传热学期中考试答案

1、南昌大学20152016学年第二学期期中考试试卷答案1 .某一房间维持室内温度tf 20oC ,假定房间内壁表面温度在冬天和夏天分别为 td 7oC,tx 27oC ,室内有一小物体，其外表面和空气间的自然对流表面传热系数 为h 2W/（m2 K）,测得物体外表面的平均温度为tw 32oC ,物体外表面的表面发 射率为，试计算该物体单位面积在冬天和夏天的热损失。（12分）解：物体表面与室内空气之间的自然对流换热的热流密度为：2q h（tw tf） 2 （32 20） 24W/m2 （3 分）Tw 32 273 305K,Td 7 273 280K,Tw 27 273 300K （3 分）冬天物

2、体与室内壁面之间的辐射换热热流密度为：qd2（Tw4Td4）0.9 5.67 10 8 （30542804）127.94W/m2 （2 分）夏天物体与室内壁面之间的辐射换热热流密度为：qx2（TW4Tx4）0.9 5.67 10 8 （30543004）28.25W/m2 （2 分）物体在冬天和夏天的热损失分别为：2qd q qd2 24 127.94 151.94W/m2qx q qx2 24 28.25 52.25W/m2（2 分）2 .写出空间直角坐标系中的导热微分方程表达式，并根据下列各条件分别简化该方程：（1）导热体内物性参数为常数，无内热源；二维，稳态，无内热源；（3）导热体内物性

3、参数为常数，一维，稳态，有内热源；（10分）解：直角坐标系中的导热微分方程表达式为：c-（）-（二）-（）qvx x y y z z（3分）t2t2t2t（1）导热体内物性参数为常数，无内热源； a（ 2 -4） （2分）x y z二维，稳态，无内热源；0 （工）（）（2分）x x y y2（3）导热体内物性参数为常数，一维，稳态，有内热源；0 ±2 qv （3分）dx23 .什么是临界热绝缘直径平壁外和圆管外敷设保温材料是否一定能起到保温的作 用，为什么（8分）解：对应于总热阻为极小值时的隔热层外径称为临界热绝缘直径。（2分）平壁外敷设保温材料一定能起到保温的作用，因为增加了一项导

4、热热阻，从而增 大了总热阻。达到削弱传热的目的。（3分）圆筒壁外敷设保温材料不一定能起到 保温的作用，虽然增加了一项热阻，但外壁的换热热阻随之减小，所以总热阻有 可能减小也有可能增大。（3分）4 .对于一维无内热源无限大平板的稳态导热，平板左侧面绝热，右侧温度为60C,t2tl0 （4 分）请问平板左侧面和中间截面的温度各为多少为什么（8分）解：平板左侧面和中间截面的温度各为 60c. （4分）因为q5 .一温度为20c的圆钢，长0.3m,直径为6cm,热导率为35W/,密度为7800kg/m3, 比热容为460J/（）,通过长6 m,温度为1250c的加热炉时表面传热系数为100 W/。如欲

5、将圆钢加热到800C ,试求圆钢通过加热炉的速度。（15分）答:（1）特征尺寸lc120.062 0.34A dl 2 1 d24120.06 0.3 2 0.06240.0136m （3 分）（2）用毕渥数判断hlc 100 0.0136Biv35（3）通过加热炉所需时间t thA-exp（0 t0 tcV0.039 0.1M，可以用集中参数法（5分）800 1250exp（20 12501007800 460 0.0136 ）490.66s（4）圆钢通过加热炉的速度：（5分）60.0122m/s（2 分）490.66节点3的方程:节点1的方程:（6分）6 .二维无内热源稳态导热问题，ABC

6、D为其边界，网格划分如图所示，试导出图中 节点1,3的节点方程，已知AB边界为绝热的，BC边界为第三类边界条件，边界处 流体温度为tf,对流换热系数为h,材料的导热系数人为常数。（12分）T6 T 3T2 T 3T4 T 3y y xxxyyx-h（Tfxy 27.空气以1m/s的速度外掠长平板，板宽为。已知空气温度 tf 70oC.平板表面温度为tw 30oC。计算空气平均表面传热系数及空气与板之间的换热量。（15分）1 1解：答特征温度：tm -(tw tf) - (30 70) 50 C (2分)据此查得：1.093kg/m3,2.83 10 2W/(m K), v 17.95 10 6

7、m2/s,Pr 0.698(2 分)(2)雷诺数：Re ul-1 1.5 6 83565.5 5 105 (3 分)17.95 106属于层流.(1分)对流换热系数：Num 0.644Re0.5Pr1/3 0.644 83565.5°.5 0.6981/3 165.14 (3 分)一 _2h165.14 2.83 103.12W/(m2 K)(2 分)1 1.5(4)空气与板之间的换热量：hA(tf tw) 3.12 1.5 0.8 (70 30) 149.76W (2 分)8 .强制对流和自然对流有哪几种流态，判断的准则数是什么给出其具体表达式。（8分）答：层流、湍流。（2分）强制对流判断的准则数是 Re,R 史（3分）自然对流判 断的准则数是Gr,Gr支:（3分）9 .对管内充分发展的紊流流动换热，试分析在其他条件不变的情况下， 将流体加热 相同温升，而流体流速增加为原来的 3倍时，管内对流换热表面传热系数有什么变化管长又有何变化（12分）解：由题意知，流体流动换热处于紊流充分发展区域，加热流体，因此采用公式：Nuf0.023、78巳0.4 (2 分),其它条件不变时；h2h1NUf 2Nuf10.8 n oU2q0.82.41（4分）即表面传热系数增加为原来的倍根据d2u 4