传热学试卷一.填空题：（共20分）[评分标准：每小题2分]1．导温系数是材料 物体内部温度扯平能力 的指标，大小等于 λ/ρC 。

2．影响强制对流换热的主要因素有 流体的物性，状态，壁面结构。

3．动量传递和热量传递的雷诺比拟的解为5/4Re 0296.0x x Nu =，适用条件是Pr=1。

4．影响膜状凝结传热的主要热阻是液膜层的导热热阻。

5．自膜化现象是对流换热系数与壁面尺寸无关，其发生的条件是流体处于湍流自然对流。

6．同一壳管式换热器，逆流布置时对数平均温压最大，顺流布置时对数平均温压最小。

7．在热辐射分析中，把单色吸收率与波长无关的物体称为灰体。

8．通常，把k m w ./12.0≤λ的材料称为保温材料。

9．有效辐射是单位时间内离开物体单位表面的辐射能，它包括本身辐射和反射辐射两部分。

10．傅立叶定律的数学表达式是xtA Q ∂∂-=λ。

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 辐射力：单位表面积物体在单位时间内向半球空间发射得全部波长的能量. ② 热边界层：在壁面附近温度剧烈变化的薄层.③ 导温系数：ca ρλ= 表示物体内部温度扯平的能力.④ 膜状凝结：凝结液能很好的润湿壁面,在壁面上铺展成膜.液膜的热阻为主要热阻. ⑤ 太阳常数：大气层外缘与太阳射线相垂直的单位表面积所接受的太阳辐射能为1367W/m 22.试介绍三种强化管内湍流换热的措施，并说明措施的传热学原理。

（10分） 答：三种方法（1）流速u 提高，（2）直径d 减小，（3）采用强化的换热面。

—————（6分）原理n f f f Nu Pr Re 023.08.0=或2.08.0du h ∝———————（4分）3.根据大容器饱和沸腾曲线，饱和沸腾曲线可分为几个区段？其中哪个区段 具有温压小，换热强的特点？为什么在沸腾换热时必须严格监视并控制热 通量在临界热通量以内？（10分）答：四个区段， 核态沸腾。

———————（4分） 用DNB 监视的原因（1）DNB 之上q 随△t 变化亦小（2）超过m ax q 时△t 猛增，可达到1000℃，易烧毁设备。

———————（6分）4.辐射换热与导热.对流相比,有哪些特点？ (10分) 答(1)电磁波,能量形式转换.—————（2分）(2)不依靠中间介质,在真空中亦可以进行. —————（2分）(3)在高温时,辐射特别重要,与温度的四次方成正比. —————（2分） (4)热辐射为物体的固有特性. —————（2分）(5)吸收与辐射的总效果为辐射换热. —————（2分）5.平壁的厚度为δ，两表面的温度分别为t w1和t w2，且t w1＞t w2，平壁材料的导热系数是随温度而变化的，关系式为λ=λ0（1+bt ）。

试求热流密度和平壁内的温度分布的表达式。

(10分) 解：一求热流密度由傅立叶定律 dxdtbt dx dt q )1(0+-=-=λλ (1) —————（1分）c t bqx ++-=)21(20λ (2) —————（1分）由边界条件 1,0w t t x == c t b t w w ++-=)2(02110λ (3) ———（1分）2,w t t x ==δ c t b t q w w ++-=)2(2220λδ (4) ——（1分）(4)-(3) ))](2(1[)](2)[(212102221210w w w w w w w w t t tt b q t t b t t q -++=-+-=δλλδ （5）———————（1分）或写成)(21)]2(1[/)(21210221λλλλδλ+=++=-=--w w w w t t b m w t t q （6）———————（1分）二求t 的分布bb qx b t t t b t t b t x qdtbt dx q dtbt qdx dxdtbt q w w w tt x w 12)1()2()2()1()1()1(0212211000001--+=+-+=+-=+-=+-=⎰⎰λλλλλ———————（4分）三：计算题：（共80分）1.参阅下图，一支水银温度计被用来测定压缩空气储罐里的空气温度。

如果 温度计读数为t H =100℃，套管基部温度为t 0=50℃，套管长度为H=140mm ，套管壁厚δ=1mm ，壁的导热系数为λ=50W/(m.℃)，套管外侧压缩空气的对流换热系数为h=30W/(m2.℃) ，试确定测温误差有多大？如果改成不 锈钢制成的套管，不锈钢的导热系数为λ=15W/(m.℃)，测量误差又有多大？ （20分） 〔提示θH =θ0/(chmH)〕解：（1）Ahum λ= u=πd A=πd δ43.314.0001.05030=⨯⨯====H h H d d h H Ahu mH λδδλππλ 5.152)(=+=-mHmH e e mH ch℃4.10315.15501005.1515.155.151)()()(000=--⨯=--=--=-=-t t mH ch t mH ch t t mH ch t t t t H H f ff H ℃4.34.103100-=-=-=∆f H t t t ———————（12分） （2）改用不锈钢，实际气温仍为℃4.103=f t℃2.1032624.1034.103)(262)(26.614.0001.015300=-=--===⨯⨯==mH ch t t t t mH ch H hmH f f H λδ———————（8分）即测量温度误差为△t=-0.2℃2.有一外直径d 1=0.3m ，黑度ε1=0.9 的热管道。

