同濟大學傳熱學題庫共6套含答案

1、同濟大學傳熱學題庫共6套含答 案傳熱學（一）?名詞解釋（本大題共 5小題，每小題4分，共20分）21. 導熱基本定律22. 非穩(wěn)態(tài)導熱23. 凝結換熱24. 黑度25. 有效輻射?簡答題（本大題共2小題,每小題8分,共16分）26. 簡述非穩(wěn)態(tài)導熱的基本特點。27. 什么是臨界熱絕緣直徑？平壁外和圓管外敷設保溫材料是否一定能起到保 溫的作用，為什么？?計算題（本大題共2小題，每小題12分，共24分）28. 一內徑為300mm、厚為10mm的鋼管表面包上一層厚為 20mm的保溫材料，鋼材料及保溫材料的導熱系數(shù)分別為 48和0.1，鋼管內壁及保溫層外壁溫度分別為 220 C及40 C，管長為10m

2、。試求該管 壁的散熱量。29. 一內徑為75mm、壁厚2.5mm的熱水管，管壁材料的導熱系數(shù)為60，管內熱水溫度為90 C，管外空氣溫度為 20 C。管內外的換熱系數(shù)分別為，和。試求該熱水管單位長度的散熱量。?名詞解釋（本大題共5小題，每小題4分，共20分）21. 導熱基本定律：當導熱體中進行純導熱時，通過導熱面的熱流密度，其 值與該處溫度梯度的絕對值成正比，而方向與溫度梯度相反。22. 發(fā)生在非穩(wěn)態(tài)溫度場內的導熱過程稱為非穩(wěn)態(tài)導熱?；颍何矬w中的溫度分布隨時間而變化的導熱稱為非穩(wěn)態(tài)導熱。23. 蒸汽同低于其飽和溫度的冷壁面接觸時，蒸汽就會在壁面上發(fā)生凝結過 程成為流液體。24. 物體的輻射力與

3、同溫度下黑體輻射力之比。25. 單位時間內離開單位表面積的總輻射能。?簡答題（本大題共2小題，每小題8分，共16分）26. （ 1 ）隨著導熱過程的進行，導熱體內溫度不斷變化，好象溫度會從物體的一部分逐漸向另一部分轉播一樣，習慣上稱為導溫現(xiàn)象。這在穩(wěn)態(tài)導熱中是不存在的。（2 ）非穩(wěn)態(tài)導熱過程中導熱體自身參與吸熱（或放熱），即導熱體有儲 熱現(xiàn)象，所以即使對通過平壁的非穩(wěn)態(tài)導熱來說，在與熱流方向相垂直的不同 截面上的熱流量也是處處不等的，而在一維穩(wěn)態(tài)導熱中通過各層的熱流量是相 等的。（3 ）非穩(wěn)態(tài)導熱過程中的溫度梯度及兩側壁溫差遠大于穩(wěn)態(tài)導熱。27. （ 1 ）對應于總熱阻為極小值時的隔熱層外徑稱

4、為臨界熱絕緣直徑。（2 ）平壁外敷設保溫材料一定能起到保溫的作用，因為增加了一項導熱 熱阻，從而增大了總熱阻，達到削弱傳熱的目的。（3 ）圓筒壁外敷設保溫材料不一定能起到保溫的作用，雖然增加了一項 熱阻，但外壁的換熱熱阻隨之減小，所以總熱阻有可能減小，也有可能增大。?計算題（本大題共2小題，每小題12分，共24分）28. 解：已知 d 1 =300mm d 2 =300+2 x 10=320mm d 3 =320+2 x 20=360mm - = - m九j. -ED - 0.K)t w1 =220 C t w2 =40 C220-40!In 型 += i1 081H-In+500nx 0.0

5、752兀x600.07535xx0.08=572.2W/m傳熱學（二）三、名詞解釋（本大題共 5小題，每小題4分，共20分）21 .穩(wěn)態(tài)導熱22 .穩(wěn)態(tài)溫度場23 .熱對流24 .傳熱過程25 .肋壁總效率四、簡答題（本大題共 2小題，每小題8分，共16分）26 .不凝結氣體含量如何影響了蒸汽凝結時的對流換熱系數(shù)值？其影響程度 如何？凝汽器如何解決這個問題？In 型2ttx48 x 10300 2ttx 0. 1x10320=9591.226W29. 解：已知 d 1 =75mm=0.075m d 2 =75+2 x 2.5=80mm=0.08m一=二，廠匯 三 t fl =90 c t f2

