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1 传热学 试题库 第一章 概 论 一 名词解释 1 热流量 单位时间内所传递的热量 2 热流密度 单位传热面上的热流量 3 导热 当物体内有温度差或两个不同温度的物体接触时 在物体各部分之间不发生相对位移的情况下 物质微 粒 分子 原子或自由电子 的热运动传递了热量 这种现象被称为热传导 简称导热 4 对流传热 流体流过固体壁时的热传递过程 就是热对流和导热联合用的热量传递过程 称为表面对流传热 简称对流传热 5 辐射传热 物体不断向周围空间发出热辐射能 并被周围物体吸收 同时 物体也不断接收周围物体辐射给它 的热能 这样 物体发出和接收过程的综合结果产生了物体间通过热辐射而进行的热量传递 称为表面辐射传热 简称辐射传热 6 总传热过程 热量从温度较高的流体经过固体壁传递给另一侧温度较低流体的过程 称为总传热过程 简称传 热过程 7 对流传热系数 单位时间内单位传热面当流体温度与壁面温度差为 1K 是的对流传热量 单位为 W m2 K 对流传热系数表示对流传热能力的大小 8 辐射传热系数 单位时间内单位传热面当流体温度与壁面温度差为 1K 是的辐射传热量 单位为 W m2 K 辐射传热系数表示辐射传热能力的大小 9 复合传热系数 单位时间内单位传热面当流体温度与壁面温度差为 1K 是的复合传热量 单位为 W m2 K 复合传热系数表示复合传热能力的大小 10 总传热系数 总传热过程中热量传递能力的大小 数值上表示传热温差为 1K 时 单位传热面积在单位时间内 的传热量 二 填空题 1 热量传递的三种基本方式为 热传导 热对流 热辐射 2 热流量是指 单位是 热流密度是指 单位是 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 总传热过程是指 它的强烈程度用 来衡量 热量从温度较高的流体经过固体壁传递给另一侧温度较低流体的过程 总传热系数 4 总传热系数是指 单位是 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 5 导热系数的单位是 对流传热系数的单位是 传热系数的单位是 W m K W m2 K W m2 K 6 复合传热是指 复合传热系数等于 之和 单位是 对流传热与辐射传热之和 对流传热系数与辐射传热系数之和 W m2 K 7 单位面积热阻 rt的单位是 总面积热阻 Rt的单位是 m2 K W K W 8 单位面积导热热阻的表达式为 9 单位面积对流传热热阻的表达式为 1 h 10 总传热系数 K 与单位面积传热热阻 rt的关系为 rt 1 K 11 总传热系数 K 与总面积 A 的传热热阻 Rt的关系为 2 Rt 1 KA 12 稳态传热过程是指 物体中各点温度不随时间而改变的热量传递过程 13 非稳态传热过程是指 物体中各点温度随时间而改变的热量传递过程 14 某燃煤电站过热器中 烟气向管壁传热的辐射传热系数为 30W m2 K 对流传热系数为 70W m2 K 其复合传 热系数为 100 W m2 K 15 由炉膛火焰向水冷壁传热的主要方式是 热辐射 16 由烟气向空气预热器传热的主要方式是 热对流 17 已知一传热过程的热阻为 0 035K W 温压为 70 则其热流量为 2kW 18 一大平壁传热过程的传热系数为 100W m2 K 热流体侧的传热系数为 200W m2 K 冷流体侧的传热系数为 250W m2 K 平壁的厚度为 5mm 则该平壁的导热系数为 导热热阻为 5 W m K 0 001 m2 K W 19 总传热方程式可表示为 或 q KA t K t 20 已知平壁厚 0 02m 热阻为 0 02m2 K W 其导热系数为 1 W m K 三 选择题 1 下列哪几种传热过程不需要有物体的宏观运动 1 导热导热 2 对流 3 辐射辐射 4 复合传热 2 热流密度 q 与热流量的关系为 以下式子 A 为传热面积 为导热系数 h 为对流传热系数 1 q A 2 q A 3 q 4 q h 3 如果在水冷壁的管子里结了一层水垢 其他条件不变 管壁温度与无水垢时相比将 1 不变 2 提高提高 3 降低 4 随机改变 4 下列哪一种表达式是错误的 1 q t 2 q h t 3 q k t 4 q rt t 5 导热系数的单位是 1 W m2 K 2 W m2 3 W m K 4 m2 K W 6 在传热过程中 系统传热量与下列哪一个参数成反比 1 传热面积 2 流体温差 3 传热系数 4 传热热阻传热热阻 7 在稳态传热过程中 传热温差一定 如果希望系统传热量增大 则不能采用下述哪种手段 1 增大系统热阻增大系统热阻 2 增大传热面积 3 增大传热系数 4 增大对流传热系数 8 试判断下述几种传热过程中哪一种的传热系数最小 1 从气体到气体传热从气体到气体传热 2 从气体到水传热 3 从油到水传热 4 从凝结水蒸气到水传热 9 