壁面结垢，会导致壁温升高，对于换热管道，甚至造成爆管事故。防止结垢的手
段有定期 排污、清洗、清灰，加强水处理，保证水质，采用除尘、吹灰设备等。)
传热过程及换热器部分
一、基本概念
主要包括传热方程式及换热器设计、对数平均温差、换热器中两流体沿程温度变
化曲线、强化传热及热阻分析、传热系数实验测定方法等等。
1、对壳管式换热器来说，两种流体在下列 情况下，何种走管内，何种走管外？
(1)清洁与不清洁的；(2)腐蚀性大与小的；(3)温度高与低 的；(4)压力大与小的；
(5)流量大与小的；(6)粘度大与小的。
答：(1)不清洁流体 应在管内，因为壳侧清洗比较困难，而管内可定期折开端盖
清洗；(2)腐蚀性大的流体走管内，因为更 换管束的代价比更换壳体要低，且如
将腐蚀性强的流体置于壳侧，被腐蚀的不仅是壳体，还有管子；体置于壳侧，这样可以减小换热器散热损失；
(3)温度低的流
(4)压力大的流体置于管 内，因为
(5)流量大的流体放在管侧耐压高，且低压流体置于壳侧时有利于减小阻力损；
管外 ，横向冲刷管束可使表面传热系数增加；
管外侧表面传热系数增加。
(6)粘度大的流体放在管 外，可使
2、为强化一台冷油器的传热，有人用提高冷却水流速的办法，但发现效果并不
显著c 试分析原因。
答：冷油器中由于油的粘度较大，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，而冷却水的对流换热热阻较小，不占主导地位，因而用提高
水速的方法，只能减小不占 主导地位的水侧热阻，故效果不显著。
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，采用管外加装肋片并将钢管换
成 铜管。请你评价这一方案的合理性。
答：该换热器管内为水的对流换热，管外为空气的对流换热，主要热 阻在管外空
气侧，因而在管外加装肋片可强化传热。注意到钢的导热系数虽然小于铜的，但

该换热器中管壁导热热阻不是传热过程的主要热阻，因而无需将钢管换成铜管。
4、为了简化 工程计算，将实际的复合换热突出一个主要矛盾来反映，将其次要
因素加以适当考虑或忽略掉，试简述多 孔建筑材料导热、房屋外墙内表面的总换
热系数、锅炉炉膛高温烟气与水冷壁之间的换热等三种具体情况 的主次矛盾。
答：⑴通过多孔建筑物材料的导热,孔隙内虽有对流和辐射,但导热是主要的,所以
热量传递按导热过程进行计算,孔隙中的对流和辐射的因素在导热系数中加以考
,两者所虑。⑵房屋外 墙内表面的总换热系数是考虑了对流和辐射两因素的复合
起作用相当,因对流换热计算简便,将辐射的因 素折算在对流换热系数中较方便
,由于火焰温度高达1000℃以上,些。⑶锅炉炉膛高温烟气与水冷壁 之间的换热
辐射换热量很大,而炉膛烟气流速很小,对流换热相对较小,所以一般忽略对流换
热 部分,而把火焰与水冷壁之间的换热按辐射换热计算。
5、肋片间距的大小对肋壁的换热有何影响? < br>,故肋化系答：当肋片间距减小时，肋片的数量增多，肋壁的表面积相应地增大
数β值增大,这对 减小热阻有利;此外适当减小肋片间距可以增强肋片间流体的扰
动,使换热系数h相应提高。但是减小肋 片的间距是有限的,一般肋片的间距不小
于边界层厚度的两倍,以免肋片间流体的温度升高,降低了传热 的温差。
6、如何考虑肋片高度l对肋壁传热的影响?
答：肋高l的影响必须同时考虑它对肋 片效率ηf和肋化系数β两因素的作用。l
增大将使ηf降低,但却能使肋面积A2增大,从而使β增大 。因此在其他条件不变
的情况下,如能针对具体传热情况,综合考虑上述两项因素,合理地选取l,使1 (hηf
β)项达一最低值,从而获得最有利的传热系数KА值,以达到增强传热的目的。
7、 试述平均温差法(LMTD法)和效能─传热单元数法(ε-NTU法)在换热器传热
计算中各自的特点 ?
答：LMTD法和ε-NTU法都可用于换热器的设计计算和校核计算。这两种方法
的设计 计算繁简程度差不多。但采用LMTD法可以从求出的温差修正系数φΔt
,有助于流动形式的选择,这 是ε的大小看出所选用的流动形式接近逆流程度
-NTU法所做不到的。对于校核计算,两法都要试算传 热系数,但是由于LMTD法
需反复进行对数计算故较ε- NTU法稍嫌麻烦些,校核计算时如果传热系数已知
则ε-NTU法可直接求得结果,要比LMTD法简 便得多。
,

