完整版上海交大传热学考题A 答案

1、2004 2005学年传热学考试试题（A）答案回答下列5题（25分）答：略二如右图所示，在图中画出节点（i, j）的控制区域，并试导 出其二维稳态导热时的离散方程。 已知右侧壁绝热；顶端处于温度为tf的流体中，换热系数为h，有内热源为；网格均匀划分，且 x y ;材料的导热系数为。（10分）解：y ti 1,j ti,jx ti,j 1 ti,j2x2yxy时，ti 1,j ti,jti,j2x hytfx yti,j)401 ti, jx “2 xh(tfti,j)2242 X也可以化简为:h xh x(2)ti ,j ti 1,j ti, j 1tf三 由两种不同材料组成的一维复合平板如图

2、1所示，左侧表面（x 0）保持恒温虬右侧表面（x La Lb ）暴露于温度为t （ t0 t ）、对流换热系数为h的气流中，忽略复合平板 与环境的辐射换热和接触热阻。（15分）1给出通过复合平板的稳态热流密度q的计算公式；2推导稳态时，平板 A和B分界面温度t1的计 算公式；3假设导热系数 A B,画出x从0到8的稳 态温度分布趋势。解：令cLaRaA,RbLb,RhBt0t1qLaLb 1Ab httt t12qLaLb1LaAb hA1 h或：qt bLat0 tLat1 tt0qRALb1 aA B hLb(Rb Rh)t RAt t1Ra Rb Rh3 如下图所示四对流换热（15分）1

3、.如右图所示，温度为 T 300 K的冷气体以u 20 m/s的流速平行地吹过一快平板（平 板一边与来流垂直），平板的长和宽均为 2m，采用一组非常薄的电加热器使平板维持均匀温 度在Tw 500 K。流体的导热系数、密度、比热和运动粘度分别为：0.02 W. （m K），1kg m3，Cp 1000 J （kg K），2 105m2. s。试回答下列问题：T 300 K末端to-起始端u 20 m s a（1） 计算普朗特数（Pr）、雷诺数（Re）;判断平板末端的流动是层流还是湍流，如果是 湍流，请计算临界距离 xc （注：临界雷诺数可取 Rec 5 105）（2） 计算气体带走的总热流量（q

4、）；25 m2 10 5 解： （1）Pr -aCp0.021000匸屯kg K20 2mRe2 1065 105，因此末端流动处于湍流状态XcRecu105 105210 5m220ms0.5 m（2）a层流部分换热:Nuchc xc0 50.664Re；Pr033330.664 (5 1 05 ) 0.5 1 0.333hc469.52 0.020.518.78Wm2 K469.52qchc Ac (TwT )18.78 0.5 2 (500 300)3.756 kWb湍流部分换热qtlhtl dx(TwXciT ) l (Tw T )ht dxXc(Twl 0.0296Re45pr13

5、dxXXc(Tw0.0296dxXcX2000.0296 0.024520 5245 0.545521.79 kW2 10c总热流量:q qcqt3.756 21.7925.55 kW也可以采用平均换热系数进行计算，即公式(5-42), p.150NUm0.037 Re4 5 871 Pr130.037 匕871hm0.03720 252 10 58713193.67NUm3193.67 0.02231.94Wm2 Kq hmA(Tw T )31.94 4 20025.55 kW五一个逆流换热器，热工质在管内流动，冷却水在管外流动。工质的进出口温度分别为：th 80 C , th 55 C，质

6、量流率为 qmh 1800kg min，比热 ch 2.0kJ (kg K);冷却水 的进口温度为tc 20 C ,其质量流率为qmc 1500 kg min , cc 4.18kJ (kg K);金属光管 内径di 50mm，壁厚为2mm，导热系数为 45W. (m K)。管内工质的对流换热系数hi 800 W(m2 K)，水侧的对流换热系数h。 2000 W (m2 K)，请确定该换热器所需要1800 血 min60 -min的管外侧换热面积 A。？(20分)kJ2(353 K 328 K) 1500 kWkg K解：(1)换热量qmh5(Th Th)(2)冷却水出口温度tc :q mcc

7、c (Tc Tc )qmccc1500 kW1500 旦min293 K(3)(4)(5)60 min4.唱307.35K34.35 C对数平均温差t总传热系数ktmax tmintmaxln tmi n(80魚5)(55 20)40.09 Cln (80 34.35)(55 20)k丄主虫ln色丄hi di 2 di ho11 0.0540.054 , 0.0541In800 0.052 450.0520000.00135 0.00004618 0.0005527.38W (m换热面积A。：Aok tmAok tmK)103 W270.95 m2 W527.3840.09 Km2 K1500

8、六 如右图所示，半球表面是绝热的,底面被一直径（d 0.2 m ）分为1、2两部分。表面1为灰体，T1550 K，发射率10.35 ;表面 2为温度T2330 K的黑体，回答下列问题（15 分）(1)计算角系数X3,（1 2），X1,2， X13， X2,3(3)画出热网络图（注：热阻为无穷大时，相当于断路） 计算表面1和表面2之间的换热量解：(1 ) A3X 3, (1 2) A 2X3,(1 2)0.5 ； X1,3 X2,3 1 ； X1,20d2 2（2）这是一个三表面组成的辐射换热系统， 面，因此，其热网络图如下所示，但由于表面2为黑体，而且表面 3为绝热表11又由于Rl,2，故此，此处相当于断路，这样，上图