（提示：影响强迫对流换热系数的因素及其影响情况可以通过分析强迫对流传热实验关联式，将各无量纲量展开整理后加以表述。）
2． 试举几个强化管内强迫对流传热的方法(至少五个)。 （提示：通过分析强迫对流换热系数的影响因素及增强扰动、采用人口效应和弯管效应等措施来提出一些强化手段，如增大流速、采用机械搅拌等。） 3． 试比较强迫对流横掠管束传热中管束叉排与顺排的优缺点。
（提示：强迫对流横掠管束换热中，管束叉排与顺排的优缺点主要可以从换热强度和流 动阻力两方面加以阐述：(1)管束叉排使流体在弯曲的通道中流动，流体扰动剧烈，对流换热系数较大，同时流动阻力也较大；(2)顺排管束中流体在较为平直的通道中流动，扰动较弱，对流换热系数小于叉排管束，其流阻也较小；(3)顺排管束由于通道平直比叉排管束容易清洗。）
4． 为什么横向冲刷管束与流体在管外纵向冲刷相比，横向冲刷的传热系数大?
（提示：从边界层理论的角度加以阐述：纵向冲刷容易形成较厚的边界层，其层流层较厚 且不易破坏。有三个因素造成横向冲刷比纵向冲刷的换热系数大：①弯曲的表面引起复杂的流动，边界层较薄且不易稳定；②管径小，流体到第二个管子时易造成强烈扰动；②流体直接冲击换热表面。）
5． 为什么电厂凝汽器中，水蒸气与管壁之间的传热可以不考虑辐射传热?
（提示：可以从以下3个方面加以阐述：(1)在电厂凝汽器中，水蒸气在管壁上凝结，凝结换热系数约为4500—18000W／(m2．K)，对流换热量很大；(2)水蒸气与壁面之间的温差较小，因而辐射换热量较小；(3)与对流换热相比，辐射换热所占的份额可以忽略不计。） 6． 用准则方程式计算管内湍流对流传热系数时，对短管为什么要进行修正?
（提示：从热边界层厚度方面加以阐述：(1)在入口段，边界层的形成过程一般由薄变厚；(2)边界层的变化引起换热系数由大到小变化，考虑到流型的变化，局部长度上可有波动，但总体上在入口段的换热较强（管长修正系数大于1）；(3)当l／d＞50(或60)时，短管的上述影响可忽略不计，当l／d＜50(或60)时，则必须考虑入口段的影响。 7． 层流时的对流传热系数是否总是小于湍流时的对流传热系数?为什么?
（提示：该问题同样可以从入口效应角度加以阐述。在入口段边界层厚度从零开始增厚， 若采用短管，尽管处于层流工况，由于边界层较薄，对流换热系数可以大于紊流状况。） 8． 什么叫临界热流密度?为什么当加热热流大于临界热流密度时会出现沸腾危机?
（提示：用大容器饱和沸腾曲线解释之。以大容器饱和沸腾为例，(1)沸腾过程中，随着壁面过热度Δt的增大，存在自然对流、核态沸腾、不稳定膜态沸腾和膜态沸腾四个阶段，临界热流密度是从核态沸腾向膜态沸腾转变过程中所对应的最大热流密度；(2)当加热热流大于临界热流密度时，沸腾工况向膜态沸腾过渡，加热面上有汽泡汇集形成汽膜，将壁面与液体隔开，由于汽膜的热阻比液体大得多，使换热系数迅速下降，传热恶化；(3)汽膜的存在使壁温急剧升高，若为控制热流加热设备，如电加热设备，则一旦加热热量大于临界热流密度，沸腾工况从核态沸腾飞跃到稳定膜态沸腾，壁温飞升到1000℃以上(水)，使设备烧毁。） 9． 试述不凝性气体影响膜状凝结传热的原因。
（提示：少量不凝性气体的存在就将使凝结换热系数减小，这可以从换热热阻增加和蒸 汽饱和温度下降两方面加以阐述。(1)含有不凝性气体的蒸汽凝结时在液膜表面会逐渐积聚起不凝性气体层，将蒸汽隔开，蒸汽凝结必须穿过气层，使换热热阻大大增加；(2)随着蒸汽的凝结，液膜表面气体分压力增大，使凝结蒸汽的分压力降低，液膜表面蒸汽的饱和温度降低，减少了有效冷凝温差，削弱了凝结换热。）
五、计算题
1． 平均温度为40℃的机油，以0.7m/s的流速流经一壁温为80℃、内径为0.025m、
长度1.5m的圆管。求油的对流传热系数和机油得到的加热量。 （提示：这是一个油在圆管内进行强制对流换热的问题。 答案：hc＝88．9W／(m2．K)，Φ＝418．9W。）
2． 温度为30℃的风以5m／s的速度吹过一太阳能集热器表面，该表面可看作为正方
形平面，一条边与来流方向垂直，表面尺寸为2．0×2．0m2，问当表面温度达到60℃时被风带走的热量为多少?
