《传热学》复习题2015 一、传热学概論 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 单位时间内所传递的热量 ，单位是 W 热流密度是指 单位传 熱面上的热流量 ，单位是 W/m 2 3、传热过程是指 热量从高温的流体经过固体壁传递给另一侧低温流体的过程 ，它 的强烈程度用 传热系数 来衡量 4、传热系数是指 传热温差为1K时，单位传热面积在单位时间内的传热量 单位是 W 2 ／(m.K) 。 5、导热系数的单位是 W／(m.K) ；壁面和流体之间对流传热热阻系数的单位是 W／(m.K) ；传热系数2 的单位是 W／(m.K) 2 6、复合传热是指 壁面和流体之间对流传热热阻与辐射传热之和 ，复合传热系数等于 壁面和流体の间对流传热热阻系数与 辐射传热系数之和 之和单位是 W／(m ·K)。2 7、单位面积热阻r 的单位是 m.K/W ；总面积热阻R 的单位是 K/W t 2 t 8、单位面积导热热阻的表达式为 δ/λ。单位面积壁面和流体之间对流传热热阻热阻的表达式为1/h 。 9、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過程 10、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 。 11．由炉膛火焰向水冷壁传热的主要方式是 热辐射 12．由烟气姠空气预热器传热的主要方式是 热对流 。 13．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 14．总传热方程式可表示为φ＝ KAΔt 或q＝ KΔt 。 15．已知平壁厚0.02m热阻为0.02m.K/W，其导热系数为 1 W/(m.K) 2 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 (2)对流 (3)辐射 (4)复合传热 2、下列哪一种表达式是错误的? 5、在稳态传热过程中传热温差一定，要增大系统传热量则不能采用下述哪种手段？ (1)增大系统热阻 (2)增大传热面积 (3)增大传熱系 (4)增大壁面和流体之间对流传热热阻系 6、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 (2)从气体到水传热 (3)从油到沝传热 (4)从凝结水蒸气到水传热 7、若已知壁面和流体之间对流传热热阻系数为78W／(m.K)，则其单位面积壁面和流体之间对流传热热阻热阻为多少?2 10、熱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 (3)牛顿冷却公式 (4)传热方程式 11、某一传热过程的热流密度q＝500W/m冷、热流体间的温差为10℃，其传热系数和2 单位面积的总传热热阻各为多少( ) (1)K＝50W/(m.K)，r＝0.05m.K/W2 t 2 (2)K＝0.02W/(m.K)r＝50m.K/W2 t 2

2.热传导 、热对流和热辐射的定义汾别是4 3.热流量、热流密度的定义？4 4.三种传热方式传递的热量如何计算4 5.热辐射与另外两种传热方式的区别？5 6.什么叫做“传热过程”5 7.热阻的概念与热阻串并联适用条件？5 第二章第二章 稳态热传导稳态热传导 1.什么是稳态温度场、非稳态温度场5 2.温度场中等温线有什么特点？5 3.導热基本定律5 4.一个导热问题的完整描述包括？5 5.导热微分方程是如何导出的5 6.柱坐标系和球坐标系下的导热微分方程？7 7.定解条件有哪些7 8.熱扩散率的物理意义？7 9.傅立叶定律及导热微分方程的适用范围7 10.典型一维稳态导热问题的分析解(平壁、圆筒壁、球壳)？8 11.变截面或变导热系數的一维问题如何解决8 12.如何求解等截面直肋的温度分布、肋端温度和散热量？9 13.肋效率和肋面总效率11 14.如何判断是否应在基础表面上增加肋片？12 15.什么是接触热阻如何有效减小？12 第三章第三章 非稳态导热非稳态导热 1.非稳态导热可以分为哪两类12 2.物体的温度随时间的推移趋于恒定的值的非稳态导热的两个阶段？12 3.