(完整版)流体力学与传热学试题及答案

1、流体力学与传热学试题及参考答案一、填空题：（每空1分）1、对流传热总是概括地着眼于壁面和流体主体之间的热传递，也就是将边界层的和边界层外的合并考虑，并命名为给热。答案：热传导；对流传热2、在工程计算中，对两侧温度分别为tl,t2的固体，通常采用平均导热系数进行热传导计算。平均导热系数的两种表示方法是或。答案；兄=:几=一223、图3-2表示固定管板式换热器的两块管板。由图可知，此换热器为管程，管程流图3-23-18附图答案：4；2415T3；3T51424、黑体的表面温度从300C升至600C,其辐射能力增人到原来的倍.答案：5.39分析：斯蒂芬-波尔兹曼定律表明黑体的辐射能力与绝对温度的4次

2、方成正比，而非摄氏温度，即600+273,300+273TOC o 1-5 h z5.3-24用0.IMpa的饱和水蒸气在套管换热器中加热空气。空气走管内，由20C升至60C,则管内壁的温度约为。答案：100C6、热油和水在一套管换热器中换热，水由20C升至75C。若冷流体为最小值流体，传热效率0.65,则油的入口温度为o答案：1（MC759Q分析：=二0.65/.7=104C7-2017、因次分析法的基础是,又称因次的和谐性。答案：因次的一致性TOC o 1-5 h z8、粘度的物理意义是促使流体产生单位速度梯度的o答案：剪应力9、如果管内流体流量増人1倍以后，仍处于滞流状态，则流动阻力增大

3、到原来的倍。答案：210、在滞流区，若总流量不变，规格相同的两根管子串联时的压降为并联时的倍。答案：411、流体沿壁面流动时，在边界层内垂直于流动方向上存在着显著的，即使很小，仍然很大，不容忽视。答案：速度梯度；粘度；内摩擦应力12、雷诺数的物理意义实际上就是与阻力有关的两个作用力的比值，即流体流动时的与之比。答案：惯性力；粘性力13、滞流与湍流的本质区别是。答案：滞流无径向运动，湍流有径向运动；二、问答题：（每小题8分）1、工业上常使用饱和蒸汽做为加热介质而不用过热蒸汽，为什么？答：使用饱和蒸汽做为加热介质的方法在工业上已得到广泛的应用。这是因为饱和蒸汽与低于其温度的壁面接触后，冷凝为液体，

4、释放出人量的潜在热量。虽然蒸汽凝结后生成的凝液覆盖着壁面，使后续蒸汽放出的潜热只能通过先前形成的液膜传到壁面，但因气相不存在热阻，冷凝传热的全部热阻只集中在液膜，由于冷凝给热系数很人，加上其温度恒定的特点，所以在工业上得到口益广泛的应用。如要加热介质是过热蒸汽，特别是壁温高于蒸汽相应的饱和温度时，壁面上就不会发生冷凝现彖，蒸汽和壁面之间发生的只是通常的对流传热。此时，热阻将集中在靠近壁面的滞流内层中，而蒸气的导热系数又很小，故过热蒸汽的对流传热系数远小于蒸汽的冷凝给热系数，这就大大限制了过热蒸汽的工业应用。2、下图所示的两个U形管压差计中，同一水平面上的两点A、E或C、D的压强是否相等?PiP

5、z图1111附图12答：在图1一1所示的倒U形管压差计顶部划出一微小空气柱。空气柱静止不动，说明两侧的压强相等，设为P。由流体静力学基本方程式：Pa=P+P空气劝1+Q水劝1Pb=P+Pgh+p空气g儿。水Q空气PaPb即A、B两点压强不等。而Pc=P+Q空气g人Pd=P+Q空气g儿也就是说，Pc、卩。都等于顶部的压强0加上儿高空气柱所引起的压强，所以C、D两点压强相等。同理，左侧U形管压差计中，Pa*b而Pc=Pd3、容器中的水静止不动。为了测量A、B两水平面的压差，安装一U形管压差计。图示这种测量方法是否可行？为什么？答：如图12,取11为等压面。由Pi=1可知：Rf1图1-21-2附图P

6、g+pH,og(R+H)=Pa+Qog(力+日)+Ph/RPb=Pa+PhM将其代入上式，整理得(。血一Q比。)g=0丁Ph.-Phzo工：R=0R等于零，即压差计无读数，所以图示这种测量方法不可行。4、图1-6为典型的简单管路。设各段管径相同，液体做稳态流动。现将阀门由全开转为半开，试分析下述参数如何变化？u；(2)p4:(3)p图1一61-9附图答：（1）阀门关小，其阻力系数增人,hfA_E增人，又Z1不变，即截面1流体的总机械能一定，故u减小。（2）考察1、A两个截面间的能量转换关系：由U减小知的必减小，又Z1不变，故P“增大。（3）在管段B、2之间做能量衡算：u减小,hfg减小，又匕不

