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 。

99

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

262

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）

2

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？

5

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= 。

22

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：