已知：平均对流传热系数计算式：Nu=0.664Re1/2Pr1/3，(当Re<5×105)，Nu＝0.037Re4/5Pr1/3(当Re>5×l05)，特征尺寸为流体经过的板长(顺着来流方向的长度)，定性温度为tm＝(t∞+tw)／2。
(提示：这是一个流体通过平面的对流换热问题，可以通过计算雷诺数Re来判断用上述哪一个公式计算。得到努谢尔特数Nu后可得到流过平板的对流换热系数，再根据牛顿冷却公式得到换热量。
答案：选用湍流公式，被风带走的热量为2.23kW。)
3． 一空气预热器中，烟气在直圆管内流过，管内径d1＝45mm，管长1.5m，烟气流
速12m/s，平均烟气温度300℃，管壁温度150℃，试求单管的对流传热量. （提示：这是一个烟气在圆管内强制对流换热问题。
答案：单管的对流换热量为2．21kW。）
4． 有一套管式给水预热器，内管的外径为d1＝12mm，外管的内径d2＝18mm，管长
为0．5m。给水在套管的环形流道内以1.5m／s的流速流动，给水在预热器内被加热，给水进、出预热器的温度分别为25℃和85℃，预热器内管壁温为95℃.试求内管外表面对水的对流传热系数。
（提示：这是一个水在非圆形通道内强制对流换热问题，环形通道的尺寸用当量直径来计算。答案：对流换热系数为11616．1W(m2．K)。）
5． 有进口温度为80℃的热水流过内径为20mm的螺旋管，螺旋的直径为150mm，已
知水的流速为0.5m／s，螺旋管内壁的平均温度为35℃，为了使水的出口温度低于40℃，问需要多长的管子或螺旋数至少要几个? （提示：这是一个流体在弯管内的强制对流换热问题。 答案：至少需要4．566m管子，或螺旋数至少10个。）
6． 有一空冷器，空气在其中横向掠过管束传热，管排的横向间距s1＝32mm，纵向间
距s2＝24mm，管子外径d＝16mm，沿空气流动方向布置了6排管子，顺排排列。空气进入管束前的流速为6m/s，空气进、出口平均温度为140℃，管壁表面温度为60℃，试计算其平均对流传热系数。
（提示：这是一个空气横掠顺排管束的对流换热问题，计算雷诺数时要注意将空气进口流速转换为最窄截面流速计算。答案：平均对流换热系数为126．35W／(m2．K)。）
7． 初温为30℃的水以1.0kg／s的流量流经一套管式传热器的环形通道，水蒸气在内
管中凝结，使内管外壁的温度维持在100℃，传热器的散热损失可忽略不计。环形夹层内管的外径d1为40mm、外管内径d2为60mm，试确定把水加热到50℃，套管要多长。已知水侧表面对流传热系数：Nuf＝
??f?0．023Ref0.8Prf0.4???w????0.11?d??l,?l?1???。
?l?0.7（提示：这是一个水在环形通道内流动的强制对流换热问题，计算公式已知，环
形通道的尺寸用当量直径来计算。 答案：需要套管的长度为2．883m。） 8． 某一矩形烟道，截面积为800mm×700mm，烟道长20m，烟道内恒壁温，tw=70℃，
现有tf(0)＝230℃的烟气流过该烟道，质量流量qm＝1.6kg／s，试计算烟气的出口
温度。已知通道内传热计算式：Nuf＝0.023Ref0.8Prf0.4 ?l，对于恒壁温下的管内流动有：
tf(x)?tf(0)tf?tw???hUx，其中U为截面周长，h为对流传热系数，tf为??qmCp流体平均温度，tf=0．5[tf(x)+tf(0)]
