传热学基础复习资料

一、填空题

1、传热的基本方式有 热传导 、 热对流 和 热辐射 三种。 热传导、热对流、热辐射

2、传热过程可分为不随时间变化的 和随时间变化的 。 稳态传热、非稳态传热

3、对流换热实质是 和 两种传热机理共同作用的结果。 热对流、导热

4、某瞬时物体内部各点温度的集合称为该物体的 ，其同温度各点连成的面称为 ，其法线方向上温度的变化率用表示 。 温度场、等温面、温度梯度

5、当物质的种类一定时，影响导热系数大小的外因主要是 和 。 6、表示物体的蓄热量与界面上换热量的比值称为 。 时间常数

7、在湍流传热时，热阻主要集中在 ，因此，减薄该层的厚度是强化 的重要途径。 层流内层、对流传热

8、对流传热系数的主要影响因素有（1） （2） （3） （4） （5） 。

流体的种类和相变化的情况；流体的性质；流体流动的状态；流体流动的原因；

穿热面的形状、分布和大小

9、无相变时流体在圆形直管中作强制湍流传热，在α=λ/

公式中，n是为校正 的影响。当流体被加热时，n取 ，被冷却时n取 。 热流方向、、

10、努塞尔特准数Nu表示 的准数，其表达式为 ，普兰特准数Pr表示 的准数，其表达式为 。

lC对流传热系数、Nu、物性影响、PrP

11、蒸汽冷凝有 和 两种方式。 膜状冷凝、滴状冷凝

12、双层平壁定态热传导，两层壁厚面积均相等，各层的导热系数分别为1和2，其对应的温度差为t1和t2，若t1>t2，则1和2的关系为 。

1<2

二、简答题

1、何谓热对流何谓对流传热对流换热又可分为哪两大类

答：热对流是指流体中质点发生相对位移而引起的热量传递。通常，对流传热是指流体与固体壁面间的传热过程，它是热对流和热传导的结合。它又可分为强制对流和自然对流两类。

2、请简述辐射换热区别于导热和热对流方式最主要的特征。

它是唯一一种非接触的传热方式；它不仅产生能量转移，而且还伴随着能量形式

的转换，即发射时从热能转换为辐射能，而被吸收时又从辐射能转换为热能。 3、请简述在非稳态导热过程中物体中温度分布存在的两个阶段。

（1）在第一阶段内，温度分布主要受初始温度分布的控制，此阶段称为非正规状况的阶段。

（2）当过程进行到一定的深度，物体中不同时刻的温度分布主要取决于边界条件及物性，此时为第二阶段，即正规状况阶段。

4、若热流体走管内，冷流体走管外，两流体通过间壁的传热包括那几个过程 答：包括以下三个过程：

（1）热流体以对流传热方式将热量传给管内壁 （2）热量由内壁面以热传导方式传给外壁面 （3）热量由外壁面以对流传热的方式传给冷流体

三、计算题

1、一红砖平面墙厚度为500mm，一侧壁面温度为200℃，另一侧壁面温度为30℃，

红砖的导热系数可取为W/（m℃）。求：（1）通过平壁的热传导通量q。（2）平壁内距离高温侧350mm处的温度，℃。 解：（1）求q

已知t1200℃，t230℃，b0.5mm，0.57W/（m℃）

t1t220030194W/m2 b0.50.57 单层平壁热传导通量q （2）设平壁内距离350mm处的温度为t，则有：

q200t194 0.350.570.3581℃ 0.57解得：t2001942、用平板法测定固的导热系数。在平板一侧用电热器加热，另一侧用冷却器冷

却，同时在板的两侧用热电偶测量其表面温度。若所测固体的表面积为m2，厚度为20mm。实验测得电流表读数为A，伏特计读数为100V，两侧表面的温度分别为180℃和30℃。求：该材料的导热系数。 （1）由实验测得的电流和电压可求出导热量Q QIV0.58W

（2）由单层平壁热传导方程可求出

t1t2可得： bs由QQb580.020.773W/m2.℃

st1t20.01180303、某炉壁由下列三种材料组成，内层是耐火砖，11.4W/m.℃，b1230mm；中间是保温砖，20.15W/m.℃，b2115mm；最外层是建筑砖，

30.8W/m.℃，b3230mm。今测得其内壁温度t1900℃，外壁温度t480℃。求（1）通过炉墙单位面积的热损失W/m2。（2）各层的温差。（3）各层接触面的温度。（假设各层接触良好）

解：设t2为耐火砖和保温砖之间接触面的温度。

t3为保温砖和建筑砖之间接触面的温度。 （1） 由多层平壁定态热传导公式可以导出q：

qt1t4Q90080820W6732

0.230.1150.230.10.7670.288Sb1b2b3m1.40.150.8123 （2）t1、t2、t3分别为耐火砖层，保温砖层和建筑砖层的温差。因是多层平壁的定态热传导，故q1q2q3q

b0.23t1110.6℃ 可得，t1q1673b111.4由q1b20.115516.0℃ 0.15t2q.2673t3q.b336730.23193.5℃ 0.8 （3）t2t1t1900110.67.4℃

t3t2t27.4516.0273.4℃

4、平壁炉的炉壁由三种材料所组成，内层是耐火砖，

11.07W/m.℃，

b1200mm；中间是绝缘砖，20.14W/m.℃，b2100mm；最外层是钢板，

345W/m.℃，b36mm。若耐火砖层内表面温度t11150℃，钢板外表面温度t430℃。求（1）导热的热通量q。（2）若计算结果与实验的热损失（300W/m2）不符，分析原因并计算附加热阻R附。 解：（1）由三层平壁的定态热传导公式求q

qt1t4Q1150301120 b0.20.10.006bbS0.1870.7140.000133123451231.070.1411201242W/m2 0.901 （1） 计算结果：q300W/m2，分析原因是：说明平壁层间接触不良，有

