传热学试题与解析-01.docVIP

传热学试题一 一、试回答下列问题 1. 为什么冰箱结霜后，耗电量增加？ 答：冰箱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，要达到相同的冷冻室（或冷藏室）温度，必须要求更低的蒸发温度，对应的蒸发压力降低，压缩机工作压差增大，耗电量增加。 2.某办公室由中央空调系统维持室内恒温，尽管冬夏两季室内都是20℃，但感觉却不同，为什么？ 答：冬季和夏季的最大区别是室外温度不同。夏季室外温度比室内温度高，而冬季室外气温比室内低，因此冬季和夏季室内墙壁表面温度不同，夏季高而冬季低。尽管冬夏两季室内温度都是20℃，人体与室内空气的对流换热基本相同，但是冬季人体与墙壁的辐射换热量比夏季高得多。 3.什么是沸腾换热的临界热流密度？为什么有些换热设备需在加热热流密度低于临界热流密度状态下工作？ 答：核态沸腾与过渡沸腾交界处的热流密度峰值叫做沸腾换热的临界热流密度qcr。对于热流密度可控的换热设备，当热流密度超过qcr时，工况将跳至稳定膜态沸腾，传热温差迅速上升（近1000℃），为保证设备安全运行而不致烧毁，应控制qqcr。 4.试简述Nu数、Bi数的物理意义，Nu数与Bi数的区别在哪里？ 答： ：壁面上流体的无量纲温度梯度，反映流体的对流换热能力与其自身的导热能力之比； ：物体内部导热热阻与表面对流换热热阻之比。 Nu中的λ是流体的热导率，Bi中的λ是固体的热导率。 5.Pr数的物理意义是什么？当Pr1，Pr＝1，Pr1时，比较速度边界层和温度边界层的相对大小。 答： ：反映流体动量传递能力与热量传递能力的相对大小；也体现速度边界层和温度边界层的相对厚薄。 Pr1时，温度边界层厚度小于速度边界层厚度； Pr＝1时，温度边界层厚度等于速度边界层厚度； Pr1时，温度边界层厚度大于速度边界层厚度。 二：两根管子，A管内径20mm，B管内径40mm，当同一种流体流过时，A管内流体的体积流量是B管内流体的体积流量的两倍，已知两管温度场完全相同,问管内流态是否相似？如不相似，在流量上采取什么措施才能使之相似？ 解：设A管内流体的体积流量为，流体流速为；B管内流体的体积流量为，流体流速为。 ； ①因为； 所以 因此，管内流态不相似 ②若流态相似，要求 即 所以 满足上式时，流态相似。 三、一水冷器，空气侧表面传热系数h1=45 W/(m2?K)，传热壁面厚δ=1.5mm，热导率λ=387 W/(m?K)，水侧表面传热系数h2=5000 W/(m2?K)。设传热壁可以看作平壁，试计算各个环节单位面积的热阻及从水到空气的总传热系数。请指出，为了强化这一传热过程应首先从哪个环节着手？ 解：各个环节单位面积的热阻 总传热系数 r1是主要热阻，要强化这一传热过程应从强化空气侧换热着手。 四、冷却水在内径di=20mm，壁温tw=40℃、长1.5m的冷凝器管内流动。冷却水的入口温度tf’=17℃，出口温度tf”=23℃，求冷却水的平均流速及管子的热流密度。 温度 t ℃ 热导率 λ W/(m·K)′102 密度 ρ kg/m3 动力粘度η Pa·s′106 运动粘度ν m2/s′106 普朗特数Pr定压比热 cp kJ/kg2059.9998.210041.0067.024.1834063.5992.2653.30.8054.314.174提示：管内湍流强迫对流平均对流传热系数的特征关联式为： 解：tf=20℃,?℃ 假设管内为湍流，则：??? 能量守恒： 可???：u=1.04 m/s, 验证：，管内为湍流，假设成立！ 五、饱和温度为100℃的饱和水蒸汽在长1.5m的竖管外壁凝结，管壁平均温度为60℃。求凝结传热系数和使凝结水量不少于36kg/h的竖管外径。已知水蒸汽汽化潜热为2257.1kJ/kg；凝结液的物性参数如下表所示。 密度r kg/m3热导率l W/(m×K)动力粘度h kg/(m×s) 60℃ 983.10.659469.9′10-680℃ 971.80.674355.1′10-6100℃ 965.40.683282.5′10-6解： ①设本题为层流膜状凝结。特征温度为 据此查得水的物性值为rL=971.8 kg/m3；lL=0.674 W/(m×K)；hL=355.1′10-6 kg/(m×s)。 凝结传热系数为 ②凝结水量不少于36kg/h时的竖管外径 由热平衡知，凝结换热量等于凝结水蒸汽放出的汽化潜热，即 可得园管外径 ③校核 流动属于层流，以上假设正确，计算有效。