工学-传热学简答题

工程流体力学问答题总结1.为什么用纸杯可以烧开水？答：水侧的热阻远小于加热侧的热阻，纸的温度更接近水的温度，所以不会达到纸的着火点。2.冬天，隔着玻璃晒太阳感觉更暖和，为什么？答：普通玻璃对太阳辐射的光几乎完全穿透，而对常温下室内物体的红外辐射热量被阻挡在房间内，这一现象类似“温室效应”3.中央电视台1999年9月5日的《科技博览》指出：72℃的铁和600℃的木头摸上去的感觉是一样的，您知道为什么吗？答：人手感受到的冷暖实质上是热量传递的快慢，而铁的导热系数远大于木头。4.住新房和旧房的感觉一样么？为什么住新房感觉冷呢？答：由于水的导热系数远大于空气，而新房墙壁含水较多，所以住新房感觉冷。5.为什么要及时清除冰箱内的结霜，否则耗电量就会增加？答：因为冰箱结霜相当于在冷流体（制冷剂）与热流体（空气）的传热过程中，串联环节中增加了一个热阻。因此，要保证冰箱内达到相同的空气温度，在结霜情况下必然要降低制冷剂的蒸发温度，而是以增加压缩机功耗为代价的。6.改变暖气中的水流速度是否可以改变显著地增强换热？答：暖气内部是水的强制对流换热，而外部是空气的自然对流换热，由于空气侧对流换热表面传热系数远小于水侧的。热阻主要集中在空气侧，因而，通过改变水侧（既进一步减小水的热阻）对传热量的贡献不大。7.冬天的晴天白天与晚上的空气温度相同，为什么白天热而晚上却冷些？答：主要由于白天有来自太阳的辐射能量的缘故。8.北方,深秋或者初冬季节的清晨，为什么树叶总是在朝向太空的一面结霜？答：霜会结在树叶的上表面。因为清晨，上表面朝向太空，下表面朝向地面。而太空表面的温度低于摄氏零度，而地球表面温度一般在零度以上。由于相对树叶下表面来说，其上表面需要向太空辐射更多的能量，所以树叶下表面温度较高，而上表面温度较低且可能低于零度，因而容易结霜。9.室温下呈黑色的铁棒在炉中加热时，颜色渐呈暗红、红、橙黄，这是为什么？答：随着铁棒的加热，温度升高，其辐射能量最大的波长向短波方向移动，即经历了由远红外线、近红外线到可见光区域，因而会呈现上述颜色变化。10.海水的颜色为什么总是蓝色的？答：这是由于海水的非灰性质引起的，即海水对不同的波长的可见光吸收率不同，对蓝色波长附近的射线吸收少，反射多，所以呈蓝色。11.要增加物体间的辐射换热，有人提出用发射率ε大的材料。而根据基尔霍夫定律，对漫灰表面，ε＝α，即发射率大的物体同时其吸收比也大。有人因此得出结论：用增大发射率ε的方法无法增强辐射换热。请判断这种说法正确性，并说明理由。答：在其它条件不变时，由物体的表面热阻可知，当ε越大时，物体的表面辐射热阻越小，因而可以增强辐射换热。因此上述说法不正确。12.“善于发射的物体必善于吸收”，即物体辐射力越大，其吸收比也越大。这样认为对吗？答：基尔霍夫定律对实际物体成立必须满足两个条件：物体与辐射源处于热平衡，辐射源为黑体。也即物体辐射力越大，其对同样温度的黑体辐射吸收比也越大，善于发射的物体，必善于吸收同温度下的黑体辐射。所以上述说法不正确。13.人造地球卫星在返回地球表面时，为何易被烧毁？答：卫星在太空正常运行时，其表面的热量传递方式主要依靠与太空及太阳等星体的辐射。而在卫星返回地面的过程中，由于与大气层之间的摩擦，产生大量的热量，无法及时散失，因而易被烧毁。14.在波长λ＜2µm的短波范围内，木板的光谱吸收比小于铝板，而在波长（λ＞2µm）范围内则相反。在木板和铝板同时长时间放在太阳光下时，那个温度高？为什么？答：波长小于2µm时，太阳光的辐射能量主要集中在此波段，而对常温下的物体，其辐射波长一般大于2µm。在同样的太阳光条件下，铝板吸收的太阳能多，而在此同时，其向外辐射的能量却少于木板（在长波范围内，铝板吸收比小于木板，由基尔霍夫定律，其发射率亦小于木板）。因此，铝板温度高。15.黑体表面与重辐射表面相比，均有J＝Eb。