1、11、簡答題、簡答題 (Brief answers) 2、分析題分析題 (Analysis)3、計算題計算題 ( (Calculations) ) 2簡答題簡答題 (Brief answers) 1、試分析室內暖氣片的散熱過程，各個環節有哪些、試分析室內暖氣片的散熱過程，各個環節有哪些熱量傳遞方式？以暖氣片管內走熱水為例。熱量傳遞方式？以暖氣片管內走熱水為例。 Analyze the heat transfer process of a room heater. How many heat transfer modes(方式方式) are there? Suppose that warm wa

2、ter flows in inner tube of the heater. 答：有以下換熱環節及傳熱方式：(1) 由熱水到暖氣片管道內壁，熱傳遞方式為強制對流換熱；(2) 由暖氣片管道內壁到外壁，熱傳遞方式為固體導熱；(3) 由暖氣片管道外壁到室內空氣，熱傳遞方式有自然對流換熱和輻射換熱。 32、寫出、寫出Nu、Re、Pr、Bi、Fo 數的表達式，并說明其物理意數的表達式，并說明其物理意義。義。Write the expressions of Nusselt number Nu、Reynolds number Re、Prandtl number Pr、Biot number Bi and F

3、o number, and indicate their physical meanings.答：（1）努謝爾特數， ，它表示壁面法向無量綱過余溫度梯度的大小，或反映對流換熱的強弱。（2）雷諾數， ，它表示流體流動時慣性力與粘性力的相對大小。（3）普朗特數， ，它反映了流體的動量傳遞能力與熱量傳遞能力的相對大小。（4）畢渥數， ，它表示物體內部導熱熱阻與物體表面對流換熱熱阻的比值。（5）傅立葉數， ，是非穩態導熱過程的無量綱時間,它表示非穩態導熱過程進行的深度。 lhNu ul Rea Pr lhBi 2 aFo 43、熱擴散系數是表征什么的物理量？它與導熱系數的區別、熱擴散系數是表征什么的物

4、理量？它與導熱系數的區別是什么？是什么？What is the meaning of thermal diffusivity(擴散率擴散率) a? What is the difference of thermal diffusivity and thermal conductivity ?答：熱擴散率 ，與導熱系數一樣都是物性參數，它是表征物體被加熱或冷卻時，物體內各部分溫度趨向均勻一致的能力。熱擴散率取決于導熱系數 和 的綜合影響；而導熱系數是反映物體的導熱能力大小的物性參數。一般情況下，穩態導熱的溫度分布取決于物體的導熱系數，但非穩態導熱的溫度分布不僅取決于物體的導熱系數，還取決于物體的

5、導溫系數。 cac54、集總參數法的適用條件是什么？滿足集總參數法的物、集總參數法的適用條件是什么？滿足集總參數法的物體，其內部溫度分布有何特點？體，其內部溫度分布有何特點？What are the conditions necessary for a lumped-capacity method(集總參數法集總參數法) to apply? What is the characteristics of the solid used lumped-capacity method?答：集總參數法的適用條件是Bi0.1，其特點是當物體內部導熱熱阻遠小于外部對流換熱熱阻時，物體內部在同一時刻均處于同一

6、溫度，物體內部的溫度僅是時間的函數，而與位置無關。65、什么是灰體？、什么是灰體？What is gray body?答：如果某物體的光譜發射率 不隨波長發生變化, 這種物體稱為灰體。或光譜吸收率與波長無關的物體。6、什么是漫射表面？、什么是漫射表面？What is diffuse(漫射漫射) surface?答：通常把服從蘭貝特定律的表面稱為漫射表面，即該表面的定向輻射強度與方向無關。或物體發射的輻射強度與方向無關的性質叫漫輻射，具有這樣性質的表面稱為漫射表面。 77、什么是肋片效率？、什么是肋片效率？What is fin efficiency?答：在肋片表面平均溫度下，肋片的實際散熱量與

7、假定整個肋片表面都處在肋基溫度時的理想散熱量的比值稱為肋片效率。 8、影響強制對流換熱的表面換熱系數的因素有哪些？、影響強制對流換熱的表面換熱系數的因素有哪些？答：影響強制對流換熱的表面換熱系數的因素有流態、流體的物性、換熱表面的幾何因素等，用函數表示為： ),(lcttufhpfw89、沸騰換熱的臨界熱流密度的含義是什么？、沸騰換熱的臨界熱流密度的含義是什么？答：在泡態沸騰階段時，液體溫度與壁面溫度之差 若進一步增大，汽泡在表面上生成、長大，隨后引因浮力作用而離開表面。沸騰的液體主體溫度這時有一定的過熱度，故汽泡通過液體層時還會繼續被加熱、膨脹，直到逸出液面，由于氣泡的大量迅速生成和它的劇烈

