传热学试题.docx

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传热学试题

1、热传导

答：

由于物体中的微观粒子的无规则热运动引起的。

1、一双层玻璃窗，宽1.1m，高1.2m，厚3mm，导热系数为1.05W/（m.k）；中间空气层厚5mm，设空气隙仅起导热作用，导热系数为0.026W/（m.k）。

室内空气温度为25℃，表面传热系数为20W/（m2.k）；室外空气温度为-10℃，表面传热系数为15W/（m2.k）。

试计算通过双层玻璃窗的散热量。

解：

双层玻璃窗的情形，由传热过程计算式：

2、换热器中热流体由300℃冷却至150℃，而冷流体由50℃被加热至100℃。

该换热器的总换热量为2.25x105W，已知传热系数k=75W/（m2.k），试计算①逆流时的对数平均温差，②加热器所需的面积？

解：

①

℃

℃

℃

②                

3、用热电偶测量管道中气体的温度，热电偶的初始温度为20℃，与气体的表面传热系数为10W/（m2.k）。

热电偶近似为球形，直径为0.2mm。

试计算插入10s后，热电偶的过余温度为初始温度的百分之几？

要使温度计过余温度不大于初始过余温度的1%，至少需要多少时间？

解：

先判断本题能否利用集总参数法：

可用集总参数法。

时间常数

则10s的相对过余温度

热电偶过余温度不大于初始温度1%所需的时间，由题意

解得

4、两个相距300mm、半径为300mm的平行放置的圆盘。

相对两表面的温度分别为t1=500℃及t2=227℃，发射率分别为

及

，两表面间的辐射角系数X1,2=0.38.圆盘的另两个表面不参与换热。

当将此两圆盘置于一壁温为t3=27℃的一个大房间内，试计算每个圆盘的净辐射换热量。

一、名词解释

导温系数

1.对流换热

2.发射率

3.角系数

4.肋效率

二、简答题

1、试用传热学术语说明导热问题常见的三类边界条件。

2、写出两个同类现象相似的条件。

4、写出毕渥数与努塞尔数的定义式，并说明它们的物理意义，比较两者不同之处。

5、用一支插入装油的铁套管中的玻璃水银温度计来测量储气筒里的空气温度，请分析如何减小测试误差。

8、速度边界层的概念及如何定义边界层厚度。

9、何为遮热板，试写出一个应用遮热板的例子。

10、试分析室内暖气片的散热过程，各环节有哪些热量传递方式？

（以暖气片管内走热水为例）。

四、综合题

有一架空蒸汽管道，管道内径为φ=300mm，管壁厚度5mm，其导热系数为36W/（m·K）。

外包有λb=0.04W/（m·K）的保温材料，厚度为40mm，管道内流有130℃的干饱和蒸汽，流速为41m/s；外有空气以2m/s横掠管道，温度为10℃。

求：

1、管内对流表面传热系数。

2、管外对流表面传热系数。

3、每m蒸汽管道的总热阻及表面传热系数。

4、每小时每米蒸汽管道的散热量。

备注：

∙管内流动的对流换热实验关联式    

∙管外横掠的对流换热实验关联式    

∙管外自然对流换热实验关联式      

以上三式定性温度均取流体已知温度。

∙空气的热物性：

℃

ρ（kg/m3）

Cp（kJ/k℃）

W/m℃

（kg/m·s）

Pr

10℃

1.247

1.005

2.51

14.16

0.705

干饱和蒸汽热物性

℃

ρ（kg/m3）

Cp（kJ/k℃）

W/m℃

（kg/m·s）

Pr

130

1.495

2.176

2.76

8.80

1.04

（1）定性条件已知，由题意知

∙定性条件已知，由题意知

3）1m长管道的热阻

总的传热阻共有四部分组成:

管道内流体与管道内壁的对流换热热阻,管道内壁到外壁间的导热热阻,管道外壁与保温层外层的导热热阻和和空气对流换热的热阻.

