同济大学815传热学历年考研真题及答案

1同济大学 1993 年硕士研究生入学考试传热学试题1、 二根水平放置的圆管，他们的表面温度相同，长度也一样，粗管直径为细管直径的 10 倍。已知均被空气自然电流冷却，细管自然对流换热的GrPr=104，试求此两根管子表面对流换热系数的比值及换热量的比值。 （10 分）2、 在换热器中一种流体由过热蒸汽冷却成过冷液体，另一种液体无相变，试分析在顺流、逆流条件下二种流体温度沿程变化。此时换热器中的平均传热温差应如何计算？（10 分）3、 一面积为 20m2的平板集热器，对太阳辐射的吸收率为 0.15，表面温度为 60，大气温度为 18，天空的有效辐射温度为-10，板表面的对流换热系数 h=3W/m2.k，太阳队集热器的投射辐射为 800W/m2。如将水从 15 加热到 45，则 1 小时集热器可供多少水量？（已知水的比热c=4.174KJ/kg.）(10 分)4、 水银温度计的芯温泡长 15mm，直径为 5mm，其物性参数=8000kg/m 3，c=430J/kg.k，=10W/m.k。它的初始温度为 25，将其突然插入温度为 120的气流中，温泡表面的换热系数为 95W/m2.k,试问当测温时的过余温度为初始过余温度的 1%和 0.1%，其温度指示值是多少？达到该温度所需的时间为多少？试对计算结果进行讨论。 （20 分）同济大学 1994 年硕士研究生入学考试传热学试题一、 问答题（15 分）1、 对于二维稳态导热过程能否将表面对流换热量转换成内热源产生的热量？22、 为了增强油冷却器（有水作冷却剂）传热效果，如果用提高冷却水流速的方法，试分析其效果。3、 辐射表面特性中什么是漫表面、灰表面，它们之间又有何联系？二、 计算题（35 分）1、 一外径 d0=300mm 的蒸汽管道，蒸汽温度为 400，管道外包了一层厚度为 65mm 的材料 A，测得其外表面的温度为 40，但材料 A 的导热系数无法查得。为了知道热损失情况在材料 A 外又包了一层厚为 20mm 导热系数 B=0.2W/m.k 的材料 B，测得材料 B 的外表温度为 30，内表面温度为180。试推导未包材料 B 的管道热损失核材料 A 的导热系数 A。 （10 分）2、 一平板型太阳能集热器的吸热表面对太阳辐射的吸收率为 0.92，表面发射率为 0.15，集热器的面积为 20 m2，表面温度为 80，周围空气温度为18，表面对流换热的表面传热系数为 3 W/（m 2.k） 。当集热器表面的太阳总辐射照度为 800W/ m2，天空的温度为 0时，试计算该集热器所用到的太阳辐射热和它的效率。 （10 分） 书书书 P2503、 一根通电流直径为 0.2mm 的金属丝，被 20的空气流以 30m/s 的速度横向垂直吹过，由金属电阻推知此金属丝的温度为 24.5。气流速度发生变化致使金属丝的温度变为 26.6，试求改变后的气流速度。 （15 分）同济大学 1995 年硕士研究生入学考试传热学试题一、 概念题（每题 6 分）31、 试分析流体外掠单圆管时速度边界层的发展情况以及局部对流换热系数变化趋势。2、 使用热电偶测量流体瞬时温度时，应如何考虑所选用热电偶的热物性参数、感温接点的几何参数和换热条件等？3、 导温系数 a 和导热系数 对对流换热系数 h 的影响有何不同？4、 试讨论下面三个准则数的物理意义及应用场合：（1） 普朗特准则数 Pr（2） 施密特准则数 Sc（3） 刘伊斯准则数 Le二、 计算题（每题 13 分）1、 为在一个 10mm 直径的钢球上，涂一层彩色的装饰膜，需在 75 的炉子中烘烤，然后把它从炉子中拿出来，放在 t=23，u=10m/s 的空气中进行冷却，试计算球温冷却到 35时，所需要的时间。已知：铜球的物性参数：=8933kg/m 3，=399 W/（m 2.k） ，c=387kJ/(kg.k)空气的物性参数：t f=23时,=2.6110 -2 W/（m 2.k）=15.3410 -6m2/s =18.2510 -6(N.s)/m2，Pr=0.702tw=55时，=19.8510 -6(N.s)/m2外掠圆球流动换热准则关系式为:Nu=2+(0.4Re 0.5+0.006Re0.64)Pr0.4( f/ w)0.2542、 一车间内，有一根外径为 170mm，内径为 160mm 的蒸汽通道，管道的导热系数 1=58 W/（m 2.k） ，在管道外壁覆盖一层保温材料，厚度为 30mm，导热系数 2=0.058 W/（m 2.k） ，蒸汽管道的内侧的内侧表面温度tw1=350，隔热保温层外表面的发射率 =0.9.