8、热水在两根相同的管内以相同流速流动，管外分别采用空气和水 进行冷却。
经过一段时间后，两管内产生相同厚度的水垢。试问水垢的产生对采用空冷还是
水冷 的管道的传热系数影响较大?为什么?
答：采用水冷时，管道内外均为换热较强的水，两侧流体的换热 热阻较小，因而
水垢的产生在总热阻中所占的比例较大。而空气冷却时，气侧热组较大，这时，
水垢的产生对总热阻影响不大。故水垢产生对采用水冷的管道的传热系数影响较
大。
二、定量计 算
主要包括：复合换热及传热过程、热阻分析、换热器设计计算、换热器校核计算。
1、外径为 200mm采暖热水输送保温管道，水平架空铺设于空气温度为-5℃的室
外，周围墙壁表面平均温度近 似为0℃，管道采用岩棉保温瓦保温，其导热系数
100℃，由接触式为λ（Wm℃）＝0.027+0 .00017t（℃）。管内热水平均温度为
温度计测得保温层外表面平均温度为45℃，表面发射率为 0.9，若忽略管壁的导
热热阻，试确定管道散热损失、保温层外表面复合换热系数及保温层的厚度。< br>解：管道散热损失包括自然对流散热损失和辐射散热损失两部分。
确定自然对流散热损失：
定性温度℃
则
确定辐射散热损失：
属空腔（A2）与内包壁（A1）之间的辐射换热 问题，且。
单位管长管道散热损失
确定保温层外表面复合换热系数：
确定保温层的厚度 ：
由傅立叶定律积分方法获得。

，分离变量得：，即：
得管道外径保温层的厚度为
2、一所平顶屋，屋面材料厚δ＝0.2m，导热系数λw=0.6W(m?K)， 屋面两侧的
材料发射率ε均为0.9。冬初，室内温度维持tf1＝18℃，室内四周墙壁亦为18℃，
且它的面积远大于顶棚面积。天空有效辐射温度为-60℃。室内顶棚表面对流表
h2=21. 1W(m2?K)，问面传热系数h1＝0.529W(m2?K)，屋顶对流表面传热系数
当室外气温 降到多少度时，屋面即开始结霜(tw2＝0℃)，此时室内顶棚温度为多
? 少?此题是否可算出复合换热表面传热系数及其传热系数
解：⑴求室内顶棚温度tw1
稳态时 由热平衡，应有如下关系式成立：
室内复合换热量Φ’=导热量Φ=室内复合换热量Φ”
；因Φ’=Φ，且结霜时℃，可得：
，即
解得：℃。
⑵求室外气温tf2
因Φ”=Φ，可得：
，即：
℃
⑶注意到传热方向，可以求出复合换热系数
依据 ，得
hf1、hf2
依据，得

