2006-2007學(xué)年第一學(xué)期傳熱學(xué)

1、平頂山工學(xué)院 20062007 學(xué)年第一學(xué)期期末考試傳熱學(xué)試題（A卷）供熱動(dòng)、建環(huán)專業(yè) 0714041/2/3/4, 0724041/2/3/4 班使用2007 年元月一、判斷題（每題 1 分，共 10 分）：1、一個(gè)給定的導(dǎo)熱過(guò)程，其完整的數(shù)學(xué)描寫應(yīng)包括導(dǎo)熱微分方程和邊界條件。（）2、在氣體中，導(dǎo)熱是氣體分子不規(guī)則熱運(yùn)動(dòng)時(shí)相互作用或碰撞的結(jié)果。（）3、瞬態(tài)導(dǎo)熱過(guò)程必然伴隨著物體的加熱或冷卻過(guò)程。（）4、 一般工業(yè)設(shè)備的沸騰換熱都是在膜態(tài)沸騰下進(jìn)行的。（）5、 管內(nèi)受迫對(duì)流換熱中，常物性流體在熱充分發(fā)展段的表面?zhèn)鳠嵯禂?shù)保持不變。（）6、自然對(duì)流紊流的表面?zhèn)鳠嵯禂?shù)與定型尺寸無(wú)關(guān)。（）7、兩個(gè)不同

2、溫度的等溫面或兩條不同溫度的等溫線絕不會(huì)彼此相交。（）8、 一般情況下水平圓管外的凝結(jié)換熱不會(huì)出現(xiàn)紊流。（）9、 彼此相似的現(xiàn)象，它們的同名相似準(zhǔn)則必定相等。（）10、 黑體輻射在空間的分布遵循普朗克定律。（）二、 填空題 （每題 2 分，共 20 分）：1、流體流過(guò)彎曲管或螺旋管時(shí)， 對(duì)流換熱系數(shù)會(huì)_ ， 這是由于_2、 描述導(dǎo)熱物體內(nèi)部溫度扯平能力的物性量叫_ ，它的定義式是_ 。3、 黑體輻射的角系數(shù)具有三個(gè)性質(zhì)，它們是相對(duì)性、_ 、_ 。4、 確定導(dǎo)熱微分方程的定解條件中有邊界條件，常用的有三種：第一類邊界條件為_(kāi)，第二類邊界條件為_(kāi)第三類邊界條件為已知邊界周圍流體的溫度和表面?zhèn)鳠嵯禂?shù)

3、。5、為了減小熱損失，一蒸汽管道外包有兩層隔熱保溫層，從材料利用的經(jīng)濟(jì)性出發(fā)，導(dǎo)熱系數(shù)小的材料應(yīng)設(shè)置在_ （內(nèi)側(cè)還是外側(cè)）。6、 對(duì)于一個(gè)傳熱過(guò)程，常常在表面?zhèn)鳠嵯禂?shù)_ （較大或較?。┑囊粋?cè)，采用肋壁的形式。肋片效率是指_ 。7、將一碗熱稀飯置于一盆涼水中冷卻。使稀飯涼得更快一些，下列哪種方法最好？_攪伴碗中的稀飯；攪伴盆中的涼水；8、 凝結(jié)換熱根據(jù)凝結(jié)液與壁面浸潤(rùn)情況的不同，分為_(kāi) 與_，其他條件相同時(shí)，_的表面?zhèn)鳠嵯禂?shù)遠(yuǎn)高于_9、 宇宙空間可近似的看作 0K 的真空空間。一航天器在太空中飛行，其外表面平均溫度為250K，表面發(fā)射率為 0.7，則航天器單位表面上的換熱量是_ 。10、 在一定

