華電保定專(zhuān)業(yè)課2002-2010年考研真題及答案-傳熱學(xué)

1、華北電力大學(xué)2002年碩士研究生入學(xué)考試試題1.2.3.4.、簡(jiǎn)答題（每小題6分，共36分）寫(xiě)出傅立葉導(dǎo)熱定律的數(shù)學(xué)表達(dá)式，式中沒(méi)有出現(xiàn)時(shí)間變量，為什么同樣可 以分析非穩(wěn)態(tài)導(dǎo)熱問(wèn)題？（華電，02）在對(duì)實(shí)際傳熱問(wèn)題的分析計(jì)算中，采用合理的假設(shè)可以使問(wèn)題得到很大的簡(jiǎn) 化，請(qǐng)舉兩個(gè)導(dǎo)熱問(wèn)題的例子給以說(shuō)明（華電，02）。寫(xiě)出基爾霍夫定律的不同數(shù)學(xué)表達(dá)式，并給出其適用的條件（華電，02)。5.6.沸騰換熱過(guò)程的臨界熱流密度是如何定義的？對(duì)電加熱沸騰換熱的設(shè)備，控 制臨界熱流密度有何意義？（華電，02）分析室內(nèi)暖氣片的散熱過(guò)程，各個(gè)環(huán)節(jié)有哪些熱量傳遞方式？在熱水溫度一 定的情況下，你能提出一些提高暖氣片散

2、熱量的措施嗎？（華電，02）影響自然對(duì)流換熱的因素有哪些？（華電， 02）二、（華電，02） 12分一個(gè)功率為的電烙鐵，其形狀可近似看作一個(gè)半徑 很小的短圓柱，初始放在室內(nèi)，然后瞬間通電加熱。（1）分析并列出加熱過(guò)程中烙鐵溫度隨時(shí)間變化的微分方程式（注明式中符 號(hào)的名稱(chēng)）；（2）給出最終穩(wěn)定后確定烙鐵溫度的關(guān)系式。三、（華電，02） 15分在一對(duì)流換熱的實(shí)驗(yàn)中，1（yc的水以1.6m/s的速度流入內(nèi)徑為28mm、外徑為31mm、長(zhǎng)1.5m的管子。管子外表面均勻地繞著電 阻帶作為加熱器，其外還包有保溫層。加熱器的總功率為42.05kW，通過(guò)保溫層的散熱損失為2%，試確定：(1)(2)(3)水管子

3、出口處的平均水溫；管子內(nèi)表面的傳熱系數(shù)；管子外表面的平均壁溫。3的物性參數(shù)如下： P = 1000kg/m ， cp =4.187kJ/（kg C），k=0.586W/（m C），v=1.2x10 m /s， P r = 8.57 ;管材的導(dǎo)熱系數(shù)為 18W/（m C ）;管內(nèi)對(duì)流換熱的實(shí)驗(yàn)關(guān)聯(lián)式：層流：Nu=3.66，紊流：Nu =0.027Re0.8Pr0.33，不需考慮入口效應(yīng)四、（華電，02） 12分直徑為0.5m的球內(nèi)表面，被一水平面劃分成相等的上、下兩部分，上、下部分的結(jié)合處完全絕熱。上半球溫度為450K，發(fā)射率為0.8;下半球溫度為350K，發(fā)射率為0.6。球面為漫射灰體。試確定

4、上、下兩 球表面的輻射換熱量？五、（華電，02） 15分考察一同心套管式換熱器，該換熱器的特點(diǎn)是具有均勻 的總傳熱系數(shù)，并在下列條件下工作：質(zhì)量流量qm（kg/s）比熱容 cp J / kg K )進(jìn)口溫度 t' C出口溫度 t" C冷流體0.12542004095熱流體0.1252100210求：熱流體出口溫度,換熱器的效能是多少，對(duì)于最小的尺寸和重量要求，換熱器應(yīng)以順流式還是逆流式工作 ？對(duì)于這兩 種流動(dòng)條件所需的面積比是多少？六、(華電，02) 10分一鍋爐省煤器的管子尺寸為外徑 32mm、壁厚4mm, 管材的導(dǎo)熱系數(shù)為52W/(m X )，若煙氣側(cè)的總換熱系數(shù)(包括對(duì)

5、流和輻射) 為8W/(m2 X ),管內(nèi)水側(cè)換熱系數(shù)為5012W/m2 X。試求：(1) 計(jì)算省煤器的傳熱系數(shù)K (傳熱面積以管外表面為基準(zhǔn))，(2) 分析管壁熱阻及兩側(cè)換熱熱阻對(duì)傳熱系數(shù) K的影響，(3) 長(zhǎng)時(shí)間運(yùn)行后傳熱過(guò)程會(huì)發(fā)生什么變化？華北電力大學(xué)2003年碩士研究生入學(xué)考試試題一、選擇和填空（每小題5分，共50分）1. （華電，03）為了強(qiáng)化換熱器的換熱效果，應(yīng)主要降低表面?zhèn)鳠嵯禂?shù) 小 （大; ?。┑囊粋?cè)的熱阻。（華電，03）國(guó)家標(biāo)準(zhǔn)規(guī)定，凡平均溫度不高于350°C時(shí)導(dǎo)熱系數(shù)不大于0.12W/（m "K ）的材料稱(chēng)為保溫材料。23.（華電，03）若爐膛內(nèi)的火焰溫度

6、在1400C，則爐膛火焰中最大光譜輻射能量 所對(duì)應(yīng)的波長(zhǎng)約為1.73Am 0 84.（華電，03）在圓筒壁穩(wěn)態(tài)導(dǎo)熱問(wèn)題中,當(dāng)內(nèi)壁溫度 小于外壁溫度 時(shí)，其壁 內(nèi)溫度分布應(yīng)為下圖中的a （a; b;c） o 25.6.7.（華電，03）研究對(duì)流換熱的一種方法是比擬法，它是指通過(guò)研究熱量 傳涕和動(dòng)量傳遞之間的共性,以建立表面?zhèn)鳠嵯禂?shù)與阻力系數(shù)相互關(guān)系的方法。5（華電，03）蒸氣與低于飽和溫度的壁面接觸時(shí)有兩種不同的凝結(jié)方式，它們 分別是珠狀凝結(jié)和膜狀凝結(jié)。7（華電，03） 長(zhǎng)圓管被置于方形通道的正中間，如本題附圖所示，則角系數(shù)X1,2 為翌0 94a瑰8.（華電，水銀；（華電t = c1x203）

