热工基础习题

4.一维稳定温度场中的温度梯度可表示为:(1) (2) dt/dx; (3) -dt/dx。

5.对于不同的物质,其热导率大小的一般关系为:

(1) λ气体>λ液体>λ金属; (2) λ金属>λ气体>λ液体; (3) λ金属>λ液体>λ气体。 6.绝热材料含有水份时,其保温能力将: (1) 增加; (2) 减少; (3) 不变。

7.导热量一定时,壁面两侧的温差越大,则该层的热阻是: (1) 越小; (2) 越大; (3) 不变。

8.锅炉炉管附有水垢或灰垢时,导热量会: (1) 减少; (2) 增加; (3) 不变。 9.汽轮机启动时对法兰加热是为了:

(1) 减少热损失; (2) 加快启动速度; (3) 减少法兰内、外侧的热应力。 五、问答题

1.何谓傅里叶定律?写出其数学表达式,并写出一维稳定温度场中的傅里叶公式? 2.写出单层平壁和单层圆筒壁导热热阻的公式,并说明壁内温度分布规律?

3.根据傅里叶定律的数学表达式,推导单层平壁稳定导热量的计算公式

4.在图8-1所示的双层平壁中,热导率λ1、λ2为定值,试问图中三条温度分布曲线各在什么条件下成立? 5.有三层平壁如图8-2所示,已测得tw1、tw2、tw3和tw4依次为600℃、400℃、150℃和50℃,在稳态情况下试分析哪层壁的导热热阻最大?若假定各层壁厚相同,试问哪层壁材料的热导率最小?

6.为什么多层平壁中温度分布曲线不是一条连续的直线而是一条折线?

7.冬天用手分别触摸同一环境中的木块和铁块,感到铁块很凉,是否因为铁块温度比木块低?为什么? 8.按照导热能力的大小,怎样排列下述物质才是正确的? 木材、红砖、空气、水、铁、棉花

9.为什么不少保温材料采用多孔结构?多孔性保温材料在工程中使用时应注意什么问题?为什么? 10.火电厂大型发电机的定子或转子线圈由空冷改为氢冷或水冷,其理由是什么? 六、计算题

1.一外径为50mm的钢管,外敷一层8mm厚、热导率为0.25W/(m.℃)的石棉保温层,外面又敷一层20mm厚、热导率为0.045W/(m.℃)的玻璃棉,钢管外侧壁温为300℃,玻璃棉外侧表面温度为40℃,试求石棉保温层和玻璃棉层间的温度。

2.炉墙内层为460mm厚的硅砖(λ1=1.849W/m.℃),外层为230mm厚的轻质粘土砖(λ2=0.456W/m.℃)。内表面tw1 =1600℃,外表面tw3 =150℃。求热流密度q和两层砖交界面的温度tw2.

3.高5m,宽3m,厚0.25m的砖墙(λ=0.7W/m.℃),墙的内表面温度为15℃,外表面温度为-5℃。求每小时通过砖墙的散热量。

2

4.混凝土顶层面积为20m,厚为140mm,外表面温度tw2 =-15℃,混凝土的λ=1.28W/(m.℃)。若通过层顶的散热量为5.12×102W。试计算屋顶内表面温度tw1为多少?

5.炉墙由一层厚δ1=120mm的耐火砖(λ1=0.93W/m.℃)、一层厚δ3=250mm的红砖(λ3=0.7W/m.℃),两层砖之间填入δ2=50mm的硅藻土填料(λ2=0.14W/m.℃)所砌成。若炉墙内表面温度为tw1 =980℃,外表面温度为tw4 =45℃,试求炉墙散热量及层与层之间接触面上的温度,并画出炉墙内的温度分布曲线。 6.某教室的墙壁是由一层厚δ1=110mm的砖层(λ1=0.7W/m.℃)和一层厚δ2=30mm的灰泥(λ2=0.58W/m.℃)构成的。现在拟加装空气调节设备,准备在内表面加贴一层硬质塑料(λ3=0.052W/m.℃),使通过墙壁的热量比原来减少80%。试求这层塑料的厚度。 7.有一热风管道d1 /d2=160/170mm(λ1=58.2W/m.℃),管外包着两层保温层,里层δ2=30mm(λ2=0.175w/m.℃),外层δ3=50mm(λ3=0.0932w/m.℃)。热风管道内表面温度tw1 =200℃,外表面温度tw4=50℃。求ΦL,tw2和tw3 . 8.热力管道d1 /d2=140/156mm,管壁导热系数(λ1=585W/m.℃)。管外包着两层保温层,里层

δ2=20mm(λ2=0.037W/m.℃),外层δ3=40mm(λ3=0.14W/m.℃)。管内侧tw1 =300℃,管外侧tw4 =50℃。求每米长管道的散热损失。

9.一双层玻璃窗系由两层厚度为3mm的玻璃组成,其间空气隙厚度为6mm。设面向室内的玻璃表面温度与面向室外的玻璃温度分别为20℃和-15℃。已知玻璃的热导率为0.78W/m.℃,空气的热导率为0.025W/m.℃,玻璃窗的尺寸是670×440mm。试确定该双层玻璃窗的热损失。如果采用单层玻璃窗,其他条件不变,其热损失是双层玻璃窗的多少倍?