空气层存在，产生了附加热阻R附。

即qt1t4300代入数据得：

b1b2b3R附123

11201120m2℃q＝300 解出R附＝－0.901＝2.83

0.901R附300W5、某平壁炉是由一耐火砖与一层普通砖砌成，两层得厚度均为100mm，其导热

系数分别为0.9W/m.℃及0.7W/m.℃。待操作稳定后，测得炉壁得内表面温度为700℃，外表面温度为130℃。为减少热损失，在普通砖的外表面砌一层厚度为40mm，导热系数为0.06W/m.℃的保温层，待操作稳定后，又测得炉内表面温度为740℃，外表面温度为90℃。今设原来的两层材料导热系数不变。求：加上保温层后单位面1积炉壁的热损失比原来减少的百分数。

解：（1）加保温层前，单位面积炉壁的热损失q1。此时，为两层平壁的热传导：

q1t1t37001302240W/m2

b1b20.10.10.90.712（2）加保温后，单位面积炉壁的热损失为q2，此时为三层平壁的热传导：

q2t1t474090760W/m2 0.10.10.04b1b2b31230.90.70.06 （3）增加保温层后，热损失比原来减少的百分数为：

q1q22240706100%100%68.5% q12240

6、 有一直径为323.5mm的钢管，其长度为3m，已知管内壁温度为100℃，

外壁温度为90℃。求该管的热损失为多少KW。（已知钢管的导热系数为45W/m.℃）

解：本题为单层圆筒壁的热传导，求热损失可用式：Q2Lt1t2

1r2lnr1 式中各量为：r10.0125m，r20.016m，L3m，t1100℃，t290℃

代入上式可得

Q231009034340W34.34KW 10.016ln450.01257、有一蒸汽管外径为25mm，管外包以两层保温材料，每层厚度均为25mm，

外层与内层保温材料的导热系数之比为2/14，此时的热损失为QL。今将内外两层材料互换位置，且设管外壁与保温层外表面的温度均不变，则热损失为

/QL，并说明何种材料放在里层为好。 。求QLQL

解： （1）蒸汽管外半径 r12512.5mm 2 内层保温层外半径r212.52537.5mm

外层保温层外半径r337.52562.5mm 已知2/14，故241

（2）当导热系数小的材料包在里层时，热损失QL为：

QL2Lt1t32Lt1t38Lt1t31 W 137.5162.51r21r34.91lnlnlnln1r12r2112.137.5为： （3）当导热系数大的材料包在里层时，热损失QL

2Lt1t32Lt1t38Lt1t31 W 137.5162.51r21r33.14lnlnlnln2r11r24112.5137..911.56，说明在圆筒壁当采用两种以上材料保温3.14QL/QL （4）可求出：QL时，为减少热损失，应将小的材料包在里层为好。

8、在一个603.5mm的钢管外包有两层绝热材料,里面为40mm的氧化镁粉,平均导热系数为W/m.℃；外层为20mm的石棉层，其平均导热系数为W/m.℃，钢的导热系数为45W/m.℃，现测出管内壁温度为500℃，最外层温度为80℃。求（1）每米管长的热损失。（2）两层保温层界面的温度。（假设层间接触良好） （1） 求每米管长的热损失

Q，此为三层圆筒壁的热传导。 L0.0530.0265m，r20.02650.00350.03m2已知：r30.030.040.07m，r40.070.020.09m

r1t1500℃，t480℃， 145W/m.℃，20.07W/m.℃，30.15W/m.℃ 代入下式：

Q1L

2t1t425008010.0310.0710.09r1r1rlnlnlnln2ln3ln41r12r23r3450.02650.070.030.150.07

2638191.4W/m0.002712.11.68（2） 保温层界面温度t3,可按两层圆筒壁导热来计算：

2t1t32500t3Q191.4

10.0310.071r21r3Llnlnlnln1r12r2450.02650.070.03 可解出500t3191.40.002712.1,t3131.1℃

29、求绝压为140KPa，流量为1000kg/h的饱和水蒸汽冷凝后并降温到60℃时

所放出的热量。用两种方法计算并比较结果。已知140KPa水蒸汽的饱和温度为℃，冷凝热为KJ/Kg，焓为KJ/Kg；60℃的水的焓为KJ/Kg。 解：（1）第一种方法 QWhHh,1Hh,210002692.1251.21678KW 3600（2）第二种方法

①冷凝水的平均温度为tmtst2109.26084.6℃ 22 查出℃下的水的比热容为：cp4.201KJ/Kg.℃

②水蒸气冷凝并降温放出的热量为：

QWh.rWhcphTsT2100010002234.44.201109.260678KW 36003600 计算表明两种方法结果一样，但是第一种方法较简单。

10、将Kg/s、80℃的有机苯，通过一换热器冷却到40℃；冷却水初温为30℃，

出口温度不超过35℃。假设热损失可略，已查出在平均温度下，硝基苯和水的比热容分别为KJ/Kg.℃。求：（1）冷却水用量m3/h（2）在（1）题中如将冷却水的流量增加到6m3/h，问此时冷却水的终温将是多少 解：（1）当热损失可略时，求We

由QWhcphT1T2Wct2t12分可得

WcWhcphT1T2cpct2t10.4171.610380401.275Kg/s34.187103530

4590Kg/h4.59m3/h2分 （2）此时，Vh,c6m3/h,求t2。当热损失可略时，有（水取1000Kg/m3）

610002分）4.187103t230（3600 0.4171.61038040t23033.82℃（1分）610004.18710336000.4171.61038040