8、運動，換熱強度劇增，熱流密度隨 的提高而急劇增大，直到達到熱流密度的峰值，此時的熱流密度稱為臨界熱流密度。當 進一步增大時，熱流密度又開始下降。 ttt910、利用同一冰箱儲存相同的物質時，試問結霜的冰箱耗、利用同一冰箱儲存相同的物質時，試問結霜的冰箱耗電量大還是未結霜冰箱耗電量大？為什么？電量大還是未結霜冰箱耗電量大？為什么？答：在其它條件相同時，冰箱的結霜相當于在冰箱的蒸發器和冰箱的冷凍室（或冷藏室）之間增加了一個附加的熱阻，因此，冷凍室（或冷藏室）要達到相同的溫度，必須要求蒸發器處于更低的溫度。所以，結霜的冰箱的耗電量要大。 11、圓管臨界熱絕緣直徑與哪些因素有關？、圓管臨界熱絕緣直徑與

9、哪些因素有關？答：圓管臨界熱絕緣直徑 ，它不僅取決于保溫層材料的導熱系數 ，還取決于表面傳熱系數h2。 22 inscdh ins1012、為什么珠狀凝結表面換熱系數比膜狀凝結表面換熱系、為什么珠狀凝結表面換熱系數比膜狀凝結表面換熱系數大？數大？答：膜狀凝結換熱時沿整個壁面形成一層液膜，并且在重力的作用下流動，凝結放出的汽化潛熱必須通過液膜，因此，液膜厚度直接影響了熱量傳遞。 珠狀凝結換熱時，凝結液體不能很好的浸潤壁面，僅在壁面上形成許多小液珠，此時壁面的部分表面與蒸汽直接接觸，因此，換熱速率遠大于膜狀凝結換熱。 13、增強凝結換熱的關鍵是什么？、增強凝結換熱的關鍵是什么？答：增強凝結換熱的關

10、鍵是設法減薄凝液膜層的厚度， 加速它的排泄，以及促成珠狀凝結。 1114、不凝結氣體對表面凝結換熱強弱有何影響？答：不凝結氣體的存在，一方面使凝結表面附近蒸汽的分壓力降低，從而蒸汽飽和溫度降低，使得傳熱驅動力即溫差 減小；另一方面，凝結蒸汽穿過不凝結氣體層到達壁面依靠的是擴散，從而增加了阻力。因此，上述兩方面原因導致凝結換熱時的表面傳熱系數降低。 )(wstt 15、空氣橫掠垂直管束時，沿流動方向管排數越多，換熱越強，而蒸汽在水平管束外凝結時，沿液膜流動方向管排數越多，換熱強度降低，為什么？答：空氣橫掠垂直管束時，沿流動方向管排數越多，氣流擾動越強，換熱越強，而蒸汽在水平管束外凝結時，沿液膜流

11、動方向管排數越多，凝結液膜越厚，凝結換熱熱阻越大，換熱強度降低。 1216、寫出時間常數的表達式，時間常數是從什么導熱問題中定義出來的？它與哪些因素有關？答：時間常數的表達式為 ，是從非穩態導熱問題中定義出來的，它不僅取決于幾何參數 物性參數 ，還取決于換熱條件h。 hAcV AV /c17、何謂遮熱板（罩）？答：插入兩個輻射換熱表面之間的用于削弱兩個表面之間 輻射換熱的薄板或罩。 1318、其它條件相同時，同一根管子橫向沖刷與縱向沖刷相比，哪個的表面換熱系數大？為什么？答：同一根管子橫向沖刷比縱向沖刷相比的表面換熱系數大。因為縱向沖刷時相當于外掠平板的流動，熱邊界層較厚，熱阻較大；而橫向沖刷

12、時熱邊界層較薄且在邊界層由于分離而產生的旋渦，增加了流體擾動，因而換熱增強。 19、下列三種關聯式描述的是那種對流換熱？ ， ， )Pr,(Re,GrfNu Pr)(Re,fNu )(Pr,GrfNu 答： 描述的是無相變的強迫對流換熱，且自然對流不可忽略； 描述的是自然對流可忽略的無相變的強迫對流換熱； 描述的是自然對流換熱。 )Pr,(Re,GrfNu Pr)(Re,fNu )(Pr,GrfNu 1420、什么是角系數？答：角系數表示表面發射出的輻射能中直接落到另一表面上的百分數。 21、什么是表面輻射熱阻？答：當物體表面不是黑體時，該表面不能全部吸收外來投射的輻射能量，這相當于表面存在熱