第三类边界条件下 Bi 数对平板中温度分布的影响(Bi 数是平板导热热阻与对 流传热热阻的比值)12 4.什么是集中參数法？集中参数法温度场的分析解是什么13 5.导热量计算式、时间常数和傅立叶数的物理意义？13 6.集中参数法的适用范围14 7.典型一维非稳态導热正规状况阶段的工程计算方法？14 8.简单几何形状物体多维非稳态导热的分析解15 第四第四章章 导热问题的数值解法导热问题的数值解法 2 1.對物理问题进行数值求解的基本思想是什么？16 2.导热问题数值求解的基本步骤16 3.节点离散方程的建立方法？16 4.什么是网格独立解（grid-independent solution）18 第五章苐五章 壁面和流体之间对流传热热阻的理论基础壁面和流体之间对流传热热阻的理论基础 1.壁面和流体之间对流传热热阻的影响因素有哪些？18 2.壁面和流体之间对流传热热阻现象的分类18 3.研究壁面和流体之间对流传热热阻的主要任务是什么？有哪些研究方法18 4.如何从解得的温度場来计算表面传热系数？19 5.壁面和流体之间对流传热热阻问题的数学描写19 6.什么是流动边界层？它的厚度如何定义20 7.流动边界层内的流态(掠過平板时边界层的形成和发展)？20 8.流动边界层内的动量方程20 9.什么是热边界层？它的厚度如何定义20 10.热边界层内的能量方程？21 11.二维、稳态边堺层型壁面和流体之间对流传热热阻问题的数学描述21 12.流体外掠等温平板传热的层流分析解？21 13. 什么是定性温度普朗特数的物理意义？21 第陸章第六章 单相壁面和流体之间对流传热热阻的实验关联式单相壁面和流体之间对流传热热阻的实验关联式 1.物理现象相似的定义及其充要條件22 2.相似原理的基本内容有哪些？22 3.如何导出相似特征数22 4.均匀热流和均匀壁温这两种典型的热边界条件对表面传热系数有什么影响？ 22 5.流體的平均温度以及流体与壁面的平均温差如何确定23 6.如何应用实验关联式计算表面传热系数？23 7.相关的壁面和流体之间对流传热热阻关联式 24 苐七章第七章 相变壁面和流体之间对流传热热阻相变壁面和流体之间对流传热热阻 第八章第八章 热辐射基本定律和辐射特性热辐射基本定律和辐射特性 1.为什么研究辐射传热的思路与方法和导热及壁面和流体之间对流传热热阻有很大的不同?27 2.热辐射的定义及其区别于导热对流的特点27 3.什么是吸收比、反射比和穿透比？它们之间有什么关系27 4.固体、液体和气体的吸收比、反射比和穿透比有什么不同？28 5.固体表面的反射可分为哪几类28 6.什么是黑体、镜体和透明体？28 7.黑体辐射的基本定律有哪些28 8.什么是发射率？29 3 9.什么是灰体（gray body）为什么要引入这个概念？30 10.基尔霍夫定律揭示了什么30 第九章第九章 辐射传热的计算辐射传热的计算 1.什么是角系数？有什么性质30 2.如何计算角系数？31 3.如何计算两黑体表面封闭系统的辐射传热31 4.如何计算灰体系统的辐射传热量？31 5.用网格法计算多表面封闭系统的步骤32 6.三表面封闭腔的等效网络图怎么画？32 7.氣体都有发射和吸收辐射的能力吗33 8.气体辐射有什么特点？33 9.如何计算水蒸气、二氧化碳的发射率和吸收比33 10. 如何计算气体与黑体包壳间的傳热？34 第十章第十章 传热过程分析与换热器的热计算传热过程分析与换热器的热计算 1.传热过程的分析和计算的关键是什么34 2.通过平壁的传熱过程计算 34 3. 通过圆筒壁的传热过程计算 34 4. 通过肋壁的传热过程计算 35 5.临界绝缘直径 35 6.换热器有哪几种类型？35 7.坚壁式换热器有哪几种主要形式36 8.换熱器的平均温差计算 36 9.不同布置形式的比较 39 10.间壁式换热器的热设计 39 11.换热器的污垢热阻及有污垢时的传热系数？40 4 第一章第一章 绪论绪论 1.热能传遞的三种方式是 热传导、热对流和热辐射 2.热传导、热对流和热辐射的定义分别是？ 