传热部分习题答案
1-7 热电偶常用来测量气流温度。如附图所示，用热电偶来测量管道中高温气流的温度T f
,壁管温度f w
T
T <。试分析热电偶结点的换热方式。 解：具有管道内流体对节点的对流换热，沿偶丝到节点的导热和管道内壁到节点的热辐
射
1-21 有一台气体冷却器，气侧表面传热系数1h ＝95W/2
，壁面厚δ＝2.5mm ，
)./(5.46K m W =λ水侧表面传热系数58002=h W/2。设传热壁可以看成平壁，试计算各
个环节单位面积的热阻及从气到水的总传热系数。你能否指出，为了强化这一传热过程，应首先从哪一环节着手
解：
;010526.0111==
h R ;10376.55.460025.052-?===λδR ;
10724.1580011423-?===h R 则
λδ+
+=
21111
h h K ＝)./(2K m W ，应强化气体侧表面传热。 1-22 在上题中，如果气侧结了一层厚为2mm 的灰，)./(116.0K m W =λ;水侧结了一层
厚为1mm 的水垢)./(15.1K m W =λ。其他条件不变。试问此时的总传热系数为多少
解：由题意得
5800115.1001.05.460025.0116.0002.09511
111
2
3322111++++=
++++=
h h K λδλδλδ
＝)./(2
K m W
1-32 一玻璃窗，尺寸为60cm cm 30?，厚为4mm 。冬天，室内及室外温度分别为20℃
及-20℃，内表面的自然对流换热表面系数为W ，外表面强制对流换热表面系数为50)./(K m W 。玻璃的导热系数)./(78.0K m W =λ。试确定通过玻璃的热损失。
解：
λδA Ah A h T
+
+?=
Φ2111
＝
-2 一冷藏室的墙由钢皮矿渣棉及石棉板三层叠合构成，各层的厚度依次为0.794mm.,152mm 及9.5mm ，导热系数分别为45)./(K m W ,0. 07)./(K m W 及)./(K m W 。冷藏室的有效换热面积为2
m ，室内外气温分别为-2℃及30℃，室内外壁面的表面传热系数
可分别按)./(2K m W 及
)./(2
K m W 计算。为维持冷藏室温度恒定，试确定冷藏室内的冷却排管每小时需带走的热量。
解：由题意得
3
3
2211212
111λδλδλδ++++-?
=Φh h t t A ＝
2
.371.00095.007.0152.045000794.05.215.11)
2(30?++++--
＝
×3600＝
-4 一烘箱的炉门由两种保温材料A 及B 组成，且B A δδ2=(见附图)。已知
)./(1.0K m W A =λ,)./(06.0K m W B =λ,烘箱内空气温度4001=f t ℃，内壁面的总表面
传热系数)./(501K m W h =。为安全起见，希望烘箱炉门的 外表面温度不得高于50℃。设可把炉门导热作为一维问题处理，试决定所需保温材料的厚度。环境温度
=
2f t 25℃，外表
面总传热系数
)./(5.92
2K m W h =。 解：热损失为()()
22111f f B
B
A A fw
f t t h t t h t t q -+-=+-=
λδλδ
又
50
=fw t ℃；B A δδ=
联立得m m B A 039.0;078.0==δδ
2-18 在一根外径为100mm 的热力管道外拟包覆两层绝热材料，一种材料的导热系数为
)./(K m W ，另一种为)./(K m W ，两种材料的厚度都取为75mm ，试比较把导热系数小的材
料紧贴管壁，及把导热系数大的材料紧贴管壁这两种方法对保温效果的影响，这种影响影响对于平壁的情形是否存在假设在两种做法中，绝热层内外表面的总温差保持不变。
解：将导热系数小的材料紧贴壁管
()19.19227550757550ln 2507550ln 212121t t l l l t t -=
???
??++++??? ??+-=
Φππλλπ
将导热系数大的材料紧贴壁管则
()()47
.1526.1ln 5.2ln 2211
221t t l t t l -=+
-=
Φ'πλλπ
故导热系数大的材料紧贴管壁其保温效果好。
若为平壁，则平壁
22
112
1λδλδ+-=
t t q
由于21δδδ==所以不存在此问题。
2-31 试比较附图所示的三种一维导热问题的热流量大小：凸面锥台，圆柱，凹面锥台。比较的条件是211,,t t d 及导热系数均相同。三种形状物体的直径与x 轴的关系可统一为
n ax d =，其中a 及n 值如下：
凸面锥台 柱体 凹面锥台 a 2
/1m 0.08m 2
/1-m
n
mm x mm x 125,2521==。
解：对于变截面导热 ()
?
-=
Φ2
1
21x x x A dx t t λ
凸面锥台
?
2
1
x x X A dx ＝2
122
3204821-+=+?m
dx x a n x x n π
柱体
?
2
1x x X A dx ＝2
12
35.320421--=?m dx x a x x π
凹面锥台 ?2
1x x X A dx ＝()2
4223.26324201621-=??m
dx x x x π
由上分析得 2
13Φ>Φ>Φ
2-44 一半径为0
r 的实心圆柱，内热源为
)1()(0Ar r +Φ=Φ
，
0Φ ,A 为常数。在
r r =处
t t =。试导出圆柱体中的温度分布。
解： 0
1=Φ+??? ??????
r t r r r λ (1) r=0,0=dx dt
(2) 0
0,t t r r == (3)
三式联立最终可解得
()()[]
3302200436t r r A r r q t +-+-Φ=
2-51 在温度为260℃的壁面上伸出一根纯铝的圆柱形肋片，直径d=25mm ，高H=150mm 。
该柱体表面受温度
=
f t 16℃的气流冷却，表面传热系数h=15
)./(2
K m W 。肋端绝热。试计
算该柱体的对流散热量。如果把柱体的长度增加一倍，其他条件不变，柱体的对流散热量是否也增加了一倍从充分利用金属的观点来看，是采用一个长的肋好还是采用两个长度为其一半的较短的肋好
解：02
2=Φ+λ dx t d
又()c
c s A t t hp dx A ∞-=Φ-=Φ
所以得
()
mH mth Q A c 0λ-=Φ
代入数据查表得，W 1
.40=Φ 当其他条件不变时W H H 9.66,2=Φ'
='
由上述结果可知长度增加一倍而散热量没有增加一倍，因此从充分利用金属的观点，采用长度为其一半的较短的肋较好。
2-53 过热蒸气在外径为127mm 的钢管内流过，测蒸气温度套管的布置如附图所示。已知套管外径d=15mm ，壁厚δ＝0.9mm ，导热系数=λ)./(K m W 。蒸气与套管间的表面传热
系数h=105
)./(2
K m W 。为使测温误差小于蒸气与钢管壁温度差的％，试确定套管应有的长
度。
解：按题意应使
(),1006.01%6.000==≤mh h h θθθθ，
()7.166=mh ch ，查附录得：[]81.5)7.166(==ch arc mh ，
m
H A hU
m 119.075.4881
.575.48109.01.491053
==∴=??≡=
-，τ
λ。
2-76 刚采摘下来的水果，由于其体内葡萄糖的分解而具有“呼吸”作用，结果会在其表面析出C 2O ,水蒸气，并在体内产生热量。设在通风的仓库中苹果以如附图所示的方式堆放，并有5℃的空气以0.6m/s 的流速吹过。苹果每天的发热量为4000J/kg 。苹果的密度
3/840m kg =ρ，导热系数λ＝)./(K m W ；空气与苹果间的表面传热系数h=6
)./(2
K m W 。试计算稳态下苹果表面及中心的温度。每个苹果可按直径为80mm 的圆球处理。
解：利用有内热源的一维球坐标方程：0122
=Φ+??? ??????
r t r r r λ
λ/22Φ-=??? ?? r dr dt r dr d ，13
23c r dr dt r +Φ-=λ，213r c r dr
dt +Φ-= ， 2
126c r c r t +-+Φ-=λ
边界条件为：()
∞-=-==??=t t h dr dt R r r t r λ；，00。
为满足第一边界条件，1c 必须为0。
代入第二条件：
?
