热现象的练习题和答案

导读：　　　常温下呈红色的物体表示该物体在常温下红色光的光谱发射率较其它单色光(黄、绿、蓝等)的光谱发射率高。下面是中国招生考试网http: www ...

　　常温下呈红色的物体表示该物体在常温下红色光的光谱发射率较其它单色光(黄、绿、蓝等)的光谱发射率高”。下面是中国招生考试网http://www.chinazhaokao.com/小编今天为大家精心准备了热现象的练习题和答案,希望对大家有所帮助!

　　热现象的练习题和答案(1)

　　1. 有人说：“常温下呈红色的物体表示该物体在常温下红色光的光谱发射率较其它单色光(黄、绿、蓝等)的光谱发射率高”。你认为这种说法正确吗?为什么?

　　答：不正确。因为常温下物体呈现的颜色是由于物体对可见光中某种单色光的反射造成的。红色物体正是由于物体对可见光中的黄、绿、蓝等色光的吸收比较大，反射比较小，而对红光的吸收比较小，反射比较大所致。根据基尔霍夫定律，

，可见红光的光谱发射率较其他单色光的光谱发射率低而不是高。

 

　　2. 一块厚度为

的大平板，与温度为 的流体处于热平衡。当时间 时，左侧流体温度升高并保持为恒定温度 。假定平板两侧表面传热系数相同，当 时，试确定达到新的稳态时平板中心及两侧表面的温度，画出相应的板内及流体侧温度分布的示意性曲线，并做简要说明。

 

　　

答： 时，内热阻→0，

 

　　3.在某厂生产的测温元件说明书上，标明该元件的时间常数为1s。从传热学角度，你认为此值可信吗?

　　答：根据时间常数的定义，

，在一定条件下， 可以认为是常数，但表面传热系数h却是与具体过程有关的过程量，与测温元件安装的具体环境的换热条件有关。因此，对该说明书上标明的时间常数值要进行具体分析，不能盲目相信。

 

　　4.什么是灰体?在工程辐射换热计算中引入灰体概念有何意义?

　　答：在热辐射分析中，把光谱吸收比与波长无关的物体称为灰体。

　　实际物体的吸收比均与投入辐射的波长有关，这一特性给工程辐射换热的计算带来很大的不便。而工业上通常遇到的热辐射，其主要波长区段位于红外线范围内。在此范围内，把大多数工程材料当作灰体处理引起的误差还是可以容许的，因而这种简化处理给工程辐射换热计算带来了很大的方便。

　　5.试述强化管内对流换热常采用的方法，并简述理由。

　　答：强化管内流体对流换热常采用的方法有很多种，如增加流速、采用内肋管、弯管、内螺纹管、内壁面带周向环状突出物的管子、扭曲管等。另外，还可以采用短管，小直径管和增加壁面粗糙度的方法。

　　这是由于管内对流换热的热阻主要在边界层，因而边界层的状态直接影响到管内的对流换热。强化管内对流换热的突破口即在于减薄或破坏温度边界层，同时改变流体的物性也有助于强化换热。

　　6.对流换热微分方程

y=0与导热问题中的第三类边界条件表达式 有何不同之处。

 

　　答：对流换热微分方程中的

为流体的导热系数， 为近壁流体的温度梯度，而导热问题中的第三类边界条件表达式中 为导热固体的导热系数， 为近壁固体的温度梯度。

 

　　热现象的练习题和答案(2)

　　气体辐射有何特点

　　① 气体辐射对波长具有选择性。

　　② 气体辐射和吸收是在整个容器中进行的，与气体在容器中的分子数目及容器形状和容积等有关。

　　由于气体辐射对波长具有选择性，所以气体不能作为灰体。

　　8.试根据速度边界层和热边界层的概念，用数量级分析的方法，从对流换热的能量微分方程导出二维稳态、常物性、不可压缩流体外掠平板层流边界层流动时的边界层能量微分方程。

　　答：能量方程为

　　边界层内、、为同一量级，即、、，而边界层

则属于小的量级即、。于是有

 

　　量级

　　其中具有

的量级应如下理解:等号两边应有相同的量级，如果不具有 量级，则括号内产生一个很大量级的项 。为使等号后面的量级为 ，故

 

　　右端括号内两项相比显然，边界层能量微分方程为：

　　9.管内对流换热为什么采用小直径管可以起到强化换热的作用?试用充分发展湍流公式Nuf=0.023Ref0.8Prf0.4解释之。

　　答：将表达式中个准则数展开，并整理可得：

　　

 

　　由上式可以看出，表面对流换热系数h与直径的0.2次方成反比，因此在条件允许时，尽量采用小直径管来强化换热。

　　10. 什么是角系数?对于非黑体之间的辐射，角系数成为纯几何量的条件是什么?

