《傳熱學(xué)B》期末考試試題及參考答案

1、吉林大學(xué)汽車工程學(xué)院本科課程考試答案考試課程與試卷類型：傳熱學(xué)B B卷姓名:學(xué)年學(xué)期：1314-2學(xué)號(hào)：考試時(shí)間：2014-5-28班級(jí):一、選擇題（每小題2分，共14分）1、下面材料中哪種材料的導(dǎo)熱系數(shù)最?。ǎ〢. 銅 B.鐵 C.瓷磚 D.硅藻土磚2、肋片高度增加，則肋效率（）A.增加 B.不變 C.減小D.先增加后減小3、 Fo與時(shí)間的關(guān)系是（）A.正比 B.反比 C.無(wú)關(guān) D.不確定4、Pr 1，貝U（）A.速度邊界層厚度大于熱邊界層厚度B.速度邊界層厚度等于熱邊界層厚度C.速度邊界層厚度小于熱邊界層厚度D.不確定5、下列哪個(gè)不是物性參數(shù)（ ）A. 導(dǎo)熱系數(shù)B.對(duì)流換熱表面?zhèn)鳠嵯禂?shù)C.

2、熱擴(kuò)散系數(shù)D.普朗特?cái)?shù)6、下列那種說(shuō)法錯(cuò)誤（）A黑體輻射函數(shù)是個(gè)百分?jǐn)?shù)B. 黑體輻射函數(shù)值最大是1C. 波長(zhǎng)為零時(shí)，黑體輻射函數(shù)也為零D. 黑體輻射函數(shù)與黑體溫度無(wú)關(guān)7、 大空間小物體輻射換熱過(guò)程中的輻射換熱量的大小與哪個(gè)物體的表面發(fā)射率有關(guān)？（）A.大空間 B.小物體 C.大空間和小物體D.不確定二、判斷題（每小題1分，共6分）1、傳熱系數(shù)和導(dǎo)熱系數(shù)單位相同。（X ）2、 tn w0是屬于第二類邊界條件。（V ）3、無(wú)限大平板的非穩(wěn)態(tài)導(dǎo)熱過(guò)程中 與Bi、Fo和-有關(guān)。（V ）4、流體外掠平板過(guò)程的分析解法依據(jù)的控制方程有質(zhì)量守恒定律、動(dòng)量守恒定律、能量守恒定律和換熱微分方程。（V ）5、 有

3、限空間自然對(duì)流換熱中空間的幾何參數(shù)對(duì)換熱效果影響較小。（X ）6、黑體輻射力是定向輻射強(qiáng)度的 倍。（V ）三、實(shí)驗(yàn)題（10分）1、穩(wěn)態(tài)平板法測(cè)定絕熱材料的導(dǎo)熱系數(shù)實(shí)驗(yàn)中如何判定實(shí)驗(yàn)工況達(dá)到穩(wěn)定狀態(tài)？實(shí)驗(yàn)中 需要測(cè)試什么參數(shù)？實(shí)驗(yàn)裝置中為什么要布置輔助加熱器？解：當(dāng)各點(diǎn)的溫度不再隨時(shí)間變化時(shí)實(shí)驗(yàn)工況達(dá)到穩(wěn)定狀態(tài)。3分實(shí)驗(yàn)中需要測(cè)試加熱功率、試件熱面溫度、試件冷面溫度。3分布置輔助加熱器后可以實(shí)現(xiàn)沿試件厚度方向的一維導(dǎo)熱。4分四、簡(jiǎn)答題（每小題5分，共20分）1、對(duì)于室內(nèi)安裝的暖氣設(shè)施，試說(shuō)明從熱水至室內(nèi)空氣的熱量傳遞過(guò)程中，包含哪些傳熱環(huán) 節(jié)？答：熱水到管內(nèi)壁為對(duì)流傳熱，管內(nèi)壁到外壁為導(dǎo)熱，管外