4、的冷、熱流體進(jìn)出口溫度下，換熱器不同的流動(dòng)型式中，_ 的對(duì)數(shù)平均溫差最大，最小。三、簡(jiǎn)答題（每題 5 分，共 30 分）:1、 夏季在維持 20 C 的室內(nèi)工作，穿單衣感到舒適，而冬季在保持22 C 的室內(nèi)工作時(shí)，卻必須穿絨衣才覺(jué) 得舒服。試從傳熱的觀點(diǎn)分析原因。2、在對(duì)流溫度差大小相同的條件下，在夏季和冬季，屋頂天花板內(nèi)表面的自然對(duì)流換熱表面?zhèn)鳠嵯禂?shù)是否相 同？為什么？3、請(qǐng)分析遮熱板的原理及其在削弱輻射換熱中的作用。4、寫岀傅里葉定律的一般表達(dá)式，并說(shuō)明式中各量和符號(hào)的物理意義？5、試分析室內(nèi)暖氣片的散熱過(guò)程，各環(huán)節(jié)有哪些熱量傳遞方式？（以暖氣片管內(nèi)走熱水為例）6、簡(jiǎn)述 Nu、Bi、Gr

5、的物理意義四、計(jì)算題（共 40 分）:1、 一外徑為 0.3m，壁厚為 5mm 的圓管，長(zhǎng)為 5m，外表面平均溫度為 80C。200C的空氣在管外橫向 掠過(guò)，表面?zhèn)鳠嵯禂?shù)為 80W/（m2K）。入口溫度為 20C的水以 0.1m/s 的平均速度在管內(nèi)流動(dòng)。如果過(guò)程 處于穩(wěn)態(tài)，試確定管外空氣與管子之間的對(duì)流換熱量以及水的出口溫度。水的比定壓熱容為 4184J/ （kg K） ，密度為 980kg/m3。（12 分）2、 由三層材料組成的加熱爐爐墻。第一層為耐火磚。第二層為硅藻土絕熱層，第三層為紅磚，各層的厚度及導(dǎo)熱系數(shù)分別為 d1= 240mm ，?1=1.04W/（mC）， d2= 50mm,

6、b=0.15W/（mC）， d3= 115mm, 甩=0.63W/（mC）。爐墻內(nèi)側(cè)耐火磚的表面溫度為 1000C。爐墻外側(cè)紅磚的表面溫度為 60C。試計(jì)算硅 藻土層的平均溫度及通過(guò)爐墻的導(dǎo)熱熱流密度。（13 分）3、 兩塊平行放置的平板平面發(fā)射率均為 0.6，其板間距遠(yuǎn)小于板的寬度和高度， 且兩表面溫度分別為 427C， 27C。試確定：（1 ）板 1 的自身輻射；（2）板 1、2 間的輻射熱流密度 q1,2; （3）板 1 的有效輻射；（4） 板 2 的有效輻射；（5）對(duì)板 1 的投入輻射；（6）板 1 的反射輻射。（15 分）一、判斷題（每題 1 分，共 10 分）1、X2V3、“ 4、

7、X5V6、“ 7、“ 8、“ 9、“ 10、X二、填空題（每題 2 分，共 20 分）1、增大、流場(chǎng)中引起二次環(huán)流而強(qiáng)化換熱;2、熱擴(kuò)散率，/ C3、 完整性、分解性（可加性）4、 已知邊界面上任意時(shí)刻的溫度值、已知邊界面上任意時(shí)刻的熱流密度值。5、內(nèi)側(cè)6、小、肋片的實(shí)際散熱量與假定整個(gè)肋片都處在肋基溫度時(shí)的理想散熱量的比值。7、8、珠狀凝結(jié)、膜狀凝結(jié)（二者可顛倒位置）、珠狀凝結(jié)、膜狀凝結(jié)9、155w/m210、逆流、順流三、簡(jiǎn)答題（每題 5 分，共 30 分）1、 答：首先，冬季和夏季的最大區(qū)別是室外溫度的不同（1 分）。夏季室外溫度比室內(nèi)氣溫高，因此通過(guò) 墻壁的熱量傳遞方向是岀室外傳向室內(nèi)

