2012.9传热试题答案2

一、计算题 1、某平板节点划分如图所示，各网格边长均为 m。导热系数0.1x W/m ，左、右、上边温度均为 40，下边与 ，50 8ft W/m 的流体进行对流换热。试写出节点的热平衡方程式，并求 1、2、3 的节点温度 解：节点 1： 04,1,1 jijijijiji ttt 此题中为： 182106ttt 034 节点 2： 02)6()()( ,1,1,1, fjijijijiji txtxtt 此题中为： 851.)50.2()(2)( 21513 ttt 43003t 节点 3： 02)2()( ,1, fjijiji txtxt 此题中为： 360632tt 由此 6014252332ttt 解得 ， ， 2t1537t 2、25 0C 的热电偶被置于温度为 2500C 的气流中，设热电偶节点可以近似看成 球形，要使其时间常数 ，问热节点的直径为多大？忽略热电偶引线的影sc 响，且热节点与气流间的表面传热系数为 h=300W/(m2K)，热节点材料的物性 参数为：导热系数为 20W/(mK)， kg/m3， J/kg k 如果气流与85040c 热节点间存在着辐射换热，且保持热电偶时间常数不变，则对所需热节点直径 大小有和影响？ 7643910ff , mhAcV3 524/130/(8540)8.21chR 故热电偶直径： mm.2.9d 验证毕渥数 Bi 是否满足集总参数法： 满足集总参数法条件。1.03.018.3/5hVi （2）若热节点与气流间存在辐射换热，则总的表面传热系数 h（包括对流 和辐射）将增加，由 知，要保持 不变，可以使 增加，即热节点hAcVcAV/ 的直径增加。 3、 （10 分）已知：一直管内径为 16cm，流体流速为 1.5m/s，平均温度为 10， 换热进入充分发展阶段。管壁平均温度与液体平均温度的差值小于 10，流体 被加热。 求：试比较当流体分别为氟利昂 134a 及水时对流换热表面传热系数的相对大小。 （10下水及 R134a 的物性参数各为： R134a： ； ； .0.8W/mK 620.18m/s391rp 水： ； ； .）574623/5r 解： 对 R134a： KmWh 24.08.056 /3.168913123.0,.Re （4 分） 对水： Km24.00.86 /541675291370.2h,.5Re （4 分） 对此情形，R134a 的对流换热系数仅为水的 38.2%。 (2 分) 4、 （10 分）为 20的空气，以 10m/s 的速度纵向流过一块长 200mm，温度 60的平板。求离平板前沿 50mm,100mm 处的流动边界层和热边界层厚度。并 求得平板与流体之间的换热量。 （平板宽为 1mm） （40的空气物性参数为： ）620.276/,1.90/,Pr0.69WmKvms 解： 层流 (156Re1.8.ul 分) 50mm 处 (2 分) 6511533.90.5.10Pr0.6.8tx mu 100mm 处 (2 分) 6511533.90.159.0Pr67txum 1/21/2/ 1/30.4Re.4.8.69.5N (4 分).952/huWKl (1 分)7.01(60)2wfAt 5、试证明：在两个平行平板之间加上 块遮热板后，辐射换热量将减小到无遮n 热板时的 。假设各板均为漫灰表面，且发射率相同，皆为 ，板的面积)1/(n 皆为 A。 证明：(1)无遮热板时 AXEb112,2, 对两个无限长的平板来说 ，所以2,1AEb122,1 (2)有 块遮热板时n )12()( 1)21(122,/nEAAnEbbb 所以 2,12,1/n 6、 （15 分）质量流量为 的变压器油在螺旋盘管中流过，油温从20kg/h 被冷却至 ，其比定压热容 。