传热学试题库含参考答案（2）

传热学试题库含参考答案（2）
《传热学》试题库
第⼀章概论
⼀、名词解释
1．热流量：单位时间内所传递的热量
2．热流密度：单位传热⾯上的热流量
3．导热：当物体内有温度差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情况下，物质微粒(分⼦、原⼦或⾃由电⼦)的热运动传递了热量，这种现象被称为热传导，简称导热。

4．对流传热：流体流过固体壁时的热传递过程，就是热对流和导热联合⽤的热量传递过程，称为表⾯对流传热，简称对流传热。

5．辐射传热：物体不断向周围空间发出热辐射能，并被周围物体吸收。

同时，物体也不断接收周围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⼀侧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1K是的对流传热量，单位为W／(m2·K)。

对流传热系数表⽰对流传热能⼒的⼤⼩。

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1K是的辐射传热量，单位为W／(m2·K)。

辐射传热系数表⽰辐射传热能⼒的⼤⼩。

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差为1K是的复合传热量，单位为W／(m2·K)。

复合传热系数表⽰复合传热能⼒的⼤⼩。

10．总传热系数：总传热过程中热量传递能⼒的⼤⼩。

数值上表⽰传热温差为1K时，单位传热⾯积在单位时间内的传热量。

四、简答题
1．试述三种热量传递基本⽅式的差别，并各举1～2个实际例⼦说明。

（提⽰：从三种热量传递基本⽅式的定义及特点来区分这三种热传递⽅式）
2．请说明在传热设备中，⽔垢、灰垢的存在对传热过程会产⽣什么影响?如何防⽌?
（提⽰：从传热过程各个环节的热阻的⾓度，分析⽔垢、灰垢对换热设备传热能⼒与壁⾯的影响情况）
3. 试⽐较导热系数、对流传热系数和总传热系数的差别，它们各⾃的单位是什么?
（提⽰：写出三个系数的定义并⽐较，单位分别为W/(m·K)，W/(m2·K)，W/(m2·K)）4．在分析传热过程时引⼊热阻的概念有何好处?引⼊热路欧姆定律有何意义?
（提⽰：分析热阻与温压的关系，热路图在传热过程分析中的作⽤。

）
5．结合你的⼯作实践，举⼀个传热过程的实例，分析它是由哪些基本热量传递⽅式组成的。

（提⽰：学会分析实际传热问题，如⽔冷式内燃机等）
6．在空调房间内，夏季与冬季室内温度都保持在22℃左右，夏季⼈们可以穿短袖衬⾐，⽽冬
季则要穿⽑线⾐。

试⽤传热学知识解释这⼀现象。

（提⽰：从分析不同季节时墙体的传热过程和壁温，以及⼈体与墙表⾯的热交换过程来解释这⼀现象（主要是⼈体与墙⾯的辐射传热的不同））
第⼆章热传导
⼀、名词解释
1．温度场：某⼀瞬间物体内各点温度分布的总称。

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化率。

4．热导率：物性参数，热流密度⽮量与温度降度的⽐值，数值上等于1 K ／m 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，表⽰物质导热能⼒的⼤⼩。

5．导温系数：材料传播温度变化能⼒⼤⼩的指标。

6．稳态导热：物体中各点温度不随时间⽽改变的导热过程。

7．⾮稳态导热：物体中各点温度随时间⽽改变的导热过程。

8．傅⾥叶定律：在各向同性均质的导热物体中，通过某导热⾯积的热流密度正⽐于该导热⾯法向温度变化率。

9．保温(隔热)材料：λ≤0.12 W/(m ·K)(平均温度不⾼于350℃时)的材料。

10．肋效率：肋⽚实际散热量与肋⽚最⼤可能散热量之⽐。

11．接触热阻：材料表⾯由于存在⼀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。

四、简答题
1．试解释材料的导热系数与导温系数之间有什么区别和联系。

（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=λ/c ρ)，但导温系数不但与材料的导热系数有关，还与材料的热容量(或储热能⼒)也有关；从物理意义看，导热系数表征材料导热能⼒的强弱，导温系数表征材料传播温度变化的能⼒的⼤⼩，两者都是物性参数。