其外表面温度t w =450℃,周围介质的温度t f =50℃。

试求每米管长上的辐射热损失。

如果在热管道周围加一直径d z =0.4m ，黑度εz =0.82的遮热板，此时辐射热损失又是多少？ （20分） 解：（一）无遮热板时24444011/12618])10027350()100273450[(67.59.03.0])100()100[(m w T TC d q f w l =+-+⨯⨯⨯⨯=-=πεπ———————（6分）（二）有遮热板时（1）先求出遮热板的温度])10027350()100[(67.582.04.0])100()100273450[(67.5784.03.0784.0)182.01(4.03.09.011)11(11])100()100[(])100()100[(444411144044011+-⨯⨯⨯⨯=-+⨯⨯⨯⨯=-+=-+=-=-=z z ZZ z f z z z z w z l T T d d T T C d T T C d q ππππεππεεεπεπ———————（8分）kT T z z 06.5895.1204)100(4==———————（2分） 24/5.6401])10027350(5.1204[67.582.04.0m w q l =+-⨯⨯⨯⨯=π———（4分）3.一蒸汽管道内径为200mm ，管壁厚为8mm ，管外包有120mm 厚的热绝缘层，其导热系数λ2=0.12W/(m.℃)，管壁导热系数λ1=46.5W/(m.℃)，蒸汽温度为t f1=300℃，周围空气温度为t f2=25℃，管内外两侧流体与壁面间的对流换热系数分别为α1=116W/(m 2.℃)，α2=10W/(m 2.℃)，求单位管长的传热系数、传热量q l 及绝缘层外表面温度。

（20分） 解：m d m d m d 456.012.02216.0,216.0,2.0321=⨯+===———————（1分）)./(931.0219.011.30008.0043.010456.01216.0456.0ln 12.0212.0216.0ln 5.46211162.011ln 21ln 21112323212111k m w h d d d d d h d k l =+++=⨯+⨯+⨯+⨯=+++=ππππλπλπ————（10分）℃9.4210456.01256251/256)25300(931.0)(23221=⨯⨯⨯+=+==-⨯=-=ππh d q t t mw t t k q lf w f f l l ———————（9分） 4.温度为17℃，流量为 1.14kg/s 的水通过换热器对油进行冷却。

油的比热为 c 1=1.88kJ/(kg.℃)，进口温度为117℃，出口温度为27℃，最后出口水温 达到60℃，已知总的传热系数为285W/(m 2.℃)，试分别用ε-NTU 法和对 数平均温压法求单流程逆流换热器所需的面积。

（20分）〔提示水的比热为4.187 kJ/(kg.℃)，C=(Gc)min /(Gc)max 〕 解：（一）用ε-NTU 计算： 进出口油温 ℃℃，“1171171'1==t t进出口水温 ℃℃，“60172'2==t tkw t t c m Q 205)1760(187.414.1)('2"222=-⨯⨯=-＝———————（4分） 9.0100901711727117215.028.2285.0)()(,/28.227117205/77.4187.414.1'2'1"1'1min min 111122"1'11122==--=--=====〉=-=-==⨯=t t t t AAmc KA NTU mc c m c m c m kw t t Q c m kw c m ε℃℃———————（4分）由知()[]()[]C NTU C C NTU ------=1ex p 11ex p 1ε()[]()[]C NTU C C NTU ------=1ex p 11ex p 1ε[][]A A A A 06525.0exp 478.01522.0215.0exp 177.428.21215.0exp 77.428.2177.428.21215.0exp 19.0--⨯--=⎥⎦⎤⎢⎣⎡⎪⎭⎫ ⎝⎛---⎥⎦⎤⎢⎣⎡⎪⎭⎫ ⎝⎛---=———————（4分） 解出A=26.27m 2 ———————（1分） (二)用平均温压法'2"1min "2'1max t t t t t t -=∆-=∆ ℃27172760117ln )1727()60117(lnminmax min max =-----=∆∆∆-∆=∆t t t t t m ———————（7分）26.2627285.0205m t K Q A m =⨯=∆=传热学（一）第一部分 选择题• 单项选择题（本大题共 10 小题，每小题 2 分，共 20 分）在每小题列出的四个选项中只有一个选项是符合题目要求的，请将正确选项前的字母填在题后的括号内。