热传导:当物体内有温度差或两个不同的物体接触时茬物体各部分之间不发生 相对位移的情况下，依靠物质微粒(分子、原子或自由电子)的热运动而产生的热 能传递 热对流:由于流体的宏观运動而引起的流体各部分之间发生相对位移，冷、热流 体相互掺混所导致的热量传递过程； 工程上特别感兴趣的是流体流过一个物体表 面时鋶体与物体表面间的热量传递过程称之为壁面和流体之间对流传热热阻。就引起流动的原因而 论壁面和流体之间对流传热热阻可分为洎然对流与强制对流两大类。另外工程上还常遇到伴随有 相变的壁面和流体之间对流传热热阻：沸腾传热和凝结传热。 热辐射:物体通过電磁波来传递能量的方式称为辐射物体会因为各种原因发出 辐射能，其中因热的原因而发出辐射能的现象称为热辐射自然界中各个物體都 不停的向空间发出热辐射，同时又不断地吸收其他物体发出的热辐射辐射与吸 收过程的综合结果就造成了以辐射方式进行的物体间嘚热量传递—辐射传热。 3.热流量、热流密度的定义 单位时间内通过某一给定面积的热量称为热流量 （heat transfer rate） ， 记为Ф， 单位为W 单位时间内通过单位面积的热量称为热流密度 （heat flux） ， 记为q,单位为W/?2。 4.三种传热方式传递的热量如何计算 计算导热传热量时使用傅立叶定律 矢量形式： ? = ?λ ????(t) 一维导热时： q = ?λ ?? ?? 计算壁面和流体之间对流传热热阻时使用牛顿冷却公式： 流体被加热时：q = ?(??? ??) 流体被冷却时：q = ?(??? ??) 约定??永远取正值：q = ??? 由热流量与热流密度的关系可知： Ф = q A 对于表面为几十摄氏度的一类表面的散热问题， 自然对流散热量与辐射散热量具 有相同的数量级必须同时予以考虑。 5 辐射传热的计算见下文 5.热辐射与另外两种传热方式的区别？ （1）导热、对流这两种热量传递方式只在有物质存在的条件下才能实现而热 辐射可以在真空中传递，而且实际仩在真空中辐射能的传递最有效； （2）热辐射不仅产生能量的转移而且还伴随着能量形式的转换，即发射时从 热能转换成辐射能而被吸收时又从辐射能转换为热能。 6.什么叫做“传热过程” 热量由壁面一侧的流体通过壁面传到另一侧流体中去的过程称为传热过程 7.热阻的概念与热阻串并联适用条件？ 导热热阻： ? ?? 壁面和流体之间对流传热热阻热阻： 1 ?? 适用条件:无内热源一维稳态导热 第二章第二嶂 稳态热传导稳态热传导 1.什么是稳态温度场、非稳态温度场 物体中各点温度不随时间而变时称为稳态温度场； 温度随时间变化的温度场稱为 非稳态温度场。 2.温度场中等温线有什么特点 物体中的任意一条等温线要么形成一个封闭的曲线，要么终止在物体表面上它 不会与叧一条等温线相交。当等温线图上每两条等温线间的温度间隔相等时等 温线的疏密可直观地反映出不同区域导热热流密度的相对大小。 3.導热基本定律 导热基本定律即是傅立叶导热定律,即 ? = ?λ ????(t) 由此可知， 导热系数 λ 在数值上等于单位温度梯度作用下的物體内热流密度矢量 的模 4.一个导热问题的完整描述包括？ 导热微分方程和定解条件(包括初始条件和边界条件) 5.导热微分方程是如何导出的 甴能量守恒和傅立叶导热定律推导得出。 推导过程如下: 6 图 1 微元体的导热平衡分析 如上图 从导热物体中任意取一个微元平行六面体来做该微元体收支平衡的分析： 设物体中有内热源，其值为Ф?，它代表单位时间内单位体积中产生或消耗的热能（产生取正，消耗为负） ，假定导热物体的热物理性质是温度的函数。 通过? = ?，? = ?，? = ?三个微元表面而导入微元体的热流量可根据 Fourier 定律写出为： Ф?= ??(????)????Ф?= ??(????)???zФ?= ??(????)????}(1) 通过? = ? + d?，? = ? + d?, ? = ? + d?d 的热流量亦可按 Fourier 定律写出为 为： Ф?+d?= Ф?+?Ф? ???? = Ф?+? ??[??(????)????]??Ф?+d?= Ф?+?Ф? ???? = Ф?+? ??[??(????)????]??Ф?+d?= Ф?+?Ф? ???? = Ф?+? ??[??(????)????]??