上海交通大学研究生入学考试试题

上海交通大学1997年硕士研究生入学考试试题试题名称传热学（含流体力学）答案必须写在答题纸上 传热学（含流体力学）1、输气管道内的空气温度tf =100，流速u=1/s, hdtft0用一支插入套管中的水银温度计测量空气温度（见附图），温度计的读数是铁管底部的温度th , 已知铁套管与输气管道连接处的温度t0=50,套管长度h=140mm,外径d=12mm，材料的导热系数=58.2w/(m2)，试问测温误差为多少度？已知温度计套管的过余温度分布式为q=0t0Nt =0 =N第 2 题 附 图式中，综合参数 第1题俯图，铁管与空气间的对流换热的准则式为Nu=0.615Re 0.466,空气物性参数为=3.2110-2w/(m)，=23.1310-6m2/s. 2、 如附图所示，厚初始温度为to的大平板一侧被突然置于的流体中冷却，另一侧保持绝热，已知大平板材料的导热系数，密度和比热分别为 、c，试导出大平板内节点n=1,2,N-1及边界节点n=0,N的显式差分方程。这里，N表示平板的等分刻度数。13绝热21m第 3 题 附 图3、一辐射换热系统的加热面布置于顶部，底部为受热表面，顶部表面1和底部表面2间隔为1m，面积均为11 m2。已知顶面的黑度1=0.2，t1=727底面2=0.2，t2=227。其余四侧表面的温度及黑度均相同，为简化计算，可将它看成整体看待，统称F3，F3是地面绝热表面，试计算1，2面之间的辐射换热量及表面3的温度t3,已知1，2面之间的角系数X1，2=0.24、凝结液膜的流动和换热符合边界层的薄层性质，若把坐标X取为重力方向（见附图），则竖壁膜状凝结换热时的边界层微分方程组可表示为： （1）式中，下角标l表示液相，努谢尔特在作了若干简化假定后，将将上述方程组简化为： （2）相应的边界条件为：y=0, u=0, t=tw (3)y=， t=ts(1) 试扼要说明，努谢尔特提出的简化假定有哪些？(2) 从（1）方程组简化成（2）方程组时，略去各项的依据（简化假定）以及边界条件（3）的依据（简化假定）分别是什么？（12分）5一台逆流式换热器刚投入工作时的参数为t1=360，t1=300，t2=30，t2=200，G1C1=2500w/,k=800w/( m2),运行一年后发现，在G1C1，G2C2及t1，t2保持不便时，冷流体只能被加热到162。试确定次情况下的传热系数k污垢热阻r及热流体出口温度t1为多少（20分）6流体外掠平板时，边界层动量积分方程为：假定边界层的速度分布函数u=f(y)是y的二次多项式，即u=a0+a1y+a2y2,试求边界层厚度及摩擦系数Cf的计算式。（16分）上海交通大学1998年硕士研究生入学考试试题试题名称传热学（含流体力学）1.写出下列准则的表达式，并注明各量的物理意义（）Bi Fo Gr Nu Re Eu2.温度为t0的球体被突然置于温度为t的流体中冷却，换热系数为，如果要求在一瞬间圆球内各点温度始终能够维持基本一致即可以不考虑球内有温差，向这个圆球直径d的约束条件是什么？假定球体材料导热系数用表示（）3.一根直径为dmm的铜导线，每米长的电阻等于2.2210-3,导线外包有绝缘层，厚mm，导热系数0.15w/(m).限定绝缘层最高温度为t1=，最低温度t2=试确定在这种条件下导热中允许通过的最大电流Imax.(12)4.如附图所示，平均流速为u的流体在内径为d的圆管内稳定流动，流体的密度，比热Cp和导热系数均为常数，管内流体与管外大气的传热系数为，大气温度t看成常数要求：（） 导出x截面处由导热和对流传入控制体dx的热量in以及x+dx截面处由导热和对流从控制体传出的热量out表达式 （） 导出控制体dx内的流体和管外大气之间的传热量的表达式（） 通过能量守恒分析，导出上述流动流体的能量方程式，分析时略去流体的轴向导热作用（） 假定圆管入口处流体温度t=t0，试解出管内流体过余温度=t-t沿轴向x的分布式（） Qu Qin Qout t0 d Q dx x=0 x x=x x=x+dx (第四题附图）5套管式热水器的冷水进口温度，出口温度，比热），流量，热流体的进口温度，其热容量，若传热系数），试计算在逆流和顺流两种情况下热水器的传热面积F分别是多少？