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文档简介

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

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