2013年传热学期中考试 答案

南昌大学 20132014学年第一学期期中考试试卷1. 内燃机气缸壁厚,热导率,燃气与气缸内表面的对流换热系数,辐射传热系数 ,汽缸壁外表面与冷却水的对流传热系数。设内燃机气缸壁可近似为平壁，试计算内燃机气缸壁传热的总热阻。运行一段时间后，冷却水侧结了厚的水垢，水垢的热导率，试估算由于水垢引起的总热阻的相对变化。(15分) 燃气气缸内壁面气缸外壁面水垢外壁面冷却水答:（1）无水垢时： （7分）（2）有水垢时： （6分）（3）总热阻的相对增加：（2分）2.由导热微分方程的一般形式如下：简述上面方程中各项的物理意义。（2）将其简化成二维、非稳态、无内热源常物性的导热微分方程。（8分）答:（1）：微元体热力学能的增量：微元体从X,Y,Z三个方向导入微元体的总热流量：微元体内热源的生成热（3分）（2） (3分)3. 一块大平板，厚度，有内热源，平板中的一维稳态温度分布为，式中，。假定平板的导热系数，试确定：(1)平板中内热源之值；(2) 和边界处的热流密度。（15分）答:(1) 直角坐标中常物性、有内热源的一维稳态导热微分方程式为 （5分） .(5分)(2) 根据傅里叶定律和给定的平板温度分布，可得 x=0处绝热.(5分)(5分)4. 一块初温为20、厚的钢板，热导率为，密度为，比热容为，放入的加热炉中加热，表面传热系数为。问单面加热时的中心温度为多少？如两面加热，要达到相同的中心温度需要多少时间？（12分）答：（1）单面加热：单面加热相当于一块厚为的钢板两面对称加热，。题给钢板的中心处相当于 （1分）热扩散率为： （1分）参量 （1分）(1分)查表得: , (2分)则钢板中心的相对过余温度为:(1分)钢板的中心温度为:(1分)(2)两面加热: 相当于一块厚为的钢板两面对称加热，。(1分)(1分)中心过余温度为: (1分)查表得(1分)两面加热，要达到相同的中心温度需要时间:(1分)5. 简述的定义式及物理意义。两者有何区别?（8分）答: 虽然两者都表示边界上的无量纲温度梯度, ， （4分） 但一个在流体侧,一个在固体侧。中的L为流场的特征尺寸，为流体的导热系数。中的L为固体系统的特征尺寸，为固体的导热系数。（4分）6对于管内强制对流换热，可以采用何种方式强化流体的换热？为什么？（10分）答:可通过长管改为分段的短管或者采用螺旋管都可以强化流体的换热.(4分)因为长管改为分段的短管应考虑入口效应,其对流换热系数更大.采用螺旋管,在横截面上引起二次环流也强化换热.(6分)7. 空气在常压下以的速度流过平板，平板长为。若平板温度为，试求空气流离开平板时，平板单位宽度的总放热量。（12分）答(1)特征温度: (2分)据此查得:(1分)(2)雷诺数: (2分) 属于层流.(1分)(3)对流换热系数:(2分)(2分)（4）所需管长为：(2分)8. 空气横向掠过12排管子组成的叉排加热器，管外径d=25mm，管间距S1=50mm，S2=45mm，管束的最窄截面处流速u=5m/s，空气平均温度=60，管壁温度为120，试求管束平均换热系数。如管束改为顺排，其他条件不变，则换热系数为多少？（12分）答(1) 叉排时：特征温度: 据此查得:(2分)雷诺数: (2分)对流换热系数:(2分) 查的12排的修正系数为0.986(2分)（2）顺排： (2分) 查的12排的修正系数为0.987(2分)9. 不凝结气体含量如何影响了蒸汽凝结时的对流换热系数值？其影响程度如何？凝汽器如何解决这个问题？（8分）答：（1）因在工业凝汽器设备的凝结温度下，蒸汽中所含有的空气等气体是不会凝结的，故称这些气体成分为不凝结气体。当蒸汽凝结时，不凝结气体聚积在液膜附近，形成不凝结气体层，远处的蒸汽在抵达液膜表面进行凝结前，必须以扩散方式穿过这个气体层，这就使凝结换热过程增加了一个热阻，即气相热阻，所以对流换热系数降低。（4