一种存放液氮的钢制球形容器如附图所示。它由两层同心钢制球壳（第一层的内、外半...

问答题 一种存放液氮的钢制球形容器如附图所示。它由两层同心钢制球壳（第一层的内、外半径分别为R₀、R₁，第二层的内外半径分别为R₂、R₃）及求外的保温层（内、外半径分别为R₃、R₄）组成。在第一层球壳及第二层球壳之间（R₁2）为真空，且半径为R₁、R₂的球面抛光良好而可作为理想的反射体。这两层球壳之间用对称布置的4个圆锥状实心柱体支撑（见附图，w=2.4×10^-2sr），其导热系数为温度的线性函数，并已知：T=50K时λ=0.05W/（m·K），T=300K时λ=5W/（m·K）；钢壳的导热系数也是温度的线性函数，且T=50K时λ=5W/（m·K），T=300K时λ=15W/（m·K）。保温材料为玻璃棉，λ=3×10^-2W/（m·K），可视为常数。77K的液态氮存储于半径为R₁的球容器中，其汽化潜热r=2×10²kj/kg，ρ=808kg/m³。环境温度T_∞=298K。R₀=0.149m，R₁=0.150m，R₂=0.200m，R₃=0.201m，R₄=0.300m，保温层外表面复合换热的表面传热系数h=10W/（m²·K）。试计算该钢制球形容器中存放的50%容积的液氮经多少天可能全部蒸发掉。假定过程时稳态的。

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1.问答题 一工业用炉的炉门尺寸为1m×1m。由于其向火侧不能附设足够的绝热材料，故炉门外壁温度仍高达140℃。为减少对室内其他物体的热辐射，在距炉门1m处有设置了一块与炉门平行且同样尺寸的金属遮热板（如附图所示）。设炉门外表面的发射率为0.85，挡板两个表面的发射率均为0.75，室温为25℃，试确定挡板处于稳态工况时的壁面温度。

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2.问答题 用初温为35℃的冷却水来冷却流量为1.82kg/s、初温为150℃的热油，要求把油冷却到85℃，而冷却水则加热到80℃。有人提出了如附图所示的两种方案。这两种方案都采用逆流式套管换热器，如图b所示方案中采用两台大小相等的较小换热器来代替图a中的一台大的换热器，水侧为串联，油侧为并联，油量均分。设油的平均比热容为2.1kj/（kg·K），水的平均比热容为4.2kj/（kg·K），大小换热器的总传热系数均为850W/（m²·K），试确定哪一种方案所需的传热面积较小。

参考答案：

3.问答题 已知：直径为r₁的导线（芯线）内有电流流过，其外绝缘层半径为r₂，由于电阻而引起的单位长度上的发热率θ是均匀的。
求证：
（1）芯线表面温度要比环境温度高；
（2）当r₂的大小使得芯线表面温度最低时，其中心温度比环境温度高，其中，λ为绝缘层的导热系数，h为外表面复合换热的表面传热系数，λ₀为芯线的导热系数。

参考答案：

（1）芯线所发出的热量通过绝缘层传递到周围环境中去，单位长度上的发热量θ可以表示成为：

4.问答题已知：在一次外层空间试验里，一个很小的仪器被投放到宇宙空间中，假设此仪器可以近似地看作直径4cm的经过表面处理的铝球，初始温度为30℃。球的温度降低到40K时个仪器会失效。设宇宙空间可视为为OK的黑体，球的表面发射率取为0.96，铝的物性可近似地取常温下纯铝的值。求：估计该仪器能工作多长时间而不失效。

参考答案：

5.问答题已知：用直径为13mm的不锈钢管做水平管外的自然对流换热试验。在不锈钢管两端通电加热，电阻为4Ω/m。使钢管表面温度不超过300℃，（1）不锈钢管置于20℃的静止空气中；（2）不锈钢管置于高压水中，水饱和温度超过300℃。不锈钢管表面发射率可按氧化后的钢处理。求：上面两种情况下不锈钢管所能的允许的最大电流。

参考答案：

6.问答题已知：用在圆管内绕电阴丝的方法来进行大空间内水平圆管的自然对流换热。在一次试验中测得：表面平均温度的热电势E_w＝1.88mV，空气温度的热电势E_f＝0.96Mv，加热功率P＝28W。管子外径d=0.08m，长l＝0.8m。管子外表面镀铬，发射率ζ=0.06。热电势E与温度t的关系为{t}℃=0.1073+26.57{E}_mv-0.5828{E}²℃求：该次自然对流换热试验中的对流换热的表面传热系数、Nu数及GrPr数之值。

参考答案：

7.问答题 已知：120℃饱和水蒸气在换热器管子外表面凝结，以加热恋管内的冷水，传热恋系数k=1800W/（m²·k）。求：
（1）把流量为每小时2000kg水从20℃加热到80℃所需的传热面积：
（2）如运行后产生了0.0004m²·k/W的污垢热阻（其计算面积与传热系数相同），这时的出口水温是多少？（进口水温及流量保持不变。）

参考答案：

8.问答题已知：直径为d₀=50mm，壁厚δ=5mm的锅炉水冷壁管中流过温度为315℃的沸腾水，管壁导热系数=λw/(m.k)。炉膛中的火焰、烟气及炉墙对水冷壁管辐射换热的综合效果可用温度k0051=ωT的环境来代替，水冷壁管外表面的8.0=ε，对流作用可不计。求其内、外表面洁净时单位长度上的换热量。

参考答案：

9.问答题简述保温瓶瓶胆的热量散失途径，并指出在制造胆瓶时采用了那些措施来减少热损失。

参考答案：热量散失的途径：
（1）通过夹层的辐射换热
（2）通过瓶塞的导热
（3）通过石棉粒的导热。...

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10.问答题 已知：对一种用于制冷剂R22冷凝的双侧强化管，用实验方法测得的水平放置时的换热参数如下表所示（冷凝温度为40℃）。其中h₁，h₀分别按坯管内、外表面积计算。坯管内径为16.4mm，外径为19mm，材料为铜。求：
（1）计算4种工况下双侧强化管的总传热系数。设内外表面均无污垢。
（2）在相同的冷凝温度、平均水速及进口水温下对平均放置的坯管进行第2种工况的传热计算，确定其内、外侧的表面传热系数，进而计算相应的总传热系数，以确认双侧强化管的强换传热的性能。管子的长度取为1m。所有计算均对坯管尺寸进行。

参考答案：

先计算双侧强化管四种情况下的Ka值，