2022年传热学习题及答案讲课稿.pdf

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1、此文档仅供收集于网络，如有侵权请联系网站删除只供学习与交流1. 流动边界层固体壁面附近流体， 由于粘性导致速度急剧变化的薄层称为流动边界层（速度边界层）2. 定性温度用以确定特征数中流体物性的温度称为定性温度。3. 灰体光谱吸收比与波长无关的物体称为灰体。4. 辐射力指单位时间、单位面积的辐射表面向半球空间所有方向所发射的全部波长的总能量。1. 经过白天太阳底下晒过的棉被，晚上盖起来感到暖和，并且经过拍打以后，效果更加明显，试解释原因。 （6 分）答：棉被经过晾晒以后， 可使棉花的空隙进入更多的空气，而空气在狭小的棉絮空间里的热量传递方式主要是导热，由于空气的导热系数较小， 具有良好的保温性能

2、。而经过拍打的棉被可以让更多的空气进入，因而效果更明显。2. 写出傅立叶导热定律表达式，并说明式中各量和符号的物理意义。（6 分）答：ttngradqn其中 q 是热流密度矢量；是到导热系数，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，负号表示热量沿温度降低的方向传递。3. 写出努塞尔数 Nu 与毕渥数 Bi 表达式并比较异同。（6 分）答：从形式上看， Nu 数（hlNu）与 Bi 数（hlBi）完全相同，但二者的物理意义却不同。 Nu 数中 为流体的导热系数，而一般h 未知，因而 Nu 数一般是待定准则。 Nu 数

3、的物理意义表示壁面附近流体的无量纲温度梯度，它表示流体对流换热的强弱。而Bi 数中的为导热物体的导热系数，且一般情况下h 已知，Bi 数一般是已定准则。 Bi 数的物理意义是导热题内部导热热阻（l/ ）与外部对流热阻（ 1/h）的相对大小。4. 厚度等于的常物性无限大平板， 初始温度均匀为t0，过程开始后， 左侧有一定热流密度 qw的热源加热，右侧与低温流体tf相接触（ t0tf） ，表面传热系数h等于常数，所有物性参数已知，写出该导热问题的数学描述。（6 分）答：这是一个沿平板厚度方向的一维非稳态导热问题，其微分方程、 边界及初始条件为微分方程：22ttcx初始条件：00, ,0t xt边界

4、条件：00,xwxqtx精品资料 - - - 欢迎下载 - - - - - - - - - - - 欢迎下载 名师归纳 - - - - - - - - - -第 1 页，共 8 页 - - - - - - - - - - 此文档仅供收集于网络，如有侵权请联系网站删除只供学习与交流,( , )xfxthxtt1.导热微分方程的一般形式为&Vttttcxxyyzz, 当热物性参数为常数时， 上式可表示为222222&Vttttcxyzc；对于常物性参数，无内热源的二维非稳态导热问题可表示为2222tttcxy；对于常物性参数，无内热源的一维稳态导热可表示为220d tdx。2. 多层平壁热流密度计

5、算公式为111nniiittq。3. 供暖系统中暖气片内的热水通过对流方式把热量传到管子内壁, 然后以. 导热 方式热量传到管子外壁， 最后通过对流+热辐射方式，使室内环境温度升高。4. 已知等截面直肋中沿肋高x 过余温度分布与肋根部过余温度0之间关系为)()(0mHchHxmch由此可得肋端部 H过余温度为)(0mHch5. 对流换热的种类按照流动的动力不同可分为强制对流和自然对流。6. 二维稳态导热的有限差分方程1,1,1,1,40mnmnm nm nm nttttt。1. 用装有油的铁套和玻璃水银温度计测量蒸汽管道中的温度，温度计读数为100，套筒根部温度为60，套筒高度H=140mm，

6、壁厚 1mm，铁套导热系数为 58.2W/m.K，铁套外表面与蒸汽间的换热系数为29.1(W/m2K)，试分析温度计读数误差有多大？(10 分) 解 ：温 度计读 得 的温度tH与 压缩 空气 真实 温 度 tf间 的联 系可 表示 为 ：精品资料 - - - 欢迎下载 - - - - - - - - - - - 欢迎下载 名师归纳 - - - - - - - - - -第 2 页，共 8 页 - - - - - - - - - - 此文档仅供收集于网络，如有侵权请联系网站删除只供学习与交流)()(0mHchHxmch当 x=H 时，)()()(00mHchmHchHxmch于是00()()(

