昆明理工大学工程传热学复习资料.docx

工程传热学问答题1、热水在两根相同的管内以相同流速流动，管外分别采用空气和水进行冷却。经过一段时间后，两管内产生相同厚度的水垢。试问水垢的产生对采用空冷还是水冷的管道的传热系数影响较大?为什么?答：采用水冷时，管道内外均为换热较强的水，两侧流体的换热热阻较小，因而水垢的产生在总热阻中所占的比例较大。而空气冷却时，气侧热组较大，这时，水垢的产生对总热阻影响不大。故水垢产生对采用水冷的管道的传热系数影响较大。2、试述平均温差法(LMTD法)和效能传热单元数法(-NTU法)在换热器传热计算中各自的特点?答：LMTD法和-NTU法都可用于换热器的设计计算和校核计算。这两种方法的设计计算繁简程度差不多。但采用LMTD法可以从求出的温差修正系数t的大小看出所选用的流动形式接近逆流程度,有助于流动形式的选择,这是-NTU法所做不到的。对于校核计算,两法都要试算传热系数,但是由于LMTD法需反复进行对数计算故较-NTU法稍嫌麻烦些,校核计算时如果传热系数已知,则-NTU法可直接求得结果,要比LMTD法简便得多。3、如何考虑肋片高度l对肋壁传热的影响?答：肋高l的影响必须同时考虑它对肋片效率f和肋化系数两因素的作用。l增大将使f降低,但却能使肋面积A2增大,从而使增大。因此在其他条件不变的情况下,如能针对具体传热情况,综合考虑上述两项因素,合理地选取l,使1/(hf)项达一最低值,从而获得最有利的传热系数K值,以达到增强传热的目的。4、肋片间距的大小对肋壁的换热有何影响?答：当肋片间距减小时，肋片的数量增多，肋壁的表面积相应地增大,故肋化系数值增大,这对减小热阻有利;此外适当减小肋片间距可以增强肋片间流体的扰动,使换热系数h相应提高。但是减小肋片的间距是有限的,一般肋片的间距不小于边界层厚度的两倍,以免肋片间流体的温度升高,降低了传热的温差。5、为了简化工程计算，将实际的复合换热突出一个主要矛盾来反映，将其次要因素加以适当考虑或忽略掉，试简述多孔建筑材料导热、房屋外墙内表面的总换热系数、锅炉炉膛高温烟气与水冷壁之间的换热等三种具体情况的主次矛盾。答：通过多孔建筑物材料的导热,孔隙内虽有对流和辐射,但导热是主要的,所以热量传递按导热过程进行计算,孔隙中的对流和辐射的因素在导热系数中加以考虑。房屋外墙内表面的总换热系数是考虑了对流和辐射两因素的复合,两者所起作用相当,因对流换热计算简便,将辐射的因素折算在对流换热系数中较方便些。锅炉炉膛高温烟气与水冷壁之间的换热,由于火焰温度高达1000以上,辐射换热量很大,而炉膛烟气流速很小,对流换热相对较小,所以一般忽略对流换热部分,而把火焰与水冷壁之间的换热按辐射换热计算。6、有一台钢管换热器，热水在管内流动，空气在管束间作多次折流横向冲刷管束以冷却管内热水。有人提出，为提高冷却效果，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、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。答：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。8、对壳管式换热器来说，两种流体在下列情况下，何种走管内，何种走管外？(1)清洁与不清洁的；(2)腐蚀性大与小的；(3)温度高与低的；(4)压力大与小的；(5)流量大与小的；(6)粘度大与小的。