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传 热 学 试 题 油气储运工程专业 传 热 学 试 题 油气储运工程专业 一 15 分 用热电偶来测量大容器中气流的温度 热电偶结点可近似看作圆球 若气流和 热电偶结点间的表面传热系数 h 400 W 2 m K 热电偶结点的导热系数 20W m K 比 定压热容 c 400J kg K 密度 8500kg 2 m 1 若时间常数为 1 秒 求热电偶结点的直径 2 若将初始温度为 25 时间常数为 1 秒的热电偶放入 200 的气流中 热电偶结点 温度达到 199 需要多长时间 3 若大容器的壁面温度为 25 热电偶结点的黑度 发射率 为 0 88 忽略热电偶丝 的热损失 热电偶的读数为 195 气流的实际温度为多少 二 10 分 空气从内直径为 35mm 长 3m 的圆管内流过 若已知管内空气的流速为 8m s 空气的进 出口温度为 20 和 30 设管内壁温度为 80 试计算空气与管壁间的表面换 热系数 附录 1 管内受迫对流换热的实验关系式 层流流动 R f e 4 10 N f u 0 023 8 0 Re f m f Pr 流体被加热 m 0 4 流体被冷却 m 0 3 附录 2 干空气的热物理性质 p 1atm t kg m 3 W m K 6 10 m 2 s Pr 20 1 025 0 0259 1 506 0 703 40 1 128 0 0276 1 696 0 699 60 1 060 0 0290 1 897 0 696 三 13 分 在 1 1 型壳管式换热器油被水冷却 水的进 出口温度和流量分别为 17 60 和 1 4kg s 油的进 出口温度和比热容分别为 107 32 和 1 84KJ kg K 设传热系数 为 284W 2 m K 已知 30 50 时 水的比热容为 4 174 KJ kg K 1 冷热流体是顺流还是逆流 定型的画出冷热流体沿流动方向的温度分布 2 求对数平均温差 3 求所需的传热面积 四 15 分 某深油井采用隔热油管注汽 隔热油管外直径为 1 d 表面黑度为 1 温度为 1 T 隔热油管外湿套管 套管内直径为 2 d 内表面黑度为 2 温度为 2 T 为了减少井筒热损失 用一薄铝管插入油管和套管的环空中 求 1 画出隔热油管和套管之间的辐射换热网格图 2 为尽量减少井筒的热损失 插入的铝管应尽量靠近隔热油管还是套管 为什么 3 希望插入的薄铝管的黑度大一些还是小一些 为什么 五 15 分 内 外直径各为 0 5m 及 0 6m 的圆柱形储罐 用铬镍钢板制成 导热系数 15 2 W m 罐内装满了具有一定放射性的化学废料 其容积发热率为 5 10W 3 m 该罐被置 于水流中冷却 表面传热系数 1000W 2 m K 流体温度为 25 求 稳态情况下 1 罐的外表面温度 2 罐的内表面温度 六 分析简答 每小题 4 分 共 32 分 1 如图所示的双层平壁 壁厚相等 的稳态导热 导热系数为定值 试分析 1 和 2 的相对 大小 2 厚度为 2 导热系数为 初始温度均匀为 0 t的无限大平板 两侧突然暴露在温度为 t t 0 t 表面传热系数为h的流体中 试定型画出当 Bi hL 和 Bi0 时无限大平 板内的温度分布曲线 3 推到拐角节点 1 稳态时的节点方程式 二维 条件 对流便捷 有均匀的内热源 强度 为 W 3 m x y 不必整理 4 在相同流速 相同温度的条件下 流体在管内流动和在管外横向冲刷时 哪一种情形的表 面传热系数 h 大 是从物理意义上说明之 5 为什么少量不凝结气体就会使膜状凝结换热大大恶化 6 有一冷凝器 用冷却水冷却变压器油 实验测得其总传热系数k由如图所示的特征 问 1 该换热器的主要热阻在哪一侧 2 如两种流体的流速差不多 你认为流体甲是水还是油 为什么 7 北方的冬季用热水散热器采暖 管内热水加热管外空气 到了深冬只加热水流速 能不 能显著增加换热量 为什么 散热器设备已定 