13、阻，該熱阻稱為表面輻射熱阻，常以 來表示。 A 11522、什么是有效輻射？答：單位時間內離開單位面積的總輻射能為該表面的有效輻射J，它包括輻射表面的自身的輻射E和該表面對投射輻射G的反射輻射 ，即 。 GGEJ 23、在寒冷的北方地區，建房用磚采用實心磚還是多孔的空心磚好？為什么？答：采用空心磚較好，因為空心磚內部充滿著空氣，而空氣的導熱系數相對較小，熱阻較大，空心磚導熱性較之實心磚差，同一條件下空心磚的房間的散熱量小保溫性好。 1624、對管殼式換熱器來說，兩種工質在下列哪種情況下，何種工質走管內，何種工質走管外？(1) 清潔的和不清潔的工質 (2)腐蝕性大與小的工質 (3)高溫與低溫的工

14、質答：（1）不清潔流體應在管內，因為殼側清洗比較困難，而管內可以拆開端蓋進行清洗；（2）腐蝕性大的流體走管內，因為更換管束的代價比更換殼體要低，且如將腐蝕性大的流體走殼程，被腐蝕的不僅是殼體，還有管子外側。（3）溫度低的流體置于殼側，這樣可以減小換熱器的散熱損失。 1725、北方深秋季節的清晨，樹葉葉面上常常結霜。試問樹葉上、下表面的哪一面上容易結霜？為什么？答：霜會容易結在樹葉的上表面，因為樹葉上表面朝向太空，而太空表面的溫度會低于攝氏零度；下表面朝向地面，而地球表面的溫度一般在零度以上。相對于下表面來說，樹葉上表面向外輻射熱量較多，溫度下降的快，一旦低于零度時便會結霜。1826、什么是物體

15、的發射率和吸收率？二者在什么條件下相等？答：實際物體的輻射力與同溫度下黑體的輻射力之比稱為該物體的發射率；投射到物體表面的總能量中被吸收的能量所占的份額是物體的吸收率。由基爾霍夫定律可知：當物體表面為漫灰表面時，二者相等。 27、窗玻璃對紅外線幾乎是不透過的，但為什么隔著玻璃曬太陽卻使人感到暖和？ 答：窗玻璃對紅外線幾乎不透過，但對可見光則是可透過的，當隔著玻璃曬太陽時，太陽光可以穿過玻璃進入室內，而室內物體發出的紅外線卻被阻隔在室內，因房間內溫度越來越高，從而感到暖和。 1928、對流換熱過程微分方程式與導熱過程的第三類邊界條件表達式有什么不同之處？答：對流換熱過程微分方程式與導熱過程的第三

16、類邊界條件表達式都可以用下式表示 ，但是，前者的導熱系數 為流體的導熱系數，而且表面傳熱系數h是未知的；后者的導熱系數 為固體的導熱系數，而且表面傳熱系數h 是已知的。 )(,xwxfwxyttth 2029、用熱電偶監測氣流溫度隨時間變化規律時，應如何選擇熱電偶節點的大小？答：在其它條件相同時，熱電偶節點越大，它的溫度變化一定幅度所需要吸收（或放出）的熱量越多，此時雖然節點換熱表面積也有所增大，但其增大的幅度小于體積增大的幅度。故綜合地講，節點大的熱電偶在相同的時間內吸收熱量所產生的溫升要小一些。由 定義知， ，r 為節點的半徑，顯然，節點半徑越小，時間常數越小，熱電偶的相應速度越快。 hA

17、cVc)(/rfAV 2130、由對流換微分方程 可知，該式中沒有出現流速，有人因此認為表面傳熱系數與流體速度場無關。你認為對嗎？答：這種說法不正確，因為在描述流動的能量方程中，對流項含有流體速度，要獲得流體的溫度場，必須先獲得流體的速度場，在對流換熱中流動與換熱是密不可分的。因此，對流換熱的表面傳熱系數與流體速度有關。 ytth 22分析題分析題 (Analysis)1. In the following figure of double-layer plane wall, thermal conductivities 1 and 2 in steady-state conduction a