每m长管道的总的表面传热系数

4）散热量

每m长管道的总的表面传热系数

4）散热量

2、写出毕渥数与努塞尔数的定义式，并说明它们的物理意义，比较两者不同之处。

答：

，固体内部导热热阻与其界面上换热热阻之比；

，壁面上流体的无量纲温度梯度；

两者不同之处在于：

里面的

为固体导热系数，

里面的

为流体导热系数。

3、根据下列条件，写出导热微分方程？

直角坐标系，二维，非稳态，无内热源，常物性。

答：

4、分析置于室外大气中的架空输送原油的保温管道有哪些传热环节（油温大于空气温度）

答：

管内油水混合物与管内壁的对流换热，管内壁向管外壁的导热，保温层内壁向保温层外壁的导热，保温层外壁与外界的对流换热及辐射换热。

5、5、夏季维持20℃的室内工作，穿单衣感到舒适，而冬季在保持22℃的室内工作时却必须穿绒衣感到舒服，试从传热的观点分析原因。

答：

冬夏季室外温度不同，夏季室内比室外气温高，热量由室外传向室内；冬季相反，热量由室内传向室外；所以，冬夏季内表面温度不同，夏季高冬季低。

人体通过辐射与墙壁的散热冬季比夏季高很多。

一、名词解释

1、

，式中

式物体的导热系数，

和

分别为物体的密度和定压比热容。

是材料传播温度变化能力大小的指标。

2、对流指由于流体的宏观运动，从而流体各部分之间发生相对位移、冷热流体相互掺混所引起的热量传递过程。

3、实际物体的辐射力与同温度下黑体辐射力的比值称为实际物体的发射率。

4、表面1发出的辐射能中落到表面2上的百分数称为表面1对表面2的角系数。

5、肋效率

=

4、试分析室内暖气片的散热过程，各环节有哪些热量传递方式？

（以暖气片管内走热水为例）

热水

管子内壁

管子外壁

室内环境

5、根据下列条件，写出导热微分方程？

其条件为：

直角坐标系、二维、非稳态、无内热源、常物性。

6、写出毕渥数与努塞尔数的定义式，并说明它们的物理意义，比较两者不同之处。

答：

，固体内部导热热阻与界面上换热热阻之比；

，壁面上流体的无量纲温度梯度；

两者不同之处在于：

里面的

为固体导热系数，

里面的

为流体导热系数。

7、试用数学语言及传热学语言说明导热问题三种类型的边界条件。

答：

第一类：

已知壁温；

第二类：

已知边界上的热流密度值。

第三类：

已知h及

。

8、简述集总参数法的定义及应用范围。

答：

内部导热热阻远小于表面对流热阻；导热系数很大，或表面传热系数很小，或尺寸很小。

9、写出对于漫灰表面的基尔霍夫表达式？

10、简述温度边界层的概念及如何定义边界层厚度。

固体表面附近流体温度发生剧烈变化的薄层称为温度边界层，通常规定达到主流温度的99%处的距离定义为边界层厚度。

1、有一房间墙壁厚为0.4m,面积为12m2,导热系数为0.7W/m·K,其内外表面的对流换热系数分别为6W/m2·K和40W/m2·K,房间内空气温度为20℃,室外空气温度为5℃,忽略辐射换热量,求房间通过该墙壁的散热量。

