傳熱與傳質(zhì)復(fù)習(xí).docx

石工10級8班復(fù)習(xí)資料傳熱與傳質(zhì)復(fù)習(xí)考試時間：100分鐘考試題型：判斷題（10題20分）、填空題（10空20分）、簡答分析題（1題10分）、計算題（4題50分）判斷填空題：基本概念、小計算簡答分析題：基本定義的理解、公式的簡單推導(dǎo)、證明、對實際現(xiàn)象的分析計算題：1、穩(wěn)態(tài)導(dǎo)熱的計算（平壁、圓筒壁） 2、非穩(wěn)態(tài)導(dǎo)熱的計算（集總參數(shù)分析法，先算Bi）5選2 3、簡單的對流換熱計算（不試算，注意公式選擇，修正項，選對定性溫度和定型尺寸） 4、熱輻射的簡單計算（斯蒂芬波爾茲曼定理，維恩位移定理） 5、傳熱過程的計算（傳熱系數(shù)、熱阻計算）必考 6、換熱器的熱計算（對數(shù)平均溫差法、有效度傳熱單元數(shù)法） 7、單向擴散與等摩爾逆向擴散的通量計算傳熱與傳質(zhì)模擬題一一、判斷題1、等溫線一定垂直于絕熱邊界（）2、在圓筒壁外敷設(shè)保溫層都可以削弱傳熱（）3、強迫對流換熱系數(shù)一般大于自然對流換熱系數(shù)（）4、溫度梯度的方向指向溫度降落的方向（）5、集總參數(shù)分析法認(rèn)為溫度分布和空間位置無關(guān)（）6、無論紊流流動還是層流流動的對流換熱過程，熱阻主要位于邊界層內(nèi)屬于層流流動的部分（）7、單向擴散的（）8、在化學(xué)反應(yīng)中一般通量是計算和（）9、擴散通量為零的組分稱為呆滯組分（）10、在Sc=1時普朗特類比可轉(zhuǎn)化為雷諾類比（）二、填空題1、厚度，導(dǎo)熱系數(shù)為常數(shù)的大平壁的單位面積導(dǎo)熱熱阻是_/ 。2、保溫材料是指導(dǎo)熱系數(shù)小于_0.12 W/(mK)_的材料。3、金屬含有較多的雜質(zhì)，則其導(dǎo)熱系數(shù)將 減小 。4、在傳熱學(xué)中熱量傳遞的基本方式有三種，分別是 熱傳導(dǎo) 、 熱對流 、 熱輻射 ；在傳質(zhì)學(xué)中質(zhì)量傳遞的兩種基本方式是 分子擴散 和 對流擴散 。5、對于許多工程材料，在一定的溫度范圍內(nèi)，導(dǎo)熱系數(shù)可以認(rèn)為是溫度的線性函數(shù)，即 =0(1+bt) 。6、導(dǎo)溫系數(shù)a稱作 熱擴散系數(shù) ，它的單位是 2/ ；導(dǎo)溫系數(shù)大的材料，物體各部分溫度趨于一致性的能力 強 。7、無限長圓筒壁的單位管長導(dǎo)熱熱阻是8、氣體在多孔介質(zhì)中的擴散主要有 斐克擴散 、 努森擴散 、 表面擴散 。9、溫度為288K，壓力為1bar時，一氧化碳在氮氣中的擴散系數(shù)為1.94510-5 m2/s，則溫度為303K，壓力為2bar時，一氧化碳在氮氣中的擴散系數(shù)為 1.0510-5 m2/s 。10、一維穩(wěn)態(tài)無化學(xué)反應(yīng)常物性時，通過呆滯組分?jǐn)U散的濃度分布曲線是 指數(shù)曲線 ，等摩爾逆向擴散的濃度分布曲線是 直線 ；一維穩(wěn)態(tài)無內(nèi)熱源常物性時，圓筒壁的溫度分布曲線是 對數(shù)曲線 。三、簡答分析題簡述傳熱學(xué)在石油工程中的應(yīng)用：1、在鉆井工業(yè)中，隨井眼的加深地溫升高，無論是鉆井液中使用的化學(xué)處理劑還是粘土顆粒，其化學(xué)性能都將受到不良影響，從而使鉆井液失去穩(wěn)定性，因此，預(yù)測深井中的井溫分布對鉆井液的研制起著指導(dǎo)性作用，對快速、優(yōu)質(zhì)、安全鉆井有重要意義；同時，井內(nèi)溫度分布對固井水泥漿性能、井壁穩(wěn)定性、巖石破碎及鉆頭工作性能都有一定影響。