第四版传热学第十章习题-解答杨世铭-陶文铨

------ 第十章

思考题

1、所谓双侧强化管是指管内侧与管外侧均为强化换热表面得管子。设一双侧强化管用内径

为d i 、外径为d 0的光管加工而成，试给出其总传热系数的表达式，并说明管内、外表面传热系数的计算面积。

0001101111000010111112)/l n (1

12)/l n (1βπβπηβληβηβππληβπo d d d h d d d d h k d h d d d h t

算面积为管外表面传热系数得计

算面积为管内表面传热系数得计传热系数：得以管内表面为基准得＝

答：由传热量公式：

++=

+?Θ 2、在圆管外敷设保温层与在圆管外侧设置肋片从热阻分析的角度有什么异同？在什么情

况下加保温层反而会强化其传热而肋片反而会削弱其传热？

答：在圆管外敷设保温层和设置肋片都使表面换热热阻降低而导热热阻增加，而一般情况下保温使导热热阻增加较多，使换热热阻降低较少，使总热阻增加，起到削弱传热的效果；设置肋片使导热热阻增加较少，而换热热阻降低较多，使总热阻下降，起到强化传热的作用。但当外径小于临界直径时，增加保温层厚度反而会强化传热。理论上只有当肋化系数与肋面总效率的乘积小于1时，肋化才会削弱传热。

3、重新讨论传热壁面为平壁时第二题中提出的问题。

答：传热壁面为平壁时，保温总是起削弱传热的作用，加肋是否起强化传热的作用还是取决于肋化系数与肋面总效率的乘积是否人于1。

4、推导顺流或逆流换热器的对数平均温差计算式时做了一些什么假设，这些假设在推导的哪些环节中加以应用？讨论对大多数间壁式换热器这些假设的适用情形。

5、对于22112211221m1q c q c q c q c q c c q m m m m m =<≥及、

三种情形，画出顺流与逆流时冷、热流体温度沿流动方向的变化曲线，注意曲线的凹向与c q m 相对大小的关系。 6、进行传热器设计时所以据的基本方程是哪些？有人认为传热单元数法不需要用到传

热方程式，你同意吗？

答：换热器设计所依据的基本方程有：

m m m t KA t t c q t t c q ?="

-'="-'=)()(22221111φ 传热单元法将传热方程隐含在传热单元和效能之中。

7、在传热单元数法中有否用到推导对数平均温差时所做的基本假设，试以顺流换热器效能的计算式推导过程为例予以说明。

答：传热单元数法中也用到了推导平均温差时的基本假设，说明略o

8、什么叫换热器的设计计算，什么叫校核计算？

答：已知流体及换热参数，设计一个新的换热器的过程叫做设计计算，对已有的换

热器，根据流体参数计算其换热量和流体出口参数的过程叫做校核计算。

9、在进行换热器的校核计算时，无论采用平均温差法还是采用传热单元数法都需要假设一种介质的出口温度，为什么此时使用传热单元数法较为方便？

答：用传热单元数法计算过程中，出口温度对传热系数的影响是通过定性温度来体现的，远没有对平均温差的影响大，所以该法用于校核计算时容易得到收敛的计算结果。 10、试用简明语言说明强化单相强制对流换热、核态沸腾及膜状凝结的基本思想。

答：无相变强制对流换热的强化思路是努力减薄边界层．强化流体的扰动与混合；核态沸腾换热的强化关键在于增加汽化核心数；膜状凝结换热强化措施是使液膜减薄和顺利排出凝结液。

11、在推导换热器效能的计算公式时在哪些环节引入了推导对数平均温差时提出的四个假设？习题

10-1、在一气－气套管式换热器中，中心圆管的内外表面都设置了肋片，试用下表所列符号导出管内流体与环形夹层中流体之间总传热系数的表达式。基管的导热系数为λ。

000010

00000

000

00000

00000011

ln 21

21)2()

()

1(1

ln 2111

ln 211ηπληηηηηηπληηπληh r r A A h A k t t kA k A A A A A A A h r r A h t t A h A h r r A h A h t

i to oi ti i to f fi t f f r ti fi ti i t i i ti i f fi f r i i fi i ti i +

-Θ++=

+-=

++?Θ）两式得：

）（由（＝，则有：热系数对外侧总面积而言的传＝

外侧肋面总效率：：式中，内侧肋面总效率＝

管长传热量：解：由热量公式，单位

10-2、已知：一有环肋的肋片管、水蒸气再管内凝结，表面传热系数为12200W/(㎡*K)空气横向掠过管外，按总外表面面积计算的表面传热系数为72.3 W/(㎡*K)。肋片管基管外径为25.4mm,壁厚2mm ，肋高15.8mm ，肋厚0.318mm ，肋片中心线间距为2.5mm 。基管与肋片均用铝做成，λ=169W/（m*K ）。

求：当表面洁净无垢时该肋片管的总传热系数。

)

*/(2.50789

.0,78.015226

.2/536.0)()(1.1685.24.211416.36.43275.41581.169]7.12)2/381.08.157.12[(1416.32)381.05.2(4.251416.3)

(2)(1

10215

.05.12112

222

1000

2100k m W k A A A r r A

h h mm l d A mm r r s d A h A A A A h k f f m n ==+==-=='=??===+=-+-?+-??=-+-=++=

故得：查得：由图参数：解：ηηηλππσπηλσ

10-3、一卧式冷凝器采用外径为25mm ，壁厚1.5mm 的黄铜管做成热表面。已知管外

冷凝侧的平均传热系数)/(70052

0K m W h ?=，管内水侧平均的表面传热系数

)/(30042K m W h i ?=。试计算下列两种情况下冷凝器按管子外表面面积计算的总传热系数

（1）管子内外表面均是洁净的

（2）管内为海水，流速大于1m/s ，结水垢，平均温度小于500C ，蒸汽侧有油。

[]W K m R W

K m R W K m d d h W

K m h fo fi i i /0002.0/0001.0191/10643.22025430011/107543.15700/1/12

2240240?=?=??=?=???==--蒸汽含油污垢系数海水污垢系数查得：－，表由参考文献解：

m W d d R R k k K

m W d d h d d d h k K

m W i

fi f w i

i i ?=?++=

++=

?=?+?+?=+

?--2000024

0000/1.130220

0001.00002.09.220011

)2(/9.22001063.220

ln 1092025.0107453.11

1ln 211

)1(/109传热系数

管子内外表面结垢后的时的导热系数

管子内外表面均是洁净＝黄铜的导热系数λλ

10-4、已知：一套管式换热器长2m ，外壳内径为6cm,内管外直径为4m ，厚3mm 。内管中流过冷却水，平均温度为40℃，流量为0.0016㎡/s 。14号润滑油以平均温度70℃流过环行空间，流量为0.005㎡/s 。冷却水系统处理的冷却塔水，管壁材料为黄铜。求：内外壁面均洁净及长时间运行结垢后的总传热系数值。解：水侧h1的计算

40℃时，

31.4,/10659.0),*/(635.02

6=?==-pr s m v k m W λ 流动截面积

90967

Re /763.1,10075.9034.0785.04

112422

11===?=?==

-v ud

m u m d A π

采用式（5-54），)

*/(7144Pr Re 023.024.08.0k m w d h ==λ

油侧0h 的计算

流动的截面积：

12221057.1)(4

m d d A -?=-=

14.03/10122262

2)()Pr (Re 86.1,1857Re 444Pr ,/103.34),*/(1439.0,/185.3w

f u u l d

d h v d u s m v k m w s m A v u λλ===

=?====-

l 近似的取为40℃，则：

)*/(8.224)2.1247.8802.8633.34()202.04441857()02.01439.0(

86.1)*/(102.8633.34),*/(104.1247.880214

.03/266k m w h s m kg u s m kg u f w =???????=??=??=--于是

利用此值重新确定管壁温度，略去壁面热阻不计，则内侧热阻在总热阻中的比值为：

)

/(218)/(6.22511.88043.119,1.410356.0)4070(0356

.020210

1k m w k k m w h u t t R R R

w l w ?==?==?-+==+因而内外壁都干净时，重新计算得：

油，水侧均结垢时，取0002.0,0002.010==εε

则

/(173/)/1(/11

11100k m w d d h h k ?=+++=

εε

10-5、已知：一种用于制冷剂凝结换热的双侧强化管用直径为19、16.4mm 的胚管加工而成，长1.0m 。在一次试验中测得冷却水进出口温度分别为24.6℃及29.2℃，平均水速为0.91m/s,

按胚管尺寸计算的管内平均表面传热系数为 1.82×104W/(m 2

*K),管外凝结换热表面传热系数为1.25×104 W/(m 2*K),管材为铜。

求：按胚管外表面计算的总传热系数值。并分析管内水侧采用强化表面后的强化效果。

解：

0101ln

211

d d d d d h k λ+=

，取λ=400W/(m*k),则有：

).*/(1.679410810495.310369.612

63k m w k =?+?+?=

---

若管内不强化，则按D-B 公式计算时：2.27=f t ℃，

,/108613.026s m v -?= 17327Re ,87.5),*/(613.0===pr k m w λ

7.4292,8.11487.517327023.014

.08.0==??=h Nu 内侧热阻变为w

k m /*10699.24.1619

7.4292124-?=?