18、re constants(常數). Please analyze the size(大小) of 1 and 2 in the three temperature curves, respectively. 23計算題計算題 (Calculations) 注意事項：（1）對于圓筒壁導熱和長直的圓管換熱問題，往往要計算單位管長的換熱量；（2）集總參數法求解任意形狀物體（如熱電偶）的瞬態冷卻或加熱問題。（3）對流換熱問題中，當流體為氣流時，有時需要同時考慮對流和輻射換熱； （4）對于管內強迫對流換熱問題，應注意層流和紊流時的實驗關聯式的選取；流體定性溫度在不同邊界條件下（如常壁溫和常熱流邊界條件）

19、的確定方法有兩種：算數平均法和對數平均法。（5）注意兩個平行平板之間的輻射換熱問題的計算；對多個非凹面組成的封閉腔體，各個表面之間的輻射換熱問題的計算中的某個表面的凈輻射熱量與任意兩個表面之間的輻射換熱量的區別與聯系；（6）角系數的計算。 24CtCtfw23,4890. 問：（1） 此管道外壁的換熱必須考慮哪些熱量傳遞方式； （2）計算每米長度管道外壁的總散熱量 。 1、室內一根水平放置的無限長的蒸汽管道， 其保溫層外徑d=583 mm，外表面實測平均溫度及空氣溫度分別為 ，此時空氣與管道外表面間的自然對流換熱的表面傳熱系數h=3.42 W /(m2 K), 墻壁的溫度近似取為室內空氣的溫度

20、，保溫層外表面的發射率解：（1）此管道外壁的換熱有輻射換熱和自然對流換熱兩種方式。（2）把管道每米長度上的散熱量記為當僅考慮自然對流時，單位長度上的自然對流散熱 lq)(,fwclttdhthdq)/( 5 .156)2348(42. 3583. 014. 3mW25近似地取墻壁的溫度為室內空氣溫度，于是每米長度管道外表面與室內物體及墻壁之間的輻射為： )(4241,TTdqrl)/( 7 .274)27323()27348(9 . 01067. 5583. 014. 3448mW總的散熱量為： )/(2 .4317 .2745 .156,mWqqqrlcll262、一根直徑為1mm的銅導線，

21、每米的電阻為 。導線外包有厚度為0.5mm，導熱系數為0.15W/(mK)的絕緣層。限定絕緣層的最高溫度為650C，絕緣層的外表面溫度受環境影響，假設為400C。試確定該導線的最大允許電流為多少？ ( (P52. 18)P52. 18) 31022. 2解： 當導線達到最高溫度時，導線處于穩態導熱， 0 ddTm12212210ddLttRLIwwln 02112212 ddttRIwwln)/(.ln.mW983312150214065 )(.ARIRI71231022298339833983332 273、250C的熱電偶被置于溫度為2500C的氣流中，設熱電偶節點可以近似看成球形，要使其

22、時間常數 ，問熱節點的直徑為多大？忽略熱電偶引線的影響，且熱節點與氣流間的表面傳熱系數為h=300W /(m2 K)，熱節點材料的物性參數為： ， ， 如果氣流與熱節點間存在著輻射換熱，且保持熱電偶時間常數不變，則對所需熱節點直徑大小有何影響？ sc1 38500mkg/ )/(KkgJc 400)/(mKW20 解：（1） hAcVc )(1082. 8)4008500/(3001343/4523mchRRRAVc故熱電偶直徑： )(529. 01082. 83225mmRd28驗證畢渥數Bi是否滿足集總參數法： 100013020108283005./ AhVBi 滿足集總參數法條件。 (

23、2)若熱節點與氣流間存在輻射換熱，則總的表面傳熱系數h（包括對流和輻射）將增加，由 知，要保持不變，可以使 增加，即熱節點的直徑增加。 hAcVc cAV /294、空氣以10m/s速度外掠0.8m長的平板， 計算該平板在臨界雷諾數 下的 、全板平均表面傳熱系數以及換熱量。（層流時平板表面局部努謝爾數 ，紊流時平板表面局部努謝爾數 ，板寬為1m，已知 ，定性溫度 時的物性參數為： ， ， ） Ctf080Ctw030cRech31213320/.rexPRNu 315402960/.rexPRNu 5105 cReCtm055 )/(.KmW 210872 sm /.26104618 6970

