(整理)傳熱學(xué)試題庫(kù)含參考答案2新版

1、1、外徑為200m麻暖熱水輸送保溫管道，水平架空鋪設(shè)于空氣溫度為 -5 C的室外，周圍墻壁表面 邛均溫度近似為0C ,管道采用巖棉保溫瓦保溫，其導(dǎo)熱系數(shù)為入（W/m） = 0.027+0.00017 t （C） 管內(nèi)熱水平均溫度為100C,由接觸式溫度計(jì)測(cè)得保溫層外表面平均溫度為 45C,表面發(fā)射率為 0.9,若忽略管壁的導(dǎo)熱熱阻，試確定管道散熱損失、保溫層外表面復(fù)合換熱系數(shù)及保溫層的厚度。解：管道散熱損失包括自然對(duì)流散熱損失和輻射散熱損失兩部分。確定自然對(duì)流散熱損失：t %乜定性溫度 二空a 202 C5父。川1>445-（-5）卜口2】Pr=工門"U ,sx0.703 =

2、4.151X10（15一口6乂1尸 j則"一，底":一1一"；1小丁，,M00 2.59x10“ r /h -岫 x = 43.28 x= 5 605*/d0.2/% =儂匕-%）二開x0,2x5,605x45-（-5） = 176.08/確定輻射散熱損失: 屬空腔（A2）與內(nèi)包壁（A）之間的輻射換熱問(wèn)題，且4獨(dú)。=用一&W ）x0.9x5.67x10-9x|（45 + 273）4-（0 + 273）4= 740.91單位管長(zhǎng)管道散熱損失一,.924 99確定保溫層外表面復(fù)合換熱系數(shù)：'；''：1，）確定保溫層的厚度：由傅立葉定律積

3、分方法獲得。中1二-2加4電dr ,分離變量得:* _L 二一+ 00001%皺用2乃 %,即:二-二- 一:=-|0.027 *九 一 %) + %x0.00017(4 一4)-ln = -o,027x(45-100)+Vx0,00017(45a-1002) d1得管道外徑, 二保溫層的厚度為0.2-0 11-2-二 035 用2、一所平頂屋，屋面材料厚6= 0.2m,導(dǎo)熱系數(shù)入w=0.6W/(mK),屋面兩側(cè)的材料發(fā)射率e均 為0.9。冬初，室內(nèi)溫度維持tf1 = 18C,室內(nèi)四周墻壁亦為18C,且它的面積遠(yuǎn)大于頂棚面積。天 空有效輻射溫度為-60 C 0室內(nèi)頂棚表面對(duì)流表面?zhèn)鳠嵯禂?shù) h1

4、 = 0.529W/(m2 K),屋頂對(duì)流表面?zhèn)?熱系數(shù)h2=21.1W/(m2 K),問(wèn)當(dāng)室外氣溫降到多少度時(shí)，屋面即開始結(jié)霜(tw2= 0C),此時(shí)室內(nèi)頂棚溫度為多少？此題是否可算出復(fù)合換熱表面?zhèn)鳠嵯禂?shù)及其傳熱系數(shù)？解：求室內(nèi)頂棚溫度twi穩(wěn)態(tài)時(shí)由熱平衡，應(yīng)有如下關(guān)系式成立：室內(nèi)復(fù)合換熱量'=導(dǎo)熱量二室內(nèi)復(fù)合換熱量”二匹tR + M15 fcl -瑞力二六"哨)因二，且結(jié)霜時(shí),皿=。C ,可得：瓦(5-瑞二泉皿-。)日口力 ，即-、n a0 52918-rwl) + 0.9x5.67xl0-e(291+-7；1)= x/vl0. 2解得：4i = lL6c。求室外氣溫t