解：

2、将初始温度为400℃，质量为40g的铝球突然抛入15℃的空气中。

已知对流换热表面传热系数h=40W/m2·K，铝的物性参数为ρ=2700kg/m3，c=0.9kJ/kg·K，λ=240W/m·K。

试用集总参数法确定该铝球由400℃降至100℃所需的时间。

（忽略辐射换热）

解：

可以用集总参数法来求解：

二、简答题

1、a）第一类边界条件：

规定了边界上的温度值。

  b）第二类边界条件：

规定了边界上的热流密度值。

  c）第三类边界条件：

规定了边界上物体与周围流体间的表面传热系数及周围流体的温度。

2、同名已定特征数相等；单值性条件相似。

4、

，固体内部导热热阻与其界面上换热热阻之比；

，壁面上流体的无量纲温度梯度；

两者不同之处在于：

里面的

为固体导热系数，

里面的

为流体导热系数。

5、

（1）选用导热系数更小的材料作套管；

（2）尽量增加套管高度，并减小壁；（3）强化套管与流体间的换热；（4）在储气筒外包以保温材料。

8、这种在固体表面附近流体速度发生剧烈变化的薄层称为速度边界层（或流动边界层）

通常规定达到主流速度的99%处的距离定义为边界层厚度，

9、遮热板是指插入两个辐射换热表面之间以消弱辐射换热的薄板。

例子：

10、有以下换热环节及传热方式：

由热水到暖气片管道内壁，热传递方式是对流换热（强制对流）；

由暖气片管道内壁至外壁，热传递方式为导热；

           由暖气片外壁至室内环境和空气，热传递方式有辐射换热和对流换热。

四、综合题

一、名词解释

1.热流密度

2.对流换热温度边界层

3.自然对流

4.定向辐射强度

5.灰体

6.发射率

7.热辐射

8.对数平均温差

二、简答题

1、热量传递的三种基本方式。

2、什么是黑体、镜体、绝对透明体。

3、根据下列条件，写出导热微分方程？

直角坐标系，二维，非稳态，无内热源，常物性。

4、普朗特数的定义式及物理意义。

5、试分别用数学语言及传热学术语说明导热问题三种类型的边界条件。

7、室内安装的暖气设施，试说明从热水至室内空气的传热过程中，包含那些传热环节。

8、什么是辐射角系数，它有哪些特性。

10、如何削弱两物体表面间的辐射换热。

三、计算题

2、一直径为4cm的小铜球，初始温度为500℃，突然放置于10℃的空气中，假设铜球表面与周围环境的的对流换热系数为30W/（m2·K），试计算钢铜球冷却到200℃所需要的时间。

已知铜球的比热Cp=0.377kJ/（kg·K），ρ=8440kg/m3，λ=109W/（m·K）。

3、减少热损失和保证安全工作条件，在外直径为133mm的蒸汽管道外侧覆盖保温层。

蒸汽管外壁温度为400℃，按电厂操作规定，保温材料外侧温度不得超过50℃。

如果采用导热系数为0.0887W/（m2·K）的水泥珍珠岩制品做保温材料，并把每米管道的热损失Q/L控制在465W/m以下，保温层厚度应为多少毫米？

一、名词解释

单位时间内通过单位面积的热流量称为热流密度

1.固体表面附近流体温度发生剧烈变化的一薄层，称为温度边界层。

（或过余温度为来流温度的99%处为温度边界层厚度的外边界）

2.由于流体内部的密度差所引起的流动。

3.单位时间、单位可见辐射面积、单位立体角内的辐射能量称为定向辐射强度。

4.在辐射分析中，把光谱吸收比与波长无关的物体称为灰体，对于灰体=常数。

5.实际物体的辐射力与同温度下黑体的辐射力的比值称为实际物体的发射率。

6.由于热的原因而产生的电磁波辐射称为热辐射

7.对数平均温差：

二、简答题1、热量传递的三种基本方式。

导热、热对流、热辐射

2、我们把吸收比

的物体叫绝对黑体，简称黑体；把反射比

的物体叫镜体；

把穿透比

的物体叫透明体。

3、根据下列条件，写出导热微分方程？

直角坐标系，二维，非稳态，无内热源，常物性。

4、毕渥数的定义式：

。

物理意义为固体内部导热热阻与其界面上换热热阻之比

5、第一类边界条件：

规定了边界上的温度值。

时，

第二类边界条件：

规定了边界上的热流密度值。

时，

第三类边界条件：

规定了边界上物体与周围流体间的表面传热系数h及周围流体的温度

。

7、热水

管子内壁

管子外壁

室内环境

8、我们把表面1发出的辐射能中落到表面2上的百分数称为表面1对表面2的角系数。

角系数有

（1）相对性

（2）完整性（3）可加性。

10、

（1）采用减少表面发射率

（2）两辐射表面之间安插遮热板.

2、导温系数

答：

，式中

式物体的导热系数，

和

分别为物体的密度和定压比热容。

是材料传播温度变化能力大小的指标。

3、对流换热温度边界层

固体表面附近流体速度发生剧烈变化的一薄层，称为速度边界层。

（流体速度为来流温度的99%处为速度边界层厚度的外边界）

1、热扩散率

答：

，式中

式物体的导热系数，

和

分别为物体的密度和定压比热容。

是材料传播温度变化能力大小的指标

2、对流换热

对流指由于流体的宏观运动，从而流体各部分之间发生相对位移、冷热流体相互掺混所引起的热量传递过程。

3、为研究一换热设备的换热情况,采用一个缩小成原设备1/10的模型来研究,已知原设备空气流速为1m/s,热条件不变,模型中流体仍是空气,求模型中空气流速是多少才能保证模型与原设备的换热现象相似。

解：

两现象相似，则同名已定准则数相等。

因温度条件都没变，且流体都是空气，则Pr数肯定相等。

由Re相等得:

又

所以

4、两个相距1m、直径为2m的平行放置的圆盘。

相对两表面的温度分别为t1=500℃及t2=200℃，发射率分别为

及

，两表面间的辐射角系数X1,2=0.38.圆盘的另两个表面不参与换热。

当将此两圆盘置于一壁温为t3=20℃的一个大房间内，试计算每个圆盘的净辐射换热量。

5、有一水平管道直径为200mm，分别包有

=0.04W/m·K，和

=0.05W/m·K的保温材料，厚度分别为20mm和30mm，管内流有50℃的空气，流速为10m/s，管外大气温度为10℃。

（管道厚度很薄，可以忽略不计）

求：

a.管内的对流换热表面传热系数。

b.管外的对流换热表面传热系数。

备注：

a.管内流动的对流换热实验关联式:

b.管外横掠的对流换热实验关联式:

c.管外自然对流换热实验关联式:

（1）管内的对流换热系数。

解：

管内流动的准则关联式

（1分）

（1分）

（5分）

2.管外的对流换热系数。

解：

管外自然对流准则关联式 

，（1分）

（1分）

3.每米管道的传热热阻和传热系数。

解：

4.每小时每米管道散热量。

三、计算题

2、解：

首先检验是否可用集总参数法：

=

=0.00183<0.0067

可以用集总参数法。

因

＝14.14*10

s

又;

解得：

＝670s=0.186h

3、解：

每米长的热量

解得：

d2＝202.3mm

则保温层厚度为（202.3-87）/2＝34.6mm

管长：

一、简答题

1、根据下列条件，写出导热微分方程？

直角坐标系，一维，非稳态，无内热源，常物性。

2、热量传递的三种基本方式是什么?

3、绝热边界是第几类边界条件？

5、判断两对流换热的相似条件是什么?