若已知对流传热系数为 78W m2 K 则其单位面积对流传热热阻为多少 1 78W m K 2 1 78m K W 3 1 78m2 K W 4 78W m2 K 10 单位时间通过单位面积的热量称为什么 一般用什么符号表示 1 热流密度 热流密度 q 2 热流密度 3 热流量 q 4 热流量 11 太阳与地球间的热量传递属于下述哪种传热方式 1 导热 2 热对流 3 3 热辐射热辐射 4 以上几种都不是 12 热流量与温差成正比 与热阻成反比 此规律称为什么 1 导热基本定律 2 热路欧姆定律热路欧姆定律 3 牛顿冷却公式 4 传热方程式 13 传热过程热路图的原理是什么 1 傅里叶定律 2 牛顿冷却公式 3 斯蒂芬 波尔兹曼定律 4 热路欧姆定律热路欧姆定律 14 某一传热过程的热流密度 q 500W m2 冷 热流体间的温差为 10 其传热系数和单位面积的总传热热阻各 为多少 1 K 50W m2 K rt 0 05m2 K W 2 K 0 02W m2 K rt 50m2 K W 3 K 50W m2 K rt 0 02m2 K W 4 K 50W m2 K rt 0 05K W 15 平板的单位面积导热热阻的计算式应为哪一个 1 2 KA 3 1 h 4 1 KA 四 简答题 1 试述三种热量传递基本方式的差别 并各举 1 2 个实际例子说明 提示 从三种热量传递基本方式的定义及特点来区分这三种热传递方式 2 请说明在传热设备中 水垢 灰垢的存在对传热过程会产生什么影响 如何防止 提示 从传热过程各个环节的热阻的角度 分析水垢 灰垢对换热设备传热能力与壁面的影响情况 3 试比较导热系数 对流传热系数和总传热系数的差别 它们各自的单位是什么 提示 写出三个系数的定义并比较 单位分别为 W m K W m2 K W m2 K 4 在分析传热过程时引入热阻的概念有何好处 引入热路欧姆定律有何意义 提示 分析热阻与温压的关系 热路图在传热过程分析中的作用 5 结合你的工作实践 举一个传热过程的实例 分析它是由哪些基本热量传递方式组成的 提示 学会分析实际传热问题 如水冷式内燃机等 6 在空调房间内 夏季与冬季室内温度都保持在 22 左右 夏季人们可以穿短袖衬衣 而冬季则要穿毛线衣 试 用传热学知识解释这一现象 提示 从分析不同季节时墙体的传热过程和壁温 以及人体与墙表面的热交换过程来解释这一现象 主要是人 体与墙面的辐射传热的不同 第二章 热传导 一 名词解释 1 温度场 某一瞬间物体内各点温度分布的总称 一般来说 它是空间坐标和时间坐标的函数 2 等温面 线 由物体内温度相同的点所连成的面 或线 3 温度梯度 在等温面法线方向上最大温度变化率 4 热导率 物性参数 热流密度矢量与温度降度的比值 数值上等于 1 K m 的温度梯度作用下产生的热流密度 热导率是材料固有的热物理性质 表示物质导热能力的大小 5 导温系数 材料传播温度变化能力大小的指标 6 稳态导热 物体中各点温度不随时间而改变的导热过程 7 非稳态导热 物体中各点温度随时间而改变的导热过程 8 傅里叶定律 在各向同性均质的导热物体中 通过某导热面积的热流密度正比于该导热面法向温度变化率 9 保温 隔热 材料 0 12 W m K 平均温度不高于 350 时 的材料 10 肋效率 肋片实际散热量与肋片最大可能散热量之比 11 接触热阻 材料表面由于存在一定的粗糙度使相接触的表面之间存在间隙 给导热过程带来额外热阻 12 定解条件 单值性条件 使微分方程获得适合某一特定问题解的附加条件 包括初始条件和边界条件 4 二 填空题 1 导热基本定律是 定律 可表述为 傅立叶 2 非稳态导热时 物体内的 场和热流量随 而变化 温度 时间 3 导温系数的表达式为 单位是 其物理意义为 a c m2 s 材料传播温度变化能力的指标 4 肋效率的定义为 肋片实际散热量与肋片最大可能散热量之比 5 按照导热机理 水的气 液 固三种状态中 态下的导热系数最小 气 6 一般 材料的导热系数与 和 有关 种类 温度 7 保温材料是指 的材料 0 12 W m K 平均温度不高于 350 时 8 已知材料的导热系数与温度的关系为 0 1 bt 当材料两侧壁温分别为 t1 t2时 其平均导热系数可取 下的导热系数 t1 t2 2 9 发电机水冷 氢冷 空冷三种方式中 以 方式的效果最好 方式的效果最差 水冷 空冷 10 第三类边界条件是指已知 物体边界与周围流体间的表面传热系数 h 及周围流体的温度 tf 11 及其单值性条件可以完整地描述一个具体的导热问题 导热微分方程 12 第一类边界条件是 给定物体边界上任何时刻的温度分布 13 初始条件是指 如以某时刻作为时间的起算点 在该时刻导热物体内的温度分布 14 通过长圆筒壁导热时 圆筒壁内的温度呈 分布规律 对数曲线 15 温度梯度表示温度场内的某一地点等温面法线方向的 温度变化率 16 第二类边界条件是指 给定物体边界上任何时刻的热流密度 q w分布 三 选择题 1 当采用加肋片的方法增强传热时 