2007傳熱學(xué)試卷(1)答案

1、2007傳熱學(xué)試卷（1）標(biāo)準(zhǔn)答案一.填空題：（共20分）評分標(biāo)準(zhǔn)：每個空格1分1 表征材料導(dǎo)熱能力的物理量是_導(dǎo)熱系數(shù)_。2 努謝爾特準(zhǔn)則的表達(dá)式是_hl/_。式中各符號的意義是_為導(dǎo)熱系數(shù)_、_l特征尺寸_、_h為對流換熱系數(shù)_。3 凝結(jié)換熱有_膜狀凝結(jié)_和_珠狀凝結(jié)_兩種換熱方式，其中_珠狀凝結(jié)_的換熱效果好。4 飽和沸騰曲線有四個換熱規(guī)律不同的區(qū)域，分別指_自然對流_、核態(tài)沸騰_、_過渡沸騰_、_穩(wěn)定膜態(tài)沸騰_。5 管外凝結(jié)換熱，長管豎放比橫放的換熱系數(shù)要_小_。是因為_膜層較厚_的影響。6 決定物體導(dǎo)熱不穩(wěn)定狀況下的反應(yīng)速率的物理量是_導(dǎo)溫系數(shù)_。7 定向輻射強(qiáng)度與方向無關(guān)的規(guī)律，稱_

2、蘭貝特定律_。8 換熱器熱計算的兩種基本方法是_平均溫壓法_和_傳熱單元數(shù)法_。汽化核心數(shù)受_壁面材料_和_表面狀況、壓力、物性_的支配。二問答及推倒題：（共50分）1.名詞解釋（10分）評分標(biāo)準(zhǔn)：每小題2分角系數(shù)：把表面1發(fā)出的輻射能落到表面2上的百分?jǐn)?shù)，稱為表面1對表面2的角系數(shù)。肋效率：灰體：物體的單色吸收率與投入輻射的波長無關(guān)的物體。bi準(zhǔn)則：bi=hl/=固體內(nèi)部的導(dǎo)熱熱阻與外部的對流換熱熱阻之比。定性溫度：在準(zhǔn)則方程式中用于確定物性參數(shù)的溫度。2設(shè)一平板厚為，其兩側(cè)表面分別維持在溫度t1及t2，在此溫度范圍內(nèi)平板的局部導(dǎo)熱系數(shù)可以用直線關(guān)系式=0（1+bt）來表示，試導(dǎo)出計算平板中

3、某處當(dāng)?shù)責(zé)崃髅芏鹊谋磉_(dá)式，并對b0、b0及b0的三種情況畫出平板中溫度分布的示意曲線。（10分）解：應(yīng)用傅里葉定律：2分分離變量：對x作0到的積分：即：6分由于q與x無關(guān)，故由可知t沿x的變化型線與b值的關(guān)系如圖所示。2分b0b03已知：如圖，有內(nèi)熱源的二維導(dǎo)熱區(qū)域，一個界面絕熱，一個界面等溫（包括節(jié)點(diǎn)4），其余兩個界面與溫度為tf的流體對流換熱，h均勻，內(nèi)熱源強(qiáng)度為，求節(jié)點(diǎn)1、2、5、6、9、10的離散方程式。（12分）解：節(jié)點(diǎn)1：節(jié)點(diǎn)2：節(jié)點(diǎn)5：節(jié)點(diǎn)6：節(jié)點(diǎn)9：節(jié)點(diǎn)10：化簡從略。評分標(biāo)準(zhǔn)為每個節(jié)點(diǎn)2分。4.管內(nèi)湍流強(qiáng)制對流換熱時，nu數(shù)與re數(shù)和pr數(shù)有關(guān)。試以電加熱方式加熱管內(nèi)水的強(qiáng)制

