传热学习题集汇编9.doc

【精品文档】如有侵权，请联系网站删除，仅供学习与交流传热学习题集汇编9.精品文档.个人总结，仅供参考I.对传热学基本原理的理解：1. 简述格林函数求解热传导问题的思想格林函数法解热传导问题是将问题( I)中的热源项 g ( r , t) ,边界条件项 f i( r , t)及初始条件项 F( r)都看成外部扰动源 ,是这些源的作用产生了表征量的场.为求这些源联合作用产生的温度场 ,先求点源的场 ,即先求问题( I)的辅助问题( II)的解 基本解.将上述三种源按点源的场分布进行叠加, 从而把求一般热传导问题的解转化为求基本解. 基本解一旦求得, 温度场即可确定。2. 强迫流动换热如何受热物性影响？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。3. 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？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。4 传热学和热力学中的热平衡概念有何区别？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。5. 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？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。6. 在流动换热一章中为什么要引入流动边界层和热边界层概念？边界层的引入有何价值1、运用数量级分析的方法可以对NavierStokes方程作实质性的简化。2、层流边界层是热阻最大的区域，边界层承担了所有热阻，对边界层研究有利于传热的强化和削减。湍流边界层受粘性底层的影响，可以更好的研究温度均匀性。3、热边界与流动边界层之间的类比。7. 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？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。8. 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? 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。9. 微细尺度通道中的流动传热与常规尺度通道中的，流动传热相比较有何差异(1)控制过程的作用力会发生变化。（2）表面粗糙度的影响更为突出。（3）通道固壁的导热影响更为明显。（4）可压缩性会产生重要的影响。（5）气体稀薄性的影响必须考虑10.小空间自然对流换热与大空间自然对流换热的差别？大空间自然对流的热边界层的发展不受干扰或阻碍，不拘泥于几何上的很大或无限大。在小空间自然对流中，边界层的发展受到干扰，或者流体的流动受到限制，使其换热规律有别于大空间的情形。11.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 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525 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。12. 在传热学和流体力学中，常常用定理来整理量纲关联式，但仔细研究可发现，量纲关联式并没有减少变量数目，因此有观点认为，量纲关联式这种方法只不过是简单的公式变换，你认为这种观点是否正确？量纲分析法具有方法简单，不必列出微分方程，只要知道影响因素。不但知道基本热物性参数，还能知道与层流稳流等有关系。13.为什么传热学中的流动换热计算采用相似准则关联式来进行讨论？由于对流传热的影响因素很多，例如 所表示的管内对流传热的平均表面传热系数受到6个因素的影，为了减少实验次数又能获得具有通用性的规律，采用相似准则，并对相似性进行研究。14. 我们经常用Q=hA·t.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？ 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。15. 简谈对流换热系数h与传热系数K的差别对流换热系数h是单方面的固体壁面与气体的换热，而K是综合的换热系数，还包括导热，对流等换热。17. 湍流换热NS方程与层流换热NS方程的主要差别，在湍流换热下，影响换热最重要的因素是什么？，在湍流换热下，影响的主要因素是脉动量的影响。18. 换热器校核计算和选型计算的基本思路校核计算式对已有的或已选定了换热面积的换热器，在非设计工况条件下核算它能否胜任规定的换热任务；选型计算式设计一个新的换热器，以确定换热器所需的换热面积。19. 