傳熱學(xué)試卷及答案

1、上海海洋大學(xué)答案學(xué)年學(xué)期2009 20電學(xué)年第_1_學(xué)期考核方式閉卷課程名稱傳熱學(xué)A/B卷(A )卷球杠勺1402501學(xué)分3.5學(xué)時(shí)56題號(hào)一二三四五六七八九十總分分?jǐn)?shù)閱卷人姓名： 學(xué)號(hào)： 專業(yè)班名： 一.問(wèn)答題 （共36分，每題6分。請(qǐng)將每題的答案寫在相應(yīng)題目的空白處。）1 .厚度為L(zhǎng),導(dǎo)熱系數(shù)為入，初始溫度均勻?yàn)?t0的無(wú)限大平壁，兩側(cè)突然置于溫度為tf的流體中，對(duì)流換熱表面?zhèn)鳠嵯禂?shù)為 ho試定性畫出當(dāng)Bi時(shí)的平壁內(nèi)部溫度和流體層溫度隨時(shí)間的變化。答：2 .蒸氣中含有不凝結(jié)性氣體，對(duì)膜狀凝結(jié)換熱有何影響？為什么？答：蒸氣中含有不凝結(jié)性氣體，會(huì)使得膜狀凝結(jié)換熱表面?zhèn)鳠嵯禂?shù)大大減小。原因一一

2、蒸氣中含有不凝結(jié)性氣體，在靠近液膜表面的蒸氣側(cè)，隨著蒸氣的凝結(jié)，蒸氣分壓力減小而不凝結(jié)氣體的分壓力增加，蒸氣抵達(dá)液膜表面進(jìn)行凝結(jié)前，必須以擴(kuò)散方式穿過(guò)聚集在界面附近的不凝結(jié)氣體層，不凝結(jié)氣體層的存在增加了傳遞過(guò)程的阻力；同時(shí)蒸氣分壓力的下降，使相應(yīng)的飽 和溫度下降，減小了凝結(jié)的動(dòng)力t=ts-tw,也使得凝結(jié)過(guò)程削弱。3 .何為過(guò)冷沸騰和飽和沸騰？大容器飽和沸騰曲線可以分為哪幾個(gè)區(qū)域？答：過(guò)冷沸騰一一大容器沸騰中流體主要部分的溫度低于相應(yīng)壓力下的飽和溫度，則這種沸騰稱 為過(guò)冷沸騰。飽和沸騰一一大容器沸騰中流體主要部分的溫度等于相應(yīng)壓力下的飽和溫度，則這種沸騰稱為過(guò)冷沸騰。大容器飽和沸騰曲線分為：

3、核態(tài)沸騰區(qū)、過(guò)渡沸騰區(qū)和膜態(tài)沸騰區(qū)。4 .半徑為R的半球形容器的內(nèi)表面為絕熱面3,溫度為T3,頂部平面的一半為灰表面2,溫度為T2,另一半為黑表面1,溫度為 T1 (T1>T2)。試求角系數(shù) Xi,2,X2，X3,1,X3,2,X3,3。Xi,2X2,iXi3 1 X311,33,1一 11同理，x32 14AiA3R2Xi,32 R2X 3,31 X3,1X 3,21111 4 425 .試畫出冷凝器和蒸發(fā)器中，兩種流體溫度隨換熱面積(沿程)的變化關(guān)系。 答：6 .為強(qiáng)化一臺(tái)冷油器的傳熱，有人用提高冷卻水流速的辦法，但發(fā)現(xiàn)效果并不明顯，試分析 原因。答：冷油器中由于油的粘度較大，對(duì)流換