6、=20 ci J iQj = 35W/(m3 k)Q 1一 切1I,1+hi十oTtdi2?tA doTrd90-2027 寫出直角坐標系中導熱微分方程的一般表達式，它是根據(jù)什么原理建立 起來的？它在導熱問題的分析計算中有何作用？五、計算題(本大題共 2小題，每小題12分，共24分)28 .兩塊平行放置的平板 1和2 ,相關尺寸如圖示。已知：t 1 =177 C、t2 =27 C、&1 =0.8、& 2 =0.4、X 1 ,2 = 0.2。試用網(wǎng)絡法求：?兩平板之間的輻射換熱量；?若兩平板均為黑體表面，輻射換熱量又等于多少？29 .一臺逆流式換熱器用水來冷卻潤滑油。流量為 2.5kg /s的冷

7、卻水在管內 流動，其進出口溫度分別為15 C和60 C，比熱為4174J/(kg k);熱油進出口溫度分別為110和70，比熱為2190 J/(kg k)。傳熱系數(shù)為400W(m2 k )。試計算所需的傳熱面積三、名詞解釋(本大題共5小題，每小題4分，共20分)21、發(fā)生在穩(wěn)態(tài)溫度場內的導熱過程稱為穩(wěn)態(tài)導熱。（或：物體中的溫度分布不隨時間而變化的導熱稱為穩(wěn)態(tài)導熱。）22、溫度場內各點的溫度不隨時間變化。（或溫度場不隨時間變化。）23、依靠流體各部分之間的宏觀運行，把熱量由一處帶到另一處的熱傳遞現(xiàn)象24、熱量由固體壁面一側的熱流體通過固體壁面?zhèn)鬟f給另一側冷流體的過程。25、肋側表面總的實際散熱量

8、與肋壁兩側溫度均為肋基溫度的理想散熱量之 比。四、簡答題（本大題共 2小題，每小題8分，共16分）26、（ 1）因在工業(yè)凝汽器設備的凝結溫度下，蒸汽中所含有的空氣等氣體是 不會凝結的，故稱這些氣體成分為不凝結氣體。當蒸汽凝結時，不凝結氣體聚 積在液膜附近，形成不凝結氣體層，遠處的蒸汽在抵達液膜表面進行凝結前， 必須以擴散方式穿過這個氣體層，這就使凝結換熱過程增加了一個熱阻，即氣 相熱阻，所以a c降低。（3分）（2）在一般冷凝溫差下，當不凝結氣體含量為1%時，換熱系數(shù)將只達純凈蒸汽的40%左右，后果是很嚴重的。（3分，答50%左右也可）臚 _ （jh 滬t6（3）這是凝汽器必須裝設抽氣器的主要

9、原因之一。（2分）27、（ 1）直角坐標系中導熱微分方程的一般表達式為: （3分）（2）它是根據(jù)導熱基本定律（或傅里葉定律）和能量守恒定律建立起來的 （2分）（3） 作用：確定導熱體內的溫度分布（或溫度場）。（3分）五、計算題（本大題共 2小題，每小題12，共24分）28、（ 1 ）27+273/100 jI m 丿I loo丿（3分）7177+273jI 100 J1-0.S1111-0.4O.Sk 2x20.4x2（2分）=1105.65W （ 1 分）?若兩表面為黑體表面，則177 + 273 、10C* 十2T3 丫徉+2芒丫1 100 丿100 J1（3 分）K27 + 273100

10、x（i_2（2 分）=1492.63W （ 1 分）29、（ 1）已知：q m2 =2.5kg/s 一 -i - Ci = 2iyQJ/（kg kJ =4174 /（kg - k） k =W氏m KJ?計算平均溫差In70-50110-0= 52.46C（5 分）（2）計算水所吸收的熱量（3 分）心一.）-2.5 4 174 r. CuO - 15） - 4u9575 W（3）計算傳熱面積.，二 | -I -: 梓分）傳熱學（三）三、名詞解釋（本大題5小題，每小題4分，共2 0分）21. 換熱器的效能（有效度）22. 大容器沸騰23. 準穩(wěn)態(tài)導熱24. 黑體25. 復合換熱四、簡答題（本大題共