7、在常溫下下列工質(zhì)的Pr數(shù)最小的是£（ a.水；b.空氣；c.d .11號(hào)潤(rùn)滑油）。，03 ） 一無(wú)內(nèi)熱源的無(wú)限大平板中的溫度分布可以表示成 + C2X +5的形式，其中C1、C2和C3為已知的常數(shù)，導(dǎo)熱系數(shù)為 幾。此時(shí)刻在X = 0的表面處的熱流密度為- /-c2 0 210.（華電，03）自然對(duì)流換熱的格拉曉夫數(shù) Gr表示b（ a.慣性力與粘性力;b.浮升力與粘性力；c.浮升力與慣性力）之比的一種度量。6二、問(wèn)答題（每小題10分，共60分）1. （華電，03） 個(gè)常物性、無(wú)內(nèi)熱源的二維非穩(wěn)態(tài)導(dǎo)熱問(wèn)題，在直角坐標(biāo)系中 利用數(shù)值方法進(jìn)行求解，試列出內(nèi)部節(jié)點(diǎn)的顯示格式差分方程9X工Ay

8、）。34,.*21 1 *111* 1 '11-t2 tl .t3 tl , 、- t4 tl .t5 tl .門(mén)dtA Tv + /h T'Ax + 九 F'Av + 人 TfAx = He 'Ax 'Ay *ZAyZAydi2. （華電，03）利用遮熱板可以減少兩個(gè)輻射表面之間的輻射量。若保持兩側(cè)平 板溫度不變，所放遮熱板的位置對(duì)減弱輻射換熱量的效果有無(wú)影響？若遮熱 板兩側(cè)的發(fā)射率（黑度）不同，正向與反向放置對(duì)減弱輻射換熱量又有無(wú)區(qū) 別？遮熱板的溫度有無(wú)區(qū)別？ 9答：設(shè)如圖所示，Eu無(wú)遮熱板前：匸-giSiA I AiXd Stk iEu Em加遮熱

9、板后； 丄1七 11-已IT L IFeiA I AiXij EiAj eiAi A iXiie油$（1）與位置無(wú)關(guān)。（2）由圖知遮熱板兩側(cè)的發(fā)射率不同時(shí)，遮熱板正向、反向放置時(shí)對(duì)減弱輻 射換熱量沒(méi)有區(qū)別。（3）由于遮熱板兩面的發(fā)射率不同，則兩面對(duì)輻射熱流的熱阻不同，所以遮 熱板的溫度有區(qū)別。3. （華電，03）如本題附圖中所示放置于大容器內(nèi)的小容器中的水能否發(fā)生沸騰 現(xiàn)象？并解釋。答：沸騰換熱是在液體內(nèi)部固液面上形成氣泡從 而實(shí)現(xiàn)熱量由固體傳遞給液體的現(xiàn)象。由此，其 產(chǎn)生條件是固體表面溫度tw高于液體飽和溫度ts ，又因?yàn)榇笮∪萜鹘橘|(zhì)均為水，則小容器沸騰 傳熱的驅(qū)動(dòng)力M=0，q =hit =

10、0，貝U小容器中的水不能沸騰。4. （華電，03）試說(shuō)明Bi數(shù)的物理意義，BiT 0和EiT處各代表什么樣的換 熱條件？有認(rèn)為Bi T 0代表絕熱工況，你是否贊同這一觀點(diǎn)，為什么？3答：（1） Bi，A其中，h為表面?zhèn)鳠嵯禂?shù)，A為物體導(dǎo)熱系數(shù)，l為物體的特征長(zhǎng)度。Bi數(shù)表示物體導(dǎo)熱傳熱熱阻與表面換熱熱阻的比值，即：Bi 二1 h當(dāng)Bi T 0時(shí)，即扎T處，0，導(dǎo)熱熱阻遠(yuǎn)小于表面換熱熱阻,為第三類(lèi)邊界條件；1當(dāng)BiT處時(shí)，即丄T0=hT處，此時(shí)表面換熱熱阻遠(yuǎn)小于導(dǎo)熱熱阻，h1 «-，為第一類(lèi)邊界條件；h 幾（2）不贊同，代表絕熱工況是不正確的， BiT 0表示邊界熱阻相對(duì)于內(nèi)部熱 阻較

11、大，邊界上有熱流；而絕熱工況是邊界上沒(méi)有熱流。5. （華電，03）解釋螺旋管、短管和小管徑管強(qiáng)化傳熱的原理。6答：管內(nèi)的傳熱熱阻主要集中在邊界層處，螺旋管的作用是增加流體在管內(nèi)擾動(dòng)， 破壞邊界層，減薄邊界層厚度，螺旋管內(nèi)的流體在向前運(yùn)動(dòng)的過(guò)程中連續(xù)地 改變方向，因此會(huì)在橫截面上引起二次環(huán)流而強(qiáng)化傳熱。短管的作用主要是加強(qiáng)入口段效應(yīng)以強(qiáng)化傳熱，在入口段流體流速增加，邊 界層減薄，從而強(qiáng)化傳熱。小管徑管：相同質(zhì)量流體通過(guò)小管徑管的流速大于大管徑管，可以減薄邊界 層厚度，增加表面?zhèn)鳠嵯禂?shù)，減小表面?zhèn)鳠釤嶙?，?qiáng)化傳熱。相同質(zhì)量流體 用多根小管徑管代替大管徑管可以增加比表面積，強(qiáng)化傳熱。6. （華電，0

12、3）由三個(gè)表面組成了一個(gè)封閉的系統(tǒng)，其中表面 3為重輻射面，畫(huà) 出該系統(tǒng)輻射換熱的網(wǎng)絡(luò)圖，注明各熱阻的表達(dá)式。答：系統(tǒng)輻射換熱的網(wǎng)絡(luò)圖如下所示：三、計(jì)算題（每小題20分，共40分）1. （華電，03）在考慮一建筑物冬天的采暖設(shè)計(jì)中，需要確定墻壁的散熱情況， 已知墻壁的厚度為40cm，墻壁材料的導(dǎo)熱系數(shù)為0.25W /（m * ）,要求室內(nèi)的空氣溫度在18C，墻壁外側(cè)和內(nèi)側(cè)的表面?zhèn)鳠嵯禂?shù)分別為34W/(m2 X )和8W/(m2 K )，計(jì)算下面兩種情況下通過(guò)墻壁的熱流密度為多少？(1) 在白天，室外空氣的平均溫度為-5C，該墻壁外側(cè)實(shí)際吸收環(huán)境的總輻 射能為80W/m2 ;(2) 在夜晚，室外