4、熱表面?zhèn)鳠嵯禂?shù)較小，占整個(gè)傳熱過(guò)程中熱阻的主 要部分，而冷卻水的對(duì)流熱阻較小，不占主導(dǎo)地位，因而用提高水速的方法，只能減小 不占主導(dǎo)地位的水側(cè)熱阻，效果不明顯。.計(jì)算題 (共64分，每題16分。請(qǐng)將每題的答案寫在相應(yīng)題目的空白處。)1 .厚度為10cm的大平板，通過(guò)電流時(shí)發(fā)熱功率為3 104 W/m3,平板的一個(gè)表面絕熱，另一個(gè)表面暴露于25 C的空氣中。若空氣與平板表面間的對(duì)流換熱系數(shù)為50 W/(m2 C),平板的導(dǎo)熱系數(shù)為 3W/(m C),試確定平板中的最高溫度。解：(1)該題的數(shù)學(xué)描寫為：d2tdx2B.C.dtdx x 0dtdxh(tx tf)(2)該問(wèn)題的解為22t r( x)

5、 v tf(3)平板中的最高溫度據(jù)題意，平板的最高溫度出現(xiàn)在x = 0處，于是有t2max23 1042 3135 C2(10/100)23 104 (10/100) 25502.熱電偶的接結(jié)點(diǎn)近似為是直徑為0.5mm的球體，熱電偶材料的=8500kg/m3, Cp = 400 J/(kg K),=20 W/ (m K)。熱電偶初始溫度為 25 C,突然將其放入100 C的氣流中，熱電偶表面與氣流間的 表面?zhèn)鳠嵯禂?shù)h=95W/ (m2K),試求熱電偶指示溫度為 50 C時(shí)所需時(shí)間。解：(1)判斷能否用集中參數(shù)法95 (0.5 10 3)/620h( R /4 R ) h(V/A) 3hR/3

6、hd/6BIv 3.958 10 4 0.1 1( 0.0333)可用集中參數(shù)法求解。(2)所需時(shí)間t ttnexp(/ 6h exP(七 )50 1006 95exp( 3 )25 008500 400 0.5 10 31.21s3.某換熱器，冷卻水以 2m/s的速度流過(guò)內(nèi)徑d=20mm的長(zhǎng)銅管，已知：管內(nèi)壁平均溫度為80C。欲將水從進(jìn)口處的 20c加熱到出口處的50C ,試計(jì)算水與管內(nèi)壁之間的對(duì)流換熱表面?zhèn)鳠嵯禂?shù)。0.11準(zhǔn)則關(guān)聯(lián)式為：Nuf 0.023Ref.8 Pr0.4 (Ref 104)w0.14Nuf 1.86(Ref Prf d/L)13 (Ref 104)w水的物性簡(jiǎn)表：t(

7、C)入(W/(m C)P(kg/m3)CP(kJ/(kg C)Y106(m2/s)106Pr(Pas)200.599998.24.1831.00610047.02300.619995.74.1780.850801.25.42400.634992.24.1780.659653.14.31500.648988.14.1830.556549.23.54800.674971.84.1950.365355.12.21解：tft f tf220 5035 C(1)水的平均溫度查水物性表有：tf 35 Cf 0.6265W/(m C)_ 62 ,f 0.7545 10 m /sf 727.15 10 6 P

8、asPrf 4.865tw80 C w 355.1 10 6 Pas(2)計(jì)算雷諾數(shù)ud2 (20 10 3)4 IRef -6- 5.30 104 104f 0.7545 10 6(3)計(jì)算努塞爾數(shù)0.11Nuf0.023Re；.8 Pr0.4 1w4、0.80.4727.15 10 6 、 0.110.023 (5.3 10 )4.865(6-)355.1 10281.98(4)計(jì)算表面?zhèn)鳠嵯禂?shù)f0.62652hfNuf 3 281.98 8833.02W /(m2 K)d 20 10 34,某一逆流套管換熱器，其中油從t180 0 =100C被冷卻至t130 0 =60C,水由t2 20 c= 20C 加熱到 t225c = 50 C, 7K 的流量為720kg/h。油的比熱容為Cp12.093 kJ (kg K)=2.131kJ/ (kg K),水的比熱容為cp2 4.174 =4.174kJ/ (kg K)。按逆流布置，其傳熱系數(shù)為 K=350W/(m 2 C),計(jì)算油的質(zhì)量流量及該換熱器的面積。解：(1)油的質(zhì)量流量及換熱器的換熱量qmlCp1(tl tl)qm2cp2(t2 t2)720qmi 2.131 (100 60)4.174 (50 20)360025.044kWqm1 105