7、)1fHHffchchchtttmHttttmHmH周长 U=d，套管壁横截面 Af=d。所以29.10.143.1358.20.001fhUhmHHHA由附表查得 ch(3.13)=11.5, 100 11.560103.811.5 1tf测试获得的温度和实际温度相差3.8。2 一直径为 10cm， 长60cm的钢圆柱体，初始温度为 30， 将其放入炉温为 1200的加热炉中加热，升温到800后方可取出，设圆柱体与炉内烟气之间的复合表面 传 热 系 数 为 110W/(m2.K) ， 钢 的 物 性 参 数 分 别 为c=0.48kJ/(kg.K) ， =7753(kg/m3)， 58.2（

8、W/m.K ）需要多长时间？ (10 分) 解：首先采用集总参数法判据0.05110(/)220.047358.20.10.050.1VVRhh VABiMBiM可以采用集总参数法。2320033110 0.1 0.62 0.051.3 107753480 0.050.680012000.3419exp301200exp1.3 10ln 0.3419825.6s1.3 10ffhAcVtthAttcV解：定性温度： tm(17030)/2=100查附录 5 得：m3.2110-2W/(m) m=23.1310-6m2/s 精品资料 - - - 欢迎下载 - - - - - - - - - -

9、- 欢迎下载 名师归纳 - - - - - - - - - -第 3 页，共 8 页 - - - - - - - - - - 此文档仅供收集于网络，如有侵权请联系网站删除只供学习与交流Prm0.688 空气的体胀系数 av1/T1/373K-1由此计算出：33,1122129.81 31401.8582 10373 23.1310V mmgHtGrv按表 6-1 处于紊流流态， C0.11，n1/3 Num=0.11(Grm Prm)1/3=0.11(1.858210110.688)1/3=554.14 22554.143.21 105.93W/(mC)3mmNuhl45.933 121402

10、.9910 WQhA t4. 有一圆柱体，如下图所示，表面1 温度1550KT，发射率10.8，表面 2 温度2275KT，发射率20.4，圆柱面 3 为重辐射表面，角系数3,10.308X。求表面 1和表面 2 间的辐射换热量(10 分) 解：热阻网络图如下09.03 .0221AA, 18.03.06.03A616. 0308.009.018.01 ,3133, 1XAAX, 384.0616.012, 1X36.0109.08 .08.011R, 06.0109. 04 .04.012R精品资料 - - - 欢迎下载 - - - - - - - - - - - 欢迎下载 名师归纳 - -

11、 - - - - - - - -第 4 页，共 8 页 - - - - - - - - - - 此文档仅供收集于网络，如有侵权请联系网站删除只供学习与交流9.28384.009.01112112XAR0.18616.009. 012313RR1213231116.01128.918.02RRRRW)(1031.40.1606.0136.01)75.25.5(67.524421优先看上面这一部分1. 导温系数，式中式物体的导热系数，和分别为物体的密度和定压比热容。是材料传播温度变化能力大小的指标。2. 流动边界层固体壁面附近流体， 由于粘性导致速度急剧变化的薄层称为流动边界层（速度边界层）3.

12、角系数表面 1 发出的辐射能中落到表面2 上的百分数称为表面1 对表面 2 的角系数。4. 发射率实际物体的辐射力与同温度下黑体辐射力的比值称为实际物体的发射率。1. 写出热扩散率的表达式，并说明其物理意义。（6 分）答：ac热扩散率（导温系数） ，反映了导热过程中材料的导热能力（）与沿途物质储热能力（ c ）之间的关系。a值大，说明物体的某一部分一旦获得热量，该热量能在整个物体中很快扩散。2. 经过白天太阳底下晒过的棉被，晚上盖起来感到暖和，并且经过拍打以后，效果更加明显，试解释原因。 （6 分）答：棉被经过晾晒以后， 可使棉花的空隙进入更多的空气，而空气在狭小的棉絮空间里的热量传递方式主要

13、是导热，由于空气的导热系数较小， 具有良好的保温性能。而经过拍打的棉被可以让更多的空气进入，因而效果更明显。3. 写出努塞尔数 Nu 与毕渥数 Bi 表达式并比较异同。（6 分）答：从形式上看， Nu 数（hlNu）与 Bi 数（hlBi）完全相同，但二者的物理意义却不同。 Nu 数中 为流体的导热系数，而一般h 未知，因而 Nu 数一般是待定准则。 Nu 数的物理意义表示壁面附近流体的无量纲温度梯度，它表示流体精品资料 - - - 欢迎下载 - - - - - - - - - - - 欢迎下载 名师归纳 - - - - - - - - - -第 5 页，共 8 页 - - - - - - -