11、2小題，每小題8分，共16分）26. 氣體輻射有哪些特點?27. 為什么高溫過熱器一般采用順流式和逆流式混合布置的方式?五、計算題(本大題2小題，每小題12分，共2 4分)28. 某爐墻由耐火磚和保溫板組成，厚度分別為200mm和80mm，導熱系數(shù)分別為0.8W/(m. K)和0.11W/(m. K)，爐墻內外側壁溫分別為 600。 C和70 0 C。求爐墻單位面積的熱損失和兩層材料間的溫度。29.以0.8m/s的流速在內徑為2.5cm的直管內流動，管子內表面溫度為60 o C，水的平均溫度為30。管長2 m。試求水所吸收的熱量。(已知30。C 時，水的物性參數(shù)為：C p =4.17KJ/(k

12、g.K),入=61.8 X 10 -2 W/(m.K), p=995.7kg/m 3 ,卩=0.805 X 10 -6 m 2 /s, )Pr=5.42,水 60 o C 時的 u=469.9 X 10 -6 kg/(m.s)。已知水在管內流動時的準則方程式為(1) Nu f =0.027Re f 0.8 Pr f 0.4 & 1 R適用條件：Re f =10 4 1.2 X 10 5 , Rr f =0.6-120,水與壁面間的換熱溫差t30以上兩個準則方程式的定性溫度均為流體的平均溫度(卩w的定性溫度為管內 壁溫度)，特性尺度為管內徑。傳熱學(三)參考答案、名詞解釋(本大題共5小題，每小題

13、4分，共20分)*|max21、換熱器的實際傳熱量與最大可能傳熱量之比?；?2、高于液體飽和溫度的熱壁面沉浸在具有自由表面的液體中所發(fā)生的沸 騰。23、物體內各點溫升速度不變的導熱過程24、吸收率等于1的物體。25、對流換熱與輻射換熱同時存在的綜合熱傳遞過程。四、簡答題（本大題共 2小題，每小題8分，共16分）26、（ 1）氣體的輻射（和吸收）對波長有強烈的選擇性，即它只能輻射和吸 收某些波長范圍內的能量。（2）氣體的輻射（和吸收）是在整個容積中進行的。固體和液體不能穿透 熱射線，所以它們的輻射（和吸收）只在表面進行。評分標準：（1）答出4分：（2）答出4分。27、（ 1）因為在一定的進出口溫

14、度條件下，逆流的平均溫差最大，順流的平 均溫差最小，即采用逆流方式有利于設備的經(jīng)濟運行。（2）但逆流式換熱器也有缺點，其熱流體和冷流體的最高溫度集中在換熱 器的同一端，使得該處的壁溫較高，即這一端金屬材料要承受的溫度高于順流 型換熱器，不利于設備的安全運行。（3）所以高溫過熱器一般采用順流式和逆流式混合布置的方式，即在煙溫 較高區(qū)域采用順流布置，在煙溫較低區(qū)域采用逆流布置。評分標準：（1 ）答出2分；（2 ）答出2分；（3 ）答出3分。傳熱學（四）三、名詞解釋（每小題2分，共4分）41. 溫度場42. 吸收率四、簡答題（每小題3分，共9分）43. 簡述物性參數(shù)導熱系數(shù)和粘度對表面?zhèn)鳠嵯禂?shù)的影響

15、。44. 蒸汽凝結換熱中有不凝結氣體存在時，對凝結換熱有什么影響?45. 角系數(shù)有哪些特性？五、計算題（每小題5分，共15分）46.平壁，厚度 =80mm，兩表面溫度分別維持在 20 （ T ）和0 C ,平 壁的高溫面受到流體的加熱，流體溫度 t f = 100 C ,表面?zhèn)鳠嵯禂?shù)W/（m 2 k ）。當處于穩(wěn)態(tài)時，試確定平壁材料的導熱系數(shù)。47.壓縮空氣在中間冷卻器的管外橫掠流過，a 0 =90W/(m 2 k)，冷卻水在管內流過 a 1 =6000W/(m 2 k)。冷卻管是外徑為16mm，厚1.5mm的 黃銅管。求：1 )此時的傳熱系數(shù);2 )若管外表面?zhèn)鳠嵯禂?shù)增加一倍，傳熱系數(shù)有何變

