2008传热学试卷(2)答案

2008传热学试卷（2）标准答案

一.填空题：（共20分）[评分标准：每个空格1分]

1．热量由高温流体经固体壁面传给低温流体，这种过程称为传热过程。 2．表征物体导热能力的物理量是导热系数。 3．努谢尔特准则的表达式是λ

hl

Nu =

。式中各符号的意义是h 对流换热系数.

L 特征尺寸.λ导热系数。 4．集总参数法使用的条件是Bi ≤0.1。

5．凝结换热有膜状凝结和珠状凝结两种方式,其中珠状凝结换热效果好。 6．影响核态沸腾的因素主要是壁面过热度和汽化核心数。 7．湿砖的导热系数比水的导热系数大。

8．饱和沸腾曲线有四个换热规律不同的区域,分别指自然对流. 核态沸腾.过渡沸腾和稳定膜

态沸腾。

9．定向辐射强度与方向无关的规律，称为兰贝特定律。

10．换热器热计算的两种基本方法是平均温压法和传热单元数法。 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光谱辐射力：单位时间内物体的单位表面积向半球空间所有方向发射出去的某一特定波长的能量。

②温度边界层：把贴壁处温度剧烈变化的薄层称为速度边界层。

③饱和沸腾：流体的主体温度达到了饱和温度，壁面温度大于饱和温度时发生的沸腾称为饱和沸腾。 ④肋效率：基温度下的理想散热量

假设整个肋表面处于肋

肋壁的实际散热量

=

f η

⑤ 付立叶数：2

l

a Fo

τ= 非稳态过程的无量纲时间，表征过程进行的深度。

2.在换热器的传热面上设置肋片的作用是什么，推出肋片的传热微分方程式。（10分） 答：在h 小的一侧加肋可提高传热系数。——————（2分） 未加肋时 0

111h h k i

+

+

=

λ

δ ————（2分）

加肋后 β

ηλ

δ00111

h h k i

+

+

=

βη0＞＞1——————（2分）

02

2

2

=-θθm dx

d

02

2

=+

λ

v

q dx

t d c

C s v A hP dx

A q θ-

=Φ-

=

——————（4分）

3.试绘出下面条件下换热器冷热流体随换热面的温度变化曲线。（10分）

①G 1C 1＞G 2C 2 ②G 1C 1=∞ 答：①

——————（6分）

②

——————（4分）

4.空气横掠单管时，沿管外的局部换热系数是如何变化的？如果对圆管通电， 你估计圆管哪一点的温度最高。 （10分） 答：

——————（2分）

大约在φ＝800时温度最高，

因为此处Nu 最小，对流换热系数h 亦最小。——————（8分）

5.有一台“液—液换热器”，甲.乙两种介质分别在管内外作强制对流换热，实验测量的传热系数与两种流体流速的变化关系见附图所示。试分析该换热器的热阻主要在哪一侧？(10分

)

答:在乙侧. ——————（5分）

由串联叠加原理,改变最大热阻的效果最明显. ——————（5分） 三．计算题：（共80分）

1．某热力管道采用两种不同材料组成保温层，两层厚度相等，第二层的算术平均直径两倍于第一层的算术平均直径，而第二层材料的导热系数则为第一层材料导热系数的一半。如果把两

层材料互相调换，其他情况都保持不变，问每米长管道热损失改变了多少？增加还是减少？ （15分） 解：按题意有

2

133

22

122

2

2d d d d d d d +=+=+

因

δ

δ222312+=+=d d d d 代入上式得δ

δδ

53321===d d d 从而

3

5,

32

31

2=

=d d d d ————3分

（1） 调换前得状况：ln

ln

2

1

(

1ln

221ln

21ln

21ln

212

31

212

31

1212

32

121

21d d d d d d d d d d d d R R R +=

+

=

+

=

+=πλλππλπλ

πλ

2

31

21ln

ln

2

1d d d d t

R t q +∆=∆=

πλ ————————6分

(2)调换后得情况 ln 2

1(ln

1

ln

21ln 221

ln

21ln

212

31

21

2

31121

2

31

122

2

'

1

'

'd d d d d d d d d d d d R R

R +=

+

=

+

=

+=πλπλλππλπλ

2

31

21'

'

ln 2

1ln d d d d t

R

t q +

∆=

∆=

πλ——————3分

每米长管道热损失变化为：

％7.211783.013

5ln

213ln 3

5

ln

3ln 2

11ln

21ln

ln ln

21

2

31

22312'

-=-=-+

+=

-+

+=

-d d d d d d d d q

q q ————3分

即导热系数小的在内时，热损失减少了21.7％

2．一换热器中，用初温度t 2’=30℃的石油来冷却重油，使重油从t 1’=180℃冷却到t 1”=120℃。重油及石油的流量各为m 1=104kg/h 及m 2=1.4×104kg/h 。重油与石油比热各为c 1=2.18kJ/(kg.K),c 2=1.925kJ/(kg.K)。求石油的终温t 2”以及顺流和逆流时换热器的换热面积A 。已知传热系数k=116 W/(m 2.K)。 （20分）

解：(1)由热平衡关系：)()('2''222'''111t t c q t t c q m m -=-=Φ——————3分 计算出：W t 3633335.78''2＝℃，Φ=——————3分 (2)顺流时：℃44.845

.7812030180ln

)

5.78120()30180(=-----=

∆m t ————————4分

2

1.37m

t k A m

=∆Φ=

————————3分