可见如不强化内侧热阻要加大5倍左右。平均温压计算

10-6、已知：順流与逆流布置。

求：分别按q m1c 1>q m2c 2及q m1c 1

10-7、已知：逆流式套管换热器，q m1c 1＝q m2c 2，满足推导对数平均温差条件的前提。求：沿换热表面的局部热流密度的变化规律。

解：此时不同的截面上冷热流的总温差保持为常数，由于传热系数K 也为常数，因而该换热面已进入均匀热流密度的状态。

10-8、已知：一加热器中用过热水蒸气来加热给水（电厂中把送到锅炉中去的水称为给水）。

过热蒸汽在加热器中先被冷却到饱和温度，再凝结成水，最后被冷却成过冷水，冷热流体的总流向为逆流，热流体单相介质部分的q m1c 1

10-9、已知C t C t C t C t ?="

?='?="?='2001002103002211，，，，试计算下列流动布置时换热器的对数平均温差：

（1）逆流布置；

（2）一次交叉，两种流体均不混合；

（3） 1－2型壳管式，热流体在壳侧；（4） 2－4型壳管式，热流体在壳侧；（5）顺流布置。

[][]C

t C

t t t t t R t t t t P C

t t t t t t t t t t t m m r r

m r ?=?=??=?=?=--='-""-'==--='-''-"=?=-=

?=-="

-==-='

-"=2.8985.09.10485

.01591)3(5.9692.09.10492

.017919

.01002002103005

.010*******

200)2(9.104)100/110ln(100

110)/ln(100

200300110

10021012

21121221121211＝查得－，图由参考文献＝查得－，图由参考文献）解：（??

[]C

t t t t t t t t t t t C

t r r m r m ?=-=-=

?=-="

-"==-='

-'=?=?=?4.63)10/200ln(10

200)/ln(10200210200

100300)5(8.10197.09.10497.01691)4(1121211＝查得－，图由参考文献?

10-10、已知：一定的布置方式及冷、热流体一定的进出口温度。

求：热流体在管内侧及在壳侧的两种安排对数平均温差值有无差别？以上题中（3）（4）中情形为例，设热流体在管侧，重新计算其对数平均温差。从这一计算中例可得出怎样的推断。

解：（1）1-2型

111

.1300210200

100,45.0300100300210=--==--=

R p

查图9-15，2.8985.09.104,85.0=?=?=m t ψ℃

（2）2-4型，,11.1,45.0==R p 由图9-16，8.10197.09.104,97.0=?=?=m t ψ℃ 10-11、已知：初始温度为t 1的流体流入壁温为t 0＝常数的平行板通道，通道长为l 流体质量

为q m ,比热容为c p ,流体与平板间对流换热的表面传热系数h 为常数。

求证：流经该通道后流体与平板间的换热量为Ф=q m c p (t 0-t 1)(1-e -2h/(q ) 证明：如图示，对长为dx 的微元段，可以列出以下热平衡式：

,)(2)(000t t dx t t h t t d c q p m -=-=--θ令

则有

m p

m c q hx l i i c q hx p

m e

t t x Ce c q hdx

d 202,,0,,2-

=-=====

θθθθθθ

得时由此得

流体经过长为L 的一段通道后的总换热量等于出口截面上的焓减进口处的焓，故有：

()???? ??--=???? ??-=-=11210211p m p m c q hl

p m c q hl p m p m p m l e c q t t e c q c q c q θθθθ。

在本题中主流方向的坐标与一维非稳态导热总参数分析中的时间坐标相类似。

10-12、已知：在已順流式换热器中传热系数k=a+b △t 其中a 、b 为常数，△t 为任一截面上

的周期误差。

求证；该换热器的总传热量为，其中k ’、k ,,分别为入口段与出口段的传热系数。

证明：由,,

,,,,,t b a k t b a k ?+=?+=，联立解得,,,,,,,,,t t t k t k a ?-??-?=，将()()().

,325x udA t b a t d P tdA uk t d t b a k -=?+??-??-=得：见教材代人将此式从A=0到x A 做积分，得：t t t

b a t

a ???+?,

,ln

1即()()

uA t b a t t b a t a -=?

??????+??+?,,//ln 1

将此式应用于换热器流体出口处，即x A =A 处并将a 的表达式代入，得：

t k t k t k t k t t -=???-??-?,,,,

,,,,,,,,,,,ln ，

另一方面按u 的定义有：

Φ?-?=Φ---=Φ-+Φ-=???? ??+=,,,,,

2,,1,2,1,2,,2,,1,12211)()(11t t t t t t t t t t c q c q u m m

将此式代入上式，整理之，即得：

()[]

)/(ln ,,,,,,,,

,,,,t k t k t k t k A

???-?=Φ。换热器设计计算

10-13、一台1－2型壳管式换热用来冷却11号润滑油。冷却水在管内流动，

C t C t ?="

?='502022，，流量为3kg/s ；热油入口温度为600C ，)/(3502K m W k ?=。试

计算：

（1）油的流量；（2）所传騠递热量；（3）所需的传热面积。

[]2

211212211212112221122212162.2632

.403501066.37532.409.08.449.0159175

.0333.1/1/15

.0375.0333.1333

.1205060100375.020********.44)50/40ln(50

40)/ln(5050100402060)3(66.375)2050(41743)2(/37.4)

60100(2148)

2050(41743/4174,/2148)1(m t k A C

t R PR t t t t R t t t t P C

t t t t t C t t t C

t t t KW t c q s

kg t c t c q q C kg J c C kg J c m m r r m r m m m =??=?Θ=?=??===?==--='-""-'==--='-''-"=?=-=-=

??=-="

-'=?=-='

-"==-??=?=Θ=-?-??=??=

??=??=＝＝查得－，图由参考文献则分别为查得润滑油及水的比热解：? 10-14、一个壳侧为一程的壳管式换热器用来冷凝7 355Pa 的饱和水蒸气，要求每小时内冷凝18kg 蒸汽。进入换热器的冷却水的温度为250C ，离开时为350C 。设传热系数为

)/(842K m W k ?=，问所需的传热面积是多少？

.142587.395.120363600/103.240718/3.240787.39213=-='

-==??=?=Θ=?=t t t W

r q kg KJ r C t s m s ，查得：解：由水的饱和压力表

11274.096

.818005

.1203696

.8)

87.4/87.14ln(87

.487.14)/ln(87.43587.39m t K A t t t t t t t t m r r m s r =?=?Θ=

=-=-=?=-="

10-15、已知：在一台1-2型管壳式换热器中，管内冷却水从16℃升高到35℃，管外空气从

119℃下降到45℃，空气流量为19.6kg/min ，换热器的总传热系数K=84

)*/(2

k m w 求：所需的传热面积式多少。

解：逆流温度差为

()()72.5129/84ln 2984=-=

?af

m t ℃，184

.01611916

35=--=p ，

.3163545

119=--=

R 故查图9-15，92.0=ψ，故对数平均温差

58.4792.072.51=?=?m t ℃

空气平均温差为82245

119=+℃，()k kg J c p

*/1009= 空气的换热量

()W 24391100945119606

.19=?-?=

Φ，

故需传热面积

01.68458.4724391

m A =?=

。

10-16、已知：某工厂为了利用废气来加热生活用水，自制了一台简易的壳管换热器，

烟气内径为30mm 的钢管内流动，流速为30m/s ，入口温度为200℃，出口温度取为100℃。冷水在管束与外壳之间的空间内与烟气逆向的流动，要求把它从入口处的20℃加热到50℃.烟气物可按附录中标准烟气的物性值查取。水侧的表面传热系数远大于与烟气侧的表面传热系数，烟气的辐射换热可略而不及。

求：估算所需的直管长度。

解：因为水侧换热系数远大于烟气侧之值，因而管壁的平均温度可取为水的平均温度，

即35250

20=+℃

对于烟气：

1502200

100=+=

f t ℃，()k m w s m v */0357.0,/1017.272

6=?=-λ

331251017.273003.0Re ,68.0Pr 6=??==

=-v ud ，

采用式（5-54）来估算，则65.84Pr Re

023.03.08

.0==Nu

()

k m w h */7.10003.00357

.065.84=?=

，

t u d 19474

=?=

Φρπ由对流换热公式：()351507.100-??=?=ΦdL t Ah π

所以

()m

L 784.1351507.1001416.31947

=-??=

。

10-17、已知：在一逆流式水-水换热器中，管内为热水，进口温度100,

=t ℃出口温度为80,,

=t ℃，管外流过冷水，进口温度20,

2=t ℃，出口温度70,,

2=t ℃，总换热量

KW 350=Φ，共有53根内径为16mm 、壁厚为1mm 的管子。管壁导热系数()k m w */40=λ，管外流体的表面传热系数()k m w h */15000=，管内流体为一个流程。

管子内、外表面都是洁净的。

求：所需的管子长度。解：计算管内平均换热系数。

()908010021

=+=

f t ℃()()95.1Pr ,*/68.0,*/109.3146==?=-k m w s m K

g u λ

s Kg t c q c p m p /4159,4208=Φ

==δ

19830109.314016.01416.353/159.444Re 6=????==

-du q m π

()

k m w d

h */3273Pr Re 023.03

.08.0==λ

()

k m w d d h h k a */9651111

10=+

λδ

()()()28

.4330/60ln 701002080=---=?m t ℃，

,38.8,

2dL n A m A π== .80.2m d n A

L ==

本题中冷热流体总温差为43.3℃，管外冷流体侧占68﹪，管内侧约占32﹪，故不必考虑温差的修正。

10-18、压力为1.5×105Pa 的无油饱和水蒸气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 、壁厚为1mm 的黄铜管内流过，流速为1.4m/s ，其温度由进口处的560C 升高到出口的940C 。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。传热量

W 7102.1?=φ。

[]6

121102

4.08.06

.08

.012624

/16

3334

/132063

108)/ln()2/(/1310002

.00001

.01914)/(855238.2)10

39.0018.04.1(018.0671.0023.0Pr Re 023.038

.2Pr /1039.0)/(671.0752/)9456()3()

/(88099)10532.111(02.0102.263628.03.9521022358.9729.0)(729.0/2235/102.263/685.0/3.9522.1082/)10532.111(105)2(72.3294

32.1115632.111ln

9432.1111-----?=?==?=?????=??

==????=+=?=??

????-???????=?