）
2．试⽤所学的传热学知识说明⽤温度计套管测量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(等截⾯直肋)，利⽤等截⾯直肋计算肋端温度t h 的结果，可得采⽤温度计套管后造成的测量误差Δt 为Δt=t f -t h =
)(0mH ch t t f -，其中H h H A hP mH λδλ==，欲使测量误差Δt 下降，可以采⽤以下⼏种措施：
(1)降低壁⾯与流体的温差(t f -t 0)，也就是想办法使肋基温度t 0接近t f ，可以通过对流体
通道的外表⾯采取保温措施来实现。

(2)增⼤(mH)值，使分母ch(mH)增⼤。

具体可以⽤以下⼿段实现：①增加H ，延长温度计套管的长度；②减⼩λ，采⽤导热系数⼩的材料做温度计套管，如采⽤不锈钢管，不要⽤铜管。

因为不锈钢的导热系数⽐铜和碳钢⼩。

②降低δ，减⼩温度计套管的壁厚，采⽤薄壁管。

④提⾼h 增强温度计套管与流体之间的热交换。

)
3．试写出直⾓坐标系中，⼀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x
t a t 22??=??τ第⼀类边界条件：τ>0,t w =f w (x, τ)
第⼆类边界条件：τ>0,),(τλx f n t w w
=??? ????- 第三类边界条件：τ>0,()f w w
s t t h n t -=??? ????-λ 4．在⼀根蒸汽管道上需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注意哪些问题?
（提⽰：与简答题2的第(2)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?减少固体壁⾯之间的接触热阻有哪些⽅法?
（提⽰：材料表⾯由于存在⼀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、温度及周围介质的物性等有关，因此可以从这些⽅⾯考虑减少接触热阻的⽅法，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减
少接触热阻。

）
第三章对流传热
⼀、名词解释
1．速度边界层：在流场中壁⾯附近流速发⽣急剧变化的薄层。

2．温度边界层：在流体温度场中壁⾯附近温度发⽣急剧变化的薄层。

3．定性温度：确定换热过程中流体物性的温度。

4．特征尺度：对于对流传热起决定作⽤的⼏何尺⼨。

5．相似准则(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周围物体的⼲扰时的⾃然对流传
热。

9．珠状凝结：当凝结液不能润湿壁⾯(θ>90?)时，凝结液在壁⾯上形成许多液滴，⽽不形成
连续的液膜。

10．膜状凝结：当液体能润湿壁⾯时，凝结液和壁⾯的润湿⾓(液体与壁⾯交界处的切⾯经液体到壁⾯的交⾓)θ<90?，凝结液在壁⾯上形成⼀层完整的液膜。

11．核态沸腾：在加热⾯上产⽣汽泡，换热温差⼩，且产⽣汽泡的速度⼩于汽泡脱离加热表⾯的速度，汽泡的剧烈扰动使表⾯传热系数和热流密度都急剧增加。

12．膜态沸腾：在加热表⾯上形成稳定的汽膜层，相变过程不是发⽣在壁⾯上，⽽是汽液界⾯上，但由于蒸汽的导热系数远⼩于液体的导热系数，因此表⾯传热系数⼤⼤下降。

四、简答题
1．影响强迫对流传热的流体物性有哪些?它们分别对对流传热系数有什么影响?
（提⽰：影响强迫对流换热系数的因素及其影响情况可以通过分析强迫对流传热实验关联式，将各⽆量纲量展开整理后加以表述。

）
2．试举⼏个强化管内强迫对流传热的⽅法(⾄少五个)。

（提⽰：通过分析强迫对流换热系数的影响因素及增强扰动、采⽤⼈⼝效应和弯管效应等措施来提出⼀些强化⼿段，如增⼤流速、采⽤机械搅拌等。

）
3．试⽐较强迫对流横掠管束传热中管束叉排与顺排的优缺点。

（提⽰：强迫对流横掠管束换热中，管束叉排与顺排的优缺点主要可以从换热强度和流
动阻⼒两⽅⾯加以阐述：(1)管束叉排使流体在弯曲的通道中流动，流体扰动剧烈，对流换热系数较⼤，同时流动阻⼒也较⼤；(2)顺排管束中流体在较为平直的通道中流动，扰动较弱，对流换热系数⼩于叉排管束，其流阻也较⼩；(3)顺排管束由于通道平直⽐叉排管束容易清洗。

