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传热学试题库 第一章概论 一、名词说明 1.热流量：单位时间内所传递的热最 2.热流密度：单位传热面上的热流量 3.导热：当物体内有温度羌或两个不同温度的物体接触时，在物体各部分之间不发生相对位移的状况下，物质微粒(分子、原子或自由电子)的热运动传递r热玻，这种现象被称为热传导，简称导热。4.对流传热：流体流过固体噬时的热传递过程，就是热对流和导热联合用的热敬传递过程，称为表面对流传热，简称对流传热。5.辐射传热：物体不断向四周空间发出热辐射能，井被四周物体汲取。同时，物体也不断接收四周物体辐射给它的热能。这样，物体发出和接收过程的综合结果产生了物体间通过热辐射而进行的热量传递，称为表面辐射传热，简称辐射传热。6.总传热过程：热量从温度较高的流体经过固体壁传递给另他温度较低流体的过程，称为总传热过程，简称传热过程。7.对流传热系数：单位时间内单位传热面当流体温度与壁面温度差为IK是的对流传热量，单位为W(m2K)对流传热系数表示对流传热实力的大小。8.辐射传热系数：单位时间内单位传热面当流体温度与壁面温度差为IK是的辐射传热量，单位为W(m2K)o辐射传热系数表示辐射传热实力 的大小。9.复合传热系数：单位时间内单位传热面当流体温度与壁面温度羌为IK是的更合传热量，单位为W(m2K)复合传热系数表示复合传热实力的大小。10.总传热系数：总传热过程中热盘传递实力的大小。数值上表示传热温差为IK时，单位传热面积在单位时间内的传热唬。二、填空题 1.热量传递的二种基本方式为、O(热传导、热对流、热辐射)2.热流量是指,单位是O热流密度是 指,单位是。(单位时间内所传递的热量,W,单位传热面上的热流量，wm2)3总传热过程是指,它的猛烈程度用来衡 So(热盘从温度较高的流体经过固体壁传递给另一恻温度较低流体的过程，总传热系数)4.总传热系数是指,单位是。(传热温差为IK时，单位传热面积在单位时间内的传热地，W/(m2K)5,导热系数的单位是；对流传热系数的单位是；传热系数的单位是O(W(mK),W(m2K),W(m2K)6.复合传热是指,复合传热系数等于 之和，单位是。(对流传热与福射传热之和，对流传热系数与辐射传热系数之和，WZ(m2K)7.单位面积热阻rt的单位是;总面积热阻R的单位是O(m2KW,K/W)8.单位面积导热热阻的表达式为。()9.单位面积对流传热热阻的表达式为。(1.h)o.总传热系数K与单位面积传热热阻a的关系为o(rt=1.K)11.总传热系数K与总面积A的传热热阻R的关系为。(Rt=1.KA)12.稳态传热过程是指o(物体中各点温度不随时间而变更的热砧传递过程。)13.非稳态传热过程是指。(物体中各点温度随时间而变更的热及传递过程。)14.某燃煤电站过热器中，烟气向管壁传热的辐射传热系数为30W(m2.K),对流传热系数为7OW(11K),其复合传热系数、为。(100W(m2.K)15.山炉糕火焰向水冷壁传热的主要方式是o(热辐射)16.由烟气向空气预热器传热的主要方式是0(热对流)17.已知一传热过程的热阻为0035KW,温压为70C,则其热流墙为。(2kW)18.一大半壁传热过程的传热系数为100W(m2.K),热流体恻的传热系数为200W(m2.K),冷流体侧的传热系数为250W(m2.K),平壁的厚度为5mm,则该平壁的导热系数为,导热热阻为o(5W(m.K),0.001(m2.K)W)19.总传热方程式可表示为=或q=o(KAt,Kt)20.已知平壁厚002m,热阻为002m2.KW,其导热系数为。(1W(mK)三、选择题 1.F列哪几种传热过程不须要有物体的宏观运动？破询1.(2)对流(3)m(4)复合传热 2.热流密度q与热流房的关系为(以卜.式子A为传热面积，为导热系数,h为对流传热系数)：(1.)q=A(2)q中/A(3)q=(4)q=h 3.假如在水冷壁的管子里结了一层水垢，其他条件不变，管壁温度与无水垢时相比将：(1)不变 降低(4)随机变更 4.F列哪一种表达式是错误的？()(1.)q=t(2)q=ht(3)q=kt(4jqrtt 5.导热系数的单位是：()(1.)W(m2.K)(2)Wm2(3)W(mK)(4)m2.KW 6.在传热过程中，系统传热晶与F列哪一个参数成反比？()传热面积(2)流体温差(3)传热系数 为胸脱咳 7.