6、说明漫灰表面的吸收及辐射特性。

二、计算下列各题

3、将初始温度为400℃，重量为40g的铝球突然抛入15℃的空气中。

已知对流换热表面传热系数h=40W/m2·K，铝的物性参数为ρ=2700kg/m3，c=0.9kJ/kg·K，λ=240W/m·K。

试用集总参数法确定该铝球由400℃降至100℃所需的时间。

（忽略辐射换热）

3、角系数

表面1发出的辐射能中落到表面2上的百分数称为表面1对表面2的角系数。

4、定向辐射力

半球空间某给定方向的辐射力。

或（在单位时间内，某给定方向上，物体发射在每单位面积，半球空间所发射的全波长的能量

5、有效辐射

单位时间离开单位表面积的总辐射能量，包括本身辐射和反射辐射两部分。

4、重辐射面

绝热表面的有效辐射等于同温下黑体的辐射力。

5、定向辐射强度

单位时间，某给定辐射方向，物体与发射方向垂直方向单位投影面积，单位立体角内所发射全波长的能量。

1、试用传热学术语说明导热问题常见的三类边界条件。

a）第一类边界条件：

规定了边界上的温度值。

b）第二类边界条件：

规定了边界上的热流密度值。

c）第三类边界条件：

规定了边界上物体与周围流体间的表面传热系数及周围流体的温度。

一、简答题

1．

2．导热、对流、热辐射

3．第二类边界条件

5．同类现象，同名已定准则相等，单值性条件相似。

6．ε不随θ变化、α不随λ变化，且ε=α。

二、计算题

3、解：

可以用集总参数法来求解：

1、导热问题常见的三类边界条件（文字叙述或用数学式表达）。

2、用一支插入装油的铁套管中的玻璃水银温度计来测量储气筒里的空气温度，请分析如何减小测试误差。

4、写出两个同类现象相似的条件。

5、简述角系数的定义及性质

6、实际物体发射率的定义

2、热电偶的热接点近似认为是直径0.5

的球形，热电偶材料的

，

，

。

热电偶初始温度为25℃，突然将其放入120℃的气流中，热电偶表面与气流间对流换热的表面传热系数

，试求①热电偶的过余温度达到初始过余温度的1℅时所需的时间为多少？

②这时热电偶的指示温度为多少？

1、导热问题常见的三类边界条件（文字叙述或用数学式表达）。

答：

第一类边界条件,已知任何时刻物体边界面的温度值；

稳态，

常量；非稳态，

第二类边界条件，规定了边界上的热流密度值；

稳态，

常量；非稳态，

第三类边界条件，规定了边界上物体与周围流体间的表面传热系数

及周围流体温度

。

稳态，

和

为常数；非稳态，

和

可为时间的函数。

2、用一支插入装油的铁套管中的玻璃水银温度计来测量储气筒里的空气温度，请分析如何减小测试误差。

答：

通过肋壁计算式可知减小测试误差即减小肋顶端过余温度

，

，由此可采取以下措施减小测试误差。

∙选用导热系数更小的材料做套管；

∙尽量增加套管高度，并减小壁厚；

∙强化流体与套管间的换热；

∙在储气筒外包以保温材料。

4、写出两个同类现象相似的条件。

单值性条件相似，同名已定准则相等。

5、简述角系数的定义及性质

定义：

表面1发出的辐射能中落到表面2上的百分数称为表面1对表面2的角系数，记为

。

性质：

（1）相对性，

（2）完整性，（3）可加性

6、实际物体发射率的定义

答：

实际物体的辐射力与同温度下黑体辐射力的比值称为实际物体的发射率，

。

2、热电偶的热接点近似认为是直径0.5

的球形，热电偶材料的

，

，

。

热电偶初始温度为25℃，突然将其放入120℃的气流中，热电偶表面与气流间对流换热表面传热系数

，试求①热电偶的过余温度达到初始过余温度的1℅时所需的时间为多少？

②这时热电偶的指示温度为多少？

解：

可以采用集总参数法。

）

℃

6、简述兰贝特余弦定律。

黑体辐射力在半球空间不同方向具有各向同性，即沿各个方向辐射强度相等；定向辐射力沿半球空间发生变化，且法线方向最大；对于漫辐射表面，辐射力是任意方向辐射强度的

倍。

7、在管内流动中如何正确选取特征尺寸、特征流速以及定性温度，才能应用相关实验准则方程式。

特征尺寸取内径，特征流速取平均流速，定性温度取进出口平均温度。

8、简述角系数的定义及性质。

一表面发射出去的辐射能投射到另一表面上的份额。

有相对性、完整性、可加性。

1、简述热量传递的三种基本方式。

答：

导热、对流、热辐射

2、简述对流换热中的Re、Pr准则及意义。

流场惯性力与粘性力的相对大小。

动量传递与热量传递能力的相对大小。

3、写出角系数的相对性的数学表达式（以空间任意两表面为例）。

一、简答题。

1、热量传递的三种基本方式？

2、分析置于室外大气中的架空输送原油的保温管道有哪些传热环节。

（油温大于空气温度）

3、写出角系数的相对性的数学表达式（以空间任意两表面为例）。

4、什么情况下可以说两个物理现象是相似的？

5、写出对于漫灰表面的基尔霍夫表达式？

二、计算题

1、有一房间墙壁厚为0.4m,面积为12m2,导热系数为0.7W/m·K,其内外表面的对流换热系数分别为6W/m2·K和40W/m2·K,房间内空气温度为20℃,室外空气温度为5℃,忽略辐射换热量,求房间通过该墙壁的散热量。

一、简答题

2、分析置于室外大气中的架空输送原油的保温管道有哪些传热环节。

（油温大于空气温度）答：

管内油水混合物与管内壁的对流换热，管内壁向管外壁的导热，保温层内壁向保温层外壁的导热，保温层外壁与外界的对流换热及辐射换热。

3、写出角系数的相对性的数学表达式（以空间任意两表面为例）。

4、什么情况下可以说两个物理现象是相似的？

同类物理现象，同名已定准则相等，单值性条件相似。

或者说是两个同类的物理现象并且在相应的时刻与相应的地点上与现象有关的物理量一一对应成比例，则称两现象彼此相似。

5、写出对于漫灰表面的基尔霍夫表达式？

。

二、计算题1、有一房间墙壁厚为0.4m,面积为12m2,导热系数为0.7W/m·K,其内外表面的对流换热系数分别为6W/m2·K和40W/m2·K,房间内空气温度为20℃,室外空气温度为5℃,忽略辐射换热量,求房间通过该墙壁的散热量。

1试分析室内暖气片的散热过程，各环节有哪些热量传递方式？

（以暖气片管内走热水为例）

1有以下换热环节及传热方式：

o由热水到暖气片管道内壁，热传递方式是对流换热（强制对流）；

o由暖气片管道内壁至外壁，热传递方式为导热；

o由暖气片外壁至室内环境和空气，热传递方式有辐射换热和对流换热。