中国计量学院06-07(1)传热试卷(A)1.doc

一、 基本概念题（共20分，每小题2分）1、导热问题的第三类边界条件是指规定了边界上物体与周围流体间的表面传热系数h及周围流体的温度tf； 用数学关系式表示可写为。2、辐射换热与导热和对流相比，有两点主要的不同之处：（1） 可在真空中传递，而且实际上真空中辐射能传递最有效 。（2） 它不仅产生能量的转移，而且还伴随着能量形式的转换 。 3、以下这些传热计算常用的参数中不属于物性参数的是 角系数 。（热扩散率；导热系数；动力粘度；角系数；吸收比；黑度；表面传热系数）4、边界层可分为哪两种？ 流动边界层和热边界层 ；Pr1时，哪个边界层厚度大？ 流动 。5、黑体辐射的辐射力由 斯忒藩-玻尔兹曼 定律确定；黑体辐射能量按空间方向的分布服从 兰贝特 定律。6、（1）格拉晓夫数（Gr）是浮升力与粘滞力比值的一种度量，它在自然对流中的作用与雷诺数在强制对流现象中的作用相当。 对 （对，错） （2）在一根垂直放置的圆柱体自然对流中，Gr数中的特征尺寸应该选择： 高度 （高度；外径）7、（1）非圆形截面槽道内的换热计算，用当量直径作为特征尺寸，其表达式是：（2）对于内管外径为d、外管内径为D的同心套管环状通道，当量直径为。8、蒸汽凝结的方式有 珠状凝结 和 膜状凝结 两种。9、肋片中沿导热热流传递方向上的热流量是 不断变化的 （1、恒定不变的；2、不断变化的）；肋效率的定义是： 实际散热量假设整个肋表面处于肋基温度下的散热量的比值 。10、气体辐射换热的两个主要特点是： （1） 气体辐射对波长有选择性 ； （2） 气体辐射和吸收是在整个容积中进行的 。二、简答题（共30分，每小题5分）1、 热射线主要由哪几种射线组成？钢锭在炉中加热时，随着温度的升高，为什么钢锭表面颜色会呈黑、红、黄、白的变化？答：一可见光和红外线 二当温度低于500 时，由于实际上没有可见光辐射，所以为氧化表面的黑色。随着温度不断升高，由于波长和温度乘积为定值，热辐射中可见光中短波的比例不断增加，于是有红黄白的变化。2、 示意画出大容器水沸腾过程中过热温度与传热量之间的曲线关系，并定性标明各区域。答：024核态沸腾自然对流过渡沸腾稳定膜态沸腾q孤立气泡区3、 什么叫自然对流？若竖壁的温度为Tw,流体的温度为Tf， TwTf， 示意性地画出竖壁附近自然对流的温度和速度分布。答：自然对流是由于流体冷，热各部分的密度不同而引起的，不依靠外力推动。00yytu4、 说明黑度和吸收比的定义，它们与哪些因素有关？答：实际物体的辐射力E总是小于同温度下黑体的辐射力Eb，两者的比值称为实际物体的发射率，习惯上称黑度。 在外界投射到物体表面上的总能量Q中，一部分Q被物体吸收，这两者比值成为吸收比。 黑度由物体自身性质决定的（物质种类，表面温度，表面状况），与外界环境无关。吸收比与吸收物体自身特性和投入辐射的特性有关。5、 写出以热流密度表示的傅立叶定律、牛顿冷却公式的表达式，并说明其中每个符号的意义。答：，其中负号表示热量传递方向与温度升高方向相反，是物体沿x方向的温度变化率，q是沿x方向传递的热流密度。 ，其中h为表面传热系数，A为接触面面积，温度变化量。6、 写出Bi的定义式，说明其物理意义。Bi0以及Bi各代表什么样的换热条件？ 答：，固体内部导热热阻和表面换热热阻的比值。 趋于零表示固体内部的导热热阻可以忽略，内部温度均匀，随时间变化温度降低趋于 趋于无穷表述换热热阻可以忽视，过程一开始表面温度就冷却到，随时间变化内部温度也趋于三、计算题（共50分，第2、第3小题中任选一题，每小题10分）TA对流对流T2T11、 已知导热微分方程为，和l均为常数，问：（1）式中的表示什么含义？（2）这是一个什么样的导热问题？（3）图中角节点A的温度为TA, 相邻两节点的温度分别为T1和T2，若环境温度为Tf，对流换热系数为 h，Dx=Dy，列出角节点A的差分方程。解：1）内热源项 2）二维，常物性，稳态且有内热源问题。 3）2、 直径为2厘米的钢球，比热为0.48kJ/(kgC)，密度为7753kg/m3，导热系数为33W/(mC)，置于对流换热系数为20W/(m2C)，温度为20C的空气中，计算该钢球从400 C下降到260C的时间（以秒为单位）。解： 集中参数法： 3、 在一根外径为100mm、管壁温度为400C的热力管道外包覆一层厚度为75mm、导热系数为0.06W/(m.K)绝热材料，然后再包覆一层厚度相同、导热系数为0.12W/(m.K)的保温材料，保温材料外表面的温度为50C，试计算热力管道单位长度上的热损失。如果两种保温材料位置互换，对热损失有否影响？为什么？解：互换后：有损失，导热系数小的材料在内保温效果好4、 20C的空气在常压下以3m/s的速度流过长为200mm的平板，若平板温度为60C，试求空气离开平板时，平板单位宽度的总放热量。已知流体受迫流过平板时的对流换热公式是：物性 温度20 C40 C60 C0.02570.02710.0284(10-6)15.1116.9718.90Pr0.7130.7110.709解：由上表得为层流5、 如右图所示的几何体，半球表面是绝热的，底面被一直径分为1，2两部分。直径长度为0.2米，表面1，2均为灰体，且1表面的黑度为0.5，2表面的黑度为0.7；T1=350K；T2=500K；s=5.6710-8 (W/m2k4), 求：（1）画出辐射网络图；（2）表面1和2之间的换热量。解：1）网络图：Eb1J2Eb2J1J32） 解得6、 有一平板式换热器，若热流体进口温度为60C，出口温度为30C，冷流体进口温度为20C，出口温度为35C，问（1）该换热器是顺流布置的还是逆流布置的？（2）已知换热面积为0.2平方米，当传热量为1200W时，计算其对数平均温差和换热系数分别为多少？解：1） 2） 1、一根直径为2毫米的铜导线，每米的电阻值为0.002欧姆，导线的外包有厚1毫米，导热系数为0.15w/(mC)的绝缘层，限定绝缘层的的最高温度为50C，环境温度为20C，环境的对流换热系数为5w/(m2C)，试确定在这种条件下导线所允许通过的最大电流。（12分）解： W/m(8分)Q/L=I2R（2分） I =30 A（2分）2、在边界层流动中，若边界层中的温度分布为(T-Tw)/(Tf-Tw)=3(y/d)-2(y/d)2，Tf为流体外流的温度，Tw为壁的温度，若流体的导热系数为0.03W/(m)，d/x=5.0/Rex1/2，当x= 0.2米时的雷诺数为102400，求当地（x=0.2米处）的对Nu数及流换热系数。（10分）解：q=h(Tw-Tf)= - l(dT/dy)