这是意味着黑体表面与重辐射表面具有相同的性质？答：虽然黑体表面与重辐射表面均具有J＝Eb的特点，但二者具有不同的性质。黑体表面温度不依赖于其他参与辐射的表面，相当于源热势。而重辐射表面的温度则是浮动的，取决于参与辐射的其它表面。16.在太阳系中地球和火星距太阳的距离相差不大，但为什么火星表面温度昼夜变化却比地球要大得多？答：由于火星附近没有大气层，因而在白天，太阳辐射时火星表面温度很高，而在夜间，没有大气层的火星与温度接近于绝对零度的太空进行辐射换热，因而表面温度很低。而地球附近由于大气层（主要成分是CO2和水蒸气）的辐射作用，夜间天空温度比太空高，白天大气层又会吸收一部分来自太阳的辐射能量，因而昼夜温差较小。17.任意形状物体对流换热热量计算方法。对任意形状的物体，当其在和流体的接触中传递热时，为了计算所传热量的大小，需要计算该物体对流体的表面传热系数h值。h值的计算方法通常如下：（1）求出物体表面温度Tw和流体温度Tf的算术平均值（定性温度），查取流体在这个平均温度下的物性值：比热Cp；黏度μ；运动黏度ν；密度ρ；导热系数λ；普朗特数Pr等等；（2）根据物体的形状和流体的流动形式，选定对流换热影响大，关系最密切的定形尺寸L和特征速度u；（3）由以上的L、u、ν等计算雷诺数或格拉晓夫数和普朗特数Re/Gr，Pr（也可由查取物性参数获得）；（4）根据计算得出的雷诺数或格拉晓夫数Re/Gr值来判定流体的流动状态是层流还是紊流；（5）根据上面的判定及计算所得或由物性参数所得Pr数来选择适当的努谢尔特数（努塞尔数）无量纲特征方程表达式Nu=f(Re,Pr)；（6）将求出的雷诺数Re、普朗特数Pr的值代所选定的Nu表达式，计算Nu的值；（7）由得到的Nu值，利用无量纲特征准数定义式来计算表面换热系数h的值，h=λNu/L；（8）根据求得的h值，由牛顿冷却公式计算出对流换热换热量Φ：Φ＝h(Tw－Tf)A或Φ＝(λNu/L)(Tw－Tf)A18.由对流换热微分方程式表明，在边界上垂直与壁面的热量传递完全依靠导热，那么在对流换热过程中流体的流动起什么作用？0yytth答：（1）在描述对流换热的能量微分方程中，对流项含有流体速度，即要获得流体的温度场，必须先获得速度场，只有流体流动，才能建立流动速度场；（2）流体流动可带来热量，亦可带走热量，流动与换热密不可分。19.用冰冷却食物，冰放在食物上面还是下面？答：将冰放在食物上面。这样做，被冰块冷却的空气，便会很快下沉，使物体四周罩上一层冷空气，而且不断地把物体散发出来的热量赶走。冰箱里的冷冻库，总是放在冰箱的最上层，也就是这个道理。20.空气横掠管束时，沿流动方向管排数越多，换热越强，而蒸汽在水平管束外凝结时，沿液膜流动方向排数越多，换热强度越低。试对上述现象出作出解释。答：空气外掠管束时，沿流动方向管排数越多，气流扰动增加，换热越强。而蒸汽在水平管束外凝结时，沿液膜流动方向排数越多，凝结液膜越来越厚，凝结传热热阻越来越大，因而换热强度降低。强化凝结换热的原则减薄或破坏凝结液膜，以及使已凝结的液体尽快从凝结表面排泄，尽可能减少不凝结气体质量分数。强化措施①减薄液膜厚度或破坏液膜。如采用低肋管等高效冷凝面；增加顺液膜流动方向的蒸汽流速；对单管或管束尽量放置成水平位置。②加速液膜排泄。如采用分段排泄管、沟槽管、泄出罩或应用离心力、静电吸引力等措施。③减少不凝结气体质量分数。如采用抽吸、引射等方式或顺液膜流动方向增加蒸汽流速。④对凝结表面采取一定措施，使其尽可能实现珠状凝结。21.为什么蒸汽中含有不凝结气体会影响凝结换热的强度？答：不凝结气体的存在，一方面使凝结表面附近蒸汽的分压力降低，从而蒸汽饱和温度降低，使传热驱动力即温差(ts-tw)减小；另一方面凝结蒸汽穿过不凝结气体层到达壁面依靠的是扩散，从而增加了阻力。上述两方面的原因使不凝结气体存在大大降低了表面传热系数，使换热量降低。