2008传热学试卷（2）标准答案
一.填空题：（共20分）[评分标准：每个空格1分]
1．热量由高温流体经固体壁面传给低温流体，这种过程称为传热过程。
2．表征物体导热能力的物理量是导热系数。
3．努谢尔特准则的表达式是λ
hl
Nu =。
式中各符号的意义是h 对流换热系数.
L 特征尺寸.λ导热系数。
4．集总参数法使用的条件是Bi ≤0.1。
5．凝结换热有膜状凝结和珠状凝结两种方式,其中珠状凝结换热效果好。
6．影响核态沸腾的因素主要是壁面过热度和汽化核心数。
7．湿砖的导热系数比水的导热系数大。
8．饱和沸腾曲线有四个换热规律不同的区域,分别指自然对流. 核态沸腾.过渡沸腾和稳定膜态沸腾。
9．定向辐射强度与方向无关的规律，称为兰贝特定律。
10．换热器热计算的两种基本方法是平均温压法和传热单元数法。
二．问答及推导题：（共50分）
1.名词解释：（10分）[评分标准：每小题2分]
①光谱辐射力：单位时间内物体的单位表面积向半球空间所有方向发射出去的某一特定波长的能量。
②温度边界层：把贴壁处温度剧烈变化的薄层称为速度边界层。
③饱和沸腾：流体的主体温度达到了饱和温度，壁面温度大于饱和温度时发生的沸腾称为饱和沸腾。
④肋效率：基温度下的理想散热量
假设整个肋表面处于肋肋壁的实际散热量
=
f η
⑤ 付立叶数：2
l a Fo τ
=
非稳态过程的无量纲时间，表征过程进行的深度。
2.在换热器的传热面上设置肋片的作用是什么，推出肋片的传热微分方程式。
（10分）
答：在h 小的一侧加肋可提高传热系数。
——————（2分） 未加肋时 0
111h h k i ++=
λδ ————（2分）
加肋后 β
ηλδ00111h h k i +
+=
βη0＞＞1——————（2分）
02
22=-θθm dx d 02
2=+λv q dx t d c C s v A hP dx A q θ-=Φ-= ——————（4分）
3.试绘出下面条件下换热器冷热流体随换热面的温度变化曲线。
（10分） ①G 1C 1＞G 2C 2 ②G 1C 1=∞ 答：①
——————（6分）
②
——————（4分）
4.空气横掠单管时，沿管外的局部换热系数是如何变化的？如果对圆管通电， 你估计圆管哪一点的温度最高。
（10分） 答：
——————（2分）
大约在φ＝800时温度最高，
因为此处Nu 最小，对流换热系数h 亦最小。
——————（8分）
5.有一台“液—液换热器”，甲.乙两种介质分别在管内外作强制对流换热，实验测量的传热系数与两种流体流速的变化关系见附图所示。
试分析该换热器的热阻主要在哪一侧？(10分
)
答:在乙侧. ——————（5分）
由串联叠加原理,改变最大热阻的效果最明显. ——————（5分） 三．计算题：（共80分）
1．某热力管道采用两种不同材料组成保温层，两层厚度相等，第二层的算术平均直径两倍于第一层的算术平均直径，而第二层材料的导热系数则为第一层材料导热系数的一半。
如果把两层材料互相调换，其他情况都保持不变，问每米长管道热损失改变了多少？增加还是减少？ （15分）
解：按题意有 2
133
2212222
d d d d d d d +=+=
+
因
δ
δ222312+=+=d d d d 代入上式得δ
δδ
53321===d d d 从而
3
5
,32312==d d d d ————3分 （1） 调换前得状况：)ln ln 21(1
ln 2
21ln
21ln 21ln
212
31212
31
121232121
21d d d d
d d d d d d d d R R R +=
+
=
+=
+=πλλππλπλπλ
2
3121ln ln 21d d d d t R
t q +∆=∆=
πλ ————————6分
(2)调换后得情况 )ln 21(ln
1
ln 21
ln
2
21ln 21
ln
212
3
121
2
311212
31122
2'1''d d d d d d d d d d d d R R R +=
+=
+=
+=πλπλλππλπλ
2
3
121''ln 21ln d d d d t
R
t q +∆=∆=
πλ——————3分
每米长管道热损失变化为：
％7.211783.0135ln 213ln 35ln 3ln 2
11ln 21ln ln ln 212
3
122312'-=-=-++=-++=-d d d d d d d d q
q q ————3分 即导热系数小的在内时，热损失减少了21.7％
2．一换热器中，用初温度t 2’=30℃的石油来冷却重油，使重油从t 1’=180℃冷却到t 1”=120℃。
重油及石油的流量各为m 1=104kg/h 及m 2=1.4×104kg/h 。
重油与石油比热各为c 1=2.18kJ/(kg.K),c 2=1.925kJ/(kg.K)。
求石油的终温t 2”以及顺流和逆流时换热器的换热面积A 。
已知传热系数k=116 W/(m 2.K)。
（20分）
解：(1)由热平衡关系：)()('
2''222'''111t t c q t t c q m m -=-=Φ——————3分 计算出：W t 3633335.78''2＝℃，Φ=——————3分
(2)顺流时：℃44.845
.7812030180ln
)
5.78120()30180(=-----=
∆m t ————————4分
21.37m t k A m
=∆Φ
=
————————3分 (3)逆流时：℃67.95301205.78180ln
)
30120()5.78180(=-----=
∆m t ——————4分
2
7.32m t k A m
=∆Φ
=
————————3分
3．两块面积为1×1m 2,间距为1m 的平行平板,它们之间的角系数X 12=X 21=0.2。
将其放置在一个温度为280K 的大厂房内。
平板背面不参与换热。
如果两表面的黑度和温度分别为ε1=0.3、ε2=0.8；T 1=840K 、T 2=550K 。
试计算每个板的净辐射散热量及厂房壁所得到的辐射热量。
（20分） 解：（1）X 13=1-X 12=1-0.2=0.8=X 23 ——————————————1分
(2)R 1=2.33 R 2=0.25 R 12=5 R 13=1.25 R 23=1.25————2分
(3)由斯蒂芬定律知：E b1=28229.3W/m 2 E b2=5188.4W/m 2 E b3=J 3=28229.3W/m 2 由基尔霍夫定律得出 J 1=9313 W/m 2 J 2=4579 W/m 2 ——————7分
（4）w R J E b 811911
11=-=Φ w R J E b 24382222=-=
Φ w 10557213=Φ+Φ=Φ————————6分
————4分
4.试导出稳态导热下直角坐标中,绝热表面上节点(m,n)的有限差分方程,固体介质的导热系数λ可视为不随温度而变，介质内有均匀的热源，单位容积内热源生成热为q v [w/m 3]。
(10分)
解:02
1
22,,1,,1,1,=∆∆+∆-∆+∆-∆+∆-∆+--v n m n m n m n m n
m n m yq x y t t x y t t x x
t t y
λλ
λ ——6分
令y x ∆=∆
02
1
]42[2,,1,11,=∆+-+++--v n m n m n m n m q x t t t t λ ——————2分
————————2分
5.在一“气—气套管式换热器”中，中心基管的内外表面都设置了肋片，试按下表所列符号导出管内流体与环形夹层中流体之间的以中心基管外侧为基准的传热系数的表达式。
基管的导热系数λ为定值。
(15分)
解：
i
f r i i fi ri t r r F F F F F k 0000000ln 21
)(1)(11πλαηαη++++= ___________10分 ]
ln 21
)(1)(1[1
0000000i
f r i i fi ri t r r F F F F F k πλαηαη++++=
______________5分。