传热学知识总结2

《传热学知识总结2》由会员分享，可在线阅读，更多相关《传热学知识总结2（8页珍藏版）》请在装配图网上搜索。

1、第一章 概 论一、 名词解释1热流量：单位时间内所传递的热量 2热流密度：单位传热面上的热流量 3导热：当物体内有温度差或两个不同温度的物体接触时，在物体各部分之间不发生相对 位移的情况下，物质微粒（分子、原子或自由电子）的热运动传递了热量，这种现象被称为热 传导，简称导热。4对流传热：流体流过固体壁时的热传递过程，就是热对流和导热联合用的热量传递过程， 称为表面对流传热，简称对流传热。5辐射传热：物体不断向周围空间发出热辐射能，并被周围物体吸收。同时，物体也不断 接收周围物体辐射给它的热能。这样，物体发出和接收过程的综合结果产生了物体间通过热 辐射而进行的热量传递，称为表面辐射传热，简称辐射

2、传热。6总传热过程：热量从温度较高的流体经过固体壁传递给另一侧温度较低流体的过程，称 为总传热过程，简称传热过程。7. 对流传热系数：单位时间内单位传热面当流体温度与壁面温度差为1K是的对流传热量， 单位为W / （m2 K）。对流传热系数表示对流传热能力的大小。8辐射传热系数：单位时间内单位传热面当流体温度与壁面温度差为1K是的辐射传热量， 单位为W/（m2K）。辐射传热系数表示辐射传热能力的大小。9复合传热系数：单位时间内单位传热面当流体温度与壁面温度差为1K是的复合传热量， 单位为W / （m2 K）。复合传热系数表示复合传热能力的大小。10. 总传热系数：总传热过程中热量传递能力的大小

3、。数值上表示传热温差为1K时，单位 传热面积在单位时间内的传热量。简答题1. 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）2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）3. 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） 4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

4、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。） 5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）6在空调房间内，夏季与冬季室内温度都保持在22C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 ）第二章 热传导一、名词解释1温度场：某一瞬间物体内各点温度分布的总称。一般来说，它是空间坐标和时间坐标的 函数。2 等温面(线 ) ：由物

5、体内温度相同的点所连成的面(或线)。 3温度梯度：在等温面法线方向上最大温度变化率。 4热导率：物性参数，热流密度矢量与温度降度的比值，数值上等于 1 Km 的温度梯度 作用下产生的热流密度。热导率是材料固有的热物理性质，表示物质导热能力的大小。5 导温系数：材料传播温度变化能力大小的指标。6稳态导热：物体中各点温度不随时间而改变的导热过程。7非稳态导热：物体中各点温度随时间而改变的导热过程。 8傅里叶定律：在各向同性均质的导热物体中，通过某导热面积的热流密度正比于该导热 面法向温度变化率。9.保温(隔热)材料：入0,tw=fw(x, T )第二类边界条件:T 0,),( xfntwwvars

6、cript=document.createElement(script); script.src= document.body.appendChild(script);第三 类边界条件：T 0, fwwstthnt4 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?（提示：与简答题 2 的第（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）5 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

7、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。6. 管外包两种不同导热系数材料以减少热损失，试问如何布置合理？ 导热系数，导热面积。7. 某一维导热平板，平板两侧表面温度分别为1T和2T,厚度为。在这个温度范围内导热系数与温度的关系为T/1 ，求平板内的温度分布？8. 有人认为傅里叶定律并不显含时间，因此不能用来计算非稳态导热的热量。你认为

8、对吗？9. 导热是由于微观粒子的扩散作用形成的。迄今为止，描述物质内部导热机理的物理模型有 哪些？用它们可以分别描述哪些物质内部的导热过程？11. 在超低温工程中要使用导热系数很低的超级保温材料。如果要你去研制一种这样的新保 温材料，试从导热机理出发设计一种超级保温材料，列出你为降低导热系数采取了哪些措施？ 并解释其物理原因？12. 试对比分析在气体中由分子热运动产生的热量迁移与在金属中自由电子热运动产生的能 量迁移这两个物理模型的共同点和差异之处。14. 一维常物性稳态导热中，温度分布与导热系数无关的条件有哪些？15. 发生在一个短圆柱中的导热问题，在哪些情况下可以按一维导热问题来处理？19

9、. 在测量金属导热系数的实验中，为什么通常把试件制作成细而长的棒？20. 高温下气体导热系数的测定有何困难？在实际中能否用常温下的数据来替代？25. 对室内冷冻管道和热力管道的保温层设计有何不同？26. 在管道内部贴上一层保温材料，是否存在某一临界绝热直径？为什么？第三章对流传热一、名词解释1 速度边界层：在流场中壁面附近流速发生急剧变化的薄层。2 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。3 定性温度：确定换热过程中流体物性的温度。4 特征尺度：对于对流传热起决定作用的几何尺寸。5.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。6 强迫对流传热：由