⑷求传热系数K
3、一蒸汽 冷凝器，内侧为ts=110℃的干饱和蒸汽，汽化潜热
却水，进出口水温分别为
r=2230 ，外侧为冷
104 ，及30℃和80℃，已知内外侧换热系数分别为
3000 ，该冷凝器面 积A=2m2，现为了强化传热在外侧加肋，肋壁面积为原面积
的4倍，肋壁总效率η=0.9，若忽略 冷凝器本身导热热阻，求单位时间冷凝蒸汽
量。
解：对数平均温差：
℃
传热系 数
℃，℃
单位时间冷凝蒸汽量：
7、设计一台给水加热器，将水从15℃加热到80℃ ，水在管内受迫流动，质量流
量为2kgs，比热为4.1868kJkg℃。管内径为0.0116m ，外径0.019m，用110℃
的饱和蒸汽加热，在加热器为饱和液体。已知管内外的对流传热系数分 别为4306
W m2℃和7153W m2℃；汽化潜热r = 2229.9kJkg；且忽略管壁的导热热阻，
试利用ε-NTU法确定所需传热面积。该换热器运行 一段时间后，在冷热流体流
量及进口温度不变的条件下，只能将水加热到60℃，试采用对数平均温差法 确
ε=1-e-NTU。定运行中产生的污垢热阻。提示：一侧流体有相变时，
解：利用ε-N TU法确定所需传热面积。
换热器效能为：
传热单元数为：
传热系数为：
需说 明因为管内径为0.0116m，外径0.019m，即管壁较薄，可视为平壁的传热过
程。
由 ，得：
换热器面积为：

采用对数平均温差法确定运行中产生的污垢热阻。
对数平均温差：
℃
℃，℃
运行中产生的污垢热阻为：
热辐射基本定律部分< br>一、基本概念
主要包括热辐射基本概念及名词解释、
其应用。
1、北方深秋季节 的清晨，树叶叶面上常常结霜。试问树叶上、下去面的哪一面
结箱?为什么?
答：霜会结在树 叶的上表面。因为清晨，上表面朝向太空，下表面朝向地面。而
太空表回的温度低于摄氏零度，而地球表 面温度一般在零度以上。由于相对树叶
下表面来说，其上表面需要向太空辐射更多的能量，所以树叶下表 面温度较高，
而上表面温度较低且可能低于零度，因而容易结霜。
2、如图所示的真空辐射炉， 球心处有一黑体加热元件，试指出①，②，③3处
黑体辐射基本定律、实际物体辐射特性及
中何 处定向辐射强度最大?何处辐射热流最大?假设①，②，②处对球心所张立体
角相同。
答：由黑 体辐射的兰贝特定律知，定向辐射强度与方向无关。故
处对球心立体角相当，但与法线方向夹角不同，< br>热流最大，③处最小。
Il＝I2=I3。而三
θ1＞θ2＞θ3。所以①处辐射
3、有—台放置于室外的冷库，从减小冷库冷量损失的角度出发，冷库外壳颜色
应涂成深色还是浅色?
答：要减少冷库冷损，须尽可能少地吸收外界热量，而尽可能多地向外释放热量。
因此冷库败取 较浅的颜色，从而使吸收的可见光能量较少，而向外发射的红外线
较多。

4、何 谓“漫─灰表面”?有何实际意义?
答：“漫─灰表面”是研究实际物体表面时建立的理想体模型.漫 辐射、漫反射指
物体表面在辐射、反射时各方向相同. 灰表面是指在同一温度下表面的辐射光谱
与黑体辐射光谱相似,吸收率也取定值.“漫─灰表面”的实际意义在于将物体的
辐射、反射、吸收等 性质理想化,可应用热辐射的基本定律了。大部分工程材料
.从而可将基尔霍夫定律可作为漫辐射表面, 并在红外线波长范围内近似看作灰体
应用于辐射换热计算中。
5、你以为下述说法：“常温下呈 红色的物体表示此物体在常温下红色光的单色发
射率较其它色光(黄、绿、兰)的单色发射率为高。”对 吗?为什么?(注：指无加热
源条件下)
答：这一说法不对。因为常温下我们所见到的物体的 颜色，是由于物体对可见光
的反射造成的.红色物体正是由于它对可见光中的黄、绿、蓝等色光的吸收率 较
大,对红光的吸收率较小,反射率较大形成的. 根据基而霍夫定律ελ=αλ，故常
温下呈 红色的物体,其常温下的红色光单色发射率较其他色光的单色光发射率要
小。
6、某楼房室内是 用白灰粉刷的, 但即使在晴朗的白天, 远眺该楼房的窗口时, 总
觉得里面黑洞洞的, 这是为什么?
答：窗口相对于室内面积来说较小, 当射线(可见光射线等)从窗口进入室内时在
, 由于观
, 因而就
室内经过多次反复吸收、反射, 只有极少的可见光射线从窗口反射出来
察点距离窗口很远, 故从窗口反射出来的可见光到达观察点的份额很小
很难反射到远眺人的眼里, 所以我们就觉得窗口里面黑洞洞的
7、实际物体表面在某一温度
.
T下的单色辐射力 随波长的变化曲线与它的单色吸
收率的变化曲线有何联系?如巳知其单色辐射力变化曲线如图所示，试定 性地画
出它的单色吸收率变化曲线。
答：从图中可以分析出，该物体表面为非灰体，
根 据基尔霍夫定律，αλ=ελ，即为同一波长线②与线①之比。
该物体单色吸收率变化曲线如图所示。< /p>

