传热学试卷A及答案

1、 湖南涉外经济学院20172018学年度第2学期传热学课程考核试题册 学院：机械工程学院专业年级：能源动力 1601 考核方式：闭卷考试时量：100 分钟试卷类型：A 题号 一 二 三 四 五 六 七 八 合计 应得分 20 20 30 30 100 一、选择题（本大题共计 10 小题，每小题 2 分，共计 20 分） 1 .下列导热过程傅立叶定律表述中，不正确的是（） A 热流密度与传热面积成正比 B 导热量与温度梯度成正比 C 热流密度与传热面积无关 D 导热量与导热距离成反比 2 .圆柱壁面双层保温材料敷设过程中，为了减少保温材料用量或减少散热量，应该采取措施是 （） A 热导率较大的材

2、料在内层 B 热导率较小的材料在内层 C 根据外部散热条件确定 D 材料的不同布置对散热量影响不明显 3 .采用有限差分法进行导热过程数值计算时，可以有多种离散格式方式，下列不适用的方法是 （） A 边界节点，级数展开法 B 边界节点，热量守恒法 C 中心节点，级数展开法 D 中心节点，热量守恒法 4 .表面温度为 50oC 的管道穿过室内，为了减小管道向室内的散热，最有效的措施是（） A 表面喷黑色的油漆 B 表面喷白色的油漆 C 表面缠绕铝箔 D 表面外安装铝箔套筒 5,冷流体流经恒定壁温为 tw的管道被加热，壁温与流体之间的对数平均温差为tm,则管道中的流体平均温度为（） Atw-Atm

3、Btw+Atm Ctw-Atm/2Dtw+Atm/2 6 .表面进行膜状凝结换热的过程中，影响凝结换热作用最小的因素为（） A 蒸汽的压力 B 蒸汽的流速 C 蒸汽的过热度 D 蒸汽中的不凝性气体 7 .在充分发展的管内单相流体受迫层流流动中，如果取同样管径及物性参数，则常壁温 tw和常热流q=c下，换热系数关系为（ Ahq=c,二htw=c Chq=chtw=c 8 .根据普朗克定律， 黑体的单色辐射力与波长之间的关系是一个单峰函数，其峰值所对应的 波长（） A 与温度无关 B 随温度升高而线性减小 C 随温度升高而增大 D 与绝对温度成反比 9 .用套管温度计测量容器内流体温度时，为减少测

4、温误差，套管材料的导热系数应选用 20水中，加热后加热元件表面温度达到 609,则这 自然对流换热 BD 沸腾和自然对流换热 二、计算题（本大题共计 5 小题，每小题 4 分，共计 20 分，选择正确的答案填在括号内，并要求写出正确的计算过程，计算过程不正确不给分） 1 .某房间玻璃窗的高度为 1.5m、宽为 1.2m、厚度为 4mm 玻璃的导热系数为 0.7W/（m，K）。 在某冬天夜间，室内外的空气温度分别为 15nC 和-5,C,若已知玻璃窗内外侧对流传热的表 面传热系数分别为 5W/（m2K）和 20W/（m2K）。计算通过该玻璃窗的热损失为（），忽略 玻璃内外表面的辐射影响。 A14

5、0.8B281.6C178.6D89.6 2 .如附图所示， 用裸露的热电偶测量管道中气体的温度， 稳定后， 热电偶所指示的温度为 170C。已知管道内壁温度为 90C,高温气流与热电偶结点的表面传热系数为 50 W/（m2K）,热电偶结点的表面发射率为 0.6。试求高温气体的真实温度（）。 A186.0B181.4C178.4D184.2Bhq/=htw-c D 不确定 A 导热系数大 C 导热系数小 B 与导热系数值无关 D 无法确定 10.将一个圆柱状加热元件竖直置于 种换热方式为（） A 沸腾换热 C 强迫流动换热 3 .在水沸腾实验中，对置于水中的不锈钢管进行电加热。已知，不锈钢管外

6、径 4mm,加热段长 10cm,测得加热功率为 50W,管子表面的平均温度为 109C,水的压力为 1.013105Pa。试计算该实验中沸腾传热的表面传热系数为（）。 A5846B4423C1786D2896 4 .设某表面的面积 A=0.5m2,表面温度 t=400C,8=0.8,反射比 P=0.3,外界辐射到该表面 上的能量为 400W/m2 则它与外界的辐射换热量为（）W A3000B4412C-3000D5000 5 .圆球导热仪是测定粒状和粉末状材料导热系数的一种仪器， 它的实验原理就是应用通过球壳稳定导热热流量的计算方法。图所示该仪器实验原理图，导热仪的主体由两层同心的薄壁纯铜球壳