?????-?==??=?==?===?=?=---=

??d d d K m W r r K m W d

h s m C m W C t K m W n t t d gr h kg

kJ r s

m kg K

m W m kg C t C t C

t C f

f w s l l l l m w m λλλ

γληλρηλρ）＝管壁热阻（黄铜水侧污垢热阻，蒸汽侧污垢热阻－，表查参考文献热阻：）（传热系数

对管内对流换热，表面，＝，＝查得水的物性参数

由管内换热系数

表面传热系数

对水平管外凝结换热，：

查得凝结水物性参数为则，设管外壁温度管外凝结换热系数则：汽温度为由冷凝压力查得饱和蒸平均传热温差

）解：（

d n A l d A n m u q A m kg s

kg t t c q k kg J c m t k A q q m W t h q m W t k q K m W r h d d d d d r h k m p m p m m 7.702

.014.3434210

2434217018

.014.31052.5441052.54

.18.97435

.75/8.974)8(/35.75)5694(4191102.1)(/4191)7(210)72.321743/(102.1)/(62/55673)10532.111(8809/5703072.321743)

/(1743)0002.085521

(182********.0880911

)1(ln 21

152

212

22137

222

7212022

12611

1212200=??=?==???==?=?=?=

=-??='

-"Θ=?==??=?Θ==-?=?==?=?=?=++?++=

++++=

---ππρρλ管子长度根

两个流程共需管单程管数＝水的密度流动截面：

水的比热：冷却水量

传热面积：

）（％，上述计算有效。相差与由凝结换热由传热方程传热系数

）（

10-19、已知：要设计一台卧式冷凝器去凝结50℃的饱和水蒸气，以获得800kg/h 的凝结量，可供给大的冷却水量为20kg/s ，初温为20℃.已知有一些外径为20mm 、壁厚2mm 的黄铜管，每根长为2m 。假设管壁的热阻可以不计，冷却水在管内流动，总的污垢热阻取为0.0003W K m /2

?（按黄铜管内表面积计算），冷却水侧为一程，估算凝结换热的表面传热系数时可假定黄铜管按正方行排列。

求：所需的黄铜管数。

解：为确定传热系数要假定管子根数n,设n=140。

传热量可由凝结侧确定：KW 5.5293600/1023838003

=??=Φ。

为计算冷却水出口温度，需先假定其平均温度，设为23℃，则()k m w ?=/605.0λ，

()(),/4181,54.6Pr ,/104.9436s kg J c s m kg u p ?==??=-冷却水进口温差：

33.62

22=Φ

c q t m δ℃，即平均温度为23.17℃，与假定值十分接近。

水侧换热系数1h 。

,120504Re ==

ud q m

7.8954.610205023.0Pr Re 023.04.08.04.08.0=??==Nu

)

/(3392016.0605.07.921K m W h ?=?=

水蒸气凝结系数0h 。

取45=m t ℃，则

()()s m kg u k m W m kg ??=?==-/104.601,642.0,/2.9906

3λρ，将h q t /=?的关系式代入（6-4）整理之，得03

/132,6561.0A q udg gr h Φ

=???? ??=λρ，

,59.17202.01416.314020m A =???=故2

0/3010259.1729500m W q == )

/(167873010202.0104.601642.02.99023830008.96561.023

/16

K m W h ?=??

??????????=-

140根管子按正方形排列，

)/(9052,83.111402

0K m W h ?=∴= 按内表面计算的传热系数：

()

k m w d d h d d h k a ?=+++=

/14301ln 11

0211λδλ

m t A k m A ?=Φ=11,

1,07.14

7.26=?m t ℃，W 5372067.2607.141430,=??=Φ∴

与热平衡热量529500=Φ相差仅2.1％，上述计算有效，另外从热阻分析可知，凝结

侧的温度降为6℃，故液膜平均温度为47℃，与假设值45℃仅差2℃，由此而引起的物性变化对

0h 的影响液可忽略。

如不考虑管壁热阻，则()k m w k ?=/14641

W 5499797.2607.141464,=??=Φ

与热平衡热量W 529500

=Φ相差仅3.6％，仍在工程计算允许的误差范围内。换热器校核计算

10-20、已知：一台1-2型壳管式换热器用30℃的水来冷却120℃的热油

()()k kg W c ?=21000，冷却水流量为

1.2kg/s ，油流量为2kg/s 总传热系数

()

k m W k ?=2/275，传热面积为220m A =。

求：水与油各自的出口温度。

解：设平均温度为40℃，

()()()8385

.041742.12100

/4174max min =??=?=c q c q k kg j c m m p

利用习题24中提供的公式得5375

.018106.0118106.01305.18385.0121

=??????

-+?++=-ε 6

.71905375.0120,5375.030120102,,

,,=?-==--t t ℃。8385.06.7112030,,

2=--t

6.704.488385.030,,

2=?+=t ℃，3.502306.702=+=m t ℃，

c 值与4174十分接近，故不必重算。

10-21、在一台逆流式水－水换热器中，C t ?='5.871，流量为每小时9000kg ，C t ?='322，

流量为每小时13 500kg ，总传热系数

)/(74012K m W k ?=，传热面积A=3.75m 2,试确定热水的出口温度。

[]{}[]{}409.01)(e x p

11)(e x p

1623

.03600

/4191900075

.31740)(6694.04174

135004191

9000)()(/4174/4191,7540min 2121=------=??==

=??==

?=?=??B NTU B B NTU NTU c q kA NTU c q c q B k

kg J c k kg J c C C m m m p p －＝

为：法，逆流换热器的效能由则可查得：

和别为设冷、热水平均温度分解：εε

有效。定相差很小，计算结果冷热流体平均温度与设平均温度验算：

＝又

.192/20.15)8.645.87(6694.0)()(15

.762/)8.645.87(2/)(8.64)

325.87(409.05.87)(22222

2111121112

111=?+'

=?=-?=??==??=+="

+'=?=-?-='-'-'="?'-'"-'t t t C t B c q c q t t t t t C

t t t t t t t t m m m m εε

10-22、欲采用套管式换热器使热水与冷水进行热交换，并给出

s kg q C t s kg q C t m m /0233.0,35,/0144.0,2002211=?='

=?='。取总传热系数为2225.0),/(980m A K m W k =?=，试确定采用顺流与逆流两种布置时换热器所交换的热量、

冷却水出口温度及换热器的效能。

[]{}W

t c q C t t t C

t t t B t t t t C

t t t t t t t t B B NTU NTU c q kA NTU c q c q B k kg J c k kg J c C C m m m m m m p p 6248)

4.99200(43130144.0672/)(9935)4.99200(637.0)(7.1492/)4.99200(2/)(4.99)

35200(610.0200)(610

.011)(exp 1945

.34313

1444.025

.0980)(637

.04183

0233.04313

0144.0)()(/4183/4313,150651111222211211121112

111min 2121=-??=?Θ?="

+'=?=+-?='

+"-'='=+="

+'=?=-?-='

-'-'="?'-'"-'=----=??==

=??==

?=?=??＝计算有效与假设值相符合，所以平均温度验算：

＝又－＝为：

法，顺流换热器的效能由则可查得：

和别为设冷、热水平均温度分）顺流换热

解：（εεεε

[]{}[]{}W t c q C

t t t C

t t t C t B c q c q t t t t t C

t t t t t t t t B NTU B B NTU NTU c q kA NTU c q c q B k

kg J c k kg J c C C m m m m m m m m p p 91193.9341950233.03.128353.933.1282/3.93)5.51200(628.0)()(8

.1252/)5.51200(2/)(5.51)

35200(9.0200)(9

.012)(exp 11)(exp 199

.34258

0144.025

.0980)(628.04195

0233.04258

0144.0)()(/4195/4258,12580)2(22222222222

2111121112

111min 2121=??=?=Θ?=+='

+?="?=?+'

=?=-?=??==??=+="

+'=?=-?-='-'-'="?'-'"-'=------=??==

=??==

?=?=??有效。

定相差很小，计算结果冷热流体平均温度与设平均温度验算：

＝又

－＝为：

法，逆流换热器的效能由则可查得：和别为设冷、热水平均温度分逆流换热

εεεε

10-23、已知：为利用燃气轮机的排气来加热高压水，采用1-2型肋片管换热器。在一此测

定中得出：燃气的质量流量为2kg/s,进口温度=,

t 325℃，冷却水质量流量为0.5kg/s,

25,=t ℃，150,,=t ℃，按气体侧基管直径的换热面积为3.82m .燃气物性可近似按附录中

标准烟气的值查取。

求：该条件下的总传热系数。解

5.872`150252,

,2,22=+=-=t t t m

℃()k kg j c p ?=42052 换热量

t c q p m 262812222==Φδ。

为确定烟气的平均比热需假设其出口温度，设205,,

=t ℃

2652205

3251=+m

t ℃，()k kg j c p ?=3.11131，故

()2628133.1112325,,=??-t 由此得207

3.1112262813

325,,?-=t ℃，与假设值十分接近，不必重复计算。

()()5.178182/175ln 182175=-=?cp m t ℃，06

.120732525150,393.025*********=--==--=R p

()

k m W t A k t m m ?=?=?Φ=

=?=?=ψ24264.1628.3262812

,4.1625.17891.0,91.0。

10-24、已知：在习题10-15中，如果冷却水流量增加50％，但冷却水和空气的进口温度、空气流量及传热面积均不变，传热系数也认为不变，问传热量可增加多少？为比较准确地获得ε值，1-2型换热器可按下式计算；

()

()[]

,1exp 11exp 11121

/122/122

/12

-???????

