热05标准试卷答案纸

南京工业大学传热学试题（ A ）卷试题标准答案2007—2008 学年第一学期使用班级热能0501—0502一、解释下列名词或无因次准则数的物理含义。

（每小题2分，共20分）1、Contact Thermal Resistance：接触热阻，是指当两个不同种类的材料贴合在一起的时候，接合面处并没有紧密接触，存在间隙，从而引起的传热热阻。

2、Emissive Power：辐射力，是指单位时间内单位表面积向其半球空间内所有方向辐射出去的全部波长范围内的能量。

3、Diffuse and Gray Surface：漫灰表面，是指物体表面既具有漫反射特性，又是灰体。

4、Critical Diameter of Insulation：临界热绝缘直径，是指管道保温时存在一个临界的保温厚度即保温层的外直径，当保温层的厚度达到该临界热绝缘直径时，管道的散热量达到最大值。

5、Effectiveness of Heat Exchanger：换热器的效能，是指换热器的实际换热量与可能发生的最大换热量的比值。

6、Fouling Resistance：污垢热阻，是指换热表面上由于流体结垢形成垢层，使得在传热过程中有一个附加的热阻。

7、Subcooling Boiling：过冷沸腾，是指液体的主体温度还没有达到压力所对应的饱和温度时的沸腾。

8、Saturated Boiling：饱和沸腾，是指液体的主体温度已经达到压力所对应的饱和温度时的沸腾。

9、Nusselt Number：Nusselt准则数，是指具有温差的流体层的对流换热量与其纯导热量之比。

（或者，是指壁面上流体的无量纲温度梯度。

）10、P randtl Number：Prandtl准则数，是指流体的动量扩散能力与热量扩散能力的比值。

二、简述题（每小题10分，共20分）1、简述保温瓶的原理。

保温瓶的壁面是一个双壁镀银的夹层结构，夹层内是真空，间隙很小。

镀银的目的就是减小材料的表面发射率，从而减小辐射散热量，起到保温的作用。

抽真空的目的是减小间隙内物质的导热和对流换热量，从而也减小散热量。

2、简述遮热板削弱辐射传热的原理。

在两个辐射换热的物体之间，插入一个薄板就是遮热板。

其作用就是由于减小了辐射换热的系统发射率，从而减小了原来的两个辐射换热物体之间的辐射换热量，削弱了辐射传热。

二、计算题（每小题15分，共60分）1.试由导热微分方程式0)(1=Φ+λ dr dT r dr d r 出发，推导出常物性、具有均匀内热源的无限长实心圆柱体的单位长度稳态导热量及温度分布的表达式。

已知Φ为常数，外半径r w 处的表面温度为T w 。

解：对0)(1=Φ+λ dr dT r dr d r 积分，得：1221C r dr dT r +Φ-=λ即rC r dr dT 121+Φ-=λ 由边界条件：0,0==dr dT r ，得01=C ，即λr dr dT Φ-= 21 再次积分，得2241C r T +Φ-=λ由边界条件：w w T T r r ==,，得λ422w w r T C Φ+= ，所以⎪⎪⎭⎫ ⎝⎛-Φ+=22214w w w r r r T T λ 单位长度的换热量Φ=Φ 2w r lπ2.一螺旋管式换热器的管子内径mm d 12=，螺旋的曲率半径mm R 75=，管内水的进口温度为201=t ℃，出口温度为622=t ℃，水的平均流速s m u 6.0=，管的平均内壁温度为80℃，试计算所需的螺旋数。

已知水的物性参数为：)(174.4K kg kJ C p ⋅=，)(1053.632K m W ⋅⨯=-λ，31.992mkg=ρ，sm26106564.0-⨯=ν，195.4Pr =。

水流和被冷却面之间的对流换热服从准则方程：⎥⎥⎦⎤⎢⎢⎣⎡⎪⎭⎫ ⎝⎛+=34.08.03.101Pr Re 023.0R d Nu f 。

解：水的定性温度42)6220(21=+=f t ℃4610097.1106564.0012.06.0Re ⨯=⨯⨯==-νud()6.72075.0012.03.101195.410097.1023.03.101Pr Re023.034.08.0434.08.0=⎥⎥⎦⎤⎢⎢⎣⎡⎪⎭⎫ ⎝⎛⨯+⨯⨯⨯⨯=⎥⎥⎦⎤⎢⎢⎣⎡⎪⎭⎫ ⎝⎛+=R d Nu f()K m W d Nu h 226.3843012.01053.636.72=⨯⨯==-λ 换热量)(8.11)2062(6.0012.04174.41.992)(42122kW t t u d C p=-⨯⨯⨯⨯⨯=-=Φππρ所需管长度)(1.2)4180(12.06.384310008.11m t d h L =-⨯⨯⨯⨯=∆Φ=ππ所需螺旋数5.4075.021.22=⨯==ππR L m （圈） 3.使用13℃的水冷却从分馏器出来的80℃的饱和苯蒸汽。