?????-???? ??+Φ-=??? ??Φ-∞t c r h r 226/3λλλ ，即： ??????-???? ??+Φ-=Φ∞t c r h r 22/63λ ，由此得：∞
+Φ+Φ=t R h R c λ6322 ，
温度分布为：()()
m
t r R h R r t +-Φ+Φ=2263λ ，
由此得：当R r =时，∞+Φ=h h R t s 3 ；当r=0时，∞
+Φ+Φ=t R h R t λ6320 。
s t 也可由稳态热平衡得出：()∞-=??? ??Φt t h R R s 23434ππ ，由此得：∞
+Φ=t h R t s 3 ，
()323539.388.102400036002410190.140004000m
W s m J s m J day m J ==???=Φ-＝ ，
()℃
℃℃℃℃09.5086.056304.09.3853523=+=??+=Φ+=K m W m m W h R t s ，
℃
℃
℃11.502.009.55.0604.09.3809.563520=+=??+=Φ+Φ+=λR h R t 。
2-78 为了估算人体的肌肉由于运动而引起的温升，可把肌肉看成是半径为2cm 的长圆
柱体。肌肉运动产生的热量相当于内热源，设3
/5650m W =Φ
。肌肉表面维持在37℃。过程处于稳态，试估算由于肌肉运动所造成的最大温升。肌肉的导热系数为
)./(2
K m W 。
解：如右图所示，一维稳态导热方程r dr dt r dr d dr dt r dr d r Φ
-=??? ??=Φ+??? ?? λλ,01，
2
12112ln 422c r c r t r c r dr dt c r dr dt r ++Φ
-=+Φ-=+Φ-=λλλλλ ，，。
w
w w t R c c R t t t R r c dr dt r +Φ
=+Φ-====∴==λλ4400022221 ，，，；，，， ()w
t r R R t r t +-Φ=Φ
++Φ-=∴∞λλλ4442222 ，最大温度发生在r=0处，
℃
35.142.0402.05650422max 0=??=Φ
=?=-λR t t t w 。
3－3 假设把汽轮机的汽缸壁及其外的绝热层近似地看成是两块整密接触的无限大平板（绝热层厚度大于汽缸壁）。试定性地画出汽缸机从冷态启动（即整个汽轮机均与环境处于热平衡）后，缸壁及绝热层中的温度分布随时间的变化。
解：
3－4 在一内部流动的对流换热试验中（见附图），用电阻加热器产生热量加热量管道内的流体，电加热功率为常数，管道可以当作平壁对待。试画出在非稳态加热过程中系统中的温度分布随时间的变化（包括电阻加热器，管壁及被加热的管内流体）。画出典型的四个时刻；初始状态（未开始加热时），稳定状态及两个中间状态。
解：如图所示：
3－6 一初始温度为t 0的物体，被置于室温为t ∞的房间中。物体表面的发射率为ε，表面与空气间的换热系数为h 。物体的体集积为V ，参数与换热的面积为A ，比热容和密度分别为c 及ρ。物体的内热阻可忽略不计，试列出物体温度随时间变化的微分方程式。
解：由题意知，固体温度始终均匀一致，所以可按集总热容系统处理 固体通过热辐射散到周围的热量为：
)(4
41∞-=T T A q σ 固体通过对流散到周围的热量为：
)(2∞-=T T hA q
固体散出的总热量等于其焓的减小
τρd d cv
q q t
-=+21即
τρσd d cv
T T hA T T A t -=-+-∞∞)()(44
3－11 一根裸露的长导线处于温度为t 的空气中，试导出当导线通以恒定电流I 后导线温度变化的微分方程式。设导线同一截面上的温度是均匀的，导线的周长为P ，截面积为Ac 比热容为c ，密度为ρ电阻率为e ρ，与环境的表面传热系数为h ，长度方向的温度变化略而不计。若以知导线的质量为)/(460/45.3K kg J ，c m g ?=，电阻值为m /1063.32
Ω?-，
电流为8A ，试确定导线刚通电瞬间的温升率。
./46.1460
1
1045.311063.388111r r d ,0,
0,0,r d ,t ),()(32222222c s K c A A l c A I d t t t t c A hP c A I d t A rdx
I t t hPdx d dt c
dx A dx c c =??????=????===-==-==-=-==-+--∞∞∞∞ρρτθθθτρθ
ρτθθτρττττ
则有：
在通电的初始瞬间，可得：令作热平衡，可得：度解：对导线的任意段长
3－18 直径为1mm 的金属丝置于温度为250
C 的恒温槽中，其电阻值为m /01.0Ω。设电
阻强度为120A 的电流突然经过此导线并保持不变，导线表面与油之间的表面传热系数为
)/(5502K m W ?，问当导线温度稳定后其值为多少从通电开始瞬间到导线温度与稳定时之
值相差10
C 所需的时间为多少设表面传热系数保持为常数，导线的
)/(W 25/0008)/(5003K m m kg k kg J c ?=?=＝、、λρ。
一维非稳态导热
解：（1）稳定过程热平衡：
R I t t D h w 2
)(=-∞π C
t Dh R
I t w 024.108=∞+=π
（1）
可采用集总参数法：令∞-=t t θ，由热平衡
????
?===+=Φ?
0,00θτθτθρhA d d cV v
解齐次方程
)ex p(0τρθθτθρcV hA
C hA d d cV
-=?=+
方程的解为：
)exp(1τρθcV hA
C hA v +Θ=
?
，由o ==θτ,0得
s hA C v
04.81＝，代入数据得τ?
Θ-
=
（a ） 无限大平板
（b ） 3-25 有一航天器，重返大气层试壳体表面温度为10000
C ，随即落入
温度为50
C 的海洋中，设海水与壳体表面间的传热系数为
)/(13512
K m W ?，试问此航天器落入海洋后5min 时表面温度是多少壳体壁面中最高温度是多少壳体厚
mm 50=δ，)/(8.56k m W ?=λ，s m /1013.426-?=α，其内侧可认为是绝热的。
（c ） 解：496.005.0300
1013.4,0.105.011358.5612620=??===?==-δτδλa F h Bi
（d ） 由图3-6查得8.00=θθm ，由图3-7查得52.065.08.0,65.00=?=?∴=m
l m m l θθ
θθθθ
（e ）
C t C t t t t m n n m 0052299552.05,801)51000(8.05)(8.0=?+==-?+=-+=∞ （f ）
（g ） 3－26 厚8mm 的瓷砖被堆放在室外货场上，并与－150
C 的环境处于热平衡。此后把它们搬入250
C 的室内。为了加速升温过程，每快瓷砖被分散地搁在
墙旁，设此时瓷砖两面与室内环境地表面传热系数为)/(4.42
K m W ?。为防止瓷砖
脆裂，需待其温度上升到100
C 以上才可操作，问需多少时间已知瓷砖地
s m /105.727-?=α，)/(1.1k m W ?=λ。如瓷砖厚度增加一倍，其它条件不变，
问等待时间又为多长
（h ）
解：
.5.62004.04.41
.11,375.0,
402515,1525100000=?==-=--=-=-=Bi C C m m θθθθ
（i ）
由图3-6查得
（j ）
m in 3.21128010
5.7004.060.607
2
2
00==??==∴=-s a F F δτ
（k ）
厚度加倍后，
（l ） m in 442645105.7008.031,31,25.3117
2
200==??==∴==-s a F F Bi δτ查得
（m ） 3-54、已知：一正方形人造木块，边长为0.1m ，
,/810),/(65.03
m kg K m W =?=ρλ （n ）
),/(2550K kg J c ?=初温为25C ?，
),/(5.6,4252K m W h C t ?=?=∞经过4小时50分
（o ） 24秒后，木块局部地区开始着火。 （p ） 求：此种材料的着火温度。
（q ） 解：木块温度最高处位在角顶，这是三块无限大平板相交处。
（r ）
.
411)42525(0353.0425)(0353.0t 0.0353
0.328.
328.041.08.0,4.06-319.205.01742410147.3,/10147.3255081065.0,
8.07-3;1.05.065.005
.05.6i 03
300
s 0
m s 0s 0m 2
722
7s C t t t R a F s m c a h B m o m
?=-?+=-+=∴===Θ=?====??==?=?===>=?=
=
∞∞--角顶温度：，）（角顶处无量纲温度：查得由图；
查得由图θθθθθθθθθθ
τρλθθλ
δ
（s ）
3-55、已知：一易拉罐饮料，初温为C ?30，物性可按水处理，罐的直径为50mm ，高为120mm ，
（t ） 罐壳的热阻可以忽略，罐中的饮料的自然对流可以忽略。C t ?=∞5，
)./(102
K m W h ?= （u ）
求：饮料到达C ?10所需的时间。
（v ） 解：物性按C ?=+20210
30计，则有
.
4.2,417.0599.002
5.010,0.1,002.1599.00
6.010,
/103.14),/(599.01
128==?====?==?=?=---c i c i i i B hR B B h B s m a K m W λλδλ
（w ）
，
对平板：9980.1)1(2575.01010.1)1(,7580.0)1.002
9188.04022.0()(.
,2.0255,5510,25530 1.0024271.011210
000
2
1=-+=-+==+=+
====?=-=?=-=?-----e e b a A Bi b a Ae C C cBi F μθθ
θθθθμ
（x ）
，
对柱体：9530.1)1(8775.04200.1)1(,2458.0)0.417
3494.07001.0()(.
,2.0255,5510,25530417.04238.01
1c 210
000
21=-+=-+==+=+
====?=-=?=-=?-----e e b a A Bi b a Ae C C c cBi F μθθ
θθθθμ
（y ）
.27.265.8162)103.14/(06.0324.0,
324.0,5071.57856.1,1660.02046
.12
.0,2046.1)()(,76.5000625.00036
.0.000625.0025.0,0036.006.0,,8
2003071.50
m 0m 0m 0002222
2
02000
h s F F e e F F F R R
a F a F F F
c ==??==-=-=====?======
=
--τθθθθθθδτδτ
ρρρρρρττττ于是有：
（z ）
（aa ） 4-8、一个二维物体的竖直表面收液体自然对流冷却，为考虑局部表面传热系数的影响，表面传热系数采用25
.11)(t t c h -=来表示。试列出附图所示的稳态无内热源物体边界节点（M,n ）的温度方程，并对如何求解这一方程提出你的看法。设网格均分。
：利用热平衡法：
（bb ） ()()
0.25
M n f
M n f
h c t t t
t =--，，， （cc ） 将
h
写
为
()()
0.25
M n f M n f
h c t t t
t =--，，，其中
M n t ，为上一次迭代值，则方程即可线性化。
（dd ）
5-3、已知：如图，流体在两平行平板间作层流充分发展对流换热。 求：画出下列三种情形下充分发展区域截面上的流体温度分布曲线：（1）
21w w q q =；
（2）
212w w q q =；（3）01
=w q 。
解：如下图形：
5-9、已知：20℃的水以2m/s 的流速平行地流过一块平板，边界层内的流速为三次多项式分布。
求：计算离开平板前缘10cm 及20cm 处的流动边界层厚度及两截面上边界层内流体的质量流量（以垂直于流动方向的单位宽度计）。
解：20℃的水 s m v /10006.12
6-?= s m u /2=
（1）x=10cm=0.1m 61000.101
.02Re -∞??==
v x u x = 小于过渡雷诺
数
x Re . 按（5—22）
m
u vx 36100406.121
.010006.164.464.4--∞?=??==δ
设3
)(2123δδy y u u y
?-?=
∞
y
y y y d y
y u d u u u ud u u ud m ])(2123[3000
δδρρρρδδδ
δ?-?====???