（16分）6如附图所示，面积均为2525的表面1和表面2相互垂直放置，其角系数，表面1的温度，黑度，表面绝热。两表面与壁温的大房间进行辐射交换。要求：（1）画出该体系辐射网络图（2）计算表面1的辐射热损失Q（3）计算表面的温度 （假定表面1和表面的背面不参与热交换）（18分）7试导出如附图所示平板流动速度边界层厚度的计算式。已知边界层的速度分布为，边界层动量积分方程式为（15分）上海交通大学1999年硕士研究生入学考试试题试题名称传热学（含流体力学）1.流体与两平行平板间的对流换热如下面两图所示.试画出两种情况下流体温度分布线 (4分)2.对于右图所示几何结构,试导出从沟槽表面发出的辐射能中落到沟槽外面的部分所占的百分数计算式.设在垂直与纸面方向为无穷长. (5分)3.两块不同材料的平板组成右图所示的大平板.两板的面积分别为F1,F2导热系数分别为1,2.如果该大平板的两个表面分别维持在均匀的温度t1及t2.试导出通过该大平板的导热量Q的计算式.4.某一瞬间,假定一厚为的无限大平板的温度分布可表示成的形式,其中和为已知常数.要求: 导出此时刻在x=0表面处的热流密度q 证明此时刻平板平均温度随时间的变化率 这里,a为平板材料导温系数.(15分)5.q=1000w/的热流密度沿x方向通过厚=20mm平板.已知在x=0,10 及20mm处温度分别为100,60及40.试据此数据确定平板材料导热系数= ( 为平均温度)中的0及b. (18分)6.室温为 =10大房间中有一根d=10cm烟筒,其竖直部分高h=1.5m,水平部分长l=15m,壁温tw=110,求烟筒每小时的对流散热量Q.已知空气物性数据=1.06kg/,Pr=0.696.=0,029w/,=18.97/s. 大空间自然对流换热实验准则式为 式中系数c及指数n见附表1(20分)附表1 中的c和n加热表面形状与位置系数c及指数n适用范围流态cn竖直平板层流0.590.25竖圆柱紊流0.101/3横圆柱层流0.530.257.一燃烧试验设备的壁面上安置了一小块直径d=5cm圆形耐热玻璃,其穿透率=0.9,反射率=0,里度=0.3.如果燃烧温度Tg=727,设备外界的环境温度=20,外表的对流换热系数=9.6w/,试导出耐热玻璃的能量守恒式,并据此计算的玻璃温度Tw,及其散热量Q.假设玻璃的温度均匀(18分)8.有一台逆流套管式汽油器,冷却水流量Gc=230kg/h,进水温度tc=35,热油进口温度th=120,传热面积F=1.4,传热系数k=280w/.如果油的出口温度不准许低于60,冷却水的出口温度不得高于85,试计算该汽油器每小时所能冷却的最大油量Gh,已知水的Cpc=4.17KJ/,油的Cph=2.1KJ/.(15分)上海交通大学2000年硕士研究生入学考试试题试题名称传热学（含流体力学）1.回答下列8题1-1. 简叙玻璃温室饱暖的原理(限5070字) (3分)1-2. 由竖壁膜状凝结换热分析,得出液膜厚度,由此可以导出局部换热系数关系式问指数n=?(3分)1-3.已知一个回热器的热,冷流体进,出口温度分别为t1=90,t1”=50,t2=10,t2”=30.试确定该台回热器的效能为多少(3分)1-4. 判别能否用集中参数法求解非稳态导热问题的准则数是Bi,Fo,BiFo1-5.试在t-x坐标图上画出厚为的无限大平板一维稳定导热时的温度分布曲线,条件为x=0,t=. x=,t=t2(),平板材料导热系数=0(1+bt) ,式中b0.