水的流量为skg5，水的比热为)(174.4K kg kJ C p ⋅=，苯的汽化潜热为kgkJ5.394，苯液的比热为)(758.1K kg kJC p ⋅=。

已知换热器的总传热系数为)(11402K m W ⋅。

试求使skg1的饱和苯蒸汽凝结并过冷到47℃分别采用顺流和逆流两种方式所需的换热面积。

解：4.解：平板1单位面积上的净辐射换热量为：)(41424341ρσεστσσT T T T q ++-=南京工业大学传热学试题（ B ）卷试题标准答案2007—2008 学年第一学期使用班级热能0501—0502一、解释下列名词或无因次准则数的物理含义。

（每小题2分，共20分）1、Thermal Conductivity：导热系数，是表征材料导热能力大小的物理性质参数。

2、Fin Efficiency：肋效率，是指肋表面的实际传热量与假如整个肋片处于肋基温度下的最大传热量之比。

3、Black Body：黑体，是指能全部吸收外来辐射能的理想物体。

4、Absorptivity：吸收比，是指物体所吸收的辐射能占所有外来的投入辐射能百分数。

5、Parallel Flow：顺流，是指在换热器内冷热流体的流动方向一致的流动方式。

6、Film Condensation：膜状凝结，是指蒸汽在一个冷表面凝结时，凝结液以液膜的形式俯在冷表面上。

7、Natural Convection：自然对流，是指流体的流动是由于流体内部的密度差引起的。

8、Forced Convection：强迫对流，是指流体的流动是由于外界压力所驱动的。

9、Biot Number：是指物体内部的导热热阻与边界上的对流换热热阻之比。

10、G rashof Number：是指自然对流时流体所受到的浮力与粘性力之比。

二、简述题（每小题10分，共20分）1、简述传热过程的强化原则。

要强化一个传热过程，首先必须分析比较传热过程所包含的各个环节的热阻大小，找出分热阻最大的环节进行强化，这样的效果最为明显。

2、介质中存在不凝性气体时，分别对凝结和沸腾过程产生什么样的影响，为什么？不凝性气体的存在，对凝结会起到减弱的作用，因为不凝性气体对蒸汽分子向冷表面的扩散增加了阻力。

不凝性气体的存在，对沸腾会起到加强的作用，因为在沸腾开始时不凝性气体附在壁面上，使得附着点处容易成为汽化核心，有利于气泡的生长，并且其逸出对液体起到扰动作用，增强了沸腾传热。

三、计算题（每小题20分，共60分）1.一双层玻璃窗由两层厚6mm 的玻璃及其间的空气隙组成，空气隙的厚度8mm ，假设面向室内的玻璃表面温度和面向室外的玻璃表面温度分别为20℃和－20℃，试确定双层玻璃窗的热损失。

如果采用单层玻璃窗，其他条件不变，其热损失是双层玻璃窗的多少倍？玻璃窗的表面尺寸是60cm ×60cm 。

不考虑辐射传热及空气间隙中的自然对流，玻璃的导热系数为)(78.0K m W ⋅=λ，空气间隙的导热系数为)(0244.0K m W ⋅=λ。

解：双层玻璃窗，散热量)(9.410244.0008.078.0006.02)20(206.06.022111W t t A Aq aab b =+⨯--⨯⨯=+-==Φλδλδ单层玻璃窗，散热量)(187278.0006.0)20(206.06.02122W t t AAq bb=--⨯⨯=-==Φλδ 比值为7.449.41187212==ΦΦ倍。

2.平均温度为100℃、密度为1.121kg/m 3的空气以1.5m/s 的流速流经内径为25mm 的电加热管内，电加热可视为均匀热流密度边界条件。

已知空气的粘度)(109.216s m kg⋅⨯=-μ，空气的导热系数)(0321.0K m W ⋅=λ，试估算在换热为充分发展区的表面对流换热系数。

解：23005.1919109.21025.05.1121.1Re 6<=⨯⨯⨯==-μρud 是层流。

在恒定热流密度条件下，换热为层流充分发展区时36.4=Nu对流换热系数)(6.5025.00321.036.42K m W d Nu h =⨯==λ 3.饱和苯液被水从77℃冷却到47℃，苯的流量为skg1，比热为)(758.1K kg kJC p⋅=。

冷却水进口温度为13℃，流量skg63.0，比热为)(174.4K kg kJC p⋅=。

已知换热器的总传热系数为)(3102℃m W⋅，试确定在苯液和冷却水逆流、顺流两种情况下的换热器面积。

解：。