傳熱學(xué)試卷A及答案

1、 湖南涉外經(jīng)濟(jì)學(xué)院20172018學(xué)年度第2學(xué)期傳熱學(xué)課程考核試題冊(cè) 學(xué)院：機(jī)械工程學(xué)院專業(yè)年級(jí)：能源動(dòng)力 1601 考核方式：閉卷考試時(shí)量：100 分鐘試卷類型：A 題號(hào) 一 二 三 四 五 六 七 八 合計(jì) 應(yīng)得分 20 20 30 30 100 一、選擇題（本大題共計(jì) 10 小題，每小題 2 分，共計(jì) 20 分） 1 .下列導(dǎo)熱過程傅立葉定律表述中，不正確的是（） A 熱流密度與傳熱面積成正比 B 導(dǎo)熱量與溫度梯度成正比 C 熱流密度與傳熱面積無關(guān) D 導(dǎo)熱量與導(dǎo)熱距離成反比 2 .圓柱壁面雙層保溫材料敷設(shè)過程中，為了減少保溫材料用量或減少散熱量，應(yīng)該采取措施是 （） A 熱導(dǎo)率較大的材

2、料在內(nèi)層 B 熱導(dǎo)率較小的材料在內(nèi)層 C 根據(jù)外部散熱條件確定 D 材料的不同布置對(duì)散熱量影響不明顯 3 .采用有限差分法進(jìn)行導(dǎo)熱過程數(shù)值計(jì)算時(shí)，可以有多種離散格式方式，下列不適用的方法是 （） A 邊界節(jié)點(diǎn)，級(jí)數(shù)展開法 B 邊界節(jié)點(diǎn)，熱量守恒法 C 中心節(jié)點(diǎn)，級(jí)數(shù)展開法 D 中心節(jié)點(diǎn)，熱量守恒法 4 .表面溫度為 50oC 的管道穿過室內(nèi)，為了減小管道向室內(nèi)的散熱，最有效的措施是（） A 表面噴黑色的油漆 B 表面噴白色的油漆 C 表面纏繞鋁箔 D 表面外安裝鋁箔套筒 5,冷流體流經(jīng)恒定壁溫為 tw的管道被加熱，壁溫與流體之間的對(duì)數(shù)平均溫差為tm,則管道中的流體平均溫度為（） Atw-Atm

3、Btw+Atm Ctw-Atm/2Dtw+Atm/2 6 .表面進(jìn)行膜狀凝結(jié)換熱的過程中，影響凝結(jié)換熱作用最小的因素為（） A 蒸汽的壓力 B 蒸汽的流速 C 蒸汽的過熱度 D 蒸汽中的不凝性氣體 7 .在充分發(fā)展的管內(nèi)單相流體受迫層流流動(dòng)中，如果取同樣管徑及物性參數(shù)，則常壁溫 tw和常熱流q=c下，換熱系數(shù)關(guān)系為（ Ahq=c,二htw=c Chq=chtw=c 8 .根據(jù)普朗克定律， 黑體的單色輻射力與波長之間的關(guān)系是一個(gè)單峰函數(shù)，其峰值所對(duì)應(yīng)的 波長（） A 與溫度無關(guān) B 隨溫度升高而線性減小 C 隨溫度升高而增大 D 與絕對(duì)溫度成反比 9 .用套管溫度計(jì)測量容器內(nèi)流體溫度時(shí)，為減少測

4、溫誤差，套管材料的導(dǎo)熱系數(shù)應(yīng)選用 20水中，加熱后加熱元件表面溫度達(dá)到 609,則這 自然對(duì)流換熱 BD 沸騰和自然對(duì)流換熱 二、計(jì)算題（本大題共計(jì) 5 小題，每小題 4 分，共計(jì) 20 分，選擇正確的答案填在括號(hào)內(nèi)，并要求寫出正確的計(jì)算過程，計(jì)算過程不正確不給分） 1 .某房間玻璃窗的高度為 1.5m、寬為 1.2m、厚度為 4mm 玻璃的導(dǎo)熱系數(shù)為 0.7W/（m，K）。 在某冬天夜間，室內(nèi)外的空氣溫度分別為 15nC 和-5,C,若已知玻璃窗內(nèi)外側(cè)對(duì)流傳熱的表 面?zhèn)鳠嵯禂?shù)分別為 5W/（m2K）和 20W/（m2K）。計(jì)算通過該玻璃窗的熱損失為（），忽略 玻璃內(nèi)外表面的輻射影響。 A14

