傳熱學(xué)期末考試試題

傳熱學(xué)（一）

?

計算題（本大題共2小題，每小題12分，共24分）

28.一內(nèi)徑為300mm、厚為10mm的鋼管表面包上一層厚為20mm的保溫材料，鋼材料及保溫材料的導(dǎo)熱系數(shù)分別為48和0.1，鋼管內(nèi)壁及保溫層外壁溫度分別為220℃及40℃，管長為10m。試求該管壁的散熱量。

29.一內(nèi)徑為75mm、壁厚2.5mm的熱水管，管壁材料的導(dǎo)熱系數(shù)為60，管內(nèi)熱水溫度為90℃，管外空氣溫度為20℃。管內(nèi)外的換熱系數(shù)分別為和。試求該熱水管單位長度的散熱量。

傳熱學(xué)（一）參考答案

?

計算題（本大題共2小題，每小題12分，共24分）

28.解：已知d1=300mmd2=300+2×10=320mmd3=320+2×20=360mmm

tw1=220℃tw2=40℃

=9591.226W

29.解：已知d1=75mm=0.075md2=75+2×2.5=80mm=0.08mtf1=90℃tf2

=20℃

=572.2W/m傳熱學(xué)（二）五、計算題（本大題共2小題，每小題12分，共24分）

28．兩塊平行放置的平板1和2，有關(guān)尺寸如圖示。已知：t1=177℃、t2=27℃、ε1=0.8、ε2=0.4、X1，2＝0.2。試用網(wǎng)絡(luò)法求：

(1)

兩平板之間的輻射換熱量；

(2)若兩平板均為黑體表面，輻射換熱量又等于多少？

29．一臺逆流式換熱器用水來冷卻潤滑油。流量為2.5kg/s的冷卻水在管內(nèi)流動，其進出口溫度分別為15℃和60℃，比熱為4174J/(kg·k)；熱油進出口溫度分別為110和70，比熱為2190J/(kg·k)。傳熱系數(shù)為400W（m2·k）。試計算所需的傳熱面積。

五、計算題（本大題共2小題，每小題12，共24分）

28．【參考答案及評分原則】（1）(3分)

(2分)

=1105.65W（1分）

?

若兩表面為黑體表面，則

（3分）

（2分）

=1492.63W（1分）

若不寫單位，扣0.5分若直接把值代入而沒寫出公式，也可給分。

29．【參考答案及評分原則】

已知：qm2=2.5kg/s

?

計算平均溫差

（5分）（2）計算水所吸取的熱量（3分）（3）計算傳熱面積

由得

(4分)

若不寫單位，扣0.5分若沒寫公式，直接把值代入，也可給分。傳熱學(xué)（三）

四、簡答題（本大題共２小題，每小題８分，共１６分）

26.氣體輻射有哪些特點？

27.為什么高溫過熱器普通采用順流式和逆流式混合布置的方式？五、計算題（本大題２小題，每小題１２分，共２４分）

28.某爐墻由耐火磚和保溫板構(gòu)成，厚度分別為200mm和80mm，導(dǎo)熱系數(shù)分別為0.8W/(m.K)和0.11W/(m.K)，爐墻內(nèi)外側(cè)壁溫分別為600。C和70。C。求爐墻單位面積的熱損失和兩層材料間的溫度。

29.以0.8m/s的流速在內(nèi)徑為2.5cm的直管內(nèi)流動，管子內(nèi)表面溫度為60。C，水的平均溫度為30。管長２m。試求水所吸取的熱量。（已知30。C時,水的物性參數(shù)為：Cp=4.17KJ/(kg.K),λ=61.8×10-2W/(m.K),ρ=995.7kg/m3,μ=0.805×10-6m2/s,）Pr=5.42,水60。C時的υ=469.9×10-6kg/(m.s))。已知水在管內(nèi)流動時的準則方程式為

（１）Nuf=0.027Ref0.8Prf0.4ε1εR合用條件：Ref=104—1.2×105,Rrf=0.6-120,水與壁面間的換熱溫差t≤30C°

（２）Nuf=0.027Ref0.2Prf1/3(μf/μw)0.11ε1εR合用條件：Ref=104~1.75×106,Prf=0.6~700,水與壁面間的換熱溫差t>３０以上兩個準則方程式的定性溫度均為流體的平均溫度（μw的定性溫度為管內(nèi)壁溫度）,特性尺度為管內(nèi)徑。