13、空氣的平均溫度為 10C，天空的有效輻射溫度為-30C， 墻壁的發(fā)射率為0.85。2. (華電，03)某220t/h高壓鍋爐的低溫省煤器采用叉排、逆流布置，管子為 25x3mm，橫向節(jié)距70mm，縱向節(jié)距30mm，總的受熱面積為570m2，已知 煙氣的入口溫度為384C，通過(guò)省煤器的實(shí)際煙氣流量為142m3/s，煙氣平均 流速(最小截面處)為 8.5m/s，給水的入口溫度為215°C，給水流量為59.6kg/s。管材的導(dǎo)熱系數(shù)為30W/(m K ),壁面的灰污熱阻取0.002(m2 ”K ), 忽略煙氣側(cè)輻射換熱的影響和管內(nèi)側(cè)對(duì)流換熱熱阻。計(jì)算煙氣側(cè)的表面?zhèn)鳠嵯禂?shù)；計(jì)算受熱面的總傳熱

14、系數(shù)，為何忽略管內(nèi)側(cè)對(duì)流換熱熱阻? 該受熱面積能否將給水溫度加熱到245C ?(1)(2)(3)附注：(1)推薦的外掠叉排管束對(duì)流換熱實(shí)驗(yàn)關(guān)聯(lián)式為：I s1NUf =0.35 低丿r 0.6RefPrf0.36S<2S2.a 0.6 0.36NUf =0.4RefPrfs式中定性溫度為管束進(jìn)出口流體的平均溫度，按管束的平均壁溫計(jì)算,速度為最小截面處的平均流速，特征尺度取管子外徑。(2)煙氣和水的物性參數(shù)：煙氣在平均溫度下的熱物理性質(zhì)如下：f7(kg/m 3)cp / k J / ( kKg)兀咒102/ W / (m ) vx106/(m/s)0.571.1355.2552特征Pr0.6

15、45水的定壓比熱近似取4.68J/(kg K 華北電力大學(xué)2004年碩士研究生入學(xué)考試試題、選擇和填空（每小題5分，共50分）1.（華電，04）下列材料在常溫下導(dǎo)熱系數(shù)最大的是（a）.純銅；（b）.純鐵；（C）.黃銅；（d）.不銹鋼2.3.4.5.6.In r1 h 2威I。（華電，04） 個(gè)含有內(nèi)熱源的大平板，其導(dǎo)熱系數(shù)為50W/（mK ），測(cè)得在2穩(wěn)定情況下，其內(nèi)部溫度分布為：t=50 -2500x，則平板內(nèi)的內(nèi)熱源生成率53為 2.5x105W/m3。2（華電，04）大空間飽和沸騰曲線(xiàn)可分為自然對(duì)流、 核態(tài)沸騰、過(guò)渡沸騰和置 定膜態(tài)沸騰 四個(gè)階段。7（華電，04）對(duì)于管內(nèi)湍流換熱的實(shí)驗(yàn)關(guān)

16、聯(lián)式，當(dāng)管長(zhǎng)較短時(shí)，需要進(jìn)行入口 效應(yīng)修正，其修正系數(shù)是一個(gè) 0 （ a大于1； b小于1）的值。畢渥準(zhǔn)則數(shù)Bi的表達(dá)式為Bi =世，傅里葉準(zhǔn)則數(shù)Fo的表達(dá)式為A（華電，04）通過(guò)單層圓筒壁導(dǎo)熱的熱阻表達(dá)式為（華電，04）7.（華電，04）X2.A =0.1，附圖1中表面1對(duì)表面2的角系數(shù)Xi,2為0.125。已知X2,（14A） =0-151.5mlin附圖18.（華電，04）對(duì)于粘度很大的油，當(dāng)進(jìn)行外掠平板的對(duì)流換熱時(shí)，在同一位置， 其流動(dòng)邊界層厚度和溫度邊界層厚度的關(guān)系是： b （ a .6止6； b . > ;C .5 < 6）9.（華電，04） 個(gè)肋片，測(cè)得其肋基處溫度為

17、800 ,周?chē)鷼怏w溫度為30C, 表面?zhèn)鳠嵯禂?shù)取20W/（m2水），肋片表面積為0.2m2，查得該肋片的效率為 0.6,則該肋片的實(shí)際散熱量為120W。210.（華電，04） 個(gè)可近似認(rèn)為是漫射灰體的表面，其溫度為 500K，表面的發(fā) 射率為0.5,測(cè)得該平板得到的投入輻射為800W/m2，此時(shí)該平板的有效輻 射為 2171.879W/m2。8二、簡(jiǎn)答題（每小題8分，共40分）1. （華電，04）解釋定向輻射強(qiáng)度和輻射力，對(duì)于黑體，給出二者的關(guān)系式。 答：定向輻射強(qiáng)度：?jiǎn)挝粫r(shí)間內(nèi)，單位有效可見(jiàn)面積發(fā)射出去落在單位立體角上d<&的輻射能。定向輻射強(qiáng)度與方向無(wú)關(guān)，即：L（£

18、 ）=。dAdO cosB輻射力：?jiǎn)挝粫r(shí)間內(nèi)，單位有效面積輻射出去落在單位立體角上的輻射能。 E=Lyi2. （華電，04）以外掠平板的對(duì)流換熱為例，對(duì)流換熱問(wèn)題的數(shù)學(xué)描述包括哪些方程（只需要文字?jǐn)⑹黾纯桑?？理論上如何求得表面?zhèn)鳠嵯禂?shù)？ 5答：對(duì)流換熱問(wèn)題的數(shù)學(xué)描述包括：能量方程；動(dòng)量方程；質(zhì)量方程。y蘭,可解得某處以上方程加上定解條件并結(jié)合對(duì)流換熱微分方程 h = -土空At cy1的對(duì)流換熱系數(shù)hx，積分得對(duì)流換熱系數(shù)h- fhxdx。I，3. （華電，04）為強(qiáng)化一臺(tái)冷油器的傳熱，有人采用提高冷卻水流速的方法，但 發(fā)現(xiàn)效果并不顯著。試分析原因。-0答：強(qiáng)化傳熱的原則是：強(qiáng)化傳熱系數(shù)小，熱

