传热学期末考试试题

传热学（一）•计算题（本大题共2小题，每小题12分，共24分）28.一内径为300mm、厚为10mm的钢管表面包上一层厚为20mm的保温材料，钢材料及保温材料的导热系数分别为48和0.1，钢管内壁及保温层外壁温度分别为220℃及40℃，管长为10m。试求该管壁的散热量。29.一内径为75mm、壁厚2.5mm的热水管，管壁材料的导热系数为60，管内热水温度为90℃，管外空气温度为20℃。管内外的换热系数分别为和。试求该热水管单位长度的散热量。传热学（一）参考答案•计算题（本大题共2小题，每小题12分，共24分）28.解：已知d1=300mmd2=300+2×10=320mmd3=320+2×20=360mmmtw1=220℃tw2=40℃=9591.226W29.解：已知d1=75mm=0.075md2=75+2×2.5=80mm=0.08mtf1=90℃tf2=20℃=572.2W/m传热学（二）五、计算题（本大题共2小题，每小题12分，共24分）28．两块平行放置的平板1和2，相关尺寸如图示。已知：t1=177℃、t2=27℃、ε1=0.8、ε2=0.4、X1，2＝0.2。试用网络法求：(1)两平板之间的辐射换热量；(2)若两平板均为黑体表面，辐射换热量又等于多少？29．一台逆流式换热器用水来冷却润滑油。流量为2.5kg/s的冷却水在管内流动，其进出口温度分别为15℃和60℃，比热为4174J/(kg·k)；热油进出口温度分别为110和70，比热为2190J/(kg·k)。传热系数为400W（m2·k）。试计算所需的传热面积。五、计算题（本大题共2小题，每小题12，共24分）28．【参考答案及评分标准】（1）(3分)(2分)=1105.65W（1分）•若两表面为黑体表面，则（3分）（2分）=1492.63W（1分）若不写单位，扣0.5分若直接把值代入而没写出公式，也可给分。29．【参考答案及评分标准】已知：qm2=2.5kg/s•计算平均温差（5分）（2）计算水所吸收的热量（3分）（3）计算传热面积由得(4分)若不写单位，扣0.5分若没写公式，直接把值代入，也可给分。传热学（三）四、简答题（本大题共２小题，每小题８分，共１６分）26.气体辐射有哪些特点？27.为什么高温过热器一般采用顺流式和逆流式混合布置的方式？五、计算题（本大题２小题，每小题１２分，共２４分）28.某炉墙由耐火砖和保温板组成，厚度分别为200mm和80mm，导热系数分别为0.8W/(m.K)和0.11W/(m.K)，炉墙内外侧壁温分别为600。C和70。C。求炉墙单位面积的热损失和两层材料间的温度。29.以0.8m/s的流速在内径为2.5cm的直管内流动，管子内表面温度为60。C，水的平均温度为30。管长２m。试求水所吸收的热量。（已知30。C时,水的物性参数为：Cp=4.17KJ/(kg.K),λ=61.8×10-2W/(m.K),ρ=995.7kg/m3,μ=0.805×10-6m2/s,）Pr=5.42,水60。C时的υ=469.9×10-6kg/(m.s))。已知水在管内流动时的准则方程式为（１）Nuf=0.027Ref0.8Prf0.4ε1εR适用条件：Ref=104—1.2×105,Rrf=0.6-120,水与壁面间的换热温差t≤30C°（２）Nuf=0.027Ref0.2Prf1/3(μf/μw)0.11ε1εR适用条件：Ref=104~1.75×106,Prf=0.6~700,水与壁面间的换热温差t３０以上两个准则方程式的定性温度均为流体的平均温度（μw的定性温度为管内壁温度）,特性尺度为管内径。传热学（三）参考答案四、简答题（本大题共2小题，每小题8分，共16分）26．【参考答案及评分标准】（1）气体的辐射（和吸收）对波长有强烈的选择性，即它只能辐射和吸收某些波长范围内的能量。（2）气体的辐射（和吸收）是在整个容积中进行的。