传热学考试答案

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2008传热学试卷（1）标准答案

一.填空题：（共20分）[评分标准：每小题2分]

1．导温系数是材料 物体内部温度扯平能力 的指标，大小等于 λ/ρC 。 2．影响强制对流换热的主要因素有 流体的物性，状态，壁面结构。

3．动量传递和热量传递的雷诺比拟的解为5/4Re 0296.0x x Nu =，适用条件是Pr=1。

4．影响膜状凝结传热的主要热阻是液膜层的导热热阻。

5．自膜化现象是对流换热系数与壁面尺寸无关，其发生的条件是流体处于湍流自然对流。 6．同一壳管式换热器，逆流布置时对数平均温压最大，顺流布置时对数平均温压最小。 7．在热辐射分析中，把单色吸收率与波长无关的物体称为灰体。 8．通常，把k m w ./12.0≤λ的材料称为保温材料。

9．有效辐射是单位时间内离开物体单位表面的辐射能，它包括本身辐射和反射辐射两部分。 10．傅立叶定律的数学表达式是x

t A Q ∂∂-=λ。 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 辐射力：单位表面积物体在单位时间内向半球空间发射得全部波长的能量.

② 热边界层：在壁面附近温度剧烈变化的薄层.

③ 导温系数：c

a ρλ

= 表示物体内部温度扯平的能力.

④ 膜状凝结：凝结液能很好的润湿壁面,在壁面上铺展成膜.液膜的热阻为主要热阻.

⑤ 太阳常数：大气层外缘与太阳射线相垂直的单位表面积所接受的太阳辐射能为1367W/m 2 2.试介绍三种强化管内湍流换热的措施，并说明措施的传热学原理。（10分） 答：三种方法（1）流速u 提高，（2）直径d 减小，（3）采用强化的换热面。 —————（6分） 原理n f f f Nu Pr Re 023.08.0=

或2.08

.0d

u h ∝———————（4分）

3.根据大容器饱和沸腾曲线，饱和沸腾曲线可分为几个区段？其中哪个区段 具有温压小，换热强的特点？为什么在沸腾换热时必须严格监视并控制热 通量在临界热通量以内？（10分）

答：四个区段， 核态沸腾。———————（4分）

用DNB 监视的原因（1）DNB 之上q 随△t 变化亦小

（2）超过m ax q 时△t 猛增，可达到1000℃，易烧毁设备。———————（6分）

4.辐射换热与导热.对流相比,有哪些特点？ (10分) 答(1)电磁波,能量形式转换.—————（2分）

(2)不依靠中间介质,在真空中亦可以进行. —————（2分）

(3)在高温时,辐射特别重要,与温度的四次方成正比. —————（2分） (4)热辐射为物体的固有特性. —————（2分） (5)吸收与辐射的总效果为辐射换热. —————（2分）

5.平壁的厚度为δ，两表面的温度分别为t w1和t w2，且t w1＞t w2，平壁材料的导热系数是随温度而变化的，关系式为λ=λ0（1+bt ）。试求热流密度和平壁内的温度分布的表达式。(10分) 解：一求热流密度 由傅立叶定律 dx

dt

bt dx dt q )1(0+-=-=λλ

(1) —————（1分） c t b

qx ++-=)2

1(20λ (2) —————（1分）

由边界条件 1,0w t t x == c t b t w w ++-=)2(02

110λ (3) ———（1分）

2,w t t x ==δ c t b t q w w ++-=)2(2

220λδ (4) ——（1分）

(4)-(3) )

)](2

(1[)]

(2

)[(212102

221210w w w w w w w w t t t t b q t t b t t q -++=-+-=δλλδ （5）———————（1分）

或写成

)(2

1

)]2(

1[/)(21210221λλλλδ

λ

+=++=-=

-

-

w w w w t t b m w t t q （6）———————（1分）

二求t 的分布

b

b qx b t t t b t t b t x q

dt

bt dx q dt

bt qdx dx

dt

bt q w w w t

t x w 12)1()2

()2()1()1()

1(02122110

00

001

--+

=

+-+=+-=+-=+-=⎰⎰λλλλλ

———————（4分） 三：计算题：（共80分）

1.参阅下图，一支水银温度计被用来测定压缩空气储罐里的空气温度。如果 温度计读数为t H =100℃，套管基部温度为t 0=50℃，套管长度为H=140mm ，套管壁厚δ=1mm ，壁的导热系数为λ=50W/(m.℃)，套管外侧压缩空气的对流换热系数为h=30W/(m

2.℃) ，试确定测温误差有多大？如果改成不 锈钢制成的套管，不锈钢的导热系数为λ=15W/(m.℃)，测量误差又有多大？

（20分） 〔提示θH =θ0/(chmH)〕

解：（1）A

hu

m λ=

u=πd A=πd δ 43.314.0001

.05030

=⨯⨯=

===

H h

H d d

h H A hu mH λδ

δ

λππλ

5.152

)(=+=-mH

mH e e mH ch

℃

4.1031

5.15501005.1515.155.151)()()

(000=--⨯=--=--=-=

-t t mH ch t mH ch t t mH ch t t t t H H f f

f H ℃4.34.103100-=-=-=∆f H t t t —