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北京科技大学北京科技大学 20032003 年招收攻读硕士学位研究生入学考试试题年招收攻读硕士学位研究生入学考试试题 一、简要回答下列问题（每小题 8 分） 1写出下列准则的表达式，并注明各量的物理意义: BiFoGrNuReEu 2在工业用换热器中，有的将肋片装在圆管的内表面，圆管外表面为光管；有 的换热器正好相反，为什么？举例说明。 3为什么称大容器饱和沸腾中的临界热流为沸腾危机或烧毁点？ 4试述强化管内流体对流换热常采用的方法，并简述理由。 5什么是灰体？在实际工程计算中我们把物体表面当作灰体处理应满足什么条 件？而又为什么要满足这样的条件？ 二、 （20 分） 外径为mm60,表面温度为200的蒸汽管道， 外绝缘层为mm100的正方形截 面，绝热材料导热系数为KmW/1 . 0,绝热层外表温度为50。试计算每米 长管道的热损失。若用同样多的材料做成圆形截面，热损失又是多少？（可 假设两种情况下绝热层外表面与环境的对流换热系数相同） 三、 （20 分） 如图中所示，位于导热系数分别为 A k和 B k两种材料界面处的节点O。试推导 出稳态状况下，无内热生成的有限差分方程，若划分网格时令yx，则此 导热问题的有限差分方程可简化为何种形式。 四、 （25 分） 一套管式换热器，饱和蒸汽在内管中凝结，使内管的外壁温度保持在100。 初温为25、质量流量为skg /8 . 0的水从套管换热器的环形空间流过，换热 器外壳绝热良好。环形夹层内管外径为mm40，外管内径为mm60，试确定 把水加热到55时所需的套管长度及管子出口截面处的局部热流密度。 （不 考虑温差修正， 水的物性参数为：KmW/635. 0，sPa 6 103 .653， KkgJCp/4174，31. 4Pr ） 五、 （25 分） 如图所示，由半径为m1的 1/4 圆的两直径及圆周所组成的通道，在垂直纸面 方向无限长。表面 1 的温度和发射率分别为200 1 t，2 . 0 1 ，表面 2 温 度和发射率分别为27 2 t，7 . 0 2 ,表面 3 的发射率为5 . 0 3 ， 单位长度 热流W/m1000q3。试确定表面 3 的温度和表面 1，2 的单位长度净辐射换 热量。 六、 （20 分） 用热电偶测温计测得炉膛烟气温度798 1 t。设已知水冷壁管外表面温度 580tw，烟气对测温计表面的对流换热系数 2 m60W/，烟气可近 似地当做透明介质， 测温计表面的黑度3 . 0 1 ， 测温计由于导热而产生的测 温误差可以略去不计。试求炉膛烟气的真实温度和测温计由于辐射换热产生 的测温误差。 七、 （25 分） 试证明：在两个平行板之间加上n块遮热板后，辐射换热量将减小到无遮热 板时的 1n 1 。 （设各板均为漫灰表面，且发射率相同） 八、 （20 分） 由三个灰体表面组成的封闭辐射系统中，三个面的面积分别为 1 F、 2 F和 3 F， 三个面的辐射率分别为 1 、 2 和 3 ，三个面上的温度分别为 1 T、 2 T和 3 T，试 画出该辐射系统的等效辐射网络图，并列出求解此辐射系统的节点方程组。 北京科技大学北京科技大学 20042004 年硕士学位研究生入学考试试题年硕士学位研究生入学考试试题 一、简要回答下列问题（30 分，每小题 6 分） 1试分析气体辐射的特点。 2名词解释：热导率、对流换热系数、辐射常数 0 以及材料的热辐射率。 3解释下列名词：层流边界层、湍流边界层、湍流核心、粘性底层、主流区、 雷诺类比。 4为什么改变内部流动截面形状会改变换热效果？试用充分发展湍流的对流换 热公式 4 . 08 . 0 f PrRe023. 0Nu ff 解释之。 5扼要阐明下列相似准则的表达式和物理意义： BiFoGrNuReEu 二、 （20 分） 试给出图 1 所示平板温度分布 xT的解析表达式， 设平板在 1 x和 2 x处分别有 均匀的表面温度 1 T和 2 T，导热系数随温度线性变化：bTkk o 1。 三、 （20 分） 考察两个漫射的无限大的平行灰表面，其相隔距离很小，若两表面的黑度均 为 0.8，为了要使两表面之间的辐射热流减少至原来的 1/10，问所放置在其 之间的很薄、且导热热阻可以忽略的辐射热屏的黑度应是多少？ 四、 （30 分） 一套管式换热器，饱和蒸汽在内管中凝结，使内管的外壁温度保持在100。 