?∞∞∞∞
=]843[)](8143[0342δδρδδρδ-=-?∞∞u y y u =?δ85
?= 2
/m kg
（2）x=20cm=0.2m
610006.102
.02Re -??=
x = （为尽流）
3
61047.1202
.010006.164.464.4--∞?=??==u vx δ m
834.185
22.9980=??==?δρδy x d u m 2
/m kg
6－1 、在一台缩小成为实物1/8的模型中，用200
C 的空气来模拟实物中平均温度为
2000
C 空气的加热过程。实物中空气的平均流速为6.03m/s ，问模型中的流速应为若干若模
型中的平均表面传热系数为195W/(m 2
K)，求相应实物中的值。在这一实物中，模型与实物中流体的Pr 数并不严格相等，你认为这样的模化试验有无实用价值
用价值的。这样的模化试验是有实分相近
数并不严格相等，但十型与流体的上述模化试验，虽然模得：又
由
：：时的物性参数为：
和空气在应相等实物中的根据相似理论，模型与解：Pr )
/(99.3659
.293
.381195))((/85.2003.6885.3406
.15))((680.0Pr ,/1093.3,/1085.34200703.0Pr ,/1059.2,/1006.15C 2020020Re 2122122
1222112
2
211222262121261K m W l l h h Nu Nu s
m u l l u l u l u K m W s m C K m W s m C C l l l
?=??====??==?=
=??=?=?=??=?=???----λλννννλνλν
6－14、已知：Pa 5
10013.1?下的空气在内径为76mm 的直管内流动，入口温度为65℃，
入口体积流量为s m /022.03
，管壁的平均温度为180℃。
求：管子多长才能使空气加热到115℃。
解：定性温度
902115
65=+=
f t ℃，相应的物性值为：3
/972.0m kg =ρ
()()()690
.0Pr ,/105.21,/1013.3,/009.162=??=??=?=--s m kg K m W K kg kJ c p μλ 在入口温度下，3/0045.1m kg =ρ，故进口质量流量：
s kg m kg s m m
/10298.2/0045.1/022.0233-?=?= ， 4
6
210179065.21076.01416.31010298.244Re >=?????==-μπd m ，先按60/>d l 计， ()
K
m W h Nu ?=?=
=??=24.08.00/62.20076
.00313
.008.50,08.5069.017906023.0
空气在115 ℃时，
()
K kg kJ c p ?=/009.1，65℃时，
()
K kg kJ c p ?=/007.1。
故加热空气所需热量为：
()(
)W t c t c m p p 3.11626510007.111510009.102298.033'
'""=??-???=-=Φ
采用教材P165上所给的大温差修正关系式：
885
.04533631802739027353
.053
.053
.0=??
?
??=??
? ??++=???
? ??=w f
t T
T c 。
所需管长：
()()
m
t t dh l f w 96.290180885.062.20076.01416.33
.1162==????=-Φ=
π
606.38076.0/96.2/<==d l ，需进行短管修正。采用式（5-64）的关系式：
()
0775.1/17
.0=+=l d c f ，∴所需管长为=2.75m 。
6-19、已知：水以1.2m/s 平均速度流入内径为20mm 的长直管。（1）管子壁温为75℃，水从20℃加热到70℃；（2）管子壁温为15℃，水从70℃冷却到20℃。
求：两种情形下的表面传热系数，并讨论造成差别的原因。
解：s m w /2.1= m d 020.0=
（1）45)7020(21
=+?=
f t ℃ 17.3950610675.002.02.1Re 6
=??==-v ud f
0.80.40.80.40.023Re Pr 0.02339506.17 3.952189.05
f f f Nu ==??=
)/(77.606302.010
15.6405.1922
k m W d N h u m ?=??=?=
-λ
（2）896.164925.317.39506023.0023.03
.08.03.08.0=??==r e u
P R N
)
/(05.528902.01015.64896.16422
k m W h m ?=??=-
因为加热，近壁处温度高，流体粘度减小，对传热有强化作用，冷却时，近壁处温度低，流体粘度增加，对传热有减弱作用。
6-25、已知：冷空气温度为0℃，以6m/s 的流速平行的吹过一太阳能集热器的表面。该表面尺寸为m m 11?，其中一个边与来流方向垂直。表面平均温度为20℃。
求：由于对流散热而散失的热量。
解：
10220
0=+=
f t ℃
10℃空气的物性
705.0Pr ,1051.2,1016.142
6=?=?=--λγ 56
1023728.41016.140
.16Re ?=??=
=
-γ
ul
x
68.384Pr Re 664.03
12
1
==Nu
)
(655.90.11051.268.38422k m w h ?=??=-
2
0.111m s =?=
w t t s h w 1.193)020(655.9)(0=-?=-?=Φ
6-30、已知：如图，一个空气加热器系由宽20mm 的薄电阻带沿空气流动方向并行排列组成，其表面平整光滑。每条电阻带在垂直于流动方向上的长度为200mm ，且各自单独通电
加热。假设在稳定运行过程中每条电阻带的温度都相等。从第一条电阻带的功率表中读出功率为80W 。其它热损失不计，流动为层流。
求：第10条、第20条电阻带的功率表读数各位多少。
解：按空气外掠平板层流对流换热处理。
第n 条加热带与第一条带的功率之比1n /Q Q 可以表示为：
()
1
1111/Q Q Q Q Q n n n ----=
其中
()()()t
h A Q t h A Q n n n n n n ?=?=---------111111111,，
故有：()()()()
1
1111111111111h h n nh h A h A h A Q Q n n n n n n n -----------=
-=
5
.05
.0333.0333.05.0Pr 664.0Pr 664.0L u uL L h ???
??=??? ??=ννλ，
代入得：()()()[]
{}()
()
5
.05.05
.05/05.01
111--=??---?=---n n L L n n L n n Q Q n ，
对
()1623.011010,
105
.05.01
10=--==Q Q n ，
对()1132.012020,
205
.05.01
20=--==Q Q n ，
W Q W Q 1.906.91132.080,1398.121632.0802010?=?=?=?=∴。
7-17为了强化竖管外的蒸汽凝结换热，有时可采用如附图所示的凝结液泄出罩。设在高l 的竖管外，等间距地布置n 个泄出罩，且加罩前与加罩后管壁温度及其他条件都保持不变。试导出加罩后全管的平均表面传热系数与未加罩时的平均表面传热系数间的关系式。
如果希望把表面传热系数提高2倍，应加多少个罩如果l ／d ＝100，为使竖管的平均表面传热系数与水平管一样，需加多少个罩
解：设加罩前平均表面传热系数为0h ，加罩后为n h
，则有：
0h ～41
)/1(L ，n h ～[]{}41
)1/(/1+n L ，
则
[]{}4
1
4
1
4
1
)
1()/1()1/(/1+=+=n L n L h h n ，
与欲使20=h h n
，应有15116,161,2)1(41
=-==+=+n n n ，
设需把直管等分为几段才能使全管平均换热系数与水平管一样，
则有：
4
132725.0?????????t d r g l l l μλρ＝()4
13
2/10013.1????
?????t n d r g l l l μλρ，即：41)
100(13.1725.0n =， 17
9.16)13.1725.0(1004
≈==n 段，即共需17-1＝16各泄出罩。
7-22直径为5cm 的电加热铜棒被用来产生压力为的饱和水蒸汽,铜棒表面温度高于饱和
温度5℃，问需要多长的铜棒才能维持90kg ／h 的产汽率
解：再×105
Pa 的压力下，水的物性参数为：
)
/(4287K kg J c pl ?=，
kg
J r /101.21443?=，
3
/1.926m kg l =ρ，
3/967.1m kg v =ρ，m N /102.5074-?=γ，)/(101.2016s m kg t ??=-η，013.0=wv c ，
26
.1Pr =f ，于是有：
33
.04
6
63967.11.9268.910
2.50710144.2101.20101
3.026.1101.214454287??
?
?????-????????--）（＝q
，
由此解得：q ＝40770W/m 2
，不考虑从过冷水加热到饱和水所需消耗的热量，把20kg 饱和水
变成饱和蒸汽所需的热量为20××103
，因而加热棒之长为：
m
37.84077005.01416.33600
/101.2144203＝????。
7-24、一台电热锅妒，用功率为8kw 的电热器来产生压力为的饱和水蒸汽。 电热丝置于两根长为1.85m 、外径为15mm 的钢管内(经机械抛光后的不锈钢管)，而该两根钢管置于水内。设所加入的电功率均用来产生蒸汽，试计算不锈钢管壁面温度的最高值。钢管壁厚1.5mm ，导热系数为10w ／(m ·K)。
解：由已知条件可得，热流密度
2
/45882015.085.11416.328000
m W q =???=
，
在×105
Pa 压力下：
3/951m kg l =ρ，
3/8265.0m kg v =ρ，
)
/(4233K kg J c pl ?=，kg
J r /103.26913?=，m N /105694
-?=γ，
)/(102596
s m kg t ??=-η，
)/(685.0K m W l ?=λ，60.1Pr =f 。
代入式（6-17）有：
33
.04
3
63
8265.09518.910
569103.26911025945882
0132.0423360.1103.2691??
?
????
?-?????????=?--）（t t ?＝7.37℃，4.12737.7120=+=∴w
t ℃。
不锈钢管内的热量都是通过内壁面导出的，导热温差：
68.7)85.1101416.32/()12/15ln(4000)2/()/ln(12=???=Φ=?l d d t πλ℃。
最高壁温位于内壁面上，其值为＋＝℃。
8-3、把太阳表面近似地看成是T=5800K 的黑体，试确定太阳发出的辐射能中可光所占的百分数。
解：可见光波长范围是～m μ
4
0100?
??
??=T C E b ＝64200 W/2m
可见光所占份额
()()()%87.44001212=---=-λλλλb b b F F F
8-5、在一空间飞行物的外壳上有一块向阳的漫射面板。板背面可以认为是绝热的，向
阳面得到的太阳投入辐射G=1300W/2
m 。该表面的光谱发射率为：m μλ20≤≤时
();5.0=λε
m μλ2>时()2.0=λε。试确定当该板表面温度处于稳态时的温度值。为简化计算，设太阳的辐射能均集中在0～2m μ之内。
解：由
4
100?
?? ??=T C G ε 得T=463K
8-6、人工黑体腔上的辐射小孔是一个直径为20mm 的圆，辐射力2
5
/1072.3m W E b ?=。
一个辐射热流计置于该黑体小孔的正前方l=0.5m ，处，该热流计吸收热量的面积为
510-?2m 。问该热流计所得到的黑体投入辐射是多少
解：
2
5/10185.1m W E
L b b ?==λ
W
A L r A b c 2.37.104.65
2
=?==
Ω-
8-8、试确定一个电功率为100W 的电灯泡发光效率。假设该灯泡的钨丝可看成是2900K
的黑体，其几何形状为mm mm 52?的矩形薄片。
解：
4
0100?
??
??=T C E b 可见光的波长范围～m μ
则K m T K m T .2204;.110221μλμλ== 由表可近似取
()()19
.10;092.076.0038.00==--b b F F
在可见光范围内的能量为()%
094.019.101004
0-????