最有效的办法是将肋片加在哪一侧 1 传热系数较大的一侧 2 传热系数较小的一侧 3 流体温度较高的一侧 4 流体温度较低的一侧 2 下列各参数中 属于物性参数的是 1 肋化系数 2 导热系数导热系数 3 导温系数 导温系数 4 传热系数 3 导温系数的物理意义是什么 1 表明材料导热能力的强弱 2 反映了材料的储热能力 3 反映材料传播温度变化的能力反映材料传播温度变化的能力 4 表明导热系数大的材料一定是导温系数大的材料 5 4 常温下 下列物质中哪一种材料的导热系数较大 1 纯铜纯铜 2 碳钢 3 不锈钢 4 黄铜 5 温度梯度表示温度场内的某一点等温面上什么方向的温度变化率 1 切线方向 2 法线方向法线方向 3 任意方向 4 温度降低方向 6 接触热阻的存在使相接触的两个导热壁面之间产生什么影响 1 出现温差出现温差 2 出现临界热流 3 促进传热 4 没有影响 7 下述哪一点不是热力设备与冷冻设备加保温材料的目的 1 防止热量 或冷量 损失 2 提高热负荷提高热负荷 3 防止烫伤 或冻伤 4 保持流体温度 8 某热力管道采用两种导热系数不同的保温材料进行保温 为了达到较好的保温效果 应将哪种材料放在内层 1 导热系数较大的材料 2 导热系数较小的材料导热系数较小的材料 3 任选一种均可 4 无法确定 9 金属含有较多的杂质 则其导热系数将如何变化 1 变大 2 变小 变小 3 不变 4 可能变大 也可能变小 10 下列材料中 导热材料较差的材料是什么 1 铝合金 2 铸铁 3 不锈钢 4 普通玻璃普通玻璃 11 物体之间发生热传导的动力是什么 1 温度场 2 温差温差 3 等温面 4 微观粒子运动 12 下面哪种物质材料具有较大的导热系数 1 水 2 空气 3 水蒸气 4 冰块 冰块 13 通过大平壁导热时 大平壁内的温度分布规律是下述哪一种 1 直线直线 2 双曲线 3 抛物线 4 对数曲线 14 若已知某种气体的密度为 0 617kg m3 比热为 1 122 kJ kg K 导热系数为 0 0484W m K 则其导温系 数是多少 1 14 3m2 s 2 69 9 10 6m2 s 3 0 0699m2 s 4 1 43 104m2 s 15 已知某一导热平壁的两侧壁面温差是 30 材料的导热系数是 22W m K 通过的热流密度是 300W m2 则该平壁的壁厚是多少 1 220m 2 22m 3 2 2m 4 0 22m 16 第二类边界条件是什么 1 已知物体边界上的温度分布 2 已知物体表面与周围介质之间的传热情况 3 已知物体边界上的热流密已知物体边界上的热流密度 度 4 已知物体边界上流体的温度与流速 17 冬天用手分别触摸置于同一环境中的木块和铁块 感到铁块很凉 这是什么原因 1 因为铁块的温度比木块低 2 因为铁块摸上去比木块硬 3 因为铁块的导热系数比木块大 4 因为铁块的导温系数比木块大因为铁块的导温系数比木块大 18 什么情况下圆筒壁导热可以按平壁处理 1 当其长度大于其外半径的 10 倍时 2 当其长度是其壁厚的 10 倍时 3 当其外径大于 2 倍的内径时 4 当其外径大于其壁厚的当其外径大于其壁厚的4倍时倍时 19 温度升高时 气体的导热系数一般随温度会发生怎样的变化 6 1 增大增大 2 减小 3 不变 4 可能增大也可能减小 20 一般情况下 对于材料的导热系数 下述哪种说法是错误的 1 合金小于纯金属 2 气体小于固体 3 液体小于固体 4 导电体小于非导电体导电体小于非导电体 21 下列那种情况内燃机汽缸温度场不会随时间发生变化 1 内燃机启动过程 2 内燃机停机 3 内燃机变工况运行 4 内燃机定速运行内燃机定速运行 22 在稳态导热中 已知三层平壁的内外表面温度差为 120 三层热阻之比 R 1 R 2 R 3 1 2 3 则各 层的温度降为 1 60 40 20 2 70 40 10 3 20 40 60 4 10 40 70 23 材料的导热能力与吸热能力之比称为 1 放热系数 2 传热系数 3 导热系数 4 导温系数导温系数 24 蒸汽管道的内外直径分别为 68mm 和 100mm 导热系数 1 63W m 内表面温度为 140 今采用玻璃棉 垫料保温 2 0 053W m 若要求保温层外表面的温度不超过 50 且蒸汽管道允许的热损失 ql 50W m 则玻璃棉垫料保温层的厚度至少为 1 41mm 2 54mm 3 91mm1mm 4 104mm 25 导热体中不同温度的等温面将 1 互相相交 2 互不相交互不相交 3 互相相切 4 不定 26 材料的导温系数是材料 和 的比值 1 吸热能力 导热能力 2 导热能力导热能力 吸热能力吸热能力 3 比热容 导热系数 4 导热系数 比热容 27 固体壁面上敷设肋片后 其实际散热量与假设整个肋表面处于肋基温度下的散热量的比值为 1 肋壁效率 2 肋化系数 3 肋片效率肋片效率 4 无明确的专用名称 28 忽略物体内部导热热阻的分析方法称为 1 正规状况法 2 数学分析法 