傳熱學(xué)（三）參考答案四、簡答題（本大題共2小題，每小題8分，共16分）

26．【參考答案及評分原則】

（1）氣體的輻射（和吸?。ΣㄩL有強烈的選擇性，即它只能輻射和吸取某些波長范疇內(nèi)的能量。

（2）氣體的輻射（和吸?。┦窃谡麄€容積中進行的。固體和液體不能穿透熱射線，因此它們的輻射（和吸?。┲辉诒砻孢M行。評分原則：（1）答出4分：（2）答出4分。

27．【參考答案及評分原則】

（1）由于在一定的進出口溫度條件下，逆流的平均溫差最大，順流的平均溫差最小，即采用逆流方式有助于設(shè)備的經(jīng)濟運行。

（2）但逆流式換熱器也有缺點，其熱流體和冷流體的最高溫度集中在換熱器的同一端，使得該處的壁溫較高，即這一端金屬材料要承受的溫度高于順流型換熱器，不利于設(shè)備的安全運行。

（3）因此高溫過熱器普通采用順流式和逆流式混合布置的方式，即在煙溫較高區(qū)域采用順流布置，在煙溫較低區(qū)域采用逆流布置。評分原則：（1）答出2分；（2）答出2分；

（3）答出3分。

五、計算題（本大題共2小題，每小題12分，共24分）

?

28．【參考答案及評分原則】

29．【參考答案及評分原則】傳熱學(xué)(四)四、簡答題（每小題3分，共9分）

43.簡述物性參數(shù)導(dǎo)熱系數(shù)和粘度對表面?zhèn)鳠嵯禂?shù)的影響。

44.蒸汽凝結(jié)換熱中有不凝結(jié)氣體存在時，對凝結(jié)換熱有什么影響？

45.角系數(shù)有哪些特性？五、計算題（每小題5分，共15分）

46.平壁，厚度=80mm，兩表面溫度分別維持在20（℃）和0℃，平壁的高溫面受到流體的加熱，流體溫度tf=100℃,表面?zhèn)鳠嵯禂?shù)W/（m2·k）。當處在穩(wěn)態(tài)時，試擬定平壁材料的導(dǎo)熱系數(shù)。

47.壓縮空氣在中間冷卻器的管外橫掠流過，a0=90W/(m2·k)，冷卻水在管內(nèi)流過a1=6000W/(m2·k)。冷卻管是外徑為16mm，厚1.5mm的黃銅管。求：

1）此時的傳熱系數(shù)；

2）若管外表面?zhèn)鳠嵯禂?shù)增加一倍，傳熱系數(shù)有何變化；

3）若管內(nèi)表面?zhèn)鳠嵯禂?shù)增加一倍，傳熱系數(shù)又作何變化。

48.一順流換熱器，其冷流體進出口溫度分別為10℃和30℃，熱流體進出口溫度分別為80℃和50℃，試比較對數(shù)平均溫差和算術(shù)平均溫差，并闡明能否用算術(shù)平均溫差替代對數(shù)平均溫差？六、綜累計算（每小題8分，共32分）

49.一平壁水泥泡沫磚構(gòu)成，厚度為50cm，導(dǎo)熱系數(shù)，高溫面維持200℃、低溫面為50℃。試求：

（1）通過平壁的熱流密度；

（2）維持熱流密度不變時，計算在墻壁內(nèi)溫度為70℃處，距離溫墻面的厚度為多少？

50.30℃的大銅板，被置于400℃的爐中加熱10分鐘后，測得銅板溫度上升到150℃。已知銅板兩側(cè)與周邊環(huán)境間的表面?zhèn)鳠嵯禂?shù)為125W/（m2·k），銅板的=8440kg/m3，CP=377J/（kg·k）,。試估算銅板的厚度是多少？

51.水以1.5m/s的速度流過內(nèi)徑為25mm的加熱管。管的內(nèi)壁溫度保持100℃，水的進口溫度為15℃。若要使水的出口溫度達成85℃，求單位管長換熱量。（不考慮修正）

[提示：已知：50℃的水

52.抽真空的保冷瓶膽是雙壁鍍銀的夾層構(gòu)造，外壁內(nèi)表面溫度為30℃，內(nèi)壁外表面溫度為0℃，鍍銀壁黑度為0.03。計算由于輻射換熱單位面積人散熱量。