二、定量计算
包括建立辐射换热的能量守恒关系式，
单色）射特性计算辐 射换热，等等。
1、白天，投射到—大的水平屋顶上的太阳照度Gx＝1100Wm2，室外空气温反< br>h＝25W(m2?K)，屋顶下表
＝0.6。求稳定状态下屋
兰贝特定律的应用，利用 物体的光辐（即
t1＝27℃，有风吹过时空气与屋顶的表面传热系数为
面绝热，上表面发射率 ＝0.2，且对太阳辐射的吸收比
顶的温度。设太空温度为绝对零度。
解：如图所示，
稳态时屋顶的热平衡：
对流散热量
辐射散热量
太阳辐射热量
代入(1)中得< br>采用试凑法，解得℃
2、已知太阳可视为温度Ts＝5800 K的黑体。某选择性表面的光谱吸收比随波长
A变化的特性如图所示。当太阳的投入辐射Gs＝800 Wm2时，试计算该表面对
太阳辐射的总吸收比及单位面积上所吸收的太阳能量。
解：先计算总 吸收比。
单位面积上所吸收的太阳能：
3、有一漫射表面温度T=1500K，已知其单色发射 率随波长的变化如图所示，试
计算表面的全波长总发射率和辐射力。
解：，即：
查教材 P208表8-1得，
所以

辐射换热计算部分
一、基本概念
主 要包括：角系数的定义及性质；漫灰表面辐射换热特点；遮热板原理及其应用；
气体辐射及太阳辐射特点 等。
2、黑体表面与重辐射面相比，均有
有相同的性质？
答：虽然黑体表面与重辐射面 均具有J=Eb的特点，但二者具有不同的性质。黑
相当于源热势。而重辐射面的温度
J=Eb 。这是否意味着黑体表面与重辐射面具
体表面的温度不依赖于其他参与辐射的表面，
则是浮动的 ，取决于参与辐射的其他表面。
3、要增强物体间的辐射换热，有人提出用发射率ε大的材料。而根据基 尔霍夫
有人因此得出定律，对漫灰表面ε＝α，即发射率大的物体同时其吸收率也大。
结论：用 增大发射率ε的方法无法增强辐射换热。请判断这种说法的正确性，并
说明理由。
答：在其他条 件不变时，由物体的表面热阻可知，当ε越大时，物体的表面辐
射热阻越小，因而可以增强辐射换热。因 此，上述说法不正确。
4、如图所示，两漫灰同心圆球壳之间插入一同心辐射遮热球壳，试问遮热球壳< br>靠近外球壳还是靠近内球壳时，球壳1和球壳2表面之间的辐射散热量越大?
答：插入辐射遮热 球壳后，该辐射换热系统的辐射网络图如图所示。
显然，图中热阻R1，R2，R5，R6在遮热球壳直 径发生变化时保持不变，但
＝R4＝随遮热球壳半径的增加而减小。因此，遮热球壳靠近外球壳即半径越 大
时辐射散热量越大。
R3
5、气体辐射有什么特点?
答：1）不同气体有 着不同的辐射及吸收特性，即只有部分气体具有辐射及吸收
能力；2）具有辐射及吸收性气体对波长具有 选择性，如CO2、H2O都各有三
个光带─光谱不连续。3）辐射与吸收在整个容积中进行。
6、太阳能集热器吸热表面选用具有什么性质的材料为宜
答：太阳能集热器是用来吸收太阳辐射能的，< br>? 为什么?
因而其表面应能最大限度地吸收投

