西安交通大学15年5月清考《传热学(高起专)》作业考核试题 .pdf

西安交通大学15年5月清考《传热学（高起专）》作业考核试题

1.

在一根外径为100mm的热力管道外拟包覆两层绝热材料，一种材料的导热系数为

0.06W/(m•K),另一种为0.12W/(m•K)，两种材料的厚度都取为75mm。试比较

把导热系数小的材料紧贴管壁及把导热系数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？假设这两种做法中绝热层

内、外表面的总温差保持不变。

答

解：将导热系数小的材料紧贴壁管

将导热系数大的材料紧贴壁管则

故导热系数大的材料紧贴管壁其保温效果好

若为平壁，则平壁

由于δ=δ1=δ2所以不存在此问题

2.

试分析室内暖气片的散热过程，各环节有哪些热量传递方式？以暖气片管内走热

水为例。

答：热水与管子内壁：对流换热；内壁与外壁：导热；外壁与室内环境：对流换热及辐射

换热

3.

简述Re数、Pr数、Nu数和Gr数的物理意义。

答：雷诺数Re=ul/v,是流体惯性力与粘性力之比的度量

Pr=v/a,是动量扩散厚度与热量扩散厚度之比的度量

Gr=gl^3α△t/v^2,是流体浮升力与粘性力之比的度量；

Nu=h·L/λ。L为传热面的几何特征长度（如管式换热器，可能是管的半径或直径），单位

是米；h单位为瓦/（米2·开）；λ单位是瓦/（米·开）。表达式写成Nu=α/α*，则可看出

努塞尔数的物理意义，其中α*为λ/L，相当于传热过程仅以热传导方式进行时的传热分系

数。传热计算中可以从Nu求取传热系数h。

4.

试用简明的语言说明热边界层的概念。

答：在壁面附近的一个薄层内，流体温度在壁面的法线方向上发生剧烈变化，而在此薄层之

外，流体的温度梯度几乎为零，固体表面附近流体温度发生剧烈变化的这一薄层称为温度边

界层或热边界层。

5.

什么叫大空间自然对流换热？什么叫有限空间自然对流换热？这与强制对流中

的外部流动和内部流动有什么异同？

答：大空间作自然对流时，流体的冷却过程与加热过程互不影响，当其流动时形成的边界层

相互干扰时，称为有限空间自然对流。

这与外部流动和内部流动的划分有类似的地方，但流动的动因不同，一个由外在因素引起的

流动，一个是由流体的温度不同而引起的流动。

简述沸腾换热的特点。

答：液体在加热面上沸腾时的换热过程，是具有相变特点的两相流换热。当加热面温度TW

超过液体的饱和温度TS并达到一定数值时，液体即在加热面的某些点上形成汽泡。这些点

称为汽化核心，通常出现在加热表面的小凹坑上。汽泡形成后不断长大、脱离、上浮。汽泡

在形成长大过程中吸收大量汽化潜热，汽泡的脱离和上升运动又产生剧烈扰动，所以沸腾换

热比单相流体的对流换热强烈得多。汽泡脱离加热表面后，如果液体尚未达到饱和温度，则

汽泡对液体放热后会凝结消失，这时称为过冷沸腾；如果液体已达到饱和温度，则汽泡将继

续吸热长大，直至逸出液面，这时称为饱和沸腾。对于这两种沸腾，汽化核心都有重要作用，

所以又称核状沸腾。

沸腾换热随着通过加热面的热流密度q的增加,汽化核心增多，汽泡生成的频率也不断

加快，直至加热面上生成的汽泡因为来不及脱离而连成汽膜，即过渡到膜状沸腾。这层汽膜

将液体与加热面隔开，热量只能靠辐射和汽膜的传导由加热面传入，因此传热系数大为降低，

壁面温度急剧上升，甚至会导致最终烧毁。开始形成膜状沸腾时的热流密度称为临界热流密

度。在工程实践中，热流密度应严格控制在临界值以下。汽泡的形成和沸腾状态的过渡，与

液体的物性、纯度、状态参数以及加热表面的性质和重力加速度等因素有关。图为池水的沸

腾曲线。

沸腾换热常见于锅炉、蒸发器、蒸馏塔等设备中。由于其换热系数大，也常用于一些

需要强冷却和强化传热的场合，如火箭发动机及其尾喷管、核反应堆堆芯、连续浇铸、金属

淬火和热管技术等。在实际应用中，沸腾通常是在流动状态下进行的，其影响因素更为复杂。

2、为什么蒸气中含有不凝结气体会影响凝结换热的强度?答：不凝结气体的存在，一方

面使凝结表面附近蒸气的分压力降低，从而蒸气饱和温度降低，使传热驱动力即温差(ts-tw)

减小；另一方面凝结蒸气穿过不凝结气体层到达壁面依靠的是扩散，从而增加了阻力。上述

两方面的原因使不凝结气体存在大大降低了表面传热系数，使换热量降低。所以实际冷凝器

中要尽量降低并排除不凝结气体。

3.有一台钢管换热器，热水在管内流动，空气在管束间作多次折流横向冲刷管束

以冷却管内热水。有人提出，为提高冷却效果，采用管外加装