固体和液体不能穿透热射线，所以它们的辐射（和吸收）只在表面进行。评分标准：（1）答出4分：（2）答出4分。27．【参考答案及评分标准】（1）因为在一定的进出口温度条件下，逆流的平均温差最大，顺流的平均温差最小，即采用逆流方式有利于设备的经济运行。（2）但逆流式换热器也有缺点，其热流体和冷流体的最高温度集中在换热器的同一端，使得该处的壁温较高，即这一端金属材料要承受的温度高于顺流型换热器，不利于设备的安全运行。（3）所以高温过热器一般采用顺流式和逆流式混合布置的方式，即在烟温较高区域采用顺流布置，在烟温较低区域采用逆流布置。评分标准：（1）答出2分；（2）答出2分；（3）答出3分。五、计算题（本大题共2小题，每小题12分，共24分）•28．【参考答案及评分标准】29．【参考答案及评分标准】传热学(四)四、简答题（每小题3分，共9分）43.简述物性参数导热系数和粘度对表面传热系数的影响。44.蒸汽凝结换热中有不凝结气体存在时，对凝结换热有什么影响？45.角系数有哪些特性？五、计算题（每小题5分，共15分）46.平壁，厚度=80mm，两表面温度分别维持在20（℃）和0℃，平壁的高温面受到流体的加热，流体温度tf=100℃,表面传热系数W/（m2·k）。当处于稳态时，试确定平壁材料的导热系数。47.压缩空气在中间冷却器的管外横掠流过，a0=90W/(m2·k)，冷却水在管内流过a1=6000W/(m2·k)。冷却管是外径为16mm，厚1.5mm的黄铜管。求：1）此时的传热系数；2）若管外表面传热系数增加一倍，传热系数有何变化；3）若管内表面传热系数增加一倍，传热系数又作何变化。48.一顺流换热器，其冷流体进出口温度分别为10℃和30℃，热流体进出口温度分别为80℃和50℃，试比较对数平均温差和算术平均温差，并说明能否用算术平均温差代替对数平均温差？六、综合计算（每小题8分，共32分）49.一平壁水泥泡沫砖构成，厚度为50cm，导热系数，高温面维持200℃、低温面为50℃。试求：（1）通过平壁的热流密度；（2）维持热流密度不变时，计算在墙壁内温度为70℃处，距离温墙面的厚度为多少？50.30℃的大铜板，被置于400℃的炉中加热10分钟后，测得铜板温度上升到150℃。已知铜板两侧与周围环境间的表面传热系数为125W/（m2·k），铜板的=8440kg/m3，CP=377J/（kg·k）,。试估算铜板的厚度是多少？51.水以1.5m/s的速度流过内径为25mm的加热管。管的内壁温度保持100℃，水的进口温度为15℃。若要使水的出口温度达到85℃，求单位管长换热量。（不考虑修正）[提示：已知：50℃的水52.抽真空的保冷瓶胆是双壁镀银的夹层结构，外壁内表面温度为30℃，内壁外表面温度为0℃，镀银壁黑度为0.03。计算由于辐射换热单位面积人散热量。传热学（四）答案及评分标准四、简答题（每小题3分，共9分）43.（1）导热系数大，则流体内部、流体与壁面间的导热热阻小，表面传热系数就大。（2）粘度大，流速就低，表面传热系数就小。44.形成气体热阻，使表面传热系数大大减少。45.（1）角系数的相对性（2分）（2）角系数的完整性（1分）（3）角系数的可加性（1分）五、计算题（每小题5分，共15分）46.由（3分）得（2分）47.1）对于管外表面积的传热系数为（2分）2）略计算壁热阻，传热系数为传热系数增加了96%3)传热系数增加还不到1%∴抓住分热阻最大的那个环节进行强化，才能收到显著效果。48.对数℃算术℃（1分）差别（1分）六、综合计算（每小巧玲珑题8分，共32分）49.（2分）（2分）由（1分）有（2分）50.①设，采用集总数法②校核假设假设正确（2分）51.定性温度℃流动为紊流（2分）52.(2分)传热学（五）三．简答题（共28分1．试比较准则数Nu和Bi的异同。（6分）2．应用准则关联式求管内对流换热系数时，定性温度如何确定？确定定性温度有何用处？（6分）3．用热电偶测量炉膛出口的烟气温度，有哪些因素会引起误差?