3 数值解法 4 集总参数法集总参数法 29 下列哪个是非稳态导热的表达式 1 t f x y z 2 t f y 3 t f x y 4 t f z x 30 下列那个表示非稳态导热过程的无因次时间 1 Bi 2 Fo 3 e 4 r 四 简答题 1 试解释材料的导热系数与导温系数之间有什么区别和联系 提示 从两者的概念 物理意义 表达式方面加以阐述 如从表达式看 导温系数与导热系数成正比关系 a c 但导温系数不但与材料的导热系数有关 还与材料的热容量 或储热能力 也有关 从物理意义看 导热系 数表征材料导热能力的强弱 导温系数表征材料传播温度变化的能力的大小 两者都是物性参数 2 试用所学的传热学知识说明用温度计套管测量流体温度时如何提高测温精度 提示 温度计套管可以看作是一根吸热的管状肋 等截面直肋 利用等截面直肋计算肋端温度 th的结果 可得 采用温度计套管后造成的测量误差 t 为 t tf th 0 mHch ttf 其中H h H A hP mH 欲使测量误差 t 下 降 可以采用以下几种措施 1 降低壁面与流体的温差 tf t0 也就是想办法使肋基温度 t0接近 tf 可以通过对流体 通道的外表面采取保温措施来实现 2 增大 mH 值 使分母 ch mH 增大 具体可以用以下手段实现 增加 H 延长温度计套管的长度 减小 采用导热系数小的材料做温度计套管 如采用不锈钢管 不要用铜管 因为不锈钢的导热系数比铜和碳钢小 降低 减小温度计套管的壁厚 采用薄壁管 提高 h 增强温度计套管与流体之间的热交换 3 试写出直角坐标系中 一维非稳态无内热源常导热系数导热问题的导热微分方程表达式 并请说明导热问题常 见的三类边界条件 7 提示 直角坐标系下一维非稳态无内热源导热问题的导热微分方程式 x t a t 2 2 第一类边界条件 0 tw fw x 第二类边界条件 0 xf n t w w 第三类边界条件 0 fw w s tth n t 4 在一根蒸汽管道上需要加装一根测温套管 有三种材料可选 铜 铝 不锈钢 问选用哪种材料所引起的测温 误差最小 为什么 为减小测量误差 在套管尺寸的选择上还应注意哪些问题 提示 与简答题 2 的第 2 点类似 套管材料应选用不锈钢 因给出的三种材料中 不锈钢的导热系数最小 5 什么是接触热阻 减少固体壁面之间的接触热阻有哪些方法 提示 材料表面由于存在一定的粗糙度使相接触的表面之间存在间隙 给导热过程带来额外热阻称为接触热阻 接触热阻的存在使相邻的两个表面产生温降 温度不连续 接触热阻主要与表面粗糙度 表面所受压力 材料硬度 温度及周围介质的物性等有关 因此可以从这些方面考虑减少接触热阻的方法 此外 也可在固体接触面之间衬以 导热系数大的铜箔或铝箔等以减少接触热阻 6 管外包两种不同导热系数材料以减少热损失 若 21 试问如何布置合理 7 某一维导热平板 平板两侧表面温度分别为 1 T和 2 T 厚度为 在这个温度范围内导热系数与温度的关系为 T 1 求平板内的温度分布 8 有人认为 傅里叶定律并不显含时间 因此不能用来计算非稳态导热的热量 你认为对吗 9 导热是由于微观粒子的扩散作用形成的 迄今为止 描述物质内部导热机理的物理模型有哪些 用它们可以分 别描述哪些物质内部的导热过程 10 用稳定法平板导热仪对某厂提供的保温试材的导热系数进行测定 试验时从低温开始 依次在 6 个不同温度下 测得 6 个导热系数值 这些数据表明该材料的导热系数随温度升高而下降 这一规律与绝热保温材料的导热 机理不符 经检查未发现实验装置有问题 试分析问题可能出在哪里 11 在超低温工程中要使用导热系数很低的超级保温材料 如果要你去研制一种这样的新保温材料 试从导热机理 出发设计一种超级保温材料 列出你为降低导热系数采取了哪些措施 并解释其物理原因 12 试对比分析在气体中由分子热运动产生的热量迁移与在金属中自由电子热运动产生的能量迁移这两个物理模 型的共同点和差异之处 13 在任意直角坐标系下 对于以下两种关于第三类边界条件的表达形式 你认为哪个对 哪个不对 或者无法判 别 陈述你的判断和理由 0 0 xf x TTh x T 0 0 fx x TTh x T 14 一维常物性稳态导热中 温度分布与导热系数无关的条件有哪些 15 发生在一个短圆柱中的导热问题 在哪些情况下可以按一维导热问题来处理 16 扩展表面中的导热问题可以按一维处理的条件什么 有人认为 只要扩展表面细长 就可以按一维问题处理 你同意这种观点吗 17 某材料导热系数与温度的关系为 1 2 0 bT 式中b 0 为常数 若用这种材料制成平板 试求其单位面积的 热阻表达式 18 对于如图所示的两种水平夹层 试分析冷 热表面间热量交换的方式有何不同 如果要通过实验来测定夹层中 流体的导热系数 应采用哪一种布置 热面 冷面 a 夹层冷面在下 b 夹层热面在下 8 19 在测量金属导热系数的实验中 为什么通常把试件制作成细而长的棒 20 高温下气体导热系数的测定有何困难 在实际中能否用常温下的数据来替代 