5、0.8B281.6C178.6D89.6 2 .如附圖所示， 用裸露的熱電偶測量管道中氣體的溫度， 穩(wěn)定后， 熱電偶所指示的溫度為 170C。已知管道內(nèi)壁溫度為 90C,高溫氣流與熱電偶結(jié)點(diǎn)的表面?zhèn)鳠嵯禂?shù)為 50 W/（m2K）,熱電偶結(jié)點(diǎn)的表面發(fā)射率為 0.6。試求高溫氣體的真實(shí)溫度（）。 A186.0B181.4C178.4D184.2Bhq/=htw-c D 不確定 A 導(dǎo)熱系數(shù)大 C 導(dǎo)熱系數(shù)小 B 與導(dǎo)熱系數(shù)值無關(guān) D 無法確定 10.將一個(gè)圓柱狀加熱元件豎直置于 種換熱方式為（） A 沸騰換熱 C 強(qiáng)迫流動(dòng)換熱 3 .在水沸騰實(shí)驗(yàn)中，對(duì)置于水中的不銹鋼管進(jìn)行電加熱。已知，不銹鋼管外

6、徑 4mm,加熱段長 10cm,測得加熱功率為 50W,管子表面的平均溫度為 109C,水的壓力為 1.013105Pa。試計(jì)算該實(shí)驗(yàn)中沸騰傳熱的表面?zhèn)鳠嵯禂?shù)為（）。 A5846B4423C1786D2896 4 .設(shè)某表面的面積 A=0.5m2,表面溫度 t=400C,8=0.8,反射比 P=0.3,外界輻射到該表面 上的能量為 400W/m2 則它與外界的輻射換熱量為（）W A3000B4412C-3000D5000 5 .圓球?qū)醿x是測定粒狀和粉末狀材料導(dǎo)熱系數(shù)的一種儀器， 它的實(shí)驗(yàn)原理就是應(yīng)用通過球殼穩(wěn)定導(dǎo)熱熱流量的計(jì)算方法。圖所示該儀器實(shí)驗(yàn)原理圖，導(dǎo)熱儀的主體由兩層同心的薄壁純銅球殼

7、組成，在球的內(nèi)部安裝有加熱器，被測材料填充在內(nèi)、外表面的平均溫度分別為 50C和 30C,通電的電壓和電流分別為 20V和 0.3A。已知圓球?qū)醿x的內(nèi)殼直徑為 80mm,外殼直徑為160mm。計(jì)算該實(shí)驗(yàn)材料的導(dǎo)熱系數(shù)為（）。 A0.3B0.6C0.8D 三、簡答題（本大題共計(jì) 5 小題，每小題 6 分，共計(jì) 30 分） 1 .以等截面直肋為例，試用熱阻的概念簡要說明在什么條件下采用肋化表面可以得到強(qiáng)化換熱的效果，何時(shí)則得不到強(qiáng)化換熱的效果（僅考慮一側(cè)壁面與流體間的換熱）。 2 .簡要說明太陽能集熱器采用的選擇性表面應(yīng)具備的性質(zhì)和作用原理。 3 .空氣橫掠垂直管束時(shí)，沿流動(dòng)方向管排數(shù)越多，換熱

8、越強(qiáng)，而蒸汽在水平管束外凝結(jié)時(shí)，沿液膜流動(dòng)方向管排數(shù)越多，換熱強(qiáng)度降低，為什么？ ,二 t 4 .試分別指出下列兩式的不同之處：對(duì)流換熱微分方程 h=-yi 與導(dǎo)熱問題中的第三類邊 ：t；:y 界條件表達(dá)式-九且w=h（tw-tf）0二 n 5 .解釋換熱器效能 e 的物理意義，寫出其表達(dá)式。說明為什么逆流換熱效能 e 可以趨近于 1, 而順流換熱器則不可能。 四、綜合題（本大題共計(jì) 3 小題，每小題 10 分，共計(jì) 30 分） 1 .在低速風(fēng)洞中用電加熱圓管的方法來進(jìn)行空氣橫掠水平放置圓管的對(duì)流換熱試驗(yàn)。試驗(yàn)管置于風(fēng)洞的兩個(gè)側(cè)壁上，暴露在空氣中的部分長 100mm,外徑為 12mm。試驗(yàn)測得