在稳态传热过程中，传热温差肯定，假如希望系统传热址增大，则不能采纳下述哪种手段？()增大系SK蒸阻(2)增大传热面积(3)增大传热系数(4)增大对流传热系数 8.试推断卜述几种传热过程中哪一种的传热系数最小？但如，颔城耨(2)从气体到水传热(3)从油到水传热(4)从凝聚水蒸气到水传热 9若已知对流传热系数为78W(m2.K),则其单位面积对流传热热因力多少？(1.)78W(mK)(2)1.78mK/W(3)1/78/K/W(4)78W(m2K)10.单位时间通过单位面积的热量称为什么？一般用什么符号表示？(1漏凝密度,Q(2)热流密度，(3)热流量，q(4)热流量，11.太阳与地球间的热量传递属于下述哪种传热方式？(1)导热(2)热对流 y(4)以上几种都不是 12.热流地与温差成正比，与热阻成反比，此规律称为什么？(1)导热基本定律(2隔M(3)牛顿冷却公式(4)传热方程式 13.传热过程热路图的原理是什么？(1)傅里叶定律(2)牛顿冷却公式(3)斯格芬-波尔兹曼定律(4儒财M定律 14.某一传热过程的热流密度q=500Wm2,冷、热流体间的温差为 1O,其传热系数和单位面积的总传热热阻各为多少？()(1.)K=50W(m2.K),rt=0.05m2.KW(2)K=0.02W(m2.K),rt=50m;(2)h-oo;(3)h2-;(4)=O,h1=h2;(5)=0,h1=2h2;(6)=0,h1=0.5h2o(Dtw-tw2;(2)tw1.=t1.1.;(3)tw2三 t1.2;(4)tw1.=tw2三(tn+tf2)2;(5)tw1.=ta.2=23tn-1.3tf2;(6)IW1=1.2=13tn-23tj2)2.有一测JK板状材料导热系数的仪器，一侧为加热面，另一侧为冷却面，两恻温度维持匀称、恒定，板状材料的两面与热面和冷面接触良好，无温度降，并且四冏绝热良好，无散热。已知热面温度为150C,冷面温度为8(C,热流量为58.2W,板状材料厚为25mm,表面积为O.1.n?。试确定板状材料的导热系数。(=0.2079W(mK)3.墙由耐火砖和保温板蛆成，厚度分别为61=20Omm和62=8Omm,导热系数分别为=08W(m.K)和2=0W(m-K),炉墙内、外两侧表面温度分别为twi=600C和tw2=50C0试求炉墙单位面积的热损失.(q=562.8Wm2)4.一暖房玻璃的表面积为Iom2,内、外表面温度分别为tw,1=IOcC和。2=5,玻璃厚度为3.5mm,玻璃的导热系数为1.4W(m-K).试求通过玻璃的散热量.(=20kW)5.一暖房玻璃的表面积为IOm2,玻璃厚度为3.5mm,玻璃的导热系数为14W(m.K),玻 璃 内 侧 空 气 温 度 为S=18C,对 流 传 热 系 数h1=5 V(m2.K),外 侧 空 气 温 度 为tf2=2C,对 流 传 热 系 数h2=20W(m2.K)试求通过玻璃的散热破与内、外侧玻璃表面的温度。(=633.7W,tw1.=5.33,tw2=5.17tC)6.布一根长度为500m、外径(直径)为30Omm的热力管道在室外，测得其外表面温度为48.5C,室外空气温度为25。已知管外壁与空气的复合传热系数为11W(m2.K),试计算该热力管道的散热愿(=121.75kW)7.平均温度为120C的过热蒸汽在直径(内径)为60mm的管道内流清,已知管内忆位长度的散热热流密度为245Wm,蒸汽与管壁的对流传热系数为500W(mK),试求管内壁面温度。(tw2=117.4*C)8有一表面积为15m表面黑度为1的散热片在宇宙七船的舱外向温度为OK的宇宙空间散热，已知散热片的表面温度为87t,试求其散热量。(=1428.5W)9.有一表面积为05m表面黑度为1的物体在壁温为25C的大型 真空舱内，已知该物体的表面温度为150t,试分别求该物体向外 放射的总辐射能与与真空舱壁面的净辎射传热值。(=907.6W,净=684.07W)10.有一表面积为2m表面黑度为1的平板型物体，一侧表面(表 面温度为150C)面对温度恒为25C的大型冷却舱，已知该表面与冷却舱内空气的对流传热系数为25W(m.K),平板厚度为15mm,平板的导热系数为1.15W(m.K),试求：(1)该平板面对冷却舱一侧表面的身合传热系数；(2)该平板另一侧的表面温度。(h=35.95W(m2.K),tw2=208.6C)其次章热传导 一、名词说明 1.温度场：某一瞬间物体内各点温度分布的总称C一般来说，它是空间坐标和时间坐标的函数。