4、壁到室內(nèi)為對(duì)流傳熱及輻射傳熱。2、寫出直角坐標(biāo)系中導(dǎo)熱微分方程的一般表達(dá)式，它是根據(jù)什么原理建立起來(lái)的？tttt?答:cxxyyzz能量守恒定律和傅里葉定律3、 試說(shuō)明Bi數(shù)的物理意義，Bi -0和Bi各代表什么樣的換熱條件？答：Bi數(shù)表征固體內(nèi)部導(dǎo)熱熱阻與界面上換熱熱阻之比，Bi-0代表固體內(nèi)部溫度趨于一致,Bi c代表壁溫保持恒定的第一類邊界條件4、實(shí)際物體的發(fā)射率&與其吸收比a從影響因素上看有何區(qū)別？答：實(shí)際物體的發(fā)射率&取決于物質(zhì)種類、表面溫度和表面狀況，這表明發(fā)射率只與發(fā)射輻 射物體本身有關(guān)，不涉及外界條件。吸收比a除了受上述自身情況影響以外，還與投入輻射的特性有著密切關(guān)系，與投入輻

5、 射的波長(zhǎng)分布及空間分布有關(guān)。五、計(jì)算題(每題10分，共50分)1、有兩塊同樣材料的平板 A及B , A的厚度為B的兩倍，從同一高溫爐中取出置于冷流體 中淬火。流體與各表面間的表面?zhèn)鳠嵯禂?shù)均可視為無(wú)限大。已經(jīng)板 B中心點(diǎn)的過(guò)余溫度下降則導(dǎo)熱系數(shù)入熱擴(kuò)散率a相同到初值的一半需要21min，問(wèn)A板達(dá)到同樣的溫度工況需多少時(shí)間?設(shè)板B的半厚為則板A的半厚為2S板A中心點(diǎn)參數(shù)BiA2h1 =0mA = 1BiA0A2板B中心點(diǎn)參數(shù)BiBh-1 =0mB = 14分BiB0B2可推斷F OAF ob3分又Foaa a4 2Fob豊可得A4 b=421；=84min3分解：已知流體與兩板表面?zhèn)鳠嵯禂?shù)hx,

6、且板的材料相同,2、有一墻體表面溫度為400C，在其表面覆蓋兩層保溫層進(jìn)行保溫。 已知貼壁保溫層厚1cm, 導(dǎo)熱系數(shù)為0.2W/m.K，外側(cè)保溫層厚3cm,導(dǎo)熱系數(shù)為0.06 W/m.K。保溫層外表面與環(huán)境 之間的表面?zhèn)鳠嵯禂?shù)為60 W/m2. K，環(huán)境溫度為15C。計(jì)算通過(guò)單位面積墻體產(chǎn)生的散熱損 失。解:解法 原題可轉(zhuǎn)化為兩層平壁穩(wěn)態(tài)導(dǎo)熱情況。已知t1=400C, 8=1cm,竝=3cm, ；1=0.22W/m.K ,力=0.06W/m.Kh=60 W/m2.C, tf=15C通過(guò)兩層平壁單位面積的導(dǎo)熱量為q -1(1)4分1 21 2全部導(dǎo)熱量通過(guò)對(duì)流傳熱散失到環(huán)境中，故q h(t3 t

7、f) (2)4分聯(lián)立兩式，得t3=26.3C q=679.4W/m22 分解法二：以墻體表面溫度與環(huán)境溫度作為溫差進(jìn)行考察，則有總熱阻r 丄1001003丄0.57m2.K/Wi2h0.20.0660400 150.57679.4W/m27 / 73、水以1.5m/s的平均速度流經(jīng)內(nèi)徑為16mm,長(zhǎng)度為2m的直管。水入口溫度為20C，出口溫度為30C。假定管壁與水溫差小于中等溫差，且水被加熱。計(jì)算：（1）表面?zhèn)鳠嵯禂?shù)；（2） 管內(nèi)壁的平均溫度 水的物性參數(shù)如下:t/ Ccp106Prkg /m3J/(kg K)W/(m K)m2 / s20998.241830.5991.0067.023099

