发布时间 : 星期一 文章《传热学》试题库更新完毕开始阅读848fd0ec5ef7ba0d4a733b1a
热具有显著作用，如在两个平行辐射表面之间插入一块同黑度的遮热板，可使辐射换热量减少为原来的1／2，若采用黑度较小的遮热板，则效果更为显著。）
4． 什么叫黑体、灰体和白体?它们分别与黑色物体、灰色物体、白色物体有什么区别?在辐
射传热中，引入黑体与灰体有什么意义?
（提示：可以从黑体、白体、灰体的定义和有关辐射定律来阐述。根据黑体、白体、灰体的定义可以看出，这些概念都是以热辐射为前提的。灰色、黑色、白色是针对可见光而言的。所谓黑体、白体、灰体并不是指可见光下物体的颜色，灰体概念的提出使基尔霍夫定律无条件成立，与波长、温度无关，使吸收率的确定及辐射换热计算大为简化，因此具有重要的作用；黑体概念的提出使热辐射的吸收和发射具有了理想的参照物。）
5． 玻璃可以透过可见光，为什么在工业热辐射范围内可以作为灰体处理?
（提示：可以从灰体的特性和工业热辐射的特点来论述。所谓灰体是针对热辐射而言的， 灰体是指吸收率与波长无关的物体。在红外区段，将大多数实际物体作为灰体处理所引起的误差并不大，一般工业热辐射的温度范围大多处于2000K以下，因此其主要热辐射的波长位于红外区域。许多材料的单色吸收率在可见光范围内和红外范围内有较大的差别，如玻璃在可见光范围内几乎是透明的，但在工业热辐射范围内则几乎是不透明的，并且其光谱吸收比与波长的关系不大，可以作为灰体处理。）
6． 什么是“温室效应”?为什么说大气中的C02含量增加会导致温室效应?
（提示：可以从气体辐射的特点和能量平衡来加以说明。CO2气体具有相当强的辐射和吸收能力，属于温室气体。根据气体辐射具有选择性的特点，CO2气体的吸收光带有三段：2．65—2．8、4．15—4．45、13．0—17．0μm，主要分布于红外区域。太阳辐射是短波辐射，波长范围在0．38一0．76μm，因此，对于太阳辐射C02气体是透明的，能量可以射入大气层。地面向空间的辐射是长波辐射，主要分布于红外区域，这部分辐射在CO2气体的吸收光带区段C02气体会吸收能量，是不透明的。在正常情况下，地球表面对能量的吸收和释放处于平衡状态，但如果大气中的CO2含量增加会使大气对地面辐射的吸收能力增强，导致大气温度上升，导致了所谓温室效应。）
五、 计算题
1． 太阳能以900W/m2的平均辐射强度射到建筑物的房顶上，房顶对太阳辐射的吸收率为
0.85，房顶的面积为100m2，温度为37℃，发射率为0.88. 若室外空气温度为7℃，自然对流传热系数为5W/(m2.K)，试计算传人房内的热量。
（提示：这是一个辐射与自然对流共同作用下的复合换热问题，太阳辐射以投入辐射的 形式对建筑物进行辐射，建筑物以自然对流和辐射两种方式向大气散热，传人房间的热量为屋顶的吸热量与散热量之差。 答案：46．1kW。） 2． 一根直径为60mm的电缆，被置于横断面为0.1×0.lm2的封闭电缆沟槽内，若电缆表面
黑度为0.83、表面温度为77℃，电缆沟表面温度为27℃、黑度为0.92，试问单位长度电缆的辐射散热量为多少?为了加强电缆的散热能力，还可以采取哪些措施?