答：(1)不清洁流体应在管内，因为壳侧清洗比较困难，而管内可定期折开端盖清洗；(2)腐蚀性大的流体走管内，因为更换管束的代价比更换壳体要低，且如将腐蚀性强的流体置于壳侧，被腐蚀的不仅是壳体，还有管子；(3)温度低的流体置于壳侧，这样可以减小换热器散热损失；(4)压力大的流体置于管内，因为管侧耐压高，且低压流体置于壳侧时有利于减小阻力损；(5)流量大的流体放在管外，横向冲刷管束可使表面传热系数增加；(6)粘度大的流体放在管外，可使管外侧表面传热系数增加。9、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。提示：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。10、试解释并比较换热器计算的平均温差法和NTU法？提示：从平均温压法和NTU法的原理、特点上加以阐述。两种方式都可以用于换热器的设计计算和校核计算，平均温差法是利用平均温差来进行换热器的计算，而NTU法是利用换热器效能与传热单元数NTU来进行换热器计算。平均温压法要计算对数平均温压，而NTU法则要计算热容量比、传热单元数或换热器效能。设计计算时，用平均温差法比用NTU法方便，而在校核计算时，用NTU法比用平均温差方便。11、什么叫换热器的顺流布置和逆流布置?这两种布置方式有何特点？设计时如何选用？提示：从顺、逆流布置的特点上加以论述。冷、热流体平行流动且方向相同称为顺流，换热器顺流布置具有平均温差较小、所需换热面积大、具有较低的壁温、冷流体出口温度低于热流体出口温度的特点。冷、热流体平行流动但方向相反称为逆流，换热器逆流布置具有平均温差大、所需换热面积小、具有较高壁温、冷流体出口温度可以高于热流体的出口温度的特点。设计中，一般较多选用逆流布置，使换热器更为经济、有效，但同时也要考虑冷、热流体流道布置上的可行性，如果希望得到较高的壁面温度，则可选用逆流布置，反之，如果不希望换热器壁面温度太高，则可以选择顺流布置，或者顺、逆流混合布置方式。12、解释为什么许多高效隔热材料都采用蜂窝状多孔性结构和多层隔热屏结构。提示：从削弱导热、对流、辐射换热的途径方面来阐述。高效隔热材料都采用蜂窝状多孔性结构和多层隔热屏结构，从导热角度看，空气的导热系数远远小于固体材料，因此采用多孔结构可以显著减小保温材料的表观导热系数，阻碍了导热的进行；从对流换热角度看，多孔性材料和多层隔热屏阻隔了空气的大空间流动，使之成为尺度十分有限的微小空间。使空气的自然对流换热难以开展，有效地阻碍了对流换热的进行；从辐射换热角度分析，蜂窝状多孔材料或多层隔热屏相当于使用了多层遮热板，可以成倍地阻碍辐射换热的进行，若再在隔热屏表面镀上高反射率材料，则效果更为显著。13、试举出3个隔热保温的措施，并用传热学理论阐明其原理？提示:可以从导热、对流、辐射等角度举出许多隔热保温的例子.例如采用遮热板,可以显著削弱表面之间的辐射换热，从传热学原理上看，遮热板的使用成倍地增加了系统中辐射的表面热阻和空间热阻，使系统黑度减小，辐射换热量大大减少；又如采用夹层结构并抽真空，可以削弱对流换热和导热，从传热角度看，夹层结构可以使强迫对流或大空间自然对流成为有限空间自然对流，使对流换热系数大大减小，抽真空，则杜绝了空气的自然对流，同时也防止了通过空气的导热；再如表面包上高反射率材料或表面镀银，则可以减小辐射表面的吸收比和发射率(黑度)，增大辐射换热的表面热阻，使辐射换热削弱，等等。14、玻璃可以透过可见光，为什么在工业热辐射范围内可以作为灰体处理?提示：可以从灰体的特性和工业热辐射的特点来论述。所谓灰体是针对热辐射而言的，灰体是指吸收率与波长无关的物体。