2.等温面(线)：由物体内温度相同的点所连成的面(或线)。3.温度梯度：在等温面法线方向上最大温度变更率。4.热导率：物性参数，热流密度矢量与温度降度的比值，数值上等干1KZm的温度梯度作用下产生的热流密度。热导率是材料固有的热物理性质，表示物质导热实力的大小。5.导温系数：材料传播温度变更实力大小的指标。6.稳态导热：物体中各点温度不随时间而变更的导热过程。7.非稳态导热：物体中各点温度随时间而变更的导热过程。8.傅里叶定律：在各向同性均质的导热物体中，通过某导热面枳的热流密度正比于该导热面法向温度变更率。9.保温（隔热）材料：0.12W（mK）（平均温度不高于350C时）的材料。10.肋效率：助片实际散热量与肋片最大可能做热地之比。11.接触热阻：材料表面由于存在肯定的粗糙度使相接触的表面之间存在间隙，给导热过程带来额外热阻。12.定解条件（单值性条件）：使微分方程获得适合某一特定问题解的附加条件，包括初始条件和边界条件。二、填空题 1.导热切本定律是 _ 定律，可表述为。,t 401C20C(2)70C40C、101C20G 4也、60X)(4)10,C.40C、70fC 23.材料的导热实力与吸热实力之比称为C(1)放热系数(2)传热系数(3)导热系数 5m/t 24.蒸 汽 管 道 的 内 外 直 径 分 别 为68mm和100mm,导 热 系 数 入1=63W(m.),内 表面温度为140匕。今采纳玻璃棉垫料保温，2=0.053W/(m.C)o若要求保温层外表面的温度不超过50C,旦蒸汽管道允许的 热损失q1.=50Wm,则玻璃棉垫料保温层的厚度至少为。(2)54mm(3)91mm(4)104mm 25.导热体中不同温度的等温面将。相互相交瓦械交(3)相互相切(4)不定 26.材料的导温系数是材料和的比值。(1)吸热实力/导热实力足相初4献加3)比热容/导热系 数(4)导热系数/比热容 27.固体壁面上敷设肋片后，其实际散热盘与假设校个肋表面处于肋基温 度下的散热地的比值为O(1)肋壁效率(2)肋化系数(3)独片效率(4)无明确 的专用名称 28.忽视物体内部导热热阻的分析方法称为 29.下列哪个是非稳态导热的表达式？(1.)t=f(x,y,z)(2)1(y,1)(3)t=f(x,y)(4)t=f(z,x)30.卜列那个表示非稳态导热过程的无因次时间？(I)Bi(2)Fo(3)Re(4)Pr 四、简答题 1.试说明材料的导热系数与导温系数之间有什么区分和联系。(提示：从两者的概念、物理意义、表达式方面加以阐述，如从表达式看，导温系数与导热系数成正比关系(a=cp),但导温系数不但与材料的导热系数有关，还与材料的热容51(或储热实力)也有关；从物理意义看，导热系数表征材料导热实力的强弱，导温系数表征材料传播温度变更的实力的大小，两者都是物性参数。)2.试用所学的传热学学问说明用温度计套管测砧流体温度时如何提高测 温精度。(提示：温度计套管可以看作是一根吸热的管状肋(等械面直肋)，利用等被面正规状况法数学分析法(3)数值解法寇 直肋计算肋端温度th的结果，可得采纳温度计套管后造成的测盘误弟At为At=1.S=篇含，其中W=思=倍，欲使测地误差At下降，可以采纳以下儿种措施：降低壁面与流体的温差(tr3,也就是想方法使肋基温度接近tf,可以通过对流体 通道的外表面实行保温措施来实现。(2)增大(mH)值，使分母ch(mH)增大。详细可以用以下手段实现：增加H,延长温度计套管的长度；减小,采纳导热系数小的材料做温度计套管，如采纳不锈钢管，不要用铜管。因为不锈钢的导热系数比铜和碳钢小。降低6,减小温度计套管的壁厚，采纳薄壁管。提高h增加温度计套管与流体之间的热交换.)3试写出直角坐标系中，维非稳态无内热源常导热系数导热问题的导热微分方程表达式；并请说明导热问题常见的三类边界条件。(提示：直角坐标系下一维非稳态无内热源导热问题的导热微分方程式包 7空x 第一类边界条件：O,tw=fw(x,T)其次类边界条件：O,-i=Ur)第三类边界条件：1.0,-4图=hit,-if）4.在一根蒸汽管道上须要加装一根测温套管，有三种材料可选：铜、铝、不锈钢。问选用哪种材料所引起的测温误差最小，为什么？为减小测量误差，在套管尺寸的选择上还应留意哪些问题？（提示：与简答题2的第点类似，套管材料应选用不锈钢，因给出的三种材料中，不锈钢的导热系数最小）5.什么是接触热阻？削减固体壁面之间的接触热阻有哪些方法？