（提示：这是一个求解两表面之间辐射换热的辐射问题，可以设电缆表面与沟槽表面分 别为1、2表面。 答案：59．22W／m，为了加强电缆的散热能力，还可以来取提高电线及沟槽表面的黑度、增大沟槽的截面积、采用导热性良好的支架、增加沟槽内的通风等措施。） 3． 有一直径分别为120mm、150mm的长圆管组成的同心套管，内管中通过低温流体，其
外表面温度T1＝77K，黑度ε1＝0.02，外管内表面温度T2＝300K，黑度ε2＝0.05，两表面间抽真空。已知σ0＝5.67×10-8W／(m2.K4)，试计算单位管长上低温流体获得的热流量。
（提示：这是一个求解内、外管两表面之间辐射换热的问题，二表面间抽真空说明不存在
气体的导热和对流换热。 答案：2．603W／m。） 4． 对于第三题所示的同心套管，如果用一薄遮热罩(直径135mm，两面黑度均为ε3＝0.02)
插在两表面之间，这时单位管长上低温流体获得的热流量为多少?
(提示：这是一个两表面之间插人遮热板的辐射换热问题，可以通过画出热阻图，然后列出热流方程来计算。 答案：1．117W／m。)
5． 有一台用于确定气体导热系数的装置：一圆管，加热导线沿轴线穿过。现测得通过导
线的电流为0.5A，导线两端的电压3.6V，管长300mm，导线直径0.05mm，导线温度167℃，管子的内径(直径)2.5mm，管壁内表面温度127℃假定导线和管子内表面的黑度分别为0.7和0.8，试确定管内气体的导热系数(设所测气体能透过热辐射，并不计对流传热)。
(提示：这是一个求解内线、外管两表面之间辐射换热的问题，由于不计对流换热，根据能量平衡原理，导线的加热量等于二表面间的辐射换热量和通过气体层的导热量之和。 答案：0．0922W／(m·K)。)
6． 用裸露的热电偶测量炉膛内的烟气温度，测得烟温为792℃，已知水冷壁表面温度为
600℃，烟气对热电偶表面的对流传热系数为60W／(m2.K)，热电偶的表面黑度为0.3，试求炉膛烟气的真实温度和该热电偶的测温误差(不计热电偶套管的导热热量损失)。 (提示：若不计热电偶套的导热热量损失，热电偶的显示温度是烟气对热电偶的对流换 热与辐射换热和热电偶对水冷壁的辐射散热达到能量平衡的结果。热电偶相对于炉膛是一个很小的表面，因此水冷壁表面可以作为黑表面处理。
答案：1032．78℃，测量误差为240．78℃，23．3％。)
7． 在两块黑度为0.8的平行大平面之间插入一块黑度为0.05的大遮热板，试求插入遮热
板后这两个大平面之间的辐射传热量是未插遮热板时的几分之一。
(提示：这是一个两个大平面之间的辐射换热计算和在两个大平面之间插入遮热板削弱辐射换热的问题。 答案：1／27)
8． 一根直径为300mm、长度为250mm的圆管，一端开口与环境相通，另一端封闭. 圆管
的内表面温度保持均匀恒定，为1000K，环境温度为300K，圆管的内壁面可以看作为黑表面，试求圆管的内壁面与环境的辐射传热量。
(提示：圆管的内壁面对环境的辐射热量都必须通过圆管的开口，因此可以看作圆管内壁面与圆管开口的一个假想平面之间的辐射换热，由于环境是一个很大的表面，因此折算到圆管的开口表面，可以认为这是一个有限面积的黑表面。所以实际上这是一个两个黑表面之间的辐射换热问题。两个表面之间的角系数可以用几何分析法得到。 答案：3975．4W
四、简答题
1． 试举出3个隔热保温的措施，并用传热学理论阐明其原理？
(提示:可以从导热、对流、辐射等角度举出许多隔热保温的例子.例如采用遮热板,可以显著削弱表面之间的辐射换热，从传热学原理上看，遮热板的使用成倍地增加了系统中辐射的 表面热阻和空间热阻，使系统黑度减小，辐射换热量大大减少；又如采用夹层结构并抽真空，可以削弱对流换热和导热，从传热角度看，夹层结构可以使强迫对流或大空间自然对流成为有限空间自然对流，使对流换热系数大大减小，抽真空，则杜绝了空气的自然对流，同时也防止了通过空气的导热；再如表面包上高反射率材料或表面镀银，则可以减小辐射表面的吸收比和发射率(黑度)，增大辐射换热的表面热阻，使辐射换热削弱，等等。)
