上海理工01-08年传热学考研试题.pdf

1 20012001 年上海理工大学硕士研究生入学考试试题年上海理工大学硕士研究生入学考试试题 考试科目 传热学 准考证号 得分 一 问答题 每题 5 分 1 有三层平壁组成的复合壁 已测得各层壁面温度依次为 600 500 300 60 在稳态导热情况下 问哪一层热阻最小 2 说明非稳态可以采用集总参数法求解的条件 并说明其物理意义 3 怎样才能改善热电偶的温度响应特性 4 直管内紊流对流换热中 其他条件相同时 相同的流速或相同的流量条件下粗管和细管的 对流换热系数哪个大 有何证据 5 不凝性气体对膜状凝结换热有什么影响 其机理是什么 6 何为灰体 引入灰体概念对计算辐射换热有什么意义 7 试比较黑表面 温射灰表面 重辐射面的有效辐射和本身辐射的关系 8 举例说明强化单相强制对流换热的基本思想 9 从传热观点看 为什么暖气片一般都放在窗户下面 10 试说玻璃温室效应的原理 二 计算题 一 二题每题 13 分 第三题 14 分 1 水以 2kg s 的流量流过内径为 40mm 的管子 管内表面的温度保持 100 问需要多长的 管子才能把水温从 25 加热到 75 比热 Cp 4 141kJ kg k 动力粘度 547 10 6N s 导热系数 0 643W m 密度 1000kg Pr 3 56 不需要修正 2 考察一长 4m 宽 3m 的房间 地板和天花板之间的距离为 2 5m 房间的四个墙壁是绝热的 由 于使用了电阻加热器使地板表面保持均匀温度 30 天花板的温度为 12 地板对天花板的 角系数为 0 29 若所有表面的黑度都为 0 9 问地板与天花板间的净辐射热量是多少 墙壁的 温度是多少 3 一台逆流式换热器刚投入工作时在下列参数下运行 热流体进口温度 t1 360 出口温度 t1 300 冷流体进口温度t2 30 出口温度t2 200 热流体的质量流量G1与比热C1 的乘积 2500W 传热系数 800W 运行一年后发现 在 G1C1 冷液体的 G2C2 及 t1 t1 保持不变的情形下 冷流体只能被加热到 162 而热流体的出口温度则高于 300 试 确定此情况下的污垢热阻及热流体的出口温度 三 推导题 每题 5 分 1 一侧面绝热的棒 一端 x 0 处 温度为 t0 另一端 x L 处 温度为 t0 该棒的横截面积按 线性规律变化 fx x0 1 x L f0为 x 0 处的截面积 材料的导热系数 0exp t t0 试推导 通过该棒的热流量 2 假定顺流式换热器中传热系数 k 与两种流体的温差成线性关系 k a b t 其中 a b 为已 知常数 t 为任一截面上的局面温差 试证明换热器的总传热量为 式中 k k 分别为换热器入口端和出口端的传热系数 t t 分别为换热入口端和 出口端的两种流体温差 F 为传热面积 推导中假定水当量 GC 为常数 流体无相变发生 2 20022002 年上海理工大学硕士研究生入学考试题年上海理工大学硕士研究生入学考试题 考试科目 准考证号 成绩 一 简答题 1 6 分 写出下列特征数的表达式 并简要说明其物理意义 Bi Pr Gr Nu Re 2 4 分 简述集总参数法的实质 3 4 分 什么是定性温度 对于管内对流换热 定性温度一般如何选取 4 4 分 推导对流换热微分方程组时 主要依据的是哪几条定律 5 4 分 试比较水平管外膜状凝结换热过程和水平管外膜态沸腾换热过程有何相同之处和 不同之处 6 4 分 气体辐射有什么特点 7 4 分 对壳管式换热器来说 两种流休在下列情况下 何种走管内 1 清洁流体与不清洁流休 2 温度高的流体与温度低的流体 二 计算题 1 14 分 一厚度为 20cm 的大平板 通过电流时发热功率为 4 10 4W m3 夹板表面暴露于 30 的空气中 已知表面与空气之间的对流换热系数为 60W m 2 K 平板的导热系数为 3W m k 1 列出描述这一稳态导热问题的微分方程及边界条件 2 求出温度分布表达式 3 确定平板中的最高温度及位置 2 8 分 如图所示为二维无内热源 常物性的稳态导热 边界 节点 1 2 3 和 5 所在边界与温度为 tf的流体进行对流换热对流 换热系数为 h 设物体的导热系数为 试根据元体平衡法 列 出节点 3 节点 