　　答：把从表面1发射的辐射能中落到表面2上的百分数，称为表面1对表面2的角系数。

　　角系数成为纯几何量的条件是:

　　① 所研究的表面为漫射体;② 表面的辐射热流均匀。

　　11.由导热微分方程可知，非稳态导热只与热扩散率有关，而与导热系数无关。你认为对吗?

　　答：由于描述一个导热问题的完整数学描写不仅包括控制方程，还包括定解条件。所以虽然非稳态导热的控制方程只与热扩散率有关，但边界条件中确有可能包括导热系数(如第二或第三类边界条件)。因此上述观点不正确。

　　12.试说明Fo数和Bi数的定义式及其物理意义;(5分)

　　答：

非稳态过程的无量纲时间，表征过程进行的深度。 (2.5分)

 

　　

固体内部导热热阻与其界面上换热热阻之比。 (2.5分)

 

　　13.试说明串联热阻叠加原理在什么前提下成立?;(5分)

　　答：串联热阻叠加原理应用的前提条件：

　　1) 稳态导热 (2.5分)

　　2)无内热源 (2.5分)

　　14.用热电偶测量非稳态温度场时，怎样才能改善热电偶的温度响应特性?(5分)

　　答：热电偶时间常数

的物理意义是说明热电偶对流体温度变动相应快慢的指标。其影响因素有：热电偶的几何尺寸(V/A)、物理性质( )、换热条件(h)。(3分)

 

　　由于热电偶时间常数与环境的换热条件(h)有关。由此可知：在其他条件一定时，热电偶时间常数与热电偶的几何尺寸(V/A)有关，(V/A)增大，则热电偶时间常数变长，(V/A)减小，则热电偶时间常数变短。(2分)

　　15.简要说明为什么珠状凝结表面换热系数大于膜状凝结表面换热系数?(5分)

　　答：凝结换热时主要的热阻来源于液膜(3分)，珠状凝结时凝结液只是局部阻断了蒸汽与壁面的换热，因此，其热阻远小于膜状凝结，则珠状凝结表面换热系数大于膜状凝结表面换热系数。(2分)

　　16.何谓非稳态导热过程的正规状态阶段?写出其主要特征;(5分)

　　答：在非稳态导热过程中，当过程进行到一定深度时，物体的初始温度分布的影响逐渐消失，物体种不同时刻的温度分布主要取决于边界条件及物性，此时非稳态导热过程进入到了第二阶段，即正规状态阶段(2分)。其主要特征为温度分布受初始条件影响消失而仅受边界条件和物性影响的(3分)。

　　热现象的练习题和答案(3)

　　20. 试述气体辐射的特点;(6分)

　　答：气体的辐射特点：1).气体辐射对波长具有选择性。

　　2).气体辐射和吸收是在整个容器中进行的。

　　21. 按照导热机理简单说明，水的气、液、固状态导热系数的大小;(6分)

　　答：气体中：导热是气体分子不规则热运动时相互碰撞的结果。

　　固体中：1).导电固体中：有相当多的自由电子，它们在晶格之间象气体分子那样运动，自由电子的运动在导热中起着主要的作用。

　　2).非导电固体中：导热是通过晶格结构的振动，即原子，分子在其平衡位置附近的振动来实现的。

　　液体中：液体分子间的距离比较近，分子间的作用力对碰撞过程的影响要比气体大(液体的导热机理类似于非导电固体，主要靠弹性波振动)。

　　λ固〉λ液〉λ气

　　22. 如何判断两个物理现象相似?(6分)

　　答：有两个条件

　　1)同名的已定特征数相等;

　　2)单值性条件相似：初始条件、边界条件、几何条件、物理条件。

　　23. 在导热过程中产生了Bi数，而在对流换热过程中产生了Nu数，写出它们的物理组成，并指出它们之间的差别。(6分)

　　答：

， ，从形式上看，Bi数和Nu数完全相同，但二者物理意义却不同。Nu数中的 为流体的导热系数，而一般h未知，因而Nu数一般是待定准则。Nu数的物理意义表示壁面附近流体的无量纲梯度，它表示流体对流换热的强弱。而Bi数中的 为导体(固体)的导热系数，且一般情况下h已知，Bi数一般是已定的准则。Bi数的物理意义表示导热体内部导热热阻(l/ )与外部对流热阻(l/h)的相对大小。

 

　　24. 烧开水时，为什么一旦水烧干了，铝壶就很容易烧坏?(6分)

　　答：水侧(沸腾)的表面传热系数远大于火焰侧表面传热系数。没烧干时，壶底温度更接近于水的温度，所以不会达到铝的熔点。

　　25. 试述热电偶时间常数的物理意义及影响其大小的因数，同一种物体导热过程的时间常数是不是不变。(5分)

　　答：热电偶时间常数的物理意义是说明热电偶对流体温度变动相应快慢的指标。其影响因素有：热电偶的几何尺寸(V/A)、物理性质(

)、换热条件(h)。由于热电偶时间常数与环境的换热条件(h)有关，所以同一种物体导热过程的时间常数是不是不变。
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