8、5.741740.6180.8055.42解:水的定性溫度 tf=25C,通過(guò)查表可得0.6085W/ (m.K),0.9055 10 6m2/s , Pr=6.22Re996.95kg/m3,Cp 4178.5J /(kg K)ud1.5 0.0160.9055 1042.65 10已知管壁與水小于中等溫差，又l/d125 60，流動(dòng)滿足迪圖斯公式參數(shù)范圍(1) Nu 0.023 Re08 Prn，水被加熱，故 n 取 0.4Nu 0.023Re08 Pr0.40.023 (2.65 104)0.8 6.220.4 165.162h (Nu )/d(165.16 0.6085)/0.0166

9、281.2W/(m K)(2)水在管內(nèi)的吸熱量等于水與管壁內(nèi)表面的對(duì)流換熱量hA(tw tf) qmCp(tftf)將已知條件代入上式Cp ud24(tftf)h dltf41785 996.955 OX (30 20)44.9 c6281.2 4 24、實(shí)驗(yàn)測(cè)得2500K鎢絲的法向光譜發(fā)射率如圖所示。設(shè)鎢絲表面為漫射表面，試計(jì)算：(1)輻射力；(2)發(fā)光效率。T/ m.KFb(0 )T/ m.KFb(0)10000.0003248000.6075313000.0043250000.634116000.0197252000.6579419000.0521054000.68033黑體輻射函數(shù)表解

10、：Jl/pnE20( )Eb d2( )Eb d 2Eb d0 bEbEb-1Eb(1)計(jì)算平均發(fā)射率1 Fb(0 2)2(1Fb(0 2)Eb d根據(jù)已知條件1T 2X10-6X 2500=5000rp.K，查得 Fb(0-2)=0.6341計(jì)算可得平均發(fā)射率=0.45 X.6341+0.1 X 1-0.6341) =0.322輻射力E= & b=0.322 5.67 10-82500)4=7.13 105W/m2(2) 取可見光的波長(zhǎng)范圍為 0.38-0.76 pm，貝U 1T 950 m.K, 2T 1900 pm.K查得 Fb(0-0.38)=0.0003, Fb(0-0.76)=0.

11、0521可見光范圍內(nèi)發(fā)出的輻射能為EE(0.38 0.76) = (0.0521-0.0003) 0.45 5.67 10-82500)4=5.16 104 W/m2則發(fā)光效率為-=0.0727=7.27%5、有一小球，直徑為3cm，其表面溫度維持在1000K，表面發(fā)射率為0.6。將其置于直徑為 9cm,內(nèi)外表面發(fā)射率均為0.3的大球體內(nèi)，大球壁厚可忽略不計(jì)。將大球置于溫度為300K的房間內(nèi)。計(jì)算當(dāng)大球表面溫度恒定時(shí)，小球表面的熱損失。解： 已知 小球 di=3cm， a=0.6, Ti=1000K，大球d2=9cm, 2=0.3，房間 T3=300K設(shè)大球表面溫度為T2解法一: 根據(jù)題意，大

12、球內(nèi)表面與小球間的輻射傳熱量等于外表面與房間的輻射傳熱量。小球與大球之間的輻射傳熱量為(1)Eb1 Eb21,2 11 1 121A1AX1,22A2大球與房間的輻射傳熱量為2,32 A2 ( Eb2Eb3)(2)Eb1 Eb211 1121A1A1X 1,22A22A2(Eb2Eb3)上式中,A1= nd2= nX32=28.27cm2A2= n22= n92=254.47cm2X1,2=14=0.62=0.34-8442Eb1= T14=5.67 X08X0004=5.67 X04W/m2Eb3= T34=5.67 X0-8X3004=459.3W/m2解得Eb2=9530.43 W/m2或T2=640.3K小球表面熱損失1,22,3 =69.2