初温为25、质量流量为skg /8 . 0的水从套管换热器的环形空间流过，换热 器外壳绝热良好。环形夹层内管外径为mm40，外管内径为mm60，试确定 把水加热到55时所需的套管长度及管子出口截面处的局部热流密度。 （不 考虑温差修正， 水的物性参数为：KmW/635. 0，sPa 6 103 .653， KkgJCp/4174，31. 4Pr ） 五、 （25 分） 两个直径 1 D为m8 . 0和 2 D为m2 . 1的同心球，中间有空气隔开，两球的表面温 度分别为KT400 1 和KT300 2 。 a. 若两球是黑表面，问它们之间的净辐射能交换是多少？ b. 若两球是黑度5 . 0 1 =和05. 0 2 =的漫射灰表面，它们之间的净辐射能 交换是多少？ c. 若 2 D增加至m20，且5 . 0 1 ，05. 0 2 和m8 . 0 1 D，问两表面之间的净 辐射能交换是多少？若其他条件保持不变，将外表面作为黑表面1 2 ，问 所导致的误差是多少？ 六、 （25 分） 对图 2 所示的圆截面直肋的一维稳态、无内热源、常物性导热问题，试分别 列出节点m和端部节点M的离散方程式。已知圆截面的直径为d。 七、 （25 分） 试解释换热器和蓄热室的工作原理，它们各自的优缺点有哪些？请列举强化 换热器和蓄热室换热的措施各 3 项。 八、 （25 分） 一具有漫射-灰表面且黑度为 0.6 的热电偶， 用其测量流过一大管道内的气体 温度，热电偶的指示温度 s T为180，管壁黑度为 0.85 且具有均匀温度 w T为 450，若热电偶和气流之间的对流换热系数h为K 2 mW/125，略去热电 偶的导热损失，求气流的真实温度。 北京科技大学北京科技大学 20052005 年硕士学位研究生入学考试试题年硕士学位研究生入学考试试题 一、回答下列问题（40 分，每题 10 分） 1分别写出Bi、Nu相似准则数的表达式，请说明其物理意义，并比较Bi、Nu 的异同。 2对于管内强制对流换热，为何采用短管和弯管可以强化流体的换热？ 3有人认为： “重辐射面（绝热辐射面）既然没有净得失热量，它的存在也就对 整个系统不起任何作用。 ”这一看法对不对？为什么？ 4炉气（烟气，燃烧产物）黑度的计算公式是什么？试解释此公式的物理含义。 二、 （20 分） 一根6m长，2kW功率的电阻丝是由直径为0.2cm的不锈钢K15.1W/mk 制成。电阻丝的工作环境温度为30，表面对流换热系数为K 2 mW/140。 试求解电阻丝稳定工作时横截面上的温度分布表达式及表面温度值。 三、 （20 分） 水以skg /2的质量流量流过直径为40mm，长为4m的圆管，管壁温度保持在 90，水的进口温度为30。求水的出口温度和管子对水的散热量。 （水的 物 性 参 数 为Km0.653W/k，KkgkJcp/17. 4，4.31Pr ， sPa -6 10653.3，水在管内对流换热经验公式为 4 . 08 . 0 PrRe023. 0Nu） 四、 （20 分） 有一内腔为0.2m0.2m0.2m的正方形炉子，被置于室温为27的大房间 中。炉底电加热，底面温度为427，8 . 0，炉子顶部开口，内腔四周及 炉子底面以下均敷设绝热材料。试确定在不计对流换热的情况下，为保持炉 子恒定的底面温度所需供给的电功率。炉底对炉侧墙的角系数等于 0.8。 五、 （20 分） 一具有漫射灰表面且黑度为 0.6 的热电偶，用其测量流过一大管道内的气 体温度，热电偶的指示温度 s T为180，管壁黑度为 0.85 且具有均匀温度 w T 为450，若热电偶和气流之间的对流换热系数 h为KmW 2 /125，略去热 电偶的导热损失，求气流的真实温度。 六、 （15 分） 试给出图 1 所示平板温度分布 xT的解析表达式，设平板在 1 x和 2 x处分别 有均匀的表面温度 1 T和 2 T，导热系数随温度线性变化：bTkk1 0 。 七、 （15 分） 以逆流式换热器为例， 试推导换热器设计公式tFKQ中平均温压t的计算 式： t tln tt“ t 八、 （15 分） 试解释换热器和蓄热室的工作原理，它们各自的优缺点有哪些？请列举强化 换热器和蓄热室换热的措施各 3 项。 九、 （15 分） 已知平板跨流的局部对流发热系数 x h是按 2/1 x变化。 其中x是指距平板前沿 0x的距离。