21 肋化系数 肋效率和肋壁效率是如何定义的 在选用和设计肋片时它们有何用途 22 有两根材料不同 厚度均为 2 的等截面直肋 A 和 B 处于相同的换热环境中 肋基温度均为 0 T 肋端绝热 它们的表面均被温度为 f T 对流换热系数 h 为常数的流体所冷却 且h1 现测得材料 A 和 B 内的温 度分布如图所示 试分析材料 A 和 B 导热系数的大小 T T T0 T0 B A Tf Tf x x 23 为测量管道内流体的温度 可采用温度计套管 实用中常常布置成如图所示的斜插形式 试从传热学的角度解 释其合理性 24 覆盖热绝缘层是否在任何情况下都能减少热损失 保温层是否越厚越好 25 对室内冷冻管道和热力管道的保温层设计有何不同 26 在管道内部贴上一层保温材料 是否存在某一临界绝热直径 为什么 27 非稳态导热的正规状况阶段或充分发展阶段在物理过程及数学处理上有什么特点 28 有人认为 当非稳态导热过程经历时间很长时 采用诺模图计算所得到的结果是错误的 理由是 这个图表明 物体中各点的过余温度与中心截面过余温度的比值仅与几何位置和毕渥数Bi有关 而与时间无关 但当时间 趋于无限大时 物体中各点的温度应趋于流体温度 所以两者是有矛盾的 你如何看待这一问题 29 有人这样分析 在一维无限大平板中心温度的诺模图中 当 越小时 h越小 此时其他参数不变时 ic 越小 即表明 c 越小 平板中心温度就越接近于流体温度 这说明物体被流体加热时 其 越小 P C 一定 反而温升越快 与事实不符 请指出上述分析错误在什么地方 30 试分析当 Fo90 时 凝结液在壁面上形成许多液滴 而不形成连续的液膜 10 膜状凝结 当液体能润湿壁面时 凝结液和壁面的润湿角 液体与壁面交界处的切面经液体到壁面的交角 90 凝结液在壁面上形成一层完整的液膜 11 核态沸腾 在加热面上产生汽泡 换热温差小 且产生汽泡的速度小于汽泡脱离加热表面的速度 汽泡的剧烈 9 扰动使表面传热系数和热流密度都急剧增加 12 膜态沸腾 在加热表面上形成稳定的汽膜层 相变过程不是发生在壁面上 而是汽液界面上 但由于蒸汽的导 热系数远小于液体的导热系数 因此表面传热系数大大下降 二 填空题 1 影响自然对流传热系数的主要因素 有 流动起因 流动速度 流体有无相变 壁面的几何形状 大小和位置 流体的热物理性质 2 速度边界层是指 在流场中壁面附近流速发生急剧变化的薄层 温度边界层是指 在流体温度场中壁面附近温度发生急剧变化的薄层 3 流体刚刚流入恒壁温的管道作层流传热时 其局部对流传热系数沿管长逐渐 这是由 于 减小 边界层厚度沿管长逐渐增厚 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 厚 簿 5 流体流过弯曲的管道或螺旋管时 对流传热系数会 这是由于 增大 离心力的作用产生了二次环流增强了扰动 6 流体横掠管束时 一般情况下 布置的平均对流传热系数要比 布置时高 叉排 顺排 7 管外流动传热 有纵向冲刷和横向冲刷之分 在其他条件相同时 以 向冲刷方向传热更为强烈 横向 8 对流传热微分方程式的表达式为 其中 x 是 是 t 是 0 y y t 是 0 y x y t t h 局部换热系数 流体导热系数 主流流体温度与壁温之差 贴壁处流体的法向温度变化 率 9 纯净饱和蒸气膜状凝结的主要热阻是 液膜的导热热阻 10 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 自然对流 核态沸腾 过渡沸腾 膜态沸腾 核态沸腾 11 雷诺比拟采用 模型 其结果在 Pr 条件下与实验解相吻合 单层 1 12 沸腾的临界热通量是指 当壁面过热度大到某一程度时 汽泡来不及脱离加热面而开始连成不稳定的汽膜 即由核态沸腾开始向膜态沸 腾过渡 出现临界点的热流密度 13 格拉晓夫准则的物理意义 表达式 Gr 流体流动时浮升力与粘滞力之比的无量纲量 2 3 cv tlg 14 减小管内湍流对流传热热阻的方法有 增加流速 采用短管 改变流体物性 增加换热面积 扰流 采用导热系数大的流体 用小管径等 15 反映对流传热强度的准则称为 准则 10 努塞尔 16 普朗特准则 Pr 的数学表达式为 它表征了 的相对大小 a 动量传递与热量传递 17 管内充分发展湍流的传热系数与平均流速 U 的 次方成 比 与内径 D 的 次方 成 比 0 8 正 0 2 反 18 大空间自然对流处于湍流状态时有自模化特征 此时传热系数与 无关 尺寸 19 自然对流传热在 条件下发生关于特征尺度 L 的自模化现象 湍流 20 在蒸汽的凝结过程中 凝结的传热系数大于 凝结 珠状 膜状 21 自然对流传热是指 流体在浮升力作用下的对流传热 22 管槽内对流传热的入口效应是指 流体入口段由于热边界层较薄而具有较高的对流传热系数 23 流体在大空间沿竖壁作自然对流传热时 对于湍流工况 其对流传热系数正比于竖壁高度的 次方 0 24 大容器沸腾曲线分为 