24、. rP解：(1)根據臨界雷諾數求解由層流轉變到紊流時的臨界長度 ,此時空氣得物性參數為： Ctttwfm05521 )(sm /.26104618 6970. rP)/(.KmW 210872 )(.ReRemuXulcc9201010461810565 由于板長是0.8m，所以，整個平板表面的邊界層的流態皆為層流 30 31213320/.rexPRhlNu )/(.)(./CmWPRlhrecc 231215231214176970105801087233203320 (2)板長為0.8m時，整個平板表面的邊界層的雷諾數為： 56103341046188010 .Re ul全板平均表面傳

25、熱系數: )/(.).(./CmWPRlhrec 23121523121913697010334801087266406640 全板平均表面換熱量 ：WtthAwf95573080180913.)(.)( 315、試證明：在兩個平行平板之間加上n塊遮熱板后，輻射換熱量將減小到無遮熱板時的 。假設各板均為漫灰表面，且發射率相同，皆為 ，板的面積皆為A。 )/(11 n證明：(1)無遮熱板時， AAXAEEbb 111212121,對兩個無限長的平板來說 121 ,X(2)有n塊遮熱板時， 12111212121 bbbbEEAAAAEE,所以 32)()()(,/1212111112111212

26、12121 nEEAnEEAAAAAnAEEbbbbbb所以 212111,/ n336、用裸露的熱電偶測煙氣管道內的溫度，測量為 ，管道內壁溫度 ，煙氣對熱電偶表面的對流換熱系數 ，熱電偶表面的黑度 ，求煙氣的真實溫度。如果其它條件不變，給熱電偶加以黑度為0.8的足夠長的遮熱罩，煙氣對遮熱罩的對流換熱系數與煙氣對熱電偶表面的對流換熱系數相同 ，此時熱電偶的測量值是多少？ Ct01177 Ctw094 )/(KmWh 2142601. )/(KmWh 2142A thermocouple(熱電偶) with the emissivity is placed in a gas flow of a

27、 tube to measure temperature. The value of measurement , the temperature of the tube wall , the heat transfer coefficient between the thermocouple and the gas flow , calculate the true gas temperature. If the thermocouple is covered with a shield(遮熱罩), which has the emissivity 0.8, the heat transfer

28、 coefficient between the thermocouple and the shield , calculate the measurement temperature of the thermocouple.601. Ct01177 Ctw094 )/(KmWh 2142)/(KmWh 214234解：(1)熱電偶節點從煙氣中吸熱為 熱電偶節點對管壁的放熱為當熱電偶節點處于熱平衡時， 即其中：煙氣的真實溫度為)(11tthAfc )(bwbrEEA 111 rc )()(bwbfEEAtthA 11111 248105232527317710675mWEb/.)(. 2482

29、610282739410675mWEb/.)(. CEEhttbbf0211151826102805232514260177.).(.)( 35(2)當給熱電偶加以遮熱罩時，構成了有3個實體組成的換熱系統，其中熱電偶節點從煙氣吸熱的同時，還要向遮熱罩放熱，穩態平衡式為（3代表遮熱罩）：遮熱罩的內外側從煙氣及熱電偶吸熱，同時向管壁放熱，穩態平衡式為（3代表遮熱罩）：)()(311111bbfEEAtthA )()()(2333131133bwbbbfEEAEEAtthA由于 ,所以上式右邊第一項可以省略，于是，即 13AA )()(bwbfEEAtthA 333332 )(.)(43483333

30、671067514228054552TEEhTTbbwf 對此式進行試湊法得： ,將 代入 并同試湊法得：CKT0371787451. CKT0371787451. )()(311111bbfEEAtthA CKT0121822455. 367、溫度tf =50的空氣平行掠過一表面溫度為tw =100的平板表面，平板下表面絕熱。平板沿流動方向的長度為0.2m，寬度為0.1m。此時按平板長度計算的雷諾數Re=6104。試確定：（1）平板表面與空氣間的平均表面傳熱系數和傳熱量；（2）如果空氣的流速增大為原來的10倍時，其它條件不變，平板表面與空氣間的平均表面傳熱系數和傳熱量。（層流時平板表面局部努

31、塞爾數 ， 紊流時平板表面平均努塞爾數 ， 已知定性溫度tm =75時的物性參數為： ， Pr=0.7）。 31216640/.rePRNu 31548710370/).(rePRNu )/(.KmW 02990 Air at temperature tf =50across a 0.2m-long, 0.1m-width flat plate with temperature tw =100. The other side of the plate is insulated(絕熱). The Reynolds number Re=6104. Calculate: (1)The average heat transfer coefficient h and the rate of heat transfer between the plate and the air