7、组成，在球的内部安装有加热器，被测材料填充在内、外表面的平均温度分别为 50C和 30C,通电的电压和电流分别为 20V和 0.3A。已知圆球导热仪的内壳直径为 80mm,外壳直径为160mm。计算该实验材料的导热系数为（）。 A0.3B0.6C0.8D 三、简答题（本大题共计 5 小题，每小题 6 分，共计 30 分） 1 .以等截面直肋为例，试用热阻的概念简要说明在什么条件下采用肋化表面可以得到强化换热的效果，何时则得不到强化换热的效果（仅考虑一侧壁面与流体间的换热）。 2 .简要说明太阳能集热器采用的选择性表面应具备的性质和作用原理。 3 .空气横掠垂直管束时，沿流动方向管排数越多，换热

8、越强，而蒸汽在水平管束外凝结时，沿液膜流动方向管排数越多，换热强度降低，为什么？ ,二 t 4 .试分别指出下列两式的不同之处：对流换热微分方程 h=-yi 与导热问题中的第三类边 ：t；:y 界条件表达式-九且w=h（tw-tf）0二 n 5 .解释换热器效能 e 的物理意义，写出其表达式。说明为什么逆流换热效能 e 可以趋近于 1, 而顺流换热器则不可能。 四、综合题（本大题共计 3 小题，每小题 10 分，共计 30 分） 1 .在低速风洞中用电加热圆管的方法来进行空气横掠水平放置圆管的对流换热试验。试验管置于风洞的两个侧壁上，暴露在空气中的部分长 100mm,外径为 12mm。试验测得

9、来流 的 t=15C,换热表面平均温度tw=125C,功率=40.乳。由于换热管表面的辐射及换热管两端通过风洞侧壁的导热，估计约有 15%的功率损失掉，试计算此时对流传热的表面 传热系数是多少？为了提高表面传热系数测定的精确度，应采用什么方法？试说明理由。 2 .在一厚度为 50mm 的大平壁内有均匀的内热源 6,平壁的导热系数为5W/（m,K）,在这些 一一一 2 条件下，平壁内的温度分布为t=a+bx+cx,在 x=0 处表面温度为 120C,并且与温度为 2 20c 的流体进行对流换热，表面传热系数为 500W/（m，K）,另一个边界绝热。（1）计算平壁的内热源强度。（2）确定系数 a、

10、b、c 3 .有一单流程蛇形管冷凝换热器，工质凝结温度为80,凝结传热表面传热系数为 4 2 10W/（mK）；冷凝管内径为 20mm,壁厚为 3mm,管壁导热系数为100W/（mK）,管内 流冷却水，流速为 2m/s,入口水温为20C,出口水温为60C,管内污垢热阻为 2 0.001mK/W,试计算换热器传热系数和所需管长。（已知管内紊流对流传热准则方程式 0.80.4 为Nuf=0.023RefPrf,不考虑流道弯曲和入口段修正；水的物性参数为 Cp=41710/（kgK）v=0.659M10.m2/sPr=4.310=0.635W/（mK） P=992.2kg/m3） 5 小题，每小题

11、2 分，共计 20 分) D;5.A;6.A;7.C;8.D;9.C;10.B; 0.720 答：正确答案是Do =17014.4=184.4C =；T4=5.671032734004=11631.7 J=E：G=Eb：G=0.85.6710,27340040.3400=9425.4 =IU=0.320=6W 被测材料的导热系数为 1/r-1/r262/0.08-2/0.161 ,=1=0.3W/mK 4二t1-t243.1450-30 三、简答题（本大题共计 5 小题，每小题 6 分，共计 30 分）、计算题（本大题共计 1.正确答案是 A 5 小题，每小题 4 分，共计 20 分） x A

