上海交大传热学考题

1、2004-2005学年传热学考试试题（A）答案一回答下列5题（25分） 答：略 二如右图所示，在图中画出节点G, 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，且或 d ；材料的导热系数为人。（10分）解：Qlj + 企土j + h翌（t -1 ） + 空402Ax2Ay2 f 门 4Ax = Ay 时，iT, ji, j2+ 入匕,j-1 匕,j + h A (t t ) + W b = 022 fi j4也可以化简为:hAx、(+ Xi，j = fi-1，jhAx + t. j 1 + 匚tA

2、x2 c + X f 2Xt0三 由两种不同材料组成的一维复合平板如图1所示，左侧表面（x = 0）保持恒温t0，右侧表 面（x = La +匕）暴露于温度为匕（10 匕）、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）给出通过复合平板的稳态热流密度q的计算 公式；推导稳态时，平板A和B分界面温度t1的计 算公式； 假设导热系数X a、，画出x从0至*的稳 态温度分布趋势。解令Ra=%，A TOC o 1-5 h z q =0 Fq lL1-A + 7 +X AX Bhq =0昭q L L 17A + b +XX hLa或:t -tq = LT-B +Xb ht

3、 -t=-01 l -A XAt八t0 L l-A +B-X AXB(Rb + Rh)t 0 + RAt ,。RA + Rb + Rhl. x a = t qR1X 0 A+ Ah3如下图所示四对流换热（15分）1.如右图所示，温度为亳=300 K的冷气体以七=20m/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T = 500 K。流体的导热系数、密度、比热和运动粘度分别为：X = 0.02 W（m - K），Wp = 1 kg m3，Cp = 1000 J （kg - K），v = 2x 10-5 m s。试回答下列

4、问题：T =500 K起始端末端（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，请计算临界距离七（注：临界雷诺数可取Rec = 5 x 105 ）（2） 计算气体带走的总热流量（q）；解： (1) Pr =v =vpca 人 pm22 x 10 -5 .02m. K守x 310f=1m320 x 2ms= 2 x 1065 x 105，因此末端流动处于湍流状态m22 x 10 -5m2Rec xv5 x105 x 2 x10-5 uco=0.5 m（2） a层流部分换热:Nuc20mshc x xc = 0.664Re0.5 Pr0.3333Xc=0.

5、664 x (5 x 105)0.5 x 10.333h= 4692 = 18.78, c 0 5m2 K0.5=469.52qc =(Tw -TJ = 18.78 x 0.5 x 2x (500 - 300) = 3.756 kWb湍流部分换热q =l hldx(T T ) = l x (T T Jl h dxxcW8W8 xc=l x (T T ) fl 0.0296Rex 5入 dxw 8xxcf U / 5V dxx=l x (T T )x0.0296xXxfZ w%(20 V5=2 x 200 x 0.0296 x 0.02 x -4 2x 10-5 )x4 5 0.545 )= 2

6、1.79 kWc 总热流量：q = qc + qt = 3.756 + 21.79 = 25.55 kW也可以采用平均换热系数进行计算，即公式(542), p.150Num.037Re45 8710.037v )871f 20 x 2 45=0.0372 x 10 -50871 = 3193.67h = = 3193.67x0.02 = 31.94 工m l2m2 - Kq = hmA(Tw T8)= 31.94x4x 200 = 25.55 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 = 80C , t：= 55C，质量流率为 qmh = 180

7、0 kmin，比热 % = 2.0kJ；(kg - K)；冷却水 的进口温度为tc = 20 C，其质量流率为qmc = 1500 k min，匕=4.18 kJ (kg - K)；金属光管 内径d= 50mm，壁厚为6 = 2mm，导热系数为45 W. (m-K)。管内工质的对流换热系数 气=800 W (m 2 - K)，水侧的对流换热系数h。=2000 W (m 2 - K)，请确定该换热器所需要 的管外侧换热面积Ao? (20分)解：(1)换热量O = q c (T T) =mix2x(353 K 328 K) = 1500 kWmh h h hsko - K60 kg Kmin(2)

8、冷却水出口温度t： cO = qmfc(T_ T) n T=1500 kWqmcCcM x 4.1 kg - K+ 293 K60 s min=307.35K = 34.35 C(3)对数平均温差蓄myf =(80 - 35)-(55- 20) =40.09 CIn Amaxtminm(80 - 34.35) n (55 - 20)（4）总传热系数k1 .054 + 0.054ln0.054 + 1=527.38 W.(m2 K)800 0.052 x 450.0520000.00135 + 0.00004618 + 0.0005中1500 x103 W(5) 换热面积 Ao： Q = A k

9、Atn A = 70.95 m2 m kAtm527.38-W x 40.09 K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，T = 550 K，发射率 1 = 0.35 ；表面2为温度T2 = 330 K的黑体，回答下列 问题（15分）（1） 计算角系数 X 3,（1+2），X 1,2，X 1,3，X2,3，一 一;（2） 画出热网络图（注：热阻为无穷大时，相当于断路）（一_1_ _ 2 _（3） 计算表面1和表面2之间的换热量一一一一解:（1）A兀 d 2 4c-、，3X3,(1+2) = A1+2nX3,(1+2) =d?I = 0,5 ；1,3 = 2,3=1 ；X 1,2 = 0（2）这是一个三表面组成的辐射换热系统，但由于表面2为黑体，而且表面3为绝热表 面，因此，其热网络图如下所示，又由于R1,2故此，此处相当于断路，这样，上图就可以表示为如下