四个区段 自然对流 核态沸腾 过渡沸腾 膜态沸腾 三 选择题 1 下列各参数中 属于物性参数的是 1 传热系数 K 2 吸收率 3 普朗特数普朗特数Pr 4 传热系数 hc 2 流体纯自然对流传热的准则方程可写成 1 Nu f Re Pr 2 Nu f Gr Pr 3 Nu f Re Gr Pr 4 Nu f Bi Fo 3 流体掠过平板对流传热时 在下列边界层各区中 温度降主要发生在 1 主流区 2 湍流边界层 3 层流底层层流底层 4 缓冲区 5 湍流核心区 4 空气自然对流传热系数与强迫对流时的对流传热系数相比 1 要小的多要小的多 2 要大得多 3 十分接近 4 不可比较 5 沸腾的临界热流量 qc是 1 从过冷沸腾过渡到饱和沸腾的转折点 2 从自由流动过渡到核态沸腾的转折点 3 从核态沸腾过渡到膜态沸腾的转折点从核态沸腾过渡到膜态沸腾的转折点 4 从不稳定膜态沸腾过渡到稳定膜态沸腾的转折点 6 流体在大空间沿竖壁自然对流传热时 在湍流状态下 对流传热系数正比于竖壁高度的 1 0次方次方 2 0 8 次方 3 l 4 次方 4 l 3 次方 7 液体沸腾时 汽泡内的压力大于汽泡外液体的压力 主要由于下列哪个因素造成的 1 传热温差 2 表面张力表面张力 3 浮升力 4 重力 8 定型准则是指 1 包含定型尺寸的准则 2 全部由已知量构成的准则全部由已知量构成的准则 3 含有待求量的准则 4 待定准则 9 工程中 较为常用的沸腾工况是指 11 1 膜态沸腾 2 核态沸腾核态沸腾 3 自然对流沸腾 4 以上都不是 10 下述哪种手段对提高对流传热系数无效 1 提高流速 2 增大管径增大管径 3 采用入口效应 4 采用导热系数大的流体 11 已知某气体的密度为 1 26kg m3 比热为 1 02kJ kg K 导热系数为 0 025W m K 粘度为 15 1 10 6m2 s 其 Pr 普朗特 准则数为多少 1 0 78 2 0 02 3 0 7 4 0 62 12 Nu 努谢尔特 准则反映 1 惯性力和粘滞力的相对大小 2 对流传热强度对流传热强度 3 浮升力和粘滞力的相对大小 4 导热能力大小 13 描述浮升力与黏滞力的相对大小的准则数称为 1 Re 2 Gr 3 Pr 4 Ra 14 当管长远大于管径时 圆管横向布置时的管外膜状凝结传热系数与竖放时相比如何 1 横放时大横放时大 2 两者差不多 3 竖放时大 4 无法比较 15 无量纲组合 2 3 tlg v 称为什么准则 1 雷诺 Re 2 普朗特 Pr 3 努谢尔特 Nu 4 格拉晓夫格拉晓夫Gr 16 判断管内湍流强制对流是否需要进行人口效应修正的依据是什么 1 l d 70 2 Re 104 3 l d 50 4 l d 104 17 对流传热以 作为基本计算式 1 傅里叶定律 2 牛顿冷却公式牛顿冷却公式 3 普朗克定律 4 欧姆定律 18 从传热角度看 下面几种冷却方式中 哪种方式的冷却效果会最好 1 水冷 2 氢冷 3 气冷 4 水沸腾冷却水沸腾冷却 19 相变传热的特征为 1 工质比体积变化较大 2 汽化潜热 3 1 2 4 工质比体积较大 20 冷却液润湿壁面的能力取决于 1 液体的表面张力 2 液体与壁面间的附着力 3 1 2 4 1 或 2 21 在饱和沸腾时 随着 的增高 将会出现 个换热规律全然不同的区域 1 壁面过热度壁面过热度 4 2 壁面过热度 6 3 热流密度 4 4 热流密度 6 22 对流传热微分方程组共有几类方程 1 2 2 3 3 4 4 4 5 23 凝结液能很好的润湿壁面 形成完整的膜向下流动 称为 1 凝结 2 膜状凝结膜状凝结 3 珠状凝结 4 稳态凝结 24 下列哪个不是影响对流传热的主要因素 1 流动起因 2 tw 3 4 换热面的几何形状 25 对于 Pr 数 下列说法哪个是错误的 1 它是动力粘度与热扩散率的比值 2 它是研究对流传热最常用的重要准则 3 对于层流流动 当 Pr 1 时 t 4 它反映了流体中热量扩散和动量扩散的相对程度 它反映了流体中热量扩散和动量扩散的相对程度 26 自由对流传热的流态主要取决于 的数值 1 Pr 2 Fo 3 Re 4 Gr 12 27 如果流体的流动是由流体内部温差产生的密度差引起的 称为 1 强迫对流 2 自由运动自由运动 3 湍流对流 4 层流对流 28 对流传热微分方程组包括 付立叶定律 对流传热微分方程 基尔霍夫定律 连续性方程 动量微分方程 能 量微分方程 1 2 3 4 29 Num其特征温度为 1 流体温度 2 平均温度平均温度 3 壁面温度 4 不定 30 当流体外掠圆管时 10 Re 时 可以不考虑入口效应的影响 1 20 2 30 3 40 4 5050 四 简答题 1 试用所学的传热学知识说明用热电偶测量高温气体温度时 产生测量误差的原因有哪些 可以采取什么措施来 减小测量误差 提示 用热电偶测温时同时存在气流对热电偶换热和热电偶向四壁的散热两种情况 热电偶的读数小于气流的实际温度产生误差 所以 