传热学复习资料

一、名词解释
1、导热系数：
2、集总参数法：
3、肋效率：
4、膜状凝结：
5、传热系数：
6、热对流：
7、珠状凝结：
8、有效辐射： 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、在寒冷的北方地区，建房用砖采用实心砖还是多孔的空心砖好？为什么？
3、简述毕渥数的物理意义，0→Bi 及∞→Bi 各代表什么样的换热条件？
4、P r 数的物理意义是什么？试比较P r ＜1、P r ＞1和P r =1时，速度边界层与温度边界层厚度的相对大小。

5、热扩散系数是表征什么的物理量？它与导热系数的区别是什么？
6、空气横掠垂直管束时，沿流动方向管排数越多，换热越强，而蒸汽在水平管束外凝结时，沿液膜流动方向管排数越多，换热强度降低，为什么？
7、分别写出N u 、R e 、B i 数学表达式，并说明其物理意义。

8、试从管内强制对流换热的实验关联式4
.08.0Pr Re 023.0=Nu 出发，分析强化对流
换热的有效措施。

三、计算
1、有一厚为20mm 的大平壁，导热系数为1.3W/(m ·K)。

为使每平方米壁面的热损失不超过1500W ，在外表面上覆盖了一层导热系数为0.12W/(m ·K)的保温材料。

已知复合壁两侧温度分别为700℃及50℃，试确定此时保温层的厚度。

2、用热线风速仪测定气流速度的试验中，将直径为0.1mm 的电热丝与来流方向垂直放置，来流温度为25℃，电热丝温度为55℃，测得电加热功率为20W/m 。

假定除对流外其它热损失可忽略不计。

试确定此时的来流速度。

（15分） 已知空气的物性参数：
温度25t =℃时，0.0263λ= W/(m ·K)，615.5310v -=⨯m 2/s ，Pr 0.702= 温度40t =℃时，0.0276λ= W/(m ·K)，616.9610v -=⨯m 2/s ，Pr 0.699= 温度55t =℃时，0.0287λ= W/(m ·K)，618.4610v -=⨯m 2/s ，Pr 0.697= 已知关联式：13Re Pr n Nu C =，其中C 和n 的值从下表中查取：
Re C n 0.4~4 0.989 0.330 4~40 0.911 0.385 40~4000 0.683 0.466 4000~40000
0.193
0.618
40000~400000 0.0266 0.805
3、用裸露的热电偶测定圆管中气流的温度，热电偶的指示值1170t =℃，已知管壁温度90w t =℃，气流对热接点的对流传热表面传热系数为50h =W/(m 2·K),热接点表面的发射率0.6ε=。

试确定气流的真实温度及测温误差，采用什么措施能减小测温误差。

（
4、锅炉炉墙由三层平壁组成，内层是厚度10.23δ=m ，1 1.20λ=W/(m ·K)的耐火砖层；外层是厚度30.24δ=m ，30.60λ=W/(m ·K)的红砖层；两层中间填以厚度
20.05δ=m ，20.095λ=W/(m ·K)的石棉隔热层。

炉墙内侧烟气温度1511f t =℃，烟
气侧对流换热系数135h =W/(m 2·K)；锅炉炉墙外侧空气温度222f t =℃，空气侧对流换热系数115h =W/(m 2·K)。

试求通过该炉墙的热损失和炉墙内外壁面的温度1w t 和2w t 。

5、在一个摩托车引擎的壳体上有一个高2cm ，长12cm 的散热片（长度方向系与车身平行）。

散热片表面温度为120℃。

如果车子在20℃的环境中逆风前进，车速为30km/h ，而风速为2m/s ，试计算此时肋片的散热量（风速与车速相平行）。

（15分）
可
选
用
：
3
/12/13
32.0r
e x P R Nu =；
3
/12/1664.0r
e x P R Nu =；
3/15/4)871037.0(r e P R Nu -=
6、试证明：在两个平行平板之间加上n 块遮热板后，辐射换热量将减小到无遮热板时的 )1/(1+n 。

假设各板均为漫灰表面，且发射率相同，皆为ε，板的面积皆为A 。

大气压力（
Pa p 5
1001325.1⨯=）下干空气的热物理性质 温度 （℃） 导热系数λ()/(K m W ⋅) 粘度系数 )/(2s m ν
普朗特数 Pr 120 0.0334 25.45×10-6 0.686 70 0.0296 20.02×10-6 0.694 20
0.0259
15.06×10-6
0.703
《传热学》
一、名词解释
1、导热系数的定义式由傅里叶定律的数学表达式给出，其定义式为：→
→
∂∂=
n x
t q
λ，数值上它等
于在单位温度梯度作用下物体内热流密度矢量的模。