4、對流換熱為例，說明在實驗過程中應(yīng)測定哪些物理量。（10分）解：由題意：可知nu=f(re,pr)而 ， ， 2分表面?zhèn)鳠嵯禂?shù)h又下式確定 2分流速由下式確定 2分式中c為加熱量，如為電加熱，管道外表面絕熱良好，c=iu，qv為通過管內(nèi)的流體體積流量，twi為內(nèi)壁平均溫度，tf為流體平均溫度，。因此，實驗過程中要測量的量包括：4分（1）加熱電流i和電壓u，以此獲得c；（2）流體進(jìn)出口溫度和內(nèi)壁溫度。（3）流體體積流量。（4）管子幾何尺寸：管徑，管長；（5）所有流體物性由流體平均溫度查取水的物性而得。5為什么蒸氣中含有不凝結(jié)氣體會影響凝結(jié)換熱的強(qiáng)度？（8分）解：不凝結(jié)氣體的存在，一方面使凝結(jié)表面附

5、近蒸氣的分壓力降低，從而蒸氣飽和溫度降低，使傳熱驅(qū)動力即溫差減??；另一方面凝結(jié)蒸氣穿過不凝結(jié)氣體層到達(dá)壁面依靠的是擴(kuò)散，從而增加了阻力。上述兩方面的原因使不凝結(jié)氣體存在大大降低了表面?zhèn)鳠嵯禂?shù)，使換熱量降低。所以實際冷凝器中要盡量降低并排除不凝結(jié)氣體。四：計算題：（共50分）1一臺逆流式換熱器剛投入工作時在下列參數(shù)下運(yùn)行：t1=360，t1”=300，t2=30，t2”=200，qm1c1=2500w/k，k=800w/(m2.k)。運(yùn)行一年后發(fā)現(xiàn)，在qm1c1、qm2c2、 及t1、 t2保持不變的情形下，冷流體只能被加熱到162，而熱流體的出口溫度則高于300。試確定此情況下的污垢熱阻及熱流

6、體的出口溫度。（20分）解：不結(jié)垢時，360 30020030 圖2分4分3分2分結(jié)垢后，2分由 3分1分3分2一有涂層的長工件表面采用附圖所示方法予以加熱烘干。設(shè)加熱器表面溫度ts=800k，s=1。工件表面溫度維持在tp=500k，p=1。工件及加熱表面在垂直于紙面方向均為無限長。bs=0.15m，bp=0.3m，l=0.2m。試對下列兩種情形確定施加在單位長度上的電功率：（1）環(huán)境溫度為300k的大空間；（2）環(huán)境是絕熱的。對流可以不考慮。設(shè)工件的另一面絕熱。（20分）解：（1）利用交叉線法算出加熱面對工件的角系數(shù)為0.5827。4分 （2）利用圖（a）算出換熱量為3145w/m6分 圖

7、4分（3）利用圖（c）算出換熱量為2672w/m6分3一塊尺寸為10mm×10mm的芯片（附圖中的1）通過厚0.02mm的環(huán)氧樹脂層（附圖中的2）與厚10mm的鋁基板（附圖中的3）相聯(lián)接。芯片與鋁基板間的環(huán)氧樹脂的熱阻可取為0.9×10-4m2.k/w。芯片及基板的四周絕熱，上下表面與t=25的環(huán)境換熱，表面?zhèn)鳠嵯禂?shù)均為h=150w/( m2.k)。芯片本身可視為一等溫物體，其發(fā)熱率為1.5×104 w/m2。鋁基板的導(dǎo)熱系數(shù)為2600 w/( m.k)。過程是穩(wěn)態(tài)的。試畫出這一熱傳遞過程的熱阻分析圖，并確定芯片的工作溫度。（20分）提示：芯片的熱阻為零，其內(nèi)熱源的生成熱可以看成是由外界加到該節(jié)點(diǎn)上的。解：熱阻分析圖如下圖所示：r1=0.9×10-4 r2=/x r3=1/htc t tr3=1/h _圖6分_6分_6分解出 tc=75.5_2分4一根外徑為25mm的管子，其表面溫度為107，若用12根等距分布的縱肋裝在管面上，試求傳熱量增加的百分率。已知肋厚2.5mm，肋高19mm，肋片的導(dǎo)熱系數(shù)=111w/(m.k)，周圍空氣的溫度為17，換熱系數(shù)為10w/(m2.k)。提示：thx=(ex-e-x)/(ex+e-x) （20分）評分標(biāo)準(zhǔn)：按步計分解：