7 产差分离散方程式 3 16 分 水以 3m s 的流速流过内径 d 20mm 且具有均匀壁温 tw 50 直管道 水的进口温度为 30 出口温度为 40 求 1 管内对流换热系 h 2 管道长度 水的特性参数 T Cp kJ kg k kg m3 m2 s m2 s Pr 30 4 174 995 7 0 805 10 6 0 618 5 42 40 4 174 992 2 0 659 10 6 0 635 4 31 4 16 分 一块 5m 高 1m 宽的漫射灰体平板表面 从一辐射源得到投入辐射 800w m 2 背面 绝热 环境和空气温度为 27 平衡时平板温度为 77 求 1 平板自然对流换热的热流 量 2 平板的辐射热流量 3 平板表面的黑度 空气为常物性 2 354 10 5m2 s 2 65 10 3K 1 0 032W m Pr 0 695 可供选用的准则方程式 Nu 0 59 GrPr 1 4 GrPr109 5 16 分 设计一个把总流量为 2 5kg s 的水从 15 加热到 85 的叉流式换热器 使 160 的热机油通过壳侧 冷水则在 10 根八 题 5 附图 水 油 tf h 题2附图 3 流程 管径为 25mm 的薄壁管中流过 如图示 书籍管内水的换热系数为 3000 W m 比 热为 4187J kg 管外油的换热系数为 400 W m 比热为 2350 J kg 忽略管壁 导热热阻 求 1 若油离开换热器为 100 油的流量为多少 2 为达到设计要求 每 根管子的长度为多少 本题可作逆流考虑 20032003 年上海理工大学硕士研究生入学考试试题年上海理工大学硕士研究生入学考试试题 考试科目 传热学 准考证号 得分 一 简答题 1 分 角系数是个纯几何因子的结论是在什么假定下得到的 2 分 写出无因次准则数 u 和 Bi 的表达式 说明它们的物理意义 这两个准则数有 何区别 3 分 在大气压下同样的两水滴在表面温度分别为 120 和 400 的铁锅上 试问哪个铁 锅上的水先被烧干 为什么 4 分 对管式内强制对流换热 若采用短管或弯管可以化流体的热 这是何道理 5 8 分 对非稳态导热而言 导热微分议程中只出现热扩散系数 因此 是否可以这样说 此时的导热泪盈眶过程只与表征导热能力快慢的热扩散系数 a 有关 而与表征导热能力大小 的导热泪盈眶系数 无关 为什么 6 分 热水在两根相同的管道内以相同的流速流动 管外分别用空气和水来冷却 运行 一阶段时间后 两管内产生相同厚度的水垢 问 水垢的产生对哪一根管道的传热系数影响 更大 7 分 农村中常使用的太阳能灶的受热面往往涂上黑色 但工厂的车间中使用的辐射采 暖板却不涂黑色 试说明其中的道理 二 计算题 共 5 题 每题 20 分 1 用热电偶测量电烤箱中的温度变化 热电偶表面积 A 体积 V 物性均为常数 电烤箱内 的空气温度随时间 的变化可看成是线性的 即 t f B B 为一常数 热电偶与空气的对流 换热系数为 h 求在电烤箱开始工作后 热电偶的显示温度随时间的变化关系 设该问题可 以用集总参数法求解 2 一温度为 t fo的常物性液体以质量流量 G 稳定流过一圆 圆管直径为 D 圆管处于均匀的 壁温 t w 液体与管子间的对流换热系数为 h 求液体平均截面温度随管长的变化关系 t t f x 如图所示两个半径 R 20cm 的半球球壳 其内表面温度与黑度分别为 t 1 120 1 0 8 t 2 30 2 0 9 这两个半球之间夹有一层遮热板 其两面的黑度分别为 m1 0 8 m2 0 02 1 画出该辐射系统的网络图 2 计算各表面热阻及空间热阻 3 求加了遮热板后两半球之间的辐射换热量 4 求遮热板的平衡温度 Tm 图如右图如右 4 有一传热面积为 7m 2换器 冷流液体作逆流布置 冷流体的进口温度分别 t 1 70 t 2 40 冷流体的缈谖缈爱露为 5 5 质量流量 m 1 m 2分别为 4 0kg s 和 4 5kg s 已知 冷热流体的比热泪盈眶分别为 C p1 4183J kg C p2 4174J kg 1 计算换热器的传热系数 k 2 换热器运行一年后 在流量和进口温度不变的情况下 冷流体的出口温度降为 54 求此时污垢热阻为多少 5 微翅管 microfin tube 