2、對稠油和高凝油的開采，加熱降粘或維持溫度能有效減小流動阻力，提高采收率；水力壓裂的壓裂液性能也受溫度分布的影響。3、石油運輸行業(yè)中，依據(jù)原油受熱粘度降低，可減小管輸阻力，降低運輸難度和運輸成本，為后續(xù)工藝要求打下基礎(chǔ)。四、計算題1、熱處理工藝中，常用銀球來測定淬火介質(zhì)的冷卻能力。今有直徑為20mm的銀球，加熱到650后置于20的靜止水容器中。當(dāng)銀球中心溫度均由650變化到450時，用熱電偶分別測得的降溫速率為180s。在上述溫度范圍內(nèi)銀的物性參數(shù)10500 kgm3，c2.62102，。試求銀球與水之間的表面?zhèn)鳠嵯禂?shù)。解：本題表面?zhèn)鳠嵯禂?shù)未知，即Bi數(shù)為未知參數(shù)，所以無法判斷是否滿足集總參數(shù)法條件。為此，先假定滿足集總參數(shù)法條件，然后驗算。 ， 由，得：驗算Bi數(shù)：滿足集總參數(shù)條件，上述分析和計算是合理的。2、采用測定鉑絲電阻的方法可間接測出橫掠鉑絲的空氣速度。現(xiàn)測得鉑絲d=0.1mm，長10mm，電阻0.2，通過電流1.2A，表面溫度為200，空氣溫度為20。已知，空氣物性參數(shù)見下表。求氣流速度。T，Pr202.5910-215.0610-60.7031103.2710-224.2910-60.6872003.9310-234.8510-60.680解：定性溫度，特征長度d=0.1mm查表得=3.2710-2，=24.2910-6，Prm=0.687由換熱條件得： 即： 解得 又因 得 ，而 故，3、一臺逆流套管式換熱器在下列條件下運行，傳熱系數(shù)保持不變，冷流體質(zhì)流量0.125kg/s，定壓比熱為4200，入口溫度40，出口溫度95。熱流體質(zhì)流量0.125kg/s，定壓比熱為2100，入口溫度210， (1)該換熱器最大可能的傳熱量是多少？(2)若冷、熱流體側(cè)的對流換熱系數(shù)及污垢熱阻分別為2000 W/(m2K)、0.0004 (m2K)/W、120 W/(m2K)、0.0001(m2K)/W，且可忽略管壁的導(dǎo)熱熱阻，試?yán)脤?shù)平均溫差法確定該套管式換熱器的換熱面積；并說明為增強換熱，應(yīng)提高哪個換熱系數(shù)。解：（1）確定換熱器最大可能的傳熱量：(2)確定換熱器的面積：根據(jù)熱平衡方程式 確定熱流體出口溫度，即：對數(shù)平均溫差： 換熱量：換熱系數(shù)：換熱器的面積為：為增強換熱，應(yīng)提高小的換熱系數(shù)，即120 W/(m2K)。4、壓力為1atm、溫度為0的氧+氮二元擴散系，在擴散路徑上相距2mm的兩點氧氣濃度分別為10%和20%的容積百分?jǐn)?shù)，已知0和1atm條件下。試分別計算以下兩種擴散條件下的氧的通量：（1）氮為呆滯氣體；（2）等摩爾逆向擴散。解：（1）（2）傳熱與傳質(zhì)模擬題二一、判斷題1、熱傳導(dǎo)和熱對流都沒有能量形式的轉(zhuǎn)化（）2、一般導(dǎo)電性好的金屬，導(dǎo)熱性也好（）3、畢渥數(shù)和努謝爾特數(shù)表達(dá)式一樣，意義和用途也一樣（）4、冷熱流體進出口溫度相同的情況下，逆流的對數(shù)平均溫差大于順流（）5、任何情況下，逆流的換熱器有效度都大于順流（）6、在工業(yè)高溫范圍內(nèi)，輻射主要是可見光（）7、自然界并不存在絕對的黑體、白體和透明體，它們都是理想模型（）8、影響擴散系數(shù)的因素主要是溫度、壓力和系統(tǒng)組分（）9、在傳質(zhì)設(shè)備的工程計算中，常用和（）10、穩(wěn)態(tài)導(dǎo)熱時通過長圓筒壁內(nèi)的不同半徑柱面上的熱流密度相等 （）二、填空題1、雷諾類比假設(shè)紊流流動是由 層流底層 和 紊流核心 組成的。