）4．为什么横向冲刷管束与流体在管外纵向冲刷相⽐，横向冲刷的传热系数⼤?
（提⽰：从边界层理论的⾓度加以阐述：纵向冲刷容易形成较厚的边界层，其层流层较厚
且不易破坏。

有三个因素造成横向冲刷⽐纵向冲刷的换热系数⼤：①弯曲的表⾯引起复杂的流动，边界层较薄且不易稳定；②管径⼩，流体到第⼆个管⼦时易造成强烈扰动；②流体直接冲击换热表⾯。

）
5．为什么电⼚凝汽器中，⽔蒸⽓与管壁之间的传热可以不考虑辐射传热?
（提⽰：可以从以下3个⽅⾯加以阐述：(1)在电⼚凝汽器中，⽔蒸⽓在管壁上凝结，凝结换热系数约为4500—18000W／(m2．K)，对流换热量很⼤；(2)⽔蒸⽓与壁⾯之间的温差较⼩，因⽽辐射换热量较⼩；(3)与对流换热相⽐，辐射换热所占的份额可以忽略不计。

）
6．⽤准则⽅程式计算管内湍流对流传热系数时，对短管为什么要进⾏修正?
（提⽰：从热边界层厚度⽅⾯加以阐述：(1)在⼊⼝段，边界层的形成过程⼀般由薄变厚；
(2)边界层的变化引起换热系数由⼤到⼩变化，考虑到流型的变化，局部长度上可有波动，但总体上在⼊⼝段的换热较强（管长修正系数⼤于1）；(3)当l／d＞50(或60)时，短管的上述影响可忽略不计，当l／d＜50(或60)时，则必须考虑⼊⼝段的影响。

7．层流时的对流传热系数是否总是⼩于湍流时的对流传热系数?为什么?
（提⽰：该问题同样可以从⼊⼝效应⾓度加以阐述。

在⼊⼝段边界层厚度从零开始增厚，
若采⽤短管，尽管处于层流⼯况，由于边界层较薄，对流换热系数可以⼤于紊流状况。

）8．什么叫临界热流密度?为什么当加热热流⼤于临界热流密度时会出现沸腾危机?
（提⽰：⽤⼤容器饱和沸腾曲线解释之。

以⼤容器饱和沸腾为例，(1)沸腾过程中，随着壁⾯过热度Δt的增⼤，存在⾃然对流、核态沸腾、不稳定膜态沸腾和膜态沸腾四个阶段，临界
热流密度是从核态沸腾向膜态沸腾转变过程中所对应的最⼤热流密度；(2)当加热热流⼤于临界热流密度时，沸腾⼯况向膜态沸腾过渡，加热⾯上有汽泡汇集形成汽膜，将壁⾯与液体隔开，由于汽膜的热阻⽐液体⼤得多，使换热系数迅速下降，传热恶化；(3)汽膜的存在使壁温急剧升⾼，若为控制热流加热设备，如电加热设备，则⼀旦加热热量⼤于临界热流密度，沸腾⼯况从核态沸腾飞跃到稳定膜态沸腾，壁温飞升到1000℃以上(⽔)，使设备烧毁。

）
9．试述不凝性⽓体影响膜状凝结传热的原因。

（提⽰：少量不凝性⽓体的存在就将使凝结换热系数减⼩，这可以从换热热阻增加和蒸
汽饱和温度下降两⽅⾯加以阐述。

(1)含有不凝性⽓体的蒸汽凝结时在液膜表⾯会逐渐积聚起不凝性⽓体层，将蒸汽隔开，蒸汽凝结必须穿过⽓层，使换热热阻⼤⼤增加；(2)随着蒸汽的凝结，液膜表⾯⽓体分压⼒增⼤，使凝结蒸汽的分压⼒降低，液膜表⾯蒸汽的饱和温度降低，减少了有效冷凝温差，削弱了凝结换热。

