传热学A卷答案

题号一总分分数」、概念（35分）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。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。温度梯度：在等温面法线方向上最大温度变化率。稳态导热：物体中各点温度不随时间而改变的导热过程。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。定向辐射度：单位时间内，单位可见辐射面积在某一方向P的单位立体角内所发出的总辐射能（发射辐射和反射辐射），称为在该方向的定向辐射度。1.H研较强迫对流横掠管束传热中管束叉排与顺排的优缺点7、（八6页）1.强迫对流横掠管束换热中，管束叉排与顺排的优缺点主要可以从换热强度和动阻力两方面加以阐述：（1）管束叉排使流体在弯曲的通道中流动，流体扰动剧烈，对流换热系数较大，同时流动阻力也较大；（2）顺排管束中流体在较为平直的通道中流动，扰动较弱，对流换热系数小于叉排管束，其流阻也较小；（3）顺排管束由于通道平直比叉排管束容易清洗。为什么电厂凝汽器中，水蒸气与管壁之间的传热可以不考虑辐射传热？可以从以下3个方面加以阐述：（1）在电厂凝汽器中，水蒸气在管壁上凝结，凝结换热系数约为4500—18000W/（m2.K），对流换热量很大；（2）水蒸气与壁面之间的温差较小，因而辐射换热量较小；（3）与对流换热相比，辐射换热所占的份额可以忽略不计。什么叫临界热流密度？为什么当加热热流大于临界热流密度时会出现沸腾危机？用大容器饱和沸腾曲线解释之。以大容器饱和沸腾为例，（1）沸腾过程中，随着壁面过热度At的增大，存在自然对流、核态沸腾、不稳定膜态沸腾和膜态沸腾四个阶段，临界热流密度是从核态沸腾向膜态沸腾转变过程中所对应的最大热流密度；（2）当加热热流大于临界热流密度时，沸腾工况向膜态沸腾过渡，加热面上有汽泡汇集形成汽膜，将壁面与液体隔开，由于汽膜的热阻比液体大得多，使换热系数迅速下降，传热恶化；（3）汽膜的存在使壁温急剧升高，若为控制热流加热设备，如电加热设备，则一旦加热热量大于临界热流密度，沸腾工况从核态沸腾飞跃到稳定膜态沸腾，壁温飞升到1000°C以上（水），使设备烧毁。试分析遮热板的原理及其在削弱辐射传热中的作用。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。什么叫换热器的顺流布置和逆流布置？这两种布置方式有何特点？设计时如何选用？第2页（共6页）从顺、逆流布置的特点上加以论述。冷、热流体平行流动且方向相同称为顺流，换热器顺流布置具有平均温差较小、所需换热面积大、具有较低的壁温、冷流体出口温度低于热流体出口温度的特点。冷、热流体平行流动但方向相反称为逆流，换热器逆流布置具有平均温差大、所需换热面积小、具有较高壁温、冷流体出口温度可以高于热流体的出口温度的特点。设计中，一般较多选用逆流布置，使换热器更为经济、有效，但同时也要考虑冷、热流体流道布置上的可行性，如果希望得到较高的壁面温度，则可选用逆流布置，反之，如果不希望换热器壁面温度太高，则可以选择顺流布置，或者顺、逆流混合布置方式。试述平均温差法（LMTD法）和效能一传热单元数法（£-NTU法）在换热器传热计算中各自的特点？答：LMTD法和£-NTU法都可用于换热器的设计计算和校核计算。这两种方法的设计计算繁简程度差不多。但采用LMTD法可以从求出的温差修正系数中的大小看出所选用的流动形式接近逆流程度，有助于流动形式的选择，这是£-NTU法所做不到的。对于校核计算，两法都要试算传热系数,但是由于LMTD法需反复进行对数计算故较£-NTU法稍嫌麻烦些，校核计算时如果传热系数已知，则£-NTU法可直接求得结果，要比LMTD法简便得多。三、计算题。（35分）1.外径为200mm采暖热水输送保温管道，页共架空铺设于空气温度为-5°C的室外，周围墙壁表面平均温度近似为0C，管道采用岩棉保温瓦保温，其导热系数为久（W/m°C）=0.027+0.00017t（C）。管内热水平均温度为100C，由接触式

温度计测得保温层外表面平均温度为45°C,表面发射率为0.9,若忽略管壁的导热热阻，试确定管道散热损失、保温层外表面复合换热系数及保温层的厚度。（15分）解：管道散热损失包括自然对流散热损失和辐射散热损失两部分。确定自然对流散热损失：_知+一_45+（—5）_军定性温度租22CV(15.06x10-7则皿=0.1珈心％=0.1泊4.⑸颈严=4/h=Nuh=Numx^=43.2^x2.59X10-202=5.605中重=^(^-^)=7rx0.2x5.605x[45-(-5)]=176.08^/确定辐射散热损失：属空腔（A2）与内包壁（A「之间的辐射换热问题，且鸟泌。①M?=殖或明-&十）=ttx0.9x5.67x10^x[（45+273）4-（0+273）4]=748.91^/乂八5"手井心―工中I=+①i=924.99^/单位管长管道散热损失*2'庇确定保温层外表面复合换热系数方=顽尚=心0廿搐+5）=心3隙t确定保温层的厚度：=-j\0.027=-j\0.027+0.00017/^，即:曲，分离变量得：之匝冬二垒恒冬二-[o.O27x（/-£.,）+KxOWON国一风）质*坊由L'W”总-第4页（共6页）

92^"in=-(0.027x(45-100)+0.00017(452-1002)得管道外径=点d「d\0.2-0.11…匚3===0.045幽保温层的厚度为222.一蒸汽冷凝器，外侧为冷却水，分别为104%咆kJ/内侧为t=110°C的十饱和蒸汽，汽化潜热r=2230/蚀，进出口水温分别为30C和80C，已知内外侧换热系数，及3000%咆，该冷凝器面积A=2m2，现为了强化传热在外侧加肋，肋壁面积为原面积的4倍，肋壁总效率n=0.9,若忽略冷凝器本身导热热阻，求单位时间冷凝蒸汽量。（10分）解：对数平均温差：&'=11。-30=80C，攵"=110-80=30c传热系数C①=K/M=5129.3x2x50.98=5.294xl05fyM=—=5294x10^=0,237单位时间冷凝蒸汽量：广2230x10s3.设计一台给水加热器，将水从15C加热到80C，水在管内受迫流动，质量流量为2kg/s，比热为4.1868kJ/kgC。管内径为0.0116m，外径0.019m，用110C的饱和蒸汽加热，在加热器为饱和液体。已知管内外的对流传热系数分别为4306W/m2C和7153W/m2C；汽化潜热r=2229.9kJ/kg；且忽略管壁的导热热阻，试利用£-NTU法确定所需传热面积。该换热器运行一段时间后，在冷热流体流量及进口温度不变的条件下，只能将水加热到60C，试采用对数平均温差法确定运行中产生的污垢热阻。提示：一侧流体有相变时，£二1近顼叫（10分）解：利用£-NTU法确定所需传热面积。共6页）

换热器效能为：「站110-15传热单元数为：==0.6842)=1.1527%=M^i=2x4186.8=8373.6^『上=］〔2.一蒸汽冷凝器，外侧为冷却水，分别为104%咆传热系数C传热系数为:L妃4306+7153需说明因为管内径为0.0116m,外径0.019m,即管壁较薄，可视为平壁的传热过程。传热系数为:NTU=—由，得:ATO冬二1.1⑵/弱街=3.6妒换热器面积为：尺2687.9采用对数平