傳熱學(xué)（四）答案及評分原則四、簡答題（每小題3分，共9分）

43.（1）導(dǎo)熱系數(shù)大，則流體內(nèi)部、流體與壁面間的導(dǎo)熱熱阻小，表面?zhèn)鳠嵯禂?shù)就大。

（2）粘度大，流速就低，表面?zhèn)鳠嵯禂?shù)就小。

44.形成氣體熱阻，使表面?zhèn)鳠嵯禂?shù)大大減少。

45.（1）角系數(shù)的相對性（2分）

（2）角系數(shù)的完整性（1分）

（3）角系數(shù)的可加性（1分）五、計算題（每小題5分，共15分）

46.由（3分）

得（2分）

47.1）對于管外表面積的傳熱系數(shù)為

（2分）

2）略計算壁熱阻，傳熱系數(shù)為

傳熱系數(shù)增加了96%

3)

傳熱系數(shù)增加還不到1%

∴抓住分熱阻最大的那個環(huán)節(jié)進行強化，才干收到明顯效果。

48.對數(shù)

℃

算術(shù)℃（1分）

差別（1分）六、綜累計算（每小巧玲瓏題8分，共32分）

49.（2分）

（2分）

由（1分）

有

（2分）

50.①設(shè)，采用集總數(shù)法

②校核假設(shè)假設(shè)對的（2分）

51.定性溫度℃

流動為紊流

（2分）

52.

(2分)

傳熱學(xué)（五）三．簡答題（共28分

1．試比較準則數(shù)Nu和Bi的異同。（6分）2．應(yīng)用準則關(guān)聯(lián)式求管內(nèi)對流換熱系數(shù)時，定性溫度如何擬定？擬定定性溫度有何用處？（6分）

3．用熱電偶測量爐膛出口的煙氣溫度，有哪些因素會引發(fā)誤差?對此可采用哪些方法?（8分）

4．有一鋼管換熱器，熱水在管內(nèi)流動，空氣在管間作多次折流，橫向沖刷管束以冷卻管內(nèi)熱水。擬改造采用管外加肋片并換鋼管為銅管來增加冷卻效果，試從傳熱角度來評價這個方案。（8分）四．計算題（共32分1．一溫度為20℃的園鋼，長0.3m，直徑為0.06m，熱導(dǎo)率為35W/(m·K)，密度為7800kg/m3，比熱容為460J/(kg·K)，通過長6m、溫度為1250℃的加熱爐時表面?zhèn)鳠嵯禂?shù)為100W/(m2·K)。如欲將園鋼加熱到850℃，試求園鋼通過加熱爐的速度。（共8分）2．用實驗測定一薄壁管的流體平均對流換熱系數(shù)。蒸汽在管外凝結(jié)并維持管內(nèi)壁溫度為100℃。水在管內(nèi)流動，流量為G=0.5kg/s，水溫從15℃升到45℃。管的內(nèi)徑d=50mm，長L=4.5m。試求管內(nèi)流體與壁面間的平均換熱系數(shù)。（已知水在30℃時cp=4174J/(kg·K))（6分）3．如圖所示的一矩形受熱面接受一加熱器的輻射加熱。該矩形表面長3m，寬1m，溫度T2=600K，。加熱器溫度T1=1000K，。兩表面互相平行，相距為1m。加熱系統(tǒng)置于一大房間之中，房間壁溫為300K。試求受熱面接受的輻射換熱量。（假設(shè)加熱器表面及受熱面均是漫射的灰體表面，X1,2=X2,1=0.32）（8分）4．在一逆流式水-水換熱器中，管內(nèi)為熱水，進口溫度=100℃,出口溫度=80℃；管外流過冷水，進口溫度=20℃，出口溫度=70℃?？倱Q熱量Ф=350kW，共有53根內(nèi)徑為16mm、壁厚為1mm的管子，管壁導(dǎo)熱系數(shù)λ=40W/(m·K)，管外流體的表面?zhèn)鳠嵯禂?shù)h0=1500W/(m2·K)，管內(nèi)流體為一種流程。假設(shè)管子內(nèi)、外表面都是干凈的，試擬定所需的管子長度。（10分）準則方程：水的物性簡表：℃204.183998.259.910041.0067.02454.174990.164.15601.40.6083.93704.187977.766.8406.10.4152.55804.195971.867.4355.10.3652.21904.208965.368.0314.90.3261.951004.220958.468.3282.50.2951.75

