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文檔簡(jiǎn)介
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(duì)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(duì)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(duì)大小,顯示子然對(duì)流流態(tài)g=t:1對(duì)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(zhǎng)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(duì)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(wú)關(guān)的條件是無(wú)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(chǎng),節(jié)點(diǎn)的顯式差分方程是采用溫度對(duì)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(duì)時(shí)間的一階導(dǎo)數(shù)采用向后差分獲得,沒(méi)有穩(wěn)定性條件。顯式差分格式中溫度對(duì)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(duì)的畫(huà)*錯(cuò)的畫(huà)X (共10分,每小題2分)1. 換熱器中,冷、熱流體通過(guò)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(chǎng)中,溫度處處是均勻的。( X )3. 無(wú)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(chǎng)的物體內(nèi),過(guò)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(guò)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(guò)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(guò)程的無(wú)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(duì)流換熱指流體與固體之間直接接觸時(shí)導(dǎo)熱與熱對(duì)流同時(shí)存在的復(fù)雜熱傳遞過(guò)程6. 傳熱單元數(shù)NTU反映換熱器傳熱能力的大小。四、簡(jiǎn)答及說(shuō)明題(共40分,每小題8分)1 .簡(jiǎn)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(jiǎn)化試驗(yàn)規(guī)模。2 .寫(xiě)出Bi準(zhǔn)則,說(shuō)明(1) Bi=0; ( 2) Bi時(shí),無(wú)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(yáng)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(yè)共4頁(yè)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(wú)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(zhǎng)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(duì)流表面?zhèn)鳠嵯禂?shù),即對(duì)流換熱系數(shù))(10分)kZ A:說(shuō)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(guò)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(duì)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(kāi) 開(kāi)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(guò),水的進(jìn)口溫度 為 27C,出口溫度為33C,管壁溫度維持80C,試問(wèn)管長(zhǎng)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(wú)表面熱阻d 2門(mén)二GCp(t,tf) =h 二 L : tn可求出管長(zhǎng)。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(huà)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(wú)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(wú)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(wú)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(guò)程是由導(dǎo)熱、熱對(duì)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(lái)的描寫(xiě)物體的溫度隨空間和時(shí)間變化的關(guān)系式。3 . 對(duì)流換熱過(guò)程是靠導(dǎo)熱和熱對(duì)流兩種作用來(lái)完成熱量傳遞的。4 .氣體只能輻射和吸收某一定波長(zhǎng)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(zhǎng)范圍內(nèi)具有輻射和吸收能力,而對(duì)應(yīng)波長(zhǎng)范圍稱為光帶。5 .對(duì)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(duì)流o7 .自然對(duì)流換熱在溫遍條件下發(fā)生關(guān)于特征長(zhǎng)度的自?;F(xiàn)象。對(duì)于自然對(duì)流紊流,展開(kāi)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(duì)流紊流的表面?zhèn)鳠嵯禂?shù)與定型尺寸無(wú)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(chǎng),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(wú)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(zhǎng)流體的斷面平均溫度在常壁溫邊界條 件下呈對(duì)數(shù)曲線規(guī)律變化。判斷題,對(duì)的畫(huà),錯(cuò)的畫(huà)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(duì)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(guò)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(wú)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(duì)流換熱中壁面法向無(wú)量綱過(guò)余溫度梯度的大小,反映對(duì)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(jiàn)輻射面積、在單位立體角 內(nèi)所發(fā)射全部波長(zhǎng)的能量
15、。4 . 傳熱過(guò)程:熱量通過(guò)三種基本傳熱方式從一個(gè)物體傳遞到其他物體的過(guò)程。3、 簡(jiǎn)答及說(shuō)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(duì)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(kāi)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(shuō)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(duì)大小。差別:Nu數(shù)表示表面上無(wú)量綱溫度梯度的大小。4. 簡(jiǎn)述窗玻璃的溫室效應(yīng)現(xiàn)象。由于陽(yáng)光最主要的能量波段是在可見(jiàn)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(shuō)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(zhǎng)度;加裝肋片增大換熱面和流體擾動(dòng);增大溫差來(lái)增加 熱流密度;最有效:從換熱過(guò)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?。五、?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(cè)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(duì)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(duì)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(guò)空氣層的自然對(duì)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(duì)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(shuō)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(zhǎng)管內(nèi)受迫對(duì)流換熱現(xiàn)象相似,測(cè)得第一管內(nèi)的表面?zhèn)鳠嵯禂?shù)(對(duì)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(duì)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(duì)流換熱系數(shù))hi=25W/
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