）
第四章辐射传热
⼀、名词解释
1．热辐射：由于物体内部微观粒⼦的热运动状态改变，⽽将部分内能转换成电磁波的能量发射出去的过程。

2．吸收⽐：投射到物体表⾯的热辐射中被物体所吸收的⽐例。

3．反射⽐：投射到物体表⾯的热辐射中被物体表⾯所反射的⽐例。

4．穿透⽐：投射到物体表⾯的热辐射中穿透物体的⽐例。

5．⿊体：吸收⽐α= 1的物体。

6．⽩体：反射⽐ρ=l的物体(漫射表⾯)
7．透明体：透射⽐τ= 1的物体
8．灰体：光谱吸收⽐与波长⽆关的理想物体。

9．⿊度：实际物体的辐射⼒与同温度下⿊体辐射⼒的⽐值，即物体发射能⼒接近⿊体的程度。

10．辐射⼒：单位时间内物体的单位辐射⾯积向外界(半球空间)发射的全部波长的辐射能。

11．漫反射表⾯：如果不论外界辐射是以⼀束射线沿某⼀⽅向投⼊还是从整个半球空间均匀投⼊，物体表⾯在半球空间范围内各⽅向上都有均匀的反射辐射度L
，则该表⾯称
r
为漫反射表⾯。

12．⾓系数：从表⾯1发出的辐射能直接落到表⾯2上的百分数。

13．有效辐射：单位时间内从单位⾯积离开的总辐射能，即发射辐射和反射辐射之和。

14．投⼊辐射：单位时间内投射到单位⾯积上的总辐射能。

15．定向辐射度：单位时间内，单位可见辐射⾯积在某⼀⽅向p的单位⽴体⾓内所发出的总辐射能(发射辐射和反射辐射)，称为在该⽅向的定向辐射度。

16．漫射表⾯：如该表⾯既是漫发射表⾯，⼜是漫反射表⾯，则该表⾯称为漫射表⾯。

17．定向辐射⼒：单位辐射⾯积在单位时间内向某⼀⽅向单位⽴体⾓内发射的辐射能。

18．表⾯辐射热阻：由表⾯的辐射特性所引起的热阻。

19．遮热板：在两个辐射传热表⾯之间插⼊⼀块或多块薄板以削弱辐射传热。

20．重辐射⾯：辐射传热系统中表⾯温度未定⽽净辐射传热量为零的表⾯。

四、简答题
1．试⽤所学的传热学知识说明⽤热电偶测量⾼温⽓体温度时，产⽣测量误差的原因有哪些?
可以采取什么措施来减⼩测量误差?
（提⽰：⽤热电偶测温时同时存在⽓流对热电偶换热和热电偶向四壁的散热两种情况，
热电偶的读数⼩于⽓流的实际温度产⽣误差。

所以，引起误差的因素：①烟⽓与热电偶间的复合换热⼩；②热电偶与炉膛内壁问的辐射换热⼤。

减⼩误差的措施：①减⼩烟⽓与热电偶间的换热热阻，如抽⽓等；②增加热电偶与炉膛间的辐射热阻，如加遮热板；②设计出计算误差的程序或装置，进⾏误差补偿。

）
2．试⽤传热原理说明冬天可以⽤玻璃温室种植热带植物的原理。

（提⽰：可以从可见光、红外线的特性和玻璃的透射⽐来加以阐述。

玻璃在⽇光(短波辐射)下是⼀种透明体，透过率在90％以上，使绝⼤部分阳光可以透过玻璃将温室内物体和空⽓升温。

室内物体所发出的辐射是⼀种长波辐射——红外线，对于长波辐射玻璃的透过串接近于零，⼏乎是不透明(透热)的，因此，室内物体升温后所发出的热辐射被玻璃挡在室内不能穿过。

玻璃的这种辐射特性，使室内温度不断升⾼。

）
3．试分析遮热板的原理及其在削弱辐射传热中的作⽤。

（提⽰：可从遮热板能增加系统热阻⾓度加以说明。

(1)在辐射换热表⾯之间插⼊⾦属
(或固体)薄板，称为遮热板。

(2)其原理是，遮热板的存在增⼤了系统中的辐射换热热阻，使辐射过程的总热阻增⼤，系统⿊度减少，使辐射换热量减少。

(3)遮热板对于削弱辐射换热具有显著作⽤，如在两个平⾏辐射表⾯之间插⼊⼀块同⿊度的遮热板，可使辐射换热量减少为原来的1／2，若采⽤⿊度较⼩的遮热板，则效果更为显著。