傳熱學(xué)（五）答案及評分原則三．簡答題（共28分）1．答：從形式上看，Nu數(shù)()與Bi數(shù)()完全相似，但二者物理意義卻不同。（1）Nu數(shù)中的為流體的λ導(dǎo)熱系數(shù)，而普通h未知，因而Nu數(shù)普通是待定準則。Nu數(shù)的物理意義表達壁面附近流體的無量綱溫度梯度，他表達流體對流換熱的強弱。（3分）（2）Bi數(shù)中的λ為導(dǎo)熱物體的導(dǎo)熱系數(shù)，且普通狀況下h已知，Bi數(shù)普通是已定準則。Bi數(shù)的物理意義是導(dǎo)熱物體內(nèi)部導(dǎo)熱熱阻()與外部對流熱阻()的相對大小。（3分）2．答：定性溫度是指計算流體物性時所采用的溫度。（2分）應(yīng)用準則關(guān)聯(lián)式求管內(nèi)對流換熱系數(shù)時，定性溫度原則上取進出口截面流體溫度的平均值。（2分）定性溫度用以計算流體的物性。在整頓實驗數(shù)據(jù)時按定性溫度計算物性，則整個流場中的物性就可認為是對應(yīng)與定性溫度下的值，即相稱于把物性視為常數(shù)，于是物性場相似的條件即自動滿足。對同一批實驗數(shù)據(jù)，定性溫度不同使所得的準則方程也可能不同。（2分）3．答：熱電偶測溫產(chǎn)生誤差的因素重要有兩個：（1）由于熱電偶本身向根部導(dǎo)熱引發(fā)的；（2分）（2）由于熱電偶與周邊冷表面輻射傳熱造成的。（2分）針對上述兩個因素，有效方法為：（1）熱電偶的插入深度足夠長，第一種測溫誤差即可避免；（2分）（2）采用抽氣遮熱罩式熱電偶，減少熱電偶的輻射散熱量。（2分）4．答：傳熱效果增強，分析以下：（1）強化傳熱時，對熱阻比較大的一側(cè)流體換熱下功夫，往往能收到明顯的效果。（2分）（2）普通來說，如果要采用加肋片的方式強化傳熱過程的話，在h較小的一側(cè)加肋片才干收到明顯的強化效果。（2分）（3）銅的導(dǎo)熱系數(shù)（純銅為399W/mK）比鋼的導(dǎo)熱系數(shù)(碳鋼約為36.7W/Mk)大（2分）。（4）橫向沖刷時表面?zhèn)鳠嵯禂?shù)大。（橫向沖刷時熱邊界層薄且存在由于邊界層分離而產(chǎn)生的漩渦，增加了流體的擾動，因而換熱強。）（2分）四．計算題（共32分）1、解：(1)特性尺寸（2分）

(2)用畢渥數(shù)來判斷（2分）=此處近似取，因此本題可用集總參數(shù)法分析。

(3)

通過加熱爐所需時間

代入已知數(shù)據(jù)得

求解得

（2分）

(4)

圓鋼通過加熱爐的速度

（2分）2．解：水的定性溫度tf=(15+45+/2=30℃水側(cè)吸熱量為

（2分）管內(nèi)換熱面積為

A=πdL=π×0.05×4.5=0.707㎡園管內(nèi)對流換熱的進出口換熱溫壓：℃℃平均換熱溫壓℃

（2分）因此

/（㎡·℃）（2分）3．解：本題屬3表面構(gòu)成封閉系的輻射換熱問題，因房間表面積A3很大，其表面熱阻可取為零。因此，J3=Eb3是個已知量，其輻射網(wǎng)絡(luò)圖以下：

（2分）

其中；又因

X1,2=X2,1=0.32

X1,3=X2，3=1-0.32=0.68

（共2分）則節(jié)點方程組：

（1分）

（1分）帶入已知值，得：J1=46143.25；J2=11212.5

（1分）

（1分）表面輻射凈換熱量為負值表達該表面獲得熱量。5．解：(a)計算管內(nèi)平均換熱系數(shù)：（共4分）(b)計算傳熱系數(shù)：（2分）

(c)計算傳熱平均溫差：（2分）(d)計算傳熱面積及管子長度：（2分）

傳熱學(xué)（六）

三簡答題（共28分）1．試比較準則數(shù)Nu和Bi的異同。（6分）

得分

2．應(yīng)用準則關(guān)聯(lián)式求管內(nèi)對流換熱系數(shù)時，定性溫度如何擬定？擬定定性溫度有何用處？（6分）

得分

3．用熱電偶測量爐膛出口的煙氣溫度，有哪些因素會引發(fā)誤差?對此可采用哪些方法?（8分）

得分

4．有一鋼管換熱器，熱水在管內(nèi)流動，空氣在管間作多次折流，橫向沖刷管束以冷卻管內(nèi)熱水。擬改造采用管外加肋片并換鋼管為銅管來增加冷卻效果，試從傳熱角度來評價這個方案。（8分）