（提示：这是一个烟气在矩形通道内流动冷却的换热问题，计算公式已知，由于烟气的出口温度未知，需要首先假设烟气出口温度来得到定性温度，然后根据计算结果校核出口温度，若假设值的偏差大于允许值，则代入重算，直至达到计算精度。 答案：烟气出口温度为184．7℃。）
9． 有一块长1m、宽1m的平板竖直放置于20℃的空气中，板的一侧绝热，另一侧表
面温度维持在60℃，试计算该竖板的自然对流散热量。如果该板未绝热的一侧改为水平朝上或朝下放置，则其自然对流散热量又各为多少? （提示：这是竖板或水平板在空气中自然对流散热的换热问题。 答案：该平板竖直放置，自然对流散热量为160W；未绝热一侧改为水平朝上放置，自然对流散热量变为240W；未绝热一侧改为水平朝下放置，自然对流散热量变为50．49W。由此可见，平板热面朝上放置时的散热量最大，热面向下放置时的散热量最小，竖直放置的散热量介于两者之间。）
10． 有一水平放置的的热水管道，用保温材料保温，保温层外径200mm，外表面平均
温度45℃，周围空气温度15℃，管道长度为1500m，试计算该蒸汽管道上由于自然对流而引起的散热量。 （提示：这是水平管道外的自然对流换热问题。 答案：自然对流散热量为135．9kW。）
第四章 辐射传热
一、 名词解释
1．热辐射：由于物体内部微观粒子的热运动状态改变，而将部分内能转换成电磁波的能量发射出去的过程。
2．吸收比：投射到物体表面的热辐射中被物体所吸收的比例。 3．反射比：投射到物体表面的热辐射中被物体表面所反射的比例。 4．穿透比：投射到物体表面的热辐射中穿透物体的比例。 5．黑体：吸收比α= 1的物体。
6．白体：反射比ρ=l的物体(漫射表面) 7．透明体：透射比η= 1的物体
8．灰体：光谱吸收比与波长无关的理想物体。
9．黑度：实际物体的辐射力与同温度下黑体辐射力的比值，即物体发射能力接近黑体的程度。
10．辐射力：单位时间内物体的单位辐射面积向外界(半球空间)发射的全部波长的辐射能。 11．漫反射表面：如果不论外界辐射是以一束射线沿某一方向投入还是从整个半球空间均匀
投入，物体表面在半球空间范围内各方向上都有均匀的反射辐射度Lr，则该
表面称为漫反射表面。
12．角系数： 从表面1发出的辐射能直接落到表面2上的百分数。
13．有效辐射：单位时间内从单位面积离开的总辐射能，即发射辐射和反射辐射之和。 14．投入辐射：单位时间内投射到单位面积上的总辐射能。
15．定向辐射度：单位时间内，单位可见辐射面积在某一方向p的单位立体角内所发出的总辐射能(发射辐射和反射辐射)，称为在该方向的定向辐射度。
16．漫射表面：如该表面既是漫发射表面，又是漫反射表面，则该表面称为漫射表面。 17．定向辐射力：单位辐射面积在单位时间内向某一方向单位立体角内发射的辐射能。 18．表面辐射热阻：由表面的辐射特性所引起的热阻。
19．遮热板：在两个辐射传热表面之间插入一块或多块薄板以削弱辐射传热。 20．重辐射面：辐射传热系统中表面温度未定而净辐射传热量为零的表面。
二、填空题
1． 热辐射是由于 产生的电磁波辐射。热辐射波长的单位是 ，
在工业范围内，热辐射的波段主要集中于 区段。 (热的原因，μm，红外)
2． 太阳与地球间的热量传递属于 传热方式。
(辐射)
3． 黑体是指 的物体，白体是指 的物体，透明体是指
的物体。灰体是 的物体。
（吸收比为0，反射比为0，投射比为0，光谱吸收比与波长无关的）
4． 基尔霍夫定律表明，善于辐射的物体也善于 ，在同温度下，黑体具有
的辐射力，实际物体的吸收率永远 1。 （吸收，最大，小于）
