完整版上海交大傳熱學考題A 答案

1、2004 2005學年傳熱學考試試題（A）答案回答下列5題（25分）答：略二如右圖所示，在圖中畫出節(jié)點（i, j）的控制區(qū)域，并試導 出其二維穩(wěn)態(tài)導熱時的離散方程。 已知右側壁絕熱；頂端處于溫度為tf的流體中，換熱系數為h，有內熱源為；網格均勻劃分，且 x y ;材料的導熱系數為。（10分）解：y ti 1,j ti,jx ti,j 1 ti,j2x2yxy時，ti 1,j ti,jti,j2x hytfx yti,j)401 ti, jx “2 xh(tfti,j)2242 X也可以化簡為:h xh x(2)ti ,j ti 1,j ti, j 1tf三 由兩種不同材料組成的一維復合平板如圖

2、1所示，左側表面（x 0）保持恒溫虬右側表面（x La Lb ）暴露于溫度為t （ t0 t ）、對流換熱系數為h的氣流中，忽略復合平板 與環(huán)境的輻射換熱和接觸熱阻。（15分）1給出通過復合平板的穩(wěn)態(tài)熱流密度q的計算公式；2推導穩(wěn)態(tài)時，平板 A和B分界面溫度t1的計 算公式；3假設導熱系數 A B,畫出x從0到8的穩(wěn) 態(tài)溫度分布趨勢。解：令cLaRaA,RbLb,RhBt0t1qLaLb 1Ab httt t12qLaLb1LaAb hA1 h或：qt bLat0 tLat1 tt0qRALb1 aA B hLb(Rb Rh)t RAt t1Ra Rb Rh3 如下圖所示四對流換熱（15分）1

3、.如右圖所示，溫度為 T 300 K的冷氣體以u 20 m/s的流速平行地吹過一快平板（平 板一邊與來流垂直），平板的長和寬均為 2m，采用一組非常薄的電加熱器使平板維持均勻溫 度在Tw 500 K。流體的導熱系數、密度、比熱和運動粘度分別為：0.02 W. （m K），1kg m3，Cp 1000 J （kg K），2 105m2. s。試回答下列問題：T 300 K末端to-起始端u 20 m s a（1） 計算普朗特數（Pr）、雷諾數（Re）;判斷平板末端的流動是層流還是湍流，如果是 湍流，請計算臨界距離 xc （注：臨界雷諾數可取 Rec 5 105）（2） 計算氣體帶走的總熱流量（q

4、）；25 m2 10 5 解： （1）Pr -aCp0.021000匸屯kg K20 2mRe2 1065 105，因此末端流動處于湍流狀態(tài)XcRecu105 105210 5m220ms0.5 m（2）a層流部分換熱:Nuchc xc0 50.664Re；Pr033330.664 (5 1 05 ) 0.5 1 0.333hc469.52 0.020.518.78Wm2 K469.52qchc Ac (TwT )18.78 0.5 2 (500 300)3.756 kWb湍流部分換熱qtlhtl dx(TwXciT ) l (Tw T )ht dxXc(Twl 0.0296Re45pr13

5、dxXXc(Tw0.0296dxXcX2000.0296 0.024520 5245 0.545521.79 kW2 10c總熱流量:q qcqt3.756 21.7925.55 kW也可以采用平均換熱系數進行計算，即公式(5-42), p.150NUm0.037 Re4 5 871 Pr130.037 匕871hm0.03720 252 10 58713193.67NUm3193.67 0.02231.94Wm2 Kq hmA(Tw T )31.94 4 20025.55 kW五一個逆流換熱器，熱工質在管內流動，冷卻水在管外流動。工質的進出口溫度分別為：th 80 C , th 55 C，質

6、量流率為 qmh 1800kg min，比熱 ch 2.0kJ (kg K);冷卻水 的進口溫度為tc 20 C ,其質量流率為qmc 1500 kg min , cc 4.18kJ (kg K);金屬光管 內徑di 50mm，壁厚為2mm，導熱系數為 45W. (m K)。管內工質的對流換熱系數hi 800 W(m2 K)，水側的對流換熱系數h。 2000 W (m2 K)，請確定該換熱器所需要1800 血 min60 -min的管外側換熱面積 A。？(20分)kJ2(353 K 328 K) 1500 kWkg K解：(1)換熱量qmh5(Th Th)(2)冷卻水出口溫度tc :q mcc

7、c (Tc Tc )qmccc1500 kW1500 旦min293 K(3)(4)(5)60 min4.唱307.35K34.35 C對數平均溫差t總傳熱系數ktmax tmintmaxln tmi n(80魚5)(55 20)40.09 Cln (80 34.35)(55 20)k丄主蟲ln色丄hi di 2 di ho11 0.0540.054 , 0.0541In800 0.052 450.0520000.00135 0.00004618 0.0005527.38W (m換熱面積A。：Aok tmAok tmK)103 W270.95 m2 W527.3840.09 Km2 K1500

8、六 如右圖所示，半球表面是絕熱的,底面被一直徑（d 0.2 m ）分為1、2兩部分。表面1為灰體，T1550 K，發(fā)射率10.35 ;表面 2為溫度T2330 K的黑體，回答下列問題（15 分）(1)計算角系數X3,（1 2），X1,2， X13， X2,3(3)畫出熱網絡圖（注：熱阻為無窮大時，相當于斷路） 計算表面1和表面2之間的換熱量解：(1 ) A3X 3, (1 2) A 2X3,(1 2)0.5 ； X1,3 X2,3 1 ； X1,20d2 2（2）這是一個三表面組成的輻射換熱系統(tǒng)， 面，因此，其熱網絡圖如下所示，但由于表面2為黑體，而且表面 3為絕熱表11又由于Rl,2，故此，此處相當于斷路，這樣，上圖