2、如果溫度不僅隨其 空間 變化，而且還隨 時間 而變化，則該溫度場稱之為非穩(wěn)定溫度場。3、邊界層內(nèi)壁面速度梯度及溫度梯度 最大 。4、格拉曉夫準(zhǔn)則的數(shù)值反映 浮升力 與 粘性力 之比。5、太陽輻射最大單色輻射力對應(yīng)的波長為=0.5m，據(jù)此可知太陽的表面溫度約為_5795.2 K_。6、普朗克定律確定了黑體單色輻射力Eb和 波長 與 絕對溫度T 之間的函數(shù)關(guān)系。7、呆滯組分是指 凈通量為零 的組分。8、雷諾類比的結(jié)論是。9、有一O2（A）與CO2（B）的混合物，溫度為294K，壓力為1.519105Pa，已知yA=0.40，vA=0.88 m/s，那么，CA= 24.86 mol/m3 ，= 1.64 kg/ m3 ，nA= 。10、已知溫度為288K，壓力為1bar時，；那么，溫度為303K，壓力為2atm時，。三、簡答分析題有二維溫度場和二維濃度場，其中不存在化學(xué)反應(yīng)和內(nèi)熱源，溫度和濃度分布都不隨時間變化，各種物性參數(shù)視為常數(shù)，其中的流動也不存在整體流動，不考慮兩個場的相互影響。x=0，溫度恒為tw0，A組分的濃度為CA0 ；x=a，絕熱，A組分的凈通量為坐標(biāo)y的函數(shù)；y=0，有溫度為tf的流體流過，對流換熱系數(shù)為，傳質(zhì)膜系數(shù)為kc；y=b，恒定熱流密度，A組分無凈通量。試寫出以上關(guān)于溫度場和A組分濃度場的完整數(shù)學(xué)描述溫度場： 濃度場： 四、計算題1、一雙層玻璃窗，寬1.1m，高1.2m，厚3mm，導(dǎo)熱系數(shù)為1.05W/(mK)；中間空氣層厚5mm，設(shè)空氣隙僅起導(dǎo)熱作用，導(dǎo)熱系數(shù)為0.026W/(mK)。室內(nèi)空氣溫度為25。表面?zhèn)鳠嵯禂?shù)為20W/(m2K)；室外空氣溫度為-10，表面?zhèn)鳠嵯禂?shù)為15 W/(m2K)。試計算通過雙層玻璃窗的散熱量，并與單層玻璃窗相比較。假定在兩種情況下室內(nèi)、外空氣溫度及表面?zhèn)鳠嵯禂?shù)相同。解：(1)雙層玻璃窗情形，由傳熱過程計算式：(2)單層玻璃窗情形：顯然，單層玻璃窗的散熱量是雙層玻璃窗的2.6倍。因此，北方的冬天常常采用雙層玻璃窗使室內(nèi)保溫。2、100W燈泡的燈絲溫度為2800K，黑度為0.3。試計算；（1）燈絲所必需的最小面積（2）單色輻射力為最大值時的射線波長解：（1） 得：（2）由維恩位移定理，3、在油冷器中，油的進口溫度th1=130，流量為0.5 kg/s,比熱容為2220 。冷卻水的進口溫度tc1=15，流量0.3 kg/s，比熱容為4182 。換熱面積為2.4m2，傳熱系數(shù)。求順流式和逆流式油冷器的有效度和二流體的出口溫度。解：油和水的熱容量各為：則熱容比為：傳熱單元數(shù) （1）逆流式：則有，又 即 得到，（2）順流式：則有，同樣方法求冷卻水出口溫度：得，4、地面上的水層溫度為30，厚度為1mm，該處的摩爾分?jǐn)?shù)yA1=0.0295，水蒸發(fā)到周圍空氣之間膜厚度為5mm，該處的摩爾分?jǐn)?shù)為yA2=0.0032，空氣溫度為30，壓力為1atm，試計算這些水蒸發(fā)到周圍靜止空氣中需要多少時間。