1.试用简练的语言说明导热、对流换热及辐射换热三种传递方式之间的联系与区别？答：导热、对流换热及辐射换热是热量传递的三种方式。

导热主要依靠微观粒子运动而传递热量；对流换热是流体与固体壁面之间的换热，依靠流体对流和导热的联合作用而产生热量传递；辐射换热是通过电磁波传播能量，是物体之间辐射和吸收的综合效果。

一个传热现象往往是几种传热方式同时作用。

2、试举5个隔热保温的措施，并用传热学理论阐明其原理?答：⑴在热力管道上敷设保温材料，以增加传热热阻，减少管道损失；⑵保温材料外敷设防水材料，以避免受潮而降低保温效果‘⑶保温层外采用发射率低材料，以降低辐射散热量；⑷对于管道保温，将导热系数小的材料包在内层，以增加保温层热阻；⑸采用遮热板，增加系统辐射热阻，以减少高温物体的辐射散热。

3、采用温度计套管测量气体温度时，辐射和导热会引起测温误差，请提出提高测温精度的措施？答：⑴采用导热系数较小的材料作套管，尽量增加套管高度，减少套管的壁厚，从而降低套管顶端与根部间的导热量；⑵强化套管与流体间的换热，从而降低套管顶端与气体的温差；⑶在气体测量段或气体容器外部进行保温处理和减少套管表面黑度，从而降低套管与气体容器壁面的辐射换热量；⑷降低温度计探头与套管内壁的接触热阻，从采用导热油、水银、导热硅胶等。

4、试比较竖壁上自然对流与膜状凝结的异同？答：⑴都是竖壁表面与流体的换热，自然对流主要作用力是浮升力和粘性力，膜状凝结主要作用力是重力和粘性力；⑵都存在层流和湍流两种状态，其中自然对流是气体的流动状态，膜状凝结指的是液膜中凝结液的流动状态。

5、简述非稳态导热的基本特点？答：⑴随着导热过程的进行 , 导热体内温度不断变化, 好象温度会从物体的一部分逐渐向另一部分转播一样 , 习惯上称为导温现象。

这在稳态导热中是不存在的。

⑵非稳态导热过程中导热体自身参与吸热（或放热），即导热体有储热现象，所以即使对通过平壁的非稳态导热来说，在与热流方向相垂直的不同截面上的热流量也是处处不等的，而在一维稳态导热中通过各层的热流量是相等的。

⑶非稳态导热过程中的温度梯度及两侧壁温差远大于稳态导热。

6、什么是临界热绝缘直径？平壁外和圆管外敷设保温材料是否一定能起到保温的作用，为什么？答：⑴对应于总热阻为极小值时的隔热层外径称为临界热绝缘直径。

⑵平壁外敷设保温材料一定能起到保温的作用，因为增加了一项导热热阻，从而增大了总热阻，达到削弱传热的目的。

⑶圆筒壁外敷设保温材料不一定能起到保温的作用，虽然增加了一项热阻，但外壁的换热热阻随之减小，所以总热阻有可能减小，也有可能增大。

7、不凝结气体含量如何影响了蒸汽凝结时的对流换热系数值？其影响程度如何？凝汽器如何解决这个问题？答：⑴因在工业凝汽器设备的凝结温度下，蒸汽中所含有的空气等气体是不会凝结的，故称这些气体成分为不凝结气体。

当蒸汽凝结时，不凝结气体聚积在液膜附近，形成不凝结气体层，远处的蒸汽在抵达液膜表面进行凝结前，必须以扩散方式穿过这个气体层，这就使凝结换热过程增加了一个热阻，即汽相热阻，所以对流换热系数降低。

⑵ 在一般冷凝温差下，当不凝结气体含量为 1% 时，换热系数将只达纯净蒸汽的40% 左右，后果是很严重的。

⑶ 这是凝汽器必须装设抽气器的主要原因之一。

8、气体辐射有哪些特点？答：⑴ 气体的辐射（和吸收）对波长有强烈的选择性，即它只能辐射和吸收某些波长范围内的能量。

⑵ 气体的辐射（和吸收）是在整个容积中进行的。

固体和液体不能穿透热射线，所以它们的辐射（和吸收）只在表面进行。

9、为什么高温过热器一般采用顺流式和逆流式混合布置的方式？答：⑴ 因为在一定的进出口温度条件下，逆流的平均温差最大，顺流的平均温差最小，即采用逆流方式有利于设备的经济运行。