（提示：材料表面由于存在肯定的粗糙度使相接触的表面之间存在间隙,给导热过程带来额外热阻称为接触热阻，接触热阻的存在使相邻的两个表面产生温降（温度不连续）。接触热阻主要与表面粗糙度、表面所受压力、材料硬度、温度与四周介质的物性等有关，因此可以从这些方面考虑削减接触热阻的方法，此外，也可在固体接触面之间衬以导热系数大的铜箔或铝箔等以削减接触热阻，）6,管外包两种不同导热系数材料以削减热损失，若&冬，试问如何布置合理？7.某一维导热平板，平板两侧表面温度分别为4和厚度为小在这个温度范围内导热系数与温度的关系为“阿，求平板内的温度分布？8有人认为，傅里叶定律并不显含时间，因此不能用来计算非稳态导热的热你认为对吗？9.导热是由于微观粒子的扩散作用形成的。迄今为止，描述物庾内部导热机理的物理模型有哪些？用它们可以分别描述哪些物质内部的导热过程？IO.用稳定法平板导热仪对某厂供应的保温试材的导热系数进行测定，试脸时从低温起先，依次在6个不同温度下测得6个导热系数值。这些数据表明该材料的导热系数旗温度上升而下降，这规律与绝热保温 材料的导热机理不符，经检查未发觉试验装置方问题，试分析问题可 能出在哪里？II.在超低温工程中要运用导热系数很低的超级保温材料C假如要你去研制一种这样的新保温材料，试从导热机理动身设计一种超级保温材料，列出你为降低导热系数实行了哪些措施？并说明其物理缘由？12.试对比分析在气体中由分子热运动产生的热量迁移与在金属中自由电子热运动产生的能质迁移这两个物理模型的共同点和差异之处。13.在随意直角坐标系卜.，对于以卜.两种关于第三类边界条件的表达形式,你认为哪个对，哪个不对，或者无法判别？陈述你的推断和理由。=h(Tf-7-0)=M1.ko-Tf)14.一维常物性稳态导热中，温度分布与导热系数无关的条件有哪些？15-发生在一个短圆柱中的导热问题，在哪些状况下可以按一维导热问题来处理？16.扩展表面中的导热问题可以按一维处理的条件什么？有人认为，只要扩展表面瘦长，就可以按维问题处理，你同意这种观点吗？17.某材料导热系数与温度的关系为2=%+b,式中为。为常数，若用这种材料制成平板，试求其单位面积的热阻表达式。18.对于如图所示的两种水平夹层，试分析冷、热表面间热盘交换的方式有何不同？假如要通过试验来测定夹层中流体的导热系数，应采纳哪一种布置？（八）夹层冷面在下(b)夹层 热面在下 19.在测盘金属导热系数的试炊中，为什么通常把试件制作成细而长的郴？20.高温卜.气体导热系数的测定有何困难？在实际中能否用常温卜的数据来替代？21.肋化系数，肋效率和肋壁效率是如何定义的？在选用和设计肋片时它们有何用途？22.有两根材料不同，厚度均为26的等截面直肋A和B,处于相同的换热环境中，肋基温度均为%,肋端绝热，它们的表面均被温度为7八对流换热系数h为常数的流体所冷却，旦 RAVO现测得材料A和B内的温度分布如图所示，试分析材料A和B导热系数的大小，BA TT-x 23.为测猿管道内流体的温度，可采纳温度计套管。好用中经常布置成如图所示的斜插形式，试从传热学的角度说明其合理性。24.覆盖热绝缘层是否在任何状况下都能削减热损失？保温层是否越厚越好？25.对室内冷冻管道和热力管道的保温层设计有何不同？26.在管道内部贴上一层保温材料，是否存在某一临界绝热直径？为什么？27.非稳态导热的正规状况阶段或充分发展阶段在物理过程与数学处理上有什么特点？28.有人认为，当非稳态导热过程经验时间很长时，采纳诺模图计算所得到的结果是错误的C理由是：这个图表明，物体中各点的过余温度与中心截面过余温度的比值仅与几何位置和华渥数心有关，而与时间无关。但当时间趋于无限大时，物体中各点的温度应趋于流体温度，所以两者是有冲突的C你如何看待这问题？29有人这样分析：在一维无限大平板中心温度的诺模图中，当越小时,2MS)越小，此时其他参数不变时，越小，即表明V越小,平板中心温度就越接近于流体温度。这说明物体被流体加热时，其越小(Hv肖定)反而温升越快，与事实不符。请指出上述分析错误在什么地方？30.试分析当向02时，能否用诺模图求解有关的非稳态导热问题？五、计算题 1.某炉墙由耐火/和红砖组成，厚度分别为200mm和80mm,导热系 数分别为08W(mK)和05W(mK),内层为耐火砖，炉墙内 外侧壁面温度分别为60(C和50,C,试计儿:1)该炉墙单位面积的热损失；2)耐火砖与红砖之间的温差。假设红砖与耐火砖接触紧密。