傳熱學(xué)研究生模擬試題

1、傳熱學(xué)試題1填空題（共20分，每題2分）1. 依靠流體的運(yùn)動(dòng)，把熱量由一處傳遞到另一處的現(xiàn)象，稱為熱對流。2. 凡平均溫度不高于350C,導(dǎo)熱系數(shù)不大于0.12W/ （m K）的材料稱為保溫材料。3. 對應(yīng)管壁總熱阻為極小值時(shí)的保溫層外徑稱為臨界熱絕緣直徑。4. 格拉曉夫準(zhǔn)則的物理意義表征浮升力與粘滯力的相對大小，顯示子然對流流態(tài)g=t：1對換熱的影響;表達(dá)式Gg o5. 常物性流體管內(nèi)受迫流動(dòng)的充分發(fā)展段，沿管長流體的斷面平均溫度， 在常熱流邊界條件下呈線性規(guī)律變化，在常壁溫邊界條件下呈對數(shù)曲線規(guī)律變化。6. 一維常物性穩(wěn)態(tài)導(dǎo)熱物體中，溫度分布與導(dǎo)熱系數(shù)無關(guān)的條件是無內(nèi)熱源。7. 不穩(wěn)態(tài)導(dǎo)熱

2、采用有限差分方法求解溫度場，節(jié)點(diǎn)的顯式差分方程是采用溫度對時(shí)間的階導(dǎo)數(shù)向前差分方法獲得的,此差分方程具有穩(wěn)定性條件。隱式差分格式是溫度對時(shí)間的一階導(dǎo)數(shù)采用向后差分獲得,沒有穩(wěn)定性條件。顯式差分格式中溫度對位置的二階導(dǎo)數(shù)采用中心差分格式獲得一8. 減弱膜狀凝結(jié)換熱的主要影響因素有蒸汽含不凝結(jié)氣體、蒸汽流速高且與液膜重力方向相反。9. 在熱輻射分析中，把光譜發(fā)射率=發(fā)射率=常數(shù)的物體稱為灰體。10. 有效輻射包括發(fā)射輻射和 反射輻射兩部分能。2、 判斷題，對的畫*錯(cuò)的畫X （共10分，每小題2分）1. 換熱器中，冷、熱流體通過換熱器可能經(jīng)歷的最大溫差是熱流體進(jìn)口溫度與冷 流體進(jìn)口 溫度之差。（V）

3、2. 穩(wěn)態(tài)溫度場中，溫度處處是均勻的。（ X ）3. 無論在什么條件下，熱邊界層厚度與流動(dòng)邊界層厚度是相等的。（ X ）4. 當(dāng)外徑為d2的管道采取保溫措施時(shí)，應(yīng)當(dāng)選用臨界絕緣直徑dpd2o （ V）5. 蒸汽在水平管束外表面膜狀凝結(jié)換熱時(shí)，從上面數(shù)的第一排管子的平均換熱系數(shù)最大。6. ）3、 解釋名詞與基本概念（20分，每小題4分）1. 溫度梯度在具有連續(xù)溫度場的物體內(nèi)，過任意一點(diǎn)P溫度變化率最大的方向位于等溫線的法線方向上，稱過點(diǎn)P的最大溫度變化率為溫度梯度，溫度增加的方向?yàn)檎?. 接觸熱阻在兩個(gè)直接接觸的固體之間進(jìn)行導(dǎo)熱過程時(shí)，由于固體表面不完全平整的接觸產(chǎn)生 的額外的熱阻。3. 傅里

