傳熱學(xué)試卷 20151124答案.doc

2015/ 2016學(xué)年第 2 學(xué)期 傳熱學(xué) 課程考核試卷 課程代碼： 學(xué)分/學(xué)時(shí)數(shù) 4/64 任課教師_ _課程性質(zhì)：必修、限選、任選 考試形式： 開卷、閉卷 學(xué)號(hào) 姓名 得分_簡(jiǎn)答題計(jì)算題123456789101112一、 簡(jiǎn)答題（40分）1. 熱量傳遞的三種基本方式及其熱量計(jì)算的基本方程式是什么？傳熱：對(duì)流：流體加熱 流體冷卻輻射：2. 冬天，用手去摸置于環(huán)境中的鐵塊和木塊，會(huì)感覺哪個(gè)冷一些，為什么?如果用手去摸同為棉花織成的平布和絨布，會(huì)感覺哪個(gè)暖和一些，為什么？ 金屬的導(dǎo)熱系數(shù)比木塊的導(dǎo)熱系數(shù)大。按照傅里葉導(dǎo)熱定律。 絨布熱阻大不易散失熱量。3. 寫出Nu、Bi的準(zhǔn)則數(shù)表達(dá)式，并解釋Nu、Bi數(shù)的物理意義及其不同之處。 是一個(gè)表示對(duì)流換熱強(qiáng)烈程度的一個(gè)無量綱準(zhǔn)數(shù)。表示流體層流底層的對(duì)流傳熱阻力和導(dǎo)熱阻力的比。 導(dǎo)熱熱阻與對(duì)流熱阻之比，Bi數(shù)趨于0，內(nèi)部熱阻可以忽略，在任一時(shí)刻物體中各點(diǎn)的溫度接近均勻。是判定是否可以采用集中參數(shù)法的依據(jù)。4. 畫出如圖所示流體流過平板時(shí)候的速度邊界層厚度變化以及當(dāng)?shù)貙?duì)流換熱系數(shù)的變化情況 (平板為恒熱流，圖畫在平板下方與層流，轉(zhuǎn)戾和湍流區(qū)一一對(duì)應(yīng))。見圖15. 寫出如圖所示環(huán)肋的穩(wěn)態(tài)一維導(dǎo)熱問題的完整數(shù)學(xué)描述。環(huán)肋的內(nèi)徑為 外徑為。環(huán)肋內(nèi)外表面的表面?zhèn)鳠嵯禂?shù)都為h。環(huán)肋頂端可視為絕熱。環(huán)肋高為H。肋基溫度為，環(huán)境溫度為.對(duì)外散熱 內(nèi)熱源去負(fù)號(hào)。數(shù)學(xué)描述：邊界條件：6. 圖為一扇形區(qū)域中的二維、穩(wěn)態(tài)、無內(nèi)熱源的導(dǎo)熱問題，其一側(cè)平直表面維持均勻恒定溫度，的表面絕熱，其余表面與溫度為的環(huán)境換熱，表面?zhèn)鳠嵯禂?shù)為，為用數(shù)值法確定區(qū)域中的溫度分布，在徑向和周向分別用定步長(zhǎng)和劃分計(jì)算區(qū)域，節(jié)點(diǎn)布置如右圖所示。導(dǎo)熱系數(shù)及其它物性已知且為常數(shù)，試建立節(jié)點(diǎn)1的離散方程 (有限差分方程式)。節(jié)點(diǎn)1的控制體為圖中黃色邊框圍成。對(duì)黃色邊框應(yīng)用能量守恒得。7. 畫出定壁溫加熱時(shí)的池內(nèi)飽和沸騰曲線。說明名區(qū)域名稱，解釋燒毀點(diǎn)的物理意義。Qmax點(diǎn)為臨界熱流密度點(diǎn)，一旦熱流密度超過峰值，工況將沿qmax點(diǎn)的虛線跳至穩(wěn)定模態(tài)膜態(tài)沸騰線。tw-tf將猛升1000C?？赡軐?dǎo)致設(shè)備燒毀。8. 強(qiáng)制對(duì)流和自然對(duì)流分別存在哪兩種流動(dòng)形態(tài)？判斷強(qiáng)制對(duì)流和自然對(duì)流流動(dòng)形態(tài)的準(zhǔn)則數(shù)分別是什么？ 層流和湍流。判斷強(qiáng)制對(duì)流的準(zhǔn)則數(shù)是雷諾數(shù)。判斷自然對(duì)流的準(zhǔn)則數(shù)是格拉曉夫數(shù) 二、計(jì)算題（60分）H1. 一高H為30cm的鋁制圓臺(tái)形錐臺(tái)，頂面直徑為8.2cm，底面直徑為13cm。底面及頂面溫度各自均勻，并分別為520C及20C。錐臺(tái)側(cè)面絕熱。試確定通過該錐臺(tái)的導(dǎo)熱量。鋁的導(dǎo)熱系數(shù)為100W/（mK）。解：把這個(gè)問題看成一維無內(nèi)熱源導(dǎo)熱問題求解。建立如圖所示的坐標(biāo)系直線方程為：2. 圖給出了一個(gè)用于金屬熱處理的冷卻系統(tǒng)。在時(shí)刻，一個(gè)初溫為的小金屬球被放置在冷卻系統(tǒng)內(nèi)，同時(shí)，冷卻風(fēng)扇開始工作，使得空氣以強(qiáng)制對(duì)流方式對(duì)小球進(jìn)行冷卻，環(huán)境溫度為，對(duì)流換熱系數(shù)為。當(dāng)小球溫度降到時(shí)，風(fēng)扇停止工作。忽略小球的導(dǎo)熱熱阻（即）。 1） 試問，如果忽略小球表面的熱輻射，其溫度降到時(shí)需要多長(zhǎng)時(shí)間（）？ 2） 這個(gè)冷卻系統(tǒng)也可以用于冷卻高能電阻器。此時(shí)，球狀電阻器產(chǎn)生的熱量近似為均勻的內(nèi)熱源。試給出溫度隨時(shí)間變化的控制方程。1) ，導(dǎo)熱微分方程: 初始條件：解得當(dāng)時(shí)，2) 導(dǎo)熱微分方程: 3. 室溫為20的大房間中有一個(gè)水平放置、直徑為10cm、長(zhǎng)為12m的煙筒，煙筒的平均壁溫為100，試求：定性溫度；管外流態(tài)；對(duì)流換熱量；每小時(shí)的總散熱量。（以下兩個(gè)實(shí)驗(yàn)關(guān)聯(lián)式僅供參考）1) 2) 加熱表面形狀和位置流態(tài)CNGr數(shù)適用范圍豎平板及豎圓柱層流過渡湍流0.590.02920.111/40.391/31.43104310931092101021010橫圓柱層流過渡湍流0.480.01650.111/40.421/31.431045.761085.761084.651094.65109t102 W/(m)106 m2/sPr102.5114.160.705602.9018.9