《傳熱學(xué)B》期末考試試題及答案

1、姓名:學(xué)號(hào):班級(jí):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卷學(xué)年學(xué)期：1314-2考試時(shí)間：2014-5-28一、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.無關(guān) D.不確定4、Pr 1 ,則（）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.對流換熱表面?zhèn)鳠嵯禂?shù)C.熱擴(kuò)散

2、系數(shù) D.普朗特?cái)?shù)6、下列那種說法錯(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)與黑體溫度無關(guān)7、大空間小物體輻射換熱過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./I、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、 0是屬于第二類邊界條件。（V ）3、無限大平板的非穩(wěn)態(tài)導(dǎo)熱過程中 ，與Bi、Fo和乙有關(guān)。（V ）4、流體外掠平板過程的分析解法依據(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、有限空間自然對流換

3、熱中空間的幾何參數(shù)對換熱效果影響較小。（X ）6、黑體輻射力是定向輻射強(qiáng)度的倍。（，）三、實(shí)驗(yàn)題（10分）1、穩(wěn)態(tài)平板法測定絕熱材料的導(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、簡答題（每小題5分，共20分）1、對于室內(nèi)安裝的暖氣設(shè)施，試說明從熱水至室內(nèi)空氣的熱量傳遞過程中，包含哪些傳熱環(huán)節(jié)？答：熱水到管內(nèi)壁為對流傳熱，管內(nèi)壁到外壁為導(dǎo)熱，管外壁到室內(nèi)為對流傳熱及輻

4、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)什么原理建立起來的？tttt?答：cxxyyzz能量守恒定律和傅里葉定律3、試說明Bi數(shù)的物理意義，Bi 一。和Bi 8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 - J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e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e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，與投入輻射的波長分布及

5、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)均可視為無限大。已經(jīng)板B中心點(diǎn)的過余溫度下降到初值的一半需要21min,問A板達(dá)到同樣的溫度工況需多少時(shí)間?則導(dǎo)熱系數(shù)入熱擴(kuò)散率a相同。解：已知流體與兩板表面?zhèn)鳠嵯禂?shù) h-8,且板的材料相同,設(shè)板B的半厚為6,則板A的半厚為2 £板A中心點(diǎn)參數(shù)BiAmA 1BiA0A 2板B中心點(diǎn)參數(shù)BiBh-=oo-工=0BiB0B 2可推斷Fob可得Foa4 b =4>21=84min2、有一墻體表面溫度為400 C ,在其

6、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15Co計(jì)算通過單位面積墻體產(chǎn)生的散熱損失。解:解法一:原題可轉(zhuǎn)化為兩層平壁穩(wěn)態(tài)導(dǎo)熱情況。已知t1=400C, &=1cm,堂=3cm,歸=0.22W/m.K , ；2=0.06W/m.Kh=60 W/m2.C, tf=15C通過兩層平壁單位面積的導(dǎo)熱量為(1)全部導(dǎo)熱量通過對流傳熱散失到環(huán)境中，故h(t3 tf )(2)聯(lián)立兩式，得t3=26.3Cq=679.4W/m2解法二: 以墻體表

7、面溫度與環(huán)境溫度作為溫差進(jìn)行考察，則有總熱阻 r,1四00320.57 m2.K/W12 h 0.20.06 60t 400 152q - 679.4W/mR 0.573、水以1.5m/s的平均速度流經(jīng)內(nèi)徑為16mm,長度為2m的直管。水入口溫度為20C ,出口溫度為30Co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/ccp_10Prkg /m3J/(kg K)W/(m K)m2 / s20998.241830.5991.0067.0230995.741740.6180.8055.42解:水的定性溫度tf=25C,通過查表

8、可得0.6085W/(m.K),0.9055 10 6m2/s, Pr=6.22996.95kg/3m , Cp4178.5J /(kgK)c ud 1.5 0.016Re -60.9055 10_42.65 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。5分故n取0.4。(1) Nu 0.023Re0.8 Prn,水被加熱,Nu0.023Re0.8 Pr0.4 0.023 (2.65 104)0.8 6.220.4 165.16_ _2h (Nu )/d (165.16 0.6085)/0.016 6281.2W/(m K)（2）水在管內(nèi)的吸熱量等于水與管壁

9、內(nèi)表面的對流換熱量hA(tW tf) qmCp(tf tf)將已知條件代入上式d 2Cp u (tf tf )4hdlT/ 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:x 4178.5 996.95 1.5 0.016 (30 20)tf 25 44.9 C6281.2 4 24、實(shí)驗(yàn)測得2500K鴇絲的法向光譜發(fā)射率如圖所示。設(shè)鴇絲表面為漫射表面，試計(jì)算： (1) 輻射力；(2)發(fā)光效率。5分(1)計(jì)算平均發(fā)

10、射率 22E 0 ( )Eb d 2 ( )Eb d _0Eb d2 Eb dEE-1 E 2 Ebbbb=1 Fb(0 2)2(1Fb(0 2)根據(jù)已知條件1T 2M0-6X2500=5000mi.K,查得 Fb(0-2)=0.6341計(jì)算可得平均發(fā)射率=0.45)0.6341+0.1 X( 1-0.6341) =0.322輻射力E= £ b=0.322 5.67 10-8 >(2500)4=7.13 105W/m2(2) 取可見光的波長范圍為 0.38-0.76叩，則1T 950叩.K, 2T 1900 pm.K查得 Fb(0-0.38)=0.0003, Fb(0-0.76

11、)=0.0521可見光范圍內(nèi)發(fā)出的輻射能為EE(038 0.76) = (0.0521-0.0003) 0.45 5.67 10-8 ><2500)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300K9cm,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 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 d1=3cm, 1=0.6, T1=1000K,大球d2=9cm, 2=0.3,房間 T3=300K設(shè)大球表面溫度為T2

12、解法一:根據(jù)題意，大球內(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o小球與大球之間的輻射傳熱量為1,2I 11A1Eb1 Eb2 11 2AX1,22A2大球與房間的輻射傳熱量為2,32A2 ( Eb2Eb3)Eb1 %111121A1A1X 1,22A22 A2(Eb2Eb3)(1)(2)上式中，A1=兀 12=兀C2=28.27cm2A2=兀 22=兀X92=254.47cm2X1,2=14=0.62=0.3Eb1= T14=5.67 10-8X10004=5.67 104W/m2Eb3= T34=5.67 10-8M004=459.3W/m2解得Eb2=9530.43 W/m2或T2=640.3K小球表面熱損失1,223