4、葉準(zhǔn)則及其物理意義a tFo牙嵬表征非穩(wěn)態(tài)導(dǎo)熱過程的無量綱時(shí)間。o4. 換熱器效能表示換最器中的實(shí)際傳熱量與理論上最大可能的傳熱量之比。5. 對流換熱指流體與固體之間直接接觸時(shí)導(dǎo)熱與熱對流同時(shí)存在的復(fù)雜熱傳遞過程6. 傳熱單元數(shù)NTU反映換熱器傳熱能力的大小。四、簡答及說明題(共40分，每小題8分)1 .簡述相似原理內(nèi)容。表述了相似的性質(zhì)、相似準(zhǔn)則間的關(guān)系以及判別相似的條件，用相似模型代替實(shí)際設(shè)備進(jìn)行 試驗(yàn)，從而簡化試驗(yàn)規(guī)模。2 .寫出Bi準(zhǔn)則，說明(1) Bi=0; ( 2) Bi時(shí)，無限大平壁內(nèi)溫度隨時(shí)間變3 .為什么改變內(nèi)部流動(dòng)截面形狀會(huì)改變換熱效果？試用充分發(fā)展段紊流公式Nu( =0.

5、023RefPffo?解釋之。管內(nèi)流動(dòng)雷諾數(shù)Re二一一,d的改變會(huì)影響雷諾數(shù)，進(jìn)而影響Nu、hov4 .為什么太陽灶的受熱面要做成黑色的粗糙表面，而輻射采暖板不涂黑色?5 . 試用傳熱學(xué)的理論解釋熱水瓶保溫原理。第13頁共4頁五、計(jì)算題（60分）1. 一套管式換熱器，假定其傳熱系數(shù)為常數(shù)，冷流體的質(zhì)量流量、比熱、進(jìn)出口溫度分別 為：0.2kg/s、4000J/ （kg K）、40c和90 C；熱流體的質(zhì)量流量、比熱、進(jìn)口溫度 分別為：0.2kg/s、2000J/ （kg K）、200Co試確定最大可能傳熱量和換 熱器總效 能；。（10分）得熱流出口溫度解:由熱平衡方程:qmIG ( fl -f

6、i ) =qm2c2 (t”212)最大口 J 能傳熱量：min=Cmin （ fi-t 2 ） =qmlC （ fi-t 2 ）換熱器總效能：A2題圖2. 如圖為一無限大平壁，在其厚度方向X,劃分了 n-1等份，間距均為ZxX,其中節(jié)點(diǎn)n為第三類邊界條件下的邊界節(jié)點(diǎn)，大平壁中有一均勻的內(nèi)熱源，內(nèi)熱源 強(qiáng)度為（W/m3）,采用不變的定步長的計(jì)算，用熱平衡法建立一維不穩(wěn)態(tài)導(dǎo)熱時(shí)，節(jié)點(diǎn)n的 節(jié)點(diǎn)顯式差分方程，并討論其穩(wěn)定性條件。（其中? , CP, ,h,tf皆為常數(shù)，h為對流表面?zhèn)鳠嵯禂?shù)，即對流換熱系數(shù)）（10分）kZ A:說件4 *)x aA h(tf -tn)A t% =f2顯式差分格式穩(wěn)定

7、性條件：12FA0,即Fo=3.x23x 10W/若空氣與表面之 平板的導(dǎo)熱系數(shù)為厚度為10cm的大平板，通過電流時(shí)大平板單位體積的發(fā)熱功率為m3,平板的一個(gè)表面絕熱，另一個(gè)表面暴露于20C的空氣中。間的表面?zhèn)鳠嵯禂?shù)（即對流換熱系數(shù)）為 60W/ （m2K）,3W/ （m.K）,試確定穩(wěn)態(tài)時(shí)平板中的最高溫度。（10分）由傳熱微分方程：4CTc n ct 1 二一入一 | + qv 得:CX)=Gx C2；2 qv=O J% =o八3 Wx O Tt 丑 x?TIX&x-c令 x=、得：世=j. = tw邊界條件:x=0時(shí)：0 T G =0rnt： t x二.w聯(lián)立:qv52twC22ktw =