5、f2因”二，可得:0.2x2Ll(11.6-0)+0.9x5.67x10211-213*)=63/ c注意到傳熱方向，可以求出復(fù)合換熱系數(shù) 八心hf2依據(jù)“二昂 1% 熊 - 丁：1)二兒5 - %),得4 -468,%=瓦+瓦=0.529+4.637 = 5.依據(jù):“兒)，得-26.237%吹k=" +也"=21.1-26.237 二-5.137/a 求傳熱系數(shù)KK =5=1= 3.078 216110.21/mK+ +j +Akf25.3960.6-5.137W/3及3000 /幽電，該冷凝器面3、一蒸汽冷凝器，內(nèi)側(cè)為ts=110C的干飽和蒸彳汽化潛熱r=2230,外側(cè)

6、為冷卻水，進(jìn)出 口水溫分別為30c和80C,已知內(nèi)外側(cè)換熱系數(shù)分別為104積A=2r2i,現(xiàn)為了強(qiáng)化傳熱在外側(cè)加月肋壁面積為原面積的4倍，肋壁總效率“=0.9,若忽略冷凝器本身導(dǎo)熱熱阻，求單位時(shí)間冷凝蒸汽量。解：對(duì)數(shù)平均溫差： 必110-3(M0 c,廿二 110-80 = 30 c ， AL80-30Kt = = 50.98福 田' 80 In In 30傳熱系數(shù)I' 11'-1"= 5129,3 x 2 x 50.98 = 5.294 x 10叩單位時(shí)間冷凝蒸汽量:5294x1052230x10?=0237%7、設(shè)計(jì)一臺(tái)給水加熱器，將水從15c加熱到80C

7、,水在管內(nèi)受迫流動(dòng)，質(zhì)量流量為2kg/s，比熱 為4.1868kJ/kg C。管內(nèi)徑為0.0116m,外徑0.019m,用110c的飽和蒸汽加熱，在加熱器為飽和液體。已知管內(nèi)外的對(duì)流傳熱系數(shù)分別為 4306 W/ m2C和7153W/ n2C；汽化潛熱r = 2229.9kJ/kg ;且忽略管壁的導(dǎo)熱熱阻，試?yán)?e-NTlfe確定所需傳熱面積。該換熱器運(yùn)行一段時(shí)間后，在冷熱流體流量及進(jìn)口溫度不變的條件下，只能將水加熱到60C,試采用對(duì)數(shù)平均溫差法確定運(yùn)行中產(chǎn)-NTU生的污垢熱阻。提示：一側(cè)流體有相變時(shí)，e =1-e 。解：利用e-NTUS確定所需傳熱面積換熱器效能為:80-151W-15=0

8、.6842傳熱單元數(shù)為：I/I Il r - ；. ：' I. - 一' % =財(cái)口= 2x4186.8二 8373.6%員 +記 4306+7153傳熱系數(shù)為:K二丁 = 26雙需說(shuō)明因?yàn)楣軆?nèi)徑為0.0116m,外徑0.019m,即管壁較薄，可視為平壁的傳熱過(guò)程由,得：,4=71/= 1.1527x1=3.6換熱器面積為：.- - 采用對(duì)數(shù)平均溫差法確定運(yùn)行中產(chǎn)生的污垢熱阻對(duì)數(shù)平均溫差：A/ = 110-15 = 95 c, Af = 110-60 = 50 c_ 95- 501 95Ln In Ai" 50= 70.1C3768123.6x70.1二僅H ) =

9、8373 6x(60-15) = 376812步運(yùn)行中產(chǎn)生的污垢熱阻為：r = - = -= 0.0003梆K1 K 1493 2 26879/4二、定量計(jì)算包括建立輻射換熱的能量守恒關(guān)系式，蘭貝特定律的應(yīng)用，利用物體的光輻(即單色)射特性計(jì) 算輻射換熱，等等。21、白天，投射到一大的水平屋頂上的太陽(yáng)照度 G=1100W/m室外空氣溫反t1 = 27C,有風(fēng)吹過(guò), 一 一2一>、時(shí)空氣與屋頂?shù)谋砻鎮(zhèn)鳠嵯禂?shù)為h = 25W/(mK),屋頂下表面絕熱，上表面發(fā)射率 F = 0.2,且對(duì)太陽(yáng)輻射的吸收比4=0.6。求穩(wěn)定狀態(tài)下屋頂?shù)臏囟取ＴO(shè)太空溫度為絕對(duì)零度。解：如圖所示, 穩(wěn)態(tài)時(shí)屋頂?shù)臒崞胶?/p>