在红外区段，将大多数实际物体作为灰体处理所引起的误差并不大，一般工业热辐射的温度范围大多处于2000K以下，因此其主要热辐射的波长位于红外区域。许多材料的单色吸收率在可见光范围内和红外范围内有较大的差别，如玻璃在可见光范围内几乎是透明的，但在工业热辐射范围内则几乎是不透明的，并且其光谱吸收比与波长的关系不大，可以作为灰体处理。15、什么叫黑体、灰体和白体?它们分别与黑色物体、灰色物体、白色物体有什么区别?在辐射传热中，引入黑体与灰体有什么意义?提示：可以从黑体、白体、灰体的定义和有关辐射定律来阐述。根据黑体、白体、灰体的定义可以看出，这些概念都是以热辐射为前提的。灰色、黑色、白色是针对可见光而言的。所谓黑体、白体、灰体并不是指可见光下物体的颜色，灰体概念的提出使基尔霍夫定律无条件成立，与波长、温度无关，使吸收率的确定及辐射换热计算大为简化，因此具有重要的作用；黑体概念的提出使热辐射的吸收和发射具有了理想的参照物。16、试分析遮热板的原理及其在削弱辐射传热中的作用。提示：可从遮热板能增加系统热阻角度加以说明。(1)在辐射换热表面之间插入金属(或固体)薄板，称为遮热板。(2)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，系统黑度减少，使辐射换热量减少。(3)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黑度的遮热板，可使辐射换热量减少为原来的12，若采用黑度较小的遮热板，则效果更为显著。17、试用传热原理说明冬天可以用玻璃温室种植热带植物的原理。提示：可以从可见光、红外线的特性和玻璃的透射比来加以阐述。玻璃在日光(短波辐射)下是一种透明体，透过率在90以上，使绝大部分阳光可以透过玻璃将温室内物体和空气升温。室内物体所发出的辐射是一种长波辐射红外线，对于长波辐射玻璃的透过串接近于零，几乎是不透明(透热)的，因此，室内物体升温后所发出的热辐射被玻璃挡在室内不能穿过。玻璃的这种辐射特性，使室内温度不断升高。18、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?可以采取什么措施来减小测量误差?提示：用热电偶测温时同时存在气流对热电偶换热和热电偶向四壁的散热两种情况，热电偶的读数小于气流的实际温度产生误差。所以，引起误差的因素：烟气与热电偶间的复合换热小；热电偶与炉膛内壁问的辐射换热大。减小误差的措施：减小烟气与热电偶间的换热热阻，如抽气等；增加热电偶与炉膛间的辐射热阻，如加遮热板；设计出计算误差的程序或装置，进行误差补偿。19、层流时的对流传热系数是否总是小于湍流时的对流传热系数?为什么?提示：该问题同样可以从入口效应角度加以阐述。在入口段边界层厚度从零开始增厚，若采用短管，尽管处于层流工况，由于边界层较薄，对流换热系数可以大于紊流状况。20、为什么横向冲刷管束与流体在管外纵向冲刷相比，横向冲刷的传热系数大?提示：从边界层理论的角度加以阐述：纵向冲刷容易形成较厚的边界层，其层流层较厚且不易破坏。有三个因素造成横向冲刷比纵向冲刷的换热系数大：弯曲的表面引起复杂的流动，边界层较薄且不易稳定；管径小，流体到第二个管子时易造成强烈扰动；流体直接冲击换热表面。21、试比较强迫对流横掠管束传热中管束叉排与顺排的优缺点。提示：强迫对流横掠管束换热中，管束叉排与顺排的优缺点主要可以从换热强度和流动阻力两方面加以阐述：(1)管束叉排使流体在弯曲的通道中流动，流体扰动剧烈，对流换热系数较大，同时流动阻力也较大；(2)顺排管束中流体在较为平直的通道中流动，扰动较弱，对流换热系数小于叉排管束，其流阻也较小；(3)顺排管束由于通道平直比叉排管束容易清洗。