(4分) 1-6.写出影响自由对流换热Nu数的两个准则数及其定义式(4分)1-7 .有均匀内热源的无限大平板稳定导热的边界条件及温度分布如附图所示,(1)画出q1及q2的方向 (2)比较q1及q2的大小 (3)比较1及2的大小（“比较”指，或=、）1-8 .如图所示,这是一个直径为d长的l的圆棒状伸展体一维稳定导热问题,试写出该伸展体像四周空气散热量Q(w)的微分和积分计算式,假定该伸展体温度分布用t=t(x)表示,材料导热系数为,换热系数为,空气温度为tf(5分)2.试导出二维稳态导热时拐点节点(i,j)的能量守恒表达式即有限差分方程式(不需要展开,化简).已知右侧壁绝热,顶端处于温度为tf,换热系数为的冷流体环境,同时受到外界热辐射qrw/m照射,有内热源qvw/m,网格 ,材料导热系数为. (10分)3.一金属杆内的温度分布为 , 式中时间的单位为小时,x=0为杆的始端,x=L为杆的终端.已知T0=100,L=1m,=45W/m,问(1)=10小时时通过杆中间x=0.5L截面的热流密度q=?. (2)出现最高杆温的位置4.用热电偶测量气流温度时,通常热电偶接点可近似看成一个圆球体.已知气流与热电偶接点的=400w/ ,热电偶材料物性数据为C=400J/kg,=8500kg/m,热电偶接点的时间常数为=1s,试确定(1)热电偶接点的直径d, (2)如果把初温为t0=25的热电偶放在温度为 =200的气流中,问:当热电偶显示温度为t=199时,其需要经历多少时间(15分)5.如图所示,有一封闭矩形空腔,假定它在垂直纸面方向上是无限长的.已知上表面1的温度t1=25,下表面2的温度为t2=13其余两个侧面(用3表示)均为绝热.试借用辐射网络图,计算上下两表面的净辐射换热量和，以及侧面3的温度t3.假定所有表面的黑度均为=0.8（17分）6.有一卧式单流程蒸汽冷凝器,冷凝蒸汽量G1=1000kg/h,从干饱和蒸汽凝结为饱和水.蒸汽温度t1=100,汽化潜热r=2257kj/kg.冷凝管为n=30根,直径d=20mm的薄壁铜管(导热热阻不计).已知冷却水流量G2=20000kg/h,进口水温t2=20,冷凝侧2=16000w/m,污垢热阻r*=/,求冷凝管长度l.已知管内紊流换热准则式 =0.023 ,水的物性参数为Cp=4.174kj/kg,v=0.805,Pr=5.42,=0.618w/m,=996kg/m（18分）上海交通大学2001年硕士研究生入学考试试题试题名称传热学（含流体力学）一问答题（共35分）1试比较自然对流换热,强制对流换热及沸腾换热三种换热系数的大小.（仅给出大小关系）（3分）2.如图所示,为一半圆与一平面所组成的表面,温度保持在500，周围流体的温度为300,对应换热系数a=1W/m2,已知D=100mm,L=300mm,试求此表面的散热量.（4分）3.二维无内热稳态导热问题,网格划分如图所示,试导出图中节点2的节点方程.已知顶部环境温度为tf,对流换热系数为a,材料A的导热系数为,材料B的导热系数为.（4分）4.试写出大空间自然对流换热实验准则关联式的一般函数形式及式中各准则的定义式.（4分）5.试说明珠状凝结比膜状凝结的换热系数高的原因.（3分）6.一圆管外表面敷设热绝缘层,如果总的管外径小于临界绝缘直径,则与不敷设绝热层的圆管相比,每米的热损失是否会降低.（3分）7.简述气体辐射的特性.(限80字)（4分）8.外掠平板时边界层动量积分方程式为: ，为了求解边界层厚度 ,速度分布选用多项式 ,试列出在确定系数时所采用的边界条件.（4分）9.如图所示为一无穷大平板,厚为2 ,初始温度t=const ,从时刻起突然将其置于 的液体中,此处假设 ,试针对下列两种情况画出时刻 , 板内的温度分布曲线( 0 ,板与周围流体间的对流换热系数为 ,板的导热系数为 ,板的横截面面积为f,横截面的周长为U,试推导出 (1) 板的温度分布, (2) 板的散热量.