8、。而冬季室外氣溫比室內(nèi)低，通過(guò)墻壁的熱量傳遞方向是由室內(nèi)傳向室外。因此冬季和夏季墻壁內(nèi)表面溫度不同，夏季高而冬季低（2 分）。因此，盡管冬季室內(nèi)溫度（22C）比夏季略高（20C），但人體在冬季通過(guò)輻射與墻壁的散熱比夏季高很多。而人體對(duì)冷感的感受主要是散熱 量，在冬季散熱量大，因此要穿厚一些的絨衣（2 分）。2、答：冬季和夏季墻壁內(nèi)表面溫度不同，夏季高而冬季低（1 分）。在夏季室內(nèi)空氣溫度低于屋頂天花板的溫度，tfvtw,在冬季夏季室內(nèi)空氣溫度高于屋頂天花板的溫度，tftw（1 分）。因此夏季屋頂天花板內(nèi)表面的自然對(duì)流換熱為熱面朝下（或冷面朝上）（1 分），而冬季為冷面朝下（或熱面朝上）（1 分

9、），因此兩者自然對(duì)流換熱表面?zhèn)鳠嵯禂?shù)不相同，夏季自流對(duì)流換熱表面?zhèn)鳠嵯禂?shù)低于冬季（1 分）。3、 答：（1）遮熱板是在輻射換熱表面之間插入金屬（或固體）薄板，其原理是，遮熱板的存在增大了系統(tǒng)中的輻射換熱熱阻，使輻射過(guò)程的總熱阻增大，系統(tǒng)發(fā)射率減少，使輻射換熱量減少（3 分）。（2）遮熱板對(duì)于削弱輻射換熱具有顯著作用，如在兩個(gè)平行輻射表面之間插入一塊同發(fā)射率的遮熱 板，可使輻射換熱量減少為原來(lái)的1/2，若采用發(fā)射率較小的遮熱板，則效果更為顯著（2 分）。4、 答：傅里葉的一般表達(dá)式為：q gradt二門（2 分）。其中：q 是熱流密度矢量；入為導(dǎo)n熱系數(shù)，它表示物質(zhì)導(dǎo)熱本領(lǐng)的大小；gradt 是

10、空間某點(diǎn)的溫度梯度；n 是通過(guò)該點(diǎn)的等溫線上的法向單位矢量，指向溫度升高的方向，“-”號(hào)表示熱量沿溫度降低的方向傳遞。（3 分）5、 答：熱水T管子內(nèi)壁：對(duì)流換熱（1.5 分）；管子內(nèi)壁T管子外壁：導(dǎo)熱（1.5 分）；管子外壁T室內(nèi)環(huán) 境：對(duì)流換熱和輻射換熱（2 分）6、 答：Nu :表征壁面法向無(wú)量綱過(guò)余溫度梯度的大小，反映對(duì)流換熱的強(qiáng)弱。（2 分）Bi:固體內(nèi)部導(dǎo)熱熱阻與其界面上的換熱熱阻之比。（1 分）Gr :表征自然對(duì)流換熱中浮升力與粘滯力的相對(duì)大小，表示自然對(duì)流流態(tài)對(duì)換熱的影響。四、計(jì)算題(共 40 分):1 答：(1)管外空氣與管子之間的對(duì)流換熱量:由于過(guò)程處于穩(wěn)態(tài)，管外空氣所加的

11、熱量由管內(nèi)水帶走，因此,2叭p（touttin）u（d 2）Cp（tout其中 Ac為管內(nèi)流通截面積：A -(d 2 )2故出口溫度為:硅藻土層的平均溫度為:$499 C（1分）2hA（tftw）h dl（tftw） 800.3 5（20080） 45239W（6 分）tout2吃（d2）Cptin45239980 0.1 0.066 418420 21.7 C（ 6 分）2、答:t1t421259w/m2其中，11=1000 C，t4=60 C。（6分）t1q1 1t2得t21q_1700 C（3分）同理，t3t2289C（ 3 分）3、答：(1 )E1Eb18168W/m2（2 分）（2）q1,2Eb1Eb22（3）q1,2q1,2（4）5638W