19、阻大的一側(cè)。而水的表面換熱系數(shù) 比油的表面換熱系數(shù)大，水側(cè)表面換熱熱阻相對(duì)于油側(cè)的表面換熱熱阻較小， 因此主要傳熱熱阻在油側(cè)，所以強(qiáng)化水側(cè)的換熱效果不明顯，應(yīng)強(qiáng)化油的換 熱。4. （華電，04）為什么少量的不凝結(jié)氣體存在就會(huì)使凝結(jié)換熱大大惡化？7 答： 不凝結(jié)氣體的存在會(huì)降低水蒸氣的分壓，從而降低水蒸氣 開(kāi)始凝結(jié)的凝結(jié)溫度，使蒸氣降低到更低的溫度才能放出汽化潛熱，使凝結(jié)換熱惡化。 由于不凝結(jié)氣體的存在使得蒸汽的熱量向壁面?zhèn)鬟f過(guò)程中增加了一個(gè)熱 阻，而且不凝結(jié)氣體的熱阻很大，所以使凝結(jié)換熱大大惡化。5. （華電，04）太陽(yáng)能集熱器的結(jié)構(gòu)通常是將一組集熱管放在一個(gè)密封的箱體內(nèi)， 上面是透明的玻璃板

20、。解釋為何采用這樣的結(jié)構(gòu)，對(duì)集熱管表面的涂層有什 么樣的要求？ 8答：集熱管放在密封的箱體內(nèi)是為了防止集熱管與外面空氣對(duì)流換熱放出熱量； 太陽(yáng)有效輻射大部分集中在短波范圍內(nèi)，集熱管上的玻璃對(duì)太陽(yáng)輻射的短波 是透明的，短波可以通過(guò)玻璃被集熱管吸收；集熱管的輻射集中在紅外線(xiàn)范 圍內(nèi)，玻璃對(duì)紅外線(xiàn)是不透明的，玻璃將集熱管輻射的紅外線(xiàn)阻擋在集箱內(nèi) 起到保溫作用。集熱管表面的涂層應(yīng)是表面發(fā)射率小的材料，即：集熱管的表面換熱熱阻 大，使集熱管的有效輻射減小。三、分析求解（各7分，共14分）-.（華電，04）如附圖2所示一個(gè)常物性、無(wú)內(nèi)熱源的二維穩(wěn)態(tài)導(dǎo)熱問(wèn)題，列出 圖中角部節(jié)點(diǎn)A的差分方程式。與 2齊0沙B

21、 Ta魚(yú)+八C tA範(fàn)+/Xx 2- qAPftEEhjjc2. （華電，04） 塊大平板，一側(cè)被電加熱器均勻加熱，另一側(cè)為第三類(lèi)邊界條 件,通電前平板處于環(huán)境溫度，電熱器給出恒定的熱流密度qW/m2 ?，F(xiàn)突 然合上開(kāi)關(guān)。畫(huà)出初始狀態(tài)和最后穩(wěn)定以及中間兩個(gè)時(shí)刻平板內(nèi)的溫度分布 曲線(xiàn)。答：如圖所示：初始時(shí)刻為1線(xiàn)，此時(shí)大平板的溫度為tfC。中間時(shí)刻兩條曲線(xiàn) 為1和2線(xiàn)。最后穩(wěn)定后的溫度分布為4線(xiàn)。四、計(jì)算題（共46分）1.（華電，04） （11分）儲(chǔ)存液氮的鋼瓶采用中間抽真空的雙層結(jié)構(gòu)。若剛裝入 液氮后，內(nèi)筒壁的溫度為-196C，外筒壁的溫度為-30C，內(nèi)、外筒壁的面積 分別近似為0.03m2和

22、0.35m2，內(nèi)、外筒表面的發(fā)射率均為 0.45。（1）計(jì)算此時(shí)單位時(shí)間鋼瓶的散熱量？Eb21 1 * J 1l-c,11Eb1J1 J2Xi.a AiAlt:X1,2A1 =X2,1A2，X1,2 +X2,1=1由角系數(shù)的性質(zhì)得:可解得：X1,2 =1，X2,X1,2AA2l5.6727I 100 丿V 100 丿(273+t2 丫廠(chǎng)<273+30丫2 I = 5.67X1 I =477.918W/m2 I 100 丿I 100 丿單位時(shí)間鋼瓶的散熱量為：273+鮎¥= 1.993W/m2Eb2 - Ebi(477.918-1.9931-0.45=4.367W=匕11+ 1

23、J 7 I045 +AdX1,2 A,A2©20.03x0.45 1x0.03 0.035x0.45(2)為進(jìn)一步減少散熱損失，可采用哪些方法？ 答： 在內(nèi)、外筒涂上發(fā)射率低的材料，增加表面熱阻。 在內(nèi)、外筒之間安裝遮熱板，減少內(nèi)、外筒之間的換熱。2.(華電，04) (15分)一臺(tái)逆流式換熱器剛投入工作時(shí)，測(cè)得的運(yùn)行參數(shù)如下： 熱流體的進(jìn)出口溫度分別為=360匕和=300匕，冷流體的進(jìn)出口溫度分別為t/ =30"C和t/ = 200C，熱流體的熱容量 qm1c = 2500W/K 1，換 熱器的面積為0.892m2。10(1) 計(jì)算該換熱器在剛投入工作時(shí)的傳熱系數(shù)；(2)

24、若運(yùn)行一年后，在冷、熱流體的進(jìn)口溫度(t/.t/)及熱容量(qm1C1,qm2C2)保 持不變的情況下，測(cè)得冷流體只能被加熱到162C，計(jì)算此時(shí)該換熱器的傳熱 系數(shù)；(3) 一年后換熱器的污垢熱阻為多少？解：(1)由能量平衡方程：qm1G(t1'-t1)=qm2C2(t；-t2)得: qm2C2= 250W360300)= 882.35W/Kt；t；200-30換熱量=qm1C1it1 =qm1C1(t11-t1)=2500x(360-300) =1.5>M05W對(duì)數(shù)平均溫差i,也 tmax 也tmin3ZtIn心tminAkitm =qm1C1 也 t1 得:qm1CAt125