10、：" 對(duì)流散熱量；工一：輻射散熱量；'“'：太陽(yáng)輻射熱量,-廠；1代入中得1,10十+25%刊6。采用試湊法，解得%'32L5K=48,5 c 2、已知太陽(yáng)可視為溫度Ts=5800 K的黑體。某選擇性表面的光譜吸收比隨波長(zhǎng)尬化的特性如圖2所示。當(dāng)太陽(yáng)的投入輻射G = 800 W/m時(shí)，試計(jì)算該表面對(duì)太陽(yáng)輻射的總吸收比及單位面積上所吸收的太陽(yáng)能量。解：先計(jì)算總吸收比=。8/44) +。加片)一風(fēng)一=0,8 x 0.8608 + 0 1x(1-0,8608)= 07026單位面積上所吸收的太陽(yáng)能：.11' :3、有一漫射表面溫度T=1500K,已知其單色發(fā)

11、射率隨波長(zhǎng)的變化如圖所示，試計(jì)算表面的全波長(zhǎng) 總發(fā)射率和輻射力。S j| E j g dat筌：。2%數(shù)J n 總 1&吊rl”爐電。10.4%解：Jo=取。+ 型。F -二 0一 1 x 號(hào).IT + 0 4x (4-3F 一 &1T) + 0.2x(綜5 -&章)57 = 5x1500 = 750。成燈= 3x1500 = 450017 = 1500查教材P208s 8-1得, = 0.0138,=0.564； =0.8344所以J . 5=0.2756x5.68xlO-8xl5004 =7.911x10* rp/22、黑體表面與重輻射面相比，均有J=E。這是否意味

12、著黑體表面與重輻射面具有相同的性質(zhì)?答：雖然黑體表面與重輻射面均具有 J=E）的特點(diǎn)，但二者具有不同的性質(zhì)。黑體表面的溫度不依賴于其他參與輻射的表面，相當(dāng)于源熱勢(shì)。而重輻射面的溫度則是浮動(dòng)的，取決于參與輻射的其他表面。3、要增強(qiáng)物體間的輻射換熱，有人提出用發(fā)射率e大的材料。而根據(jù)基爾霍夫定律，對(duì)漫灰表面 e = a ,即發(fā)射率大的物體同時(shí)其吸收率也大。有人因此得出結(jié)論：用增大發(fā)射率 8的方法無(wú)法 增強(qiáng)輻射換熱。請(qǐng)判斷這種說(shuō)法的正確性，并說(shuō)明理由。1 4答：在其他條件不變時(shí)，由物體的表面熱阻 不可知，當(dāng)e越大時(shí)，物體的表面輻射熱阻越小， 因而可以增強(qiáng)輻射換熱。因此，上述說(shuō)法不正確。5、氣體輻射有

13、什么特點(diǎn)？答：1）不同氣體有著不同的輻射及吸收特性，即只有部分氣體具有輻射及吸收能力；2）具有輻射及吸收性氣體對(duì)波長(zhǎng)具有選擇性，如CQ、HO®各有三個(gè)光帶一光譜不連續(xù)。3）輻射與吸收在 整個(gè)容積中進(jìn)行。6、太陽(yáng)能集熱器吸熱表面選用具有什么性質(zhì)的材料為宜？為什么？答：太陽(yáng)能集熱器是用來(lái)吸收太陽(yáng)輻射能的，因而其表面應(yīng)能最大限度地吸收投射來(lái)的太陽(yáng)輻射能，同時(shí)又保證得到的熱量盡少地散失， 即表面盡可能少的向外輻射能。但太陽(yáng)輻射是高溫輻射， 輻射能量主要集中于短波光譜（如可見(jiàn)光），集熱器本身是低溫輻射，輻射能量主要集中于長(zhǎng)波光 譜范圍（如紅外線）。所以集熱器表面應(yīng)選擇具備對(duì)短波吸收率很高，而對(duì)