10.一外径为100mm,内径为85mm的蒸汽管道,管材的热导率λ1=40W/m.℃,其内表面温度为180℃,若采用λ2=0.053W/m.℃的绝热材料进行保温,并要求保温层外表面温度不高于40℃,蒸汽管道允许的热损失为ΦL=52.3W/m。问绝热材料层厚度应为多少?

11.在一根外径为100mm的热力管道外拟包覆两层绝热材料,一种材料的热导率为0.06W/(m.℃),另一种为

0.18W/(m.℃),两种材料的厚度都取为75mm。试比较把热导率小的材料紧贴管壁,及把热导率大的材料紧贴管壁这两种方法对保温效果的影响,这种影响对于平壁的情形是否存在?假设在两种做法中,绝热层内、外表面的总温差保持不变。

第九章 对流换热 一、填空题

1.对流换热时的热量传递是依靠流体与壁面接触层之间的 作用,以及流体内部的 作用。

2.气体的粘度随温度的的升高而 ,液体的粘度随温度的升高而 。

3.雷诺数表示为Re= 。流体在管内作受迫运动时,当Re< 时流动状态为层流, Re> 时为旺盛紊流。

4.速度边界层按其流动特征可分为 边界层和 边界层。而紊流边界层中紧贴固体壁面的那一薄层,流体依然保持 的状态,这一薄层称为紊流边界层中的 。 5.按照流体流动产生的原因,流动可分为 和 两类。

6.紊流边界层中,层流底层的热量传递是依靠 ,而在层流底层以外的紊流区,热量传递主要依靠 。

7.紊流边界层内换热热阻主要是在 ,它愈薄,对流换热强度就 。 8.牛顿冷却公式为Φ= W。

9.流体受迫运动换热时,一般性准则方程式为Nu 。

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10.流体自由运动时,当GrPr〈10时为 ,GrPr>10时为 。 11.无限大空间中自由运动换热的一般性准则方程式为Nu= 。

12.在相同的Re及管束排数下,叉排管束的平均换热系数要比顺排管束 。 13.流体受迫横掠管束换热时,除雷诺数(Re)和普朗特数(Pr)外,还要考虑 、 和 的影响。

14.流体在管内进行强制对流换热时,除雷诺数(Re)和普朗特数(Pr)外,还要考虑 、 和 的影响。

15.热力发电厂中流体相变换热有 和 两种。

16.水沸腾时,气泡的 和 是沸腾换热的主要特征。

17.液体沸腾换热的三个阶段是 、 和 阶段。 18.蒸汽和低于相应压力下饱和温度的冷壁面接触时,在壁面上会发生 现象,并放出 。

19.蒸汽凝结时,分为 凝结和 凝结两种方式,工程中常见的是 方式。

20.实验证明,当蒸汽中含1%的空气时,凝结换热系数会减小 。因此,凝汽器应装设 以保证凝汽器的正常工作。 二、名词解释 1.对流换热—— 2.受迫运动—— 3.自由运动—— 4.定性温度—— 5.定型尺寸—— 6.核态沸腾—— 7.膜态沸腾——

8.沸腾换热临界点—— 9.膜状凝结—— 10.珠状凝结—— 三、判断题

1.对流换热是导热和热对流综合作用的结果。 2.沸腾换热设备的安全经济工作段是膜态沸腾段。

3.流体沿平板流动时,其流场中主流区流体的速度保持不变。 4.通常情况下,有相变的对流换热比单相流体的对流换热强。 5.水在直管中被加热时的换热系数比在弯管中时大。

6.相同条件下,水在螺纹管中被加热时的换热系数比在光管中时大。 7.导热和对流只能在接触物体间发生。 四、选择题

1.流体在管内受迫流动换热时,要考虑入口段的影响是在: (1)l/d>60时; (2)l/d<60时; (3)l/d=60时。

2.当Pr<1时,速度边界层厚度δ与温度边界层厚度δt的大小关系是: (1)δ>δt; (2)δ<δt; (3)δ=δt。

3.当管排数相同时,下列哪种管束排列方式的凝结换热系数最大: (1)叉排; (2)顺排; (3)辐向排列。 4.沸腾换热设备安全经济的工作段是:

(1)自然对流段; (2)核态沸腾段; (3)膜态沸腾段。 5.要考虑蒸汽流速对凝结换热的影响,是在:

(1)流速大于10m/s时;(2)流速小于10m/s时;(3)流速等于10m/s时。 6.下列几种流体对流换热系数的大小顺序排列正确的是: (1)α水强制>α空气强制>α空气自然>α水沸腾; (2)α水沸腾>α空气强制>α水强制>α空气自然; (3)α水沸腾>α水强制>α空气强制>α空气自然。 五、问答题

1.影响对流换热的因素主要有哪些?