）
4．什么叫⿊体、灰体和⽩体?它们分别与⿊⾊物体、灰⾊物体、⽩⾊物体有什么区别?在辐射传热中，引⼊⿊体与灰体有什么意义?
（提⽰：可以从⿊体、⽩体、灰体的定义和有关辐射定律来阐述。

根据⿊体、⽩体、灰体的定义可以看出，这些概念都是以热辐射为前提的。

灰⾊、⿊⾊、⽩⾊是针对可见光⽽⾔的。

所谓⿊体、⽩体、灰体并不是指可见光下物体的颜⾊，灰体概念的提出使基尔霍夫定律⽆条件成⽴，与波长、温度⽆关，使吸收率的确定及辐射换热计算⼤为简化，因此具有重要的作⽤；⿊体概念的提出使热辐射的吸收和发射具有了理想的参照物。

）
5．玻璃可以透过可见光，为什么在⼯业热辐射范围内可以作为灰体处理?
（提⽰：可以从灰体的特性和⼯业热辐射的特点来论述。

所谓灰体是针对热辐射⽽⾔的，
灰体是指吸收率与波长⽆关的物体。

在红外区段，将⼤多数实际物体作为灰体处理所引起的误差并不⼤，⼀般⼯业热辐射的温度范围⼤多处于2000K以下，因此其主要热辐射的波长位于红外区域。

许多材料的单⾊吸收率在可见光范围内和红外范围内有较⼤的差别，如玻璃在可见光范围内⼏乎是透明的，但在⼯业热辐射范围内则⼏乎是不透明的，并且其光谱吸收⽐与波长的关系不⼤，可以作为灰体处理。

）
6．什么是“温室效应”?为什么说⼤⽓中的C0
2
含量增加会导致温室效应?
（提⽰：可以从⽓体辐射的特点和能量平衡来加以说明。

CO
2
⽓体具有相当强的辐射和吸收
能⼒，属于温室⽓体。

根据⽓体辐射具有选择性的特点，CO
2
⽓体的吸收光带有三段：2．65—2．8、4．15—4．45、13．0—17．0µm，主要分布于红外区域。

太阳辐射是短波辐射，波长
范围在0．38⼀0．76µm，因此，对于太阳辐射C0
2
⽓体是透明的，能量可以射⼊⼤⽓层。

地
⾯向空间的辐射是长波辐射，主要分布于红外区域，这部分辐射在CO
2⽓体的吸收光带区段C0
2
⽓体会吸收能量，是不透明的。

在正常情况下，地球表⾯对能量的吸收和释放处于平衡状态，含量增加会使⼤⽓对地⾯辐射的吸收能⼒增强，导致⼤⽓温度上升，导致但如果⼤⽓中的CO
2
了所谓温室效应。

）
第五章传热过程与传热器
⼀、名词解释
1．传热过程:热量从⾼温流体通过壁⾯传向低温流体的总过程.
2．复合传热:对流传热与辐射传热同时存在的传热过程.
3．污垢系数:单位⾯积的污垢热阻.
4．肋化系数: 肋侧表⾯⾯积与光壁侧表⾯积之⽐.
5．顺流:两种流体平⾏流动且⽅向相同
6．逆流: 两种流体平⾏流动且⽅向相反
7．效能:换热器实际传热的热流量与最⼤可能传热的热流量之⽐.
8．传热单元数:传热温差为1K时的热流量与热容量⼩的流体温度变化1K所吸收或放出的热流量之⽐.它反映了换热器的初投资和运⾏费⽤,是⼀个换热器的综合经济技术指标.
9．临界热绝缘直径:对应于最⼩总热阻(或最⼤传热量)的保温层外径.
四、简答题
1．试举出3个隔热保温的措施，并⽤传热学理论阐明其原理？
(提⽰:可以从导热、对流、辐射等⾓度举出许多隔热保温的例⼦.例如采⽤遮热板,可以显著削弱表⾯之间的辐射换热，从传热学原理上看，遮热板的使⽤成倍地增加了系统中辐射的
表⾯热阻和空间热阻，使系统⿊度减⼩，辐射换热量⼤⼤减少；⼜如采⽤夹层结构并抽真空，可以削弱对流换热和导热，从传热⾓度看，夹层结构可以使强迫对流或⼤空间⾃然对流成为有限空间⾃然对流，使对流换热系数⼤⼤减⼩，抽真空，则杜绝了空⽓的⾃然对流，同时也防⽌了通过空⽓的导热；再如表⾯包上⾼反射率材料或表⾯镀银，则可以减⼩辐射表⾯的吸收⽐和发射率(⿊度)，增⼤辐射换热的表⾯热阻，使辐射换热削弱，等等。