??+--+-+-++=W NTU W

NTU W W ε式中

()()max

min

c q c q W m m =

，从传

热过程的机理来说，此时假定传热系数不变是否合理？传热量的增加主要是通过什么途径实现的？如果空气流量增加50％，还可以假定K 不变吗？

解；设冷却水流量增加后其平均比热的变化可以不计，

原有的

()()257

.045

11916

35--==

水空气c q c q W m m ，增加冷却水量后此值为0.1711，

代入ε计算式得：7361.0=ε 增加水流量前的效能

7184

.01611945

119,=--=

ε。

由式（9-17）可知，因为(),,

min t t c q m -及保持不变，025.17184.07361

.0,,===ΦΦεε，

故传热量增加了 2.5％，引起传热量增加的一个主要原因是冷却水量增加后对数平均

温差有所上升。如果空气流量增加50％，就不能假定K 不变，因为此时空气侧换热系数有显著增加，而空气侧热阻为主要热阻。

10-25、已知：有一台逆流套管式冷油器，冷却水流量为0.0639kg/s ，进水温度35,

1=t ℃热油进口温度为120℃，油的比热容为 2.1kj/(kg*k)，传热面积为 1.42

m ，总传热系数为280(

)

k m W ?2

.如果油的出口温度不得低于60℃，冷却水的出口温度不得高于85℃. 求：该冷油器所能冷却的最大油流量。

解：最大的油流量相应于85,,

=t ℃时的情形。现以85,,

2=t ℃计算，最后检验,,

2t 是

否能满足要求。

(

)

W t t c q m 1335

0)(,

2,,22=-=Φ 342804.113350=?=Φ=?kA t m ℃，因而得()()34

3585120ln 3585120,,,,=??? ??-----t t ℃

即708512035ln 34,,1,,1-=????

??--t t ，解此方程得68,,

1=t ℃＞60℃，故满足要求。

由此得

h Kg s Kg t t C q p m /440/122.011==?

?? ??"-'Φ

油油。

热阻的分析与分离

10-26、已知：有一台液-液换热器，甲、乙两种介质分别在管内、外作强制对流换热。试验测得的传热系数与两种液体流速的变化情况如附图所示。求：试分析该换热器的主要热阻在哪一侧？

解：主要热阻在介质乙这一侧，因为增加介质甲的流速对传热系数的影响并不大，而增加介质乙的流速则使传热系数明显上升，这说明介质乙对总热阻有举足轻重的影响。

10-27、已知：一台逆流式换热器刚投入工作时在下列参数下运行：

360,1=t ℃，300,,

1=t ℃，30,2=t ℃，200,,

2=t ℃ ，11c q m =2500W/K,K=800()

k m W ?2.运行一年后发现，在11c q m 、

22c q m 、及,1t 、,2t 保持不变的情形下，冷流体只能被加热到162℃，而热流体的出口温度则

高于300℃。

求：此情况下的污垢热阻及热流体的出口温度。解：不结垢时，

()2.210160/270ln 160270=-=

?m t ℃ ,()2892.02.2108003003602500m t k A m =?-?=?Φ=

W c q c q m m /4.88217060

2500302003003601122==--=.

结垢后，()W t c q m 116471301624.882222=-?==Φδ。

又

()4.31330162833.21360,833.24.882255036030162,,

,,1,1,

2,,22211=--===--=--=t t t t t t c q c q m m ℃

()2.283198/4.283ln 1984.283=-=

?m t ℃，()

k m W k ?=?=2*2.5482.238892.0116471， ()k m W R R k k ??-?=-=∴=---241,,

1025.110182480012.5481,11。

10-28、已知：为了查明汽轮机凝汽器在运行过程中结垢所引起的热阻，分别用洁净的铜管

及经过运行已经结垢的铜管进行了水蒸气在管外凝结的试验，测得了以下数据。（数据见书上习题）

求：已使用过的管子的水垢热阻（按管外表面积计算）

解：（1）对清洁管，3.1221

.145.10=+=

m t ℃()k kg J c p ?=/4189

换热量

t c q p m 31049.21?==Φδ

()()77

.391.141.525.101.52ln 1.141.525.101.52=??

? ??-----=

?m t ℃

()

m W t A k m n ?=??=?Φ=23

581077.39093.01049.21

（2）结垢时，7.1121.133.10=+m t ℃，()k kg J c p ?=/4190

W 1072.16换热量 3

?==Φt c q p m δ ()()88.401.136.523.106.52ln 1.136.523.106.52=??? ??-----=

?m t ℃

()

m W t A k m n ?=??=?Φ=23

439788.40091.01072.16

污垢热阻

w k m k k /1053.5581014397111240??=-=-=

-ε。

10-29、已知：在一台洁净水冷式冷凝器中，保持换热量及冷凝温度不变而改变水速，测得数据如下（见书上习题）

求：试用威尔逊图解法决定蒸汽凝结时表面传热系数。

解：设凝结换热系数为0h ，水侧换热系数8

.0u C h l l =，则有：

8.011001010011

111u d C d R h d d h R h k w w ???? ??+???? ??+=++=，

这是形如bx a y +=的直线方程，

.001,1,1u x R h a k y w w =+==。

K m W K m x

x x

y x xy a /108018.1111

102Re ,/108332.1)(253

??=?==??=--=

---∑∑∑∑∑∑λδ

W K m R a h w /1065302.11

240

??=-=∴

-，

()

m W h ?==24

0/605065302.110。

10-30、已知：在附图所示的立式氨冷凝器的换热过程中，冷却水膜与壁面间的换热规律可近似地表示为ml

n q

c h 11=其中

l m q ,为单位圆周长度的质量流量，

而氨侧凝结换热的表面传热

系数可表示为3

/1120-=q c h 对于直径为51mm ，厚3mm 的光滑洁净的钢管，试验测得下表

所列数据。（表见课本习题）

求：试用图解法确定系数及指数n （参阅本章参考文献【26】）。解：按题意可列出： ml

n q

c h 11= ————（1），

/1120-=q c h ——————(2), 10

100111A A h R h k w +

+= ——————（3），

w R 为壁面热阻。

上式可改写为：3/11001100111q A A c c q A A R k ml n w +=???? ??- ——————（4）。

此式是形如bx a y +=的直线方程，取定一个n 值，记为1n ，可由此而得1c 及0c ，

记为11c 及01c ；利用所得的01c ，油式（2）可算出各工况下的0h ，记为01h ，于是可利用（3）式分离出各工况下的1h ，记为11h ，对（1）取对数得l m q n c h ,11lg lg lg +=，此式又可看成

是以

l m q ,lg 为自变量，1lg h 为因变量的直线方程，于是利用最小二乘法方法可得出1C 及n 的值，分别记为12c 及2n ，如果2n 与1n 的偏差及12c 及11c 的偏差小于允许值，则计算即可

终止，此题宜用计算机求解，答案见教材。终止迭代时，4

1105,25.0-?

算值与实测值间的最大相对偏差小于3.3％.5292.0,10521.1,54.514

01=?==n c c 。

10-31、已知：对氟利昂22在单根水平放置的双侧强化管外的凝结换热测得了以下实验数据，冷却水进、出口温度分别为26.4℃及30.7℃，平均水速为1.05m/s （按管直径计算）R22的饱和温度为40℃：管直径为19/16.4mm ；基于管内表面积的水侧表面传热系数为

1025.14?()

k m W ?2

.。管子材料为铜，表面清洁无污垢。

求：基于管外表面积的凝结换热的表面传热系数。解

(

)

6.2827

.304.26,,

2,,2=+-=Φf

p m t t t Ac u ρ℃，()1.996,/4175=?=ρk kg j c p

W 3

10965.3?=Φ

.117.30404.2640ln 4

.267.30=??? ??---=

?m t ℃

()

m W t L d k m n ??=???=?Φ=233

010876.531.11019.014.310965.3π

()

k m w h d d d d d h k a ?=++=/58761

ln 211

0100101λ

13513,104005.710495.310268.9107018.11

046510

=?=?-?-?=----h h ()k m w ?/ 传热的强化与削弱

10-32、已知：一球状物体中，λ为绝缘材料的导热系数，h 为球外表面的表面传热系数，假定为常数。

求证：球状物体的临界表面绝缘半径为h r /2λ=

证明：设周围介质的温度为∞t 则该球状物体的热量为h r r r t t 211411141ππλ+???? ??--=

Φ∞

，1

r 为球状物体的一内半径，该处的壁温为

,1t r 是外半径，此处视为变量，达到临界半径时，

0=dr d θ这导致041114121=??????+???? ??-h r r r dr d ππλ即02414132=+--r h h r ππ由此得

21=??? ??λhr 。于是得球状物体的临界表面绝缘半径为h r /2λ=。

10-33、已知：一外径为400mm 的细长壳管式换热器水平地搁置于20℃的房间内，壳侧的平均壁温为200℃.由于投产仓促，外壳尚未包保温材料，但涂有一层祝红漆。求：估算在此条件下每平方米外壳上的散热量。

解：壳侧流体与壳间的传热系数一般远较壳外空气的自然对流要强烈，故可近似的取

为外壳温度为200℃，则110220

200=+=

m t ℃。

(),687.0Pr ,/1029.24,/0328.02

6=?=?=-s m v k m W λ 8

10996.4?=Gr 。

()

m W d

Gr d

h ?===225

.00/357.5Pr 48.0λ

传热学第四版课后题答案第六章.