25、00X60"ANmko_ (t1t：) (300-30)-(360-200) _210325c./ 300-30、n( 360-200)2%.89210.32799.53W/(m 0rrrr(2)由題知：t1 =360 C , t2 =30 C, t2 =162 C 由能量平衡方程：qm1G(t1'-tj =qm2C2(t； -1；)1*_咲2化27) =360 _882.3M162 -30)=313.41C得:qm1 c1_ 也t max -也t min _In沁也tmin由 Aktm =qm1GAt1 得：,qm1Ct12500X46.59k = 548.85 W /(m

26、A%0.892X237.91Mm2500(t；-t；)-(t；-t；) (313.41-30)-(360-162) =237 gfcti t2ln(3)360-1622k)11 1 1(3)污垢熱阻為：Rf =丄丄='-'=0.000571 (m2 * )/Wk ko 548.85 799.533.(華電，04) (20分)有一塊鋁合金板，表面溫度被均勻加熱到227C，然后垂直地懸掛在一房間內(nèi)進(jìn)行冷卻，室內(nèi)環(huán)境空氣溫度和周?chē)鷫Ρ跍囟确謩e為21C和17C。已知板的面積是0.3天0.3m2，厚度為15mm，表面發(fā)射率(黑度) 為 0.25。(1) 假定在冷卻過(guò)程中任何時(shí)刻，板的內(nèi)部

27、溫度均勻，建立一個(gè)表示板的溫 度隨時(shí)間而變化的關(guān)系式。計(jì)算在冷卻的最初時(shí)刻，表面換熱系數(shù)為多少？計(jì)算在冷卻的最初時(shí)刻，它的冷卻速率(K/s )為多少？鋁合金板的密度取2660 kg/m 3，比熱取871J /(kg ”K );推薦的自然對(duì)流換熱的實(shí)驗(yàn)關(guān)聯(lián)式：Nu =C(Gr Pr)n，對(duì)于符合理想氣a =VT，定性溫度取邊界(2)(3) 附: (1)(2)加熱面形 狀與位 置流動(dòng)情況示意流態(tài)系數(shù)C系數(shù)nGr適用范圍豎平板或豎圓柱.、4/卷 11-:-層流0.591/41043X109過(guò)渡0.02920.393X1092X1010湍流0.111/3>2X1010體性質(zhì)的氣體，格拉曉夫準(zhǔn)則數(shù)

28、中的體積膨脹系數(shù) 層的算術(shù)平均溫度，式中C，n由下表確定：(3)干空氣的熱物理性質(zhì)如下:t/CP/(kg/m 3)Cp/kJ/(kg K)幾 >M02/W/(m -K)vx106/(m2/s)Pr1000.9461.0093.2123.130.6881200.8981.0093.3425.450.6861400.8541.0133.4927.80.684華北電力大學(xué)2005年碩士研究生入學(xué)考試試題一、選擇和填空（每小題5分，共50分）1.（華電，05）下列物質(zhì)在常溫下導(dǎo)熱系數(shù)最小的是（A）水（B）空氣 （C）玻璃（D）巖棉板（華電，05）對(duì)于等截面的直肋片，沿著肋片的高度方向，肋片橫截面

29、上導(dǎo)熱 的熱流量逐漸（B）（A）變大（B）變?。–）不變（D）不確定（華電，05）在橫掠管束的對(duì)流換熱中，平均的表面對(duì)流換熱系數(shù)隨管排數(shù)的 增加（在前幾排）而（A ）。（A）增加（B）不變B ）。2.3.（C）變?。―）不確定4.5.（華電，05）對(duì)于等溫線(xiàn)而言，以下不正確的描述是（A）不同溫度的等溫線(xiàn)可以相交 于邊界（華電，05）工程上主要的輻射性氣體包括（B）等溫線(xiàn)可以封閉A ）。（C）等溫線(xiàn)可以終止6.7.8.9.二氧化碳水蒸氣化硫、甲烷、氟里昂和一氧化碳等，氣體輻射具有 選擇性 和 容積性 的 特點(diǎn)。8（華電，05）努塞爾在對(duì)純凈蒸氣層流膜狀凝結(jié)換熱進(jìn)行理論分析求解時(shí)，忽 略了液膜流動(dòng)

30、過(guò)程中的（A）重力（華電，05）X2.A 二。.1，C ）。7（B）粘性力（C）慣性力附圖1中表面1對(duì)表面2的角系數(shù)Xi,2為 0.125X2（14A） =0.15。已知2_5TriIm附圖1對(duì)于粘度很小的液態(tài)金屬，當(dāng)進(jìn)行外掠平板的對(duì)流換熱時(shí)，在同（華電，05） 一位置，其流動(dòng)邊界層厚度和溫度邊界層厚度的關(guān)系是（A） 6 5（B）> 6（ C） 5 V 6（華電，05）描述黑體輻射能量在空間方向分布規(guī)律的是（A）普朗克定律（B）蘭貝特定律C ）。B ）。8（C）維恩位移定律（D）斯忒藩一波爾茲曼定律10.（華電，05） 個(gè)可近似認(rèn)為是漫射灰體的表面，其溫度為 300K，表面的發(fā) 測(cè)得該平

31、板得到的投入輻射為800W/m2，此時(shí)該平板的射率為0.7,有效輻射為 561.5W/m2二、分析和問(wèn)答題（每小題8分，共40 分）1.（華電，05） 個(gè)常物性、含均勻內(nèi)熱源的二維穩(wěn)態(tài)導(dǎo)熱問(wèn)題，在直角坐標(biāo)系 中利用有限差分的數(shù)值方法進(jìn)行求解，試列出任意內(nèi)部節(jié)點(diǎn)的差分方程(Ax H Ay )。i31411iL 'Ay1i14Ax5XyAy + 幾 _ Ax + 幾 3 iy + Z ix + ixiy = 0 Ay-t2 -tit3 -ti人迥+扎絨AyZ2.（華電，05）什么是黑體、灰體？它們和黑顏色物體、灰顏色物體有何區(qū)別? 答：發(fā)射率為1的物體為黑體；光譜吸收比與波長(zhǎng)無(wú)關(guān)的物體稱(chēng)為