8、 qAtf,得：CNfqA-Mh由傳熱公式：qh 2九h(tw-tf) t twdx開 開2.亙.2tmax ，|x=0 = th2九則溫度分布函數(shù)：tx-處tf匚，明顯x=0時(shí)t最大，此時(shí)：qv tt4.流量為0.2kg/s的冷卻水，在內(nèi)徑為12cm的銅管冷凝器中流過，水的進(jìn)口溫度 為 27C,出口溫度為33C,管壁溫度維持80C,試問管長應(yīng)為多少？（15分）已知：水的物性參數(shù)如下：t=30C ,CP=4.174kJ. kg K ,=61.8 10, WmK995.7kg； m3,8.05 10 J m2 s,Ph=542Nut =0.023Re 朋 PrRef 18解：常壁溫時(shí)管內(nèi)水與管壁

9、平均溫差:* i |-.Im(twH) T九W) 50c加J tw1 f管內(nèi)水定性溫度:tf2tA30cudGRe t 一；平均流速 u =P吟2hlRef -1。4為湍流,Nut=O.O23Reo3Pr；，二一計(jì)算出平均 hA由熱平 衡：15分）解：（3）由：X2,lA2- X12AX 3,1 =X3 A4 二 R2AlA2=A32得:X13J x 13,1 二X1,2 X2,14（2） 2表面熱阻：R2：3表面為黑體，無表面熱阻d 2門二GCp（t，tf） =h 二 L ： tn可求出管長。A5.如右圖，若半球半徑為2m,底面被一直徑分為2和3兩部 分,半球內(nèi)表面1絕熱；表面2為灰體，溫度

10、為400C, 發(fā)射率（黑度）為0.8;表面3為黑 體，溫度為200C,1）計(jì)算角系數(shù)x2,3, x3j , x3,2o2）畫出以上三個(gè)面組成的封閉系統(tǒng)的網(wǎng)絡(luò)圖，計(jì)算各熱阻。3） 穩(wěn)態(tài)下，表面2與表面3的凈輻射換熱量。4）（不用計(jì)算）討論穩(wěn)態(tài)下，表面1與表面3有無凈輻 射熱 交換，為什么？5）（不用計(jì)算）討論穩(wěn)態(tài)下，表面1有無凈輻射熱交換，為什么？（1） X2j= X3j=1X2,3=X3,2 =0凈輻射換熱量=發(fā)射出去的一吸收的1,2面空間熱阻：R，21,3面空間熱阻：R3XMX1,3AIIJ2 = Eb2 A2 EUXl,2 A - Eb3X3,2Aj 3 = Eb3A3 - Eb1 Xl,

11、3 Al - Eb2X2,3A2（4） 1與3表面間有輻射熱交換，因?yàn)?與3的角系數(shù)不為無窮大，空間熱阻不為 0, 表面熱阻均為0;總熱阻不為0,且有輻射力差：Eb3-J有，且為負(fù)。因?yàn)?1 =0 A Eb2X2A2-Eb3X3,iA3= -Eb2A - Eb3 A 式 0傳熱學(xué)試題2-、填空題（共20分，每小題2分）1 . 傳熱過程是由導(dǎo)熱、熱對流、熱輻射三種基本傳熱方式組合形成的。2 .導(dǎo)熱微分方程式是根據(jù)熱力學(xué)第一定律和傅里吐定律所建立起來的描寫物體的溫度隨空間和時(shí)間變化的關(guān)系式。3 . 對流換熱過程是靠導(dǎo)熱和熱對流兩種作用來完成熱量傳遞的。4 .氣體只能輻射和吸收某一定波長范圍的能量，

12、即氣體的輻射和吸收具有明顯的選擇性,即僅在某些波長范圍內(nèi)具有輻射和吸收能力，而對應(yīng)波長范圍稱為光帶。5 .對服從蘭貝特定律的物體，輻射力E與任意方向輻射強(qiáng)度I之間的關(guān)系式為.E=l n 。6 . 熱水瓶的雙層玻璃中抽真空是為了減少熱水與外界的導(dǎo)熱和熱對流o7 .自然對流換熱在溫遍條件下發(fā)生關(guān)于特征長度的自?；F(xiàn)象。對于自然對流紊流，展開關(guān)聯(lián)式（指數(shù)為n =1/3）后，兩邊的定型尺寸可以消去；它表明自然對流紊流的表面?zhèn)鳠嵯禂?shù)與定型尺寸無關(guān)，該現(xiàn)象稱自?；F(xiàn) 象。利用這一特征，紊流換熱實(shí)驗(yàn)研究就可以采用較小尺寸的物體進(jìn)行，只要求實(shí)驗(yàn)現(xiàn)象的Gr- Pr值處于紊流范圍。8 .有效輻射包括發(fā)射輻射和反射