第六章复习题 1、什么叫做两个现象相似，它们有什么共性？答：指那些用相同形式并具有相同内容的微分方程式所描述的现象，如果在相应的时刻与相应的地点上与现象有关的物理量一一对于成比例，则称为两个现象相似。凡相似的现象，都有一个十分重要的特性，即描述该现象的同名特征数（准则）对应相等。（1）初始条件。指非稳态问题中初始时刻的物理量分布。（2）边界条件。所研究系统边界上的温度（或热六密度）、速度分布等条件。（3）几何条件。换热表面的几何形状、位置、以及表面的粗糙度等。（4）物理条件。物体的种类与物性。 2．试举出工程技术中应用相似原理的两个例子． 3．当一个由若干个物理量所组成的试验数据转换成数目较少的无量纲以后，这个试验数据的性质起了什么变化？ 4．外掠单管与管内流动这两个流动现象在本质上有什么不同？ 5、对于外接管束的换热，整个管束的平均表面传热系数只有在流动方向管排数大于一定值后才与排数无关，试分析原因。答：因后排管受到前排管尾流的影响（扰动）作用对平均表面传热系数的影响直到10排管子以上的管子才能消失。 6、试简述充分发展的管内流动与换热这一概念的含义。答：由于流体由大空间进入管内时，管内形成的边界层由零开始发展直到管子的中心线位置，这种影响才不发生变法，同样在此时对流换热系数才不受局部对流换热系数的影响。 7、什么叫大空间自然对流换热？什么叫有限自然对流换热？这与强制对流中的外部流动和内部流动有什么异同？答：大空间作自然对流时，流体的冷却过程与加热过程互不影响，当其流动时形成的边界层相互干扰时，称为有限空间自然对流。这与外部流动和内部流动的划分有类似的地方，但流动的动因不同，一个由外在因素引起的流动，一个是由流体的温度不同而引起的流动。 8．简述射流冲击传热时被冲击表面上局部表面传热系数的分布规律． 9．简述数数，数， Gr Nu Pr 的物理意义．Bi Nu 数与数有什么区别？ 10．对于新遇到的一种对流传热现象，在从参考资料中寻找换热的特征数方程时要注意什么？相似原理与量纲分析

传热学简答分析题

简答分析题 1．牛顿冷却公式中的△t改用热力学温度△T是否可以？ 2．何谓定性温度，一般如何取法。 3．天花板上“结霜”，说明天花板的保温性能是好还是差。 4．同一物体内不同温度的等温线能够相交，对吗？为什么？ 5．何谓传热方程式，并写出公式中各符号的意义及单位。 6．在寒冷的北方地区，建房用砖采用实心砖还是多孔的空心砖好？为什么？ 7．毕渥数和努谢尔数有相同的表达式，二者有何区别？ 8．在圆筒壁敷设保温层后，有时反而会增加其散热损失，这是为什么？ 9．冬天，在同样的温度下，为什么有风时比无风时感到更冷？ 10．试用传热学理论解释热水瓶的保温原理。 11．比较铁、铜、空气、水及冰的导热系数的大小。 12．在空调的房间里，室内温度始终保持在20℃，但在夏季室内仅需穿件单衣，而在冬季却需要穿毛衣，这是什么原因？ 13．冬天，经过在白天太阳底下晒过的棉被，晚上盖起来感到很暖和，并且经过拍打以后，效果更加明显。试解释原因。 14．有人将一碗热稀饭置于一盆凉水中进行冷却。为使稀饭凉得更快些，你认为他应搅拌碗中的稀饭还是盆中的凉水？为什么？ 15．窗玻璃对红外线几乎不透明，但为什么隔着玻璃晒太阳使人感到暖和？ 16.一铁块放入高温炉中加热，从辐射的角度分析铁块的颜色变化过程 17.我们看到的物体呈现某一颜色，解释这一现象。 18.北方深秋季节的清晨，树叶叶面上常常结霜。试问树叶上、下二面哪一面易结箱?为什么? 19.夏天人在同样温度（如：25度）的空气和水中的感觉不一样。为什么？ 20.为什么水壶的提把要包上橡胶？ 22.某管道外经为2r，外壁温度为tw1，如外包两层厚度均为r（即δ2＝δ3＝r）、导热系数分别为λ2和λ3（λ2 / λ3=2）的保温材料，外层外表面温度

传热学第四版课后思考题答案(杨世铭-陶文铨)]

第一章思考题 1．试用简练的语言说明导热、对流换热及辐射换热三种热传递方式之间的联系和区别。答：导热和对流的区别在于：物体内部依靠微观粒子的热运动而产生的热量传递现象，称为导热；对流则是流体各部分之间发生宏观相对位移及冷热流体的相互掺混。联系是：在发生对流换热的同时必然伴生有导热。导热、对流这两种热量传递方式，只有在物质存在的条件下才能实现，而辐射可以在真空中传播，辐射换热时不仅有能量的转移还伴有能量形式的转换。 2．以热流密度表示的傅立叶定律、牛顿冷却公式及斯忒藩－玻耳兹曼定律是应当熟记的传热学公式。试写出这三个公式并说明其中每一个符号及其意义。答：① 傅立叶定律： dx dt q λ-=，其中，q －热流密度；λ－导热系数；dx dt －沿x 方向的温度变化率，“－”表示热量传递的方向是沿着温度降低的方向。 ② 牛顿冷却公式： )(f w t t h q -=，其中，q －热流密度；h －表面传热系数；w t －固体表面温度；f t －流体的温度。 ③ 斯忒藩－玻耳兹曼定律：4T q σ=，其中，q －热流密度；σ－斯忒藩－玻耳兹曼常数；T －辐射物体的热力学温度。 3．导热系数、表面传热系数及传热系数的单位各是什么？哪些是物性参数，哪些与过程有关？答：① 导热系数的单位是：W/(m.K)；② 表面传热系数的单位是：W/(m 2.K)；③ 传热系数的单位是：W/(m 2.K)。这三个参数中，只有导热系数是物性参数，其它均与过程有关。 4．当热量从壁面一侧的流体穿过壁面传给另一侧的流体时，冷、热流体之间的换热量可以通过其中任何一个环节来计算（过程是稳态的），但本章中又引入了传热方程式，并说它是“换热器热工计算的基本公式”。试分析引入传热方程式的工程实用意义。答：因为在许多工业换热设备中，进行热量交换的冷、热流体也常处于固体壁面的两侧，是工程技术中经常遇到的一种典型热量传递过程。 5．用铝制的水壶烧开水时，尽管炉火很旺，但水壶仍然安然无恙。而一旦壶内的水烧干后，水壶很快就烧坏。试从传热学的观点分析这一现象。答：当壶内有水时，可以对壶底进行很好的冷却（水对壶底的对流换热系数大），壶底的热量被很快传走而不至于温度升得很高；当没有水时，和壶底发生对流换热的是气体，因为气体发生对流换热的表面换热系数小，壶底的热量不能很快被传走，故此壶底升温很快，容易被烧坏。 6．用一只手握住盛有热水的杯子，另一只手用筷子快速搅拌热水，握杯子的手会显著地感到热。试分析其原因。答：当没有搅拌时，杯内的水的流速几乎为零，杯内的水和杯壁之间为自然对流换热，自热对流换热的表面传热系数小，当快速搅拌时，杯内的水和杯壁之间为强制对流换热，表面传热系数大，热水有更多的热量被传递到杯壁的外侧，因此会显著地感觉到热。 7．什么是串联热阻叠加原则，它在什么前提下成立？以固体中的导热为例，试讨论有哪些情况可能使热量传递方向上不同截面的热流量不相等。答：在一个串联的热量传递过程中，如果通过每个环节的热流量都相同，则各串联环节的总热阻等于各串联环节热阻的和。例如：三块无限大平板叠加构成的平壁。例如通过圆筒壁，对于各个传热环节的传热面积不相等，可能造成热量传递方向上不同截面的热流量不相等。 8.有两个外形相同的保温杯A 与B ，注入同样温度、同样体积的热水后不久，A 杯的外表面就可以感觉到热，而B 杯的外表面则感觉不到温度的变化，试问哪个保温杯的质量较好？答：Ｂ：杯子的保温质量好。因为保温好的杯子热量从杯子内部传出的热量少，经外部散热以后，温度变化很小，因此几乎感觉不到热。第二章思考题 1 试写出导热傅里叶定律的一般形式，并说明其中各个符号的意义。答：傅立叶定律的一般形式为：n x t gradt q ??-=λλ＝－，其中：gradt 为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；q 为该处的热流密度矢量。

传热学练习题

传热学练习题一、填空题 1、在范德瓦耳斯方程中，是考虑分子之间的斥力而引进的改正项，V an 2 2 是考虑到分子之间的而引进的改正项。 2、在等压过程中，引进一个函数H 名为焓则其定义为，在此过程中焓的变化为，这正是等压过程中系统从外界吸收的热量。 3、所在工作于一定温度之间的热机，以的效率为最高，这是著名的。 4、一个系统的初态A 和终态B 给定后，积分与可逆过程的路径无关，克劳修斯根据这个性质引进一个态函数熵，它的定义是，其中A 和B 是系统的两个平衡态。 5、在热力学中引入了一个态函数TS U F -=有时把TS 叫做，由于F 是一个常用的函数，需要一个名词，可以把它叫做。 6、锅炉按用途可分为电站锅炉、___________ 锅炉和生活锅炉。 7、锅炉按输出介质可分为、___________ 、__________ 和汽水两用锅炉。 8、锅炉水循环可分为___________ 循环和_________ 循环两类。 9、如果温度场随时间变化，则为__________。 10、一般来说，紊流时的对流换热强度要比层流时__________。 11、导热微分方程式的主要作用是确实__________。 12、一般来说，顺排管束的平均对流换热系数要比叉排时__________。 13、膜状凝结时对流换热系数__________珠状凝结。二、判断题 1、系统的各宏观性质在长时间内不发生任何变化，这样的状态称为热力学平衡态。（） 2、温度是表征物体的冷热程度的，温度的引入和测量都是以热力学定律为基础的。（） 3、所谓第一类永动机，就是不需要能量而永远运动的机器。（） 4、自然界中不可逆过程是相互关联的，我们可以通过某种方法把两个不可逆过程联系起来。（） 5、对于处在非平衡的系统，可以根据熵的广延性质将整个系统的熵定义为处在局域平衡的各部分的熵之和。（） 6、测量锅炉压力有两种标准方法，一种是绝对压力，一种是相对压力都称为表压力。（）

传热学重点章节典型例题

第一章 1-1 对于附图所示的两种水平夹层，试分析冷、热表面间热量交换的方式有何不同？如果要通过实验来测定夹层中流体的导热系数，应采用哪一种布置？解：（ a ）中热量交换的方式主要有热传导和热辐射。（ b ）热量交换的方式主要有热传导，自然对流和热辐射。所以如果要通过实验来测定夹层中流体的导热系数，应采用（ a ）布置。 1-7 一炉子的炉墙厚 13cm ，总面积为 20m 2 ，平均导热系数为 1.04w/m · k ，内外壁温分别是 520 ℃及 50 ℃。试计算通过炉墙的热损失。如果所燃用的煤的发热量是 2.09 × 10 4 kJ/kg ，问每天因热损失要用掉多少千克煤？解：根据傅利叶公式每天用煤 1-9 在一次测定空气横向流过单根圆管的对流换热实验中，得到下列数据：管壁平均温度 t w = 69 ℃，空气温度 t f = 20 ℃，管子外径 d= 14mm ，加热段长 80mm ，输入加热段的功率 8.5w ，如果全部热量通过对流换热传给空气，试问此时的对流换热表面传热系数多大？解：根据牛顿冷却公式