16、化;3 )若管內表面?zhèn)鳠嵯禂?shù)增加一倍，傳熱系數(shù)又作何變化48. 一順流換熱器，其冷流體進出口溫度分別為10 和30 C，熱流體進出口溫度分別為80 C和50 C，試比較對數(shù)平均溫差和算術平均溫差，并 說明能否用算術平均溫差代替對數(shù)平均溫差？六、綜合計算(每小題 8分，共32分)49. 一平壁水泥泡沫磚構成，厚度為 50cm，導熱系數(shù) ，高溫面維持 200 C、低溫面為50 C。試求：(1 )通過平壁的熱流密度；(2 )維持熱流密度不變時，計算在墻壁內溫度為70 C處，距離溫墻面的厚度為多少？50.30 C的大銅板，被置于400 C的爐中加熱10分鐘后，測得銅板溫度上 升到150 C。已知銅板兩

17、側與周圍環(huán)境間的表面?zhèn)鳠嵯禂?shù)為125W/ ( m2 k )，銅板的= 8440kg /m 3，C P =377J/ ( kg k ), 試估算銅板的厚度是多少？51.水以1.5m /s的速度流過內徑為25mm的加熱管。管的內壁溫度保持100 C，水的進口溫度為15 C。若要使水的出口溫度達到 85 C，求單位 管長換熱量。（不考慮修正）提示:已知:50 r的水,Vf -0.566X匕呂-3 5452.抽真空的保冷瓶膽是雙壁鍍銀的夾層結構，外壁內表面溫度為30 r，內壁外表面溫度為o r，鍍銀壁黑度為0.03。計算由于輻射換熱單位面積人散 熱量。傳熱學（四）答案及評分標準三、名詞解釋（每小題2分

18、，共4分）41. 溫度場是指某一瞬間物體中各點溫度分布的總稱。42. 外界投射到某物體表面上的輻射能，被該物體吸收的百分數(shù)。四、簡答題（每小題3分，共9分）43. （1）導熱系數(shù)大，則流體內部、流體與壁面間的導熱熱阻小，表面?zhèn)鳠?系數(shù)就大。（2）粘度大，流速就低，表面?zhèn)鳠嵯禂?shù)就小。44. 形成氣體熱阻，使表面?zhèn)鳠嵯禂?shù)大大減少。45. （1）角系數(shù)的相對性f - （ 2分）（2）角系數(shù)的完整性：-J（ 1分）（3）角系數(shù)的可加性 亠一- （ 1分）五、計算題（每小題5分，共15分）46. 由 f；： -（ 3 分）2 =叫 “ =20咖0-20） . 0小=訶心）分）得-: :1（ 247. （

19、 1）對于管外表面積的傳熱系數(shù)為瓷=1川少幕小網(wǎng)約x tId -fl-（2分）（2）略計算壁熱阻，傳熱系數(shù)為疋=5= 174殲 W - 燈0,000205 + 180傳熱系數(shù)增加了 96%疋= -i= 29_2護f（加2 止）X xO.Olll3）|1 一傳熱系數(shù)增加還不到1%抓住分熱阻最大的那個環(huán)節(jié)進行強化，才能收到顯著效果48.對數(shù)(80-10)-(50-30),80-10 = hi50- 30算術=|(80-10) + (50-30) = 45C( 1 分)差別1 -4上399=1.12S（1 分）六、綜合計算（每小巧玲瓏題8分，共32分）丸=a 1 十 0.002 X+= 0.125W

20、g 上）49.二（2 分）q = Ai = 0,125 x（50Q-50） =&0-5（ 2 分）q = Ax=37.5l/由 =（1 分）0 12537.5xC20O-7O）=0.433j?2 =（2 分）50. 設二一:，采用集總參數(shù)法150-40030-40012160S4-4Qm377Z0.6757）1033（5/J = tl.= 1 20/Ma校核假設125x0.061100.068 10*流動為紊流% 一 0.023-* 一 0.023x(6.74x104)oj x(3.54)* 一 278.3/. . ,- -. -I (2 分)52.5,67x(3.03* -2.734)二i

21、iH- 1.1 j .一 (2 分)傳熱學（五）三簡答題（共28分）1 試比較準則數(shù)Nu和Bi的異同。（6分）2.應用準則關聯(lián)式求管內對流換熱系數(shù)時，定性溫度如何確定？確定定性溫度有何 用處？ （ 6分）3用熱電偶測量爐膛出口的煙氣溫度，有哪些因素會引起誤差？對此可采取哪些措施？ （8分）4.有一鋼管換熱器，熱水在管內流動，空氣在管間作多次折流，橫向沖刷管束以冷 卻管內熱水。擬改造采用管外加肋片并換鋼管為銅管來增加冷卻效果，試從傳熱角度來評價這個方案。（8分）四計算題(共 32 分)1. 一溫度為20C的園鋼，長0.3m，直徑為0.06m，熱導率為35 W/(m K), 密度為7800 kg/