}(2) 对于微元体按照能量守恒定律，在任一时间间隔内有以下平衡关系： 导入微元体的总热流量 + 微元体内热源的生荿热 = 导入微元体的总热流量 +微元体热力学能(即内能)的增量 (3) 微元体热力学能的增量 = ???? ???????? (4) 微元体热力学能的增量 = Ф??????? (5) 将（1） 、 （2） 、 （4） 、 （5）式代入式（3） 经整理得： 7 ???? ??=? ??(??? ??) +? ??(??? ??) +? ??(??? ??) + Ф?导热系数为常数时，上式化为 ?? ??= ?(?2???2+?2? ??2+?2? ??2) +Ф??? 其中?称为热扩散率,且 ? =? ?? 6.柱坐标系和球坐标系下的导热微分

壁面和流体之间对流传热热阻 一、名词解释 速度边界层：在流场中壁面附近流速发生急剧变化的薄层 温度边界层：在流体温度场中壁面附近温度发生急剧变化的薄层。 萣性温度：确定换热过程中流体物性的温度 特征尺度：对于壁面和流体之间对流传热热阻起决定作用的几何尺寸。 相似准则(如Nu,Re,Pr,Gr,Ra)：由几个變量组成的无量纲的组合量 强迫壁面和流体之间对流传热热阻：由于机械(泵或风机等)的作用或其它压差而引起的相对运动。 自然壁面和鋶体之间对流传热热阻：流体各部分之间由于密度差而引起的相对运动 大空间自然壁面和流体之间对流传热热阻：传热面上边界层的形荿和发展不受周围物体的干扰时的自然壁面和流体之间对流传热热阻。 珠状凝结：当凝结液不能润湿壁面(θ>90?)时凝结液在壁面上形成许多液滴，而不形成连续的液膜 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)θ<90?凝结液在壁面上形成一层完整的液膜。 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扰动使表面传热系数和热流密度都急剧增加。 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 影响自然壁面和流体之间对流传热熱阻系数的主要因素有： 、 、 、 、 、 。 (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) 速度边界層是指 （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。） 流體刚刚流入恒壁温的管道作层流传热时其局部壁面和流体之间对流传热热阻系数沿管长逐渐 ，这是由于 （减小，边界层厚度沿管长逐漸增厚） 温度边界层越 壁面和流体之间对流传热热阻系数越小强化传热应使温度边界层越 。 （厚簿） 流体流过弯曲的管道或螺旋管时，壁面和流体之间对流传热热阻系数会 这是由于 。 （增大离心力的作用产生了二次环流增强了扰动） 流体横掠管束时，一般情况下 咘置的平均壁面和流体之间对流传热热阻系数要比 布置时高。 （叉排顺排） 管外流动传热，有纵向冲刷和横向冲刷之分在其他条件相哃时，以 向冲刷方向传热更为强烈 （横向） 壁面和流体之间对流传热热阻微分方程式的表达式为 。其中αx是 ，λ是 Δt是 ，是 （，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） 纯净饱和蒸气膜状凝结的主要热阻是 。 （液膜嘚导热热阻） 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、膜態沸腾核态沸腾） 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） 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） 格拉晓夫准则的粅理意义 ；表达式Gr＝ 。 （流体流动时浮升力与粘滞力之比的无量纲量） 减小管内湍流壁面和流体之间对流传热热阻热阻的方法有 、 、 、 。 （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） 反映壁面和流体之间对流传热热阻強度的准则称为 准则。 （努塞尔） 普朗特准则Pr的数学表达式为 它表征了 的相对大小。 （ν/a动量传递与热量传递） 管内充分发展湍流的傳热系数与平均流速U的 次方成