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高等传热学考试范围答案

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高等传热学考试范围答案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。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。传热学和热力学中的热平衡概念有何区别?答:工程热力学是温度一样时,到达热平衡,而传热学微元体获得的能量等于热源和进出微元...

高等传热学考试范围答案
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。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。传热学和热力学中的热平衡概念有何区别?答:工程热力学是温度一样时,到达热平衡,而传热学微元体获得的能量等于热源和进出微元体热量之和,热源散热是有温差的。外表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,而发动机缸传热气体辐射却成了主角?答:外表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展,强度逐渐减弱。空气,氢,氧,氮等分子构造称的双原子分子,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常包含有一定浓度的二氧化碳和水蒸气,所以发动机缸要考虑。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容并无差异,你的观点是?答:有差异。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。管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中间近90%的局部,层流入口段的热边界层比较薄,局部外表传热系数比充分开展段高,且沿着主流方向逐渐降低。如果边界层出现湍流,那么因湍流的扰动与混合作用又会使局部外表传热系数有所提高,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。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、构造三者之间的关联答: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5〜25W/〔m2・°C〕,强制对流换热的构造影响了流体的流态、流速分布和温度分布,从而影响了对流换热的效果。流体在管强制流动与管外强制流动,由于换热外表不同,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一样。在自然对流中,流体的流动与换热外表之间的相对位置,对对流换热的影响较大,平板外表加热空气自然对流时,热面朝上气流扰动比较剧烈,换热强度大;热面朝下时流动比较平静,换热强度较小。我们经常用Q=hA^At.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。试简述基尔霍夫定理的根本思想答: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:工1=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〔包括电源的阻在〕和支路电流的乘积〔即电压的代数和〕。用公式表示为:EE=ERI又被称作基尔霍夫电压定律(KVL)。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:沸腾是指在液体部以产生气泡的形式进展的气化过程,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〔At<4°C〕壁面过热度小,壁面上没有气泡产生。当加热壁面的过热度At-40C后,壁面上个别点〔称为汽化核心〕开场产生气泡,汽化核心的气泡彼此互不干扰。随着At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At,传热规律出现异乎寻常的变化。这是因为气泡会聚覆盖在加热面上,而蒸汽排除过程越趋恶化。这时热流密度到达最低,并且温度到达了过热度,是很不稳定的过程。传热学与实际应用利用同一冰箱储存一样的物质时,试问结霜的冰箱耗电量大还是未结霜的冰箱耗电量大?答:当其它条件一样时,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,要到达一样的制冷室温度,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。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展辐射热交换,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,将会与大气进展自然对流换热和辐射对流换热,开场温度下降较快,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方法,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,对流换热外表传热系数较小,占整个传热过程中热阻的主要局部,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。答:该换热器管为水的对流换热,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.枯燥物料有很多种方式:比方热风枯燥、微波枯燥、红外枯燥等,目前常用的是热风枯燥,但热风枯燥的缺点是耗能大、外表易起皮和开裂,试从传热传质的角度来分析这一现象答:热量从高温热源以各种方式传递给湿物料,使物料外表湿分汽化并逸散到外部空间,从而在物料外表和部出现湿含量的差异。但是为了使部湿量逐步往外走,就要加大能耗,使的外表温度更高,变干。有人存在这样的观点:由于工质冷凝和沸腾换热系数很高,因此无需进展沸腾和冷凝换热强化答:随着工业的开展,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。太阳能集热器吸热外表选用具有什么性质的材料为宜?为什么?答:太阳能集热器是用来吸收太阳辐射能的,因而其外表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,即外表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围(如红外线)。所以集热器外表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。