传热学实际现象应用(2)

2019-08-30 23:42

要点:分析各种传热方式,考虑周到。

答:1.游泳者出泳池后,皮肤发生的所有传热过程包括:(1)皮肤与水膜之间伴随有相变的对流传热(2)水膜内部的导热(3)水膜外表面与空气之间的对流换热(4)皮肤与环境的辐射换热。

2.伴随有相变的对流传热表面传热系数的数量级为104,皮肤与空气的对流换热系数数量级为102,所以皮肤有水膜时对流换热强烈,所以感到冷的多。

3.太阳出来后,(1)皮肤与水膜间伴随有相变的对流传热(2)水膜内部的导热(3)水膜外表面与空气之间的对流传热(4)皮肤与太阳的辐射换热。因为太阳温度较高,所以辐射传热吸收的热量抵消了相变换热放出的热量,所以感觉温暖。

(9)铝壶烧水时炉火很旺,水安然无恙,水烧干后水壶很快被烧坏:

要点:对流换热系数

答:当壶内有水时,水与壶底发生对流换热,水侧沸腾对流换热系数大,可以对壶底进行很好的冷却,壶底的温度能够很快被传走,不至于温度升得很高;当没有水时,和壶底发生对流传热的是气体,气体的表面传热系数很小,壶底的热量无法被很快得传走,因此壶底温度升高得很快,铝壶被烧坏。

(10)为什么暖气片一般都放置在窗户的下面?

要点:温差大对流传热强度高

答:1.可以提高换热效率,在室内,靠近窗户处的空气温度较低,假设暖气片的温度一定,当暖气片放在窗户下面时,暖气片于周围空气温度的温差最大,从而使换热量增加,传热效率提高。 2.可以使室内温度分布均匀,靠近窗户处的温度较低,暖气片放在窗户下可以使室内的温度均匀。

(11)用空气冷却高温设备的内通道壁,为了提高冷却效果,在通道内紧插一块沿轴向放置的金属平板,能否使同道内壁的冷却加强壁温下降?

要点:肋片散热、辐射换热、破坏了边界层减小了传热热阻。

答:可以使设备内通道壁的冷却加强。相当于增加了肋片强化了散热。同时也增加了辐射换热;加上平板后,也增加了流体的扰动,破坏了边界层,减小了对流传热热阻,强化了对流传热。

(12)一台冷油器,管内的油被管外的冷却水冷却,为了强化传热,管内加装一个细的螺旋状金属丝。另有一台暖风器,以热水在管内流动来加热管外的空气,同样在管内加装一细的螺旋状金属丝,比较这

两种方案强化换热的效果,为什么?

要点:强化对流换热系数以强化对流传热、加金属丝破坏边界层强化对流传热 答:1对于冷油器。由于油的粘度较大对流换热表面传热系数较小,占整个传热过程中热阻的主要部分,在管内加装一细化螺旋金属丝,可以破坏边界层,减小油侧热阻,从而强化传热效果明显。 2.对于暖风机,空气的对流换热系数比热水要小,占整个传热过程中热阻的主要部份,但管内是水,管内加装金属丝,只能强化热水侧换热,对于总热阻则减小很少,强化效果不明显。

(13)为了强化一台冷油器的传热,有人用提高冷却水流速的方法但发现效果不明显,试分析原因?

要点:冷油器主要热阻在内部的油

答:冷油器由于油的粘度大,对流传热表面传热系数较小,占整个传热过程热阻的主要部分,而冷却水的对流传热热阻较小,不占主导地位,因而采用提高水速的方法,只能减小不占主导地位的水侧热阻,效果不明显。应该试图减小内部油的热阻,如加装一根细化螺旋金属丝破坏油的边界层。

(14)温度同为20℃的空气和水,假设流动速度相同,当你把两只手分别放倒水和空气中,为什么感觉却不一样?