評分評分閱卷人

四．計算題（共32分）

得分

1．一溫度為20℃的園鋼，長0.3m，直徑為0.06m，熱導(dǎo)率為35W/(m·K)，密度為7800kg/m3，比熱容為460J/(kg·K)，通過長6m、溫度為1250℃的加熱爐時表面?zhèn)鳠嵯禂?shù)為100W/(m2·K)。如欲將園鋼加熱到850℃，試求園鋼通過加熱爐的速度。（共10分）p64得分得分

3．如圖所示的二維、含有內(nèi)熱源、常物性的穩(wěn)態(tài)導(dǎo)熱問題，試導(dǎo)出內(nèi)角頂節(jié)點O（m,n）的離散方程式。且Δx=Δy時，解出內(nèi)角頂節(jié)點O（m,n）的溫度分布

（8分）

得分得分

4．始終徑為0.8m的薄壁球形液氧貯存容器，被另一種直徑為1.2m的同心薄壁容器所包圍。兩容器表面為不透明漫灰表面，發(fā)射率均為0.05，兩容器表面之間是真空的，如果外表面的溫度為300K，內(nèi)表面溫度為95K，試求由于蒸發(fā)使液氧損失的質(zhì)量流量。液氧的蒸發(fā)潛熱為2.13×105J/kg。（10分）得分得分

5．在一逆流式水-水換熱器中，管內(nèi)為熱水，進口溫度=100℃,出口溫度=80℃；管外流過冷水，進口溫度=20℃，出口溫度=70℃?？倱Q熱量Ф=350kW，共有53根內(nèi)徑為16mm、壁厚為1mm的管子，管壁導(dǎo)熱系數(shù)λ=40W/(m·K)，管外流體的表面?zhèn)鳠嵯禂?shù)h0=1500W/(m2·K)，管內(nèi)流體為一種流程。假設(shè)管子內(nèi)、外表面都是干凈的，試擬定所需的管子長度。（17分）準則方程：水的物性簡表：℃204.183998.259.910041.0067.02454.174990.164.15601.40.6083.93704.187977.766.8406.10.4152.55804.195971.867.4355.10.3652.21904.208965.368.0314.90.3261.951004.220958.468.3282.50.2951.75

29.有一水平放置的蒸汽管道，用保溫材料保溫，保溫層外徑200mm，外表面平均溫度45，周邊空氣溫度15，試計算每米長蒸汽管道上由于自然對流而引發(fā)的散熱量。

已知空氣的物性：ρ=1.165kg/m3,CP=1.005kJ/(kg?K),λ=2.67×10-2W/(m?K),

v=16.0×10-6m2/s,推薦的合用公式：Num=0.53(Grm?Prm)0.25(104<GrmPrm<109)

30.流量為0.1kg/s、比熱容為2.0kJ/(kg?K)、初溫為350的油將水從15加熱到70，出口油溫為100，冷卻水的比熱取為4.174kJ/(kg?K)。今有兩臺逆流式換熱器：(A)k=500W/(m2?K)；(B)k=150W/(m2?K)；問：

(1)(A)、(B)兩種換熱器的換熱面積分別是多少?

(2)如果請你在這兩臺換熱器中選擇一臺，你會選擇哪一臺?為什么?