⑵ 但逆流式换热器也有缺点，其热流体和冷流体的最高温度集中在换热器的同一端，使得该处的壁温较高，即这一端金属材料要承受的温度高于顺流型换热器，不利于设备的安全运行。

⑶ 所以高温过热器一般采用顺流式和逆流式混合布置的方式，即在烟温较高区域采用顺流布置，在烟温较低区域采用逆流布置。

10、为强化传热，可采用那些措施？答：⑴ 增大传热温差：提高热源温度，降低冷源温度，尽量接近逆流流程。

⑵ 减少传热热阻：选择合适的材料及传热壁厚，以降低导热热阻；减少污垢（流程设计、清洗、吹灰）热阻；提高流速，采用短管、小管径、螺旋管等以降低对流换热热阻；在传热表面肋化，以扩展传热面；应用热管换热器；增加表面黑度和辐射角系数以降低辐射换热热阻。

11、在用热电偶测定气流的非稳态温度场时，怎样才能改善热电偶的温度响应特性？ 答：要改善使热电偶的温度响应特性，即最大限度降低热电偶的时间常数hAcV c ρτ=，形状上要降低体面比，采用热容较小的材料，并提高接点与所测介质间的表面传热系数。

12、分别写出Re 、Nu 、Gr 各准则的表达式，并说明各物理含义。

答：νul =Re 它是表征流体流动强度的准则或表征惯性力与粘性力之比的准则； λhl Nu = 它是表征对流换热强度的准则； 23ναtl g Gr ∆= 它是表征浮升力与粘性力的相对大小。

13、凝结换热有哪两种形式？哪种表面传热系数大些？为什么？答：珠状凝结和膜状凝结；珠状凝结的表面传热系数大；因为珠状凝结中蒸汽与壁面直接接触，而膜状凝结时蒸气要通过凝结液膜与壁面传热，所以珠状凝结比膜状凝结的表面系数大。

14、导热系数和热扩散系数各自从什么公式产生？他们各自反映了物质的什么特性？并指出它们的差异？答：导热系数是从傅立叶定律定义出来的一个物理量，它反映了物质的导热性能；热扩散系数是从导热微分方程式出来的一个物理量，它反映了物质的热扩散性能，也就是热流在物体内的渗透的快慢程度。

两者的差异在于前者是导热过程的静态特征量，而后者则是导热过程的动态特性量，因而热扩散系数反映的是非稳态导热过程的特征。

15、什么是管内对流换热过程的入口段效应，并解释其产生的原因。

答：在管内对流换热过程的入口段，边界层刚开始形成并发展，因此，热边界层较薄，局部表面对流传热系数较高，此效应称为入口段效应，当壁面边界层在管中心合体后，局部表面对流传热系数不再变化，流动进入充分发展区。

16、观察大容器内水在1个大气压下的饱和沸腾曲线，请说明为什么在核态沸腾区和稳定膜态沸腾区内壁面热流密度q 都会随t ∆的增加而增大。

答：在核态沸腾区，换热的基本特征是有汽泡的产生和长大，因此，壁面热流密度的大小主要取决于汽化核心数和汽泡的长大速度，随着t ∆的增加，汽化核心数增多，汽泡长大速度加快，故壁面热流密度q 增大；在稳定膜态沸腾区，水和璧面被一层稳定的汽膜分隔开，换热主要为辐射换热，因此，随着t ∆的增加，壁面热流密度迅速q 增大。

17、试用简明的语言说明强化单相强制对流换热、核态沸腾及膜状凝结的基本思想？答：无相变强制对流换热的强化思路是努力减薄边界层，强化流体的扰动与混合；核态沸腾换热的强化关键在于增加汽化核心数；膜状凝结换热强化措施是使液膜减薄和顺利排出凝结液。

