发布时间 : 星期日 文章传热学试题库更新完毕开始阅读152f76c9de80d4d8d05a4f4e
d. 若气流与套管之间的对流换热系数h?100W/(m2K) ml?h??l?1100，?l?(654?500)?0.5℃ ?0.1?6.323ch(ml)16?0.0011?1.2℃
ch(ml)e. 若套管根部温度Tj=600℃
ml?44.7?0.1?4.47，?l?(654?600)讨论：从以上分析发现，要减小测温误差，可以采取以下措施：①尽量增加套管高度和减小壁厚；②选用导热系数低的材料作套管；③强化套管与流体间的对流换热系数；④在安装套管的壁面处包以热绝缘层，增加套管根部的温度。 如何减小测温误差，也可以从测温计套管的一维导热物理过程进行分析：管内高温流体通过一个对流换热热阻将热量传给套管顶部；然后通过套管（肋片）传至根部；再通过一个对流换热热阻将热量传给外界流体。显然，要减小测温误差，应使Tj接近于Tf，即应尽量减小R1而增大R2及R3。
29. 围在外径为80mm 铜管上的一铝质环肋，厚5mm，肋外缘直径为160mm，导热系数为200W/(mK)，周围流体温度为70℃，对流换热系数为60W/(m2K)。求肋片的传热量。 解 本题可利用肋片效率进行计算。先计算有关参数 考虑肋端传热作用的肋片修正长度，l??l??Tf R1 Tj R2 T0 T? R3 2??(r2?r1)??(80?40?5)?10?3?0.0425m 22纵剖面积， AL?l???0.0425?0.005?0.0002125m2 h32l???AL60?0.04251.5?0.329 200?0.0002125?r2??2r2??2.0625 r1r1查图得， ?f?0.89 故传热量为： 222?2?rQ??fQmax?2?fh?(r21)(T0?Tf)?2?0.89?60?3.14?(0.0825?0.04)?(250?70)?314W 27. 以等截面直肋为例，试用热阻的概念简要说明采用肋化表面是否都可以得到强化传热的效果？如果答案是否定的，则对敷设矩形剖面的直肋推导一个定量的判据？ 解： 假设不管是否敷设肋片，肋片基部表面温度为Tw，基部表面和流体之间的对流换热系数与肋片和流体之间的对流换热系数值相同。 不敷肋片而高为?的基部表面，这部分和流体之间的换热量为
Qnf?h?(Tw?Tf)?Tw?Tf1/(h?)
如有肋片敷在基部表面上，则热量从处于Tw的表面导入肋片，并克服肋片的导热内热阻，在到达肋片和流体的界面后，再通过表面对流换热热阻散入流体。
TW L TW Tf ?
裸露表面
流体T f, h 敷设肋片
令肋片导热的平均内热阻为Rw，Twn为肋片表面的平均温度。 在有或没有肋片时的等效热阻分别为
Ra?11 Rb??Rw h?h(??2L)TW Twm Tf 在有或没有肋片时的散热量分别取决于所表示的等效热阻的相对大小。虽然有肋时的对流换热热阻远小于无肋时的对流换热热阻，但是如果肋片的平均导热内热阻Rw足够大而可能使Rb?Ra，这样导致肋片产生绝热效应而不是增大散热量的有利作用。例如，敷设由石棉构成的相当厚的肋片就有这样的作用，因石棉的导热系数很小而使Rw足够大。 有肋片时的散热量为 hm??th(mL)1??th(mL)m?hQf???m(Tw?Tf)??h(Tw?Tf) hh1?th(mL)1?th(mL)m?m?式中，?h(Tw?Tf)?Qnf，为未加肋片的基部表面散热量。 由m??h2h????h2??h??1? h(?/2)BiQfQnf?th(mL)Bi? 1?Bith(mL)1?1得到 1当QfQnf?th(mL)Bi??1时，敷设肋片将起到增加传热的有利作用。解不等式，得到 1?Bith(mL)1?Bi?1 讨论：在有肋片的设计中，当全部因素都加以考虑时，一般只有在下列条件下肋片的应用才是合理的。
Bi?0.25 28. 【例题10】一无限大平板，热扩散系数a?1.8?10?6m2/s，厚度为25mm，具有均匀初始温度150℃。若突然把表面温度降到30℃，试计算1分钟后平板中间的温度（假设物体表面对流换热热阻与物体内的导热热阻相比可以忽略，即Bi??1）。 解： 本问题的完整数学描写如下：
T
1?T?2T?2 Ti a???x引入过余温度??T?Tf，上式变为
1???2? Tf 2? Tf ?a???x2
初始条件和边界条件： Bi??1的情形 ??0时，在0?x?2?内 ??Ti?Tf??i
??0时，在x?0处 ??0 ??0时，在x?2?处 ??0 运用分离变量法，可得到最终的级数解为
T?Tf?4?1?()???e2?