)
2．解释为什么许多⾼效隔热材料都采⽤蜂窝状多孔性结构和多层隔热屏结构。

(提⽰：从削弱导热、对流、辐射换热的途径⽅⾯来阐述。

⾼效隔热材料都采⽤蜂窝状多孔性结构和多层隔热屏结构，从导热⾓度看，空⽓的导热系数远远⼩于固体材料，因此采⽤多孔结构可以显著减⼩保温材料的表观导热系数，阻碍了导热的进⾏；从对流换热⾓度看，多孔性材料和多层隔热屏阻隔了空⽓的⼤空间流动，使之成为尺度⼗分有限的微⼩空间。

使空⽓的⾃然对流换热难以开展，有效地阻碍了对流换热的进⾏；从辐射换热⾓度分析，蜂窝状多孔材料或多层隔热屏相当于使⽤了多层遮热板，可以成倍地阻碍辐射换热的进⾏，若再在隔热屏表⾯镀上⾼反射率材料，则效果更为显著。

)
3．什么叫换热器的顺流布置和逆流布置?这两种布置⽅式有何特点？设计时如何选⽤？
(提⽰：从顺、逆流布置的特点上加以论述。

冷、热流体平⾏流动且⽅向相同称为顺流，换热器顺流布置具有平均温差较⼩、所需换热⾯积⼤、具有较低的壁温、冷流体出⼝温度低于热流体出⼝温度的特点。

冷、热流体平⾏流动但⽅向相反称为逆流，换热器逆流布置具有平均温差⼤、所需换热⾯积⼩、具有较⾼壁温、冷流体出⼝温度可以⾼于热流体的出⼝温度的特点。

设计中，⼀般较多选⽤逆流布置，使换热器更为经济、有效，但同时也要考虑冷、热流体流道布置上的可⾏性，如果希望得到较⾼的壁⾯温度，则可选⽤逆流布置，反之，如果不希望换热
器壁⾯温度太⾼，则可以选择顺流布置，或者顺、逆流混合布置⽅式。

)
4．试解释并⽐较换热器计算的平均温差法和ε—NTU法？
(提⽰：从平均温压法和ε—NTU法的原理、特点上加以阐述。

两种⽅式都可以⽤于换热器的设计计算和校核计算，平均温差法是利⽤平均温差来进⾏换热器的计算，⽽ε—NTU法是利⽤换热器效能ε与传热单元数NTU来进⾏换热器计算。

平均温压法要计算对数平均温压，⽽ε—NTU法则要计算热容量⽐、传热单元数或换热器效能。

设计计算时，⽤平均温差法⽐⽤ε—NTU法⽅便，⽽在校核计算时，⽤ε—NTU法⽐⽤平均温差⽅便。

)
5．请说明在换热设备中，⽔垢、灰垢的存在对传热过程会产⽣什么影响，如何防⽌。

(提⽰：从传热系数或传热热阻⾓度分析。

在换热设备中，⽔垢、灰垢的存在将使系统中导热热阻⼤⼤增加，减⼩了传热系数，使换热性能恶化，同时还使换热⾯易于发⽣腐蚀，并减⼩了流体的流通截⾯，较厚的污垢将使流动阻⼒也增⼤。

此外，热流体侧壁⾯结垢，会使壁⾯温度降低，使换热效率下降·，⽽冷流体侧壁⾯结垢，会导致壁温升⾼，对于换热管道，甚⾄造成爆管事故。

防⽌结垢的⼿段有定期排污、清洗、清灰，加强⽔处理，保证⽔质，采⽤除尘、吹灰设备等。

)
传热过程及换热器部分
⼀、基本概念
主要包括传热⽅程式及换热器设计、对数平均温差、换热器中两流体沿程温度变化曲线、强化传热及热阻分析、传热系数实验测定⽅法等等。

