層微分方程求解α思路:Ⅰ

ⅡⅢ

Ⅳ

由Ⅰ式和Ⅱ式求解流場(chǎng)的速度分布得VX,VY,代入Ⅲ式得溫度場(chǎng)的分布T,再求溫度梯度代入Ⅳ式求得α值.?

類比法求解α思路?推導(dǎo)過(guò)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(nèi)的層流問(wèn)題,計(jì)算較煩.類比法即適用于邊界層內(nèi)也適用于邊界層外,還適用于圓管內(nèi)的流動(dòng),即適用于層流也適用于紊流.且推導(dǎo)和計(jì)算也較方便.

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建立動(dòng)量邊界層和熱量邊界層厚度受那些因素的影響??

建立動(dòng)量傳遞和熱量傳遞的目的是什么?類比解推導(dǎo)過(guò)程?

答:⒈建立動(dòng)量傳遞和熱量傳遞的目的:

⑴認(rèn)為動(dòng)量熱量;傳遞規(guī)律是類同的,用數(shù)學(xué)式子把兩現(xiàn)象聯(lián)系起來(lái).

⑵用已由理論分析或?qū)崪y(cè)得到的阻力規(guī)律CF來(lái)求解換熱規(guī)律α層流中:紊流中:當(dāng)Pr=1時(shí),Cp=此二式相同.即也是雷諾類比解成立的條件.?

試說(shuō)明Nu;Pr及Gr的物理意義及定義式?

答:努謝爾特準(zhǔn)數(shù)Nu定義式:物理意義:表示實(shí)際流體熱量傳遞與導(dǎo)熱分子熱量傳遞的比較.反映了對(duì)流換熱的強(qiáng)度.

普朗特準(zhǔn)數(shù)Pr定義式:物理意義:反映了動(dòng)量擴(kuò)散與熱量擴(kuò)散的相對(duì)大小.格拉曉夫準(zhǔn)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(dòng)邊界層（固體表面附近流體速度發(fā)生劇烈變化的薄層）;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(zhì)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(diǎn)是什么?其波長(zhǎng)主要集中在哪些波長(zhǎng)范圍內(nèi)??

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(qiáng)度的概念有何區(qū)別??

黑體輻射的基本規(guī)律有哪幾個(gè)?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(guò)率??

什么是絕對(duì)黑體;白體和透明體??

試說(shuō)明蘭貝特定律的幾種表達(dá)形式及適用條件??

什么是物體表面的黑度?受哪些因素影響??

什么是灰體?有何特性??

實(shí)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(zhì)??

兩面;三面封閉系統(tǒng)角系數(shù)的基本計(jì)算方法及線交叉法計(jì)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(luò)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(diǎn)??

試匯出具有輻射絕熱面的三面輻射系統(tǒng)的網(wǎng)絡(luò)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(shí),兩面間輻射換熱減少多少?并會(huì)出輻射網(wǎng)絡(luò)圖.?

傳質(zhì)概念及分子擴(kuò)散傳質(zhì)和對(duì)流擴(kuò)散傳質(zhì)定義??

二種傳質(zhì)方式的傳質(zhì)量基本計(jì)算公式??

質(zhì)量傳輸平衡法方程式及簡(jiǎn)化形式和單值性條件??

分之?dāng)U散傳質(zhì)中,氣體通過(guò)間壁的擴(kuò)散通量;金屬園管的擴(kuò)散通量及靜止介質(zhì)中通過(guò)半無(wú)限大物體的濃度分布和傳質(zhì)通量??

分子擴(kuò)散傳質(zhì)系數(shù)D的影響因素有哪些??

對(duì)流流動(dòng)傳質(zhì)模型有哪幾種??

層流;紊流流動(dòng)時(shí)各自的濃度分布及平均傳質(zhì)系數(shù)準(zhǔn)數(shù)方程形式??

流體通過(guò)單個(gè)球體及流過(guò)填充床時(shí)的傳質(zhì)系數(shù)計(jì)算公式??

流體在園管內(nèi)流動(dòng)時(shí)的傳質(zhì)計(jì)算??

動(dòng)量與熱量比擬解(雷諾;柯?tīng)柵???

動(dòng)量與質(zhì)量比擬解(雷諾;柯?tīng)柵???

類比關(guān)系準(zhǔn)數(shù)有哪些各準(zhǔn)數(shù)間關(guān)系怎樣??