2． 解释为什么许多高效隔热材料都采用蜂窝状多孔性结构和多层隔热屏结构。
(提示：从削弱导热、对流、辐射换热的途径方面来阐述。高效隔热材料都采用蜂窝状多孔性结构和多层隔热屏结构，从导热角度看，空气的导热系数远远小于固体材料，因此采用
多孔结构可以显著减小保温材料的表观导热系数，阻碍了导热的进行；从对流换热角度看，多孔性材料和多层隔热屏阻隔了空气的大空间流动，使之成为尺度十分有限的微小空间。使空气的自然对流换热难以开展，有效地阻碍了对流换热的进行；从辐射换热角度分析，蜂窝状多孔材料或多层隔热屏相当于使用了多层遮热板，可以成倍地阻碍辐射换热的进行，若再在隔热屏表面镀上高反射率材料，则效果更为显著。)
3． 什么叫换热器的顺流布置和逆流布置?这两种布置方式有何特点？设计时如何选用？ (提示：从顺、逆流布置的特点上加以论述。冷、热流体平行流动且方向相同称为顺流，换热器顺流布置具有平均温差较小、所需换热面积大、具有较低的壁温、冷流体出口温度低于热流体出口温度的特点。冷、热流体平行流动但方向相反称为逆流，换热器逆流布置具有平均温差大、所需换热面积小、具有较高壁温、冷流体出口温度可以高于热流体的出口温度的特点。设计中，一般较多选用逆流布置，使换热器更为经济、有效，但同时也要考虑冷、热流体流道布置上的可行性，如果希望得到较高的壁面温度，则可选用逆流布置，反之，如果不希望换热器壁面温度太高，则可以选择顺流布置，或者顺、逆流混合布置方式。) 4． 试解释并比较换热器计算的平均温差法和ε—NTU法？
(提示：从平均温压法和ε—NTU法的原理、特点上加以阐述。两种方式都可以用于换热器的设计计算和校核计算，平均温差法是利用平均温差来进行换热器的计算，而ε—NTU法是利用换热器效能ε与传热单元数NTU来进行换热器计算。平均温压法要计算对数平均温压，而ε—NTU法则要计算热容量比、传热单元数或换热器效能。设计计算时，用平均温差法比用ε—NTU法方便，而在校核计算时，用ε—NTU法比用平均温差方便。) 5． 请说明在换热设备中，水垢、灰垢的存在对传热过程会产生什么影响，如何防止。 (提示：从传热系数或传热热阻角度分析。在换热设备中，水垢、灰垢的存在将使系统中导热热阻大大增加，减小了传热系数，使换热性能恶化，同时还使换热面易于发生腐蚀，并减小了流体的流通截面，较厚的污垢将使流动阻力也增大。此外，热流体侧壁面结垢，会使壁面温度降低，使换热效率下降·，而冷流体侧壁面结垢，会导致壁温升高，对于换热管道，甚至造成爆管事故。防止结垢的手段有定期排污、清洗、清灰，加强水处理，保证水质，采用除尘、吹灰设备等。)
五、计算题
1． 有一墙体，由三层材料建成，内层为墙砖，厚20mm，导热系数0．5W／(m·K)，中
间层为保温材料，厚35mm，导热系数为0．021W／(m·K)，外层为防护层，厚5mm，导热系数为0．8W／(m·K)。已知内侧的对流传热系数为50W／(m2．K)、辐射传热系数为30W／(m2．K)，流体温度为760℃；外例的对流传热系数为5．6 W／(m2．K )、辐射传热系数为3．6 W／(m2．K)，流体温度为20℃，试求： （1） 传热系数； （2） 热流密度；
（3） 防护层两侧的温度。
(提示：这是一个计算通过多层平壁的传热问题。 答案：传热系数为0.545W/(m2.K),热流密度403．5W/m2，防护层两侧温度分别为 63．86℃和66．38℃。)
2． 有一铜塑复合板，两侧分别流过冷、热介质，复合板的厚度为2．5mm，其中铜板厚
1．5mm，铜的导热系数很大，导热热阻可忽略不计，聚乙烯材料的导热系数为0．04W／(m·K)，热流体侧的对流传热系数为3000W／(m2．K)，冷流体侧的对流传热系数为30 W／(m2．K)，试求：
（1） 该传热过程中各个环节的热阻及在总热阻中所占的百分比； （2） 传热系数；
（3） 若要强化传热，应在哪一侧加肋片较好?若在该侧加装了直肋，肋化系数β＝12，
肋壁效率η＝0．88，此时传热系数又为多少?