22、试举几个强化管内强迫对流传热的方法(至少五个)。提示：通过分析强迫对流换热系数的影响因素及增强扰动、采用人口效应和弯管效应等措施来提出一些强化手段，如增大流速、采用机械搅拌等。23、影响强迫对流传热的流体物性有哪些?它们分别对对流传热系数有什么影响?提示：影响强迫对流换热系数的因素及其影响情况可以通过分析强迫对流传热实验关联式，将各无量纲量展开整理后加以表述。24、在空调房间内，夏季与冬季室内温度都保持在22左右，夏季人们可以穿短袖衬衣，而冬季则要穿毛线衣。试用传热学知识解释这一现象。提示：从分析不同季节时墙体的传热过程和壁温，以及人体与墙表面的热交换过程来解释这一现象（主要是人体与墙面的辐射传热的不同）25、什么是接触热阻?减少固体壁面之间的接触热阻有哪些方法?提示：材料表面由于存在一定的粗糙度使相接触的表面之间存在间隙，给导热过程带来额外热阻称为接触热阻，接触热阻的存在使相邻的两个表面产生温降(温度不连续)。接触热阻主要与表面粗糙度、表面所受压力、材料硬度、温度及周围介质的物性等有关，因此可以从这些方面考虑减少接触热阻的方法，此外，也可在固体接触面之间衬以导热系数大的铜箔或铝箔等以减少接触热阻。）26、试写出直角坐标系中，一维非稳态无内热源常导热系数导热问题的导热微分方程表达式；并请说明导热问题常见的三类边界条件。提示：直角坐标系下一维非稳态无内热源导热问题的导热微分方程式见式（2-24）第一类边界条件：0,tw=fw(x, )第二类边界条件：0,27、试用所学的传热学知识说明用温度计套管测量流体温度时如何提高测温精度。在一根蒸汽管道上需要加装一根测温套管，有三种材料可选：铜、铝、不锈钢。问选用哪种材料所引起的测温误差最小，为什么?为减小测量误差，在套管尺寸的选择上还应注意哪些问题?1.提示：温度计套管可以看作是一根吸热的管状肋(等截面直肋)，利用等截面直肋计算肋端温度th的结果，可得采用温度计套管后造成的测量误差t为t=tf-th=（tf-t0 ）/c h(m H) ， 其中，mH的表达式要列出。欲使测量误差t下降，可以采用以下几种措施：(1)降低壁面与流体的温差(tf-t0)，也就是想办法使肋基温度t0接近tf，可以通过对流体通道的外表面采取保温措施来实现。(2)增大(mH)值，使分母ch(mH)增大。具体可以用以下手段实现：增加H，延长温度计套管的长度；减小，采用导热系数小的材料做温度计套管，如采用不锈钢管，不要用铜管。因为不锈钢的导热系数比铜和碳钢小。降低，减小温度计套管的壁厚，采用薄壁管。提高h增强温度计套管与流体之间的热交换。)2.提示：与上面简答题中第2点类似，套管材料应选用不锈钢，因给出的三种材料中，不锈钢的导热系数最小28、试解释材料的导热系数与导温系数之间有什么区别和联系。提示：从两者的概念、物理意义、表达式方面加以阐述，如从表达式看，导温系数与导热系数成正比关系(a=/c)，但导温系数不但与材料的导热系数有关，还与材料的热容量(或储热能力)也有关；从物理意义看，导热系数表征材料导热能力的强弱，导温系数表征材料传播温度变化的能力的大小，两者都是物性参数。29、结合你的工作实践，举一个传热过程的实例，分析它是由哪些基本热量传递方式组成的。提示：学会分析实际传热问题，如水冷式内燃机等30、在分析传热过程时引入热阻的概念有何好处?引入热路欧姆定律有何意义?提示：分析热阻与温压的关系，热路图在传热过程分析中的作用。31、试比较导热系数、对流传热系数和总传热系数的差别，它们各自的单位是什么?