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.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（）壁面过热度小，壁面上没有气泡产生。当加热壁面的过热度后，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，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。20. 简述热管的基本原理热管沿纵向分成蒸发段和冷凝段，根据需要也可在中间加一绝热段。热管的横断面由管壳、管芯及蒸气腔组成。抽尽管内空气并注入一定量的工质，再将管壳密封。管芯为多孔毛细结构，孔道内充满液态工质。蒸气腔内容纳工质的饱和蒸气。工作时，外部热量自蒸发段传入，使蒸发段管芯内的工质吸热蒸发变成蒸气而流向冷凝段，并在冷凝段管芯表面凝结，释放出气化潜热,传出管外。在冷凝段凝结下来的液体工质,因管芯内的毛细压差重新流回蒸发段。如此继续循环，不断将热量自热管的一端传到另一端。热管利用蒸发-凝结过程传递热量，两端温差很小，所以热管具有非常高的有效热导，它的传热能力相当于同等截面铜棒的数百倍。热管的热阻很低，可获得极好的等温性。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？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。 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? 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？ty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。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。6有一台钢制换热器，热水在管内流动，加热管外空气。有人提出，为提高加热效果，采用管外加装肋片并将钢管换成铜管。请你评价这一方案的合理性。该换热器管内为水的对流换热，管外为空气的对流换热，主要热阻在管外空气侧，因而在管外加装肋片可强化传热。注意到钢的导热系数虽然小于铜的，但该换热器中管壁导热热阻不是传热过程的主要热阻，因而无需将钢管换成铜管。7干燥物料有很多种方式：比如热风干燥、微波干燥、红外干燥等，目前常用的是热风干燥，但热风干燥的缺点是耗能大、表面易起皮和开裂，试从传热传质的角度来分析这一现象热量从高温热源以各种方式传递给湿物料，使物料表面湿分汽化并逸散到外部空间，从而在物料表面和内部出现湿含量的差别。但是为了使内部湿量逐步往外走，就要加大能耗，使的表面温度更高，变干。8. 有人存在这样的观点：由于工质冷凝和沸腾换热系数很高，因此无需进行沸腾和冷凝换热强化随着工业的发展，特别是高热负荷的出现，相变传热（沸腾和凝结）的强化日益受到重视并在工业上得到越来越多的应用。一般认为凝结换热系数很高，可以不必采用强化措施。但对氟里昂蒸汽或有机蒸汽而言，氟利昂是低沸点工质，潜热很小，沸腾换热系数和它们的凝结换热系数比水蒸气小的多。9. 试举出强迫对流换热(水)100015000，自然对流换热（空气）3110，凝结换热（水）珠状凝结，膜状凝结，沸腾换热（水）25002500000的冲击射流冷却（水）换热系数数量级。10. 有一冷凝管，里面是温度较低的水，蒸汽在管外表面冷凝，冷凝管可竖直放置与水平放置，你认为哪一种效果更好？水平放置效果好，因为冷凝管主要的热阻是液膜，水平放置由于冷凝后因动力滴落下来。而竖直放置会使液膜变后。11. 以硅为基底的MEMS微传热被认为是一种非常有潜力的适合于信息、航空航天、生物等高技术领域的传热技术，通常采用液体沸腾的两相流技术达到冷却的目的。然而，由于MEMS工艺使得表面极其光滑，与不锈钢等常规材料相比，液体在通道内的沸腾变得异常困难，甚至加热到180摄氏度仍然不会沸腾，而此时的硅基芯片由于超高温度已经烧毁。试从沸腾换热的原理对上述现象进行解释壁面上的凹坑、细缝、裂穴等最容易最有可能成为汽化核心，若表面过于光滑很难有汽化核心，从而不容易沸腾12. 地源热泵是一种冬天非常节能的采暖设备，其主要原理是利用冬季土壤较高的温度特点，在地源热泵系统中，主要通过埋管式换热器获取土壤中的热量。但奇怪的是：埋管换热器一般要在土壤深处30米，而且地源热泵在北方干旱地区很少应用，为什么？因为在北方地区温度比较低，土壤30米处，温度仍然很低，北方又很干旱，土壤含水量较低，易受寒冷空气的影响，总之，土壤30米处温度不稳定，有可能还是冻土。13. 试比较水和氟里昂的沸腾换热系数，为什么会有如此大的差别？ 氟利昂的导热系数比水小，是因为氟利昂的沸点比水低得多，零下30度就沸腾，而水要100度。