1-14 宇宙空间可近似的看作 0K 的真空空间。一航天器在太空中飞行，其外表面平均温度为250K ，表面发射率为 0.7 ，试计算航天器单位表面上的换热量？解：航天器单位表面上的换热量 1-27 附图所示的空腔由两个平行黑体表面组成，孔腔内抽成真空，且空腔的厚度远小于其高度与宽度。其余已知条件如图。表面 2 是厚δ = 0.1m 的平板的一侧面，其另一侧表面 3 被高温流体加热，平板的平均导热系数λ =17.5w/m ? K ，试问在稳态工况下表面 3 的 t w3 温度为多少？解：表面 1 到表面 2 的辐射换热量 = 表面 2 到表面 3 的导热量第二章

传热学题目

传热学 1．热流密度q 与热流量的关系为（以下式子A 为传热面积，λ为导热系数，h 为对流传热系数）：( ) (A)q＝φA (B)q＝φ/A (C)q=λφ (D)q＝hφ 2．如果在水冷壁的管子里结了一层水垢，其他条件不变，管壁温度与无水垢时相比将：( ) (A)不变(B)提高(C)降低(D)随机改变 3. 当采用加肋片的方法增强传热时，最有效的办法是将肋片加在哪一侧? ( ) (A)传热系数较大的一侧（B）传热系数较小的一侧 (C)流体温度较高的一侧（D）流体温度较低的一侧 4. 导温系数的物理意义是什么? ( ) （A）表明材料导热能力的强弱（B）反映了材料的储热能力（C）反映材料传播温度变化的能力

（D）表明导热系数大的材料一定是导温系数大的材料 5. 温度梯度表示温度场内的某一点等温面上什么方向的温度变化率? ( ) (A)切线方向(B)法线方向 (C)任意方向(D)温度降低方向 6. 接触热阻的存在使相接触的两个导热壁面之间产生什么影响? ( ) (A)出现温差(B)出现临界热流 (C)促进传热(D)没有影响 7. 金属含有较多的杂质，则其导热系数将如何变化? ( ) （A）变大（B）变小（C）不变（D）可能变大，也可能变小 8. 物体之间发生热传导的动力是什么? ( ) (A)温度场(B)温差 (C)等温面(D)微观粒子运动

9. 通过大平壁导热时，大平壁内的温度分布规律是下述哪一种？( ) (A)直线(B)双曲线 (C)抛物线(D)对数曲线 10. 已知某一导热平壁的两侧壁面温差是30℃，材料的导热系数是22W/(m. K)，通过的热流密度是300W/m2，则该平壁的壁厚是多少? ( ) (A) 220m (B)22m (C)2.2m (D)0.22m 11. 第二类边界条件是什么? ( ) （A）已知物体边界上的温度分布。（B）已知物体表面与周围介质之间的传热情况。（C）已知物体边界上的热流密度。（D）已知物体边界上流体的温度与流速。12. 在稳态导热中，已知三层平壁的内外表面温度差为120℃，三层热阻之比R λ1、R λ2 、R λ 3 =1：2：3，则各层的温度降为( )

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传热学习题集第一章思考题 1．试用简练的语言说明导热、对流换热及辐射换热三种热传递方式之间的联系和区别。答：导热和对流的区别在于：物体内部依靠微观粒子的热运动而产生的热量传递现象，称为导热；对流则是流体各部分之间发生宏观相对位移及冷热流体的相互掺混。联系是：在发生对流换热的同时必然伴生有导热。导热、对流这两种热量传递方式，只有在物质存在的条件下才能实现，而辐射可以在真空中传播，辐射换热时不仅有能量的转移还伴有能量形式的转换。 2．以热流密度表示的傅立叶定律、牛顿冷却公式及斯忒藩－玻耳兹曼定律是应当熟记的传热学公式。试写出这三个公式并说明其中每一个符号及其意义。答：① 傅立叶定律： dx dt q λ-=，其中，q －热流密度；λ－导热系数；dx dt －沿x 方向的温度变化率，“－”表示热量传递的方向是沿着温度降低的方向。 ② 牛顿冷却公式：)(f w t t h q -=，其中，q －热流密度；h －表面传热系数；w t －固体表面温度；f t －流体的温度。 ③ 斯忒藩－玻耳兹曼定律：4T q σ=，其中，q －热流密度；σ－斯忒藩－玻耳兹曼常数；T －辐射物体的热力学温度。 3．导热系数、表面传热系数及传热系数的单位各是什么？哪些是物性参数，哪些与过程有关？答：① 导热系数的单位是：W/(m.K)；② 表面传热系数的单位是：W/(m 2.K)；③ 传热系数的单位是：W/(m 2.K)。这三个参数中，只有导热系数是物性参数，其它均与过程有关。 4．当热量从壁面一侧的流体穿过壁面传给另一侧的流体时，冷、热流体之间的换热量可以通过其中任何一个环节来计算（过程是稳态的），但本章中又引入了传热方程式，并说它是“换热器热工计算的基本公式”。试分析引入传热方程式的工程实用意义。答：因为在许多工业换热设备中，进行热量交换的冷、热流体也常处于固体壁面的两侧，是工程技术中经常遇到的一种典型热量传递过程。 5．用铝制的水壶烧开水时，尽管炉火很旺，但水壶仍然安然无恙。而一旦壶内的水烧干后，水壶很快就烧坏。试从传热学的观点分析这一现象。答：当壶内有水时，可以对壶底进行很好的冷却（水对壶底的对流换热系数大），壶底的热量被很快传走而不至于温度升得很高；当没有水时，和壶底发生对流换热的是气体，因为气体发生对流换热的表面换热系数小，壶底的热量不能很快被传走，故此壶底升温很快，容易被烧坏。 6．用一只手握住盛有热水的杯子，另一只手用筷子快速搅拌热水，握杯子的手会显著地感到热。试分析其原因。答：当没有搅拌时，杯内的水的流速几乎为零，杯内的水和杯壁之间为自然对流换热，自热对流换热的表面传热系数小，当快速搅拌时，杯内的水和杯壁之间为强制对流换热，表面传热系数大，热水有更多的热量被传递到杯壁的外侧，因此会显著地感觉到热。 7．什么是串联热阻叠加原则，它在什么前提下成立？以固体中的导热为例，试讨论有哪些情况可能使热量传递方向上不同截面的热流量不相等。答：在一个串联的热量传递过程中，如果通过每个环节的热流量都相同，则各串联环节的总热阻等于各串联环节热阻的和。例如：三块无限大平板叠加构成的平壁。例如通过圆筒壁，对于各个传热环节的传热面积不相等，可能造成热量传递方向上不同截面的热流量不相等。 8.有两个外形相同的保温杯A 与B ，注入同样温度、同样体积的热水后不久，A 杯的外表面就可以感觉到热，而B 杯的外表面则感觉不到温度的变化，试问哪个保温杯的质量较好？

传热学习题

习题(2009年10月9日) 1.平壁与圆管壁材料相同，厚度相同，在两侧表面温度相同条件下，圆管内表面积等于平壁表面积，试问哪种情况下导热量大?(圆管壁) 2.一个外径为50mm的钢管，外敷一层8mm、导热系数λ=0.25W/(m·K)的石棉保温层，外面又敷一层20mm厚，导热系数为0.045W/(m·K)的玻璃棉，钢管外侧壁温为300℃，玻璃棉外测温度为40℃，试求石棉保温层和玻璃棉层间的温度。(275.2℃) 3.一个外径为60mm的无缝钢管，壁厚为5mm。导热系数λ=54W/(m·K)，管内流过平均温度为 95℃的热水，与钢管内表面的换热系数为1830W/(m2·K)。钢管水平放置于20℃的大气中，近壁空气作自然对流，换热系数为7.86W/(m2·K)。试求以管外表面积计算的传热系数和单位管长的换热量(7.8135 W/(m2·K)，110.4W/m) 4.无内热源，常物性二维导热物体在某一瞬时的温度分布为t=2y2cosx。试说明该导热物体在x=0， y=l处的温度是随时间增加逐渐升高，还是逐渐降低?(升高) 5.两块厚度为30mm的无限大平板，初始温度为20℃，分别用铜和钢制成。平板两侧表面的温度突然上升到60℃，试计算使两板中心温度均上升到56℃时两板所需时间之比。铜和钢的热扩散率分别为103×10-6m2/s，12.9×10-6m2/s。(0.125) 6.用热电偶测量气罐中气体温度。热电偶的初始温度为20℃，与气体的表面传热系数为 10W/(m2·K)。热电偶近似为球形，直径为0.2mm。试计算插入10s后，热电偶的过余温度为初始过余温度的百分之几?(16.6%) 要使温度计过余温度不大于初始过余温度的1%，至少需要多长时间? (25.6s) 己知热电偶焊锡丝的λ=67W/(m·K)，ρ=7310kg/m3，c=228J/(kg·K)。 7.一直径为5cm的钢球，初始温度为450℃，突然被置于温度为30℃的空气中。设钢球表面与周围环境间的表面传热系数为24 W/(m2·K)，试计算钢球冷却到300℃所需的时间（570s）。已知钢球的λ=33W/(m·K)，ρ=7753kg/m3，c=480J/(kg·K)。 8.一温度计的水银泡呈圆柱形，长20mm，内径为4mm，初始温度为t0，今将其插入到温度较高的储气罐中测量气体温度。设水银泡同气体间的对流传热表面传热系数为11.63 W/(m2·K)，水银泡一层薄玻璃的作用可以忽略不计，试计算此条件下温度计的时间常数（148s），并确定插入5min后温度计读数的过余温度为初始过余温度的百分之几（0.133）？水银的物性参数如下：λ=10.36W/(m·K)，ρ=13110kg/m3，c=138J/(kg·K)。 9.有一各向同性材料的方形物体，其导热系数为常量。已知各边界的温度如图1所示，试求其内部网格节点1、2、3和4的温度。（t1=250.04℃；t2=250.02℃；t3=150.02℃；t4=150.01℃）10.如图2所示，一短直肋二维稳态导热体，肋高H=10cm，肋厚δ=10cm，肋宽b=1m，沿肋宽无温度梯度。已知肋材料λ=0.4W/（m·K），肋基温度t0=500℃，对流传热边界条件h=400W/ （m2·K），t f=20℃。（1）建立各节点的温度方程式并求各节点的温度；（t1=144.1℃；t2=27℃；t3=20.09℃；t4=22.38℃）（2）计算该直肋的散热量。（9931.2W） t=100℃ t = 1 ℃ 4 图1 图2

