化工热力学习题.doc

装 订 线合肥学院A 传热学 试题化工系 级 能源化学工程 专业 学号 姓名 题号一二三四五六总 分得分阅卷得分一、是非题(每题1分，共计10分)(1) 一般而言有相变的对流换热系数比没有相变的对流换热系数大。 （ 1 ）(2) 对流换热属于热量传递的三种基本方式之一。 （ 0 ）(3) 一切温度高于0的物体都会以电磁波的方式发射具有一定能量的微观粒子。 （ 0 ）(4) 金属的导热系数比非金属的导热系数大。 （ 1 ）(5) 发生热对流的同时总会有热传导存在。 （ 1 ）(6) 黑体是一种理想物体，在自然界中是不存在的。 （ 1 ）(7) 非稳态导热，其温度分布不随时间改变。 （ 0） (8) 在非稳态导热中，当Bi非常小时，则物体内的温度分布就只是时间的函数。 （ 1）(9) 温度边界层的厚度远远小于流动方向上的尺度（）。 （ 1 ）(10) 对厚度为的无限大平壁，它的特征长度为 。 ( 1 )得分二、填空题(每题1分，共计10分)淼共 5 页，第 1 页(1) 热传递包括 热传导 、热对流与 热辐射 三种方式。(2) 对流换热可分为 强制对流换热 和自然对流换热两大类。(3) 导热系数是物质的固有特性之一，影响导热系数的因素有物质的 种类 、物质所处的 温度 和 压力 。与材料的 几何形状 没有关系。(4) 当 时，所有入射辐射的能量全部被物体吸收，这种理想的物体称为黑体。(5) 流体在管内流动属于内部流动过程，流动存在着两个明显的流动区域，分别是流动 和流动 进口段，充分发展区段 。得分三、简答题(每题6分，共计30分)(1) 传热过程由哪三个相互串联的热量传递环节组成答：传热过程由以下三个相互串联的热量传递环节组成，分别是1热量以对流换热的方式从高温流体传给固体壁面（2分）；2热量以传导的方式从高温流体侧壁面传递到低温流体侧壁面（2分）；3热量以对流换热的方式从低温流体侧壁面传给低温流体（2分）。(2) 保温材料如何界定答：导热系数小于某一界定值的材料称为保温材料（2分）。保温材料界定值的大小反映了一个国家保温材料的生产及节能的水平（2分）。国标中规定平均温度不高于350时导热系数小于0.12W/(m.K)的材料定为保温材料（2分）。(3) 肋片能够强化传热的原因答：肋片能够强化传热的原因有两个：1肋片能够增强传热面积（3分）；2肋片的存在破坏了对流边界层，增加了流体的扰动，增强了对流换热系数h的大小(3分)。(4) 在什么情况下能够使用集总参数法求解非稳态导热问题答：在以下三种情况下能够使用集总参数法求解导热问题：1物体的导热系数相当大(2分)；2所讨论物体的几何尺寸非常小(2分)；3表面传热系数很小(2分)。(5) 一杯盛满热水的杯子（有盖子）放在房间内（室内温度比较低），试分析它的热量是如何传递的答：1热量首先通过对流换热的方式传递给杯子内壁（2分）；2热量由杯子内壁通过热传导的方式传递给外杯壁（2分）；3热量通过对流换热和热辐射的方式传递给周围环境（2分）。共 5 页，第 2 页装 订 线装 订 线得分四、论述题(每题10分，共计20分)(1) 边界条件可以分为几类，每类的具体含义是什么，几类边界条件之间有什么关系答：边界条件可以分为三类，分别是第一类边界条件、第二类边界条件以及第三类边界条件。（2分）（1） 第一类边界条件：给出物体边界上的温度分布及其随时间的变化规律，如果在整个导热过程中物体边界上的温度为定值，则数学表达式为。（2分）（2） 第二类边界条件：给出物体边界上的热流密度分布及其随时间的变化规律，如果物体边界处表面绝热，则数学表达式为。（2分）（3） 第三类边界条件：给出了边界上物体表面与周围流体间的表面传热系数h及流体的温度tf。数学表达式为，。（2分）三种边界条件之间的关系为：当h非常大时，物体边界温度等于已知的流体温度，这时第三类边界条件转化为第一类边界条件；当h非常小时，这时第三类边界条件转化为第二类边界条件（2分）。(2) 试简述Bi数和Nu数的物理意义，分析两个物理量的区别在哪里答：怒塞尔数的表达式为（1分），它反映了给定流场的换热能力与其导热能力的对比关系（2分）；毕渥数的表达式为（1分），它反映了物体与环境之间的换热能力与其自身的导热能力之间的对比关系（2分）。努塞尔数和毕渥数在形式上是非常相似的，但是在努塞尔数的表达式中，Lf为流场的特征尺寸，为流场的导热系数（1分）；而在毕渥数的表达式中，Ls为固体的特征尺寸，为固体的导热系数（1分）。两个物理量都表示边界上的无量纲温度梯度，但是前者表示的是流体侧，后者表示的是固体侧（2分）。共 5 页，第 3 页得分五、计算题（每题10分, 共30分）(1) 一房屋的外墙为混凝土，其厚度为=200mm，混凝土的热导率为=1.5W/（m.K）,冬季室外空气温度为tf1=-10，有风天和墙壁之间的表面传热系数为h2=20W/（m2.K）,室内空气温度为tf2=25，和墙壁之间的对流换热系数 h1=5W/（m2.K）,假设墙壁及两侧的空气温度及表面传热系数都不随时间而变化，求单位面积墙壁的热损失及内外墙壁面的温度tw1和tw2。解：通过墙壁的热流密度即为单位墙壁面积的散热损失 （4分）根据牛顿冷却公式，对于内、外墙面与空气之间的对流换热有 （1分） （1分）于是可求得 （2分） (2)一双层玻璃窗，高2m，宽1m，玻璃厚3mm，玻璃的导热系数=0.5W/（m.K），双层玻璃间的空气夹层厚度为5mm，夹层中的空气完全静止，空气的导热系数为=0.025W/（m.K），如果测得冬季室内外玻璃表面温度分别为15和5，试求玻璃与空气夹层的导热热阻以及玻璃窗的散热损失。解：玻璃的导热热阻为 （3分）空气夹层的导热热阻为 （3分）玻璃窗的散热损失为 （4分）共 5 页，第 4 页装 订 线(3) 两平行大平板温度分别为t1=727和t2=27，其发射率均为1=2=0.6，试计算两者之间单位面积的辐射换热量；如果将两者中间加入一两面发射率不同的大平板，发射率分别为3=0.6和4=0.