传热学(高起专)-学习指南

传热学 高起专 传热学 高起专 学习指南学习指南 一 填空题 1 热量传递的三种基本方式为 2 热流量是指 单位是 热流密度是指 单位是 3 第二类边界条件是指 4 温度边界层越 对流传热系数越小 强化传热应使温度边界层 越 5 稳态传热过程是指 6 非稳态导热时 物体内的 场和热流量随 而变化 7 大容器饱和沸腾曲线可分为 四个区域 其中 具有温差小 热流大的传热特点 8 传热器的热计算方法有 和 9 总传热系数是指 单位是 10 影响自然对流传热系数的主要因素有 等 11 第一类边界条件是 12 基尔霍夫定律表明 善于辐射的物体也善于 在同温度下 黑 体具有 的辐射力 实际物体的吸收率永远 1 13 由炉膛火焰向水冷壁传热的主要方式是 1 热传导 热对流 热辐射 2 单位时间内所传递的热量 W 单位传热面上的热流量 W m2 3 给定物体边界上任何时刻的热流密度 q w 分布 4 厚 簿 5 物体中各点温度不随时间而改变的热量传递过程 6 温度 时间 7 自然对流 核态沸腾 过渡沸腾 膜态沸腾 核态沸腾 8 平均温压法 传热单元数法 9 传热温差为 1K 时 单位传热面积在单位时间内的传热量 W m2 K 10 流动起因 流动速度 流体有无相变 11 给定物体边界上任何时刻的温度分布 12 吸收 最大 小于 13 热辐射 二 简答题 1 有一台钢管换热器 热水在管内流动 空气在管束间作多次折流横向冲刷管 束以冷却管内热水 有人提出 为提高冷却效果 采用管外加装肋片并将钢 管换成铜管 请你评价这一方案的合理性 答 答 该换热器管内为水的对流换热 管外为空气的对流换热 主要热阻在管外空气侧 因 而在管外加装肋片可强化传热 注意到纲的导热系数虽然小于铜的 但该换热器中管壁导 热热阻不是传热过程的主要热阻 因而无需将钢管换成铜管 2 简述沸腾换热的特点 答 答 1 同凝结换热一样 沸腾换热亦属于有相变的对流换热 沸腾时加热表面的热 量也是通过导热和对流的联合作用传递给沸腾液体 不同的是液体在受热的同时 将伴随发生相的变化 即从液相变为气相 因此牛顿冷却定律仍然适用即 q h tw ts 2 引起沸腾换热一般有两种加热方式 即控制壁温 即改变壁温 tw与液体饱 和 温度 ts之差 t tw ts 和控制热流 即改变壁面处的热流密度 q 3 沸腾换热的推动力是 t tw ts 因此壁面过热是产生沸腾换热的先决条件 4 发生沸腾换热时 汽泡只在加热面个别地方产生 且汽泡要长到一定尺寸后 才会离开加热表面 然后由周围液体补充 重新形成汽泡 如此周而复始 汽泡 不断形成 长大 脱离 对加热面附近流体产生剧烈扰动 因此沸腾换热的强度 远比其他条件相同时的无相变对流换热强 其表面传热系数很大 3 冷油机的传热 有人用提高冷却水流速的办法 但发现效果并不显著 试分 析原因 答 答 冷油机中由于油的粘度较大 对流换热表面传热系数较小 占整个传热过程中热阻的 主要部分 而冷却水的对流换热热阻较小 不占主导地位 因为用提高水速的方法 只能 减小不占主导地位的水侧热阻 故效果不显著 4 数平均温差的原因是什么 答 答 在换热器中 冷 热流体的温度沿换热面是不断变化的 因而冷 热流体间的局部换 热温差也是沿程变化的 因此 再利用传热方程式 kA t 计算换热量时 t 要用整个 换热面积上的平均温差 tm 来代替 5 简述影响对流换热的因素有哪些 答 答 1 流体流动的起因 流体流动可以是由外部动力源引起 也可能是由于流体内部 的密度差引起 它们分别对应为强制对流换热和自然对流换热 2 流体流动的状态 根据粘性流体流动存在着层流和湍流两种状态 可有层流和 湍流两种状态 二者的换热强度不同 3 换热面的几何音粗 换热面的形状 大小 相对位置及表面粗糙度直接影响着 流体和壁面间的对流换热 4 流体有无发生相变 一般而言 