13、輻射兩部分能。9 .不穩(wěn)態(tài)導(dǎo)熱采用有限差分方法求解溫度場，節(jié)點(diǎn)的隱式差分方程是采用時(shí)間的向后差分方法獲得的,此差分方程無條件穩(wěn)定性條件。10 .常物性流體管內(nèi)受迫流動(dòng)的充分發(fā)展段，沿管長流體的斷面平均溫度在常壁溫邊界條 件下呈對數(shù)曲線規(guī)律變化。判斷題，對的畫，錯(cuò)的畫x （共10分，每小題2分）1. 流體外掠光滑管束換熱，第一排管子的平均表面?zhèn)鳠嵯禂?shù)最大。（X）第一排的最小2. 為減少保溫瓶的輻射散熱，將瓶膽的兩層玻璃之間抽成真空。（ X ）3. 水在水平圓管內(nèi)受迫流動(dòng)，管外是空氣自然對流，為強(qiáng)化傳熱應(yīng)把肋片安裝在圓管外表 面。（V）4. 由兩種不同材料制成的大平壁緊密接觸時(shí)進(jìn)行穩(wěn)態(tài)導(dǎo)熱過程，右

14、已知二$二每，t| 4題圖t? t?一上 3,則一 2 ；（ V）5. 有一冷凝器，飽和蒸汽在管外凝結(jié)成飽和液體，冷卻水在管內(nèi)流，則其平均溫差.:端與流動(dòng)方式無關(guān)。（X）有順流和逆流的差別2、 解釋名詞與基本概念（20分，每小題4分）1 . 努謝爾特準(zhǔn)則及其物理本質(zhì)hlNu二一表征對流換熱中壁面法向無量綱過余溫度梯度的大小，反映對流 換熱的強(qiáng)弱。2 .肋片效率：衡量肋片散熱有效程度的指標(biāo)，定義為在肋片表面平均溫度下，肋片的實(shí) 際散熱量與假定整個(gè)肋片表面都處在肋基溫度時(shí)的理想散熱量的比值。3 .定向輻射強(qiáng)度I,:在某給定輻射方向上，單位時(shí)間、單位可見輻射面積、在單位立體角 內(nèi)所發(fā)射全部波長的能量

15、。4 . 傳熱過程：熱量通過三種基本傳熱方式從一個(gè)物體傳遞到其他物體的過程。3、 簡答及說明題（共40分，每小題8分）1. 為什么潮濕的多孔材料的導(dǎo)熱系數(shù)不但比干多孔材料的導(dǎo)熱系數(shù)大，而且還比水的導(dǎo) 熱系數(shù)大？答：因?yàn)楫?dāng)材料的孔隙中有了水分（包括水蒸氣）后，則孔隙中蒸汽的擴(kuò)散和水分子的熱 傳導(dǎo)將起主要傳熱作用，而水的導(dǎo)熱系數(shù)比空氣大，使潮濕的比干的多孔材料導(dǎo)熱系數(shù) 大。2. 流體在管內(nèi)受迫流動(dòng)換熱的其它條件相同時(shí)，直管和彎管（如螺旋管）何者換熱強(qiáng)？ 為什么？因?yàn)樵诠軆?nèi)受迫對流換熱系數(shù)與邊界層厚度有關(guān)，速度邊界層從管入口開始在層 流時(shí)逐漸 增大，使換熱系數(shù)減小，而因?yàn)閺澒苤羞吔鐚颖黄茐?，邊界層?/p>