(15分)五.已知两个相互垂直的正方形表面的温度分别为 =K , ,如图所示,其黑度分别为 =0.6, =0.8 ,该两表面位于一绝热的房间内,试计算表面 (1) 与表面 (2) 之间的角系数 ,及此两表面间的交换热量Q.(20分)(角系数查传热学第四版课本400页图9-8)六.一冷凝换热器壳程为膜状凝结换热,工质温度为80 ,冷凝换热系数为 ,管程为一根蛇形管,管内径为 20mm ,管壁导热系数为 3mm ,总污垢热阻为 100W/mK ,管内流冷却水,流速为 2m/s ,入口水温为20 ,出口水温为 60 ,试计算换热器和所需管长.(10分)水的热物性：温度密度导热系数比热粘度W/mKJ/kgKg/m.s20998.259.94.183100440992.263.54.174653.360983.165.94.179469.9管内紊流强制对流换热的关联式为：加热流体时n=0.4,冷却流体时n=0.3.上海交通大学2002年硕士研究生入学考试试题试题名称传热学（含流体力学）1.回答下列4题(共20分)1-1在tx人材图上画出厚为 的无限大平板一维稳态导热温度分布曲线并简扼解释之.已知x=0 ,t=t1; x=,t =t2 (0.1-2.大空间自然对流的换热准则关系式Nu=C(GrPr)n中不出现Re数,试问下述四种解释哪一种是正确的?(1)不需考虑粘性力的影响(2)不需考虑惯性力的影响(3)Re是非定型(待定)准则(4)此时没有流速分布.1-3.写出Bi各Fo的组成式,简述其物理意义.1-4画出四个灰休表面间的辐射换热网络图并写出其四个节点的辐射换热计算议程组(不需展开).2 厚=10cm内热源为qv=3104w/m3的大平壁的一个表面x=0为绝热面,另一个表面X=暴露于t=25空气之中.已知空气与壁面之间的对流换热系数a=50w/m2,壁的导热系数 =3w/mK. (1) 写出平壁的稳态导热微分方程及边界条件(2)计算最高壁温tmax(10)3 试导出具有内热源q、变截面F(x)、周长U、变导热系数、细杆状扩展体（见附图）一维稳态导热问题的温度场微分方程式（不需展开和化简）。 （10分） 4 用集中参数法计算下落铝滴的初始冷却速率dT/d.若球状铝滴的直径d=0.5mm。初始温度Ti=1700K,下落速度u=1m/s,铝滴可看成灰体，其表面辐射率（黑度）=0.2，密度 AL=2100kg/m ,Cp,AL=1100J/kgK,铝滴所处的环境及空气温度T=300K，空气导热系数 =0.067W/mK,运动粘度v=117.3X106m2/s,Pr=0.70,空气外掠球体的对流换热规律为Nu=2+(0.4Re0.5+0.06Re0.667)Pr0.4 （15分）5 给出一漫射表面的单色吸收率、单色辐射强度以及外界辐射G随波长分布（见附图）。若在某一瞬间测得其表面温度为1100K，试计算并回答：（1）此时该表面的全辐射力E及黑度。（2）定向辐射强度I（3）单位表面积吸收的外界投入辐射能Qo （4）此条件下的物体温度T随时间增加还是减小，假定物体无内热源，也没有任何别的形式的热量传递。 （15分）6 测得一台已工作很长时间的逆流式油冷器的参数为：热油流量Gh=2kg/s,进、出口温度Th.L=420K,Th.o=380K,冷水流量Gc=1kg/s，进口温度Tc.o=300K.已知传热面积A=3.33m 。问：相对原传热系数设计值K=930w/m2 K,因表面积垢，导致该台油冷器的K下降多少%（百分数）？设热油的比热cph=2330J/kgK,冷水cpc=4174J/kgK (15分)7 参见附图，试计算建筑物玻璃大门的对流热损失。已知玻璃大门高h=2.3m,宽w=4.0m。其内表面温度Ts=0，建筑物内空气Te=20空气运动粘度v=14X1