又称内螺旋管 是近年来广泛用于制冷 化工工业的一种强化 换热元件 为了研究水在微翅管内作紊流强制对流换热特性 需建立一试验台 请你以电加 4 热方式加热管内水的强制对流为例 说明在实验过程中应测定哪些物理量 并简略绘出其实 验系统图 20042004 年上海理工大学硕士研究生入学考试试题年上海理工大学硕士研究生入学考试试题 考试科目 传热学 准考证号 得分 一 简答题 每题 5 分 1 一无内热源平板沿厚度 x 方向发生一维稳态导热 其一侧表面上的温度梯度 xy 30 m 导热系数 1 40W m 如果基另一表面上的导热系数 2 50W m 问这一侧表面上 的温度梯度是多少 2 解解释毕渥数 Bi 的物理含义 并说明为什么用 Bi 判别非稳态导热问题能否采用集总参数 法求解 3 图 1 1 表示出了常物性 有均匀内热源 的二维稳态导热问题局部边界区域的网格配置 试用元体平衡法建立节点 o 关于温度 t 的有限差分方程式 设 x y 所需参数的符号自 己设定 4 当条件相同时 物体在空气中冷却快不定还是在水中冷却快 这一现象说明对流传热与什 么因素相关 5 试用简图表示流体沿平板流动时速度边界层的发展并说明速度边界层内分成哪些区域 6 试解释普朗特数 Pr 的的物理意义 并示意性的画出 Pr 1 时的速度边界层和热泪盈眶边界 层厚度沿板长的变化 速度边界层和热边界层要画在同一图上以便比较 7 说明温度附面层的根念及附面层能量微分方程在物理上忽略了哪部分换热 8 在应用管内旺盛紊流实验关联式 Nu 0 023Re 0 8Pr 时 当流体与换热泪盈眶壁面温差较大 时需要对计算结果修正 为什么 9 试说明为什么一个细长圆柱水平放置时自然对流换热一般大于竖直放置时的自然对流换 热 10 在稳定模态沸腾过程中 为什么换热系数随 t 啬而迅速上升 11 试说明大气中 CO2含量增高为什么会出现大气温室效应 二 计算题 1 10 分 一直径为 5cm 的钢球 其初始温度为 500 突然被置于 30 的空气中 设钢球 表面与周围环境的对流换热系数为 10w m 2 试计算钢球非稳态导热的时间常数及其被冷却 5 到 300 所需要的时间 已知钢球的比热为 C 0 48kJ kg 7753kg m 3 33w m 2 20 分 长 10m 外径 133mm 的水平管道通过一大房间 房间壁面及其内的空气温度均为 30 若管道表面温度为 90 黑度为 0 9 求管道的散热量 自然对流换热的努赛尔特常 数用下列式计算 Nu 0 48 Gr Pr 0 25 3 22 分 如图 2 所示为一半径为 R 1m 的半球 球冠 3 绝热 底面 1 和 2 的温度分别为 500C和 100C 黑度都有为 0 9 求底面 1 和 2 间的辐射散热量 电压 4 23 分 温度为 95C的热空 热流电流 气流经一内径 100mm 厚度 老师所给试卷上此题不全 20052005 年上海理工大学硕士研究生入学考试试题年上海理工大学硕士研究生入学考试试题 考试科目 准考证号 得分 一 简答题 共 50 分 1 6 分 同一时刻物体中温度相同的点连成的线 或面 称为等温线 或 等温面 试问等温线 面 的疏密如何反映其温度梯度的大小 温度不同 的等温线 面 能否相交 在连续的温度场中等温线 面 可否中断 可否 闭合或终止于物体的边界 2 4 分 为什么多层平壁中温度分布曲线不是一条连续的直线而是一条折 线 3 6 分 简述用热电耦测温时其时间常数的物理含义 并写出其表达式 说 明影响其大小的因素 4 4 分 何谓速度边界层和温度边界层 写出速度边界层厚度 和温度边 界层厚度 t 的定义 5 5 分 流体在恒热流壁面的管内流动 若对流换系数 h 为常数 试画出 流体温度与管壁温度沿管长方向分布的示意图 6 5 分 有两块用同一材料制成相同尺寸为 100mm 100mm 的正方形平 板电阻加热片 一块为平面 另一块则冲制出许多菱形突起花纹 若两块平 板均垂直悬挂在大房间里 且加热功率亦相同 问哪块平板的表面温度高 为什么 7 4 分 如图所示的两表面间的角系数能否表示为 a X3 1 2 X3 1 X3 2 b X 1 2 3 X1 3 X2 3 如有错误 请予以改正 8 6 分 解释下列名词 发射率 重辐射面 辐射遮热板 