傳熱學(xué)（六）答案及評分原則三．簡答題（共20分，每小題4分）1．答：從形式上看，Nu數(shù)()與Bi數(shù)()完全相似，但二者物理意義卻不同。（1）Nu數(shù)中的為流體的λ導(dǎo)熱系數(shù)，而普通h未知，因而Nu數(shù)普通是待定準則。Nu數(shù)的物理意義表達壁面附近流體的無量綱溫度梯度，他表達流體對流換熱的強弱。（2分）（2）Bi數(shù)中的λ為導(dǎo)熱物體的導(dǎo)熱系數(shù)，且普通狀況下h已知，Bi數(shù)普通是已定準則。Bi數(shù)的物理意義是導(dǎo)熱物體內(nèi)部導(dǎo)熱熱阻()與外部對流熱阻()的相對大小。（2分）2．答：定性溫度是指計算流體物性時所采用的溫度。應(yīng)用準則關(guān)聯(lián)式求管內(nèi)對流換熱系數(shù)時，定性溫度原則上取進出口截面流體溫度的平均值。定性溫度用以計算流體的物性。在整頓實驗數(shù)據(jù)時按定性溫度計算物性，則整個流場中的物性就可認為是對應(yīng)與定性溫度下的值，即相稱于把物性視為常數(shù)，于是物性場相似的條件即自動滿足。對同一批實驗數(shù)據(jù)，定性溫度不同使所得的準則方程也可能不同。3．答：熱電偶測溫產(chǎn)生誤差的因素重要有兩個：（1）由于熱電偶本身向根部導(dǎo)熱引發(fā)的；（2）由于熱電偶與周邊冷表面輻射傳熱造成的。針對上述兩個因素，有效方法為：（1）熱電偶的插入深度足夠長，第一種測溫誤差即可避免；（2）采用抽氣遮熱罩式熱電偶，減少熱電偶的輻射散熱量。4．答：傳熱效果增強，分析以下：（1）強化傳熱時，對熱阻比較大的一側(cè)流體換熱下功夫，往往能收到明顯的效果。即在傳熱溫差不變時，變化傳熱過程中熱阻大的那一環(huán)節(jié)的熱阻，能夠大大增加傳熱過程的傳熱量。（2分）（2）普通來說，如果要采用加肋片的方式強化傳熱過程的話，在h較小的一側(cè)加肋片才干收到明顯的強化效果。（3）銅的導(dǎo)熱系數(shù)（純銅為399W/mK）比鋼的導(dǎo)熱系數(shù)(碳鋼約為36.7W/Mk)大。（4）橫向沖刷時表面?zhèn)鳠嵯禂?shù)大。（橫向沖刷時熱邊界層薄且存在由于邊界層分離而產(chǎn)生的漩渦，增加了流體的擾動，因而換熱強。）四．計算題（共54分）1．解：（每一題3分）（1）

(2)假設(shè)2表面為整個底面，則（3）構(gòu)想在球的頂面有另一塊無限大平板存在，則顯然，X1,2=0.5,由于X1,2不因另一塊平板的存在而影響其值，因而X1,2=0.5。2．解：℃（1）（4分）帶入數(shù)字求解：τ=6678s=1.86h（2分）3．解：4．解：本題屬兩表面構(gòu)成封閉系的輻射換熱問題，其輻射網(wǎng)絡(luò)圖以下：（3分）其中

（3分）

（2分）故由于蒸發(fā)而造成液氧損失的質(zhì)量流量

kg/s=0.543

kg/h

（2分）5．解：(a)計算管內(nèi)平均換熱系數(shù)：（共10分）(b)計算傳熱系數(shù)：（2分）

(c)計算傳熱平均溫差：（2分）(d)計算傳熱面積及管子長度：（3分）

傳熱學(xué)（七）

三．簡答題（共16分，每小題4分）1．試比較準則數(shù)Nu和Bi的異同。2．解釋熱邊界層及其厚度的定義。3．其它條件相似時，同一根管子橫向沖刷與縱向沖刷相比，哪個的表面?zhèn)鳠嵯禂?shù)大，為什麼?4．強化傳熱的原則是什麼？四．計算題（共54分）1．對于如附圖所示的幾個幾何構(gòu)造，計算角系數(shù)。（9分）⑴計算溝槽表面與環(huán)境（在垂直與紙面方向無限長）；⑵半球內(nèi)表面與1/4底面；⑶球與無限大平面；

2．一塊精煉鐵錠在1200℃時鍛造成一種0.3m×0.15m×3.0m的長方體，將該鐵錠置于空氣溫度T∞=50℃的室內(nèi)冷卻，平均對流換熱系數(shù)h=55W/(m2·K)，已知精煉鐵錠的,ρ=7753kg/m3,λ=34.5W/(m·K)。試問：⑴能否采用集總參數(shù)法進行計算？⑵試列出物體內(nèi)部的溫度隨時間變化的微分方程式，并且求出鐵錠中心（x=0.15m,y=0.075m,z=1.5m）的溫度降到200℃時所需的時間。（共10分）3．如圖所示的二維、含有內(nèi)熱源、常物性的穩(wěn)態(tài)導(dǎo)熱問題，試導(dǎo)出內(nèi)角頂節(jié)點O（m,n）的離散方程式。且Δx=Δy時，解出內(nèi)角頂節(jié)點O（m,n）的溫度分布

