上海理工01-08年传热学考研试题.doc

2001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=54710-6N.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+bt,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） 2002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 Re2（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4104W/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/(m2.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)Pr304.174995.70.80510-60.6185.42404.174992.20.659 10-60.6354.314（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/m2，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。题5附图 水油空气为常物性： =2.35410-5m2/s , =2.6510-3K-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） 2003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4有一传热面积为7m2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。2004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=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11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Pr1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=0.023Re0.8Pr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/m2，试计算钢球非稳态导热的时间常数及其被冷却到300所需要的时间。已知钢球的比热为C=0.48kJ/kg, =7753kg/m3, =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500和100，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95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） 2005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。 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610-3m2，体积为310-5m3， 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 =0.023Ref0.8Pr0.4,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()CpKJ/kg. Pr180886.94.41767.50.1731.06200863.04.50566.30.1580.93220840.34.61464.50.1480.89240813.64.75662.80.1410.87 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？ 2006年上海理工大学硕士研究生入学考试试题一 简答题（共50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（b0, 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X1,29、（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t1t2。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=0.32）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/m3，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/(m2k)，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/(m2k)。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/m3 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 Re0.8 Pr0.32、 附空气物性参数表： 温度 CpKJ/(Kg K)102W/(m K)V106m2/sPr201.2051.0052.5915.060.703301.1651.0052.6716.000.701401.1281.0052.7616.960.6992008年上海理工大学攻读硕士研究生入学考试试题一. 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，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：（共86分）1.（18）空气在管内被加热，管内径是2.54cm。入口温度是t=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