传热学试题库含参考答案

具体步骤为:首先所有表面必须形成封闭系统,再绘制热阻网络图,其具体方法为: ⑴每一个物体表面为1个节点(该物体表面应具有相同的温度和表面辐射吸收特性),其热势为有效辐射Ji;⑵每两个表面间连接一个相应的空间热阻;

⑶每个表面与接地间连接一个表面热阻和“电池”(黑体辐射力Eb);

⑷若某角系数为0,即空间热阻→∞,则相应两个表面间可以断开,不连接空间热阻; ⑸若某表面绝热,则其为浮动热势,不与接地相连。

2、黑体表面与重辐射面相比,均有J=Eb。这是否意味着黑体表面与重辐射面具有相同的性质? 答:虽然黑体表面与重辐射面均具有J=Eb的特点,但二者具有不同的性质。黑体表面的温度不依赖于其他参与辐射的表面,相当于源热势。而重辐射面的温度则是浮动的,取决于参与辐射的其他表面。

3、要增强物体间的辐射换热,有人提出用发射率ε大的材料。而根据基尔霍夫定律,对漫灰表面ε=α,即发射率大的物体同时其吸收率也大。有人因此得出结论:用增大发射率ε的方法无法增强辐射换热。请判断这种说法的正确性,并说明理由。

答:在其他条件不变时,由物体的表面热阻可知,当ε越大时,物体的表面辐射热阻越

小,因而可以增强辐射换热。因此,上述说法不正确。

4、如图所示,两漫灰同心圆球壳之间插入一同心辐射遮热球壳,试问遮热球壳靠近外球壳还是靠近内球壳时,球壳1和球壳2表面之间的辐射散热量越大? 答:插入辐射遮热球壳后,该辐射换热系统的辐射网络图如图所示。

显然,图中热阻R1,R2,R5,R6在遮热球壳直径发生变化时保持不变,但R3=R4=壳半径的增加而减小。因此,遮热球壳靠近外球壳即半径越大时辐射散热量越大。

5、气体辐射有什么特点?

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随遮热球

答:1)不同气体有着不同的辐射及吸收特性,即只有部分气体具有辐射及吸收能力;2)具有辐射及吸收性气体对波长具有选择性, 如CO2、H2O都各有三个光带─光谱不连续。3)辐射与吸收在整个容积中进行。

6、太阳能集热器吸热表面选用具有什么性质的材料为宜? 为什么?

答:太阳能集热器是用来吸收太阳辐射能的,因而其表面应能最大限度地吸收投射来的太阳辐射能,同时又保证得到的热量尽少地散失,即表面尽可能少的向外辐射能。但太阳辐射是高温辐射,辐射能量主要集中于短波光谱(如可见光),集热器本身是低温辐射,辐射能量主要集中于长波光谱范围(如红外线)。所以集热器表面应选择具备对短波吸收率很高,而对长波发射(吸收)率极低这样性质的材料。

二、定量计算

包括:角系数的计算;漫灰表面封闭辐射系统的换热计算;多漫灰表面(主要是三表面)封闭辐射系统的换热计算等。

1、求如图所示空腔内壁面2对开口1的角系数。 解:利用角系数的互换性和完整性即可求出。 由于壁面2为凹表面,

,所以

,但

由角系数的互换性得:。

2、两块平行放置的平板的表面发射宰均为0.8,温度分别为t1=527℃及t2=27℃,板间距远小于板的宽度与高度。试计算:(1)板1的本身辐射;(2)对板1的投入辐射;(3)板1的反射辐射;(4)板1的有效辐射;(5)板2的有效辐射;(6)板1、2间的辐射换热量。

解:由于两板间距极小,可视为两无限大平壁间的辐射换热,辐射热阻网络如图。

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根据,得:

⑴板1的本身辐射

⑵对板1的投入辐射即为板2的有效辐射,⑶板1的反射辐射⑷板1的有效辐射⑸板2的有效辐射⑹板1、2间的辐射换热量

3、两个直径为0.4m,相距0.1m的平行同轴圆盘,放在环境温度保持为300K的大房间内。两圆盘背面不参与换热。其中一个圆盘绝热,另一个保持均匀温度500 K,发射率为0.6。且两圆盘均为漫射灰体。试确定绝热圆盘的表面温度及等温圆盘表面的辐射热流密度。

解:这是三个表面组成封闭系的辐射换热问题,表面1为漫灰表面,表面2为绝热表面,表面3相当于黑体。如图(a)所示。辐射网络图见图(b)。

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计算角系数:

,对J1列节点方程

对J2列节点方程

其中

因而(1),(2)式成为:

40

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