22、m3,比熱容為460J/(kg K)，通過長6m、溫度為1250C的 加熱爐時表面?zhèn)鳠嵯禂?shù)為100 W/(m2 K)。如欲將園鋼加熱到850C，試求園鋼通過 加熱爐的速度。(共 8分)2. 用實驗測定一薄壁管的流體平均對流換熱系數(shù)。 蒸汽在管外凝結并維持管內壁溫 度為100C。水在管內流動，流量為G=0.5kg/s，水溫從15C升到45C。管的內徑d=50mm，長L=4.5m。試求管內流體與壁面間的平均換熱系數(shù)。(已知水在30C時cp=4174j/(kg K) (6 分)3.如圖所示的一矩形受熱面接受一加熱器的輻射加熱。該矩形表面長3m,寬1m，溫度T2=600K，20.5。加熱器溫度T1=1

23、000K，10.8。兩表面互相平行，相距為1m。加熱系統(tǒng)置于一大房間之中， 房間壁溫為300K。試求受熱面接受的 輻射換熱量。(假設加熱器表面及受熱面均是漫射的灰體表面，X1,2=X2,1=0.32) (8分)4.在一逆流式水-水換熱器中，管內為熱水，進口溫度1=1000,出口溫度=80C；In管外流過冷水，進口溫度t2 =20 C，出口溫度t2 =70C?？倱Q熱量=350kW共 有53根內徑為16mm壁厚為1mm的管子，管壁導熱系數(shù)入=40W/(m - K)，管外 流體的表面?zhèn)鳠嵯禂?shù)h=1500 W/(m2 K)，管內流體為一個流程。假設管子內、 外表面都是潔凈的，試確定所需的管子長度。(

24、10分)準則方程：Nu O.O23R0 Pr03(旺盛湍流 R 104)Nu 1.86(Re Pr dL)3(二)014(層流 Re 2300)w水的物性簡表:tfCp102106106PrfkJ /(kg K)kg /m3W/(m K)kg /(m s)m2 /s204.183998.259.910041.0067.02454.174990.164.15601.40.6083.93704.187977.766.8406.10.4152.55804.195971.867.4355.10.3652.21904.208965.368.0P 314.9 :0.3261.951004.220958.4

25、68.3282.50.2951.75傳熱學（五）答案及評分標準三簡答題（共28 分）N1 答：從形式上看，Nu數(shù)（hlB)與Bi數(shù)(hl_）完全相同，但者物理意義卻不同。（1） Nu數(shù)中的為流體的入導熱系數(shù)，而一般 h未知，因而Nu數(shù)一般是待定 準則。Nu數(shù)的物理意義表示壁面附近流體的無量綱溫度梯度，他表示流體對流 換熱的強弱。（3分）（2） Bi數(shù)中的入為導熱物體的導熱系數(shù)，且一般情況下h已知，Bi數(shù)一般是丄丄已定準則。Bi數(shù)的物理意義是導熱物體內部導熱熱阻（）與外部對流熱阻（h）的 相對大小。（3分）2 答：定性溫度是指計算流體物性時所采用的溫度。（2分）應用準則關聯(lián)式求管內對流換熱系數(shù)時

26、，定性溫度原則上取進出口截面流 體溫度的平均值。（2分）定性溫度用以計算流體的物性。在整理實驗數(shù)據(jù)時按定性溫度計算物性， 則整個流場中的物性就可認為是相應與定性溫度下的值，即相當于把物性視為常數(shù)， 于是物性場相似的條件即自動滿足。對同一批實驗數(shù)據(jù)，定性溫度不同使所得的準則 方程也可能不同。（2分）3答：熱電偶測溫產(chǎn)生誤差的原因主要有兩個：（1） 由于熱電偶本身向根部導熱引起的；（2分）（2） 由于熱電偶與周圍冷表面輻射傳熱造成的。（2分） 針對上述兩個原因，有效措施為：（1）熱電偶的插入深度足夠長，第一種測溫誤差即可避免；（2分）（2）采用抽氣遮熱罩式熱電偶，減少熱電偶的輻射散熱量。（2分）4