提示：写出三个系数的定义并比较，单位分别为W/(mK)，W/(m2K)，W/(m2K)32、请说明在传热设备中，水垢、灰垢的存在对传热过程会产生什么影响?如何防止?提示：从传热过程各个环节的热阻的角度，分析水垢、灰垢对换热设备传热能力与壁面的影响情况31、试述三种热量传递基本方式的差别，并各举12个实际例子说明。提示：从三种热量传递基本方式的定义及特点来区分这三种热传递方式工程传热学名词解释9临界热绝缘直径:对应于最小总热阻(或最大传热量)的保温层外径7效能:换热器实际传热的热流量与最大可能传热的热流量之比.8传热单元数:传热温差为1K时的热流量与热容量小的流体温度变化1K所吸收或放出的热流量之比.它反映了换热器的初投资和运行费用,是一个换热器的综合经济技术指标.6逆流:两种流体平行流动且方向相反5顺流:两种流体平行流动且方向相同4肋化系数:肋侧表面面积与光壁侧表面积之比.3污垢系数:单位面积的污垢热阻.2复合传热:对流传热与辐射传热同时存在的传热过程.1传热过程:热量从高温流体通过壁面传向低温流体的总过程.11、重辐射面辐射传热系统中表面温度未定而净辐射传热量为零的表面。12、遮热板在两个辐射传热表面之间插入一块或多块薄板以削弱辐射传热。13、表面辐射热阻由表面的辐射特性所引起的热阻。14、漫射表面如该表面既是漫发射表面，又是漫反射表面，则该表面称为漫射表面。15、定向辐射度单位时间内，单位可见辐射面积在某一方向p的单位立体角内所发出的总辐射能(发射辐射和反射辐射)，称为在该方向的定向辐射度。16、投入辐射单位时间内投射到单位面积上的总辐射能。17、定向辐射力单位辐射面积在单位时间内向某一方向单位立体角内发射的辐射能。1、有效辐射单位时间内从单位面积离开的总辐射能，即发射辐射和反射辐射之和。2、角系数从表面1发出的辐射能直接落到表面2上的百分数。3、漫反射表面如果不论外界辐射是以一束射线沿某一方向投入还是从整个半球空间均匀投入，物体表面在半球空间范围内各方向上都有均匀的反射辐射度Lr，则该表面称为漫反射表面。4、辐射力单位时间内物体的单位辐射面积向外界(半球空间)发射的全部波长的辐射能。5、黑度实际物体的辐射力与同温度下黑体辐射力的比值，即物体发射能力接近黑体的程度。6、灰体光谱吸收比与波长无关的理想物体。7、透明体透射比= 1的物体8、白体反射比=l的物体(漫射表面)9、黑体吸收比= 1的物体。10、穿透比投射到物体表面的热辐射中穿透物体的比例。11、反射比投射到物体表面的热辐射中被物体表面所反射的比例12、吸收比投射到物体表面的热辐射中被物体所吸收的比例。13、热辐射由于物体内部微观粒子的热运动状态改变，而将部分内能转换成电磁波的能量发射出去的过程。1、自然对流传热流体各部分之间由于密度差而引起的相对运动。2、强迫对流传热由于机械(泵或风机等)的作用或其它压差而引起的相对运动。3、相似准则(如Nu,Re,Pr,Gr,Ra)由几个变量组成的无量纲的组合量。4、特征尺度对于对流传热起决定作用的几何尺寸。5、？ 定性温度确定换热过程中流体物性的温度。6、温度边界层在流体温度场中壁面附近温度发生急剧变化的薄层。7、速度边界层在流场中壁面附近流速发生急剧变化的薄层。1、定解条件(单值性条件)使微分方程获得适合某一特定问题解的附加条件，包括初始条件和边界条件。2、接触热阻材料表面由于存在一定的粗糙度使相接触的表面之间存在间隙，给导热过程带来额外热阻。3、肋效率肋片实际散热量与肋片最大可能散热量之比。4、傅里叶定律在各向同性均质的导热物体中，通过某导热面积