14、 - - - 此文档仅供收集于网络，如有侵权请联系网站删除只供学习与交流对流换热的强弱。而Bi 数中的为导热物体的导热系数，且一般情况下h 已知，Bi 数一般是已定准则。 Bi 数的物理意义是导热体内部导热热阻（l/ ）与外部对流热阻（ 1/h）的相对大小。4. 厚度等于的常物性无限大平板， 初始温度均匀为t0，过程开始后， 左侧有一定热流密度 qw的热源加热，右侧与低温流体tf相接触（ t0tf） ，表面传热系数h等于常数，所有物性参数已知，写出该导热问题的数学描述。（6 分）答：这是一个沿平板厚度方向的一维非稳态导热问题，其微分方程、 边界及初始条件为微分方程：22ttcx初始条件：00,

15、 ,0t xt边界条件：00,xwxtxq,( , )xfxthxtt1. 供暖系统中暖气片内的热水通过对流方式把热量传到管子内壁, 然后以. 导热 方式热量传到管子外壁， 最后通过对流+热辐射方式，使室内环境温度升高。2. 多层平壁热流密度计算公式为111nniiittq。3.导热微分方程的一般形式为&Vttttcxxyyzz, 当热物性参数为常数时， 上式可表示为222222&Vttttcxyzc；对于常物性参数，无内热源的二维非稳态导热问题可表示为2222tttcxy；对于常物性参数，无内热源的一维稳态导热可表示为220d tdx。精品资料 - - - 欢迎下载 - - - - - -

16、- - - - - 欢迎下载 名师归纳 - - - - - - - - - -第 6 页，共 8 页 - - - - - - - - - - 此文档仅供收集于网络，如有侵权请联系网站删除只供学习与交流4. 已知等截面直肋中沿肋高x 过余温度分布与肋根部过余温度0之间关系为)()(0mHchHxmch由此可得肋端部 H过余温度为)(0mHch5. 对流换热的种类按照流动的动力不同可分为强制对流和自然对流。6. 二维稳态导热的有限差分方程1,1,1,1,40mnmnm nm nm nttttt。1. 某房间墙壁 （从外到内） 由一层厚度为 240mm 的砖层和一层厚度为20mm 的灰泥构成。冬季外

17、壁面温度为-10，内壁面温度为18时。求 1）通过该墙体的热流密度是多少？2）两层材料接触面的温度是多少？已知砖的导热系数=0.7W/(mK)，灰泥的导热系数=0.58W/(mK) 。解：令砖层为 1 层，灰泥层为 2 层。外壁面为 1，内壁面为 2，中间接触面为 3。2 一直径为 10cm， 长60cm的钢圆柱体，初始温度为 30， 将其放入炉温为 1200的加热炉中加热，升温到800后方可取出，设圆柱体与炉内烟气之间的复合表面 传 热 系 数 为 110W/(m2.K) ， 钢 的 物 性 参 数 分 别 为c=0.48kJ/(kg.K) ， =7753(kg/m3)， 58.2（W/m.

18、K ）需要多长时间？解：首先采用集总参数法判据0.05110(/)220.047358.20.10.050.1VVRhh VABiMBiM可以采用集总参数法。精品资料 - - - 欢迎下载 - - - - - - - - - - - 欢迎下载 名师归纳 - - - - - - - - - -第 7 页，共 8 页 - - - - - - - - - - 此文档仅供收集于网络，如有侵权请联系网站删除只供学习与交流2320033110 0.1 0.62 0.051.3 107753480 0.050.680012000.3419exp301200exp1.3 10ln 0.3419825.6s1.

19、3 10ffhAcVtthAttcV3. 某窑炉，侧墙高 3m ，总长 12m ，炉墙外壁壁温 tw=170。已知周围空气温度 tf=30, 试求此侧墙的自然对流散热量。解：定性温度： tm(17030)/2=100查附录 5 得：m3.2110-2W/(m) m=23.1310-6m2/s Prm0.688 空气的体胀系数 av1/T1/373K-1由此计算出：33,1122129.81 31401.8582 10373 23.1310V mmgHtGrv按表 6-1 处于紊流流态， C0.11，n1/3 Num=0.11(Grm Prm)1/3=0.11(1.858210110.688)1/3=554.14 22554.143.21 105.93W/(mC)3mmNuhl45.933 121402.9910 WQhA t4.一大车间中放有一横置管道，长为5m，直径为 119mm，表面温度为 127，发射率（黑度）为 0.6，房间墙壁温度为 27，求其辐射换热量是多少？（共13分）答：此题可以看成一小物体（横置管道）放在一大空间内（大车间）的两灰表面之间的辐射换热问题。精品资料 - - - 欢迎下载 - - - - - - - - - - - 欢迎下载 名师归纳 - - - - - - - - - -第 8 页，共 8 页 - - - - - - - - - -