3)若以导热系数为O.UW(mK)的保温板代替红狡，其他条件不变，若要炉墙单位面积热损失不高于800WZm2,保温板的厚度最少要多厚？(提 示：这 是 一 个 一 维 稳 态 通 过 双 层 平 壁 的 导 热 问 题。答 案：q=1341.5Wm2;twn=264.6C,0.O48mo)2.外径为250mm的钢管，若在其外表面包以6.5mm石棉%=0166W/(mK),再在其外包以25mm的玻璃纤维(2=0043W(m-K),玻璃纤维外表面温度为38C,钢管温度为31511C,求单位长度钢管的热损失和两保温层界面的温度。(提 示:这 是 一 个 一 维 通 过 双 层 圆 筒 壁 的 导 热 问 题。答案:q=399.8Wm,twm=295.6C0由于钢管的管径比较大，保温层厚度相对 较 薄,可 忽 视 管 径 曲 率 的 影 响，若 用 平 壁 公 式 计 算，则 答 案 为q=394.8Wm,twn=297.5七，热流密度的误差为-1.25%,鞭温的误差为+0.0064%,由此可见，用平嬖公式计算圆筒壁的导热问题，要求管径足够大或d外/d内V2。当然，在一般的工程计算中，该误差是可以接受的。3.行一厚为25mm的平面红砖墙，导热系数为0.5W(m.K),在其外表面上覆盖了一层导热系数为02W(mK)、厚为3mm的抹面材料，为使墙面的散热损失小于200Wm在砖墙内侧再加一层导热系数为01.W/(mK)的保温材料，堵体与环境接触的两个表面温度 分别为25tC和-KrC.问:O内层所加保温材料应为多厚才能达到要求？2）若将外表面的抹面材料厚度从3mm增加到5mm,其他条件不变，则单位面积散热量为多少？3）若墙体总面积为1500m2,通过墙面将损失多少热地？（提示：这是一个一维稳态通过三层平壁的导热问题。答案：0.011m,q=189.2Wm2;=283.8kWo）4.某热力管道的外径（直径）为100mm,壁温为350C,在管道外包有一层50mm厚、导热系数为005W（mK）的微孔硅酸钙制品作为保温材料，现测得保温材料的外表面温度为70C,问100Om长的管道每小时的热损失是多少?若折合成标煤（发热量7000kca1.kg）,每年将损失多少标煤？（提示：这是一个一维稳态通过堂层网筒壁的导热问题。答案：=4.57105kJh,热损失折合标块136.6吨/年。）5.外径（直径）为100mm、壁温为350C的某热力管道，为了降低其散热损失，须要重新进行保温设计，设计要求保温层外表面温度不超过50C,散热量按标煤（发热墙700OkCaIkg）计算，每公里长管道热损失不超过每年100吨标煤的发热玷，保温材料采纳导热系数为0.048W（mK）的微孔硅酸钙制品，问须要保温层的厚度是多少？（提示：这是一个一维稳态通过单层圆筒壁的导热问题。答案：保温层厚度至少82.4mmO 6.对于某一大平壁，有三种保温方案可以选择：采纳三层材料保温：50mm厚的膨胀珍宝岩，导热系数为0.08W(mK),20mm厚 的粉媒灰砖，导热系数0.22W(mK),5mm厚的水泥，导热系数为0.8W(mK);采纳两层材料保温：60mm厚的矿渣棉，导热系数为006W(mK),15mm厚的混凝上板，导热系数为079W/(m.K);三层材料保温：25mm的轻质耐火砖,导热系数为03W(m.K),30mm厚的玻璃棉 毡，导 热 系 数004W(m.K),20mm厚 的 红 砖，导 热 系 数 为049W(m.K)问单纯从削减热损失的角度分析，采纳哪种方案最好？(提示：这是一个计算多层平壁导热热阻的问题，导热热阻越大，其热损失越小。答案：这二种方案中，采纳其次种方案的散热损失最少)7.一外径为25mm的碳钢管外装有高为12.5mm、厚Imm的等厚度环肋(碳钢制，导热系数取45W(mK),肋片间距为5mm,肋片与管外流体的对流传热系数为55W(m4K),问：D环肋的肋效率为多少？2)若管长为1m,相当于整根管子肋侧传热面积，其总面积肋效率乂为多少？3)加肋前后传热面积增大了几倍？(提示：这是一个计弟等厚度环肋的肋效率的问题，可通过杳肋效率图得到肋片效率，再计算相对于总换热面积的总面积肋效率(等于肋片换热面积乘肋片效率加上肋基光鞭面积，除以管子的总换热面积)。答案：(I)S=76%,0=78.2%;(3)加肋前后换热面积增 大了87倍。)8.