传热期中考试题答案.doc

计算题A卷1、 （10分）导热系数分别为,的两种材料平板，厚度分别为，中间夹有一层厚度可以不计的加热膜，如图所示，加热膜的功率为1200W，平板面积均为A=0.3，材料1平板外侧壁温维持在，把平板放在温度为的室内，考虑辐射作用在内的表面传热系数,求（1）稳态条件下材料2平板中沿厚度的温度分布；（2）材料1的导热系数？ 解：（1）由已知条件，总热流密度为，又由一、三类边界条件通过材料1平板的热流密度为。则通过材料2平板的热流密度 （3分）材料2平板中温度场描述为：边界条件为：，；，方程的通解为，代入边界条件得：，所以材料2平板沿厚度温度分布为 （5分）（2）由（1）中温度分布得，又由，从而得 (2分)二、（10分）外径为mm的蒸汽管道外表面温度为400，其外包裹厚度为45mm，导热系数为0.11的矿渣棉，矿渣棉外又包有厚为40mm的煤灰泡沫砖，其导热系数与砖层平均温度的关系为：。煤灰泡沫砖外表面温度为50。已知煤灰泡沫砖最高耐温为200。试检查煤灰泡沫砖层的温度有无超出最高温度？并求通过每米长该保温层的热损失？解：假定两保温层界面温度为，由题意可知通过保温层的热流量相等： (2分)其中， （1分）代入已知数据可得：即：解方程得：=150.39。没有超过该保温层的最高温度。 （5分）通过每米长保温层的热损失：167.6W/m （2分）B卷1、 （10分）如图所示的墙壁，其导热系数为，厚度为100mm，所处外界温度20，测得两侧外壁面温度均为100，外壁面与空气的表面传热系数为125，壁内单位体积内热源生成热为，假设墙壁内进行的是一维稳态导热，求墙壁厚度方向温度分布及？解：由于对称性只研究墙壁厚度的一半即可，导热微分方程为：（1） （1分）边界条件为：，；，（2） （1分）由导热微分方程可得沿墙壁厚度方向热流密度为（3） （3分）当=50mm时热流密度为（4） （1分）由（3）、（4）两式可得 （1分）对一式积分得： （1分）带入边界条件（2）式可得：，则壁厚方向温度分布： （2分）二、（10分）在外径为25mm的管子上装有厚度等厚度铝制环肋，相邻肋片中心线距离，环肋高，肋效率为，管壁温度，温度为的流体与管基和肋片间的表面换热系数为。试确定每米长肋片管（包括肋片及基管部分）的散热量，并与相同情况下的光管进行对比。解：每米管长所包含的肋片数 （1分）每一肋片散热量： （3分）管基部分散热量： （3分）总散热量： （2分）其他条件相同时，每米长光管的散热量：则：，显然加肋之后强化了换热。 （1分）七、简答题A卷1、（5分）对于冷热流体通过一块大平壁交换热量的稳态传热过程，其包括哪三个环节？若冷热流体侧的表面换热系数分别为，壁厚为，导热系数为，写出总传热系数k的表达式。答：稳态传热过程的三个环节为：（1）热流体到壁面高温侧的热量传递（1分），（2）从壁面高温侧到壁面低温侧的导热（1分），（3）从壁面低温侧到冷流体的热量传递（1分）。传热系数表达式：(2分)。2、（5分）热扩散率的定义式是什么，定义式中各项所代表的物理意义是什么？答：热扩散率定义式为：（1分），其中为物体的导热系数（1分），代表在相同温度梯度下传导热量的能力（1分），为物体的密度，为物体比热（1分），代表单位体积的物体温度升高所需的热量（1分）。3、（5分）一维无内热源、平板稳态导热的温度场如下图所示，试分析导热系数随温度的变化趋势？答：由傅里叶定律，（1分），图中随增大而增大，因而随增加而减小（2分），又由温度随的增加而增大，所以导热系数随温度增加而减小（2分）。B卷1、（3分）等截面直肋的肋效率的定义式是什么？并解释肋效率的物理意义？答:等截面直肋的肋效率：（2分），其物理意义为肋片的实际散热量与假设整个类表面处于肋基温度下的散热量的比值（1分）。 2、（4分）稳态导热问题中求解导热微分方程所需要的三类边界条件分别是什么？三类边界条件的两两组合都能使导热微分方程得到定解吗，如果否请指出是哪些组合？答：1、三类边界条件为：第一类边界条件，规定了边界上的温度值（1分）；第二类边界条件，规定了边界上的热流密度值（1分）；第三类边界条件，规定了边界上物体与周围流体间的表面传热系数及周围流体的温度（1分）。2、不能，第二类边界条件与第二类边界条件的组合不能使导热微分方程得到定解（1分）。3、（8分）厚度为的大平板，沿厚度方向面积A不变，两侧温度分别维持在及，平板无内热源，平板材料导热系数呈直线变化，即（其中，为常数），试分别画出当，时平板中温度分布曲线，并写出平板某处当地热流密度的表达式？答：沿平板厚度方向，热流量为