??=?E T C
发光效率%
09.10=E ?E =η
8-17一漫射表面在某一温度下的光谱辐射强度与波长的关系可以近似地用附图表示，
试：
（1） 计算此时的辐射力； （2） 计算此时法线方向的定向辐
射强度，及与法线成600
角处的定向辐射强度。 解：（1）
W
d E d E d E E 125020
15
15
10
10
5
=++=???λλλλλλ
（2）
()()
ΩΦ=
d dA d L θθθcos
()()str m W L ./3980,02==θ
()()str m W L ,/91960;6020==θ
8-18、暖房的升温作用可以从玻璃的光谱透比变化特性解释。有一块厚为3mm 的玻璃，
经测定，其对波长为～m μ的辐射能的穿透比为，而对其他波长的辐射能可以完全不穿透。试据此计算温度为5800K 的黑体辐射及温度为300K 的黑体辐射投射到该玻璃上时各自的总穿透比。
解：T=5800K,14500,17402211==T T λλ 由表查得
()()29
.96,862.25.203.00==--b b F F
()%84%862.229.969.01=-?=τ
同理%02.02=τ
8-21、温度为310K 的4个表面置于太阳光的照射下，设此时各表面的光谱吸收比随波长的变化如附图所示。试分析，在计算与太阳能的交换时，哪些表面可以作为灰体处理为什么
解：太阳辐射能的绝大部分集中在2um 以下的区域，温度为310K 的物体辐射能则绝大部分在6um 以上的红外辐射，由图可见，第一种情形与第三种情形，上述波段范围内单色吸收率相同，因而可以作为灰色处理。
8-22、一直径为20mm 的热流计探头，用以测定一微小表面积1A 的辐射热流，该表面温度为1T ＝1000K 。环境
温度很低，因而对探头的影响可以忽略不计。因某些原因，探头只能安置在与1A 表面法线成45°处，距离l=0.5m 。探头测得的热量为
310815.1-?W 。表面1A 是漫射的 ，而探头表面的吸
收比可近似
地取为1。试确定1A 的发射率。1A 的面积为
24104m -?。
()()()3
10815.14545cos 4545-?=Φ=Ω=Φ? L
d dA L 解
：
对
探
头
：
8
.010815.145
cos 2322
1=∴?=?∴
-επr
A A E
9-6、 试用简捷方法确定本题附图中的角系数X 1,2。
2,121,212,1221,2
2
11,21,2(1)1
223/4
0.4244
(2)1
0.52(3)20.5/40.125
(4)0.5
X A R
X A R X A R X A R X X πππ==
=
?======解：因为因为参考（），具有对称性，＝假设在球得顶面有另一块无限大平板存在，由对称性知
＝
9-7试确定附图a 、b 中几何结构的角系数X 1,2。
[]11,222,122,12,11,21,2
1,2111,21,1,2,()(/)()(/)()
188A A A A A A A B A B A A B A B A X A X A X X A X A X X A A X X A A X X ++++++++==-=-=?--?-解：由角系数性质可列出下列关系：
由图中尺寸查参考文献，图－得
1,2A H
X +-
1,A B
X +
,2A B
X +
,A B
X
/Z X /Y X
角系数
1,23 1.5(0.190.165)(0.2750.255)1.5 1.50.050.020.03X =
?---=-=。
11,222,122,12,1,2212,12,1,2()/)()
1.5/1.5(0.270.225)0.045A A A A A X A X A X X X A A X X X ++==--?-=由角系数性质可列出下列关系式：＝（由图中尺寸查参考文献，得：＝（）。
9-10、已知：如图。求：每一对边的角系数、两邻边
的角系数及任一边对管子的角系数。
解：（1）先计算任一边对圆管的角系数。如下图所示：
设圆管表面为5，则由对称性知：
5,15,25,35,41
0.254X X X X ====
=，
51,55,110.25 3.14160.10.31420.25A d
X X A π∴=
=?=?=。
（2）再计算两邻边的角系数。如图示：
()
3,42AD AB DF BE EF X AD +-++=
，
()
2
20.12520.050.1696m
BE DF ==
-=，
arccos arccos 1.2840.1252OE BO α??===
? ?????，
22 1.2840.5735θπαπ=-=-?=（弧度），0.050.57350.02867EF r θ=?=?=，
3,40.25220.16950.02867
0.2647
20.25X ?-?-=
=?。
（3）计算每一对边角系数。 如图示：
3,13,43,23,51120.26470.31420.1564
X X X X =---=-?-=。
9-23、两块平行放置的平板表面发射率均为，温度t 1=5270
C 及t 2=270
C ，板间远小于板的宽度与高度。试计算：（1）板1的自身辐射；（2）对板1的投入辐射；（3）板1的反射辐射；（4）板1的有效辐射；（5）板2的有效辐射（6）板1、2间的辐射换热量。
2
212122111212
211111121112
44821212
12
4
811/7.1761521)6(/5.25342)5(/2.430197.8505.57918)1(1)4(/7.850)8.01(5.2534)1(1)3(/5.25348.0/)7.176155.57918(/)()
1(/7.1761518.0/2)
300800(1067.51/1/11)2(/5.57918)273527(1067.58.01)1(m W q m W G J m W G E J m W G m W q E G G E J q G J m W E E q m W E E b b b ＝间的辐射换热量：，板的有效辐射：板＝的有效辐射
板＝的反射辐射：
板则由量：首先计算两板间的换热的投入辐射：对板的本身辐射板解：------===+-+==-?-=-=-=-+==-=--??=-+-==+???==εεεεεεε
9-27、设热水瓶的瓶胆可以看作为直径为10cm ，高为26cm 的圆柱体，夹层抽真空，其表面发射率为。试估沸水钢冲入水瓶后，初始时刻水温的平均下降速率。夹层两壁温可近似地取为1000
C ，200
C 。
222441212233/2 3.140.10.26 3.140.1/20.0994m ()
1.70W
1/1/1
2.0410958.4Kg /m 4220J /(Kg K p p A dl d A T T dt
c V
V r l d c ππσεερπτ
ρ-=+=??+?=-Φ==+-Φ==?==?解：热水瓶的表面积为：
热水瓶由外壁的辐射热量为：
而＝，其中，水的物性参数为：，）
4
31.7 2.0610K /s 958.44220 2.0410
p dt d c V ?τρ--===?-??所以初始时刻水温的平均下降速率为：
9-35设有如附图所示的几何体，半球表面是绝热的，底面被一直径（D ＝m ）分为1、2两部分。表面1为灰体，
11550K 0.35T ε=，＝；
表面2为黑体，T2=330K 。试计算表面1的净辐射损失 及表面3的温度。
解：网络图如下：
212,33,1212,323,13,21,32,3221234
214
2
210.520.5/20.25
1
111
3.140.20.0157
24820.0628
5505.67(
)5188.4W /m 1007305.67()6272W /m 100b b R X X X R
X X X X A D A R E E ππππ+++=?==?======?=??====?==?=
2
1112
33,133,2
122
133
34333110.35118.3m 0.350.015711
63.7m 15188.4672.418.38W
118.363.725188.41843.24W /m 118.363.7
()424.6K 100b b b b b b b A A X A X E E R E E E E R T
E T εε??σ----==?==--===∑-?--==?='∑-=?=表面的净辐射损失：
由又。
1，2表面间的辐射换热量是由于绝热表面3的存在而引起的。
9-58、已知：一燃烧试验设备的壁面上安置了一块圆形的耐热玻璃，直径为5cm ，穿透比r=，发射率3.0=ε，反射比0=ρ。环境温度为20℃。玻璃温度是均匀的，其表面与壁面齐平，外表面的对流换热表面传热系数为)/(2
K m W ?。燃烧温度为1000k 。
求：玻璃的温度及散失到环境中的热量。
解：当玻璃处于稳态换热时，可以认为玻璃与炉膛间辐射换热中玻璃吸收的部分能量=外表面的自然对流换热+与环境间的辐射换热。
于是有：
传热学练习题 一、填空题 1、在范德瓦耳斯方程中， 是考虑分子之间的斥力而引进的改正项，V an 2 2 是考虑到分子之间的 而引进的改正项。 2、在等压过程中，引进一个函数H 名为焓则其定义为 ，在此过程中焓的变化为 ，这正是等压过程中系统从外界吸收的热量。 3、所在工作于一定温度之间的热机，以 的效率为最高，这是著名的 。 4、一个系统的初态A 和终态B 给定后，积分 与可逆过程的路径无关，克劳修斯根据这个性质引进一个态函数熵，它的定义是 ，其中A 和B 是系统的两个平衡态。 5、在热力学中引入了一个态函数TS U F -=有时把TS 叫做 ，由于F 是一个常用的函数，需要一个名词，可以把它叫做 。 6、锅炉按用途可分为电站锅炉、___________ 锅炉和生活锅炉。 7、锅炉按输出介质可分为、___________ 、__________ 和汽水两用锅炉。 8、锅炉水循环可分为___________ 循环和_________ 循环两类。 9、如果温度场随时间变化，则为__________。 10、一般来说，紊流时的对流换热强度要比层流时__________。 11、导热微分方程式的主要作用是确实__________。 12、一般来说，顺排管束的平均对流换热系数要比叉排时__________。 13、膜状凝结时对流换热系数__________珠状凝结。 二、判断题 1、系统的各宏观性质在长时间内不发生任何变化，这样的状态称为热力学平衡态。 （ ） 2、温度是表征物体的冷热程度的，温度的引入和测量都是以热力学定律为基础的。 （ ） 3、所谓第一类永动机，就是不需要能量而永远运动的机器。 （ ） 4、自然界中不可逆过程是相互关联的，我们可以通过某种方法把两个不可逆过程联系起来。 （ ） 5、对于处在非平衡的系统，可以根据熵的广延性质将整个系统的熵定义为处在局域平衡的各部分的熵之和。（ ） 6、 测量锅炉压力有两种标准方法，一种是绝对压力，一种是相对压力都称为表压力。（ ）