14、長(zhǎng)波發(fā)射（吸收）率極低這樣性質(zhì)的材料。1、求如圖所示空腔內(nèi)壁面2對(duì)開口 1的角系數(shù)。解：利用角系數(shù)的互換性和完整性即可求出。由于壁面2為凹表面，123 = ° ,所以4,產(chǎn)L但= 1 ,x _ AjA _ 4由角系數(shù)的互換性44 二匹& 得："44。2、兩塊平行放置的平板的表面發(fā)射宰均為 0.8,溫度分別為t1 = 527C及t2 = 27C,板間距遠(yuǎn)小于板的寬度與高度。試計(jì)算：（1）板1的本身輻射；（2）對(duì)板1的投入輻射；（3）板1的反射輻射；（4） 板1的有效輻射；（5）板2的有效輻射；（6）板1、2間的輻射換熱量。解：由于兩板間距極小，可視為兩無(wú)限大平壁間的輻

15、射換熱，輻射熱阻網(wǎng)絡(luò)如圖。（4%） 5.57xlQ-®x（527+273）* -（Z7 + 273）41 1 = +-1= 15176.7根據(jù)k&L 4 = 5 67xW x（527 + 273）*-15176.7 = 19430.140.8J3 = % + 如 工=5.67x10, x（27 + 27寸 +15176.7匕經(jīng)二 4253.40.8上占= 0 8 x 5,67 x 10 x（527 + 273）4 = 18579 5板1的本身輻射】1 'I 'j 4253 4對(duì)板1的投入輻射即為板2的有效輻射，/。、"一"= A= Ji -

16、5. = 19430 1 -18579.5 = 850 6板1的反射輻射,11，1社板1、2間的輻射換熱量Qj -19430 1板1的有效輻射1.7 二42534板2的有效輻射2=15176.7 V/m3、兩個(gè)直徑為0.4m,相距0.1m的平行同軸圓盤，放在環(huán)境溫度保持為300K勺大房間內(nèi)。兩圓盤背 面不參與換熱。其中一個(gè)圓盤絕熱，另一個(gè)保持均勻溫度 500 K,發(fā)射率為0.6。且兩圓盤均為漫 射灰體。試確定絕熱圓盤的表面溫度及等溫圓盤表面的輻射熱流密度。解：這是三個(gè)表面組成封閉系的輻射換熱問(wèn)題, 于黑體。如圖（a）所示。輻射網(wǎng)絡(luò)圖見(jiàn)圖（b）表面1為漫灰表面，表面2為絕熱表面，表面3相當(dāng)計(jì)算角

17、系數(shù):九二 Q&4-0 62 = 0.38汽 n二>4二4丁二4 =0.12574 = 0.4x0.1= 0.1257 /% -11工人上n -+4-= U1 -0 1 1對(duì)J1列節(jié)點(diǎn)方程 燈&A As 4幾廣 J+ J - J. _ Q對(duì)J2列節(jié)點(diǎn)方程月/33其中乙二.4 = <= 5.67x10%500L 354175/解L- 1-。- 73!3 20 93540 6x0 1257, 4與0 1257x0 38= 12,8314 0.1257x0.62因而(1) , (2)式成為：3543.75 - J59 27-JJJ 320 935412.8314=-工 I - 二 _20.935412 8314 -解得：J1=2646.65W/n2, J 2=1815.4W/n2因此一；二."，片-Ji 3543.75-2646.65 3c 皿弱=L= 1345 65 Wim211-%1-0.6等溫圓盤1的表面輻射熱流："4、用熱電偶來(lái)測(cè)量管內(nèi)流動(dòng)著的熱空氣溫度，如圖。熱電偶測(cè)得溫度ti=400C,管壁由于散熱測(cè)得溫度12= 350 C ,熱電偶頭部和管壁的發(fā)射率分別為0.8和0.7。從氣流到熱電偶頭部的對(duì)流表面2傳熱系數(shù)為35W/（m-K）