1、一、計算題1、一根直徑為1mm的銅導線，每米的電阻為。導線外包有厚度為0.5mm，導熱系數為0.15W/(mK)的絕緣層。限定絕緣層的最高溫度為650C，絕緣層的外表面溫度受環境影響，假設為400C。試確定該導線的最大允許電流為多少？解：(1)以長度為L的導線為例，導線通電后生成的熱量為,其中的一部分熱量用于導線的升溫，其熱量為：一部分熱量通過絕熱層的導熱傳到大氣中，其熱量為：。根據能量守恒定律知：即(2)當導線達到最高溫度時，導線處于穩態導熱，W/m，2、已知室外氣溫-12，室內溫度20，室內對流換熱系數25W/m2K，室外對流換熱系數45W/m2K。磚墻厚240mm，導熱系數0.56 W/

2、mK，用苯板保溫，苯板后10mm，導熱系數0.027 W/mK，保溫后的裝飾層厚度3mm，導熱系數0.93 W/mK。假設磚墻內含有水分而且當溫度低于0時就會結冰（結冰前后導熱系數假設保持不變）。如圖，試確定外保溫和內保溫情況下，那種保溫方式會出現磚墻內結冰現象？為什么？解：裝飾層熱阻k/w苯板層熱阻k/w磚墻層熱阻k/w內側對流熱阻 k/w外側對流熱阻k/w不論是內保溫還是外保溫，熱流密度均為W如果內保溫，則磚墻外側溫度0C磚墻內側溫度0C如果外保溫，則磚墻內側溫度0C磚墻外側溫度0C可見，內保溫時，磚墻內的溫度從-11.177變化到4.689，跨越了0，因此會出現墻內結冰。外保溫時，墻內溫

3、度從2.653變化到18.519，不會出現結冰現象。3、熱電廠有一水平放置的蒸汽管道，保溫層外徑為400mm,壁溫為50，周圍空氣的溫度為20。計算單位蒸汽管道外壁面的對流散熱損失。（35的空氣物性參數為：；）形狀流態參數Cn橫圓柱層流過渡湍流0.480.01650.111/40.421/3解：這是一個自然對流換熱問題。特征溫度為此時空氣得物性參數為： ， （1分） （1分） （2分）查表得 （2分） （2分） （2分）4、管內壁溫為100，水在管內流動，流量為0.5kg/s，水溫從15升到45。管的內徑為50mm，長4.5m。求管內流體與壁面間的平均換熱系數。（水30時）解：水的特征溫度為

4、（2分）水側吸熱量為 （1分） 管內換熱面積為 （1分）圓管內對流換熱的進出口換熱溫差： （2分）平均換熱溫差 （2分）平均換熱系數 （2分）5、兩塊平行放置的平板1和2，相關尺寸如圖示。已知：0C，0C，。試用網絡法求： (1) 兩平板之間的輻射換熱量； (2) 若兩平板均為黑體表面，輻射換熱量又等于多少? 答：(1) W 若兩表面為黑體表面，則 W6、（10分）利用一同心套管式換熱器，將流量為225kg/h、比熱為4188J/kgK的水由35加熱至95，并用流量為225kg/h、比熱2095J/kgK和溫度210kg/h的油作為熱流體。若總傳熱系數為550W/（K），且管外徑為100mm。

5、求（1）該換熱器是逆流式還是順流式；（2）換熱器的長度。解：由題意，水的進口溫度為，出口溫度為；油的進口溫度為，出口溫度為；設每程管子長度為（1） 由熱平衡 則 （3）由于，則可以判斷出該換熱器為逆流換熱器。 （2）（2） 逆流考慮時對數平均溫差為 （3）又由，則 （2）二、簡答題7、由導熱微分方程可知，非穩態導熱只與熱擴散率有關，而與導熱系數無關。你認為對嗎?答：由于描述一個導熱問題的完整數學描寫不僅包括控制方程，還包括定解條件。所以雖然非穩態導熱的控制方程只與熱擴散率有關，但邊界條件中卻有可能包括導熱系數(如第二或第三類邊界條件)。因此上述觀點不對。8、應用準則關聯式求管內對流換熱系數時，

6、定性溫度如何確定？確定定性溫度有何用處？答：應用準則關聯式求管內對流換熱系數時，定性溫度原則上取進口截面流體溫度的平均值。（2分）定性溫度是以計算流體的物性。在整理實驗數據時按定性溫度計算物性，則整個流場中的物性就可認為時相應與定性溫度下的值，即相當于把物性視為常數，于是物性場相似的條件自動滿足。9、其他條件相同時，同一根管子橫向沖刷和縱向沖刷相比，哪一個的表面傳熱系數大，為什么？答：（1）因為縱向沖刷時相當于外掠平板的流動，熱邊界層較厚。（2）橫向沖刷時表面傳熱系數大。橫向沖刷時熱邊界層薄且存在由于邊界層分離而產生的渦旋，增加了流體擾動，因而換熱強。10、已知在短波（1m）范圍內，木板和鋁板

7、的光譜吸收比分別為1、2，且12；在長波范圍內則相反。當木板和鋁板同時長時間地放在陽光下時，鋁板溫度比木板高。試解釋這種現象。答：在短波（1m）范圍內，木板（）鋁板（），木板（）鋁板（），鋁與周圍物體進行輻射傳熱時，輻射散熱比木板少，所以在陽光下鋁板溫度高。11、北方深秋季節的清晨，樹葉葉面上常常結霜。試問樹葉上、下去面的哪一面結箱?為什么?答：霜會結在樹葉的上表面。因為清晨，上表面朝向太空，下表面朝向地面。而太空表回的溫度低于攝氏零度，而地球表面溫度一般在零度以上。由于相對樹葉下表面來說，其上表面需要向太空輻射更多的能量，所以樹葉下表面溫度較高，而上表面溫度較低且可能低于零度，因而容易結霜。

8、12、如圖所示的真空輻射爐，球心處有一黑體加熱元件，試指出，3處中何處定向輻射強度最大?何處輻射熱流最大?假設，處對球心所張立體角相同。答：由黑體輻射的蘭貝特定律知，定向輻射強度與方向無關。故。而三處對球心立體角相當，但與法線方向夾角不同，。所以處輻射熱流最大，處最小。13、（5分）橫向沖刷管束與流體在管外縱向沖刷相比，橫向沖刷的傳熱系數大,為什么?對管內強制對流換熱，為什么采用短管和彎管可以強化流體換熱？答：1、有三個因素造成橫向沖刷比縱向沖刷的換熱系數大：彎曲的表面引起復雜的流動，邊界層較薄且不易穩定；管徑小，流體到第二個管子時易造成強烈擾動；流體直接沖擊換熱表面。2、對管內強制對流，短管存在明顯的入口段效應，入口段邊界層較薄，局部表面換熱系數大；彎管改變流體的流動方向，使流體產生了較大的擾動，破壞了邊界層所以可強化換熱。14、（3分）動力蒸汽管路，外徑25cm，外面包上5cm厚的絕熱材料，絕熱材料導熱系數，絕熱層與環境間自然對流換熱系數在。試問為了進一步減少散熱損失是否應增加絕熱層厚度?并說明原因。答：由于絕熱材料對應的臨界絕緣直徑，蒸汽管路外徑為，所以增加絕緣層厚度散熱量會減小。