①Nu准则数的表达式为（A ） ② ③根据流体流动的起因不同，把对流换热分为（ A） ④A．强制对流换热和自然对流换热B．沸腾换热和凝结换热 ⑤C．紊流换热和层流换热D．核态沸腾换热和膜态沸腾换热 ⑥雷诺准则反映了（ A） ⑦A．流体运动时所受惯性力和粘性力的相对大小 ⑧B．流体的速度分布与温度分布这两者之间的内在联系 ⑨C．对流换热强度的准则 ⑩D．浮升力与粘滞力的相对大小 ?彼此相似的物理现象，它们的（ D）必定相等。 ?A．温度B．速度 ?C．惯性力D．同名准则数 ?高温换热器采用下述哪种布置方式更安全（ D） ?A．逆流B．顺流和逆流均可 ?C．无法确定D．顺流
?顺流式换热器的热流体进出口温度分别为100℃和70℃，冷流体进出口温度分别为20℃和40℃，则其对数平均温差等于（） A．60.98℃B．50.98℃ C．44.98℃D．40.98℃ ?7．为了达到降低壁温的目的，肋片应装在（ D） ?A．热流体一侧B．换热系数较大一侧 ?C．冷流体一侧D．换热系数较小一侧 21黑体表面的有效辐射（ D）对应温度下黑体的辐射力。 22A．大于B．小于 C．无法比较D．等于 23通过单位长度圆筒壁的热流密度的单位为（ D） 24A．W B．W／m2 C．W／m D．W／m3 25格拉晓夫准则数的表达式为（D ） 26 27.由炉膛火焰向水冷壁传热的主要方式是( A ) 28 A.热辐射 B.热对流 C.导 热 D.都不是 29准则方程式Nu=f(Gr,Pr)反映了( C )的变化规律。 30A.强制对流换热 B.凝结对流换热
31 C.自然对流换热 D.核态沸腾换热 32下列各种方法中，属于削弱传热的方法是( D ) 33A.增加流体流度 B.设置肋片 34 C.管内加插入物增加流体扰动 D.采用导热系数较小的材 料使导热热阻增加 35冷热流体的温度给定，换热器热流体侧结垢会使传热壁面的温度( A ) 36 A.增加 B.减小 C.不变 D.有时增 加，有时减小 37将保温瓶的双层玻璃中间抽成真空，其目的是( D ) 38A.减少导热 B.减小对流换热 39 C.减少对流与辐射换热 D.减少导热与对流换热 40下列参数中属于物性参数的是( B ) 41A.传热系数 B.导热系数 42 C.换热系数 D.角系数 43已知一顺流布置换热器的热流体进出口温度分别为300°C和150°C，冷流体进出口温度分别为50°C和100°C，则其对数平均温差约为( )
传热学试题 第一章概论 一、名词解释 1．热流量：单位时间所传递的热量 2．热流密度：单位传热面上的热流量 3．导热：当物体有温度差或两个不同温度的物体接触时，在物体各部分之间不发生相对位移的情况下，物质微粒(分子、原子或自由电子)的热运动传递了热量，这种现象被称为热传导，简称导热。 4．对流传热：流体流过固体壁时的热传递过程，就是热对流和导热联合用的热量传递过程，称为表面对流传热，简称对流传热。 5．辐射传热：物体不断向周围空间发出热辐射能，并被周围物体吸收。同时，物体也不断接收周围物体辐射给它的热能。这样，物体发出和接收过程的综合结果产生了物体间通过热辐射而进行的热量传递，称为表面辐射传热，简称辐射传热。 6．总传热过程：热量从温度较高的流体经过固体壁传递给另一侧温度较低流体的过程，称为总传热过程，简称传热过程。 7．对流传热系数：单位时间单位传热面当流体温度与壁面温度差为1K是的对流传热量，单位为W／(m2·K)。对流传热系数表示对流传热能力的大小。 8．辐射传热系数：单位时间单位传热面当流体温度与壁面温度差为1K是的辐射传热量，单位为W／(m2·K)。辐射传热系数表示辐射传热能力的大小。 9．复合传热系数：单位时间单位传热面当流体温度与壁面温度差为1K是的复合传热量，单位为W／(m2·K)。复合传热系数表示复合传热能力的大小。 10．总传热系数：总传热过程中热量传递能力的大小。数值上表示传热温差为1K时，单位传热面积在单位时间的传热量。 二、填空题 1．热量传递的三种基本方式为、、。 （热传导、热对流、热辐射） 2．热流量是指，单位是。热流密度是指，单位是。 （单位时间所传递的热量，W，单位传热面上的热流量，W/m2） 3．总传热过程是指，它的强烈程度用来衡量。 (热量从温度较高的流体经过固体壁传递给另一侧温度较低流体的过程，总传热系数) 4．总传热系数是指，单位是。 （传热温差为1K时，单位传热面积在单位时间的传热量，W／(m2·K)） 5．导热系数的单位是；对流传热系数的单位是；传热系数的单位是。 （W／(m·K)，W／(m2·K)，W／(m2·K)）
传热学题目
传热学 1．热流密度q 与热流量的关系为（以下式子A 为传热面积，λ为导热系数，h 为对流传热系数）：( ) (A)q＝φA (B)q＝φ/A (C)q=λφ (D)q＝hφ 2．如果在水冷壁的管子里结了一层水垢，其他条件不变，管壁温度与无水垢时相比将：( ) (A)不变(B)提高(C)降低(D)随机改变 3. 当采用加肋片的方法增强传热时，最有效的办法是将肋片加在哪一侧? ( ) (A)传热系数较大的一侧（B）传热系数较小的一侧 (C)流体温度较高的一侧（D）流体温度较低的一侧 4. 导温系数的物理意义是什么? ( ) （A）表明材料导热能力的强弱 （B）反映了材料的储热能力 （C）反映材料传播温度变化的能力
（D）表明导热系数大的材料一定是导温系数大的材料 5. 温度梯度表示温度场内的某一点等温面上什么方向的温度变化率? ( ) (A)切线方向(B)法线方向 (C)任意方向(D)温度降低方向 6. 接触热阻的存在使相接触的两个导热壁面之间产生什么影响? ( ) (A)出现温差(B)出现临界热流 (C)促进传热(D)没有影响 7. 金属含有较多的杂质，则其导热系数将如何变化? ( ) （A）变大（B）变小 （C）不变（D）可能变大，也可能变小 8. 物体之间发生热传导的动力是什么? ( ) (A)温度场(B)温差 (C)等温面(D)微观粒子运动
9. 通过大平壁导热时，大平壁内的温度分布规律是下述哪一种？( ) (A)直线(B)双曲线 (C)抛物线(D)对数曲线 10. 已知某一导热平壁的两侧壁面温差是30℃，材料的导热系数是22W/(m. K)，通过的热流密度是300W/m2，则该平壁的壁厚是多少? ( ) (A) 220m (B)22m (C)2.2m (D)0.22m 11. 第二类边界条件是什么? ( ) （A）已知物体边界上的温度分布。 （B）已知物体表面与周围介质之间的传热情况。 （C）已知物体边界上的热流密度。 （D）已知物体边界上流体的温度与流速。12. 在稳态导热中，已知三层平壁的内外表面温 度差为120℃，三层热阻之比R λ1、R λ2 、R λ 3 =1：2：3，则各层的温度降为( )
第四章 填空题: 1、传热的基本方式有 、 和 三种。 2、导热系数的物理意义是 ，它的单位是 。 3、各种物体的导热系数大小顺序为 。 4、在湍流传热时，热阻主要集中在 ，因此，减薄该层的厚度是强化 的重要途径。 5、在间壁式换热器中，间壁两边流体都变温时，两流体的流动方向有 、 、 和 四种。 6、无相变时流体在圆形直管中作强制湍流传热，在α=0.023λ/diRe 0.8Pr n 公式中，n 是为校正 的影响。当流体被加热时，n 取 ，被冷却时n 取 。 7、某化工厂，用河水在一间壁式换热器内冷凝有机蒸汽，经过一段时间运行后，发现换热器的传热效果明显下降，分析主要原因是 。 8、当管壁及污垢热阻可忽略时，薄管壁求K 公式可简化为：1 0111αα+=K 此时若10αα<<，则有 。 9、努塞尔特准数Nu 表示 的准数，其表达式为 ，普兰特准数Pr 表示 的准数，其表达式为 。 10、蒸汽冷凝有 和 两种方式。 11、总传热系数的倒数 K 1 代表 ，提高K 值的关键
是 。 12、在卧式管壳式换热器中，用饱和水蒸气加热原油，则原油宜走 程，而总传热系数K 接近于 的对流传热系数 13、在管壳式换热器中，当两流体的温差超过 时就应该采取热补偿措施。其基本形式有 、 和 。 14、写出四种间壁式换热器的名称 、 、 及 。 选择题： 1、两流体可作严格逆流的换热器是( ) A 板翅式换热器 B U 型管式列管换热器 C 浮头式列管换热器 D 套管式换热器 2、管壁及污垢热阻可略,对薄管壁来说,当两流体对流体热系数相差悬殊时(如 0αα>>i ),为有效提高K 值，关键在于（ ） A 提高i α B 提高0α C 减小垢层热阻 D 提高管内流体流量 3、双层平壁定态热传导，两层壁厚面积均相等，各层的导热系数分别为1λ和2λ，其对应的温度差为1t ?和2t ?，若1t ?>2t ?，则1λ和2λ的关系为（ ） A 1λ<2λ B 1λ>2λ C 1λ=2λ D 无法确定 4、空气、水、铁的导热系数分别是λ1、λ2和λ3，其大小顺序是（ ） A λ1>λ2>λ3 B λ1<λ2<λ3 C λ2>λ3>λ1 D λ2<λ3<λ1 5、对流体热速率=系数×推动力，其中推动力是（ ）