9、來流 的 t=15C,換熱表面平均溫度tw=125C,功率=40.乳。由于換熱管表面的輻射及換熱管兩端通過風(fēng)洞側(cè)壁的導(dǎo)熱，估計(jì)約有 15%的功率損失掉，試計(jì)算此時(shí)對(duì)流傳熱的表面 傳熱系數(shù)是多少？為了提高表面?zhèn)鳠嵯禂?shù)測定的精確度，應(yīng)采用什么方法？試說明理由。 2 .在一厚度為 50mm 的大平壁內(nèi)有均勻的內(nèi)熱源 6,平壁的導(dǎo)熱系數(shù)為5W/（m,K）,在這些 一一一 2 條件下，平壁內(nèi)的溫度分布為t=a+bx+cx,在 x=0 處表面溫度為 120C,并且與溫度為 2 20c 的流體進(jìn)行對(duì)流換熱，表面?zhèn)鳠嵯禂?shù)為 500W/（m，K）,另一個(gè)邊界絕熱。（1）計(jì)算平壁的內(nèi)熱源強(qiáng)度。（2）確定系數(shù) a、

10、b、c 3 .有一單流程蛇形管冷凝換熱器，工質(zhì)凝結(jié)溫度為80,凝結(jié)傳熱表面?zhèn)鳠嵯禂?shù)為 4 2 10W/（mK）；冷凝管內(nèi)徑為 20mm,壁厚為 3mm,管壁導(dǎo)熱系數(shù)為100W/（mK）,管內(nèi) 流冷卻水，流速為 2m/s,入口水溫為20C,出口水溫為60C,管內(nèi)污垢熱阻為 2 0.001mK/W,試計(jì)算換熱器傳熱系數(shù)和所需管長。（已知管內(nèi)紊流對(duì)流傳熱準(zhǔn)則方程式 0.80.4 為Nuf=0.023RefPrf,不考慮流道彎曲和入口段修正；水的物性參數(shù)為 Cp=41710/（kgK）v=0.659M10.m2/sPr=4.310=0.635W/（mK） P=992.2kg/m3） 5 小題，每小題

11、2 分，共計(jì) 20 分) D;5.A;6.A;7.C;8.D;9.C;10.B; 0.720 答：正確答案是Do =17014.4=184.4C =；T4=5.671032734004=11631.7 J=E：G=Eb：G=0.85.6710,27340040.3400=9425.4 =IU=0.320=6W 被測材料的導(dǎo)熱系數(shù)為 1/r-1/r262/0.08-2/0.161 ,=1=0.3W/mK 4二t1-t243.1450-30 三、簡答題（本大題共計(jì) 5 小題，每小題 6 分，共計(jì) 30 分）、計(jì)算題（本大題共計(jì) 1.正確答案是 A 5 小題，每小題 4 分，共計(jì) 20 分） x A

12、(tfi-tf2) 1.51.2(155) 1、.1 10.004 36 140.8W 0.256 中-Eb-J 11631.7-9425.4 1-； A 4.正確答案是 A 1-0.8 0.80.5 =4412.6 穩(wěn)定情況下, 通過被測材料導(dǎo)熱的熱流量即為電加熱器的功率為 一、選擇題（本大題共計(jì) 1.A;2,B;3,A;4. tf=t1 h|1100J1100J 0.65.67 =170 50 4.434-3.634 3. 正確答案是 B 解：O=hA(tw -tf) 4. h= A(tw-tf) 50 3.140.0040.1(109-100) =4423W/(m.K) 正確答案是 B

13、Eb 1 .在基礎(chǔ)表面上增加肋片能否強(qiáng)化換熱的效果，取決于加肋后總的傳熱阻力是增加還是減?。患永呒哟罅藢?duì)流傳熱面積，有利于減小對(duì)流傳熱總面積熱阻。 但是加肋片后增加了通過壁面的導(dǎo)熱熱阻。因此加肋是否強(qiáng)化換熱取決于肋片的導(dǎo)熱阻力）與表面對(duì)流傳熱阻力 1 1 之比（即這一比值構(gòu)成的無量綱數(shù) h- 2 分 對(duì)等截面直肋，當(dāng) BiBiE0.25 時(shí)（6 6 為肋片的半厚），加肋總能強(qiáng)化換熱。但 BiBi 較大時(shí)（當(dāng) BiBi 1 1）, ,則得不到強(qiáng)化換熱的效果。2 2 .吸熱板需對(duì)太陽輻射的大范圍的波長有較大的吸收率，用來吸收太陽的輻射能； 2 分 而向陽側(cè)需覆蓋一層對(duì)太陽大部分主要輻射可見光等短波