射来的太阳辐射能，同 时又保证得到的热量尽少地散失，即表面尽可能少的向外
辐射能。但太阳辐射是高温辐射，辐射能量主要 集中于短波光谱
热器本身是低温辐射，辐射能量主要集中于长波光谱范围
器表面应选择具备对短 波吸收率很高，而对长波发射
料。
(如可见光)，集
(如红外线)。所以集热
(吸收)率极低这样性质的材
二、定量计算
包括：角系数的计算；漫灰表面封闭辐射系统的换热 计算；多漫灰表面
三表面)封闭辐射系统的换热计算等。
1、求如图所示空腔内壁面2对开口1 的角系数。
(主要是
解：利用角系数的互换性和完整性即可求出。
由于壁面2为凹表面 ，，所以，但，
由角系数的互换性得：。
如图。热电偶测得温度t1=400℃，
0. 8和0.7。
4、用热电偶来测量管内流动着的热空气温度，
管壁由于散热测得温度t2＝35 0℃，热电偶头部和管壁的发射率分别为
从气流到热电偶头部的对流表面传热系数为35W(m2?K) 。试计算由于热电偶头
?讨论部和管壁间的辐射换热而引起的测温误差，此时气流的真实温度应为多少< br>此测温误差和换热系数的关系，此测温误差和热电偶头部发射率的关系。
解：热电偶头部的能量平 衡式为：，
并忽略热电偶丝其中热电偶头部与管壁的辐射换热为空腔与内包壁的辐射换热，
的导 热。
气流的真实温度为：
由上式可以看出，测温误差与换热系数成正比，与热电偶头部辐射率成 反比。
削弱与管壁间辐即为减少测温误差，应强化热电偶头部与热气流间的对流换热，
射换热。
三、本章提要
1．角系数

角系数描述辐射表面之间的空间相对位置关系 。对漫灰表面而言，在有效辐射均
勾的前提下，角系数是一个纯粹的几何量，即与温度高低以及表面的辐 射热物件
参数没有任何关系。
角系数的定义式是建立在兰贝特定律基础上的。
微元面对 有限面的角系数为定值，而有限面对有限面的角系数实际上具有积分平
均的意义。
角系数有以下 三个基本性质：
互换性：
完整性：
分解性：
⑴发射面被分解：
⑵受射 面被分解：
计算角系数的方法主要有：直接积分法、代数计算法、数值计算法、图线法和几
何投 影法等。工程计算多采用代数法和图线法。
2．由透热介质隔开的封闭腔中多个黑表向或漫灰表面的辐射 换热
所计算的诸表面必须构成一个封闭空腔，
起来。网络分析法是求解黑表面及
若有敞 口存在，应以虚拟表面将其封闭
或漫灰表面之间辐射热交换的一种十分有效
的方法。两种网络单 元，即空间热阻单元和表面热阻单元是组成任何辐射网络的
基本“细胞”，它们分别等于：
，；
，
对于黑体，表面热阻等于零。而每一个灰表面则与一个表面热阻以及若干个空间
热阻 相连接。采用和求解直流电路网络类似的方法，
辐射，并进而求得各表面的净辐射热量。
封闭腔 中的绝热表面，亦称为重辐射面，与体系之间没有净热量交换，但是它的
存在却改变了其他表面之间的换 热状况。从物理概念上讲，不可以把重辐射面等
可以求出各个灰表面的有效
同于反射面。在辐射 网络中，绝热面相应的表面热阻应略去。
面积相对非常大的表面，其表面热阻必定趋于无穷小，作为近似 ，在网络上也常
常把它省略掉。但是必须注意区分这种省略和上述对重辐射面略掉表面热阻的本