16、，換熱系數(shù)大。3. 試說明Bi數(shù)的物理意義。表面上看Bi數(shù)與Nu數(shù)的表達(dá)式相同，其差別是什么？Bi表示導(dǎo)熱體內(nèi)部熱阻與外部熱阻的相對大小。差別：Nu數(shù)表示表面上無量綱溫度梯度的大小。4. 簡述窗玻璃的溫室效應(yīng)現(xiàn)象。由于陽光最主要的能量波段是在可見光范圍內(nèi)，這些光輻射可穿透玻璃進(jìn)入室內(nèi)被室內(nèi)物 體表面吸收，使室內(nèi)升溫。而室內(nèi)物體發(fā)出的熱輻射屬于中紅外線波段，不能透射出窗玻 璃，從而使室內(nèi)不斷獲得凈熱量。5. 增強(qiáng)傳熱有哪些方法？說出3種方法。最有效的措施應(yīng)從何處入手？為什么？ 增加流速縮短速度邊界層長度；加裝肋片增大換熱面和流體擾動(dòng)；增大溫差來增加 熱流密度；最有效：從換熱過程中形成熱阻最大的部

17、分入手，因?yàn)榭偀嶙枋撬胁糠譄嶙璧暮汀Ｎ?、?jì)算題（共60分）1 .空氣在壁溫tw=94的大管道中流動(dòng)，用熱電偶測量空氣溫度，熱電偶結(jié)點(diǎn)表面的發(fā)射率（黑度） =0.6,空氣與熱電偶結(jié)點(diǎn)之間的表面?zhèn)鳠嵯禂?shù)（即對流換熱系數(shù)）h=142W/ （rwK）,設(shè)熱電偶讀數(shù)t, =177 Q,試計(jì)算空氣的真實(shí)溫度。（10分）解：熱電偶與管壁凈輻射換熱等于電偶與空氣對流換熱損失，由熱平衡得：=hA（t tf ） = %ACb ：；工一工1 1其中工為熱電偶讀數(shù) Tf為空氣真 00 ） Uoo； J實(shí)溫度。2 .某建筑物墻內(nèi)有一厚10cm、高2m的空氣層，如果空氣層內(nèi)側(cè)面溫度為20C,外側(cè)面溫度為37 C,試計(jì)算

18、通過空氣層的自然對流換熱量。（10分）1已知：空氣在一（20*37） =28.5。下的物性參數(shù)為：2:=3.32 103Kd , =0.0262W/ （m K）,、=15.68 10umVs , Pr = 0.71夾層內(nèi)（氣體）自然對流換熱的準(zhǔn)則關(guān)聯(lián)式為： e14：幕50.197 （Gr Pr） 46000 ： ： Gr Pr ： ： 2 10eS： 90.073 (Gr Pr) 3丸H J572 10： Gr Pr： 1.1 1S說明：為熱膨脹系數(shù)。r3解：Gr 二“13234 , Gr Pr=9396_2 10v則由一 =0.197h(Gr Pr)，4 H6000cGr P八2VIOe e e 0.2155q（twi -tw2）（如-tw2） =0.9599扎，則熱流密度&扎。3 .已知兩長管內(nèi)受迫對流換熱現(xiàn)象相似，測得第一管內(nèi)的表面?zhèn)鳠嵯禂?shù)（對流換2熱系數(shù)）g =1O6W/ （m K）,其內(nèi)徑為4= 80mm,第二管內(nèi)徑d2=50mm,實(shí)驗(yàn) 采用同一種流體在同樣的溫度下進(jìn)行。試確定第二管內(nèi)的表面?zhèn)鳠嵯禂?shù)（對流換熱系 數(shù)）h2的值。（10分）則d與h反比。Nu - 0.023, ReoPpconst h =ddd4 .直徑為2mm、溫度為90 c的電線被20c的空氣流所冷卻，電線表面和空氣流之間的表 面?zhèn)鳠嵯禂?shù)（對流換熱系數(shù)）hi=25W/