要点:密度不同-雷诺数不同-努塞尔数不同+导热系数不同=h不同

答:尽管空气和水的流速和温度相同,但是由于水的密度约为空气的1000倍,而动力黏度则相差不多,在相同的特征尺度下,雷诺数为R e=u*l/v,所以将手放入水中的雷诺数要远远大于放入空气中的雷诺数,因此放入水中的努塞尔数大;另一方面,又由于水的导热系数大于空气的导热系数,Nu=h l/入,所以将手放入水中时的对流换热系数远远大于放入空气中的对流换热系数,所以感觉不同。

(15)空调和制冷器用的冷却器其管外装的肋片往往制成百叶窗式的肋片,试问肋片做成这样的意义?

要点:百叶窗,破坏边界层强化传热。

答:空气通过平直肋片时,随着流程的增长,边界层会增厚,传热热阻增大,表面传热系数会减小。将其做成百叶窗式,可以使流体流经肋片的边界层破坏,使边界层减薄。同时,流体脱离百叶窗式肋片后产生分离状扰动,这些均能强化传热。

(16)地面上按自然对流设计的换热装置,在太空中还能正常工作吗?为什么?

要点:自然对流换热

答:不能。因为自然对流换热是由于流体各部分温度不均匀而形成密度差,从而在重力场作用下产生浮升力所引起的对流换热现象。因此到了太空中完全处于失重状态,因而该装置在太空中无法正常工作。

(17)改变暖气中的水的流速是否可以显著地增强换热?

要点:暖气水侧、气侧内外热阻的比较

答:不能。因为暖气里的水是强制对流换热,而外部是空气的自然对流散热,由于空气侧对流换热表面传热系数远小于水侧,因此改变水的流速以进一步减小水的热阻对于传热量贡献不大。

(18)摩托车手的膝盖为什么需要特别的保温?

要点:热边界层很薄,换热强。

答:因为膝盖处的热边界层很薄,换热能力较强,该处与空气的热交换量较大,因此要特别保温。

(19)为什么只可以烧开水?

要点:对流传热的热阻

答:水侧的热阻远远小于加热侧的热阻,纸的温度更接近与水的温度,所以不会达到纸的着火点.

3.辐射换热

(1)简述玻璃温室保温的原理?

要点:选择透过性。 答:保温室里的温度明显高于外界温度,玻璃对太阳辐射具有强烈的选择性吸收,它对可见光为主的太阳光透射率大,但对室内物体红外范围内的(长波辐射)热辐射透射率低,所以产生温室效应。

(2)金属工件在炉内加热时表面颜色随温度升高而变化做出解释?

要点:热辐射光谱具有选择性。

答:金属工件在炉内加热时,其热辐射光谱具有选择性,不同温度时选择辐射的光谱不同,所以呈现不同的颜色。金属在不同温度下呈现的各种颜色说明随着温度升高热辐射中可见光中短波的比例不断增加。

(3)指出热射线主要由哪两种射线组成?为什么钢锭在炉中加热时随着温度升高颜色会依次出现黑红橙白的变化?

要点:实际物体的光谱辐射力随着波长做不规则变化。 答:热射线主要由红外线(波长0.76-20微米)和可见光(波长0.38-0.76微米)组成。 随着温度升高,钢锭辐射能量中重要部分的能量向波长较小的方向移动,所以钢锭的颜色会依次出现黑红橙白的变化。

(4)何为灰体?这种物体表面现实中不存在,为什么可以用于实际表面间的辐射换热计算?

要点:灰体 答:灰体是物体的光谱吸收比为常数物体。光谱辐射特性不随着波长而变化的假想物体。 灰体是对实际物体的吸收比进行抽象简化后的理想模型,只要在所研究的辐射能覆盖的波长范围内光谱吸收比为常数即可,不必要求对所有波长都严格成立。工业上遇到的热辐射,其主要波长区段位于红外线范围内,把大多数工程材料当作灰体处理引起的误差是允许的,给辐射传热的计算带来了很大的方便。

(5)常温下树叶为什么呈现绿色?常温下呈绿色的树叶其对绿光的光谱发射率较对其他颜色的可见光(红,黄)的光谱发射率是大是小?

要点:反射、发射率=吸收比、基尔霍夫定律:反射率+吸收比=1


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