2.研究稳态无相变对流换热时常用哪些准则?各有何物理意义? 3.流体受迫运动换热应该如何增强?

4.简要说明蒸汽膜状凝结换热的影响因素。 5.简述边界层理论的基本论点。

6.在对流温度差大小相同的条件下,在夏季和冬季,屋顶天花板内表面的对流换热系数是否相同?为什么?

7.空气横掠管束时,沿流动方向管排数越多,则换热越强;而蒸汽在水平管束外凝结时,沿液膜流动方向管束排

数越多,换热强度却降低。试对上述现象作出解释。

8.冬天时,当你将手伸到室温下的水中时会感到很冷,但手在同一温度的空气中时并无这样冷的感觉,这是为什么?

9.何谓沸腾换热的临界热负荷?它在工程实践中有何重要意义? 10.为什么膜状凝结时,同一管子横放比竖放时的换热系数较大? 11.流体在管内强制流动时,影响对流换热的因素有哪些? 12.流体横向流经管束时,影响对流换热的因素有哪些? 六、计算题

1.tf′=25.3℃的水流入L=5m的直管,被加热到tf″=34.6℃,管直径d=20mm,水在管内流速u=2m/s。求水与管壁

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间的对流换热系数。(从表中查出λ=61.8×10W/m.℃;v=0.805×10m/s;Pr=5.42。并已知准则方程式中c=0.023,m=0.8,n=0.4,Cl=1,CR=1)

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2.试求空气横向流过10排叉排管束的换热系数。管外径为25m,空气平均温度为tf=60℃,(λf=2.9×10W/m.℃,

620.60.36

vf=18.97×10m/s,Prf=0.696),计算公式为Nu=0.35RePr. 3.有一外径d=400mm、长L=4m的横管,外壁温度tw=50℃,周围空气温度tf=30℃,空气自然对流换热系数α=3.63W/2

(m.℃)。求横管的散热损失。

4.某锅炉厂生产的220t/h锅炉的低温段管式空气预热器的设计参数为:顺排布置,s1=76mm, s2=57mm, 管子外径d2=38mm,壁厚δ=1.5mm;空气横向冲刷管束,在空气平均温度为133℃时管间最大流速umax=6.03m/s,空气流动方向上的总管排数为44排。设管壁平均温度tw=165℃,求管束与空气间的对流换热系数。如将管束改为叉排,其余条件不变,则对流换热系数变为多少?

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5.1.013×10Pa下的空气在内径为76mm的直管内流动,入口温度为65℃,入口体积流量为0.022m3/s,管壁的平均温度为180℃。问管子要多长才能使空气加热到115℃?

6.一热水管道竖直地穿过室温为20℃的房间。保温层外径为20cm,平均壁温为70℃,高3m。试计算由于自然对流而引起的散热量。

第十章 辐射换热 一、填空题

1.物体以电磁波形式向外传递能量的过程称为 ,被传递的能量称为 。 2.人们把 μm到 μm这一波长范围的电磁波称为热射线。

3.吸收率α=1的物体称为 ,反射率ρ=1的物体称为 ,穿透率τ=1的物体称为 。

4.热辐射中,对于一般的固体和液体,其τ= ,则α+ρ= ,即固体和液体对热射线的吸收和反射几乎都在 进行。

5.气体对热射线的ρ= ,则α+τ= 。 6.黑体的吸收率α= ,黑度ε= 。

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7.黑体的辐射力Eb= W/m,实际物体的辐射力E= W/m。 8.有效辐射指的是 和 之和。

9.辐射力大的物体,其吸收率就 ,同温度下 的辐射力最大。

10.角系数只取决于换热物体的 、 和 ,而与物体的性质和温度等无关。

11.热射线包括 、 和 。 12.基尔霍夫定律可表示为E/α= = 。 13.两物体辐射换热中,角系数的相对性可表示为: 。 14.两无限大平行平板间辐射换热的系统黑度εn= 。 15.两平行平板辐射换热中在加入一块黑度与壁面黑度相同的遮热板后,换热量将减少为原来的 ;当加入n块黑度与壁面黑度相同的遮热板后,换热量将减少为原来的 。 二、名词解释 1.热辐射:

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