10、于机械（泵或风机等）的作用或其它压差而引起的相对运动。7. 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。8. 大空间自然对流传热：传热面上边界层的形成和发展不受周围物体的干扰时的自然对流 传热。9. 珠状凝结：当凝结液不能润湿壁面（0 90。）时，凝结液在壁面上形成许多液滴，而不形 成连续的液膜。10 膜状凝结：当液体能润湿壁面时，凝结液和壁面的润湿角（液体与壁面交界处的切面经 液体到壁面的交角）e 50（或60）时，短管的上 述影响可忽略不计，当l/d50（或 60）时，则必须考虑入口段的影响。7. 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

11、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。）8. 什么叫临界热流密度?为什么当加热热流大于临界热流密度时会出现沸腾危机?（提示：用大容器饱和沸腾曲线解释之。以大容器饱和沸腾为例， （1）沸腾过程中，随着壁 面过热度厶t的增大，存在自然对流、核态沸腾、不稳定膜态沸腾和膜态沸腾四个阶段，临 界热流密度是从核态沸腾向膜态沸腾转变过程中所对应的最大热流密度；（2）当加热热流大 于临界热流密度时，沸腾工况向膜态沸腾过渡，加热面上有汽泡汇集形成汽膜，将壁面与液 体隔开，由于汽膜的热阻比液体大得多，使换热系数迅速

12、下降，传热恶化；（3）汽膜的存在 使壁温急剧升高，若为控制热流加热设备，如电加热设备，则一旦加热热量大于临界热流密 度，沸腾工况从核态沸腾飞跃到稳定膜态沸腾，壁温飞升到1000r以上（水），使设备烧毁。9 试述不凝性气体影响膜状凝结传热的原因。（提示：少量不凝性气体的存在就将使凝结换热系数减小，这可以从换热热阻增加和蒸汽 饱和温度下降两方面加以阐述。（1）含有不凝性气体的蒸汽凝结时在液膜表面会逐渐积聚起 不凝性气体层，将蒸汽隔开，蒸汽凝结必须穿过气层，使换热热阻大大增加； （2）随着蒸汽 的凝结，液膜表面气体分压力增大，使凝结蒸汽的分压力降低，液膜表面蒸汽的饱和温度降 低，减少了有效冷凝温差，

13、削弱了凝结换热。）第四章辐射传热一、 名词解释1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。2吸收比：投射到物体表面的热辐射中被物体所吸收的比例。3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。4穿透比：投射到物体表面的热辐射中穿透物体的比例。5.黑体：吸收比a = 1的物体。6白体：反射比P =1的物体（漫射表面）7透明体：透射比T = 1的物体8. 灰体：光谱吸收比与波长无关的理想物体。9. 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。10. 辐射力：单位时间内物体的单位辐射面积向外界（半球空

14、间）发射的全部波长的辐射能。11. 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。12. 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。13. 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。14. 投入辐射：单位时间内投射到单位面积上的总辐射能。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. 漫射表面：如该表面既是漫发射表面，又是漫

15、反射表面，则该表面称为漫射表面。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。18. 表面辐射热阻：由表面的辐射特性所引起的热阻。19. 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。 20.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。简答题1.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；

16、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。）2 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

17、度不断升高。）3 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。）4 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

18、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。） 5 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

19、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。）6.什么是“温室效应”？为什么说大气中的C02含量增加会导致温室效应？（提示：可以从气体辐射的特点和能量平衡来加以说明。CO2气体具有相当强的辐射和吸 收能力，属于温室气体。艮据气体辐射具有选择性的特点，C02气体的吸收光带有三段:2. 65 2. 8、4. 154. 45、13. 017. 0p m,主要分布于红

20、外区域。太阳辐射是短波辐射， 波长范围在0. 38 一 0. 76p m,因此，对于太阳辐射C02气体是透明的，能量可以射入大 气层。地面向空间的辐射是长波辐射，主要分布于红外区域，这部分辐射在CO2气体的吸 收光带区段C02气体会吸收能量，是不透明的。在正常情况下，地球表面对能量的吸收和释 放处于平衡状态，但如果大气中的 CO2 含量增加会使大气对地面辐射的吸收能力增强，导 致大气温度上升，导致了所谓温室效应。）第五章传热过程与传热器一、 名词解释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.2. 复合传热:对流传热与辐射传热同时存在的传热过程.3 污垢系数:单位面积的污垢热阻

21、.4 肋化系数:肋侧表面面积与光壁侧表面积之比.5 顺流: 两种流体平行流动且方向相同6 逆流: 两种流体平行流动且方向相反 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. 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.简答题1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

22、，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。）2 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

23、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。）3 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

24、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。） 5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。）