?iTi?Tf?n?1nn?2a?sinn?x n?1,3,5?? 2?对于本例题，将以下数据 a?1.8?10?6m2/s， 2??0.025m， ??60s 5 Ti?150℃， Tf?Tw?30℃， x???0.012m代入上式，若只取前面非零的四项(n?1,3,5,7)计算，得 T?TfTi?Tf?4?(0.18177?7.22?10?8?6.15?10?20?5.21?10?37)?0.2314 由此求得在1分钟后，平板中间温度为 T?0.2314(Ti?Tf)?Tf?0.2314(150?30)?30?57.8℃ 讨论：一般以Fo?0.2为界，判断非稳态导热过程进入正规状况阶段。此时无穷级数的解可以用第一项来近似地代替，所得的物体中心温度与采用完整级数计算得到的值的差别基本能控制在1?以内。本例题中Fo=0.69，可以看出，级数的第一项较后几项高出多个数量级。 29. 两一块厚度均为30 mm的无限大平板，初始温度为20℃，分别用铜和钢制成。平板两侧表面的温度突然上升到60℃，试计算使两板中心温度均上升到56℃时两板所需的时间比。铜和钢的热扩散系数分别为103?10?6m2/s和12.9?10?6m2/s。 解: 一维非稳态无限大平板的温度分布有如如下函数形式 ?x?f(Bi,Fo,) ?i?两块不同材料的无限大平板，均处于第一类边界条件（Bi??）。由题意，两种材料达到同样工况时，Bi数和x/?相同，要使温度分布相同，则只需Fo数相等。 (Fo)铜?(Fo)钢 ?铜/?钢?a钢/a铜?0.125 30. 测量气流温度的热电偶，其结点可视为球体，结点与气流之间的对流换热系数h?400W/(m2K)，结点的热物性：?=20W/(mK)；比热容c=400J/(kgK)；密度?=8500kg/m3，试求： 1.时间常数为1秒的热电偶结点直径为多大? 2. 把热电偶从25℃的环境放入200℃的气流中要多长时间才能到达199℃? 解: 首先计算结点直径，并检查Bi数值。 对球形结点 A??d2，V??d由 ?c?得 d?36
?cVhA??cdh66h?c6?400?1??7.06?10?4?0.71mm ?c8500?400hlh(r)400?7.06?10?4/63???2.53?10?4?0.1 验证 Bi???20表明把热电偶结点当成集总热容体在这里是合适的。
达到199℃时所需的时间，可由下式计算
?i8500?7.06?10?4?40025?200 ??ln?ln?5.2s
hA?400?6199?200?cV讨论：由此式可见，热电偶结点直径d和热容量?c越小，被测气流的对流换热系数h越大，则温度响应越快。
第三章
一、名词解释
1． 速度边界层：在流场中壁面附近流速发生急剧变化的薄层。 2． 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。 3． 定性温度：确定换热过程中流体物性的温度。 4． 特征尺度：对于对流传热起决定作用的几何尺寸。 5． 相似准则(如Nu,Re,Pr,Gr,Ra)：由几个变量组成的无量纲的组合量。 6． 强迫对流传热：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。 7． 自然对流传热：流体各部分之间由于密度差而引起的相对运动。 8． 大空间自然对流传热：传热面上边界层的形成和发展不受周围物体的干扰时的自然对流传热。 9． 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。 10． 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。 11． 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。 12． 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 1． 影响自然对流传热系数的主要因素有： 、 、 、 、 、 。 (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) 2． 速度边界层是指 。 （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。） 3． 流体刚刚流入恒壁温的管道作层流传热时，其局部对流传热系数沿管长逐渐 ，这是由于 。 （减小，边界层厚度沿管长逐渐增厚） 4． 温度边界层越 对流传热系数越小，强化传热应使温度边界层越 。 （厚，簿） 5． 流体流过弯曲的管道或螺旋管时，对流传热系数会 ，这是由于 。 （增大，离心力的作用产生了二次环流增强了扰动）
6． 流体横掠管束时，一般情况下， 布置的平均对流传热系数要比 布置
时高。 （叉排，顺排）
7． 管外流动传热，有纵向冲刷和横向冲刷之分，在其他条件相同时，以 向冲刷方向传热更
为强烈。 （横向）
对流传热