解：以1m2的地面積為計算單位，被蒸發(fā)的水的體積：被蒸發(fā)的水的質(zhì)量：被蒸發(fā)的水的摩爾數(shù)：單位時間單位面積上的擴散速率：查得那么，所以，因此，這些水蒸發(fā)到周圍靜止空氣中需要的時間為：傳熱與傳質(zhì)模擬題三一、判斷題1、對流只能發(fā)生在流動的流體中（）2、換熱系數(shù)與導(dǎo)熱系數(shù)不同，它不是物性參數(shù)，而是與流體運動產(chǎn)生的原因，流動的狀態(tài)，流體有無相變，流體的物性以及壁面的形狀位置等許多因素有關(guān)（）3、相同溫度下，黑體的輻射能力最強（）4、規(guī)定邊界上的溫度稱為導(dǎo)熱的第二類邊界條件（）5、導(dǎo)熱系數(shù)越大，對流換熱系數(shù)越大；越大，越大；越大，越大（）6、對于短管和彎管，換熱系數(shù)通常要比長的直管小些（）7、化學(xué)反應(yīng)中，通常用（）8、等摩爾逆向擴散中，（）9、舍伍德數(shù)的物理意義是表面處濃度梯度與總濃度梯度的比值（）10、分子擴散系數(shù)的大小表示了物體導(dǎo)熱能力的大?。ǎ┒?、填空題1、多層平壁傳熱過程中，為增強傳熱，應(yīng)設(shè)法提高 小 的那個換熱系數(shù)。2、溫度梯度是一個 向量 ， 正向 朝著溫度增加的方向。3、由兩種不同材料制成的平壁緊密接觸時進行的穩(wěn)態(tài)導(dǎo)熱過程，若已知1=2，(t1-t2)(t2-t3)，則1 2成立。4、由于物性隨溫度變化，在對流換熱條件下，流場內(nèi)各處溫度不同，自然各處的物性亦異。因此在計算中是以某一特征溫度-定性溫度來確定物性的。定性溫度的選擇有以下三種： 流體平均溫度 、 壁面平均溫度 、 流體與壁面的算術(shù)平均值 。5、可見光波長范圍是 0.380.76m 。6、黑體最大單色輻射力所對應(yīng)的波長隨溫度升高向 波長減短 方向移動.其移動規(guī)律由 維恩位移 定律給出。7、基爾霍夫定律確立了物體發(fā)射輻射的能力與它的_吸收 輻射的能力之間的關(guān)系。按照基爾霍夫定律，對灰體表面恒有_=_。8、彎管中，由于 離心力 的作用強化了對流換熱，所以彎管修正系數(shù)必然 大于 1 。 9、在強迫對流換熱中，若流體的流速減小，則對流換熱系數(shù)將 減小 。10、已知溫度為288K，壓力為1bar時，；那么，溫度為400K，壓力為5atm時，。三、簡答分析題設(shè)，邊界條件為x=0時t=tw1，時t=tw2，試求一維穩(wěn)態(tài)導(dǎo)熱無內(nèi)熱源，厚度為的平壁內(nèi)的溫度分布和熱流密度，并分析平壁內(nèi)溫度分布曲線形狀。解：完整的數(shù)學(xué)描述為：解得：又 ， 積分：那么，又由 ，則有 故溫度分布規(guī)律為：在時為凸曲線，時為凹曲線 四、計算題1、某熱輸管道內(nèi)直徑350mm，外直徑400mm，材料導(dǎo)熱系數(shù)為，在外側(cè)包一層厚度為50mm的保溫材料，其導(dǎo)熱系數(shù)為，若管內(nèi)表面溫度為55，保溫材料外表面與空氣的對流換熱系數(shù)為，試求：（1） 單位管長的散熱量（2） 保溫層內(nèi)表面的溫度解：（1）單位管長的散熱量為： （2）得 2、外徑為60mm的無縫鋼管，壁厚5mm，管內(nèi)有溫度為95的熱水，流速25 cm/s。管內(nèi)表面溫度為80。鋼管水平放置于20的大氣中，近壁面處空氣作自然對流，試求管外表面溫度及鋼管外側(cè)與空氣的對流換熱系數(shù)。（95時水的物性參數(shù)為：， ，管內(nèi)強迫對流無因次準(zhǔn)則方程：）解：，為紊流內(nèi)側(cè)換熱系數(shù)為單位長度換熱量為：由 得管外表面溫度為：而 則外側(cè)換熱系數(shù)為3、某1-1型殼管式換熱器利用水的余熱預(yù)熱空氣，熱水以50 kg/h的流量流過管內(nèi)，進口溫度80，出口溫度45?？諝庠诠芡鈴南喾捶较蛄鬟^，空