引起误差的因素 烟气与热电偶间的复合换热小 热电偶 与炉膛内壁问的辐射换热大 减小误差的措施 减小烟气与热电偶间的换热热阻 如抽气等 增加热电偶与炉 膛间的辐射热阻 如加遮热板 设计出计算误差的程序或装置 进行误差补偿 2 试用传热原理说明冬天可以用玻璃温室种植热带植物的原理 提示 可以从可见光 红外线的特性和玻璃的透射比来加以阐述 玻璃在日光 短波辐 射 下是一种透明体 透过率在 90 以上 使绝大部分阳光可以透过玻璃将温室内物体和空气升温 室内物体所发 出的辐射是一种长波辐射 红外线 对于长波辐射玻璃的透过串接近于零 几乎是不透明 透热 的 因此 室内 物体升温后所发出的热辐射被玻璃挡在室内不能穿过 玻璃的这种辐射特性 使室内温度不断升高 3 试分析遮热板的原理及其在削弱辐射传热中的作用 提示 可从遮热板能增加系统热阻角度加以说明 1 在辐射换热表面之间插入金属 或固体 薄板 称为遮热板 2 其原理是 遮热板的存在增大了系统中的辐射换热热阻 使辐射过程的总热阻增 大 系统黑度减少 使辐射换热量减少 3 遮热板对于削弱辐射换热具有显著作用 如在两个平行辐射表面之间插 入一块同黑度的遮热板 可使辐射换热量减少为原来的 1 2 若采用黑度较小的遮热板 则效果更为显著 4 什么叫黑体 灰体和白体 它们分别与黑色物体 灰色物体 白色物体有什么区别 在辐射传热中 引入黑体与 17 灰体有什么意义 提示 可以从黑体 白体 灰体的定义和有关辐射定律来阐述 根据黑体 白体 灰体的定义可以看出 这些 概念都是以热辐射为前提的 灰色 黑色 白色是针对可见光而言的 所谓黑体 白体 灰体并不是指可见光下物 体的颜色 灰体概念的提出使基尔霍夫定律无条件成立 与波长 温度无关 使吸收率的确定及辐射换热计算大为 简化 因此具有重要的作用 黑体概念的提出使热辐射的吸收和发射具有了理想的参照物 5 玻璃可以透过可见光 为什么在工业热辐射范围内可以作为灰体处理 提示 可以从灰体的特性和工业热辐射的特点来论述 所谓灰体是针对热辐射而言的 灰体是指吸收率与波长无关的物体 在红外区段 将大多数实际物体作为灰体处理所引起的误差并不大 一般工业 热辐射的温度范围大多处于 2000K 以下 因此其主要热辐射的波长位于红外区域 许多材料的单色吸收率在可见光 范围内和红外范围内有较大的差别 如玻璃在可见光范围内几乎是透明的 但在工业热辐射范围内则几乎是不透明 的 并且其光谱吸收比与波长的关系不大 可以作为灰体处理 6 什么是 温室效应 为什么说大气中的 C02含量增加会导致温室效应 提示 可以从气体辐射的特点和能量平衡来加以说明 CO2气体具有相当强的辐射和吸收能力 属于温室气体 根据气体辐射具有选择性的特点 CO2气体的吸收光带有三段 2 65 2 8 4 15 4 45 13 0 17 0 m 主要分布于红外区域 太阳辐射是短波辐射 波长范围在 0 38 一 0 76 m 因此 对于太阳辐射 C02气体是透 明的 能量可以射入大气层 地面向空间的辐射是长波辐射 主要分布于红外区域 这部分辐射在 CO2气体的吸收 光带区段 C02气体会吸收能量 是不透明的 在正常情况下 地球表面对能量的吸收和释放处于平衡状态 但如果 大气中的 CO2含量增加会使大气对地面辐射的吸收能力增强 导致大气温度上升 导致了所谓温室效应 第五章 传热过程与传热器 一 名词解释 1 传热过程 热量从高温流体通过壁面传向低温流体的总过程 2 复合传热 对流传热与辐射传热同时存在的传热过程 3 污垢系数 单位面积的污垢热阻 4 肋化系数 肋侧表面面积与光壁侧表面积之比 5 顺流 两种流体平行流动且方向相同 6 逆流 两种流体平行流动且方向相反 7 效能 换热器实际传热的热流量与最大可能传热的热流量之比 8 传热单元数 传热温差为 1K 时的热流量与热容量小的流体温度变化 1K 所吸收或放出的热流量之比 它反映 了换热器的初投资和运行费用 是一个换热器的综合经济技术指标 9 临界热绝缘直径 对应于最小总热阻 或最大传热量 的保温层外径 二 填空题 1 与 的综合过程称为复合传热 对流传热 辐射传热 2 某燃煤电站过热器中 烟气向管壁传热的辐射传热系数为 20 W m2 K 对流传热系数为 40 W m2 K 其复合传热系数为 60W m2 K 3 肋化系数是指 与 之比 加肋后的总换热面积 未加肋时的换热面积 4 一传热过程的热流密度 q 1 8kW m2 冷 热流体间的温差为 30 则传热系数为 单位面积的总传热热阻为 60W m2 K 0 017 m2 K W 5 一传热过程的温压为 20 热流量为 lkW 则其热阻为 0 02K W 6 已知一厚为30mm的平壁 热流体侧的传热系数为100 W m2 K 冷流体侧的传热系数为250W m2 K 平壁材料的导热系数为 0 2W m K 则该平壁传热过程的传热系数为 6 1W m2 K 18 7 在一维稳态传热过程中 每个传热环节的热阻分别是 0 01K W 0 35K W 和 0 009lK W 在热阻 为 