进口温度180Ct。 1“3Ct。 12.093kJ/gKpc（ ） 为 的冷水在盘管外流动用来冷却变压器油。出口处水温 ，2。 2“5Ct。 水的比定压热容 。水侧表面传热系数为 ，24.7kJ/gKpc（ ） 8W/m（ ） 油侧表面传热系数为 。钢盘管的导热系数为 ，污2150Wm（ ） 40K（ ） 垢热阻总共为 。若盘管的直径为 ，管的外径 壁厚为2.7/（ ） . 。求螺旋盘管的最小长度、盘数与水的质量流量。57m3. 解：传热量 （2） 1()209380=5139W6pmct油 （ ） 水的质量流量 （2） 22()58139=470.kg/spct水 （ ） 需计算最小换热面积，应采用逆流流动，故 （3） 12121212()()ln()/()80530/85306.4Cmttttt。 则 满足：0k （3） 01 21ln2.570570.458.ooi iddkhh2098.1/(mK)kW 满足：0A （2）20536.4mAt 盘管长 （2）02.1.57old 总盘数 盘 （1）124.390.ln 7、时间常数是从什么导热问题中定义出来的？它与哪些因素有关？同一种物体 导热过程中的时间常数是不是不变的？ 答：时间常数是从导热问题的集总参数系统分析中定义出来的，从中不难看出， 它与系统（物体）的物性、形状大小相关，且与环境状况（换热状况）紧密相 连。因此，同一物体处于不同环境其时间常数是不一样的。 8、试分析不凝性气体影响膜状凝结传热的原因。 （提示：少量不凝结气体的存在就将使凝结换热系数减小，可从换热热阻增加 和蒸汽饱和温度两方面加以阐述） （1）含不凝结气体的凝结时在液膜表面会逐 渐聚起不凝性气体层，将蒸汽隔开，蒸汽凝结必须穿过气层，使换热热阻大大 增加；（2）随着蒸汽的凝结，液膜表面气体分压力增大，使凝结气体分压力降 低，液膜表面蒸汽的饱和温度降低，减少了有效冷凝温差。 9、为什么电厂凝汽器中，水蒸气与管壁之间的传热可以不考虑辐射传热？ 提示：可以从以下 3 个方面加以阐述：(1)在电厂凝汽器中，水蒸气在管壁上凝 结，凝结换热系数约为 450018000W(m 2K) ，对流换热量很大；(2)水蒸气 与壁面之间的温差较小，因而辐射换热量较小；(3)与对流换热相比，辐射换热 所占的份额可以忽略不计。 ） 10、气体辐射有哪些特点? 答：(1)气体的辐射（和吸收）对波长有强烈的选择性，即它只能辐射和吸收某 些波长范围内的能量。 (2)气体的辐射（和吸收）是在整个容积中进行的。固体和液体不能穿透热 射线，所以它们的辐射（和吸收）只在表面进行。 11、角系数有哪些特性? 答：(1)角系数的相对性 ；(2) 角系数的完整性 ；1,22,1AX1,niiX (3)角系数的可加性 , nii 12、灰体的含义？ 答：灰体是指物体单色辐射力与同温度黑体单色辐射力随波长的变化曲线相似， 或它的单色发射率不随波长变化的物体；或单色吸收比与波长无关的物体，即 单色吸收比为常数的物体。 13、（3 分）有一台采暖用的散热器，用管内的热水来加热管外的空气。为了 提高散热器的散热效果，有人建议采用内螺纹管，并且在管外加装肋片，试从 传热角度来评价这个方案。 答：这个方案很好，因为管内采用螺纹管可以增加传热面积，同时增加管内水 的扰动,破坏其流动边界层从而强化换热；而管外空气的表面换热系数很小，其 热阻在整个传热过程中占主要部分，加装肋片后可以增大空气侧传热面积，显 著地减小气侧表面热阻，从而有效地增大传热量。 14、（3 分）一冷凝器实验台，在充满工质前没有抽真空，试问这对冷凝器运 行的传热性能有何影响？ 为什么？ 答：会削弱传热性能，因为没有抽真空冷凝器中存在不凝性气体，增加了蒸汽 到液膜表面的阻力,阻碍了凝结；随着蒸汽的凝结，蒸汽分压力降