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传热学试题答案
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
,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
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
。
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:
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/m2
2.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
或
———————(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
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tw1和tw2,且tw1>tw2,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
(1)—————(1分)
(2)—————(1分)
由边界条件
(3)———(1分)
(4)——(1分)
(4)-(3)
(5)———————(1分)
或写成
(6)———————(1分)
二求t的分布
———————(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tH=100℃,套管基部温度为t0=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)
u=πdA=πdδ
———————(12分)
(2)改用不锈钢,实际气温仍为
———————(8分)
即测量温度误差为△t=-0.2℃
2.有一外直径d1=0.3m,黑度ε1=0.9的热管道。
其外表面温度tw=450℃,周围介质的温度tf=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dz=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
———————(6分)
(二)有遮热板时
(1)先求出遮热板的温度
———————(8分)
———————(2分)
———(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tf1=300℃,周围空气温度为tf2=25℃,管内外两侧流体与壁面间的对流换热系数分别为α1=116W/(m2.℃),α2=10W/(m2.℃),求单位管长的传热系数、传热量ql及绝缘层外表面温度。
(20分)
解:
———————(1分)
————(10分)
———————(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c1=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/(m2.℃),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4.187kJ/(kg.℃),C=(Gc)min/(Gc)max〕
解:
(一)用ε-NTU计算:
进出口油温
进出口水温
———————(4分)
———————(4分)
由
知
———————(4分)
解出A=26.27m2———————(1分)
(二)用平均温压法
———————(7分)
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。
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
d50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。
• 名词解释(本大题共5小题,每小题4分,共20分)
21.导热基本定律
22.非稳态导热
23.凝结换热
24.黑度
25.有效辐射
• 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。
试求该管壁的散热量。
29.一内径为75mm、壁厚2.5mm的热水管,管壁材料的导热系数为60
,管内热水温度为90℃,管外空气温度为20℃。
管内外的换热系数分别为
和
。
试求该热水管单位长度的散热量。
传热学
(一)参考答案
• 单项选择题(本大题共10小题,每小题2分,共20分)
1.B2.C3.B4.C5.D
6.C7.A8.A9.D10.B
• 填空题(本大题共10小题,每小题2分,共20分)
11.非稳态温度场12.强
13.导热体内的温度分布(仅答“温度分布”或“温度场”、“导热体内的温度场”也可)
14.小于或“〈”15小或“低”
16.小于17.黑体单色辐射力或“
”
18.几何19.1500W/m2
20.80℃
• 名词解释(本大题共5小题,每小题4分,共20分)
21.导热基本定律:
当导热体中进行纯导热时,通过导热面的热流密度,其值与该处温度梯度的绝对值成正比,而方向与温度梯度相反。
22.发生在非稳态温度场内的导热过程称为非稳态导热。
或:
物体中的温度分布随时间而变化的导热称为非稳态导热。
23.蒸汽同低于其饱和温度的冷壁面接触时,蒸汽就会在壁面上发生凝结过程成为流液体。
24.物体的辐射力与同温度下黑体辐射力之比。
25.单位时间内离开单位表面积的总辐射能。
• 简答题(本大题共2小题,每小题8分,共16分)
26.
(1)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。
(2)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。
(3)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。
27.
(1)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。
(2)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。
(3)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。
• 计算题(本大题共2小题,每小题12分,共24分)
28.解:
已知d1=300mmd2=300+2×10=320mmd3=320+2×20=360mm
m
tw1=220℃tw2=40℃
=9591.226W
29.解:
已知d1=75mm=0.075md2=75+2×2.5=80mm=0.08m
tf1=90℃tf2 =20℃
=572.2W/m
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