2008传热学试卷（1）标准答案一.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 0296.0xx 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xt AQ ∂∂-=λ。

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 fffNuPr Re023.08.0= 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max q 时△t 猛增，可达到1000℃，易烧毁设备。

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 dxdt bt dxdt q )1(0+-=-=λλ(1) —————（1分）ct b qx ++-=)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 ct 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 t t 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 mw t t q （6）———————（1分）二求t 的分布bb qx bt t t b t t b t x qdtbt dx q dt bt qdx dxdt bt q w w w tt xw 12)1()2()2()1()1()1(021221100001--+=+-+=+-=+-=+-=⎰⎰λλλλλ1.参阅下图，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/(m 2.℃) ，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）A hum λ=u=πd A=πd δ43.314.0001.05030=⨯⨯====H hH d dh H A hu mH λδδλππλ5.152)(=+=-mHmHe 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 f f 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[(mw T T C 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 ZZz fz z z z w z l T T d d TT C d T T C d q ππππεππεεεπεπ——————kT T z z 06.5895.1204)100(4==———————（2分）24/5.6401])10027350(5.1204[67.582.04.0mw 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）)./(931.0219.011.30008.0043.010456.01216.0456.0ln12.0212.0216.0ln 5.46211162.011ln21ln21112323212111k 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 m w t t k q lf w f f l l ———————（9分）解出A=26.27m 2 ———————（1分）传热学（一）1. 在稳态导热中 , 决定物体内温度分布的是 ( )A. 导温系数B. 导热系数C. 传热系数D. 密度 2. 下列哪个准则数反映了流体物性对对流换热的影响 ?( ) A. 雷诺数 B. 雷利数 C. 普朗特数 D. 努谢尔特数 3. 单位面积的导热热阻单位为 ( ) A.B.C.D.4. 绝大多数情况下强制对流时的对流换热系数 ( ) 自然对流。

A. 小于 B. 等于 C. 大于 D. 无法比较5. 对流换热系数为 100 、温度为 20 ℃的空气流经 50 ℃的壁面，其对流换热的热流密度为（ ） A.B.C. D.6. 流体分别在较长的粗管和细管内作强制紊流对流换热，如果流速等条件相同，则（ ） A. 粗管和细管的相同 B. 粗管内的大 C. 细管内的大 D. 无法比较7. 在相同的进出口温度条件下，逆流和顺流的平均温差的关系为（ ） A. 逆流大于顺流 B. 顺流大于逆流 C. 两者相等 D. 无法比较 8. 单位时间内离开单位表面积的总辐射能为该表面的（ ）A. 有效辐射B. 辐射力C. 反射辐射D. 黑度9. （）是在相同温度条件下辐射能力最强的物体。

A. 灰体B. 磨光玻璃C. 涂料D. 黑体10. 削弱辐射换热的有效方法是加遮热板，而遮热板表面的黑度应（）A. 大一点好B. 小一点好C. 大、小都一样D. 无法判断第二部分非选择题•填空题（本大题共 10 小题，每小题 2 分，共 20 分）11. 如果温度场随时间变化，则为。

12. 一般来说，紊流时的对流换热强度要比层流时。

13. 导热微分方程式的主要作用是确定。

14. 当 d 50 时，要考虑入口段对整个管道平均对流换热系数的影响。

15. 一般来说，顺排管束的平均对流换热系数要比叉排时。

16. 膜状凝结时对流换热系数珠状凝结。

17. 普朗克定律揭示了按波长和温度的分布规律。

18. 角系数仅与因素有关。

19. 已知某大平壁的厚度为 15mm ，材料导热系数为 0.15 ，壁面两侧的温度差为 150 ℃，则通过该平壁导热的热流密度为。

20. 已知某流体流过固体壁面时被加热，并且，流体平均温度为 40 ℃，则壁面温度为。

•简答题 ( 本大题共 2 小题 , 每小题 8 分 , 共 16 分 )26. 简述非稳态导热的基本特点。

27. 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？•计算题（本大题共 2 小题，每小题 12 分，共 24 分）28. 一内径为 300mm 、厚为 10mm 的钢管表面包上一层厚为 20mm 的保温材料，钢材料及保温材料的导热系数分别为 48 和 0.1 ，钢管内壁及保温层外壁温度分别为 220 ℃及40 ℃，管长为 10m 。