同种流体发生相变的换热强度比无相变大得多 5 流体的物理性质 如密度 动力粘度 导热系数 等 6 下列名词术语 1 黑体 2 灰体 3 定向辐射强度 4 光谱发射率 5 漫射表面 答 答 1 黑体 吸收比 1 的物体成为黑体 2 灰体 光谱吸收比与波长无关的物体称为灰体 即 为常数 3 定向辐射强度 单位时间 单位可见辐射面积向指定方向单位立体角内辐射的能量 称为定向辐射强度 4 光谱发射率 表示实际物体的光谱辐射力 E 与同温度下黑体的光谱辐射力 Eb 的比 值 即 E Eb 5 漫射表面 通常把服从兰贝特定律的表面称为漫射表面 即该表面的定向辐射强度 与方向无关 7 试分析室内暖气片的散热过程 各环节有哪些热量传递方式 以暖气片管内 走热水为例 答 答 有以下换热环节及热传递方式 1 由热水到暖气片管道内壁 热传递方式是对流换热 强制对流 2 由暖气片管道内壁至外壁 热传递方式为导热 3 由暖气片外壁至室内环境和空气 热传递方式有辐射换热和对流换热 8 窗玻璃对红外线几乎不透明 但为什么隔着玻璃晒太阳却使人感到暖和 答 答 窗玻璃对红外线不透明 但对可见光确实透明的 因而隔着玻璃晒太阳 太阳光可以 穿过玻璃进入室内 而室内物体发出的红外线却被阻隔在窗内 因而房间内温度越来越高 因而感到暖和 三 计算题 1 根外径为 100mm 的热力管道外拟包覆两层绝热材料 一种材料的导热系数为 0 06W m K 另一种为 0 12 W m K 两种材料的厚度都取为 75mm 试比较 把导热系数小的材料紧贴管壁及把导热系数大的材料紧贴管壁这两种方法对保 温效果的影响 这种影响对于平壁的情形是否存在 假设这两种做法中绝热层 内 外表面的总温差保持不变 解 解 1 将导热系数小的材料紧贴管壁 19 19 2 2 7550 757550 ln 2 50 7550 ln 21 21 21tttt ll 将导热系数大的材料紧贴管壁 47 15 2 2 7550 757550 ln 2 50 7550 ln 21 12 21tttt ll 由于 故将导热系数小的材料贴近管壁的保温效果好 2 若为平壁则 2 2 1 1 21 tt q 由于 所以对平壁无影响 21 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 电热丝的温度为 55 测得电加热功率为 20W m 假定除对流外其他热损失可忽略不计 试确定此时的来流速度 空气的物性值 外掠单 KmW 0276 0 sm2 6 1096 16 699 0 Pr 管对流换热在 Re 40 400 时 其中 C 0 683 n 0 466 31 PrRenCNu 解 解 由题意 有牛顿冷却公式mW l 20 fwfwl ttdhtthA KmWttdh fwl 23 21222555101 020 定性温度 Cttt fwm 405525 2 1 2 1 根据空气的物性值可得 689 7 0276 0 101 02122 3 hd Nu 假设 Re 数之值范围在 40 4000 由式可得 31 PrRenCNu 31466 0 699 0 Re683 0 689 7 得到 Re 233 12 符合上述假设范围 故 54 39101 0 1096 1612 233Re 36 d u 3 质量流量为 2 25kg s 比热容为 2000J kg K 的油进入冷油器时温度为 80 冷油器中冷却剂为水 与油呈逆流布置 其传热系数为 560W m2 K 传热面 积为 8m2 水的入口温度为 12 油的出口温度为 40 试确定水的质量流量 取水的定压比热容 4184KkgJcp 解 解 由热平衡方程 W 1800004080200025 2 1111 ttcq pm 平均温差 18 40 8560 180000 kA tm 而由 tm的计算公式 min