高等传热学复习题.doc

高等传热学复习题1. 太空飞行物伸出的细长散热棒，以辐射方式与外部进行换热，棒长L、截面积A、截面周长U、导热系数、发射率、棒根部温度t0 ，外部空间为绝对黑体，写出该问题的完整数学描述。2. 半径为R的实心球，初时温度为t0，突然放入tf 冷水中，已知球的物性、c、及表面传热系数h，写出球冷却的完整数学描述。3. 直径为、单位长度电阻为、发射率为的金属棒，初始时与温度为的环境处于热平衡状态，后通过电流I，已知棒与环境的表面传热系数为。试导出通电流期间金属棒温度随时间变化的规律，并写出处于新的热平衡状态的条件。（不用求解）4. 大平板：, 1） 已知两侧为对称第三类边界条件求的分布；2） 一侧为第三类边界条件另一侧绝热, 求的分布。3） 一侧为第一类边界条件，另一侧为绝热，,求t的分布。4） 两侧为相同的第一类边界条件,求t的分布。5） 两侧为不同的第一类边界条件,求t的分布。5. 厚为L、导热系数l =1.5W/(m K)的浇注混凝土墙，两边保持温度为20，由于混凝土的固化，单位体积释放100W/m2的化学热能。若要求浇注时墙内任意处每米墙厚的温度梯度不大于50，墙的最大厚度是多少？6. 敷设肋片就一定能强化传热? 增加散热量满足的条件?解：敷设肋片时:不敷设肋片时: 1 增强换热；=1 不增强不减弱；1 减弱换热。实际情况下，对于等截面直肋和三角形直肋，只有当时，才能强化换热。在三角形直肋中，应取平均厚度，即肋基厚度的一半。7. 半径为R的实心圆柱体，内热源强度v为常量。求第三类边界()下圆柱体内的温度分布及最大温差。8. 半径为R的实心导线，导线的电阻率为，导线通过电流I而发热，导线的导热系数为常数。求：1) 内热源强度v；2）第一类边界下导线内的温度分布及最大温差。9. 直径为3.2mm的导线，长为30mm，两端电压为10V，表面温度为93,电阻律为70cm，导热系数为22.5W/（m.K），求导线中轴线上的温度。10. 一根半径为r的发热长细圆杆，单位体积发热量为qv，导热系数为，细杆侧面和右端面与温度为tf 的流体对流换热，表面传热系数为h，左端面热流密度q已知，如附图所示。试列出杆内温度变化的微分方程及有关单值性条件(不必求解)。 11. 等截面杆两端()的温度分布分别保持为和，其侧面向温度为的周围介质散热，表面传热系数为。设杆的横截面上的温度差可忽略，求杆长方向的稳态温度场。12. 一平板单侧面积为A，初温t0，突然一侧面有一热源qs加热，另一侧与气流tf，h接触，内阻略，写出完整的数学描述并求解温度分布。13. 直径为0.3cm的水银球温度计，测量炉子温度。已知炉子的比热率为200K/h，温度计与空气的表面传热系数 h=,求温度计最大滞后温度。14. 一直径4cm的铝制小球形仪器放在宇宙空间（宇宙空间可视为0K的黑体），初始温度30，球的温度降低到40K时，该仪器实效。试写出该问题的完整数学描述，若小球的物性参数为：密度；比热；表面发射率，估计该仪器能工作过长时间而不失效。15. 证明: 在正常情况阶段，温度的变化不论是在时间上还是在位置上都是成比例的。16. 铺设地下水管时要考虑冬季结冰，若土地初始温度均匀为20 ，且在冬季60天里地表温度恒为-15 ，求为避免水管结冻的最小埋设深度。已知泥土 a=0.138 10-6 m2/s17. 夏天马路表面温度50，一阵暴雨后，路面温度降为20，并在较长时间内（30分钟）表面温度维持在这个温度上，求马路传出的总能量。（假设马路为半无限大物体）物性：300K时马路，c=920J/(kgK)，18. 大平壁的初始温度均匀为, 从某一个时刻起，受到均匀内热源的加热，同时两侧表面的温度保持为不变，试写出该导热问题的完整数学描述，并求解平壁中的温度场。19. 某厚度为2的无穷大平壁，初始温度为t0，双侧在第三类边界条件下冷却时，不稳态导热的温度场公式为坐标原点在壁中心。现坐标位置不变，平壁右侧保持原冷却条件，将左侧表面改为绝热边界条件，试写出新的温度场公式。(注：不需解微分方程，请利用原有的解函数，写出新的解公式) 20. 