27、 答：傳熱效果增強，分析如下：（1）強化傳熱時，對熱阻比較大的一側流體換熱下功夫，往往能收到顯著的效 果。即在傳熱溫差不變時，改變傳熱過程中熱阻大的那一環(huán)節(jié)的熱阻，可以大大增 加傳熱過程的傳熱量。（2分）（2） 般來說，如果要采取加肋片的方式強化傳熱過程的話，在h較小的一側 加肋 片才能收到顯著的強化效果。（2分）（3） 銅的導熱系數(shù)（純銅為399W/mK ）比鋼的導熱系數(shù)（碳鋼約為36.7 W/Mk） 大（2分）。（4） 橫向沖刷時表面?zhèn)鳠嵯禂?shù)大。（橫向沖刷時熱邊界層薄且存在由于邊界層 分離而產(chǎn)生的漩渦，增加了流體的擾動，因而換熱強。）（2分）四計算題（共32分）1、解：（1）特征尺寸1 2

28、 2Vd2l（0.06m）2 0.3mlc -440.0136mA122A dl 2 d20.06m 0.3m 2 - （0.06m）244(2分)(2)用畢渥數(shù)來判斷(2分)0.0390.1Mhlc 100W/(m2 K) 0.0136 mBiV =35W /(m K)M此處近似取12，所以本題可用集總參數(shù)法分析。cv也 hA t t 表示物體被冷卻 dt tplcV hA dhAcV0 t。t 0分離變量并積分： In 0通過加熱爐所需時間 t t0 t0 texp(hAcV代入已知數(shù)據(jù)得850 1250100W/(m210.51 2A20.5 33 K)exp廠20 12507800kg

29、/m又因X1,2=X2,1=0.32X1,3=X2, 3=1-0.32=0.68 460J/(kg K) 0.0136m求解得548.14s( 2 分)(4)圓鋼通過加熱爐的速度6m0.0109m/s548.14s(2 分)2. 解：水的定性溫度tf=(15+45+/2=30C水側吸熱量為GCp(tf tf)(2分)管內換熱面積為A= n dL= nX 0.05X 4.5=0.707 m2園管內對流換熱的進出口換熱溫壓：t 100 15 85 Ct 100 45 55 c平均換熱溫壓J (t t)/2(85 55)/270 C (2分)Gcp (tf tf)0.54174(4515)h1265

30、-C)A3很大，其表所以 A tmAtm0.707 70/ (m(2 分)3. 解：本題屬3表面組成封閉系的輻射換熱問題，因房間表面積 面熱阻133A3可取為零。因此，J3=Eb3是個已知量，其輻射網(wǎng)絡圖如下：(2 分)其中1 11 0.811 A10.8 3121 11Eb1T14256700W/mEb2T2427348.32W/mEb3T345.67 10 8 3004A1 323mA23 m2459.27W/m2（共 2 分） 則節(jié)點方程組：Eb1JiiAJ2Ji1J1Eb3J11（1 分）Eb2 J2J21人2乂2,32 A2人2乂1,2（1 分）帶入已知值，得：J 1=46143.2

31、5; J2=11212.5Eb2J2122A2Eb1J11111593W2126719W11 A1（1 分）（1 分）表面輻射凈換熱量為負值表示該表面獲得熱量。5.解：（a）計算管內平均換熱系數(shù)：（共4分）tf ,100280）900 c , ,Pr,Cp,見表.（1 分）qm1Cp t350 1034208204.159（kg /s）Re4qm1d4 4.1593.14 0.016965.3 0.326 1019844 104.（1分）hi0.023R；8 Pr0.3 3275W /（m2 0 c）（1分）d（b）計算傳熱系數(shù)：（2分）ko11 _d2 id2 ho dm h di1 0.0

32、0115004018 1 18173275 16964.7（c）計算傳熱平均溫差：（2分）tm80 20100 70In 60/3043.28（d）計算傳熱面積及管子長度：（2分）k0tmn dl3350 109647 43.282.797(m)n d 53 3.14 0.018傳熱學（七） 三簡答題（共16分，每題4分）1 .試比較準則數(shù)Nu和Bi的異同2 解釋熱邊界層及其厚度的定義3. 其它條件相同時，同一根管子橫向沖刷與縱向沖刷相比， 哪個的表面?zhèn)鳠嵯禂?shù)大, 為什么？4. 強化傳熱的原則是什么？四.計算題（共54分）1. 對于如附圖所示的幾種幾何結構，計算角系數(shù)X1,2。（ 9分）計算溝