的传热环节上采取强化传热措施效果最好 0 35K W 8 某一厚 20mm 的平壁传热过程的传热系数为 45W m2 K 热流体侧的传热系数为 70W m2 K 冷 流体侧的传热系数为 200W m2 K 则该平壁的导热系数为 6 81W m K 9 圆管的临界热绝缘直径 dc的计算式为 它表示当保温材料外径为 dc时 该保温材料的散热量达 到 dc 2 h 最大值 10 传热系数是指 单位是 冷热流体温度差为 1 时的传热热流密度 或表示传热过程强烈程度的物理量 W m2 K 11 污垢热阻是指 单位是 污垢换热面的传热热阻与洁净换热面的传热热阻之差 m2 K W 12 传热器是 冷 热流体进行热量交换以满足工艺要求的设备 装置 13 肋壁总效率是指 其数学表达式 肋侧表面总的实际换热量与肋侧壁温均为肋基温度的理想散热量之比 14 传热器的热计算方法有 和 平均温压法 传热单元数法 15 不论是顺流还是逆流型传热器 对数平均温差计算式都可以统一表示成 min max minmax ln t t tt tm 16 复杂流型传热器的平均温差 tm可以通过逆流布置时的平均温差 tm逆来计算 表达式是 其中 为 逆流 mm tt 温差修正系数 17 传热过程是指 热量从高温流体通过壁面传向低温流体的总过程 18 传热器的效能是指 换热器实际传热的热流量与最大可能传热的热流量之比 19 间壁式传热器是指 冷 热两种流体被固体壁面隔开 各自在一侧流动 热量通过固体壁面由热流体传给冷流体的换热设备 20 在冷 热流体的进出口温度一定的情况下 为了传递相同的热量 比较各种流动型式 采用 布 置的对数平均温差最大 所需传热面积 逆流 最小 三 选择题 1 加热炉外壁面与环境间的传热属于下述哪种传热方式 1 辐射传热 2 导热 3 对流传热 4 复合传热复合传热 2 热量传递的三种基本方式是什么 1 热对流 导热 辐射热对流 导热 辐射 2 复合传热 热辐射 导热 3 对流传热 导热 传热过程 4 复合传热 热辐射 传热过程 3 下述几种方法中 强化传热的方法是哪一种 1 夹层抽真空 2 增大当量直径 3 加肋片加肋片 4 加遮热板 4 当采用加肋方法强化传热时 肋片应加在 会最有效 1 传热系数较大一侧 2 传热系数较小一侧传热系数较小一侧 19 3 随便哪一侧 4 两例同样都加 5 公式 hA t 的名称是什么 1 傅里叶定律 2 牛顿冷却公式牛顿冷却公式 3 传热方程式 4 热路欧姆定律 6 在某一传热过程中 热流给定 若传热系数增加 1 倍 冷热流体间的温差将是原来的多少倍 1 1 倍 2 2 倍 3 3 倍 4 0 5倍倍 7 强化传热时 增强传热过程中哪一侧的传热系数最有效 1 热流体侧 2 冷流体侧 3 传热热阻大的一侧传热热阻大的一侧 4 传热热阻小的一侧 8 若冷 热流体的温度给定 传热器热流体侧结垢后传热壁面的温度将如何改变 1 增加 2 减小减小 3 不变 4 有时增加 有时减小 9 有一板式传热器 热流体进口温度 80 出口温度 50 冷流体进口温度 10 出口温度 30 则顺流布置 时和逆流布置时的对数平均温差分别为多少 1 45 0 45 0 2 42 5 40 0 3 44 8 39 9 4 39 9 44 8 10 用 NTU 法进行换热器的校核计算比较方便是由于下述的哪个理由 1 流体出口温度可通过查图得到 2 不需要计算传热系数 3 不需要计算对数平均温差不需要计算对数平均温差 4 不需要进行试算 11 在相同的进出口温度下 换热器采用哪种流动型式有可能获得最大平均温差 1 顺流 2 交叉流 3 逆流逆流 4 混合流 12 对于换热器的顺流与逆流布置 下列哪种说是错误的 1 逆流的平均温差大于等于顺流 2 逆流的流动阻力大于等于顺流逆流的流动阻力大于等于顺流 3 冷流体出口温度逆流可大于顺流 4 换热器最高壁温逆流大于等于顺流 13 临界热绝缘直径是指 1 管道热损失最大时的热绝缘直径管道热损失最大时的热绝缘直径 2 管道热损失最小时的热绝缘直径 3 管道完全没有热损失时的热绝缘直径 4 管道热阻最大时的热绝缘直径 14 增厚圆管外的保温层 管道热损失将如何变化 1 变大 2 变小 3 不变 4 可能变大 也可能变小可能变大 也可能变小 15 试判断下述几种传热过程中哪一种的传热系数最大 1 从气体到气体传热 2 从气体到水传热 3 从油到水传热 4 从凝结水蒸气到水从凝结水蒸气到水 16 下列哪种传热器不是间壁式换热器 1 板翅式换热器 2 套管式换热器 3 回转式换热器回转式换热器 4 螺族板式换热器 17 高温换热器为了避免出现较高壁温 常优先考虑采用哪种流动型式 1 逆流 2 顺流顺流 3 叉排 4 顺排 18 换热器管内为被加热水 管外为烟气 水侧结垢后管壁温度将会如何改变 或烟侧积灰后 管壁温度又将如何 改变 1 增大 增大 2 减小 减小 3 增大 减小增大 减小 4 减小 增大 19 已知敷设在圆管外的保温材料的导热系数为 0 08 W m K