已知外径为25mm的碳钢管外装有高为12.5mm、厚Imm、肋效率为76%的等厚度环肋，肋片间距为5mm,肋片与管外流体的对流传热系数为55W(mtC),管壁温度为150C,管外流体温度为300C,问：D每米长管子的传热成为多少？2)与光管相比传热量增大了几倍？(提示：这是一个计算等厚度环肋肋管总换热盘的问题，可以将肋片换 热房与肋基光壁 的换热贷分别计算相加得到总换热后，也可通过计算总面积肋效率后得到总换热地，这两种方法的结果是一样的，后者常用于计算通过肋壁的传热中。答案：(1)4.405kWm;换热量与末加肋前相比增大了6.8倍。)9.外直径为50mm的蒸汽管道外表面温度为400C,其外包袱有厚度为40mm,导热系数为0.11.W(mK)的矿渣棉，矿渣棉外乂包有厚为45mm的煤灰泡沫砖，其导热系数与砖层平均温度的关系为：a.E。煤灰泡沫砖外表面温度为50C,已知煤灰泡沫砖最高耐温为300C,试检查块灰泡沫砖的温度有无超过最高温度？井求单位管长的热损失。I。.输电的导线可以看作为有内热源的无限K圆柱体.假设圆柱体壁面有匀称恒定的温度厢，内热源外和导热系数为常数，网柱体半径为它。试求在稳态条件下阀柱体内的温度分布。n.一根圆截面的不锈钢肋片，导热系数”20W(mK),直径d为20mm,长度/为100mm,肋基温度为300C,四周流体温度为50。对流换热系数为八=w肋尖端面是绝热的。试求：肋片的传热地,肋端温度，不用肋片时肋基壁面的传热量，用导热系数为无限大的假想肋片代替不锈钢肋片时的传热侬。2喷气泯轮发动机最终几个透平级中之一的个静止叶片，叶片高75mm,横截面积A为160mm2,周长P为50mro除叶片的底表面，即叶片和透平连接的叶片根部外，叶片整个表面上流过540C的气体。气体和叶片表面之间的不均对流换热系数约为460Wm2K,叶片材料的导热系数为170WmKo假设允许作准维分析，要使叶片端部温度不超过480C,试计算叶片根部必需保持的温度。13.外径40mm的管道，壁温为120,外装纵肋12片，肋厚08mm,高20mm,肋的导热系数为95WmK,四周介质温度为20C,对流换热系数为20Wm2K,求每米管长散热量。14.如图所示是平板式太阳能热水器的种简洁的吸热板结构，吸热板面对太阳的一面涂有一层对太阳辐射汲取率很高的材料，吸热板的背面设置了一囹I平行的管子，其内通以冷却水以汲取太阳辐射，管子之间则充溢绝热材料 C 吸热板的正面在接受太阳辐射的同时受到环境的冷却。设净汲取的太阳辐射为,表面对流换热系数为h,空气温度为心，管子与吸热板结合处的温度为石，试写出确定吸热板中温度分布的数学描写并求解之。分析：(1)简化，两根管子的温度一样，取S/2吸热平板作为探讨对象*,2(2)吸热板背面绝热，相当于对称 m Ii26 Httttt(3)建立数学模型 白：+正=0 dx22 Mh1.THdx+q,Pdx Adx 5在模拟涡轮叶片佝缘冲击冷却试验中，用温度为20C的冷空气冲 击300C的铝制模型试件。试件几何尺寸如图所 示：冲击表面积为6xK%J,体积为 3XU73,冷/T7I 吹风1分钟后，试件温度为60C,试问对流换/Cf=热系数为多少已知铝的导热系数冲击行=200W(mK);比热容,=09KJ/(KgK);密度=2700Kg11 16.有电烙铁通电之后，加在电阻丝上的功率为出，一方面使烙铁头的内能,11“11 TVW dV K热板小意图 增加，另一方面通过烙铁头表面对外对流换热。假如烙铁头可看成是一个集总热容体，其物性参数为已知，环境温度与对流换热系数为常数，试分析烙铁头的温度随时间变更的函数关系。17.直径12Cm的铁球3=52叼(mA);“川Xu)Tm%)在对流换热系数,=75W“小心的油池内冷却42分钟，若对直径为30cm的不锈钢球(尸14W(77)；-390f1%)实现相像冷却过程需多少时间？对流换热系数为多少 18.一台输出功率为750W用于水中工作的电阻加热器，总的暴露面积为Ojm2,在水中的表面对流换热系数为2(Tin-Tnu)式中A为管道流通裁面积，A=利 1(0.3-2*0.003尸=0.067如2 a)Q=980O.I0.06794187(80-78)=5572227W(2)管道外壁与空气之间的对流换热版为 b)Q=hAtTw-Tf)=xin1.(Tw-7y)A=SX0.3 10X(75-201=518.IA(W)(3)管内水的散热侬等于管道外壁与空气之间的对流换热盘 a)5iai=5572227 b)-IO7.55W 20.IOcm屏的平板两侧面分别保持为100C和OC,导热系数依据/=M+关 系 随 温 度 变 更。