32、灰體； 黑色的物體是物體吸收了可見(jiàn)光中所有的波長(zhǎng)的光； 灰顏色的物體是物體吸收了可見(jiàn)光中此波段的光。3. （華電，05）畫(huà)出大容器飽和沸騰曲線(xiàn)，并注明各個(gè)區(qū)域的名稱(chēng)，解釋臨界熱 流密度的概念。q X10 色W/ m2 ）在核態(tài)沸騰與過(guò)渡沸騰區(qū)段，熱流密度 q隨溫差增大而增大，而在兩區(qū)段過(guò) 渡時(shí)，達(dá)到的最大熱流密度qmax，稱(chēng)為臨界熱流密度。4. （華電，05）試說(shuō)明Bi數(shù)的物理意義，BiT 0和EiT述各代表什么樣的換 熱條件？有人認(rèn)為BiT 0代表絕熱工況，你是否贊同這一觀點(diǎn)，為什么？ 答：Bi數(shù)是物體內(nèi)外熱阻之比的相對(duì)值，BiT 0說(shuō)明傳熱熱阻主要在邊界上，內(nèi)部溫度趨于均勻，可以用集總參數(shù)

33、法 進(jìn)行分析求解；EiT處說(shuō)明傳熱熱阻主要在內(nèi)部，可以近似認(rèn)為壁面溫度就是流體溫度；Bi T 0代表絕熱工況是不正確的，BiT 0表示邊界熱阻相對(duì)于內(nèi)部熱阻較大，邊界上有熱流；而絕熱工況是邊界上沒(méi)有熱流。5. （華電，05）影響自然對(duì)流換熱的因素有哪些？大空間和有限空間的自然對(duì)流 換熱是如何劃分的？ 7答：影響自然對(duì)流換熱的因素有：流體流動(dòng)起因；流體有無(wú)相變；流體流動(dòng)狀態(tài); 換熱表面的幾何因素；流體的物理性質(zhì)。所謂無(wú)限大空間是指邊界層可以自由生長(zhǎng)的空間；而有限空間是指邊界層相 互干擾的空間。三、計(jì)算題（每小題15分，共60分）1.（華電，05） 厚為10cm的金屬大平板，一側(cè)絕熱，另一側(cè)暴露于

34、溫度為30C 的空氣中，表面與空氣之間的表面?zhèn)鳠嵯禂?shù)為450 W/（m 2 K），通電后平板內(nèi)63相當(dāng)于有O.3咒10 W/m的均勻內(nèi)熱源，平板的導(dǎo)熱系數(shù)為18 W/（m .K）。（1）寫(xiě)出描述該問(wèn)題的數(shù)學(xué)描述（導(dǎo)熱微分方程和邊界條件）；解：該問(wèn)題導(dǎo)熱微分方程和邊界條件Ft + & Cr 中=0ex扎dt« X =0,=0dxpixX = 6, 幾=h（t -tf）dx（2）確定平板中的最高溫度及其位置。解：由導(dǎo)熱微分方程和邊界條件解得溫度分布為:*t=(62a2 , *6-x2 )+tfh值，即所以t=軋22Z2.（華電，05）有一暖水瓶膽，可近似看成直徑為 100mm，高

35、為260mm的圓柱X=0 時(shí)溫度取得最大-x2丄丄0.3咒 106r tf"卄0.3"。6".1450+ 30 = 180C其中：A1 = A2，b 1=6十/空ibi o I 100 丿273+to V體，瓶膽夾層（很?。┏槌烧婵?，其表面發(fā)射率（黑度）均為0.05，盛滿(mǎn)開(kāi)水的初始瞬間，夾層兩壁溫度可近似取為 100C和20C。（1）試求此時(shí)通過(guò)瓶膽散熱的熱流量？EbiEbaJi1-Gil-CaAi273 + 100 丫2 =1097.535W/m2 I 100 丿EboI I =5.67x P7320 =417.882W/m2I 100 丿I 100 丿(109

36、7.535-417.882) X 兀 x 0.1x0.26,=1.423VV=Ebi - Eb。1一&111 一名21 - 0.05+ 2x+1A 引 X1,2 A| A2£20.05(2)計(jì)算此時(shí)暖瓶?jī)?nèi)水溫的平均下降速度(C /s )?冰的物性參數(shù)見(jiàn)附錄。 由能量平衡方程：=FCV-d得到：d Tdt _ d T PcV1.4232兀X 0 1958.4 X 4220 X x 0.2643.(華電，05)要選擇一臺(tái)采用逆流布置的管殼式水 一水換熱器，要求的條件是: 管內(nèi)為熱水，進(jìn)出口溫度分別為 =100和t/ = 8C ;管外為冷水，進(jìn)出PPP口溫度分別為t2 =202和t

37、2 =70=C ;總換熱量為350kW。(1)若近似選定的換熱器總傳熱系數(shù)為1100W/(m2 .K )，計(jì)算換熱器的面積 應(yīng)不小于多少？ 管內(nèi)熱水的進(jìn)出口溫度為：t100C，t80C 管外冷水的進(jìn)出口溫度為：t； =20C ,也tmax 也tmin1 也 tmaxIn也 tmin對(duì)數(shù)平均溫差為:t； =70C=空戲=43.2*,60In30= 1.72x10C Is由式=KAAtm解得：A=335010=7.35m2atm 1100X43.29(2)滿(mǎn)足該換熱條件下，要求的熱水質(zhì)量流量為多少？水的物性參數(shù)見(jiàn)附錄 g= 100+80 =90C2定性溫度為：At由能量平衡方程:=q1C1(tt；

38、)得：q1 =350"03=4.16kg Is cJU-t門(mén) 4208x(100-80)4. (華電，05)在上一計(jì)算題中，若換熱器內(nèi)的管束采用的是內(nèi)徑16mm、壁厚為1mm的鋼管，管子的總數(shù)為53根。(1)計(jì)算管內(nèi)的表面?zhèn)鳠嵯禂?shù)為多少？若沒(méi)有求出上題的結(jié)果，可假定熱水 流量為5kg/s,推薦的實(shí)驗(yàn)關(guān)聯(lián)式及流體的物性參數(shù)見(jiàn)附錄。解：由題知：d =0.016m， =0.001m熱水的流速為：q144.16U = =X = 0.405m / s咤 2965.3X 533.14咒 0.0162定性溫度為：也t100+80 =90C，U =0.326X10"m2/s2 2c ud