已知车间内空气温度tf=25，对流换热系数 hc=5.6 W/m2.k,周围环境温度 ts=27,试求每米蒸汽管道的热损失。同济大学 1996 年硕士研究生入学考试传热学试题一、问答题（20 分）1、 短圆柱体在加热炉中被加热时，其最高温度和最低温度各在何处？可采用什么方法来确定这些地点的温度。2、 试说明黑体、灰体和实际物体（固体）的辐射特性和吸收特性的异同。3、 试绘出顺流时，冷、热流体沿换热面温度变化的曲线：（a） m1c1m 2c2（b） m1c1m 2c2（c） m1c1为（d） m1c1为4、 试就管内层流和恒壁温工况，讨论在热充分发展阶段内，局部对流换热系数沿管内的变化情况，并分析原因。二、 计算题（30 分）1、 以水平蒸汽管外包有保温材料，保温材料的表面温度 30，外直径为200mm 远离蒸汽管的环境温度为 10，保温材料和周围环境之间辐射换热系5数 n=4.54W/(m2.k)，试计算每 m 管长散失热量为多少？已知：定性温度 tn=20时的空气物性参数：=2.8310 -2W/(m.k) =17.9510 -6m2/s Pr=0.698横管自由对流换热准则方程：Nu=0.53(Gr.Pr) 1/42、160的油在薄壁套管式换热器中冷却到 60 ，25的水作冷凝剂。油和水的流量均为 2kg/s，内管直径为 0.5m. 套管换热器的传热系数K=250W/m2.k；油的比热容 c1=2.26kJ/kg.k,水的比热容 c2=4.174 kJ/kg.k. 问到达油所要的求的冷却温度所需的长度是多少？此换热器应如何布置才是？同济大学 1997 年硕士研究生入学考试传热学试题 一、概念题（20 分）1、 一大平壁两侧表面温度分别为 t1和 t2，且 t1t2。试问在下列的稳态导热情况下，平壁内的温度分布曲线的形状是怎样的？平壁材料的导热系数为常数；平壁材料的导热系数随温度升高而增大；平壁材料的导热系数为常数，但平壁内有内热源。2、 管内流动到达充分发展阶段的特征是什么？达到热充分发展的特征是什么？3、 请说明遮热板的遮热原理。4、 传热单元数 NTU 的定义式及其物理意义是什么？一、 计算题（30 分）1、 直径为 3mm 的钢珠，密度 =7701kg/m 3，比热容 c=0.46kJ/(kg.K)，导6热系数 =73W/（m.k）,初始温度 t0=500，突然放入.t=20的空气中冷却，钢珠表面与空气间的总换热系数 h=78W/(m2.k)。试计算钢珠冷却到100所需的时间。2、 有一均热炉，炉膛长 4m。宽 2.5m、高 3m. 炉墙和炉底的内表面温度均为 1300，发射率 =0.8。求敞开炉盖的辐射热损失为多少？若炉口每边缩小 0.2m，其他条件不变，问辐射热损失有何变化?同济大学 1998 年硕士研究生入学考试传热学试题一、 概念题（20 分）1、在换热器中，将肋装在换热系数小的一侧和装在换热系数大的一侧的目的是什么？2、试说明临界热流通量 qmax的确定对沸腾换热设备的安全或经济性有什么重要意义？3、试分析沿着竖平板自由对流时，由底部到顶部各处局部换热系数的变化，并分别分析平板温度高于和低于周围介质温度时的情况。4、用相同的玻璃材料制成若干个不同直径的圆球，把它们加热到同样的温度。此时，如圆球突然被温度为 tf，对流换热系数为 h 的流体冷却，大直径的圆球破裂了。试问：圆球的直径必须满足什么条件才能不破裂？二、计算题（30 分）1、一无限大平壁的厚度为 10cm，两侧壁温为 100和 500，平壁材料的导热系数 =0.099（1+0.002t）W/(m.k).试求在导热系数 = 均 和 =f(t)两种情况下的平壁中心面温度 t.72、由三块边宽都为 2m 的平板，组成一个截面为正三角形的长通道（即垂直于纸面方向的长度很大，以至于长通道两端面的辐射作用可以不计） 。