东南大学传热学考试真题试卷与解析 (2)

东大2007—2008学年第一学期期末考试

《传热学》试题（A卷）试题答案 一、填空（每空1分，共20分）

8、由多层等厚度平壁构成的传热壁面, 若某层所用材料的导热系数越大，则该壁面的热阻就越 小 ,其两侧的温度差越 小 。

9、傅立叶定律中的负号表示 热流方向与温

1、温度场中同一瞬间同温度各点连成的面称为 等温面 。

度梯度方向相反 。

10、温度边界层越 厚 ，则对流换热系数越

2、就引起流动的原因而论，对流换热可区分为 自然对流 与 强制对流 两大类。

小，为了强化传热，应使温度边界层越 薄 越好。

11、内部流动与外部流动的区别主要在于 换

3、辐射测量用探测仪所测到的灰表面的辐射能，实际上是 有效 辐射，定义为 灰体表面的本身辐射和反射辐射之和 。

4、热电偶的 时间常数 是说明热电偶对流体温度变动响应快慢的指标。

5、所谓同类物理现象，指那些用 相同形式 并具有 相同内容的微分方程式 所描写的现象。

6、强化传热的方法之一是提高K值。要提高K值,则应改善对流换热表面传热系数 较小 的一侧的传热条件（对流换热表面传热系数小的还是大的）

7、蒸汽与低于饱和温度的壁面接触时有两种不同的凝结形式，分别为 膜状凝结 和 珠状凝结 ，工程设计的依据是膜状凝结 。

热壁面上的流体边界层是否可以自由发展 。

12、影响核态沸腾的主要因素是 壁面过热度 和 汽化核心数 。

二、选择题（每题2分，共10分） 1、对流传热过程仅发生在（ C ）中。 A. 固体 B. 静止的流体 C. 流动的流体

2、有一个由四个平面组成的四边形长通道，其内表面分别以1、2、3、4表示，已知角系数X1，2=0.4,X1，4=0.25，则X1，3为( D )。

A.0.5 B.0.65 C.0.15 D.0.35

3、温度对辐射换热的影响（ B ）对对流换热的影响。

A.等于； B.大于； C.小于 D.可能大于、小于

； 能量形式的转换， 即发射时从热能转换为辐射能，

而被吸收时又从辐射能转换为热能。（2分）

2、什么是物体表面的吸收比（率）？它与哪些因素有关？

答：物体对投入辐射所吸收的百分数称为该物体的吸收比（率）。（2分）

物体的吸收比（率）只取决于物体的表面特性（物体的种类、表面状况和温度），对于全波长的特性还与投射能量的波长分布有关关。（2分）

3、写出时间常数的表达式。时间常数是从什么导热问题中定义出来的？它与哪些因素有关？

答：时间常数的表达式为?c?4、雷诺准则反映了（ B ）的对比关系。 A.重力和惯性力； B.惯性力和粘性力； C.重力和粘性力 ； D.浮升力和粘性力

5、一金属块的表面黑度为0.4，温度为227℃，它的辐射力是( A )；若表面氧化后，黑度变为0.9，其辐射力将( A )。

A.1417.5W/m2，将增大 B.1417.5W/m2，将减小

C.60.22W/m2，将增大 D.60.22W/m2，将减小

三、简答题（每题4分，共20分） 1、简述热辐射与其它两种热量传递方式的区别。

⑴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，而且实际上在真空中辐射能的传递最有效（2分）；

?cVhA（2分），

是从非稳态导热问题中定义出来的（1分），它不仅取决于几何V/A参数和物性参数?c，还取决于换热条件h（1分）。

4、分别写出Nu、Bi数的表达式，并说明其物理意义。

答：努塞尔数，Nu?hl?，它表示表面上无量纲温度梯度的大小。（2分）

毕渥数，Bi?hl?，它表示导热体内部热阻与

⑵辐射换热区别于导热、对流换热的另一个特点是，它不仅产生能量的转移，而且还伴随着

外部热阻的相对大小。（2分）

5、为什么珠状凝结表面换热系数比膜状凝结表面换热系数大？

答：膜状凝结换热时沿整个壁面形成一层液膜，并且在重力的作用下流动，凝结放

2、冬天，在相同的室外温度条件下，为什么有风比无风时感到更冷些?

解 假定人体表而温度相同时，人体的散热

?1/21/30.029941/21/32h?0.664RP?0.664?(6?10)?0.7?21.59(W/m?C)er出的汽化潜热必须通过液膜，因此，液l0.2膜厚度直接影响了热量传递。（2分）

珠状凝结换热时，凝结液体不能很好的浸润壁面，仅在壁面上形成许多小液珠，此时壁面的部分表面与蒸汽直接接触，因此，换热速率远大于膜状凝结换热。（2分）

四、分析题（每题5分，共20分） 1、对于附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？

解：（a）中热量交换的方式主要有热传导和热辐射（2分）。（b）热量交换的方式主要有热传导，自然对流和热辐射（2分）。

所以如果要通过实验来测定夹层中流体的导热系数，应采用（a）布置。（1分）

答案：当冷热流体的进出口温度都一定时，逆流的温差比其他流动形式的大（3分）。因此，

4、为什么工业换热器中冷、热流体的相对流向大多采用逆流操作?