在T=OC时，片50W(mK),T=100cC时，,=100W(mK),求热流密度和温度分布.解：由题意知，I=Oc时，=50W(mK);A=Io(TC时，,=50W(mK)可以解出，,=50W(mK),/,=0.01cC?=土需至,只有取“+”才符A题意。探讨上述温度分布结果定性示于图。可见当导热系数不为常数 时，平壁内的温度不再且线性分布。读者可思索一下，假如&O 时，物体内温度分布将呈怎样的定性分布趋势。21.A,B两 种 材 料 组 成 的 豆 合 平 壁，材 料A产 生 热 量 和=1.SxdMd,=75W(mK),SA=SW皿；材料B不发热，4=150W(mK),如=2&，“。材料A的外表面绝热，材料B的外表面用温度为30。C的T2 由导热微分方程 图=。414.);管外空气温度S=20,对流换热系数与=W“X)。试求：通过单位管长的鞭的导热热流量令；金属管道内、外侧表而的温度小和;若忽视不计金限管壁导热热阻，将发生多大变更 解：蒸汽管道的长度比其外径尺寸大得多，可视作无限长圆筒壁。由牛顿冷却定律，TiB 可确定冷却Ii的温 通过单位长度管壁的导热热流量等-F此传热过程的传热热流及 传热过程的热阻蛆成为：内表面对流换热热阻 金属管壁导热热阻 保温材料导热热阻 外表面对流换热热阻 T,Tf2_150-20 Ri1.2893 金属管道内、外侧表面的温度仇和?心由传热过程环节分析 可得 1.wt=77-I=ISO-Ia).8x0.0491=25ItCJ.2-7/1-q1.(Rt*R2)-1.50-1.00.8x(0.(M91.+5J7361()-144.99*C 假如不计金属管壁的导热热阻，则 TJ12TJ1=1502O=1.Wm,ZRi1.2887 1 1 与不忽视金属管壁热阻时比较热流盘*变更甚微，不足 0.07.探讨在传热过程的各个环节中，影响热盘传递的因素主要体现在热阻大的环节ho在稳定的传热条件下，传热环节的热阻小意味着热成传递所筋的动力小。特殊是当这一环节热阻可忽视不计时，引起热量传递的温度差也将趋于零。23.耐温寒子的直径随、变更，”=,“（“为常数），在m的小头处温度为Ti,在内的大头处温度为外,材料导热系数为人假设侧表面是志向绝热的，试求塞子内的温度分布，与通过塞子的热流量。解：稳定导热时，通过不同截面的热流盘是相同的，但热流密度 不相同。RI -!-；-0.891 21211x(M)-3)x1.O-jx!2O ft,=Inf-S-I=!Inf-=53736IO4 2gI1.J2-!-0.3S ch(m1.)变更套管壁厚s=05mm 血=根=怎蕊=63，向=*-5 励就r03(c更换套管材料1.16W(mK)rrf=,/=,IxO.1.=5J9,0.=(654-500)!=1.14匕 V?YI6O.OOI 屈屈=./=JX0.1=6.323,O1=654-500)5=0.5C VJV16x0.001 cMm!i e若套管根部温度r,=600C/=44.7x0.1=4.47,-r K,29.用在外径为80mm钢管上的一铝质环肋，厚5mm,助外缘直径为160mm,导热系数为200W(mK),四周流体温度为70,对流换热系数为“H(。求肋片的传热量。解本题可利用肋片效率进行计算 C 先计算有关参数 考虑肋端传热作用的肋片修正长度，-(8O-4O)IO,-O.(M25m 纵剖面积，%,=0.225KU.(X5=U.(XXI2125n,叵必-J60XO.:坐=2.0625rri 查图得，7/OIW 故传热量为：Q=IQM=2fhx-M7-7)=2xO.896O3.1.4(MIK252-OXM2)x(250-70)=314IV 27.以等截面直肋为例，试用热阻的概念简要说明采纳肋化表面是否都可以得到强化传热的效果？假如答案是否定的，则对敷设矩形剖面的直助推导一个定量的判据？解：假设不管是否敷设肋片，肋片基部表面温度为兀，基部表面和流体之间的对流换热系数与肋片和流体之间的对流换热系数值相同。不敷肋片而高为的基部表面，这部分和流体之间的换热量为 Tw-Tf 5MF=扁 如有肋片敷在基部表面上，则热量从处于北的表面导入肋片，井克服肋片的导热内热阻，在到达肋片和流体的界面后，再通过表面对流换热热阻散入流体。Tn 诡体r,A 敷设肋片令肋片导热的平均内热阻为&,兀”为肋片表面的平均温度。在有或没有肋片时的等效热阻分别为 Rtt=Rb=-+RW h M6+2 在有或没有肋片时的散热量分别取决于所表示的等效热阻的相对大小。