(提示：这是一个求解传热过程中各环节分热阻和总热阻、计算平壁和肋化壁的传热系 数的问题。肋片应当加在对流换热热阻较大的一例。 答案：(1)3．333×10-4(m2．K)/W，0．57％(热流体侧)；0．025(m2．K)/W，42．63％(壁面)；0．0333(m2．K)/W，56．78％(冷流体侧)；(2)传热系数17．05W／(m2．K)。(3)冷流体侧 的对流换热热阻大于热流体侧，应在冷流体侧加肋较好。加肋后的传热系数为35．1 W/(m2．K)。)
3． 有一热水管道，内径为20mm，外径为25mm，管壁导热系数为45W／(m·K)。管内流
过95℃的热水，管外包着导热系数为0．056W／(m·K)的保温层，厚度为2mm。已知热水对管内壁的传热系数为1200 W／(m2·K)，保温层外的空气温度为25℃，空气与保温层表面的复合传热系数为10W／(m2·K)。试问： （1） 每米长管子的散热量为多少？若折算成煤气，设煤气的发热量为10000kJ／m3，则
单位管长的散热量相当于每30天消耗多少煤气？ （2） 保温层外表面的温度为几度? （3） 若将保温层厚度增加至10mm，情况如何? （4） 若将保温层材料改为导热系数为0．011W／(m·K)的新材料，厚度仍为2mm，则
情况又怎样?
(提示：这是一个计算通过多层圆筒壁的传热问题.
答案：散热量45.65W/m，相当于每30天11.83m3的煤气，保温层外表面温度为70．1℃。保温层厚度增厚以后,散热量为29.27W／m，相当于每30天7．6m3的煤气，保温层外表面温度为40．7℃。保温材料更新后，散热量为21．48W／m，相当于每30天5.57m3的煤气，保温层外表面温度为43.57℃。保温方案的确定还需要考虑经济性问题。)
4． 已知热流体的流量为1．5kg／s，比热为4．18kJ／(kg·K)，进口温度为170℃；冷流
体的流量为2kg／s，比热为2．23kJ／(kg·K)，进口温度25℃，现准备用一螺旋板式传热器作为热交换设备，其传热面的曲率影响在对流传热系数中考虑，因此传热面可以按平壁处理，且壁面为良导热材料，其导热热阻可以忽略，热流体对传热壁面的对流传热系数为2000W／(m2．K)，冷流体对壁面的对流传热系数为750W／(m2·K)，为了使冷流体的出口温度达到80℃以上，问： （1） 热流体的出口温度为多少? （2） 该换热器的传热系数为多少? （3） 若采用逆流布置，需要多大的传热面？ （4） 若采用顺流布置，传热面又需多少?
(提示：这是一个换热器的设计计算问题。 答案：热流体出口温度130．88℃，传热系数545．45W／(m2．K)，逆流时换热面积需要4．6m2，顺流时需要5．0m2。) 5． 流量为0．2kg／s、比热容为2．0 kJ／(kg·K)、初温为350℃的油将水从15℃加热到
70℃，出口油温为l00℃，冷却水的比热容取为4．174kJ／(kg·K)。今有两台逆流式换热器：(A)KA＝500W／(m2．K)；(B)KB＝150W／(m2．K)。试分别用对数平均温差法和ε—NTU法计算：
(1)冷却水的质量流量为多少?
(2)请通过计算，说明选用哪一台换热器较好?
(提示：这是一个通过计算换热面积来选择换热器的设计类问题。 答案：冷却水的质量流量是0.436kg／s。换热器A的换热面积是1．22m2，换热器B的换热面积是4．08m2，根据换热面积判断，达到相同换热量，A所用的换热面积小于B，因此A较好。)