对此可采取哪些措施?（8分）4．有一钢管换热器，热水在管内流动，空气在管间作多次折流，横向冲刷管束以冷却管内热水。拟改造采用管外加肋片并换钢管为铜管来增加冷却效果，试从传热角度来评价这个方案。（8分）四．计算题（共32分1．一温度为20℃的园钢，长0.3m，直径为0.06m，热导率为35W/(m·K)，密度为7800kg/m3，比热容为460J/(kg·K)，通过长6m、温度为1250℃的加热炉时表面传热系数为100W/(m2·K)。如欲将园钢加热到850℃，试求园钢通过加热炉的速度。（共8分）2．用实验测定一薄壁管的流体平均对流换热系数。蒸汽在管外凝结并维持管内壁温度为100℃。水在管内流动，流量为G=0.5kg/s，水温从15℃升到45℃。管的内径d=50mm，长L=4.5m。试求管内流体与壁面间的平均换热系数。（已知水在30℃时cp=4174J/(kg·K))（6分）3．如图所示的一矩形受热面接受一加热器的辐射加热。该矩形表面长3m，宽1m，温度T2=600K，5.02。加热器温度T1=1000K，8.01。两表面互相平行，相距为1m。加热系统置于一大房间之中，房间壁温为300K。试求受热面接受的辐射换热量。（假设加热器表面及受热面均是漫射的灰体表面，X1,2=X2,1=0.32）（8分）4．在一逆流式水-水换热器中，管内为热水，进口温度'1t=100℃,出口温度1t=80℃；管外流过冷水，进口温度'2t=20℃，出口温度2t=70℃。总换热量Ф=350kW，共有53根内径为16mm、壁厚为1mm的管子，管壁导热系数λ=40W/(m·K)，管外流体的表面传热系数h0=1500W/(m2·K)，管内流体为一个流程。假设管子内、外表面都是洁净的，试确定所需的管子长度。（10分）准则方程：)2300.(..........)()(86.110.......(....................023.014.03143.08.0ewfreuereuRLdPRNRPRN层流）旺盛湍流水的物性简表：/ft℃)/(KkgkJcp3/mkg)/(102KmW)/(106smkgsm/1026rfP204.183998.259.910041.0067.02454.174990.164.15601.40.6083.93704.187977.766.8406.10.4152.55804.195971.867.4355.10.3652.21904.208965.368.0314.90.3261.951004.220958.468.3282.50.2951.75传热学（五）答案及评分标准三．简答题（共28分）1．答：从形式上看，Nu数(hlNu)与Bi数(hlBi)完全相同，但二者物理意义却不同。（1）Nu数中的为流体的λ导热系数，而一般h未知，因而Nu数一般是待定准则。Nu数的物理意义表示壁面附近流体的无量纲温度梯度，他表示流体对流换热的强弱。（3分）（2）Bi数中的λ为导热物体的导热系数，且一般情况下h已知，Bi数一般是已定准则。Bi数的物理意义是导热物体内部导热热阻(l)与外部对流热阻(hl)的相对大小。（3分）2．答：定性温度是指计算流体物性时所采用的温度。（2分）应用准则关联式求管内对流换热系数时，定性温度原则上取进出口截面流体温度的平均值。（2分）定性温度用以计算流体的物性。在整理实验数据时按定性温度计算物性，则整个流场中的物性就可认为是相应与定性温度下的值，即相当于把物性视为常数，于是物性场相似的条件即自动满足。对同一批实验数据，定性温度不同使所得的准则方程也可能不同。（2分）3．答：热电偶测温产生误差的原因主要有两个：（1）由于热电偶本身向根部导热引起的；（2分）（2）由于热电偶与周围冷表面辐射传热造成的。（2分）针对上述两个原因，有效措施为：（1）热电偶的插入深度足够长，第一种测温误差即可避免；（2分）（2）采用抽气遮热罩式热电偶，减少热电偶的辐射