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?答: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,不利于设备的平安运行。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。2插流换热,热油的进出口温度为:1•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。冷却水在管流动,2二2°°C'"二5°°C流量为3kg/s;可认为管壳式换热器是一种穿t=100°C,t-二60°C,k二350W/m2°C11。试计算:油的流量;所传递的热量;所需的传热面积。c2=4174J/kg°C解:(1)油的流量:查得润滑油及水的比热分别为:c1=2148J/kgC;GcAt3x4174x(50-20)=4.37(kg/s)2148x(100-60)G=—^22--1cAt那么:11所传递的热量:①=GcAt=3x4174x(50-20)=375.66(kW)222所需的传热面积:t=t"-t'=60-20=40°Cl12=t'-1"=100-50=50。C40-50=44.80CIn50Atm2t-t=―ltIn1-trt"-t'50-20P=t2==0.375t'-1'100-2012t'-t"100-60R=-4==1.333t"-1'50-2022PR=1.333x0.375=0.5由图10-23:查得:1/R=1/1.333=0.75屮=0.9Atm=44.8X0.9=40.32C2.压力为1.5X105Pa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的黄铜管流过,流速为1.4m/s,其温度由进口出处的56°C升高到出口处的94°C。黄铜管成叉排布置,在每一竖直排上平均布置9根。冷却水在管的流动为两个 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,管已积水垢。试确定所需的管长、管子数及冷却水量。①=1.2X107WO解:(1)平均传热温差:由附录10查得饱和蒸汽温度为111.32C,那么:94-56=3272i11132-56ln11132-94(2)管外凝结换热系数:At=m(C)设管外壁温度t=105C,那么tm=(111.32+105)/2=108.2Cw由附录查得凝结水物性参数:p=952.3(kg/m3)l九=0.685(W/m0C)l耳=263.2x10-6(kg/m-s)r=2235(kJ/kg)由公式6-4:h=0.729ogrp2九3ii-耳d(t-1)-nisw1/4=0.7299.8x2235x103x952.32x0.6853263.2x10-6x0.02(111.32-105)x91/4=8809(W/m2C)(3)管换热系数:t=(56+94)/2=75C由附录查得水物性参数:X=0.671(W/moC);v=0.39x10-6(m2/s);Pr=2.38h=0.023-•Re0.8-Pr0.4idf=0.023x0.671(1.4x0.018\0.018J0.39x10-6丿0.8x2.380.4=8552(W/m2oC)(4)热阻:蒸汽侧污垢热阻:r0=O.OOO1;水侧污垢热阻:r=0.0002i管壁热阻:(黄铜九=131W/m°C)dd0.020.02(5)dIn2=In=X^10-6d2妝310.0181传热系数:1k=1ddd+r+h02九d01、dd(1)2In—+——+rdJhi丿1i1=17430/m2°C)+0.0002丿:=1743X32.72=57030(W/msC)1m120f1+0.0001+8x10-6+880918J8552由传热方程:q=kAt1m由凝结换热:q2=h0At=8809X(111.32-105)=55673(W/m2°C)q与q仅相差2%;•••上述计算有效。(6)传热面积:A=①/(kAt)=1.2x107/(1743x32.72)=210m冷却水量:〔查附录10:c=4191J/kgK〕G=—(^)=呻107)=75.35(kg/s)c\”-1,丿419104-56丿p22(8)截面:〔查附录10:p=974.8kg/m3〕G75.35f=-==5.521x0-2丿--u974.8x.4m24f4x552x10-2单程管数:n=--=6_0018=216.9沁217(根)n-d23.1416x0.0182'两个流程共需管子434根。A210管子长度:l===7.7(m)n•-d434x3.1416x0.023—蒸汽管道的保温层外包了油毛毡,外表温度为330K,外径为0.22m。该管道水平地穿过室温为22C的房间,在房长度为6m。试计算蒸汽管道在该房间的总散热量。t57+22解:空气定性温度f=—=39C,选取空气的物性参数,厶v=17.95x10-6,Pr=0.699,X=2.76*10-2W/(m•K),210Gr=gaAtd3=9.8x1/(373+39.5)x(57-22)x0.223=362]2980r=v2(17.95x10-6)Nu=0.48〔GrPr〕i/4=0.48X〔36272980X0.699〕1/4=34.06h=Nu•d/九=34.06X0.22/0.0276=271.5W/(m•K))甲二AhAt=3.14X0.22X6X271.5X(57-22)=39386W4.对于如下列图的构造,试计算以下情形下从小孔向外辐射的能量:〔1〕所有外表均是500K的黑体;〔2〕所有外表均是尸0.6的漫射体,温度均为500K。解:设小孔面积TOC\o"1-5"\h\zHYPERLINK\l"bookmark18"\o"CurrentDocument"A=1n兀d2+兀dH+—兀(d2-d2)=—x3.14x0.042+3.14x0.04x0.04+—x3.14x1(0.042一0.0322)1422421444=—x3.14x0.0322=8.04x10-4m24A=—n兀d2=—x3.14x0.0322=8.04x10一4m22414X=1,AXAXXA2X21=8.25x10-6x1=0.119412112=221,12=A6.732x10-3出2=1++2eAAXeA1122122(1)e=1,T12=2.85w;⑵e=0.6e=1,¥=2.64W1,2T125•白天,投射到一大的水平屋顶上的太阳照度G=1100W/m2,室外空气温度t=27°C,有风吹过时空气与屋顶x1的外表传热系数为h=25W/(m2・K),屋顶下外表绝热,上外表发射率8=0.2,且对太阳辐射的吸收比a=0.6。求s稳定状态下屋顶的热平衡温度。设太空温度为绝对零度。如下列图,w稳态时屋顶的热平衡:江2厂总厂=u对流散热量:锐二祇-写)二巧您-300)辐射散热量:心=^T\-T4/)=0.2x5.67x10^(7^-0)太阳辐射热量:叽二03100二竝用加代入⑴中得:1®X1OF+风旳60采用试凑法,解得7-321^=48-5
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