6 9 5 分 有人说 增加管壁厚度 总可达到减少传热的目的 这种说法对 吗 10 5 分 讨论换热器顺流布置与逆流布置的优缺点 什么情况下没有差别 二 计算题 共 100 分 1 20 分 一砖墙厚 8cm 导热系数 0 5 W m 砖墙内侧避面维 持在恒定的温度t W 1 84 砖墙的外侧与大气接触 空气的温度维持恒定 tf 16 此时 测得砖墙外壁温度t W 2 56 求 1 通过砖墙的热流密度q 2 外侧壁面的空气对流换热系数h 为多少 3 若在砖墙外侧加敷一层 0 07 W m 的隔热材料 并要求砖 墙最外表面 既加了隔热层后的外表面 的壁温降到 28 则隔热层需要多厚 忽略砖墙与隔热材料之间的接触热阻 2 20 分 用温度为 2 0 的空气冷却 300 的铝制试件 试件表面积为 6 10 3m2 体积为 3 10 5m3 冷却 1 分钟后 试件温度为 60 试用集总参 数法求对流换热系数 h 并说明本题采用集总参数法求取 h 为什么可行 已知 铝 200 W m Cp 0 9kJ kg 2700kg m3 3 20 分 已知某一省煤器的管壁平均温度为 230 水的进出口温度分别 为 180 和 220 流动情况为紊流 平均流速为 1m s 管子为直的圆管 管内径为 12mm 已知 Nuf 0 023Ref 0 8Pr0 4 试求 1 管内表面传热系数为多少 2 热流密度为多少 3 所需管子的长度为多少 水的物性 T 3 mkg Cp KJ kg 102CmW 106smkg Pr 180 886 9 4 417 67 5 0 173 1 06 200 863 0 4 505 66 3 0 158 0 93 220 840 3 4 614 64 5 0 148 0 89 240 813 6 4 756 62 8 0 141 0 87 4 20 分 现有一封闭圆筒 如图 其上下两个底面是黑体 温度分别为 80 和 20 直径 d 1m 圆筒侧内表面黑度为 0 8 温度为 50 筒高 L 1m 已知角系数 X1 2 0 17 求 1 画出网络图 2 计算各项热阻 3 各表面之间的辐射换热量 5 20 分 有一台逆流套管式冷油器 冷却水流量为 230kg h 进水温度为 7 32 比热为 4 17kJ kg 热油的流量为 350kg h 比热为 2 1kJ kg 热油进口温度为 140 要求离开换热器时换热器的的出口温度低于 60 冷油器的传热系数为 320 W m 求 1 冷油器的换热量 2 冷却水的出口温度 3 冷油器的换热面积至少多大 20062006 年上海理工大学硕士研究生入学考试试题年上海理工大学硕士研究生入学考试试题 一 一 简答题 共简答题 共 5050 分 分 1 5 分 名词解释 温度边界层 发射率 复合换热 污垢热阻 2 5 分 导热系数 0 bt 画出一维稳态导热时平壁 b 0 b 0 b1 时的速度边界层和热边 界层厚度沿板长的变化 速度边界层和热边界层要画在同一图上以便做比较 5 5 分 一个直径为 d 的圆球 一个边长为 d 的正方体 同一初始瞬间被置于相同的外部 环境中进行冷却 所有其他条件均相同 符合集总参数法应用条件 问哪一个冷却的快 为 什么 6 5 分 图 1 为一扇形区域中的二维 稳态 无内热源的 导 热问题 其一侧平直表面维持均匀恒定温度 tw r ri 的表 面 绝热 其余表面与温度为 t 的环境换热 表面传热系数为h 为用数值法确定区域中的温度分布 在径向和周向分别定步 长 r 和 划分计算区域 节点布置如图 1 所示 假定区域 的 物性参数已知且为常数 试用热平衡法建立节点 1 和 7的 离 散方程 有限差分方程试 不要求整理 7 5 分 为什么大气中 CO2含量增高能对地面形成 温室效应 8 5 分 直径 10cm 的圆盘水平放置在直径为 25cm 的半球的球 心 位 置 如图 2 所示 设半球的内表面为表面 1 圆盘上的表面为表面 2 试求角系数 X1 2 9 5 分 如图 3 所示 圆台系某系统的支座 其上 下表面分别维持 常温 t1和 t2 且 t1 t2 材料导热系数为常数 0 圆台侧面绝热 假定圆 台中发生 X 方向的一维稳态导热 试分析导热量 热流密度q 温度变 10 化率 dt dx 是随 X 