相变换热靠汽化潜热传热热量，氟利昂的汽化潜热一般只有水的十分之一，所以氟利昂的相变换热系数比水相变换热系数小的多。14.仔细研究书上流体与固壁的换热，可发现对流换热公式与固壁物性无关，因此有观点这样认为：对于电脑CPU上用的翅片散热器用不同导热系数的材料制作，最终散热效果相同，你认为是否如此？为什么?不对，还有导热换热，导热换热与材料的导热系数有关。传热系数K 随着翅片导热系数的增大而增大, 并且其增大速度随着翅片导热系数的增大而减慢, 最终趋向一恒定值。15画出底部带有电加热片的翅片散热器热阻图，试分析热阻最大的环节，如何加以改善？三部分，一个是接触热阻，可能是最大环节，其次是导热热阻，再者是含肋片效率的热阻。16. 什么是灰体？实际中物体在什么样的情况下可以视为灰体？灰体是指物体单色辐射力与同温度下黑体单色辐射力随波长的变化曲线相似，或者单色发射率不随波长变化的物体。实际物体在红外线波段范围内可近似地被视为灰体17. 太阳能集热器吸热表面选用具有什么性质的材料为宜? 为什么?太阳能集热器是用来吸收太阳辐射能的，因而其表面应能最大限度地吸收投射来的太阳辐射能，同时又保证得到的热量尽少地散失，即表面尽可能少的向外辐射能。但太阳辐射是高温辐射，辐射能量主要集中于短波光谱(如可见光)，集热器本身是低温辐射，辐射能量主要集中于长波光谱范围(如红外线)。所以集热器表面应选择具备对短波吸收率很高，而对长波发射(吸收)率极低这样性质的材料。18简述常规玻璃在冬天和夏天对封闭室内环境的影响，为什么？冬季和夏季其内的温度明显高于外界温度，因为玻璃对太阳辐射具有强烈的选择性吸收的缘故。由于大部分太阳辐射能穿过玻璃进入有吸热面的腔内，而吸热面发出的常温下的长波辐射却被玻璃阻隔在腔内，从而产生温室效应。19. 试用所学的传热学知识说明用热电偶测量高温气体温度时，产生测量误差的原因有哪些?测得的温度比实际温度高还是低，可以采取什么措施来减小测量误差？在高温下使用的热电偶，如果被测介质为气态，那么保护管表面沉积的灰尘等将烧熔在表面上，使保护管的热阻抗增大，由于高温气体对热电偶的辐射换热（低温气体无此效应），使得热电偶测得的温度比实际温度高，导致误差很大，所以测高温气体温度时，最好在热电偶周围加一遮挡罩。20 辐射换热装置的肋片与对流换热装置的肋片在结构上有何差异？ 辐射换热肋片不能太密，而且肋片方向沿轴向，这样各表面发出的辐射能量就不会相互遮挡21. 汽车发动机冷却系统目前主要是通过液冷循环系统散热，但仔细研究可以发现：发动机汽缸套的热量传给冷却液后，最终还需风扇散发至环境中。有观点认为：这样做多此一举，直接用风扇对汽缸套冷却不就OK啦, 你认为这种观点是否正确？（结构布置的困难先不考虑）不对，面积大的传热系数要求就小，但是发动机的面积很小，换热系数要求高，就需要用高速风扇，会带来噪音，并且耗能大。所有用水冷。22. 南方地区家里冬天取暖，可采用空调、油汀、辐射式电暖器等，你更喜欢哪一种，从传热学的角度谈谈原因显然是油汀电暖器。单从传热学的角度说，空调采暖主要依靠对流换热，而且空调风口的设计一般都比较高，不利于采暖；油汀电暖器和辐射式电暖器都是通过辐射方式进行采暖，只是发热的原理不同。此外，油汀的发热量大，即使在突然停电时也会很长时间内保持一定的温度。油汀表面温度比较低，一般不超过85，可防止灼伤。23. 现有两个建筑，一个墙体材料是混凝土，另一个墙体材料是钢铁（比如船上的房间），如现在希望了解每一小时房间与外界的换热量，在计算方法上有何差异？墙体材料是混凝土时，需考虑蓄热的影响，应采用非稳态计算方法或冷负荷系数法；墙体材料是钢铁时，无需考虑蓄热的影响，可直接采用稳态计算方法；24为什么锅炉中高温过热器一般采用顺流式和逆流式混合布置的方式？因为在一定的进出口温度条件下，逆流的平均温差最大，顺流的平均温差最小，即采用逆流方式有利于设备的经济运行。 但逆流式换热器也有缺点，其热流体和冷流体的最高温度集中在换热器的同一端，使得该处的壁温较高，即这一端金属材料要承受的温度高于顺流型换热器，不利于设备的安全运行。所以高温过热器一般采用顺流式和逆流式混合布置的方式，即在烟温较高区域采用顺流布置，在烟温较低区域采用逆流布置。 25，试画出层流和湍流两种情况下圆柱绕流局部换热系数随角度的变化 查书26. 从热设计的角度简谈我国不同地区建筑的特点（可上网查询）27. 现有一热管对平面热源进行散热，蒸发端与热源紧密接触，冷凝端靠空气自然对流冷却试画出整体热阻图，问哪些环节热阻最大，如何进行改善？28实验装置中有一金属板，板面温度低于空气露点温度，并维持不变，试问如何计算金属板与空气之间的换热量? 湿空气与板面之间主要是自然对流换热和冷凝换热假定冷板表面温度为, 空气温度为，由于湿空气和金属冷板之间的传热包括显热和热。可采用热质交换原理一书中的麦凯尔方程式： 代表湿空气温度为的焓，代表紧靠板面水膜饱和空气（饱和温度为）的焓。