7、变，故Pr将减小。三、计算题：（每小题12分）1、某固体壁厚b二500mm,其导热系数2=1.0W/（加C）。已知壁的一侧流体温度T=230C,其对流传热系数a二50W/（m.C）;另一侧流体温度1=30C，对流传热系数a?=100W/（n?C）.若忽略污垢热阻，试求：（1）热通量q;（2）距热壁面25mm处的壁温J。图3-1解：方法一先求热通量，然后以（Tj）为传热推动力,（+-）为对应热阻，求岀-。即将热流体与壁面对流传热与代厚壁面的导热综合考虑。(1)热通量qTOC o 1-5 h z11b1=dFKaAAa2咕咛+血心咖(2)壁温匚230300.53=378W/F1bx1ai2=230

8、-378(+500.0251)二213C2、将一铜球投入T=350C的恒温油槽中。己知铜球的初始温/产20C,质量m=lkg,表面积A=0.01m2,比热容c=0.406kJ/(kg-C),油与球外表面的对流传热系数Q二60W/O沪，C)。设可忽略铜球内部的导热热阻，求6min后铜球的温度分析：铜球投入油中后，随即开始吸热升温过程。由于油温不变，随着球温上升，传热推动力即温差减小，传热速率下降。而传热速率下降反过来又影响铜球的吸热，使得球温上升速度渐减。所以铜球与油品之间的传热为一非定态传热过程。解：设t为铜球的瞬时温度，de秒时间内，球温升高df摄氏度。铜球的吸热速率为Q=mc)de油对铜球

9、的传热速率为Q=aA(T-t)由题意，式(。)二式(b),即唸=吨7)dt分离变量de=aAT-t对(C)式进行积分广=竺r卫JoT-t(c)代入己知数360=1x0.406x10乙型日60 x0.01350厶t2=156C6min后铜球升至156C。4、用泵将5C的水从水池吸上，经换热器预热后打入某容器。已知泵的流量度lOOOkgh加热器的传热速率为H.6W,管路的散热率为2.09kw,泵的有效功率为1.2kw。设池面与容器的高度不变，求水进入容器时的温度。分析：本系统对水提供能屋的来源有二：泵和加热器。泵所提供的能量除使水的机械能増加外，其余部分则因克服流动阻力而转化为热能。这部分热能和加

10、热器加入的热能，一部分散失到环境中，一部分被水吸收转化为内能使水温升高。如果设法求出水的内能增加值，该问题就迎刃而解。解：方法一(1)水的内能增加值如图3-3,以0-0面为基准面，列1-12-2截面间的柏努利方程式，以表压计。图3-3乙g+邑+牛+叱.+忆+仏+与+匕P2p2式中U2一一截面1,2水的内能，J,，Kg；Q加热器加入的热量，J/Kg。已知=u220P=p2=0Z=-4/7?Z2=10/?将其代入上式，整理得4=g(乙zj+也+。传热速率：0=11.62.09=9.5KW可写成0=9m3600=3.42x104丿/Rg100017x103x祐00泵对水加入的能量：叱.=4.32x1

11、04J/1000水的内能增加值：U=9.81X(-4-10)+4.32xlO3+3.42x104=3.84xlO4J/=38.4kJg(2)水温取水的比热容为4.19kJ/(kgC),则水进入容器时的温度为3.84xl044.19x10=14.2C方法二可先求水在单位时间吸收的热量，然后求水温。这个热量由两部分组成：一是加热传递的热量，再就是因克服流动阻力由机械能转化成的热量。(1)水的吸热速率以00、面为基准面，列1、22截面间的柏努利方程，以表压计。亦乡+分-恋+分存+乙=-4w?Z2=10/H已知Pi=p2=0z/1=h2a0化简工心=(乙Z?)g+叱1.2x103x36001666=4

12、.32x103J/工巧=(-4-10)x9.81+4.32xl03=4.18xlO3J/因流动阻力而产生的热量为:S/?/=4.18xl03x10003600=l16xlOW水的吸热速率：0=(116-2.09)x10+1.16x10=lQ.lkW（2）水温=142C一1.07xl04x36001000 x4.19x10-4、某敞口贮油槽中装有深度力为3加的机油,从直径d为3m的油槽底部小孔中排出。小孔的面枳A?为0。002nr.假设油品自小孔排出时的流量系数C。=0.6,试求：（1）机油自小孔排出时的初始流量；（2）油面降至Ini时所需的时间。图3-4分析：随着机油的流出，油面不断卜降，出II的流速和流量也不断变化。对于此类不定态流动，柏努力方程并不适用。但在本例中，小孔的截面积远小于贮油槽的截面积，液面高度的变化很缓慢，各流屋参数随时间的变化率亦很小，故可做拟定态处理，仍可通过柏努力方程式求解。解：如图1-22,以油槽液面为11、截面，以油槽底部2-2截面为基准面，列11、22截面间的柏努力方程式，以表压计。由题意Z=3/?乙=0a0将以上数据代入柏努力方程式，化简得:将G)引入“2=j2Zg=0.6-72x3x9.81=4.06/?/5初始流量Vs=u2A2=4.06x0.002=9.2x103/