14、有強(qiáng)穿透率，但對(duì)較低溫物體表面輻射的長波有較強(qiáng)反射率的覆蓋材料，用來形成一個(gè)溫室，這不僅利用了溫室效應(yīng)，而且也減少了表面的對(duì) 流散熱損失，2 分 要進(jìn)一步減小自然對(duì)流散熱損失可以在吸熱表面與玻璃蓋板之間堆放一些對(duì)太陽光透明的材料，例如玻璃管，以抑制夾層中的自然對(duì)流。2 分 3.答：空氣橫掠垂直管束時(shí)，沿流動(dòng)方向管排數(shù)越多，氣流擾動(dòng)越強(qiáng)，換熱越強(qiáng)， 3 分 而蒸汽在水平管束外凝結(jié)時(shí)，沿液膜流動(dòng)方向管排數(shù)越多，凝結(jié)液膜越厚，凝結(jié)換熱熱阻越大，換熱強(qiáng)度降低。3 分 4 .對(duì)流換熱微分方程式中 h 是未知量，而第三類邊界條件中 h 是已知量 2 分 對(duì)流換熱微分方程式中人是流體導(dǎo)熱系數(shù)，而第三類邊界條

15、件中人是固體導(dǎo)熱系數(shù) 2 分 對(duì)流換熱微分方程式中 h 為局部表面?zhèn)鳠嵯禂?shù)，而第三類邊 界條件中 h 一般是指平均表面?zhèn)鳠嵯禂?shù)。2 分 t-t 5 .表示換熱器的實(shí)際換熱量與理想換熱量的比值。w=一瞥 t122 分 對(duì)逆流換熱器，當(dāng)qmiCiqm2c2熱流體的出口溫度將會(huì)降低到接近于冷流體的入口溫度。當(dāng)qmiCiqm2c2冷流體的出口溫度將會(huì)升高到接近于熱流體的入口溫度。這樣，逆流換熱效能e可以趨近于 1 2 分 而順流換熱器熱流體的出口溫度將不會(huì)降低到接近于冷流體的入口溫度，至多接近冷流體的出口溫度, 四、綜合題（本大題共計(jì) 3 小題，每小題 10 分，共計(jì) 30 分）=0.85P=0.85

16、40.5W=34.43W ,34.43W h二二 3.76810m2(125-15)C 為了提高表面?zhèn)鳠嵯禂?shù)測定的精確度，在本試驗(yàn)中盡量降低換熱管的輻射與兩端導(dǎo)熱損失。為了減少輻射傳熱，可在換熱管表面鍍銘，這可使表面發(fā)射率下降到 0.10.05。為了減少兩端導(dǎo)熱損失, 在換熱管穿過風(fēng)洞壁面處應(yīng)該用絕熱材料隔開。在進(jìn)行自然對(duì)流實(shí)驗(yàn)時(shí)，減少輻射與端部導(dǎo)熱損失對(duì)提高測試結(jié)果的準(zhǔn)確度具有重要意義 5 分 2.解：（1）在x x= =0 0處，邊界對(duì)流傳熱的熱流密度為2 分 Bi 的大?。?分 e e 不可能趨近于 1 2 =83.1W/(m K) q=hx(t-tj=500 x(120-20)=5x1

17、04W/m22 分 平壁為穩(wěn)態(tài)問題，一側(cè)絕熱，另一側(cè)有熱流流出，因此，平壁內(nèi)一定有內(nèi)熱源 1 分 可得平壁的內(nèi)熱源強(qiáng)度 4 =-q=1.0106W/m32 分 A0.05 由在 x=0 處表面溫度為 120c 的條件，可得 a=120o1 分 由在 x=0 處，邊界對(duì)流傳熱的條件得 -Z(b+2cx)=-q,b=q/人=10000。2 分 由在x=&處，表面絕熱的條件得 b=-2c6,c=1乂1052 分 Ref在1041.2父105范圍 Pr=4.31 在 120 范圍 =0.023Ref8Prf0.4=0.02360698 64.310.4=2761 =1.1181043.411010m2K/W =1.5810“m2K/W K=633W/(m2K)Ref ud22010 3.