的增大而增大还是减小 或是不变 二 计算题 共 93 分 1 22 分 一根外径为 112mm 长为 15m 的水平钢管通过一大房间 房间壁面及其内的空气 温度均为 25 若管道外表面温度为 45 黑度 0 9 求钢管 的 散 热量 2 27 分 如图 4 以直径为 1m 的圆管 高 1m 已知顶部内表面1 的黑度为 1 0 2 温度为 t1 627 底部内表面 2 的黑度 2 0 5 温度 127 圆筒的内壁面 3 绝热 求 1 表面 1 表面 2 之间的总辐射换热量 已知表面 1 2 之间 的 角 系数为 X1 2 0 3 2 表面 3 的温度 t3 3 18 分 直径为 d 0 5mm 的球 其材料的密度为 8920kg m 3 比定压热容为 Cp 400J kg k 导热系数为 25W m k 其初温为 20 突然将其置入温度为 t 125 的空气流中 表 面传热系数为 420W m 2k 问热点偶指示温度达到 123 时所需要的时间 在这期间热点偶 吸收的热量是多少 4 26 分 一逆流式套管换热器 内管的内经 d1 20mm 壁厚 1 5mm 内管流过质量流量 G1 0 4kg s 进口温度为 t1 95 出口温度为 t1 70 的水 比定压热容 Cp1 4 2kJ kg k 环形通道流过入口温度为 t2 15 质量流量为 G2 0 7kg s 的油 油的比定压热容为 Cp2 1 96kJ kg k 油侧表面传热系数为 345W m 2k 内钢管的导热系数为 40W m k 求 油的出口温度及套管的长度 不需要考虑修正 水的物性参数为 0 68W m k 965kg m 3 v 0 310 6m2 s Pr 1 9 三 分析题 12 分 1 6 分 一厚度为 2 的无限大平壁 导热系数为 平壁两侧置于温度为 tf 表面传热系数 为 h 的流体中 平壁内有均匀的内热源 试确定平壁内的稳态温度分布 2 6 分 试由常物性 一维 稳态 有内热源的导热微分方程式出发 导出有均匀内热源 的一维等截面直肋的导热微分方程式 肋片的截面积为 Ac 周长为 P 材料导热系数为 环境温度为 t 肋表面的表面传热系数为 h 肋片中的内热源为 附 1 计算对流换热时一下公式可供选择 自然对流换热的准则方程式 N 0 48 Gr Pr 1 4 管内强制对流的准则方程式 N 0 023 Re 0 8 Pr0 3 2 附空气物性参数表 温度 Cp KJ Kg K 10 2 W m K V 10 6 m 2 s Pr 20 1 205 1 005 2 59 15 06 0 703 30 1 165 1 005 2 67 16 00 0 701 40 1 128 1 005 2 76 16 96 0 699 11 2008 年上海理工大学攻读硕士研究生入学考试试题年上海理工大学攻读硕士研究生入学考试试题 一 简答题 简答题 共 64 分 每小题 8 分 1 热量传递有哪三种基本方式 他们传递热量的机理如何 自然界是否存在单一的热量传递方式 2 什么叫膜状凝结 什么叫珠状凝结 膜状凝结时热量传递过程的主要阻力在什么地方 3 比较准则数 Nu 和 Bi 的异同 4 单程套管式换热器的热流体进出口温度分别为 320 和 160 冷流体的进出口温度分别是 60 和 120 试确定逆流布置时的对数平均温差 并画出沿管轴冷热流体温度分布曲线示意图 假定比热容 是定值 5 导热过程的完整数学描述应该包括哪些内容 写出大平板 稳态 常物性 无内热源 壁两侧都是第 三类边界条件下的完整数学描述 6 强化传热的原则是什么 试举三个强化管内对流换热的方法 7 试建立二维稳态 无内热源 常物性导热问题 在第三类边界条件下的平直边界节点 i j 的温度离散方 程 已知物性导热系数为 环境温度为 f t 表面传热系数为 h 8 选择太阳能集热器的表面涂层时 该涂料表面的光谱吸收比随波长的变化最佳曲线是什么 有人认为 取暖用的辐射采暖片也需要涂这种涂料 你认为合适吗 二 计算题计算题 共 86 分 1 18 空气在管内被加热 管内径是 2 54cm 入口温度是 t1 200 流速为 u 10m s 管壁面保持恒热流 内壁面温度比空气高 20 试求 1 单位长度管子的热流量 2 如果管长 3m 空气的出口温度 t2 已知 空气的热