2008传热学试卷(1)答案

1 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 C 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 适用条件是 Pr 1 5 4 Re0296 0 xx Nu 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 把的材料称为保温材料 kmw 12 0 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 AQ 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 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 热边界层 在壁面附近温度剧烈变化的薄层 导温系数 表示物体内部温度扯平的能力 c a 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 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 m2 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 fff NuPrRe023 0 8 0 或 4 分 2 0 8 0 d u h 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 2 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 超过时 t 猛增 可达到 1000 易烧毁设备 max q 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 两表面的温度分别为 tw1和 tw2 且 tw1 tw2 平壁材料的导热系数是随 温度而变化的 关系式为 0 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 1 1 分 dx dt bt dx dt q 1 0 2 1 分 ct b qx 2 1 2 0 由边界条件 3 1 分 1 0 w ttx ct b t ww 2 0 2 110 4 1 分 2 w ttx ct b tq ww 2 2 220 4 3 5 1 分 2 1 2 21 210 2 2 2 1210 ww ww wwww tt tt bq tt b ttq 3 或写成 6 1 分 2 1 2 1 21 21 0 2 21 ww ww tt b mwttq 二求 t 的分布 bb qx b tt t b tt b tx q dtbtdxq dtbtqdx dx dt btq w ww t t x w 12 1 2 2 1 1 1 0 2 1 22 11 0 0 0 0 0 1 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 tH 100 套管基部温度为 t0 50 套管长度为 H 140mm 套管壁厚 1mm 壁的导热系数 为 50W m 套管外侧压缩空气的对流换热系数为 h 30W m2 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 15W m 测量误差又有多大 20 分 提示 H 0 chmH 解 1 u d A d A hu m 43 3 14 0 001 0 50 30 H h H d dh H A hu mH 5 15 2 mHmH ee mHch 4 103 1 5 15 50100 5 15 1 5 15 5 15 1 00 0 tt mHch tmHcht t mHch tt tt HH f f fH 4 3 4 103100 fH ttt 12 分 2 改用不锈钢 实际气温仍为 4 103 f t 2 103 262 4 103 4 103 262 26 6 14 0 001 0 15 30 0 mHch tt tt mHch H h mH f fH 8 分 即测量温度误差为 t 0 2 2 有一外直径 d1 0 3m 黑度 1 0 9 的热管道 其外表面温度 tw 450 周围介质的温度 4 tf 50 试求每米管长上的辐射热损失 如果在热管道周围加一直径 dz 0 4m 黑度 z 0 82 的遮热板 此时辐射热损失又是多少 20 分 解 一 无遮热板时 6 分 2 44 44 011 12618 100 27350 100 273450 67 5 9 03 0 100 100 mw T T Cdq f w l 二 有遮热板时 1 先求出遮热板的温度 8 分 100 27350 100 67 5 82 0 4 0 100 100 273450 67 5 784 0 3 0 784 0 1 82 0 1 4 0 3 0 9 0 1 1 1 1 1 1 100 100 100 100 44 44 1 1 1 44 0 44 011 z z ZZ z f z zz zw zl T T d d T T Cd TT Cdq 2 分 kT T z z 06 589 5 1204 100 4 4 分 24 5 6401 100 27350 5 1204 67 5 82 0 4 0mwql 3 一蒸汽管道内径为 200mm 管壁厚为 8mm 管外包有 120mm 厚的热绝缘层 其导热系数 2 0 12W m 管壁导热系数 1 46 5W m 蒸汽温度为 tf1 300 周围空气温度 为 tf2 25 管内外两侧流体与壁面间的对流换热系数分别为 1 116W m2 2 10W m2 求单位管长的传热系数 传热量 ql及绝缘层外表面温度 20 分 解 1 分 mdmdmd456 0 12 0 2216 0 216 0 2 0 321 5 10 分 931 0 219 0 11 3 0008 0 043 0 10456 0 1 216 0 456 0 ln 12 0 2 1 2 0 216 0 ln 5 462 1 1162 0 1 1 ln 2 1 ln 2 11 1 232 3 21 2 111 kmw hdd d d d hd kl 9 分 9 42 10456 0 1 25625 1 256 25300 931 0 23 2 21 hd qtt mwttkq lfw ffll 4 温度为 17 流量为 1 14kg s 的水通过换热器对油进行冷却 油的比热为 c1 1 88kJ kg 进口温度为 117 出口温度为 27 最后出口水温 达到 60 已 知总的传热系数为 285W m2 试分别用 NTU 法和对 数平均温压法求单流程逆流换热 器所需的面积 20 分 提示水的比热为 4 187 kJ kg C Gc min Gc max 解 一 用 NTU 计算 进出口油温 117117 1 1 tt 进出口水温 6017 2 2 tt 4 分 kwttcmQ205 1760 187 4 14 1 2 222 4 分 9 0 100 90 17117 27117 215 0 28 2 285 0 28 2 27117 205 77 4 187 4 14 1 2 1 1 1 min min111122 1 1 11 22 tt tt A A mc KA NTU mccmcmcm kw tt Q cm kwcm 由 知 CNTUC CNTU 1exp1 1exp1 CNTUC CNTU 1exp1 1exp1 6 4 分 A A A A 06525 0 exp478 01 522 0 215 0exp1 77 4 28 2 12