传热 一、填空 1、蒸汽冷凝放热时，要经常注意排放（），这是因为（）。 2、某物体（可近似为灰体），在20℃时，其黒度为ε=0.8，则其辐射能力的大小为 （），其吸收率为（）。 3、管内对流传热，流体内温度梯度最大是在（），原因是（）。 4、膜系数α越（），液体核状沸腾时，△t越大，α越（）。 5、在一列管换热器中用壳程的饱和蒸汽加热管程的液体（无相变），若饱和蒸汽侧的饱和蒸汽压力增大，而液体的流量和进口温度不变，则液体出口温度（），蒸汽侧的对流传热系数（）。 6、某换热器中用饱和水蒸汽加热有机溶液，现发现溶液的出口温度比原来低，检查溶液的初温和流量均无变化，请列举二个可以导致上述现象的原因：①（）②（） 7、常见的列管换热器折流板型式有（），（）。 在列管式换热器的壳程中设置折流板的优点是（），缺点是（）。 8、随着温度的增加，空气的黏度（），空气的导热系数（）。 9、某一段流体流过一段直管后，在流入同一内径的弯管段，则弯管段的传热系数比直管段传热系数（），因为（）。 10、角系数取决于换热物体的（），（）和（），而与（）和（）无关。 11、基尔霍夫定律的表达式为（），该定律的前提假设条件是（）。 12、在空气—水换热的换热器中，为强化传热可能采取的措施有哪些（）， 传热壁面的温度接近于（）的温度。 13、列管换热器中，若冷热两种流体的温度差相差较大，则换热器在结构上常采用（）办法，常用的结构形式有（）。 14、化工生产中常以水蒸汽作为一种加热介质，其优点是（）。水蒸汽冷凝时应及时排除不凝性气体，其原因是（）。 15、大容积中的饱和沸腾传热可分为（），（）和（），而在工业生产中常在（）阶段操作。 16、一回收烟道气热量的废热锅炉，在流程安排上，烟道气（入口温度为60℃）应走（），水（入口温度为90℃）应走（），主要是为避免（）。 17、三层圆筒壁热传导过程，最外层的导热系数小于第二层的导热系数，两层厚度相同，在其它条件不变时，若将第二层和第三层的材质互换，则导热量变（），第二层与第三层的界面温度变（）。 18、在垂直冷凝器中，蒸汽在管内冷凝，若降低冷却水的温度，冷却水的流量不变，则冷凝传热系数（），冷凝传热量（）。 19、在管壳式换热器中热流体与冷流体进行换热，若将壳程由单程改为双程，则传热温度差（）。 20、在高温炉外设置隔热挡板，挡板材料黑度愈低，热损失愈（）。 21、写出两种带有热补偿的列管换热器名称①（），②（）。 22、斯蒂芬—波尔茨曼定律的数学表达式为（），它表示（ ）。 23、327℃的黑体辐射能力为27℃黑体辐射能力的（）倍。 24、若换热器中流体温度变化较大，总传热系数随温度变化大时，传热面积可采用（ ）求之。 25、沸腾传热设备壁面越粗糙，气化核心越（），沸腾传热系数越（
习题(2009年10月9日) 1.平壁与圆管壁材料相同，厚度相同，在两侧表面温度相同条件下，圆管内表面积等于平壁表 面积，试问哪种情况下导热量大?(圆管壁) 2.一个外径为50mm的钢管，外敷一层8mm、导热系数λ=0.25W/(m·K)的石棉保温层，外面又 敷一层20mm厚，导热系数为0.045W/(m·K)的玻璃棉，钢管外侧壁温为300℃，玻璃棉外测温度为40℃，试求石棉保温层和玻璃棉层间的温度。(275.2℃) 3.一个外径为60mm的无缝钢管，壁厚为5mm。导热系数λ=54W/(m·K)，管内流过平均温度为 95℃的热水，与钢管内表面的换热系数为1830W/(m2·K)。钢管水平放置于20℃的大气中，近壁空气作自然对流，换热系数为7.86W/(m2·K)。试求以管外表面积计算的传热系数和单位管长的换热量(7.8135 W/(m2·K)，110.4W/m) 4.无内热源，常物性二维导热物体在某一瞬时的温度分布为t=2y2cosx。试说明该导热物体在x=0， y=l处的温度是随时间增加逐渐升高，还是逐渐降低?(升高) 5.两块厚度为30mm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℃时两板所需时间之比。铜和钢的热扩散率分别为103×10-6m2/s，12.9×10-6m2/s。(0.125) 6.用热电偶测量气罐中气体温度。热电偶的初始温度为20℃，与气体的表面传热系数为 10W/(m2·K)。热电偶近似为球形，直径为0.2mm。试计算插入10s后，热电偶的过余温度为初始过余温度的百分之几?(16.6%) 要使温度计过余温度不大于初始过余温度的1%，至少需要多长时间? (25.6s) 己知热电偶焊锡丝的λ=67W/(m·K)，ρ=7310kg/m3，c=228J/(kg·K)。 7.一直径为5cm的钢球，初始温度为450℃，突然被置于温度为30℃的空气中。设钢球表面与 周围环境间的表面传热系数为24 W/(m2·K)，试计算钢球冷却到300℃所需的时间（570s）。已知钢球的λ=33W/(m·K)，ρ=7753kg/m3，c=480J/(kg·K)。 8.一温度计的水银泡呈圆柱形，长20mm，内径为4mm，初始温度为t0，今将其插入到温度较 高的储气罐中测量气体温度。设水银泡同气体间的对流传热表面传热系数为11.63 W/(m2·K)，水银泡一层薄玻璃的作用可以忽略不计，试计算此条件下温度计的时间常数（148s），并确定插入5min后温度计读数的过余温度为初始过余温度的百分之几（0.133）？水银的物性参数如下：λ=10.36W/(m·K)，ρ=13110kg/m3，c=138J/(kg·K)。 9.有一各向同性材料的方形物体，其导热系数为常量。已知各边界的温度如图1所示，试求其 内部网格节点1、2、3和4的温度。（t1=250.04℃；t2=250.02℃；t3=150.02℃；t4=150.01℃）10.如图2所示，一短直肋二维稳态导热体，肋高H=10cm，肋厚δ=10cm，肋宽b=1m，沿肋宽 无温度梯度。已知肋材料λ=0.4W/（m·K），肋基温度t0=500℃，对流传热边界条件h=400W/ （m2·K），t f=20℃。（1）建立各节点的温度方程式并求各节点的温度；（t1=144.1℃；t2=27℃；t3=20.09℃；t4=22.38℃） （2）计算该直肋的散热量。（9931.2W） t=100℃ t = 1 ℃ 4 图1 图2
一、填空题 1、按热量传递的途径不同，我们一般把传热分为 、 、 三种方式。 2、按冷热流体接触的方式不同，我们一般把传热分为 、 、 三种 方式。 3、常见的加热介质有 、 、 、 、 等。 4、按传热管的结构形式可分为 、 、 、 换热器等。 5、列管换热器是由 、 、 、 和封头等部分组成。 6、设置列管式换热器折流挡板的目的是 。 7、列管式换热器热补偿的方式有 、 、 。 8、在间壁式换热器中，总传热过程由下列步骤所组成：首先是热流体和管外壁间的_____ 传热，将热量传给管外壁面；然后，热量由管的外壁面以____________方式传给管的内壁面 最后，热量由管的内壁面和冷流体间进行_________________传热。 9、采用饱和蒸汽加热某一种冷流体，若保持冷流体的进口温度T 1/ 、加热蒸汽压力P 不变， 现冷体流量增加，则冷流体出口温度T 2/_______，传热速率Φ______，总传热系数K _______ , 传热平均温度差△T m ________。 10、某圆形管道外有两层厚度相等的保温材料A 和B ，温度分布线 如右上图（b ）中所示，则λA ______λB (填“﹥”或 “﹤”)，将______ 层材料放在里层时保温效果更好。 11、若间壁侧流体的传热过程α1，α2相差较大（α1<<α2），K 值接近_____________侧的 值。 12、金属固体的导热系数是随温度的升高而 ，非金属固体的导热系数是随温度的升 高而 。水和甘油的导热系数是随着温度的升高而 。 13、在导热速率方程式为δ λt S Q ?=，中λ称为： ，单位是 ； 14、两流体在列管换热器中并流传热时，冷流体的最高极限出口温度为 ; 在逆流传热时，冷流体的最高极限出口温度为 因此，在 流传热时， 载热体的用量少 。 15、传热的基本方式可分为 、 、 三种。间壁式换热器传热过程强 化的途径主要有 、 、
传热复习题 1、多层平壁定态导热中，若某层的热阻最小，则该层两侧的温差__最小__。 2、一定质量的流体在Ф25mm×2.5mm的直管内作强制的湍流流动，其对流传热系数 αi=1000W/(m2·℃)，如果流量和物性不变，改在Ф19mm×2mm的直管内流动，其αi=__1678__W/(m2·℃) 3、在蒸汽—空气间壁换热过程中，为强化传热，下列方案中在工程上最有效的是__A__。 A.提高空气流速 B.提高蒸汽流速 C.采用过热蒸汽以提高蒸汽流速 D.在蒸汽一侧管壁上装翅片，增加冷凝面积并及时导走冷凝液 4、在管壳式换热器中饱和蒸汽加热空气，则 （1）传热管的壁温接近___饱和蒸汽__温度 （2）换热器总传热系数将接近_____空气____对流传热系数 5、在蒸汽冷凝传热中，不凝气体的存在对α的影响是____A____ A. 不凝气体的存在会使α大大降低 B. 不凝气体的存在会使α升高 C. 不凝气体的存在对α无影响 6、大容器内饱和液体沸腾分为____自然对流____、____泡核沸腾_____和____膜状沸腾_____ 阶段。工业上总是设法在_____泡核沸腾_____下操作。 7、斯蒂芬—波尔兹曼定律的数学表达式是 4 0100?? ? ? ? = T C E b ，该式表明__黑体的辐射能力与 热力学温度的四次方成正比___ 8、物体黑度是指在___相同__温度下，灰体的__辐射能力__和__黑体辐射能力__之比，在数值上它与同一温度下物体的__吸收率__相等。 计算题 9、质量流量为7200kg/h的常压空气，要求将其温度由20℃加热到80℃，选用108℃的饱和水蒸气作加热介质。若水蒸气的冷凝传热膜系数为1×104W/(m2·℃)，且已知空气在平均温度下的物性数据如下：比热容为1kJ/(kg·℃)，导热系数为2.85×10-2W/(m·℃)，粘度为1.98×10-5Pa·s，普兰特准数为0.7。 现有一单程列管式换热器，装有Ф25mm×2.5mm钢管200根，管长为2m，核算此换热器能否完成上述传热任务？ 计算中可忽略管壁及两侧污垢的热阻，不计热损失 解：空气需要吸收的热量是已知的，蒸汽冷凝放出热量能否通过该换热器的传递为空气所获得，就与列管换热器的传热速率密切相关。核算现有的列管换热器是否合用，就是用工艺本身的要求与现有换热器相比较，最直接的方法就是比较两者的Q或S0 （1）核算空气所需的热负荷应小于换热器的传热速率，即Q需要＜Q换热器 （2）核算空气所需的传热面积应小于换热器提供的传热面积，即S0需要＜S0换热器 解题时，首先应确定列管换热器中流体的流径，因蒸汽安排在壳程易排出冷凝水，故蒸汽走