1、对壳管式换热器来说，两种流体在下列情况下，何种⾛管内，何种⾛管外？
(1)清洁与不清洁的；(2)腐蚀性⼤与⼩的；(3)温度⾼与低的；(4)压⼒⼤与⼩的；(5)流量⼤与⼩的；(6)粘度⼤与⼩的。

答：(1)不清洁流体应在管内，因为壳侧清洗⽐较困难，⽽管内可定期折开端盖清洗；(2)腐蚀性⼤的流体⾛管内，因为更换管束的代价⽐更换壳体要低，且如将腐蚀性强的流体置于壳侧，被腐蚀的不仅是壳体，还有管⼦；(3)温度低的流体置于壳侧，这样可以减⼩换热器散热损失；
(4)压⼒⼤的流体置于管内，因为管侧耐压⾼，且低压流体置于壳侧时有利于减⼩阻⼒损；(5)流量⼤的流体放在管外，横向冲刷管束可使表⾯传热系数增加；(6)粘度⼤的流体放在管外，可使管外侧表⾯传热系数增加。

2、为强化⼀台冷油器的传热，有⼈⽤提⾼冷却⽔流速的办法，但发现效果并不显著c试分析原因。

答：冷油器中由于油的粘度较⼤，对流换热表⾯传热系数较⼩，占整个传热过程中热阻的主要部分，⽽冷却⽔的对流换热热阻较⼩，不占主导地位，因⽽⽤提⾼⽔速的⽅法，只能减⼩不占主导地位的⽔侧热阻，故效果不显著。

3、有⼀台钢管换热器，热⽔在管内流动，空⽓在管束间作多次折流横向冲刷管束以冷却管内热⽔。

有⼈提出，为提⾼冷却效果，采⽤管外加装肋⽚并将钢管换成铜管。

请你评价这⼀⽅案的合理性。

答：该换热器管内为⽔的对流换热，管外为空⽓的对流换热，主要热阻在管外空⽓侧，因⽽在
管外加装肋⽚可强化传热。

注意到钢的导热系数虽然⼩于铜的，但该换热器中管壁导热热阻不是传热过程的主要热阻，因⽽⽆需将钢管换成铜管。

4、为了简化⼯程计算，将实际的复合换热突出⼀个主要⽭盾来反映，将其次要因素加以适当考虑或忽略掉，试简述多孔建筑材料导热、房屋外墙内表⾯的总换热系数、锅炉炉膛⾼温烟⽓与⽔冷壁之间的换热等三种具体情况的主次⽭盾。

答：⑴通过多孔建筑物材料的导热,孔隙内虽有对流和辐射,但导热是主要的,所以热量传递按导热过程进⾏计算,孔隙中的对流和辐射的因素在导热系数中加以考虑。

⑵房屋外墙内表⾯的总换热系数是考虑了对流和辐射两因素的复合,两者所起作⽤相当,因对流换热计算简便,将辐射的因素折算在对流换热系数中较⽅便些。

⑶锅炉炉膛⾼温烟⽓与⽔冷壁之间的换热,由于⽕焰温度⾼达1000℃以上,辐射换热量很⼤,⽽炉膛烟⽓流速很⼩,对流换热相对较⼩,所以⼀般忽略对流换热部分,⽽把⽕焰与⽔冷壁之间的换热按辐射换热计算。

5、肋⽚间距的⼤⼩对肋壁的换热有何影响?
答：当肋⽚间距减⼩时，肋⽚的数量增多，肋壁的表⾯积相应地增⼤,故肋化系数β值增⼤,这对减⼩热阻有利;此外适当减⼩肋⽚间距可以增强肋⽚间流体的扰动,使换热系数h相应提⾼。

但是减⼩肋⽚的间距是有限的,⼀般肋⽚的间距不⼩于边界层厚度的两倍,以免肋⽚间流体的温度升⾼,降低了传热的温差。

6、如何考虑肋⽚⾼度l对肋壁传热的影响?
答：肋⾼l的影响必须同时考虑它对肋⽚效率η
f 和肋化系数β两因素的作⽤。

l增⼤将使η。