求自前沿到平板上某个位置x的平均对流放热系数 x h与在x 处的局部对流放热系数 x h之比。 北京科技大学北京科技大学 20062006 年硕士学位研究生入学考试试题年硕士学位研究生入学考试试题 一、简要回答下列问题（30 分，每小题 5 分） 1假定不可压缩，牛顿型流体，常物性，无内热源，忽略摩擦产生的耗散热， 试写出二维稳态对流换热微分方程组，并说明其中各项的物理意义。 2对于第一类边界条件的稳态导热问题，其解析解与导热系数有没有关系？ 3发生在一个短圆柱中的导热问题，在哪些情形下可以按一维问题来处理？ 4对管内强制对流换热，为何采用短管和弯管可以强化流体的换热？ 5名词解释：有效辐射、表面辐射热阻、重辐射面、遮热板及灰体。 6试述基尔霍夫对灰体的应用，简要说明该定律在辐射换热计算中的作用。 二、 （20 分） 一块初温为 0 t的平板（单侧表面积为A，厚度为L） ，一侧表面突然受到恒 定热流密度 0 q的加热， 另一侧表面则受到温度为 t的气流冷却，表面传热系 数为h。设内热阻可以不计，其它物性参数均已知。试列出物体温度随时间 变化的微分方程式并求解之。 三、 （25 分） 一蒸汽管道的保温层外包了油毛毡，表面发射率为 0.93，温度为330K，外 径为0.22m。该管道水平地穿过室温为22的房间，在房内长度为6m。空 气的物性参数如下：导热系数（或称导热率）mW/0276. 0;运动粘度 s/m1096.16 26 ;普朗特数0.699Pr 。横圆柱表面自然对流换热的准数 方程为 25. 0 GrPr0.48Nu 。试计算蒸汽管道在该房间内的总散热量。 四、 （25 分） 利用一同心套管式换热器，将流量为225kg/h、比热为Kkg4188J/的水由 35加热至95， 并用流量为225kg/h、 比热Kkg2095J/和温度210kg/h的 油作为热流体。若总传热系数为K 2 m550W/，且管外径为100mm。求（1） 该换热器是逆流式还是顺流式； （2）换热器的长度。 五、 （25 分） 两个直径 1 D为0.8m和 2 D为1.2m的同心球，中间有空气隔开，两球的表面温 度分别为KT400 1 和KT300 2 。 a. 若两球是黑表面，问它们之间的净辐射能交换是多少？ b. 若两球是黑度5 . 0 1 和05. 0 2 的漫射灰表面，它们之间的净辐射能交换是 多少？ c. 若 2 D增加至20m，且5 . 0 1 ，05. 0 2 和mD8 . 0 1 ，问两表面之间的净辐 射能交换是多少？若其他条件保持不变，将外表面作为黑表面1 2 ，问所 导致的误差是多少？ 六、 （25 分） 用单层遮热罩抽气式热电偶测量一设备中的气流温度，如图所示。已知设备 内壁为90，热接点和遮热罩表面黑度均为 0.6，气体对热接点及遮热罩的 换热系数分别为K 2 m40W/及K 2 m25W/。当气流真实温度为180 f t 时，热电偶的指示值是多少？ 七、 （25 分） 建立如图所示壁面内拐角节点A的温度的离散方程式。壁面外表面与流体 （温度为 f t）对流换热，表面传热系数 h 壁面内有内热源，单位体积内内热 源强度为，壁面按二维稳态导热问题处理。 八、 （25 分） 考察两个漫射的无限大的平行灰表面，其相隔距离很小，若两表面的黑度均 为 0.8，为了要使两表面之间的辐射热流减少至原来的 1/10，问所放置在其 之间的很薄、且导热热阻可以忽略的辐射遮热板的黑度应是多少？ 北京科技大学北京科技大学 20072007 年硕士学位研究生入学考试试题年硕士学位研究生入学考试试题 一、简要回答下列问题（30 分，每小题 5 分） 1请写出直角坐标系中，非稳态，有内热源，常导热系数的导热微分方程表达 式，并说明表达式中各项的物理意义。 2在用裸露热电偶测定气流的非稳定稳定场时，怎样可以改善热电偶的温度响 应特性？ 3采用集总参数法求解物体非稳态导热时，需满足什么条件?说明为什么要满足 此条件。 4解释现象：一条架空敷设的电缆使用时发现绝缘层超温，为降温特剥去一层 绝缘材料，结果发现温度更高。 5解释名词：接触热阻，沸腾的临界热流密度，入口效应，黑体，温室效应。 6为强化传热，可采取哪些具体措施？ 二、 （20 分 ） 半径为 s r的圆球，其热导率（导热系数）为，单位体积发热量为，浸在 文档为 f t的流体中，流体与球表面间的对流换热系数为h。求稳态时圆球内 的温度分布，并计算当m1 . 0 s ,KmW/5 . 