所以实际冷凝器中要尽量降低并排出不凝结气体。22.试从沸腾过程分析，为什么用电加热器时当加热功率q＞qMax时易发生壁面被烧毁的现象，而采用蒸汽加热则不会？答：用电加热时，加热方式是控制表面的热流密度。而采用蒸汽加热则是壁面温度可控的情形。由大容器饱和沸腾曲线可知，当加热功率q稍超过qMax值时，工况将沿qMax虚线跳至稳定膜态沸腾曲线，使壁面温度飞升，导致设备烧毁。23.两滴完全相同的水滴在大气压下分别滴在表面温度为120℃和400℃的铁板上，试问滴在那块板上的水滴先被烧干，为什么？答：在大气压下发生沸腾换热时，上述两水滴的过热度分别是△t=tw-ts=20℃和△t=300℃，由大容器饱和沸腾曲线，前者表面发生的是核态沸腾，后者发生膜态沸腾。虽然前者传热温差小，其表面传热系数大，从而表面热流反而大于后者。所以水滴滴在120℃的铁板上先被烧干。24.试画出大容器沸腾的q～△t曲线。并对热流密度可控及壁面温度可控的两种情形，分别说明控制热流密度小于临界热流密度及温差小于临界温差的意义。答：用电加热时，加热方式是控制表面的热流密度。而采用蒸汽加热则是壁面温度可控的情形。由大容器饱和沸腾曲线可知，当加热功率q稍超过qMax值时，工况将沿qMax虚线跳至稳定膜态沸腾曲线，使壁面温度飞升，导致设备烧毁。25.用铝质水壶烧开水时，尽管炉火很旺，但水壶仍安然无恙。而一旦壶内的水烧干后壶很快就被烧坏。试应用传热学的理论分析这一现象。答：λ气＜λ水，h气＜h水；水烧干后，加热空气，所形成的气膜热阻较大，不利于传热，壶内温度剧升，导致壶很快就被破坏。26.从传热表面的结构而言，强化凝结换热的基本思想是什么？强化沸腾换热的基本思想是什么？答：强化凝结换热的基本思想：蒸汽膜状凝结时，热阻取决于通过液膜层的导热。因此尽量减薄液膜层的厚度是强化膜状凝结的基本手段。为此，可以从两个方面着手。第一是减薄蒸汽凝结时直接粘滞在固体表面上的液膜；其次是及时地将传热表面上产生的凝结液体排走，不使其积存在传热表面上而进一步使液膜加厚。强化沸腾换热的基本思想：无论是大容器沸腾还是管内沸腾，在加热面上产生气泡是其共同的特点，也是使对流传热比无相变的传热强烈的最基本原因。因此，强化沸腾传热的基本原则是尽量增加加热面上的汽化核心，即产生气泡的地点。27.在你学过的对流传热中，表面传热系数计算式中显含传热温差的有哪几种传热方式，不显含传热温差的有哪几种传热方式，不显含传热温差是否意味着与温差没有任何关系？1）计算表面传热系数中显含传热温差的计算公式①大容器饱和液体膜态沸腾表面传热系数计算式41362.0swvvvlvttdgrh②大容器饱和液体核态沸腾表面传热系数计算式slvllwlplgrqCrtcPr33.0③水平圆管及球表面的凝结传热表面传热系数4133729.0wslllHttdrgh4133826.0wslllsttdrgh④努塞尔的蒸汽层流膜状凝结分析解及实验修正解41334xttrghwslllx4133943.0wslllvttlrgh412313.1wslttlrgh⑤对流换热微分方程式28.在你学过的对流传热中，表面传热系数计算式中显含传热温差的有哪几种传热方式，不显含传热温差的有哪几种传热方式，不显含传热温差是否意味着与温差没有任何关系？答：（1）计算表面传热系数中显含传热温差的计算公式①大容器饱和液体膜态沸腾表面传热系数计算式②大容器饱和液体核态沸腾表面传热系数计算式③水平圆管及球表面的凝结传热表面传热系数0yytth2）计算表面传热系数中不显含传热温差的计算公式①湍流膜状凝结平均表面传热系数计算式②有限空间自然对流换热的表面传热系数计算公式③大空间自然对流传热的表面传热系数计算公式④外部强制对流传热的表面传热系数计算公式⑤内部强制对流的表面传热系数计算公式⑥流体外掠平板传热层流分析解④努塞尔的蒸汽层流膜状凝结分析解及实验修正解⑤对流换热微分方程式（2