传热学第六章答案

子． 3．当一个由若干个物理量所组成的试验数据转换成数目较少的无量纲以后，这个试验数据的性质起了什么变化？ 4．外掠单管与管内流动这两个流动现象在本质上有什么不同？ 5、对于外接管束的换热，整个管束的平均表面传热系数只有在流动方向管排数大于一定值后才与排数无关，试分析原因。答：因后排管受到前排管尾流的影响（扰动）作用对平均表面传热系数的影响直到10排管子以上的管子才能消失。 6、试简述充分发展的管内流动与换热这一概念的含义。答：由于流体由大空间进入管内时，管内形成的边界层由零开始发展直到管子的中心线位置，这种影响才不发生变法，同样在此时对流换热系数才不受局部对流换热系数的影响。

7、什么叫大空间自然对流换热？什么叫有限自然对流换热？这与强制对流中的外部流动和内部流动有什么异同？答：大空间作自然对流时，流体的冷却过程与加热过程互不影响，当其流动时形成的边界层相互干扰时，称为有限空间自然对流。这与外部流动和内部流动的划分有类似的地方，但流动的动因不同，一个由外在因素引起的流动，一个是由流体的温度不同而引起的流动。 8．简述射流冲击传热时被冲击表面上局部表面传热系数的分布规律． 9．简述数 Nu Pr的物理意义．Bi Nu数与数有数，Gr 数，什么区别？ 10．对于新遇到的一种对流传热现象，在从参考资料中寻找换热的特征数方程时要注意什么？相似原理与量纲分析

传热学例题

例4-1某平壁厚度为0.37m，内表面温度t1为1650℃，外表面温度t2为300℃，平壁材料导热系数（式中t的单位为℃，λ的单位为 W/(m·℃)）。若将导热系数分别按常量（取平均导热系数）和变量计算时，试求平壁的温度分布关系式和导热热通量。解：（1）导热系数按常量计算平壁的平均温度为：平壁材料的平均导热系数为：由式可求得导热热通量为：设壁厚x处的温度为t，则由式可得：故上式即为平壁的温度分布关系式，表示平壁距离x和等温表面的温度呈直线关系。（2）导热系数按变量计算由式得：

或积分得（a）当时，，代入式a，可得：整理上式得：解得：上式即为当λ随t呈线性变化时单层平壁的温度分布关系式，此时温度分布为曲线。计算结果表明，将导热系数按常量或变量计算时，所得的导热通量是相同的；而温度分布则不同，前者为直线，后者为曲线。例4-2燃烧炉的平壁由三种材料构成。最内层为耐火砖，厚度为150mm，中间层为绝热转，厚度为290mm，最外层为普通砖，厚度为228mm。已知炉内、外壁表面分别为1016℃和34℃，试求耐火砖和绝热砖间以及绝热砖和普通砖间界面的温度。假设各层接触良好。

解：在求解本题时，需知道各层材料的导热系数λ，但λ值与各层的平均温度有关，即又需知道各层间的界面温度，而界面温度正是题目所待求的。此时需采用试算法，先假设各层平均温度（或界面温度），由手册或附录查得该温度下材料的导热系数（若知道材料的导热系数与温度的函数关系式，则可由该式计算得到λ值），再利用导热速率方程式计算各层间接触界面的温度。若计算结果与所设的温度不符，则要重新试算。一般经5几次试算后，可得合理的估算值。下面列出经几次试算后的结果。耐火砖绝热砖普通砖设t2耐火砖和绝热砖间界面温度，t3绝热砖和普通砖间界面温度。，由式可知：再由式得：所以

传热学第一章答案第四版-杨世铭-陶文铨汇总

传热学经典计算题

传热学经典计算题热传导 1. 用热电偶测量气罐中气体的温度。热电偶的初始温度为20℃，与气体的表面传热系数为()210/W m K ?。热电偶近似为球形，直径为0.2mm 。试计算插入10s 后，热电偶的过余温度为初始过余温度的百分之几？要使温度计过余温度不大于初始过余温度的1％，至少需要多长时间？已知热电偶焊锡丝的()67/W m K λ=?，7310ρ= 3/kg m ，()228/c J kg K =?。解：先判断本题能否利用集总参数法。 3 5100.110 1.491067hR Bi λ--??===?＜0.1 可用集总参数法。时间常数 3 73102280.110 5.563103c cV c R hA h ρρτ-??===?= s 则10 s 的相对过余温度 0θθ=exp c ττ??-= ???exp 1016.65.56??-= ???％热电偶过余温度不大于初始过余温度1％所需的时间，由题意 0θθ=exp c ττ??- ??? ≤0.01 exp 5.56τ?? - ???≤0.01 解得 τ≥25.6 s

1、空气以10m/s 速度外掠0.8m 长的平板，C t f 080=,C t w 030=，计算该平板在临界雷诺数c e R 下的c h 、全板平均表面传热系数以及换热量。（层流时平板表面局部努塞尔数 3/12/1332.0r e x P R Nu =，紊流时平板表面局部努塞尔数3/15/40296.0r e x P R Nu =，板宽为1m ，已知5105?=c e R ，定性温度C t m 055=时的物性参数为： )/(1087.22K m W ??=-λ，s m /1046.1826-?=ν，697.0=r P ）解：(1)根据临界雷诺数求解由层流转变到紊流时的临界长度 C t t t w f m 055)(21=+=,此时空气得物性参数为： )/(1087.22K m W ??=-λ，s m /1046.1826-?=ν，697.0=r P )(92.0101046.1810565m u R X ul R c c e c e =???==?=-ν ν 由于板长是0.8m ，所以，整个平板表面的边界层的流态皆为层流 ? ==3/12/1332.0r e x P R hl Nu λ)/(41.7697.0)105(8.01087.2332.0332.023/12/1523/12 /1C m W P R l h r e c c ?=????==-λ (2)板长为0.8m 时，整个平板表面的边界层的雷诺数为： 561033.41046.188.010?=??==-νul R e 全板平均表面传热系数: )/(9.13697.0)1033.4(8.01087.2664.0664.023/12/1523/12 /1C m W P R l h r e c ?=????==-λ 全板平均表面换热量W t t hA w f 9.557)3080(18.09.13)(=-???=-=Φ

传热学第四版课后思考题答案(杨世铭-陶文铨)]说课讲解

传热学第四版课后思考题答案(杨世铭-陶文铨)]

第一章思考题 1．试用简练的语言说明导热、对流换热及辐射换热三种热传递方式之间的联系和区别。答：导热和对流的区别在于：物体内部依靠微观粒子的热运动而产生的热量传递现象，称为导热；对流则是流体各部分之间发生宏观相对位移及冷热流体的相互掺混。联系是：在发生对流换热的同时必然伴生有导热。导热、对流这两种热量传递方式，只有在物质存在的条件下才能实现，而辐射可以在真空中传播，辐射换热时不仅有能量的转移还伴有能量形式的转换。 2．以热流密度表示的傅立叶定律、牛顿冷却公式及斯忒藩－玻耳兹曼定律是应当熟记的传热学公式。试写出这三个公式并说明其中每一个符号及其意义。答：① 傅立叶定律： dx dt q λ -=，其中，q －热流密度；λ－导热系数；dx dt －沿x 方向的温度变化率，“－”表示热量传递的方向是沿着温度降低的方向。 ② 牛顿冷却公式： )(f w t t h q -=，其中，q －热流密度；h －表面传热系数；w t －固体表面温度；f t －流体的温度。 ③ 斯忒藩－玻耳兹曼定律：4T q σ=，其中，q －热流密度；σ －斯忒藩－玻耳兹曼常数；T －辐射物体的热力学温度。 3．导热系数、表面传热系数及传热系数的单位各是什么？哪些是物性参数，哪些与过程有关？答：① 导热系数的单位是：W/(m.K)；② 表面传热系数的单位是：W/(m 2.K)；③ 传热系数的单位是：W/(m 2.K)。这三个参数中，只有导热系数是物性参数，其它均与过程有关。 4．当热量从壁面一侧的流体穿过壁面传给另一侧的流体时，冷、热流体之间的换热量可以通过其中任何一个环节来计算（过程是稳态的），但本章中又引入了传热方程式，并说它是“换热器热工计算的基本公式”。试分析引入传热方程式的工程实用意义。答：因为在许多工业换热设备中，进行热量交换的冷、热流体也常处于固体壁面的两侧，是工程技术中经常遇到的一种典型热量传递过程。 5．用铝制的水壶烧开水时，尽管炉火很旺，但水壶仍然安然无恙。而一旦壶内的水烧干后，水壶很快就烧坏。试从传热学的观点分析这一现象。答：当壶内有水时，可以对壶底进行很好的冷却（水对壶底的对流换热系数大），壶底的热量被很快传走而不至于温度升得很高；当没有水时，和壶底发生对流换热的是气体，因为气体发生对流换热的表面换热系数小，壶底的热量不能很快被传走，故此壶底升温很快，容易被烧坏。 6．用一只手握住盛有热水的杯子，另一只手用筷子快速搅拌热水，握杯子的手会显著地感到热。试分析其原因。答：当没有搅拌时，杯内的水的流速几乎为零，杯内的水和杯壁之间为自然对流换热，自热对流换热的表面传热系数小，当快速搅拌时，杯内的水和杯壁之间为强制对流换热，表面传热系数大，热水有更多的热量被传递到杯壁的外侧，因此会显著地感觉到热。 7．什么是串联热阻叠加原则，它在什么前提下成立？以固体中的导热为例，试讨论有哪些情况可能使热量传递方向上不同截面的热流量不相等。答：在一个串联的热量传递过程中，如果通过每个环节的热流量都相同，则各串联环节的总热阻等于各串联环节热阻的和。例如：三块无限大平板叠加构成的平壁。例如通过圆筒壁，对于各个传热环节的传热面积不相等，可能造成热量传递方向上不同截面的热流量不相等。 8.有两个外形相同的保温杯A 与B ，注入同样温度、同样体积的热水后不久，A 杯的外表面就可以感觉到热，而B 杯的外表面则感觉不到温度的变化，试问哪个保温杯的质量较好？答：Ｂ：杯子的保温质量好。因为保温好的杯子热量从杯子内部传出的热量少，经外部散热以后，温度变化很小，因此几乎感觉不到热。第二章思考题 1 试写出导热傅里叶定律的一般形式，并说明其中各个符号的意义。