每板的参数如下： 板 1 t1=300, 1=0.6 板 2 t2=30 2=1 板 3 绝热试求每单位长度板 1 的辐射散热量 Q 和板 3 的温度 t3，并画出网络图。同济大学 1999 年硕士研究生入学考试传热学试题一、 概念题（20 分）1、 分析一个半无限大均质物体的一维非稳态导热问题。已知常物性，导温系数为 a，无内热源，具有均匀的初始温度 t0。边界条件有以下三类：（1）0 时，x=0 处，温度升为 tw，且恒定不变；（2）0 时，x=0 处，有一个恒定辐射热源，热源强度为 qw;（3）0 时，x=0 处，有一股温度为 tf的热流体流过,它的对流换热系数为h试写出这三类问题的数学表达式，并定性的画出它们的温度分布变化的趋势。2、 已知在平板 x 位置处，热边界层内的温度分布 t(y)=a-by+cy2,式中：a,b,c 均为常数，试求局部对流换热系数 hx.3、 试述黑体、灰体和实际物体（固体）的辐射特性和吸收特性的异同。4、 对于通过平壁的传热过程，当忽略壁的导热热阻时，如已知：（1）h1=2h2； (2)h1h 2 试写出它们的壁面温度与两侧流体温度之间的关系式，并定性画出温度分布曲线。8二、 计算题（共 50 分）1、 设计一台 1-2 型管壳式冷油器，壳程内走 30#透平油，油的体积流量为M1=40m3/h( 1=880kg/m3, cp1=1.95kJ/kg.K)，从 t1=57冷却到 t1=45。冷却水在管壳内走（c p2=4.174kJ/kg.k） ，进入换热器的温度 t2=32，温升不大于 4。油侧和水侧的对流化热系数 h1=400W/(m2.k), h2=5000 W/(m2.k)。管壁的导热热阻可忽略不计，水垢的热阻 Qw=0.0002m2.K/w，油垢的热阻Ro=0.0002m2.K/w，换热器-的平均温差修正系数 t =0.97.试求所需的面积F 和冷却水量 G2.2、 A 和 B 两种材料组成一个复合平壁（如图所示） 。材料 A 会发热，qv=1.5106W/m3, A=75W/m.k, A=50mm；材料 B 不发热， B=150W/m.k, B=20mm。材料 A 的外侧为绝热面，材料 B 的外侧由水进行冷却，t f=30, h=1000W/(m2.K).试求稳态情况下，复合平壁内的温度分布 t2、绝热表面的温度分布 t1与冷却表面的温度 t3。同济大学 2000 年硕士研究生入学考试传热学考试试题 A一、 概念题（每题 5 分，共 40 分）1、 一个常物性、无内热源、厚度为 L 的平壁，初始温度为 t1，突然在 x=L处的表面，受到温度为 tf的流体加热，对流换热系数为 h，而在边界 x=0 处则完全被绝热。 （1）试在 t-x 坐标图上，定性画出下述情况下的温度分布：初始状况（0,b(mc)2, （mc） 1(mc)2 和（mc） 1=(mc)2三种情况，试画出顺流和逆流时，冷、热流体沿流动方向变化曲线（注意曲线的凹向与（mc）的相对大小关系） 。8、试分析在传热壁面上加肋，可达到哪些换热要求？二、计算题（每题 15 分，共 60 分）101、为了测量大气压下水沸腾时的换热系数，将一根长为 150mm、直径为 12mm的不锈钢棒放入水中通电加热，该不锈钢棒的电阻率为 8210-8（,m）,导热系数为 15W/(mK),当不锈钢棒通过 775A 电流时，用热电偶测得棒体中心温度为 136.2，如果不计棒端头的热损失，试求水沸腾时的换热系数.（提示：半径为 r0的无限长圆柱体的温度分布为 t=tw+qw/4.(r 02-r2)2、水以 2.5m/s 的速度，在内径为 20mm、长度为 3m 的管内流动，进口处水温为 20，管壁温度保持在 40，试确定出口处的水温。水在定性温度 t=25时的物性参数：=0.609W/（m.k） c p=4.178kJ/(kg.k) =997kg/m 3=0.90610 -6m2/s f=90310-6kg/(m.s) Prf=6.22 w=653.310-6kg/(m.s) Prw=4.31管内受迫对流准则关联式：Re=1041.210 6 Nu=0.023Ref0.8Prf0.4Re2200 Nu=1.86R