5． 有效辐射是 之和。
（发射辐射和反射辐射）
6． 一个由两个表面所构成的封闭系统中，若已知A1=0.5A2,X1,2=0.6，则X2,1= 。
（0.3）
7． 将任意形状气体的辐射折合成一个假想的当量半球，半球内气体与所研究的气体具
有 ，球内气体对球心的辐射效果等于 ，该当量半球的半径称为 。
(相同的温度、压力和成份，所研究的气体对指定地点的辐射，平均射线行程) 8． 物体的光谱辐射力与同温度下 之比，称为物体的光谱发射率。
(黑体的光谱辐射力)
9． 角系数具有 、 、 的特性。
（相对性、完整性、分解性）
10． 表面辐射热阻应用于 辐射传热计算，其值可用数学式表示
为 。
（灰漫表面(或灰表面即可)，
1??） ?A11． 气体辐射具有2个特点：
① ；② 。
（气体的辐射和吸收对波长具有明显的选择性，气体的辐射和吸收在整个容积中进行） 12． 基尔霍夫定律指出了物体的 与 之间的关系。
（辐射力，吸收碧）
13． 辐射传热的空间热阻主要与 有关。
（两个表面之间的角系数及辐射换热面积）
14． 辐射减弱系数是指射线经过单位长度时 的能量与 的能量之比。
（被气体所吸收，投射）
15． 辐射传热的表面热阻主要与 有关。
（表面黑度和辐射换热面积）
16． 普朗克定律揭示了黑体光谱辐射力按 变化的分布规律。
（波长与热力学温度）
17． 热辐射能量投射到物体表面上时， 占投入辐射的百分比称为投射比。
（穿透物体的辐射能）
18． 在热平衡条件下，任何物体对黑体辐射的吸收比恒等于 。
（同温度下该物体的黑度）
19． 角系数相对性用公式可写成 。
（A1X1,2= A2X2,1）
20． 增强或削弱辐射传热的原则是改变 和 。
(系统黑度，温度条件)
三、选择题
1． 有一个由六个平面组成的六边形长通道，其内表面分别以l、2、3、4、5、6表示，已
知角系数X12＝0.1、X14＝0.25，X15＝0.25，X16＝0.12，则X13为： ( )
(1)0．35 (2)0．72 (3)0．37 (4)0．28 2． 一金属块的表面发射率为0．4，温度为227℃，它的表面热辐射力是多少?若表面氧化
后发射率变成0.9，其表面热辐射力将如何改变?
(1)1417.5W／m2，将增大 (2)1417.5W／m2，将减小 (3)60.22W／m2，将增大 (4)60.22W／m2，将减小
3． 影响物体表面黑度的主要因素是：
(1)物质种类、表面温度、表面状况 (2)表面温度、表面状况、辐射强度 (3)物质种类、表面温度、表面颜色 (4)表面颜色、表面温度、表面光洁度
4． 在两块平行的黑度相同的大平板之间插入一块同样黑度的遮热板后，两平板之间的辐
射传热量与未加遮热板时相比减少了： ( ) (1)0.2倍 (2)0.5倍 (3)2倍 (4)3倍
5． 对于边长为15m的立方体内的气体辐射，气体对整个包壁辐射的平均射线行程等于：
(1)15m (2)7.5m (3)9m （4）4.5m
6． 在同温度条件下的全波谱辐射和吸收，下列哪种说法是正确的
（1） 物体的辐射能力越强其吸收比越大 （2） 物体的吸收比越大其反射比越大 （3） 物体的吸收比越大其黑度越小
（4） 物体的吸收比越大其辐射透射比越大 7． 下列哪个定律可用来计算黑体光谱辐射力?
(1)斯蒂芬—波尔兹曼定律 (2)基尔霍夫定律 (3)斯蒂芬公式 (4)普朗克定律
8． 单位时间内离开单位表面积的总辐射能称为什么?