動(dòng)量邊界層;熱量邊界層和質(zhì)量邊界層間類比關(guān)系怎樣?計(jì)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(shè)鋼球表面與周圍環(huán)境間的總換熱系數(shù)為24w/(m2.℃)，試計(jì)算鋼球冷卻到300℃所需的時(shí)間。已知鋼球的c=0.48kJ/(kg..℃),ρ=7753kg/m3,λ

解:先驗(yàn)算Bi準(zhǔn)數(shù),鋼球的特征尺寸為:

故可以按薄材加熱處理.

∴τ=57.0s=0.158h

2具有內(nèi)熱源并均勻分布的平壁，壁厚為２S，假定平壁的長(zhǎng)寬遠(yuǎn)大于壁厚，平壁兩表面溫度恒為tw，內(nèi)熱源強(qiáng)度為qv，平壁材料的導(dǎo)熱系數(shù)為常數(shù)，試推出穩(wěn)態(tài)導(dǎo)熱時(shí)，平壁內(nèi)的溫度分布和中心溫度。１０分

解:因平壁的場(chǎng),寬遠(yuǎn)大于厚度,故此平壁的導(dǎo)熱可認(rèn)為是一維穩(wěn)態(tài)導(dǎo)熱.

導(dǎo)熱微分方程為:

邊界條件為:x=s,t=tw

x=-s,t=t∞

求解上述微分方程,得

由邊界條件確定積分常數(shù):

∴平壁內(nèi)的溫度分布:

當(dāng)X=0,則得平壁中心溫度:

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(fēng)道之中,五分鐘后,紫銅棒溫度降到34℃

已知紫銅棒密度ρ=8954kg/m3,比熱C=383.1J/(kg·℃),導(dǎo)熱系數(shù)λ=386W/(m·℃)

解:先假定可以用集總系統(tǒng)法分析紫銅棒的散熱過(guò)程

其中τ=5×60=300s

驗(yàn)算Bi:

4.一蒸汽管道,內(nèi),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(nèi)層為λ2=0.11,厚δ2=5mm的石棉白云石;中間為λ3=0.1,厚δ3=80mm的石棉白云石互狀預(yù)制板;外殼為λ4=0.14,厚δ4=5mm的石棉硅藻土灰泥;鋼管壁的λ1=52,管內(nèi)表面和保溫層外表面的溫度分別為170℃和30

解:已知d1=0.15m,d2=0.159m,d3=0.169m,d4=0.339m

各層每米管長(zhǎng)熱阻分別為:

⑴管壁:

⑵石棉內(nèi)層:

⑶

石棉預(yù)制瓦:

⑷灰泥外殼:

蒸汽管道每米長(zhǎng)散熱量為

5.壓力為1.013bar,20℃空氣以速度V=35m/s掠過(guò)平板,板長(zhǎng)L=70cm,壁面溫度tw=60℃,試求該板的換熱系數(shù)及換熱量(板寬按1m計(jì)算)?已知:40℃空氣物性參數(shù)為:λ=0.0271W/m·℃υ=16.97×

解:按壁面與流體溫度的算術(shù)平均值做為定性溫度確定物性:

查附錄得空氣物性為:λ=0.0271w/m℃υ=16.97×10-6m2/sPr=0.711

則∴為紊流

對(duì)于紊流縱掠平板時(shí),局部摩擦系數(shù)為:

6.20℃的空氣在常壓下以10m/s的速度流過(guò)平板,板面溫度tw=60℃,求距前緣200mm處的速度邊界層和溫度邊界層以及αx,

已知:40℃空氣物性參數(shù)為:λ=0.0271W/m·℃υ=16.97×10-6mρ=1.127kg/m3Cp=1.009×103J/kg·℃

解:邊界層內(nèi)空氣的定性溫度:由題已知40℃空氣物性參數(shù)為:λ=0.0271W/m·℃υ=16.97×10-6m

∴為層流邊界層.

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:ρ=1.127kg/m3Cp=1.009×103J/kg·℃

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(jìn)一塊鋁箔遮熱板,其黑度為0.05,試計(jì)算輻射熱減少的百分率?并畫(huà)出輻射網(wǎng)絡(luò)圖.

解:未加遮熱板時(shí),兩大平板單位面積間的輻射換熱量為:

設(shè)置遮熱板后:

加入遮熱板后的輻射換熱量