33、槽表面與環(huán)境(在垂直與紙面方向無限長)：半球內表面與1/4底面; 球與無限大平面；2. 塊精煉鐵錠在1200E時鑄造成一個 O.3mx 0.15mX 3.0m的長方體，將該鐵 錠置于空氣溫度Tx =50 C的室內冷卻，平均對流系數(shù) h=55W/(mK)，已知精煉鐵錠的 c 0.48kJ /(kg K), p =7753kg/m3,入=34.5W/(m K)。試問:能否采用集總參數(shù)法進行計算？試列出物體內部的溫度隨時間變化的微分方程式，并且求出鐵錠中心(x=0.15m,y=0.075m,z=1.5m)的溫度降到200E時所需的時間。(共10分)3. 如圖所示的二維、含有內熱源、常物性的穩(wěn)態(tài)導熱問

34、題，試導出內角頂節(jié)點t m,n0(m,n)的離散方程式。且 x=Ay時，解出內角頂節(jié)點O(m,n)的溫度分布(8 分)4. 一直徑為0.8m的薄壁球形液氧貯存容器，被另一個直徑為1.2m的同心薄壁容器所包圍。兩容器表面為不透明漫灰表面，發(fā)射率均為0.05，兩容器表面之間是真空的，如果外表面的溫度為300K，內表面溫度為95K,試求由于蒸發(fā)使液氧損失的質量流量。液氧的蒸發(fā)潛熱為2.13 X 105J/kg。（ 10分）傳熱學（七）答案及評分標準三.簡答題（共20分，每題4分）2. 答：（1）引入熱邊界層的主要原因是因為對流換熱的熱阻大小主要取決于 緊靠壁面附近的流體流動狀況，這一區(qū)域中速度和溫度

35、變化最劇烈，因此，固 體壁面附近流體速度急劇變化的薄層稱為速度邊界層，而溫度急劇變化的薄層 則稱為溫度邊界層。（2分）（2）速度邊界層的厚度通常規(guī)定為在壁面法線方向達到主流速度99%處的距離。即U99 % U，溫度邊界層的厚度則為沿該方向達到主流過余溫度99%處的距離。即（t tw） 1=99% （t tw） （2 分）3. 答:（1） 因為縱向沖刷時相當于外掠平板的流動，熱邊界層較厚。（2分）（2）橫向沖刷時表面?zhèn)鳠嵯禂?shù)大。橫向沖刷時熱邊界層薄且存在由于邊界層分離而產(chǎn)生的漩渦，增加了流體的擾動，因而換熱強。（2分）4. 答：從公式=kA tm上看比較有效的方法是增加的值，而采取增大傳熱溫 差

36、的方法往往受到設備本身的限制。因而：（1）強化傳熱時，對熱阻比較大的一測流體換熱下功夫，往往能收到顯著的效 果。即在傳熱溫差不變時，改變傳熱過程中熱阻大的那一環(huán)節(jié)的熱阻，可以大 大增加傳熱過程的傳熱量。（2分）（2） 一般來說，如果要采取加肋片的方式強化傳熱過程的話，只有在hi , ho相 差較大，而Ai , Ao相差不大時，在h較小的一側加肋片才能收到顯著的強化效 果。當Ai hi = Ao h。但數(shù)值都很小時，兩側都要采取強化措施，如雙側強化管。（2分）四.計算題（共54分）1. 解：（每一題3分）X1,2(1)WW2亠sin（2）假設2表面為整個底面，則AX1,2a2X2,1 ； X2,

37、11；X1,2由于對稱性，則1/4底面時X1,2A入140.52 R20.50.125(3)設想在球的頂面有另一塊無限大平板存在，則顯然，X1,2=0.5，由于X1,2不Xi,2=0.5。因 另一塊平板的存在而影響其值，因而tm2解:-1200 2002700（1） （4 分）V0.30.15 3.030.135m3A 20.3 30.3 0.1520.15 32.79m2V 0.135A 2.790.04839 m0.0770.1鐵錠內熱阻可略,dt cv d（2）（6 分）內部hA t可看成具有均勻的溫度，適用t 表示物體被冷卻t thAcVd0 t。分離變量并積分:帶入數(shù)字求解：T3解:

38、hAcV=6678s=1.86h （2 分）In 0X y m,nX才Z乩0（6分）t m 1,n tm ,ny -XX tm,n 1 tm,nyy時，tm,n 1tm ,ny t m 1, n t m, n2x3 tm,n2tm1, n tm,n 1tm 1,ntm ,n 1小2xtf.(2 分)3 X m ,n 2 h其中（3 分）Eb1Eb2T145.67 10 8 （300）4459.27W/m2T24 5.67 10 8 954 4.62W/m2X2,1 12 2 22 2 2A d20.82.01m（3 分）1,2Eb1 Eb21 111 21 A1A2X2132.13W（2 分）

39、Ad11.24.524m故由于蒸發(fā)而導致液氧損失的質量流量qm1,232.132.13 1051.51 10kg/s =0.543 kg/h（2 分）2005傳熱學試題A三、名詞解釋（每小題3分，共18分）1. 溫度邊界層：對流換熱時，在傳熱壁面附近形成的一層溫度有很大變化（或溫 度變化率很大）的薄層。2. 肋壁總效率：肋側表面總的實際換熱量與肋側壁溫均為肋基溫度的理想散熱量 之比。（或答成n =（F 2+ n fF2）/F2也可，但需對符號加以說明才能算全對）3. 灰體：吸收率與波長無關的物體稱為灰體。4. 換熱器的效能：換熱器的實際傳熱量與最大可能傳熱量之比，稱為換熱器的效 能。5. 非穩(wěn)

40、態(tài)導熱：發(fā)生在非穩(wěn)態(tài)溫度場內的導熱過程稱為非穩(wěn)態(tài)導熱。或：物體中的溫度分布隨時間而變化的導熱稱為非穩(wěn)態(tài)導熱。6. 凝結換熱：蒸汽同低于其飽和溫度的冷壁面接觸時，蒸汽就會在壁面上發(fā)生凝 結過程成為流液體。四、簡答題（每小題9分，共18分）1. 用準則方程式計算管內紊流對流換熱系數(shù)時，為什么對短管需要進行修正（即使用管長修正系數(shù)進行修正）。(1) 在入口段，邊界層有一個形成的過程，一般由薄變厚，(2) 邊界層的變化引起換熱系數(shù)的變化，一般由大變小，考慮到流型的變化，局部長度上可有波動，但總體上在入口段的換熱較強(管長修正系數(shù)大于1)。當l/d50(或60)時，短管的上述影響可忽略不計。當l/d12

41、tw1 tw2 1700500.2S2X 2(q1 )=0.11X ( 10000.8)=0.044m=44mm2.試計算一空氣橫掠管束換熱的空氣預熱器的對流換熱量。已知管束有25 排,每排12根光管，管外徑25mm，管長1.5m，叉排形式，橫向管間距 S仁50mm,縱向管間距S2=38mm，管壁溫度120 C,空氣來流速度uf=4m/s,空氣進口溫 度20 C,出口溫度40 Co已知空氣物性：入 f=0.0267W/(m K) , vf=16.0X 10-6m2/s,Prf=0.701 o最大流速 umax=ufSi/(Si-d);推薦關聯(lián)式：Nuf=cRenfPr.36f(Prf/Prw)

42、m，公式適用條 件：N 20,光管管束，Prf=0.7500,除Prw的定性溫度為壁溫外，其余定性溫 度為流體在管束中的平均溫度。指數(shù)m,對氣體m=0,對液體，m=0.25,c、n值查下表：排列方式Refcn順排103 2X 1050.270.63叉排(S1/S22)103 2X 1050.400.62.解：空氣平均溫度 tf=(t f+t f)/2=(20+40)/2=30 C噸 4 50最大流速 umax= $ d 50 25 =8m/s273 30ufmax=umax=(Tf/T f)=8X 273 20 =8.273m/sUf maxd 8.273 0.0256Ref= Vf16 10=12926.6由于 S1/S2=50/38=1.31620,光管管束，Prf=0.7500,除Prw的定性溫度為壁溫外，其余定性溫 度為流體在管束中的平均溫度。指數(shù)m,對氣體m=0,對液體，m=0.25,c、n值查下表：排列方式Refcn順排103 2X 1050.270.63叉排(S1/S2V2)103 2X 1050.35(S1/S2)0.20.6叉排(S1/S22)103 2X 1050.400.6四、簡答題(每小題9分，共18分)27. (1)在入口段，邊界層有一個形成的過程，