（8分）

4．始終徑為0.8m的薄壁球形液氧貯存容器，被另一種直徑為1.2m的同心薄壁容器所包圍。兩容器表面為不透明漫灰表面，發(fā)射率均為0.05，兩容器表面之間是真空的，如果外表面的溫度為300K，內(nèi)表面溫度為95K，試求由于蒸發(fā)使液氧損失的質(zhì)量流量。液氧的蒸發(fā)潛熱為2.13×105J/kg。（10分）5．在一逆流式水-水換熱器中，管內(nèi)為熱水，進口溫度=100℃,出口溫度=80℃；管外流過冷水，進口溫度=20℃，出口溫度=70℃。總換熱量Ф=350kW，共有53根內(nèi)徑為16mm、壁厚為1mm的管子，管壁導(dǎo)熱系數(shù)λ=40W/(m·K)，管外流體的表面?zhèn)鳠嵯禂?shù)h0=1500W/(m2·K)，管內(nèi)流體為一種流程。假設(shè)管子內(nèi)、外表面都是干凈的，試擬定所需的管子長度。（17分）準則方程：水的物性簡表：℃204.183998.259.910041.0067.02454.174990.164.15601.40.6083.93704.187977.766.8406.10.4152.55804.195971.867.4355.10.3652.21904.208965.368.0314.90.3261.951004.220958.468.3282.50.2951.75

傳熱學(xué)（七）答案及評分原則三．簡答題（共20分，每小題4分）1．答：從形式上看，Nu數(shù)()與Bi數(shù)()完全相似，但兩者物理意義卻不同。（1）Nu數(shù)中的為流體的λ導(dǎo)熱系數(shù)，而普通h未知，因而Nu數(shù)普通是待定準則。Nu數(shù)的物理意義表達壁面附近流體的無量綱溫度梯度，他表達流體對流換熱的強弱。（2分）（2）Bi數(shù)中的λ為導(dǎo)熱物體的導(dǎo)熱系數(shù)，且普通狀況下h已知，Bi數(shù)普通是已定準則。Bi數(shù)的物理意義是導(dǎo)熱物體內(nèi)部導(dǎo)熱熱阻()與外部對流熱阻()的相對大小。（2分）2．答：（1）引入熱邊界層的重要因素是由于對流換熱的熱阻大小重要取決于緊靠壁面附近的流體流動狀況，這一區(qū)域中速度和溫度變化最激烈，因此，固體壁面附近流體速度急劇變化的薄層稱為速度邊界層，而溫度急劇變化的薄層則稱為溫度邊界層。（2分）

（2）速度邊界層的厚度普通規(guī)定為在壁面法線方向達成主流速度99％處的距離。即％

溫度邊界層的厚度則為沿該方向達成主流過余溫度99％處的距離。即=99％

（2分）3．答：（1）由于縱向沖刷時相稱于外掠平板的流動，熱邊界層較厚。（2分）（2）橫向沖刷時表面?zhèn)鳠嵯禂?shù)大。橫向沖刷時熱邊界層薄且存在由于邊界層分離而產(chǎn)生的漩渦，增加了流體的擾動，因而換熱強。（2分）4．答：從公式Ф=kAΔtm上看比較有效的辦法是增加的值，而采用增大傳熱溫差的辦法往往受到設(shè)備本身的限制。因而：（1）強化傳熱時，對熱阻比較大的一測流體換熱下功夫，往往能收到明顯的效果。即在傳熱溫差不變時，變化傳熱過程中熱阻大的那一環(huán)節(jié)的熱阻，能夠大大增加傳熱過程的傳熱量。（2分）（2）普通來說，如果要采用加肋片的方式強化傳熱過程的話，只有在hi,ho相差較大，而Ai,Ao相差不大時，在h較小的一側(cè)加肋片才干收到明顯的強化效果。當Aihi=Aoho但數(shù)值都很小時，兩側(cè)都要采用強化方法，如雙側(cè)強化管。（2分）四．計算題（共54分）1．解：（每一題3分）（1）

(2)假設(shè)2表面為整個底面，則（3）構(gòu)想在球的頂面有另一塊無限大平板存在，則顯然，X1,2=0.5,由于X1,2不因另一塊平板的存在而影響其值，因而X1,2=0.5。2．解：℃（1）（4分）帶入數(shù)字求解：τ=6678s=1.86h（2分）3．解：4．解：本題屬兩表面構(gòu)成封閉系的輻射換熱問題，其輻射網(wǎng)絡(luò)圖以下：（3分）其中