怎样显著增加换热量 8 在太阳能利用中 总希望集热器的表面涂层对太阳光的吸收比 大 即 这是否 与基尔霍夫定律矛盾 为什么 传 热 学 试题答案 油气储运工程专业 传 热 学 试题答案 油气储运工程专业 一 解 1 设 Bi 0 1 3 1 0 033 从而可采用集总参数法 v p c hA f f e tt tt 0 mm c h R h Rc hA vc p c pp c 35 0 4008500 140033 3 mmd70 0 033 0103 2 203 1035 0400 3 3 A V h Bi 满足条件 2 eee tt tt c v p c hA f f 20025 200199 0 解得2 5 s 3 热电偶对于大容器来说 有 1 A 热 v duf f 紊流 流体被加热 从而有 4 08 0 PrRe023 0 fff Nu 15 47 699 0 16500 023 0 4 08 0 f Nu 又 d Nu h dh Nu f f 18 37 035 0 15 470276 0 2 KmWh 三 解 1 由于CtCt hc 3260 22 从而必须为逆流布置 2 在换热器内 1760 32107 CtCt 15 47 21 C In t t In tt tm 281 15 47 1547 2 1 21 3 mhhpmh tAKtcq 28284 1760 10174 44 1 3 A 2 6 31mA 四 解 1 换热网络图为 2 为减少井筒热损失 即 而 22 2 333 3 33 3 13111 1 21 111111 AAAAxAA EE bb 其中 22 2 13111 1 1 1 1 AxAA 的值不变 要尽量减小井筒热损失 必须使其它三个热阻之和最小 而 3 为恒定值 从而 3 A越小 而ldA 33 3 A 3 d 可知 铝管应靠近隔热油管 3 由于 3 A不变 22 2 32313111 1 1 1 1 1 AxAxAA 值不变 要使 需 3 3 1 从而 3 也就是说铝管黑度越小越好 五 解 依题意有 在稳态情况下 传递的热量就是化学废料放出的放射性能量 其中V lR 2 1 25 6 01000 25 010 25 2 2 1 222 2 1 ff t dh R tttdhlR 得到 Ct 4 35 2 ldhd d In l tt RR tt f h f 21 2 11 1 2 1 21 2 1 2 1 5 1 2 1 10 hdd d In tt R f 1 2 1 10 21 2 1 5 1 hdd d InRtt f CInt 9 72 6 01000 1 5 0 6 0 2 152 1 25 01025 25 2 或 C d d InRtt d d In l tt lR 98 715 3448 37 2 1 10 2 1 10 1 22 1 5 21 1 2 212 1 5 六 分析简答 1 答 由于稳态导热 且 2121 qq 根据 dx dt q 可知 从图中可知 21 dx dt dx dt 从而 21 或 t q q 相同 相同 从图中可知 2121 从而tt 2 答 0 Bi 物体内温度均匀一致 Bi 表面温度等于流体温度 3 答 根据能量守恒 0 4 1 2 1 2 1 2 1 1 1 yxttyxh x tt y y tt x nmf nmnmnmnm 4 答 管横 hh 因为流体在管外横向绕流时 由于要产生边界层的脱离表面的现象 使得扰 动大大增加 热量传递速度加快 5 答 两个原因 其一是增加了一层气膜 由于气体的导热系数很小 从而产生的热阻很大 其二是 ttPP s 蒸汽气 6 答 不矛盾 因为基尔霍夫定律指出 在动态平衡情况下 而从题意来看 两物体 远不到动态平衡 另外从灰体的角度来看 我们把物体的温度在小于 2000K 下成为灰体 从 而有 而对于本题 为表面涂层的温度 集热器 温度很低 而 为表面涂层吸收 太阳能的射线 温度为 5800K 不能看作是灰体 从而有 7 答 1 主要热阻在