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1、平顶山工学院 20062007 学年第一学期期末考试 传热学试题（A卷） 供热动、建环专业 0714041/2/3/4 , 0724041/2/3/4 班使用 2007 年元月 一、判断题（每题 1 分，共 10 分）： 1、 一个给定的导热过程，其完整的数学描写应包括导热微分方程和边界条件。 （ ） 2、 在气体中，导热是气体分子不规则热运动时相互作用或碰撞的结果。 （ ） 3、 瞬态导热过程必然伴随着物体的加热或冷却过程。 （ ） 4、 一般工业设备的沸腾换热都是在膜态沸腾下进行的。 （ ） 5、 管内受迫对流换热中，常物性流体在热充分发展段的表面传热系数保持不变。 （ ） 6、 自然对流
2、紊流的表面传热系数与定型尺寸无关。 （ ） 7、 两个不同温度的等温面或两条不同温度的等温线绝不会彼此相交。 （ ） 8、 一般情况下水平圆管外的凝结换热不会出现紊流。 （ ） 9、 彼此相似的现象，它们的同名相似准则必定相等。 （ ） 10、 黑体辐射在空间的分布遵循普朗克定律。 （ ） 二、 填空题 （每题 2 分，共 20 分）： 1、流体流过弯曲管或螺旋管时， 对流换热系数会 _ ， 这是由于 _ 2、 描述导热物体内部温度扯平能力的物性量叫 _ ，它的定义式是 _ 。 3、 黑体辐射的角系数具有三个性质，它们是相对性、 _ 、 _ 。 4、 确定导热微分方程的定解条件中有边界条件，
3、常用的有三种：第一类边界条件为 _ _ ，第二类边界条件为 _ 第三类边界条件为已知边界周围流体的温度和表面传热系数。 5、 为了减小热损失，一蒸汽管道外包有两层隔热保温层，从材料利用的经济性出发，导热系数小的材料应 设置在 _ （内侧还是外侧）。 6、 对于一个传热过程，常常在表面传热系数 _ （较大或较小）的一侧，采用肋壁的形 式。肋片效率是指 _ 。 7、 将一碗热稀饭置于一盆凉水中冷却。使稀饭凉得更快一些，下列哪种方法最好？ _ 搅伴碗中的稀饭； 搅伴盆中的凉水； 8、 凝结换热根据凝结液与壁面浸润情况的不同， 分为 _ 与 _ ， 其他条件相同 时， _ 的表面传热系数远高于 _ 9
4、、 宇宙空间可近似的看作 0K 的真空空间。一航天器在太空中飞行，其外表面平均温度为 250K，表面发 射率为 0.7，则航天器单位表面上的换热量是 _ 。 10、 在一定的冷、热流体进出口温度下，换热器不同的流动型式中， _ 的对数平均温差最大， 最小。 三、简答题（每题 5 分，共 30 分）: 1、 夏季在维持 20 C 的室内工作，穿单衣感到舒适，而冬季在保持 22 C 的室内工作时，却必须穿绒衣才觉 得舒服。试从传热的观点分析原因。 2、 在对流温度差大小相同的条件下，在夏季和冬季，屋顶天花板内表面的自然对流换热表面传热系数是否相 同？为什么？ 3、 请分析遮热板的原理及其在削弱辐射
5、换热中的作用。 4、 写岀傅里叶定律的一般表达式，并说明式中各量和符号的物理意义？ 5、 试分析室内暖气片的散热过程，各环节有哪些热量传递方式？（以暖气片管内走热水为例） 6、简述 Nu、Bi、Gr 的物理意义 四、计算题（共 40 分）: 1、 一外径为 0.3m，壁厚为 5mm 的圆管，长为 5m，外表面平均温度为 80 C。200 C的空气在管外横向 掠过，表面传热系数为 80W/（m 2 K）。入口温度为 20 C的水以 0.1m/s 的平均速度在管内流动。如果过程 处于稳态，试确定管外空气与管子之间的对流换热量以及水的出口温度。 水的比定压热容为 4184J/ （kg K） ， 密度
6、为 980kg/m 3。（12 分） 2、 由三层材料组成的加热炉炉墙。第一层为耐火砖。第二层为硅藻土绝热层，第三层为红砖，各层的厚度 及导热系数分别为 d 1 = 240mm ， ?1=1.04W/（m C）， d2 = 50mm, b=0.15W/（m C ）， d3 = 115mm, 甩=0.63W/（m C ）。炉墙内侧耐火砖的表面温度为 1000 C。炉墙外侧红砖的表面温度为 60 C。试计算硅 藻土层的平均温度及通过炉墙的导热热流密度。 （13 分） 3、 两块平行放置的平板平面发射率均为 0.6，其板间距远小于板的宽度和高度， 且两表面温度分别为 427 C， 27 C。试确定：