而hmd代表以含湿量为基准的传质系数，它与显热换热系数的关系可由刘易斯关系式给出： 而显热换热系数可由温差为-的自然对流换热系数给出。29. 试简述笔记本电脑热设计的要点（可上网查询）一是通过笔记本的内部结构改造，如目前采用的双核技术可以加大cpu的散热面积；    又如IBM笔记本采用的双散热管系统方式，核心是散热管。二是更加科学的风扇散热设计，将风扇由原来的垂直于主板改为平行于主板，这种设计    不受机身厚度限制，可以采用比较大的风扇，提高散热效率。同时利用一些散热孔    和风道导流设计加强散热。三是使用导热性好的镁铝合金外壳技术也是解决笔记本散热的有效补充。30. 随着汽车、制冷系统等行业的发展，换热器的紧凑化问题显得日益重要，试比较管壳式换热器、管翅式换热器、板式换热器的换热面积密度数量级；但是紧凑式换热器都有共同的缺点，即流动阻力(水头损失)太大，试问紧凑式换热器在实际运行过程中如何解决这一问题？每立方米体积中的传热面积即传热面积密度来衡量。一般情况管壳式换热器换热器<板式换热器<管翅式换热器。垂直折流板会形成流动死去，使用螺旋折流板换热器，折流板成螺旋状，使壳侧流体沿着壳体的轴线螺旋状地进行。由于连续的螺旋折流制造加工困难，一般将一个螺旋分割成为4块首位相接的扇形。计算题汇编：1.【换热器选型计算】有一台1-2型管壳式换热器（壳侧1程，管侧2程）用来冷却11号润滑油。冷却水在管内流动，流量为3kg/s；可认为管壳式换热器是一种交叉流换热，热油的进出口温度为：。试计算：油的流量；所传递的热量；所需的传热面积。解: (1) 油的流量: 查得润滑油及水的比热分别为：c1=2148 J/kg；c2=4174 J/kg 则: (2) 所传递的热量:(3) 所需的传热面积:由图10-23： 查得： y=0.9Dtm=44.8×0.9=40.32 2. 【换热器设计】压力为1.5×105Pa的无油饱和水蒸汽在卧式壳管式冷凝器的壳侧凝结。经过处理的循环水在外径为20mm、厚为1mm的黄铜管内流过，流速为1.4m/s，其温度由进口出处的56升高到出口处的94。黄铜管成叉排布置，在每一竖直排上平均布置9根。冷却水在管内的流动为两个流程，管内已积水垢。试确定所需的管长、管子数及冷却水量。=1.2×107W。解：(1)平均传热温差： 由附录10查得饱和蒸汽温度为111.32，则：(2)管外凝结换热系数： 设管外壁温度tw=105，则tm=(111.32+105)/2=108.2 由附录查得凝结水物性参数： 由公式6-4：=8809 (W/m2)(3)管内换热系数： tf=(56+94)/2=75 由附录查得水物性参数:(4) 热阻：蒸汽侧污垢热阻：r0=0.0001 ; 水侧污垢热阻： ri=0.0002管壁热阻：(黄铜 l=131 W/m)(5) 传热系数：由传热方程：q1=kDtm=1743×32.72=57030 (W/m2)由凝结换热: q2=h0Dt=8809×(111.32-105)=55673 (W/m2)q1与q2仅相差 2% ; 上述计算有效。(6) 传热面积：(7) 冷却水量：（查附录10：cp=4191 J/kgK）(8) 流动截面：（查附录10：=974.8 kg/m3） 单程管数： (根) 两个流程共需管子434根。 管子长度： (m)7【热平衡温度计算】白天，投射到大的水平屋顶上的太阳照度Gx1100W/m2，室外空气温度t127，有风吹过时空气与屋顶的表面传热系数为h25W/(m2·K)，屋顶下表面绝热，上表面发射率0.2，且对太阳辐射的吸收比 s0.6。求稳定状态下屋顶的热平衡温度。设太空温度为绝对零度。解：如图所示， 稳态时屋顶的热平衡：对流散热量:辐射散热量:!太阳辐射热量:代入(1)中得:采用试凑法，解得10.【相似模型实验】对燃气轮机叶片冷却的模拟试验表明，当温度为t1=35的气流以u1=60m/s的速度吹过特性尺度l1=0.15m、壁温tw1=300的叶片时，换热量为1500W。试据此数据来估算同样温度的气流以u2=40m/s的速度流经特性尺度l2=0.225m的叶片(tw2=340)时，叶片与气流间所交换的热量。设两种情形下叶片均可作为二微问题处理，计算可对单位长度叶片进行. 解: 按题意叶片作为二微问题处理，这样换热面积正比与线性尺度，即以单位长度叶片作比较，于是，实物与模型中的热交换量有下列关系： 而在模型与实物中: 因为： 所以: ?根据模型与实物相似: Nu1=Nu2于是： =1726.4 W 叶片与气流间交换的热量为1726.4W。14. 一蒸汽冷凝器，内侧为ts=110的干饱和蒸汽，汽化潜热r =2230kJ/kg，外侧为冷却水，进出口水温分别为30和80，已知内外侧换热系数分别为104W/m2·K，及3000 W/m2·K，该冷凝器面积A=2m2，现为了强化传热在外侧加肋，肋壁面积为原面积的4倍，肋壁总效率=0.9，若忽略冷凝器本身导热热阻，求单位时间冷凝蒸汽量。解：对数平均温差：，传热系数单位时间冷凝蒸汽量：