《传热学》试题库 第一章概论 一、名词解释 1．热流量：单位时间内所传递的热量 2．热流密度：单位传热面上的热流量 3．导热：当物体内有温度差或两个不同温度的物体接触时，在物体各部分之间不发生相对位移的情况下，物质微粒(分子、原子或自由电子)的热运动传递了热量，这种现象被称为热传导，简称导热。 4．对流传热：流体流过固体壁时的热传递过程，就是热对流和导热联合用的热量传递过程，称为表面对流传热，简称对流传热。 5．辐射传热：物体不断向周围空间发出热辐射能，并被周围物体吸收。同时，物体也不断接收周围物体辐射给它的热能。这样，物体发出和接收过程的综合结果产生了物体间通过热辐射而进行的热量传递，称为表面辐射传热，简称辐射传热。 6．总传热过程：热量从温度较高的流体经过固体壁传递给另一侧温度较低流体的过程，称为总传热过程，简称传热过程。 7．对流传热系数：单位时间内单位传热面当流体温度与壁面温度差为1K是的对流传热量，单位为W／(m2·K)。对流传热系数表示对流传热能力的大小。 8．辐射传热系数：单位时间内单位传热面当流体温度与壁面温度差为1K是的辐射传热量，单位为W／(m2·K)。辐射传热系数表示辐射传热能力的大小。 9．复合传热系数：单位时间内单位传热面当流体温度与壁面温度差为1K是的复合传热量，单位为W／(m2·K)。复合传热系数表示复合传热能力的大小。 10．总传热系数：总传热过程中热量传递能力的大小。数值上表示传热温差为1K时，单位传热面积在单位时间内的传热量。 四、简答题 1．试述三种热量传递基本方式的差别，并各举1～2个实际例子说明。 （提示：从三种热量传递基本方式的定义及特点来区分这三种热传递方式） 2．请说明在传热设备中，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：从传热过程各个环节的热阻的角度，分析水垢、灰垢对换热设备传热能力与壁面的影响情况）3. 试比较导热系数、对流传热系数和总传热系数的差别，它们各自的单位是什么? （提示：写出三个系数的定义并比较，单位分别为W/(m·K)，W/(m2·K)，W/(m2·K)） 4．在分析传热过程时引入热阻的概念有何好处?引入热路欧姆定律有何意义? （提示：分析热阻与温压的关系，热路图在传热过程分析中的作用。） 5．结合你的工作实践，举一个传热过程的实例，分析它是由哪些基本热量传递方式组成的。 （提示：学会分析实际传热问题，如水冷式内燃机等） 6．在空调房间内，夏季与冬季室内温度都保持在22℃左右，夏季人们可以穿短袖衬衣，而冬季则要穿毛线衣。试用传热学知识解释这一现象。 （提示：从分析不同季节时墙体的传热过程和壁温，以及人体与墙表面的热交换过程来解释这一现象（主
例4-1某平壁厚度为0.37m，内表面温度t1为1650℃，外表面温度t2为300℃，平壁材料导热系数（式中t的单位为℃，λ的单位为 W/(m·℃)）。若将导热系数分别按常量（取平均导热系数）和变量计算时，试求平壁的温度分布关系式和导热热通量。 解：（1）导热系数按常量计算 平壁的平均温度为： 平壁材料的平均导热系数为： 由式可求得导热热通量为： 设壁厚x处的温度为t，则由式可得： 故 上式即为平壁的温度分布关系式，表示平壁距离x和等温表面的温度呈直线关系。 （2）导热系数按变量计算由式得：
或 积分 得（a） 当时，，代入式a，可得： 整理上式得： 解得： 上式即为当λ随t呈线性变化时单层平壁的温度分布关系式，此时温度分布为曲线。 计算结果表明，将导热系数按常量或变量计算时，所得的导热通量是相同的；而温度分布则不同，前者为直线，后者为曲线。 例4-2燃烧炉的平壁由三种材料构成。最内层为耐火砖，厚度为150mm，中间层为绝热转，厚度为290mm，最外层为普通砖，厚度为228mm。已知炉内、外壁表面分别为1016℃和34℃，试求耐火砖和绝热砖间以及绝热砖和普通砖间界面的温度。假设各层接触良好。
解：在求解本题时，需知道各层材料的导热系数λ，但λ值与各层的平均温度有关，即又需知道各层间的界面温度，而界面温度正是题目所待求的。此时需采用试算法，先假设各层平均温度（或界面温度），由手册或附录查得该温度下材料的导热系数（若知道材料的导热系数与温度的函数关系式，则可由该式计算得到λ值），再利用导热速率方程式计算各层间接触界面的温度。若计算结果与所设 的温度不符，则要重新试算。一般经5几次试算后，可得合理的估算值。下面列出经几次试算后的结果。 耐火砖 绝热砖 普通砖 设t2耐火砖和绝热砖间界面温度，t3绝热砖和普通砖间界面温度。 ， 由式可知： 再由式得： 所以
1. 外径为100 mm 的蒸汽管，外面包有一层50 mm 厚的绝缘材料A ，λA = W/(m.℃)，其外再包一层25 mm 厚的绝缘材料B ，λB = W/(m.℃)。若绝缘层A 的内表面及绝缘层B 的外表面温度各为170 ℃及38℃，试求：（1）每米管长的热损失量；（2）A 、B 两种材料的界面温度；（3）若将两种材料保持各自厚度，但对调一下位置，比较其保温效果。假设传热推动力保持不变。 解：以下标1表示绝缘层A 的内表面，2表示绝缘层A 与B 的交界面，3表示绝缘层B 的外表面。 （1）每米管长的热损失 2 31231ln 1 ln 1) (2r r r r t t l Q B A λλπ+-= ∴ m W r r r r t t l Q B A /3.495050255050ln 075.01505050ln 05 .01)38170(2ln 1ln 1)(223 1231=+++++-=+-=πλλπ (2)A 、B 界面温度t2 因系定态热传导，故 3.4921===l Q l Q l Q ∴ 3.4950 5050ln 05.01) 170(22=+-t π 解得 t 2= （3）两种材料互换后每米管长的热损失 同理 1.5350 5025 5050ln 05.01505050ln 075.01) 38170(2' =+++++-=πl Q W/m 由上面的计算可看到，一般说，导热系数小的材料包扎在内层能够获得较好的保温效果。 1、欲将一容器中的溶液进行加热，使其从30℃加热至60℃，容器中的液量为6000 ，用
夹套加热，传热面积为，容器内有搅拌器，因此器内液体各处的温度可视为均匀的， 加热蒸气为的饱和水蒸气，传热系数为℃，求将溶液由30℃加热至60℃所需要 的时间 已知溶液比热为 ℃，热损失忽略不计。 解：溶液从30℃被加热到60℃所需的热量： 而夹套的传热效率： 其中，对于 的饱和水蒸气， ℃ ℃ 则 ∴ 所需加热时间为： 2、解：（1）甲苯蒸气冷凝放热量为：h kJ r W Q /726000363200011=?== 冷却水吸收热量：h kJ t t t Cp W Q Q /726000)16(19.45000)(212212=-??=-== C t ο65.502=∴ (3分) (2)传热平均温差为C t T t T t T t T t m ο35.7565.5011016 110ln 16 65.50ln )(2 121=---=-----= ? (2分) 总传热系数： W K m h d h d K /1075.510000150240057112421122??=+?=+=- ∴K 2= W//(m 2·K) (2分)
传热学（1）试题 一、单项选择题（本大题共10小题，每小题2分，共20分） 在每小题列出的四个备选项中只有一个是符合题目要求的，请将其代码填写在题后的括号内。错选、多选或未选均无分。 1．肋片效率值（） A．小于负1 B．小于1 C．等于1 D．大于1 2．非稳态导热过程中两侧壁温差________稳态导热。（） A．远小于B．远大于 C．等于D．无法确定 3．对流换热系数为5000W／（m2·K）、温度为20℃的水流经50℃的壁面，其对流换热的热流密度为（） A．1.5×105W/m2 B．1.5×104W/m2 C．2×105W/m2 D．3×103W/m2 4．Re准则数的表达式为（） A． L/λB．uL/v c C．v/a D．gβΔtL3/v2 5．蒸汽中若含有不凝结气体，将_________凝结换热效果。（） A．大大减弱B．大大增强 C．不影响D．可能减弱也可能增强 6．空间辐射热阻与_________无关。（） A．表面粗糙度B．表面尺寸 C．表面间的相对位置D．表面形状 7．灰体的吸收率与_________无关。（） A．波长B．温度 C．表面粗糙度D．波长和温度 8．暖气片外壁与周围空气之间的换热过程为（） A．纯对流换热B．纯辐射换热 C．传热过程D．复合换热 9．五种具有实际意义的换热过程为：导热、辐射换热、复合换热、传热过程和（）A．热对流B．热辐射 C．无法确定D．对流换热 10．高温过热器常采用_________布置方式。（）
A．顺流B．顺流和逆流混合 C．逆流D．顺流和交叉流混合 二、填空题（本大题共10小题，每小题2分，共20分） 请在每小题的空格中填上正确答案。错填、不填均无分。 11．铝钣盒内倒上开水，其外壁很快就很烫手，主要是因为铝的___________________值很大的缘故。 12．各类物质材料的导热系数差别很大。一般来说，合金的导热系数__________________相关的纯金属的导热系数。 13．通过炉墙的的热传递过程属于___________________。 14．沸腾换热时，管子应尽可能_______垂直____________布置，以免出现汽水分层。15．出现紊流边界层后，对流换热的热阻主要发生在___________________。 16．凝汽器通常都采用____水平叉排_______________的布置方案。 17．___________________准则是判别流体在强制对流时层流和紊流的依据。 18．任何物体只要其温度高于___________________，就会不停地向外进行热辐射。19．对可见光来说，同一物体的Xλ与λ有很大关系，太阳辐射中有1／3以上是可见光，所以物体对太阳能的吸收________不能__当作灰体。 20．温度对辐射换热的影响___________________对对流换热的影响。 一、单项选择题（本大题共10小题，每小题2分，共20分） 在每小题列出的四个备选项中只有一个是符合题目要求的，请将其代码填写在题后的括号内。错选、多选或未选均无分。 1．对于过热器中：高温烟气→外壁→内壁→过热蒸汽的传热过程次序为（） A.复合换热、导热、对流换热 B.导热、对流换热、复合换热 C.对流换热、复合换热、导热 D.复合换热、对流换热、导热 2．温度对辐射换热的影响（）对对流换热的影响。 A.等于 B.大于 C.小于 D.可能大于、小于 3．对流换热系数为1000W/（m2·K）、温度为77℃的水流经27℃的壁面，其对流换热的热流密度为（） A.8×104W/m2 B.6×104W/m2 C.7×104W/m2 D.5×104W/m2 4．流体流过管内进行对流换热时，当l/d（）时，要进行入口效应的修正。 A.>50 B.=80