传热学计算例题

、室内一根水平放置的无限长的蒸汽管道，其保温层外径d=583 mm，外表面实测平均温度及空气温度分别为，此时空气与管道外表面间的自然对流换热的表面传热系数h=3.42 W /(m2 K),墙壁的温度近似取为室内空气的温度，保温层外表面的发射率问：(1)此管道外壁的换热必须考虑哪些热量传递方式； (2)计算每米长度管道外壁的总散热量。(12分) 解： (1)此管道外壁的换热有辐射换热和自然对流换热两种方式。 (2)把管道每米长度上的散热量记为qi 当仅考虑自然对流时，单位长度上的自然对流散热 q i,c =二d h t =二dh (j - t f ) = 3.14 0.583 3.42 (48 - 23 ) 二156 .5(W / m) 近似地取墙壁的温度为室内空气温度，于是每米长度管道外表面与室内物体及墙壁之间的辐射为： q i厂d (T； -T；) = 3.14 0.583 5.67 10》0.9 [(48 273)4-(23 273)4] = 274.7(W /m) 总的散热量为q i = q i,c +q i,r = 156.5 +274.7 = 431.2(W/m) 2、如图所示的墙壁，其导热系数为50W/(m- K),厚度为50mm在稳态情况下的墙壁内的一维温度分布为：t=200-2000x 2，式中t的单位为°C, x单位为m 试求： t (1) 墙壁两侧表面的热流密度； (2) 墙壁内单位体积的内热源生成的热量 2 t =200 —2000x

解：(1)由傅立叶定律: ① dt W q ' (―4000x) = 4000二x A dx 所以墙壁两侧的热流密度： q x _. =4000 50 0.05 =10000 (1)由导热微分方程茫?生=0得: dx 扎 3、一根直径为1mm 勺铜导线，每米的电阻为2.22 10 。导线外包有厚度为 0.5mm 导热系数为0.15W/(m ? K)的绝缘层。限定绝缘层的最高温度为 65°C,绝缘层的外表面温度受环境影响，假设为40°C 。试确定该导线的最大允许电流为多少？解：(1)以长度为L 的导线为例，导线通电后生成的热量为I 2RL ,其中的一部分热量用于导线的升温，其热量为心务中：一部分热量通过绝热层的导热传到大气中，其热量为：门二 1 , d In 2 L d 1 根据能量守恒定律知：l 2RL -门述二厶E = I 2RL -门即 E = — L dT m = I 2RL - t w1 _tw2 4 di 1 , d 2 In 2 L d 1 q v 、d 2t ——' 2 dx =-(7000)= 4000 50 二 200000 W/m 3 t w1 - t w2 。 2 q x 卫=4000.： 0 = 0

传热学问答题答案

传热学问答题答案传热学问答题答案第一章思考题 1．试用简练的语言说明导热、对流换热及辐射换热三种热传递方式之间的联系和区别。答：导热和对流的区别在于：物体内部依靠微观粒子的热运动而产生的热量传递现象，称为导热；对流则是流体各部分之间发生宏观相对位移及冷热流体的相互掺混。联系是：在发生对流换热的同时必然伴生有导热。导热、对流这两种热量传递方式，只有在物质存在的条件下才能实现，而辐射可以在真空中传播，辐射换热时不仅有能量的转移还伴有能量形式的转换。 2．以热流密度表示的傅立叶定律、牛顿冷却公式及斯忒藩－玻耳兹曼定律是应当熟记的传热学公式。试写出这三个公式并说明其中每一个符号及其意义。答：①傅立叶定律：向的温度变化率，“－”表示热量传递的方向是沿着温度降低的方向。 ②牛顿冷却公式：－固体表面温度；qdtdtdx，其中，q－热流密度；－导热系数；dx－沿x方，其中，q－热流密度；h－表面传热系数； 4qh(twtf)twtf－流体的温度。③斯忒藩－玻耳兹曼定律：qT，其中，q－热流密度；－斯忒藩－玻耳兹曼常数；T－辐射物体的热力学温度。

3．导热系数、表面传热系数及传热系数的单位各是什么？哪些是物性参数，哪些与过程有关？ 2答：①导热系数的单位是：W/(m.K)；②表面传热系数的单位是：W/(m.K)；③传热 2系数的单位是：W/(m.K)。这三个参数中，只有导热系数是物性参数，其它均与过程有关。 4．当热量从壁面一侧的流体穿过壁面传给另一侧的流体时，冷、热流体之间的换热量可以通过其中任何一个环节来计算（过程是稳态的），但本章中又引入了传热方程式，并说它是“换热器热工计算的基本公式”。试分析引入传热方程式的工程实用意义。答：因为在许多工业换热设备中，进行热量交换的冷、热流体也常处于固体壁面的两侧，是工程技术中经常遇到的一种典型热量传递过程。 5．用铝制的水壶烧开水时，尽管炉火很旺，但水壶仍然安然无恙。而一旦壶内的水烧干后，水壶很快就烧坏。试从传热学的观点分析这一现象。答：当壶内有水时，可以对壶底进行很好的冷却（水对壶底的对流换热系数大），壶底的热量被很快传走而不至于温度升得很高；当没有水时，和壶底发生对流换热的是气体，因为气体发生对流换热的表面换热系数小，壶底的热量不能很快被传走，故此壶底升温很快，容易被烧坏。 6．用一只手握住盛有热水的杯子，另一只手用筷子快速搅拌热水，握杯子的手会显著地感到热。试分析其原因。答：当没有搅拌时，杯内的水的流速几乎为零，杯内的水和杯壁之间为自然对流换热，自热对流换热的表面传热系数小，当快速搅拌时，杯内的水和杯壁之间为强制对流换热，表面传热系数大，热水有更多的热量被传递到杯壁的外侧，因此会显著地感觉到热。

传热学(典型题集锦)_27124分析

传热学（一）第一部分选择题 ?单项选择题（本大题共 10 小题，每小题 2 分，共 20 分）在每小题列出的四个选项中只有一个选项是符合题目要求的，请将正确选项前的字母填在题后的括号内。 1. 在稳态导热中 , 决定物体内温度分布的是 ( ) A. 导温系数 B. 导热系数 C. 传热系数 D. 密度 2. 下列哪个准则数反映了流体物性对对流换热的影响 ?( ) A. 雷诺数 B. 雷利数 C. 普朗特数 D. 努谢尔特数 3. 单位面积的导热热阻单位为 ( ) A. B. C. D. 4. 绝大多数情况下强制对流时的对流换热系数 ( ) 自然对流。 A. 小于 B. 等于 C. 大于 D. 无法比较

5. 对流换热系数为 100 、温度为 20 ℃的空气流经 50 ℃的壁面，其对流换热的热流密度为（） A. B. C. D. 6. 流体分别在较长的粗管和细管内作强制紊流对流换热，如果流速等条件相同，则（） A. 粗管和细管的相同 B. 粗管内的大 C. 细管内的大 D. 无法比较 7. 在相同的进出口温度条件下，逆流和顺流的平均温差的关系为（） A. 逆流大于顺流 B. 顺流大于逆流 C. 两者相等 D. 无法比较 8. 单位时间内离开单位表面积的总辐射能为该表面的（） A. 有效辐射 B. 辐射力 C. 反射辐射 D. 黑度 9. （）是在相同温度条件下辐射能力最强的物体。 A. 灰体 B. 磨光玻璃 C. 涂料 D. 黑体 10. 削弱辐射换热的有效方法是加遮热板，而遮热板表面的黑度应（） A. 大一点好 B. 小一点好

C. 大、小都一样 D. 无法判断第二部分非选择题 ?填空题（本大题共 10 小题，每小题 2 分，共 20 分） 11. 如果温度场随时间变化，则为。 12. 一般来说，紊流时的对流换热强度要比层流时。 13. 导热微分方程式的主要作用是确定。 14. 当 d 50 时，要考虑入口段对整个管道平均对流换热系数的影响。 15. 一般来说，顺排管束的平均对流换热系数要比叉排时。 16. 膜状凝结时对流换热系数珠状凝结。 17. 普朗克定律揭示了按波长和温度的分布规律。 18. 角系数仅与因素有关。 19. 已知某大平壁的厚度为 15mm ，材料导热系数为 0.15 ，壁面两侧的温度差为 150 ℃，则通过该平壁导热的热流密度为。 20. 已知某流体流过固体壁面时被加热，并且，流体平均温度为 40 ℃，则壁面温度为。 ?名词解释（本大题共 5 小题，每小题 4 分，共 20 分） 21. 导热基本定律 22. 非稳态导热 23. 凝结换热