4， 3 /5000mW， KmWh 2 /15，20 f t时，球内的最高温度。 三、 （25 分） 在一次对流换热试验中，10的水以1.6m/s的流速流入内径为28mm、外径 为 32mm、长1.5m的管子。管子外面均匀地缠绕着电阻带作为加热器，其外 还包有绝热层。设加热器总功率为42.05kW，通过绝热层的散热损失为2%, 管材的导热系数为KmW/18。试确定： （1）管子出口处的水的平均温度； （2）管子外面的平均壁温。已知管内对流换热的准则数方程为： 4 . 08 . 0 u PrRe023. 0N，在平均温度下，水的物性参数如下： 3 /999mkg， KkgJc/4187，KmW/5865. 0，=1.156 6 10 2 m /s，8.27Pr 。 四、 （25 分） 两漫灰平行平板间存在着辐射换热， 并保持表面温度 21 TT ,表面发射率分别 为 1 和 2 。为减少两板间的辐射热流，用一个两侧面发射率不同（分别为 3 和 4 ，且 43 ）的遮热板将两板隔开。问（1）为使两板之间的辐射换热 有最大的减少，遮热板应如何放置?即应该将该板发射率小的 3 还是大的 4 一面朝向温度为 1 T的平板？（2）上述两种放置方式中，哪一种使遮热板 温度更高？ 五、 （25 分） 长方体加热炉顶面mm5 . 22被加热，温度保持800，表面发射率为 0.8， 底面mm5 . 22温度为80，可以看作是黑体；四壁2.5m2.5m4个近似 是绝热的， 发射率均为 0.8。 已知炉顶与炉底之间的角系数等于 0.17。 求： （1） 画出针对此问题的辐射网络图； （2）四壁的温度； （3）加热炉顶面内埋设的 电加热器的总功率（不考虑对环境的散热损失） 。 六、 （25 分） 利用一同心套管式换热器，将流量为225kg/h，比热为KkgJ/4188的水由 35加热至95，并用流量为225kg/h，比热Kkg2095J/和温度210的 油作为热流体。若总传热系数为K 2 m W/550， 且管外径为100mm。求（1） 该换热器是逆流式还是顺流式； （2）换热器的长度。 七、 （25 分） 建立如图所示壁面内拐角节点A的离散方程式。壁面外表面与流体 f t温度为对流换热，表面传热系数h，壁面内有内热源，单位体积内内热 源强度为，壁面按二维稳态导热问题处理。 八、 （25 分） 分别画出如下两表面间的自然对流流动示意图： （1）两平板倾斜，热面在下，冷面在上； （2）两倾斜平板，上下面等温 g T，置于大气温度 w T wg TT 中； （3）两热竖壁组成的封闭有限矩形空间（上下表面绝热） 。 北京科技大学北京科技大学 20082008 年硕士学位研究生入学考试试题年硕士学位研究生入学考试试题 一简要回答下列问题（30 分，每小题 5 分） 1名词解释：热导率、对流换热系数、黑体辐射常数 0 、发射率和总传 热系数k。 2 分别写出毕渥述Bi、 努塞尔数Nu、 雷诺数Re、 傅里叶数Fo和格拉晓夫Gr相 似准则数的表达式，并请说明其物理意义。 3常物性、无内热源的稳态导热方程02t中不包含任何物性参数，这是否说 明导热物体中的温度分布与导热物体的物性无关，为什么？ 4热水在两根相同的管内以相同流速流动，管外分别采用空气和水进行冷却。 经过一段时间后，两管内产生相同厚度的水垢。试问水垢的产生对采用空冷 还是水冷的管道的传热系数影响较大？为什么？ 5何谓灰体？这种物体表面在现实中并不存在，那为什么可以用于实际物体表 面间的辐射换热计算？ 6试用热阻概念说明辐射遮热板为什么能够“遮热”？板表面的发射率对遮热 作用有什么影响？ 二 （20 分） 有一体积为V， 表面积为 x A的物体。 假设物体内部导热热阻很小， 可以忽略， 则物体在同一时刻各点的温度相同。物体与温度为 f t的环境发生对流换热， 换热系数为，若物体热导率、密度和比热容C均为已知常数，且物体 初始温度为 0 t。请推导物体温度随时间的变化函数 ft 。 三 （25 分） 采用测定铂丝电阻的方法可间接测出横掠铂丝的空气速度。现测得铂丝直径 0.1mm，长10mm，电阻为0.2，通过的电流为1.2A，表面温度为200， 空气温度为20。已知 3/1385. 0 PrRe911. 0Nu,空气的物性参数见下表。假定 辐射热损失可忽略不计，试确定空气的来流速度。 附：空气的物性参数 温度 t， 热导率 2 10，KmW/ 运动