（3分）

（2分）故由于蒸發(fā)而造成液氧損失的質(zhì)量流量

kg/s=0.543

kg/h

（2分）5．解：(a)計算管內(nèi)平均換熱系數(shù)：（共10分）(b)計算傳熱系數(shù)：（2分）

(c)計算傳熱平均溫差：（2分）(d)計算傳熱面積及管子長度：（3分）

傳熱學(xué)試題A

四、簡答題(每小題9分，共18分)1.用準則方程式計算管內(nèi)紊流對流換熱系數(shù)時，為什么對短管需要進行修正(即使用管長修正系數(shù)進行修正)。

(1)在入口段，邊界層有一種形成的過程，普通由薄變厚，

(2)邊界層的變化引發(fā)換熱系數(shù)的變化，普通由大變小，考慮到流型的變化，局部長度上可有波動，但總體上在入口段的換熱較強(管長修正系數(shù)不小于1)。

(3)當l/d>50(或60)時，短管的上述影響可忽視不計。當l/d<50(或60)時，則必須考慮入口段的影響。

2.請分析遮熱板的原理及其在削弱輻射換熱中的作用。

2.(1)在輻射換熱表面之間插入金屬(或固體)薄板，稱為遮熱板。

(2)其原理是，遮熱板的存在增大了系統(tǒng)中的輻射換熱熱阻，使輻射過程的總熱阻增大，系統(tǒng)黑度減少，使輻射換熱量減少。

(3)遮熱板對于削弱輻射換熱含有明顯作用，如在兩個平行輻射表面之間插入一塊同黑度的遮熱板，可使輻射換熱量減少為原來的1/2，若采用黑度較小的遮熱板，則效果更為明顯。

3.簡述非穩(wěn)態(tài)導(dǎo)熱的基本特點。.（1）隨著導(dǎo)熱過程的進行,導(dǎo)熱體內(nèi)溫度不停變化,好象溫度會從物體的一部分逐步向另一部分轉(zhuǎn)播同樣,習(xí)慣上稱為導(dǎo)溫現(xiàn)象。這在穩(wěn)態(tài)導(dǎo)熱中是不存在的。

（2）非穩(wěn)態(tài)導(dǎo)熱過程中導(dǎo)熱體本身參加吸熱（或放熱），即導(dǎo)熱體有儲熱現(xiàn)象，因此即使對通過平壁的非穩(wěn)態(tài)導(dǎo)熱來說，在與熱流方向相垂直的不同截面上的熱流量也是到處不等的，而在一維穩(wěn)態(tài)導(dǎo)熱中通過各層的熱流量是相等的。

（3）非穩(wěn)態(tài)導(dǎo)熱過程中的溫度梯度及兩側(cè)壁溫差遠不小于穩(wěn)態(tài)導(dǎo)熱。五、計算題(每小題12分，共24分)1.某一爐墻內(nèi)層由耐火磚、外層由紅磚構(gòu)成，厚度分別為200mm和100mm，導(dǎo)熱系數(shù)分別為0.8W/(m·K)和0.5W/(m·K)，爐墻內(nèi)外側(cè)壁面溫度分別為700°C和50°C，試計算：(1)該爐墻單位面積的熱損失；(2)若以導(dǎo)熱系數(shù)為0.11W/(m·K)的保溫板替代紅磚，其它條件不變，為了使爐墻單位面積熱損失低于1kW/m2，最少需要用多厚的保溫板。

1.解：(1)單位面積散熱損失：

q===1444.4W/m2

(2)以保溫板替代紅磚，由于爐墻熱損失不得高于q0=1kW/m2q0≥

δ2≥λ2()=0.11×()=0.044m=44mm2.試計算一空氣橫掠管束換熱的空氣預(yù)熱器的對流換熱量。已知管束有25排，每排12根光管，管外徑25mm，管長1.5m，叉排形式，橫向管間距S1=50mm,縱向管間距S2=38mm，管壁溫度120°C，空氣來流速度uf=4m/s，空氣進口溫度20°C，出口溫度40°C。已知空氣物性：λf=0.0267W/(m·K)，vf=16.0×10-6m2/s,Prf=0.701。最大流速umax=ufS1/(S1-d);推薦關(guān)聯(lián)式：Nuf=cRenfPr0.36f(Prf/Prw)m，公式合用條件：N≥20,光管管束，Prf=0.7～500，除Prw的定性溫度為壁溫外，其他定性溫度為流體在管束中的平均溫度。指數(shù)m,對氣體m=0，對液體，m=0.25,c、n值查下表：排列方式Refc