高等传热学考试范围(答案)

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1.强迫流动换热如何受热物性影响?

答:强迫对流换热与Re和Pr有关;加热与对流的粘性系数发生变化。

2.强化传热是否意味着增加换热量?工程上强化传热的收益和代价通常是指什么?

答:不一定,强化传热是指在一定条件(如一定的温差、体积、重量或泵功等)下增加所传递的热量。工程上的收益是减小换热器的体积节省材料和重量;提高现有换热器的换热量;减少换热器的阻力,以降低换热器的动力消耗等。代价是耗电,并因增大流速而耗功。

3.传热学和热力学中的热平衡概念有何区别?

答:工程热力学是温度相同时,达到热平衡,而传热学微元体获得的能量等于内热源和进出微元体热量之和,内热源散热是有温差的。

4.表面辐射和气体辐射各有什么特点? 为什么对辐射板供冷房间,无需考虑气体辐射的影响,而发动机缸内传

热气体辐射却成了主角?

答:表面辐射具有方向性和选择性。气体辐射的特点:1.气体的辐射和吸收具有明显的选择性。2. 气体的辐射和吸收在整个气体容器中进行,强度逐渐减弱。空气,氢,氧,氮等分子结构称的双原子分子,并无发射和吸收辐射能的能力,可认为是热辐射的透明体。但是二氧化碳,水蒸气,二氧化硫,氯氟烃和含氯氟烃的三原子、多原子以及不对称的双原子气体(一氧化碳)却具有相当大的辐射本领。房间是自然对流,气体主要是空气。由于燃油,燃煤及然气的燃烧产物中通常包含有一定浓度的二氧化碳和水蒸气,所以发动机缸内要考虑。

5.有人在学完传热学后认为,换热量和热流密度两个概念实质内容并无差别,你的观点是?

答:有差别。热流密度是指通过单位面积的热流量。而换热量跟面积有关。

6.管内层流换热强化和湍流换热强化有何实质性差异?为什么?

答:层流边界层是强化管内中间近90%的部分,层流入口段的热边界层比较薄,局部表面传热系数比充分发展段高,且沿着主流方向逐渐降低。如果边界层出现湍流,则因湍流的扰动与混合作用又会使局部表面传热系数有所提高,再逐渐向于一个定值。而湍流是因为其推动力与梯度变化和温差有关,减薄粘性底层,所以强化壁面。

7.以强迫对流换热和自然对流换热为例,试谈谈你对传热、流动形态、结构三者之间的关联

答:对流换热按流体流动原因分为强制对流换热和自然对流换热。一般地说,强制对流的流速较自然对流高,因而对流换热系数也高。例如空气自然对流换热系数约为5~25 W/(m2•℃),强制对流换热的结构影响了流体的流态、流速分布和温度分布,从而影响了对流换热的效果。流体在管内强制流动与管外强制流动,由于换热表面不同,流体流动产生的边界层也不同,其换热规律和对流换热系数也不相同。在自然对流中,流体的流动与换热表面之间的相对位置,对对流换热的影响较大,平板表面加热空气自然对流时,热面朝上气流扰动比较激烈,换热强度大;热面朝下时流动比较平静,换热强度较小。

8.我们经常用Q=hA·Δt.计算强迫对流换热、自然对流换热、沸腾和凝结换热,试问在各种情况下换热系数与

温差的关联?

答:强迫对流的换热系数与Re,Pr有关但与温差无关,自然对流与Gr的0.25次方有关联,即与温差有关,凝结换热换热系数是温差的-0.25次方。

9.试简述基尔霍夫定理的基本思想

答:一、基尔霍夫第一定律:汇于节点的各支路电流的代数和等于零,用公式表示为:

∑I=0

又被称作基尔霍夫电流定律(KCL)。

二、基尔霍夫第二定律:沿任意回路环绕一周回到出发点,电动势的代数和等于回路各支路电阻(包括电

源的内阻在内)和支路电流的乘积(即电压的代数和)。用公式表示为:

∑E=∑RI

又被称作基尔霍夫电压定律(KVL)。

10.简述沸腾换热与汽泡动力学、汽化核心、过热度这些概念的关联

答:沸腾是指在液体内部以产生气泡的形式进行的气化过程,就流体运动的动力而言,沸腾过程又有大容器沸

腾,大容器沸腾时流体的运动是由于温差和气泡的扰动所引起的,沸腾换热会依次出现自然对流区、核态沸腾区、过度沸腾区和膜态沸腾区。当温度较低时(C t 0

4<∆)壁面过热度小,壁面上没有气泡产生。当加热壁面的过热度C t 04≥∆后,壁面上个别点(称为汽化核心)开始产生气泡,汽化核心的气泡彼此互不干扰。随着t ∆进一步增加,汽化核心增加,气泡互相影响,并会合成气块及气柱。在这两个区中,气泡的扰动剧烈,传热系数和热流密度都急剧增大。进一步提高t ∆,传热规律出现异乎寻常的变化。这是因为气泡汇聚覆盖在加热面上,而蒸汽排除过程越趋恶化。这时热流密度达到最低,并且温度达到了过热度,是很不稳定的过程。

II.传热学与实际应用

1.利用同一冰箱储存相同的物质时,试问结霜的冰箱耗电量大还是未结霜的冰箱耗电量大?

答:当其它条件相同时,冰箱的结霜相当于在冰箱蒸发器和冰箱冷冻室(或冷藏室)之间增加了一个附加热阻,

因此,要达到相同的制冷室温度,必然要求蒸发器处于更低的温度。所以,结霜的冰箱耗电量更大。

2. 在深秋晴朗无风的夜晚,草地会披上一身白霜,可是气象台的天气报告却说清晨最低温度为2摄氏度,试解

释这种现象。

答:可从辐射换热以及热平衡温度的角度来分析,由于存在大气窗口(红外辐射能量透过大气层时透过率较高的

光谱段称为大气窗口),因此地面可与温度很低的外太空可进行辐射热交换,这样就有可能使地面的热平衡温度低于空气温度

3.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。当你设计一台换热器,如

果预先考虑结垢的影响,换热器面积将会比理想情况大还是小?

答: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。

4. 一碗水放在空气中散热,其温度随时间的变化估计是何种趋势?为什么?

答 :一碗水放在空气中,将会与大气进行自然对流换热和辐射对流换热,开始温度下降较快,而后逐渐变慢,

最后趋于环境温度。

5.为强化一台冷油器的传热,有人用提高冷却水流速的办法,但发现效果并不显著,试分析原因。

答:冷油器中由于油的粘度较大,对流换热表面传热系数较小,占整个传热过程中热阻的主要部分,而冷却水的

对流换热热阻较小,不占主导地位,因而用提高水速的方法,只能减小不占主导地位的水侧热阻,故效果不显著。