它表示在单位温度梯度作用下物体内所产生的热流密度，它表征了物质导热本领的大小。

2、忽略物体内部导热热阻的简化分析方法称为集总参数法。

3、是肋片实际散热量与假设整个肋表面处于肋基温度下的散热量比值，它表征肋片散热有效程度的标志。

f η=
实际散热量
假设整个肋表面处于肋基温度下的散热量
4、蒸气与低于饱和温度的壁面接触时，如果能够很好地润湿壁面，它就在壁面上铺展成膜，这种凝结形式称为膜状凝结。

（膜状凝结时，壁面总是被一层液膜覆盖着，凝结放出的相变热（潜热）必须穿过液膜才能传到冷却壁面上。

）
5、传热系数在数值上等于冷、热流体间温差1t ∆=℃、传热面积1A =m 2
时的热流量的值，是表征传热过程强烈程度的标尺。

6、热对流是指由于流体的宏观运动而引起的流体各部分之间发生相对位移，冷、热流体相互掺混所导致的热量传递过程。

7、当凝结液体不能很好的润湿壁面时，凝结液体在壁面上形成一个个的小液珠，称为珠状凝结。

8、有效辐射是指单位时间内离开表面单位面积的总辐射能，记为J 。

它不仅包括表面的自身辐射E ，而且还包括投入辐射G 中被表面发射的部分G ρ，即G E J ρ+= 二、简答题
1、 答：第一类边界条件：规定了任意时刻边界上的温度分布。

0τ>时 1()w t f τ=
第二类边界条件：规定了边界上的热流密度值。

0τ>时 2()t
f x
λτ∂-=∂w （
） 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f t 。

()w f t
h t t x
λ∂-=-∂w （
） 2、答：采用空心砖较好，因为空心砖内部充满着空气，而空气的导热系数相对较小，热阻较大，空心砖导热性较之实心砖差，同一条件下空心砖房间的散热量小保温性好。

3、答：毕渥数表征固体内部导热热阻与界面上换热热阻之比。

0→Bi 说明传热热阻主要在边界上，内部温度趋于均匀，可以用集总参数法进行分析求解；∞→Bi 说明传热热阻主要在内部，可以近似认为壁温就是流体温度，转化成第一类边界条件下的解。

4、答：普朗特数，Pr a
ν
=
，它表示动量扩散厚度和能量扩散厚度的相对大小，反映了流体动量
传递能力与热量传递能力的相对大小，也体现了速度边界层与温度边界层的相对厚薄。

①Pr 1<时，t δδ>；②Pr 1=时，~t δδ；③Pr 1>时，t δδ<。

5、答：热扩散率取决于导热系数λ和c ρ的综合影响；而导热系数是反映物体的导热能力大小的物性参数。

一般情况下，稳态导热的温度分布取决于物体的导热系数，但非稳态导热的温度分布不仅取决于物体的导热系数，还取决于物体的导温系数。

6、空气横掠垂直管束时，沿流动方向管排数越多，气流扰动越强，换热越强，而蒸汽在水平管束外凝结时，沿液膜流动方向管排数越多，凝结液膜越厚，凝结换热热阻越大，换热强度降低。

7、答：（1）努塞尔(Nusselt)数， hl
Nu λ
=
，它表示壁面上无量纲温度梯度的大小；
（2）雷诺(Reynolds)数， Re u l
v
∞=，它表示惯性力和粘性力的相对大小； （3）毕渥（Biot ）数，hl
Bi λ
=
，它表示固体内部导热热阻与界面上换热热阻之比（λ
为固体导热系数）
8、答：由关联式0.8
0.40.023Re
Pr Nu =可得),,,,,(4.08.04
.06.02.08.0--=ηρλp c d u f h ，增加对流
传热表面传热系数即可强化换热，因此由对流传热表面传热系数的关系式可以看出流速u 、密度
ρ、导热系数λ、比热容 p c 对对流传热系数起到正的影响，即增加上述四者数值可以强化换热，
另外由于直径d 和粘度系数η对对流传热系数起到负的影响，因此减小这两者也能增强换热。

三、计算题
1．
解：按t
t q R ∆=
∑
12.03.1102032
211δλ
δλδ+⨯=+=-∑t R 因此有：12
.03.110205070015003δ
+⨯-=
- 得：m 05011.0=δ
2、
解：本题为空气外掠圆柱体强制对流换热温度。