例题 冷热水通过间壁换热器换热，热水进口温度为90?C ，出口温度为50?C ，冷水进口温度为15?C ，出口温度为53?C ，冷热水的流量相同，且假定冷热水的物性为相同，则热损失占传热量的 。 A ．5% B ．6% C ．7% D ．8% 在管壳式换热器中，热流体从90?C 冷却至70?C ，冷流体从20?C 加热到60?C ，如两流体作逆流时的对数平均温差为 ；两流体作并流时的对数平均温差为 。 一立式换热器规格如下：管长3m ，管数30根，管径为 φ25×2.5mm ，管程为1。现拟选用此换热器冷凝、冷却CS 2饱和蒸气，使之从饱和温度46 ?C 降至10 ?C ，走管外，其流量W=0.07kg/s ，其冷凝潜热为356kJ/kg ，比热容为1.05kW/(kg ℃) 。水走管内，且与CS 2呈逆流流动。冷却水进出口温度为5 ?C 和30?C 。已知冷凝和冷却段基于换热管外表面的总传热系数分别为K 1=200W/(m 2·?C)和K 2=100 W/(m 2·?C)。问此换热器是否合用？ 解：（1）以管子外表面为基准计算已有换热器的传热面积： 2007.73025.014.330m L d n A =???==π （2）求所需的传热面积 ①冷凝段与冷却段的传热量 kW r W Q 9.2435607.0=?=?= ()()kW T T c W Q s P h h 2065104605.107.022=-?=-= 总传热量：kW Q Q Q 5.2765.29.2421=+=+= ②两段的平均温差 冷却水用量 ()()s kg t t C Q W c p c /263.053018.45.2712=-?=-= 冷却水离开冷凝段的温度 4.718.4263.065.2521=?+=+=C p C C W Q t t 冷凝段的平均温差 4.16166.38ln 166.381=-=?m t 冷却段的平均温差
《传热学》考试试题库汇总 第一章概论 一、名词解释 1.热流量:单位时间所传递的热量 2.热流密度:单位传热面上的热流量 3.导热:当物体有温度差或两个不同温度的物体接触时,在物体各部分之间不发生相对位移的情况下,物质微粒(分子、原子或自由电子) 的热运动传递了热量,这种现象被称为热传导,简称导热。 4.对流传热:流体流过固体壁时的热传递过程,就是热对流和导热联合用的热量传递过程,称为表面对流传热,简称对流传热。 5.辐射传热:物体不断向周围空间发出热辐射能,并被周围物体吸收。同时,物体也不断接收周围物体辐射给它的热能。这样,物体发出和接收过程的综合结果产生了物体间通过热辐射而进行的热量传递,称为表面辐射传热,简称辐射传热。 6.总传热过程:热量从温度较高的流体经过固体壁传递给另一侧温度较低流体的过程,称为总传热过程,简称传热过程。 7.对流传热系数:单位时间单位传热面当流体温度与壁面温度差为1K 是的对流传热量,单位为 W /(m2·K) 。对流传热系数表示对流传热能力的大小。 8.辐射传热系数:单位时间单位传热面当流体温度与壁面温度差为1K 是的辐射传热量,单位为 W /(m2·K) 。辐射传热系数表示辐射传热能力的大小。 9.复合传热系数:单位时间单位传热面当流体温度与壁面温度差为1K 是的复合传热量,单位为 W /(m2·K) 。复合传热系数表示复合传热能力的大小。 10.总传热系数:总传热过程中热量传递能力的大小。数值上表示传热温差为 1K 时,单位传热面积在单位时间的传热量。 二、填空题 1. 热量传递的三种基本方式为 (热传导、热对流、热辐射) 2. 热流量是指单位是。热流密度是指 ,单位是。 (单位时间所传递的热量, W ,单位传热面上的热流量, W/m2) 3. 总传热过程是指 (热量从温度较高的流体经过固体壁传递给另一侧温度较低流体的过程,总传热系数 ) 4. 总传热系数是指 (传热温差为 1K 时,单位传热面积在单位时间的传热量, W /(m2·K) ) 5. 导热系数的单位是 ;传热系数的单位是。 (W /(m·K) , W /(m2·K) , W /(m2·K) ) 6. 复合传热是指 ,复合传热系数等于之和,单位是。 (对流传热与辐射传热之和,对流传热系数与辐射传热系数之和, W /(m2·K) ) 7. 单位面积热阻 r t 的单位是 ;总面积热阻 R t 的单位是。 (m 2·K/W, K/W) 8. 单位面积导热热阻的表达式为 (δ/λ) 9. 单位面积对流传热热阻的表达式为 (1/h) 10. 总传热系数 K 与单位面积传热热阻 r t 的关系为。 (r t =1/K) 11. 总传热系数 K 与总面积 A 的传热热阻 R t 的关系为。
、室内一根水平放置的无限长的蒸汽管道，其保温层外径d=583 mm，外表面 实测平均温度及空气温度分别为，此时空气与管道外 表面间的自然对流换热的表面传热系数h=3.42 W /(m2 K),墙壁的温度近似取为 室内空气的温度，保温层外表面的发射率 问：(1)此管道外壁的换热必须考虑哪些热量传递方式； (2)计算每米长度管道外壁的总散热量。(12分) 解： (1)此管道外壁的换热有辐射换热和自然对流换热两种方式。 (2)把管道每米长度上的散热量记为qi 当仅考虑自然对流时，单位长度上的自然对流散热 q i,c =二d h t =二dh (j - t f ) = 3.14 0.583 3.42 (48 - 23 ) 二156 .5(W / m) 近似地取墙壁的温度为室内空气温度，于是每米长度管道外表面与室内物体及墙壁 之间的辐射为： q i厂d (T； -T；) = 3.14 0.583 5.67 10》0.9 [(48 273)4-(23 273)4] = 274.7(W /m) 总的散热量为q i = q i,c +q i,r = 156.5 +274.7 = 431.2(W/m) 2、如图所示的墙壁，其导热系数为50W/(m- K),厚度为50mm在稳态情况下的 墙壁内的一维温度分布为：t=200-2000x 2，式中t的单位为°C, x单位为m 试 求： t (1) 墙壁两侧表面的热流密度； (2) 墙壁内单位体积的内热源生成的热量 2 t =200 —2000x
解：(1)由傅立叶定律: ① dt W q ' (―4000x) = 4000二x A dx 所以墙壁两侧的热流密度： q x _. =4000 50 0.05 =10000 (1)由导热微分方程 茫?生=0得: dx 扎 3、一根直径为1mm 勺铜导线，每米的电阻为2.22 10 。导线外包有厚度为 0.5mm 导热系数为0.15W/(m ? K)的绝缘层。限定绝缘层的最高温度为 65°C,绝 缘层的外表面温度受环境影响，假设为40°C 。试确定该导线的最大允许电流为多 少？ 解：(1)以长度为L 的导线为例，导线通电后生成的热量为I 2RL ,其中的一部分 热量用于导线的升温，其热量为心务中：一部分热量通过绝热层的 导热传到大气中，其热量为：门二 1 , d In 2 L d 1 根据能量守恒定律知：l 2RL -门 述二厶E = I 2RL -门 即 E = — L dT m = I 2RL - t w1 _tw2 4 di 1 , d 2 In 2 L d 1 q v 、d 2t ——' 2 dx =-(7000)= 4000 50 二 200000 W/m 3 t w1 - t w2 。 2 q x 卫=4000.： 0 = 0
【2-1】一食品冷藏室由内层为19 mm 厚的松木，中层为软木层，外层为51 mm 厚的混凝土所组成。内壁面温度为-17.8 ℃,混凝土外壁面温度为29.4 ℃。松木、软木和混凝土 的平均热导率分别为, 3, W/(m ·K)，要求该冷藏室的热损失为15W/m 2。求所需软木的厚度 及松木和软木接触面处的温度。 解：三层平壁的导热。 1）所需软木的厚度2b 由 ∑=-=3141i i i b T T q λ 得 151 .0019.00433.0762.0051.08.174.29152+++=b 解得： m b 128.02= 2）松木和软木接触面处的温度3T 由 151 .0019 .08.17153+==T q 解得：9.153-=T ℃ 解题要点：多层平壁热传导的应用。 【2-2】为减少热损失，在外径为150 mm 的饱和蒸汽管道外加有保温层。已知保温材料的热导率λ=+ 198 T(式中T 为℃),蒸汽管外壁温度为180 ℃,要求保温层外壁温度不超过 50 ℃,每米管道由于热损失而造成蒸汽冷凝的量控制在1×10-4 kg/(m ·s)以下,问保温层厚 度应为多少(计算时可假定蒸汽在180 ℃下冷凝)。 解：保温层平均热导率为： )./(126.02 501801098.1103.04K m W =+??+=-λ 由于本题已知的是蒸汽管道外壁面温度，即保温层内壁面温度，故为一层导热。 由 )()(21 221r r Ln T T L Q -=λπ 得： )()(21 221r r Ln T T L Q -=πλ （1）
式中：m W L Wr L Q /9.2011 103.20191013 4=???==- 将其及其它已知数据代入式（1）得： )075 .0()50180(126.029.2012r Ln -??=π 解得：m r 125.02= mm m 5005.0075.0125.0==-=∴δ壁厚 解题要点：单层圆筒壁热传导的应用。 【2-8】烤炉内在烤一块面包。已知炉壁温度为175 ℃，面包表面的黑度为,表面温度 为100 ℃,表面积为 5 m 2，炉壁表面积远远大于面包表面积。求烤炉向这块面包辐射 传递的热量。 解：两物体构成封闭空间，且21S S <<，由下式计算辐射传热量： W T T S Q 0.65)448373(0645.085.01067.5) (448424111012-=-????=-=-εσ 负号表示炉壁向面包传递热量。 解题要点：辐射传热的应用，两个灰体构成的封闭空间。 【2-10】在逆流换热器中，用初温为20 ℃的水将 1.25 kg/s 的液体［比热容为 kJ/(kg ·K)、密度为850 kg/m 3］由80 ℃冷却到30 ℃。换热器的列管直径为Φ25 mm ×2.5 mm,水走管内。水侧和液体侧的对流传热系数分别为850 W/（m 2·K ）和1 700W/（m 2·K ）, 污垢热阻可忽略。若水的出口温度不能高于50 ℃，求水的流量和换热器的传热面积。 解：传热量为 W T T c W Q h h ph h 33211075.118)3080(109.125.1) (?=-???=-= 又 )(12c c pc c T T c W Q -= s kg T T c Q W c c pc c /9454.0)2050(10187.41075.118)(33 12=-???=-=∴ 即冷水流量为s kg /9454.0。 取管壁的热导率 )./(45K m W =λ，则有