39、0.405咒0.016, ccc 4 4Re =-r = 1.986 X10 >1090.326勺0所以處于湍流0 8Nu =O.O23Re0.8Pr0'3 = 0.023x(1.986x 104x1.950.4 = 77.108 N心 77.108x0.68 cc" “FA2 八 h = =3277.107W/(m K )d0.016(2 )管材的導(dǎo)熱系數(shù)為40W/(m2K ),管外流體的總表面?zhèn)鳠嵯禂?shù) 1500W/(m2 K )，管子內(nèi)外清潔，計(jì)算總傳熱系數(shù)。t fi t fo解：由換熱方程式：=彳 ,，1+ In do /di +1hd i I2 兀 XI=So(

40、tfj -tfo )= kjido1 (tfi tfo )聯(lián)立k =1_do + do In do di + 1Rd?云R附錄：1推薦的管內(nèi)對(duì)流換熱實(shí)驗(yàn)關(guān)聯(lián)式為：Rec 2200, Pr =0.5 17000de=0.044 9.8,Re Pr10 %I(2)湍流Nu =0.023只8 Pr0.3怦的仁估 Pr = 0.7-20式中定性溫度為流體的平均溫度，特征長(zhǎng)度取管子內(nèi)徑。ho 兀 dol0.0183077.107x0.016式1.0180.018 1-+In+2x400.016 1500= 944.47W/(m2 -K )dn,(1)層流 Nu =1.86(Re Pr 蟲(chóng))1/3()0&

41、#39;141wt/cP kg/m3Cp kJ/(kg K)2Z X 102W/(m K)8ax102 1 m / sVX106 m2/sPr20998.24.18359.914.31.0067.0230995.74.17461.814.90.8055.4240992.24.17463.515.30.6594.3150988.14.17464.815.70.5563.5460983.14.17965.916.00.4782.9970977.84.18766.816.30.4152.5580971.84.19567.416.60.3652.2190965.34.20868.016.80.3261

42、.95100958.44.22068.316.90.2951.752飽和水的熱物理性質(zhì)：華北電力大學(xué)2006年碩士研究生入學(xué)考試試題一、選擇和填空（每小題5分，共50分）1. （華電，06）為了對(duì)一電廠(chǎng)省煤器的換熱進(jìn)行強(qiáng)化，提高 旦的表面?zhèn)鳠嵯禂?shù) 效果會(huì)會(huì)最明顯。（A）管內(nèi)水側(cè)（B）管外煙氣側(cè)（C） 一樣2. （華電，06）在圓筒壁穩(wěn)態(tài)導(dǎo)熱問(wèn)題中,當(dāng)內(nèi)壁溫度twi小于外壁溫度tw2時(shí)，其 壁內(nèi)溫度分布應(yīng)為附圖中的3.4.5.6.7.8.9.（華電，06） 個(gè)肋片，測(cè)得其肋基處溫度為 50r，周?chē)鷼怏w溫度為20C， 表面?zhèn)鳠嵯禂?shù)取15 W/（m2 .K），肋片表面積為0.2m2，查得該肋片的效率

43、為 0.5,則該肋片的實(shí)際散熱量為（華電，06）壁面絕熱的情況屬于 旦邊界條件。（A）第一類(lèi)（B）第二類(lèi)（C）第三類(lèi)（華電，06）在努塞爾關(guān)于膜狀凝結(jié)理論分析的 8條假定中，最主要的是下面 那一條B（A）常物性（B）膜內(nèi)溫度分布是線(xiàn)性的（C）蒸汽是靜止的（D ）液膜的過(guò)冷度可以忽略（華電，06）自然對(duì)流換熱實(shí)驗(yàn)的自?；侵副砻?zhèn)鳠嵯禂?shù)與_A_無(wú)關(guān)的現(xiàn) 象。6（A ）特征尺度（B）定性溫度（C）表面幾何形狀（D）壁面換熱條件（華電，06）大容器飽和沸騰曲線(xiàn)可分為自然對(duì)流、核態(tài)沸騰、過(guò)渡沸騰和穩(wěn)定膜態(tài)沸騰四個(gè)階段。（華電，06）下面材料中表面的法向發(fā)射率最大的是（A）鍍鋅的鐵皮（B）磨光的黃銅（C

44、）各種顏色的油漆（D ）磨光的鉻（華電，06）工程上主要的輻射性氣體包括甲烷、氟里昂和一氧化碳等，氣體輻射具有45W 。二氧化碳、水蒸氣、二氧化硫、選擇性和容積性的特點(diǎn)。兀d10.（華電，06）附圖中表面1對(duì)表面2的角系數(shù)Xi,2為一。圖中各表面在垂4a直紙面的方向位無(wú)限長(zhǎng)二、分析和簡(jiǎn)答題（每小題8分，共48分）1.（華電，06） 個(gè)常物性、含均勻內(nèi)熱源的二維穩(wěn)態(tài)導(dǎo)熱問(wèn)題，在直角坐標(biāo)系 中利用有限差分的數(shù)值方法進(jìn)行求解，試列出任意內(nèi)部節(jié)點(diǎn)的差分方程（Ax H Ay ）。節(jié)點(diǎn)方程為：入 I2_ Ay + 乙 3_ ix + 入-4 iy + Z -5 人X + ixAy = 0xAyAxAy34

45、2Ayi5yX2.（華電，06）煤粉顆粒在進(jìn)入爐膛的加熱升溫過(guò)程可以當(dāng)作一個(gè)集總體來(lái)分 析，試列出在著火之前描述其溫度變化微分方程式，并注明式中各符號(hào)的名 稱(chēng)。對(duì)于集總體，有BiT 0,即煤顆粒內(nèi)部溫度均勻，則有微分方程式及定解條 件為；3h（t -1 f ）心 dtT =0, t =t0其中：r 煤粉顆粒半徑，P煤粉顆粒密度，c 煤粉顆粒比熱容，h 對(duì)流換熱系數(shù)，t 煤粉顆粒任一時(shí)刻的溫度，tf 煙氣溫度，T 加熱時(shí)間。3.（華電，06）對(duì)于一個(gè)處于湍流流動(dòng)的管內(nèi)對(duì)流換熱，示意畫(huà)出局部表面?zhèn)鳠?系數(shù)hx隨管長(zhǎng)的變化，并解釋其原因。6答：應(yīng)為入口段產(chǎn)生入口段效應(yīng)，在入口段形成了較薄的邊界層，強(qiáng)