答：霜会容易结在树叶的上表面（2分）。因为树叶上表面朝向太空，而太空表面的温度会低于摄氏零度（1分）；下表面朝向地面，而地球表面的温度一般在零度以上（1分）。相对于下表面来说，树叶上表面向外辐射热量较多，温度下降的快，一旦低于零度时便会结霜（1分）。 在有风时相当于强制对流换热（1分），而在无风时属自然对流换热(不考虑热辐射或假定辐射换热量相同时) （1分）。而空气的强制对流换热强度要比自然对流强烈。因而在有风时从入体带走的热量更多，所以感到更冷一些（3分）。

3、北方深秋季节的清晨，树叶叶面上常常结霜。试问树叶上、下表面的哪一面上容易结霜？为什么？

在相同传热系数的条件下，为了完成同样的热负荷，采用逆流操作，可以节省传热面积（1分）；或在传热面积相同时，采用逆流操作可以提高热流量。（1分）

五、计算题（30分）

1、一双层玻璃窗，宽1.1m，高1.2m，厚3mm，导热系数为1.05W/(m·K)；中间空气层厚5MM，设空气隙仅起导热作用，导热系数为

（4分）

显然，单层玻璃的散热量是双层玻璃窗的2.6倍。（2分）因此，北方的冬天常常采用双层玻璃窗使室内保温。

2、温度tf=50℃的空气平行掠过一表面温度为tw=100℃的平板表面，平板下表面绝热。平板沿流动方向的长度为0.2m，宽度为0.1m。此时按平板长度计算的雷诺数Re=6×104。试确定：

Nu?(0.037Re42/5?871)Pr1/3?(0.037?(6?105)0.8?871)?0.71/3?604.2（1）平板表面与空气间的平均表面传热系数和传热量；（2）如果空气的流速增大为原来的10倍

0.026W/(m·K)。室内空气温度为25℃。表面传

时，其它条件不变，平板表面与空气间的平均表面传热系数。（10分） （层流时平板表面平均努塞尔数

热系数为20W/(m2·K)；室外空气温度为-10℃，表面传热系数为15 W/(m2·K)。试计算通过双层玻璃窗的散热量，并与单层玻璃窗相比较。假定在两种情况下室内、外空气温度及表面传热系数相同。（10分）

tm?1/21/3Nu?0.664RePr，湍流时平板表面平均努塞尔

数Nu?(0.037Re4/5?871已知空气75℃时的)Pr1/3，

W/(m?K)，Pr?0.7）。 物性参数为：??0.0299解：(1)空气的定性温度

1(tf?tw)?750C，此时的物性参数为：2 解：(1)双层玻璃窗情形，由传热过程计算式： （4分）

(2)单层玻璃窗情形：

??0.0299W/(m?K)，Pr?0.7（1分）

由于Re?6?104?5?105，属层流流态。（1分）

1/21/3Nu?0.664RePr

（2分） 换热量（1分）

（2）若流速增加10倍，Re2?u2?10，

Re1u1tf?t1?44?1C0??T1??Tw?????????h?100100???????（2

440.6?5.67??443??363??0 ?170??????????184.4C50???100??100???分）

测温绝对误差为14.4℃，相对误差为8.5%。误差产生的原因是由于热电偶与管道外壁的辐射

Re2?6?10?5?10，属湍流流态（2分）。

（2分）

h?55?Nu0.0299?604.2??90.33(W/m2?C)（1l0.2??hA(tw?tf)?21.59?0.2?0.1?(100?50)?21.59W换热，使t1明显低于tf。（2分）

可采用遮热罩来减小辐射换热。（2分）

分）。

3、用一裸露的热电偶测试圆管中气流的温度，热电偶的指示值t1=170℃。已知管壁温度tw=90℃，气流对热接点的对流换热系数为h= 50W/ (m2·K)，热接点的表面发射率ε=0.6。试确定气流的真实温度及测温误差，并简要说明如何减小误差。（10分）

解：由于热电偶工作端为凸表面，它的表面积相对于圆管的面积很小，即A1A2?0。因此他们之间的辐射换热可按式?1，2??1A1(Eb1?Ebw)计算。

热电偶的辐射换热和对流换热的能量平衡式为：h(tf?t1)??1(Eb1?Ebw)（4分）

由此求得实际温度为：

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