12、(tfi-tf2) 1.51.2(155) 1、.1 10.004 36 140.8W 0.256 中-Eb-J 11631.7-9425.4 1-； A 4.正确答案是 A 1-0.8 0.80.5 =4412.6 稳定情况下, 通过被测材料导热的热流量即为电加热器的功率为 一、选择题（本大题共计 1.A;2,B;3,A;4. tf=t1 h|1100J1100J 0.65.67 =170 50 4.434-3.634 3. 正确答案是 B 解：O=hA(tw -tf) 4. h= A(tw-tf) 50 3.140.0040.1(109-100) =4423W/(m.K) 正确答案是 B

13、Eb 1 .在基础表面上增加肋片能否强化换热的效果，取决于加肋后总的传热阻力是增加还是减小；加肋加大了对流传热面积，有利于减小对流传热总面积热阻。 但是加肋片后增加了通过壁面的导热热阻。因此加肋是否强化换热取决于肋片的导热阻力）与表面对流传热阻力 1 1 之比（即这一比值构成的无量纲数 h- 2 分 对等截面直肋，当 BiBiE0.25 时（6 6 为肋片的半厚），加肋总能强化换热。但 BiBi 较大时（当 BiBi 1 1）, ,则得不到强化换热的效果。2 2 .吸热板需对太阳辐射的大范围的波长有较大的吸收率，用来吸收太阳的辐射能； 2 分 而向阳侧需覆盖一层对太阳大部分主要辐射可见光等短波

14、有强穿透率，但对较低温物体表面辐射的长波有较强反射率的覆盖材料，用来形成一个温室，这不仅利用了温室效应，而且也减少了表面的对 流散热损失，2 分 要进一步减小自然对流散热损失可以在吸热表面与玻璃盖板之间堆放一些对太阳光透明的材料，例如玻璃管，以抑制夹层中的自然对流。2 分 3.答：空气横掠垂直管束时，沿流动方向管排数越多，气流扰动越强，换热越强， 3 分 而蒸汽在水平管束外凝结时，沿液膜流动方向管排数越多，凝结液膜越厚，凝结换热热阻越大，换热强度降低。3 分 4 .对流换热微分方程式中 h 是未知量，而第三类边界条件中 h 是已知量 2 分 对流换热微分方程式中人是流体导热系数，而第三类边界条

15、件中人是固体导热系数 2 分 对流换热微分方程式中 h 为局部表面传热系数，而第三类边 界条件中 h 一般是指平均表面传热系数。2 分 t-t 5 .表示换热器的实际换热量与理想换热量的比值。w=一瞥 t122 分 对逆流换热器，当qmiCiqm2c2热流体的出口温度将会降低到接近于冷流体的入口温度。当qmiCiqm2c2冷流体的出口温度将会升高到接近于热流体的入口温度。这样，逆流换热效能e可以趋近于 1 2 分 而顺流换热器热流体的出口温度将不会降低到接近于冷流体的入口温度，至多接近冷流体的出口温度, 四、综合题（本大题共计 3 小题，每小题 10 分，共计 30 分）=0.85P=0.85

16、40.5W=34.43W ,34.43W h二二 3.76810m2(125-15)C 为了提高表面传热系数测定的精确度，在本试验中尽量降低换热管的辐射与两端导热损失。为了减少辐射传热，可在换热管表面镀铭，这可使表面发射率下降到 0.10.05。为了减少两端导热损失, 在换热管穿过风洞壁面处应该用绝热材料隔开。在进行自然对流实验时，减少辐射与端部导热损失对提高测试结果的准确度具有重要意义 5 分 2.解：（1）在x x= =0 0处，边界对流传热的热流密度为2 分 Bi 的大小） 分 e e 不可能趋近于 1 2 =83.1W/(m K) q=hx(t-tj=500 x(120-20)=5x1

17、04W/m22 分 平壁为稳态问题，一侧绝热，另一侧有热流流出，因此，平壁内一定有内热源 1 分 可得平壁的内热源强度 4 =-q=1.0106W/m32 分 A0.05 由在 x=0 处表面温度为 120c 的条件，可得 a=120o1 分 由在 x=0 处，边界对流传热的条件得 -Z(b+2cx)=-q,b=q/人=10000。2 分 由在x=&处，表面绝热的条件得 b=-2c6,c=1乂1052 分 Ref在1041.2父105范围 Pr=4.31 在 120 范围 =0.023Ref8Prf0.4=0.02360698 64.310.4=2761 =1.1181043.411010m2K/W =1.5810“m2K/W K=633W/(m2K)Ref ud22010 3.