7、（1 ）板 1 的自身辐射；（2）板 1、2 间的辐射热流密度 q1,2; （3）板 1 的有效辐射；（4） 板 2 的有效辐射；（5）对板 1 的投入辐射；（6）板 1 的反射辐射。（15 分） 一、 判断题（每题 1 分，共 10 分） 1、X 2V 3、“ 4、X 5V 6、“ 7、“ 8、“ 9、“ 10、X 二、 填空题（每题 2 分，共 20 分） 1、增大、流场中引起二次环流而强化换热 ;2、热扩散率， / C 3、 完整性、分解性（可加性） 4、 已知边界面上任意时刻的温度值、已知边界面上任意时刻的热流密度值。 5、内侧 6、小、肋片的实际散热量与假定整个肋片都处在肋基温度时的
8、理想散热量的比值。 7、 8、珠状凝结、膜状凝结（二者可颠倒位置）、珠状凝结、膜状凝结 9、155w/m 210、逆流、顺流 三、 简答题（每题 5 分，共 30 分） 1、 答：首先，冬季和夏季的最大区别是室外温度的不同（ 1 分）。夏季室外温度比室内气温高，因此通过 墙壁的热量传递方向是岀室外传向室内。而冬季室外气温比室内低，通过墙壁的热量传递方向是由室内传 向室外。因此冬季和夏季墙壁内表面温度不同，夏季高而冬季低（ 2 分）。因此，尽管冬季室内温度（22 C） 比夏季略高（20 C），但人体在冬季通过辐射与墙壁的散热比夏季高很多。而人体对冷感的感受主要是散热 量，在冬季散热量大，因此要穿
9、厚一些的绒衣（ 2 分）。 2、 答：冬季和夏季墙壁内表面温度不同，夏季高而冬季低（ 1 分）。在夏季室内空气温度低于屋顶天花板 的温度，tfv tw,在冬季夏季室内空气温度高于屋顶天花板的温度 ，tf tw （1 分）。因此夏季屋顶天花 板内表面的自然对流换热为热面朝下（或冷面朝上） （1 分），而冬季为冷面朝下（或热面朝上） （1 分）， 因此两者自然对流换热表面传热系数不相同，夏季自流对流换热表面传热系数低于冬季（ 1 分）。 3、 答：（1）遮热板是在辐射换热表面之间插入金属 （或固体）薄板，其原理是，遮热板的存在增大了系统中 的辐射换热热阻，使辐射过程的总热阻增大，系统发射率减少，使
10、辐射换热量减少（ 3 分）。 （2）遮热板对于削弱辐射换热具有显著作用，如在两个平行辐射表面之间插入一块同发射率的遮热 板，可使辐射换热量减少为原来的 1/2，若采用发射率较小的遮热板，则效果更为显著（ 2 分）。 4、 答：傅里叶的一般表达式为： q gradt 二门（2 分）。其中：q 是热流密度矢量；入为导 n 热系数，它表示物质导热本领的大小； gradt 是空间某点的温度梯度；n 是通过该点的等温线上的法向单 位矢量，指向温度升高的方向， “-”号表示热量沿温度降低的方向传递。 （3 分） 5、 答：热水T管子内壁：对流换热（1.5 分）；管子内壁T管子外壁：导热（1.5 分）；管子
11、外壁T室内环 境：对流换热和辐射换热（2 分） 6、 答：Nu :表征壁面法向无量纲过余温度梯度的大小，反映对流换热的强弱。 （2 分） Bi:固体内部导热热阻与其界面上的换热热阻之比。 （1 分） Gr :表征自然对流换热中浮升力与粘滞力的相对大小，表示自然对流流态对换热的影响。 四、计算题(共 40 分): 1 答：(1)管外空气与管子之间的对流换热量: 由于过程处于稳态，管外空气所加的热量由管内水带走，因此, 2 叭p（tout tin） u（d 2 ） Cp（tout 其中 Ac为管内流通截面积：A -(d 2 )2 故出口温度为: 硅藻土层的平均温度为: $ 499 C （1 分）
12、2 (6)板 1 的反射辐射hA（tf tw） h dl（tf tw） 80 0.3 5 （200 80） 45239W（6 分） tout 2 吃（d 2）Cp tin 45239 980 0.1 0.066 4184 20 21.7 C（ 6 分） 2、答: t1 t4 2 1259w/m 2 其中，11=1000 C，t4=60 C。 （6 分） t1 q 1 1 t2 得 t2 1 q_ 1 700 C （3 分） 同理，t3 t2 289 C （ 3 分） 3、答：(1 ) E1 Eb1 8168W/m2（2 分） （2） q1,2 Eb1 Eb2 2 （3） q1,2 q1,2 （4） 5638W / m2（ 3 分） Eb1 得 J1 1 9855 W / 2 八 / m （ 3 分） J 2 Eb2 1 2 2得J2 2 4218W/m2 （3 分） (5)对板 1 的投入辐射，即板 2 的有效辐射 J2, 2 J2 4218W/m（2 分） （2 tin） 45239W 或 qj 1J2 (1 )J2 (1 )J2 1687W/m2 (2 分) 2 q 1 J1 E1 1687W / m2