46、化了傳熱， 所以，hx在入口段較大，又由于湍流的振動(dòng)和混合作用使流動(dòng)到充分發(fā)展階段后，傳熱系數(shù)趨于穩(wěn)定。0.10x.d4. （華電，06）解釋不凝結(jié)氣體存在對(duì)膜狀凝結(jié)過(guò)程的影響。答：不凝結(jié)氣體是指是在工業(yè)凝氣設(shè)備的凝結(jié)溫度下不會(huì)凝結(jié)的氣體。水蒸氣凝結(jié)時(shí)，不凝結(jié)氣體積聚在液膜附近，蒸汽與液膜進(jìn)行換熱時(shí)必須通過(guò)這個(gè)氣 體層的熱阻，從而使對(duì)流換熱系數(shù)降低，對(duì)膜狀凝結(jié)起到了負(fù)面的影響。5. （華電，06）在夏天的室外，人們感覺(jué)穿淺顏色的衣服會(huì)比深顏色衣服涼爽，在鋼廠(chǎng)的高溫車(chē)間，工人穿淺顏色或深顏色衣服是否會(huì)有區(qū)別？并解釋。8答：不會(huì)有明顯的區(qū)別。深色衣服易吸收可見(jiàn)光，淺色衣服易反射可見(jiàn)光，兩種 衣服對(duì)

47、其他波段的輻射波吸收與反射能力沒(méi)有區(qū)別。在室外，太陽(yáng)輻射以可見(jiàn)光（0.2-24m ）為主，所以穿淺色衣服涼爽一些；在 鋼廠(chǎng)的高溫車(chē)間，熱輻射以紅外線(xiàn)0.76-20 Am為主，所以工人穿深色與淺色 的衣服沒(méi)有差別。6.（華電，06）畫(huà)出附圖中三個(gè)表面輻射換熱的網(wǎng)絡(luò)圖，并標(biāo)出各個(gè)熱阻的表達(dá) 式。已知半球表面3是一個(gè)絕熱表面三、計(jì)算題（第1、2小題各18分，第3小題16分，共52分）1. （華電，06） 火車(chē)車(chē)窗尺寸寬為0.8m，高0.6m，玻璃的厚度是5mm，假如 在冬天，室內(nèi)和室外的溫度分別為和 20C和-20C，內(nèi)側(cè)的表面?zhèn)鳠醾鳠嵯?數(shù)6 W/（m 2 K），外側(cè)的表面?zhèn)鳠醾鳠嵯禂?shù)為100W/

48、（m2 ”K ）。玻璃的導(dǎo)熱系數(shù) 為0.78 W/（m K），不考慮內(nèi)外側(cè)與環(huán)境的輻射換熱。（1 ）計(jì)算通過(guò)此車(chē)窗的散熱量；（2）若采用中間真空的雙層玻璃窗，在其它條件不變的情況下， 列出計(jì)算車(chē)窗的散熱量的關(guān)系式。只列出關(guān)系式，不需要計(jì)算，玻璃的表面 發(fā)射率為N 2解： 車(chē)窗的面積 A = 0.6X 0.8 = 0.48m， 6 = 0.005m通過(guò)此車(chē)窗的散熱量=紅；t。X =（20 + 20卜0.48 = 104.86W1 亠 611 0.0051h 入 ho6 0.78 1001 換熱系數(shù)為：k= 12611-S1-S1+ + +hAh。£名X 2(ti -to ：A車(chē)窗的散熱

49、量為：=(ti -to A-12612(1 - £)1- 12612,+ + 丿+ + + +一1hiAh。 sX1,2 hi入hos2. (華電，06)在一臺(tái)逆流式換熱器中，107C的油被水冷卻到30C,油的比熱 容為1840 J/(kg K)，水的質(zhì)量流量為1.4kg/s，比熱容為4174 J/(kg K)。水的 進(jìn)出口溫度分別為 t2 =20C和t2'=60°C。450W/(m 2 K)，計(jì)算此換熱器的面積。(1/換熱器的總傳熱系數(shù)為(2/油的質(zhì)量流量為多少？可以近似看成是通過(guò)平壁的傳熱過(guò)程， 且測(cè)得油 650W/(m 2 X)，水側(cè)的表面?zhèn)鳠嵯禂?shù)為(3/若換

50、熱器的管壁很薄，側(cè)的表面?zhèn)鳠嵯禂?shù)為3500 W/(m 2 X)，計(jì)算換熱器的總污垢熱阻。解： 油的進(jìn)出口溫度為：t107C，t30C 水的進(jìn)出口溫度為：t2 =20C , t； =60CAt-it47-10對(duì)數(shù)平均溫差為：加fax fn = 472 = 23.902 CmAt47也tmin10換熱量為：=q2C2(t；-t2 ) = 1.4X4174X(60 -20)= 233744W由式：=KAAtm/ 曰2337442得: A = = 21.732m2K&m 450X23.902 由能量平衡方程：qc (t；-匕")=q2C2(t2"-t；)qi(t； -t1

51、)1840x(107 30 )1= =548.11m2 */W)丄+丄650350011 1 1Rf =-= =0.000396(m2 .K )/Wk ko 450548.11溫度為20C的空氣以10m/s的速度橫向掠過(guò)直徑為5cm的圓管,有污垢后的換熱系數(shù)為：ko1污垢熱阻為:hi ho3(華電，06)管壁表面溫度保持在70C，試計(jì)算表面?zhèn)鳠嵯禂?shù)和每米管長(zhǎng)的換熱量。 已知：確定平均表面?zhèn)鳠嵯禂?shù)的準(zhǔn)則式為：Nu =C Ren P嚴(yán)式中：C及n的值見(jiàn)附表1;定性溫度為(tw+ tJ/2 ;特征尺度為管子外徑; 特征速度為來(lái)流速度?？諝獾奈镄詤?shù)見(jiàn)附表 2心匕=咤=45£2 2解：定性溫度為： 查附表