虽然有肋时的对流换热热阻远小于无肋时的对流换热热阻，但是假如肋片的平均导热内热阻凡足够大而可能使&小，这样导致肋片产生绝热效应而不是增大散热量的有利作用。例如，敷设由石棉构成的相当厚的肋片就有这样的作用，因石棉的导热系数很小而使&足够大。有肋片时的散热量为-+h(n1.)I+r0池)Q/,乐EU-)吗 1.-)=M敷设肋片将起到增加传热的有利作用.解不等式，得到 Ip Tw Tf-r(w1.)亚.Bi 探读：在有肋片的设计中，当全部因素都加以考虑时，一般只有在下列条件下肋片的应用才是合理的。BiO.25 28例星10一无眼大平板，热扩散系数-1.8ZX”,厚度为25mm,具有匀称初始温度150匕。若突然把表面温度降到30C,试计算1分钟后平板中间的温度（假设物体表面对流换热热阻与物体内的导热热阻相比可以忽视，即创1.）引入过余温度-T-7,上式变为 1H2 G募=充 2sTf 初始条件和边界条件：Bi1的情形 r-0时，在0 xS2,内 O-T1.-Tf-r。时，在X=O处 O=O r。时，在X=2,$处 0=0 运用分别变盘法，可得到最终的级数解为 对于本例题，将以下数据 三:本问题的完整数学描写如下:a-1.81.6j,2J=O25阳，r=W）s 7J-1.5OcC,77-7；,-30cC,-0.0125m 代入上式，若只取前面非零的四项（”-衰，？）计算，得 三三-0.18177-7.22XIO8+6.15 IO-20-5.21 10-j7)-0.2314Ti-Tfjr 由此求得在1分钟后，平板中间温度为 T=0.2314-77)4.77=0.23I4(I50-30)+30=57C 探讨：般以收，02为界，推断非稳态导热过程进入正规状况阶段。此时无穷级数的解可以用第一项来近似地代替，所得的物体中心温度与采纳完整级数计算得到的值的差别基本能限制在1以内。本例题中F=069,可以看出，级数的第一项较后几项高出多个数量级。29.两一块厚度均为30mm的无限大平板，初始温度为20C,分别用铜和钢制成。平板两侧表面的温度突然上升到60C,试计算使两板中心温度均上升到569时两板所需的时间比。铜和钢的热扩散系数分别为103x0*m2j和12.9X10*m2Iso 解：一维IF稳态无限大平板的温度分布有如如下函数形式 AfmF吟 两块不同材料的无限大平板，均处于第一类边界条件(&-必)。山题意，两种材料达到同样工况时，数和/相同，要使温度分布相同,则只需助数相等。,)M-W 叼纲=帆悄=O.125 川.测后气流温度的热电偶，其结点可视为球体，结点与气流之间的对流换热系数”=*三 Mj,结点的热物性：”20卬/(阈；比热容,三400J(AA);密度厂8500必/加，试求：1.时间常数为1秒的热电偶结点直径为多大 2.把热电偶从25C的环境放入200C的气流中要多长时间才 能到达199C 解：首先计算结点直径，并检查M数值C 对球形结点 A=aJ-,卜=%Ii1.r=1且 CAh6 得 d-竺4.7.06XM)T-0.71.三三 pc8500 400 验证&=幺=竺包43-XH)7,6=253Kt7Q 20 表明把热电偶结点当成集总热容体在这里是合适的。达到199C时所需的时间，可由下式计算 rpeVini_8500X7.06X1.OIX吗t空-9.52j MnO 400 x6 nM-2002 探讨：由此式可见，热电偶结点直径”和热容量“越小，被测气流的对流换热系数。越大，则温度响应越快。第三章对流传热 一、名词说明 1.速度边界层：在流场中壁面旁边流速发生急剧变更的薄层。2.温度边界层：在流体温度场中壁面旁边温度发生急剧变更的薄层。3定性温度：确定换热过程中流体物性的温度。4.特征尺度：对于对流传热起确定作用的几何尺寸。5.相像准则（如Nu,Re,Pr,Gr,Ra）:由几个变量组成的无量纲的组合量。6.强迫对流传热：由于机械（泵或风机等）的作用或其它压差而引起的相对运动。7-自然对流传热：流体各部分之间由于密度差而引起的相对运动。8大空间自然对流传热：传热面上边界层的形成和发展不受四周物体的干扰时的自然对流传热。9珠状凝聚：当凝聚液不能润湿壁面时，凝聚液在壁面上形成很多液滴，而不形成连续的液膜。IO.膜状凝聚：当液体能润湿曜面时，凝聚液和壁面的涧湿角（液体与壁面交界处的切面经液体到壁面的交角）e104(3)1.d50(4)1.d104 17-对