18、对流换热微分方程式 0=∂∂∆-=y y t t h λ和导热问题的第三类边界条件)(0f w y t t h y t-=∂∂-=λ有何不同？答：⑴ 对流换热微分方程式中h 是未知量，而第三类边界条件中h 是已知量；⑵ 对流换热微分方程式中λ是流体导热系数，而第三类边界条件中λ是固体导热系数；⑶ 对流换热微分方程式中h 为局部表面传热系数，而第三类边界条件中h一般是指平均表面传热系数。

19、什么是黑体和灰体？试比较两者的异同，并说明在辐射换热中引入灰体概念有什么意义？答：⑴ 黑体是指吸收率与波长无关并恒等于1的物体（α＝1）；灰体是指吸收率与波长无关的物体的总称（α＝常数）。

⑵ 黑体和灰体都是指物体的辐射特性，而不是指黑颜色或灰颜色的物体；黑体是相同温度条件下辐射能力和吸收能力最强的物体，是一种理想物体；而灰体也是一种理想的辐射体和吸收体；适用于黑体的一些辐射定律都适用于灰体。

两者的差别在于黑体：α＝ε＝1；灰体：α＝ε（同温度下）<1。

⑶ 灰体概念的提出使基尔霍夫定律无条件成立，α＝ε＝常数，与波长、温度无关，使吸收率的确定及辐射换热计算大为简化，因此具有重要的作用。

20、解释为什么在增强油冷器的传热时，采用提高冷却水流速的方法，效果并不显著？答：由于油粘度大，对流换热系数小，而水侧对流换热系数较大，所以油冷器中，水侧热阻并不是整个传热过程的主要热阻。

所以采用提高冷却水流速的方法不能显著增强传热。

二、计算题1、有一边长为m 1的正方形空腔，其顶面温度为K T 5001=，表面黑度8.01=ε，其底面温度为K T 3002=，表面黑度6.02=ε，而其四周表面均绝热。

已知顶面辐射出的能量有40%落到底面上，求顶面的净辐射换热量。

解：这是由三个表面组成封闭系的辐射换热问题。

其中表面1为顶面，表 面2为底面，表面3为重辐射面。

辐射网络图如下：由题意知：4.02,1=X ，232214,1m A m A A ===则6.04.013,1=-=X ，根据对称性，6.03,2=X235.243.167.025.0-*=++=m R248411/75.35435001067.5m W T E b =⨯⨯==-δ248422/27.4593001067.5m W T E b =⨯⨯==-δ3所以2、一套管式换热器，饱和蒸汽在内管中凝结，使内管外壁温度保持在100℃。

初温为25℃，质量流量为s kg /8.0的水从套管换热器的环形空间中流过，换热 器外壳绝热良好。

环形夹层内管外径为mm 40，外管内径为mm 60，试确定把 水加热到55℃时所需要的套管长度及管子出口截面处的热流密度。

不考虑温 差修正。

解：本题为水在环形通道内强制对流换热问题，要确定的是管子长度，因而可先假定管长满足充分发展的要求，然后再校核。

由定性温度 40)5525(21)(21=+⨯=''+'=f f m t t t ℃，查水的物性参数 ()K m W ⋅=/635.0λ，s Pa ⋅⨯=-6103.653η)/(4174K kg J c p ⋅=，31.4Pr =当量直径 m mm d d d e 02.020406012==-=-=4612104.15599)04.006.0(14.3103.6538.04)(4Re >=⨯⨯⨯⨯===-＋＋d d q ud m e ηπηρ属旺盛湍流，考虑到水被加热，取公式4.08.0Pr Re 023.0=Nu3.93)31.4()4.15599(023.04.08.0=⨯⨯=假设换热达充分发展 1=l c)/(3.296202.0635.03.932K m W d Nu h e ⋅=⨯==λ 换热量W t t c q f f p m 100176)2555(41748.0)(=-⨯⨯='-''=Φ而 )()(m w m w t t dl h t t hA -=-=Φπ所以m t t d h l m w 49.4)40100(04.014.33.2962100176)(=-⨯⨯⨯=-Φ=π605.22402.049.4>>==e d l 故换热已充分发展，不考虑管长修正。