由题意20l
Φ=W/m ，由牛顿冷却公式
()()l w f w f hA t t h d t t πΦ=-=-
()3/()20/0.11055252123.14l w f h h d t t ππ-⎡⎤=Φ-=⨯⨯⨯-=⎣⎦
W/(m 2
·K) （3分） 定性温度： ()()11
25554022
m w f t t t =
+=+=℃ 选取温度为40℃时的空气物性值：
温度40t =℃时，0.0276λ= W/(m ·K)，6
16.9610v -=⨯m 2/s ，Pr 0.699= （3分）
由此得：32123.140.1107.690.0276
hd
Nu λ-⨯⨯=== （3分） 假设Re 数之值范围在40~4000，有给定的表中的数据有：
13
Re Pr n
Nu C =，其中C=0.683，n=0.466 （3分）
即：10.466
3
7.690.683Re
0.699=⨯⨯
得 R e 233.32= 符合上述假设范围
故6
3
16.9610Re 233.3239.570.110
v u d -∞-⨯==⨯=⨯m/s （3分） 3、 解：当热电偶读数稳定后，热接点单位面积与流道的辐射传热应德育高温气体对他的对流传热，热接点与流道的辐射传热属于12/0A A →的情形，因此对单位面积有
()()1,1b b w f E E h t t ε-=- （6分）
由此可得
44
44
0110.6 5.6717027390273170184.410010050100100w f C T T t t h ε⎡⎤
⎡⎤
⨯++⎛⎫⎛⎫⎛⎫⎛⎫
=+-=+-=⎢⎥⎢⎥ ⎪ ⎪ ⎪ ⎪
⎝⎭⎝⎭⎝⎭⎝⎭⎢⎥⎢⎥⎣⎦
⎣⎦
℃
因此真实温度为184.4℃ （3分） 测温误差为
184.4170
100%7.8%184.4
-⨯= （3分）
由上述计算式可以看出，为了减少测温误差，可以采用减小热接点的发射率（即增加辐射的表面热阻），增加气流的对流传热表面传热系数来实现。

在热电偶外围一层遮热板是实现上述措施的好方法。

（3分）
4、解：按12f f t t
t t t
q R R -∆==∑∑ （3分） 312112321110.230.050.241 1.21335 1.20.0950.6015
t R h h δδδλλλ=
++++=++++=∑ m 2·K/W （7分） 因此 1251122403.101.213
f f t t t t t q R R -∆-=
===∑∑ W /m 2 因此通过该炉墙的热损失为403.10 W /m 2； （7分）
由于通过锅炉炉墙截面的热流密度是一个常数，因此对于炉墙内外壁面的温度1w t 和2w t 分别满足：
1111f w t t q h -=
和 22
2
1w f t t q h -=
（3分）
因此有
1511403.10135w t -=
和 222
403.10115
w t -= 求得 1499.48w t =℃ 和248.87w t =℃。

（2分） 5、解：依题意知此问题属于流体外掠平板问题。

定性温度702
120
20=+=
m t ℃，空气的物性参数为λ=0.0296)/(K m W ⋅，)/(1020.022
-6s m ⨯=ν，Pr =0.694。

（2分）
空气在平板上的相对流速为s m u /33.102360010303
=+⨯=
（2分） ,1056191810
02.2012.033.10Re 5
6
⨯<=⨯⨯=
=
-ν
uL
故流动为层流。

（2分） 故平板上的平均努赛尔数为：
选用公式： 30.146694.061918664.0664.03
12
13/12/1=⨯⨯==r
e x P
R Nu
（3分）
平均表面传热系数为：08.3612
.00296
.030.146=⨯
=⨯
=L
Nu h λ
)/(2K m W ⋅（3分） 肋片散热量为：W t hA 318.17)20120(02.012.008.3622=-⨯⨯⨯⨯=∆=Φ （3分） 6、证明：(1)无遮热板时，A
A X A E E b b εε
εε-++--=
Φ1112,12
12,1对两个无限长的平板来说12,1=X ，所
以A
A A E E b b εε
εε-++--=
Φ1112
12,1 （4分）
(2)有n 块遮热板时，
)
12)(1()
211)(1(11)211(12
12
1212,1/-+-=⨯-++-=-++⨯-++--=
Φε
ε
ε
εε
εεεεn E E A
n E E A A A A A n A E E b b b b b b
所以2,12
,1/
1
1
Φ+=
Φn （6分）。