直径为d的长圆柱棒，置于壁温为Tsur的大空间内，初始温度为Ti，对它通电进行热处理，已知其体积热量产生率qv（W/m3）均匀；空气温度Ta；棒表面发射率；棒与空气的对流传热系数为h；棒的比定压热容为cp；质量密度为。假定圆柱棒内部无温度梯度且常物性。求：（a）稳态传热方程；（b）当忽略热辐射换热时的瞬态温度响应T()。21. 用有限差分法求解不稳态导热问题，存在一个迭代是否收敛的问题。对某种材质空间间隔取x1，允许间隔时间取1。若材质的导热系数提高一倍，其它条件不变（记为状态2），或所取的x增大一倍，其它条件不变（记为状态3），则为保证迭代收敛，所取的时间间隔应满足：22. 流体横掠平板，设速度场分布满足以下三个条件：（1）；（2）；（3）请列出动量方程，并求解给出(x) 的表达式。23. 设流体纵掠平版时，边界层内的速度为，(a、b为常数) 。试利用动量积分方程，求边界层厚度(x)与Rex的函数表达式。 24. 流体横掠平板边界层如图。1-1为边界层外不远处一平行面。已知边界层内速度分布为： , 求流出1-1面的流量V以及x点处的局部摩擦系数cfx。25. 现假定流体横掠平板层流边界层中的速度分布用二次曲线。当y=0时，u=0；当 y 时，u=u 且，试列出积分形式的边界层动量方程，并通过求解给出(x)的表达式。26. 某流体流经恒壁温的平板，已知在热边界层内速度可近似为u0不变，试用积分法求热边界层的厚度t和局部换热的Nu数。27. 某液态金属以速度u0流经长度为L的恒壁温平板，试用积分法求热边界层的厚度t和换热的平均Nu数。28. 水在间距为L的两大平行平板之间流动，其中一块平板为静止，另一块平板以匀速运动。两块板温度相同。（假设：不可压缩流体、常物性、充分发展流 ）1) 写出描述该问题的动量和能量微分方程及边界条件；2) 为维持上述运动，求单位面积上的应力 t ；3) 求流体中最高温度及其位置。29. 如图所示，两无限大平行平板的间距为l，下板静止不动，上板以速度U（常数）作匀速运动，粘性流体在两平板间作稳定的层流流动，两板的温度均为Tw，流体的物性为常量。如果已知速度分布为u(y)= Uy/l，v=0，沿运动方向的温度梯度为零，但需要考虑粘性耗散，试写出描述该现象的动量及能量方程，并求： 1）流体沿y方向的温度分布T(y)；2）上、下板的换热热流密度qw上，qw上； 3）若定义，Tf为流体截面平均温度（已知条件），求换热的Nu（）。30. 水在间距为的两大平行平板之间流动，其中一块平板为静止，另一块平板以匀速流动，两块板温度相同。写出动量方程及能量平衡方程为维持上述运动，单位面积上应力流体最高温度（假设常物性，不可压缩流体，充分发展流）31. 利用守恒定律，导出管内充分发展流局部剪切力 t 沿管道横截面的变化规律。32. 间距为D的平行通道，试求充分发展段速度u分布，剪切力tw和摩擦系数Cf。 33. 两无限大平板，板间距为D，上板以u0运动，下板静止，求板间流体的速度u分布。若不计黏性力，上下板温度分别为tw1,tw2,求其内流体的温度分布。34. 水在管径d=0.305的长管内流动(湍流),已知水的=0.305, ，求1) 壁面上2) 摩擦速度u*3) 估计层流底层,过渡区及湍流核心区的厚度（三层模型）35. 导出流体在平板外、定常流动时湍流区层流底层的动量方程及速度分布u+=f(y+)的表达式。36. 两无限大平板，间距为D，计算并画出层流及湍流（两层模型）时 1）随的变化情况 ；2）摩擦速度 37. 两块具有均匀壁温（70）的竖直板，平行放置于20的空气中，板高为0.6m，求为不使自然对流边界层汇合，两板间距最小是多少？ 38. 试分析比较两平行板之间内、外边界层的厚度及边界层外的速度情况。39. 试从空间和时间的角度，分析有限厚度（2）的平板可视为半无限大物体的条件。40. 外掠平板什么条件下速度分布同温度分布？这时的速度分布和温度分布分别指的是什么？41. 利用紊流三层模型分析，写出这三层的动量方程及速度分布u+=f(y+)的表达式。42. 热量从高温流体通过无内热源的固体大平壁，流向低温流体的传热过程