东南大学传热学2003考研真题及答案详细解析

1、 东南大学二00三年攻读硕士学位研究生入学考试试题一、选择填空（共30分，每小题3分。答错一题扣4分，不答扣3分，本题不得负分）1、冬季室内气温高于室外气温，如果用裸露的热电偶测量室内空气的温度，则温度计的读数（）（A）高于空气实际的温度（B）等于空气实际的温度（0低于空气实际的温度2、空气横向略过等温圆柱，从圆柱前驻点开始向后热边界层厚度在不断增加，如果Re比较小，流动保持层流，则（）（A）局部对流换热系数h逐渐减小（B）局部对流换热系数h保持不变（0局部对流换热系数h可能减小，也可能增加3、将初始温度为S的小铜球放入温度为J的水桶里，如果用集中参数法来分析,则在经过的时间等于时间常数J时，

2、铜球的温度为（）（A）t=（t0+t-）/2（B）t=0.632t+0.386t0（C）t=0.386t=c+0.632t04、饱和水蒸汽在水平圆管外侧凝结，ld,圆管的壁温恒定，以下的方案（）可以增加单位时间内的凝结水量。（A）将圆管垂直放置（B）将圆管倾斜放置（C）在圆管外面假装低肋管5、在室内一根未保温的钢管内通入100C的饱和水蒸汽，用来加热室内的空气，如果需要增加传热量，则可以通过（）方法来实现。（A）在管内安装肋片（B）降低管道的厚度（0在管外安装肋片6、根据蓝贝特定律，黑体的定向辐射强度在各个方向都是相同的，这表明（）（A）穿过微元黑体表面正上方的单位面积的辐射能与侧上方单位面积

3、上的辐射能相等（B）穿过微元黑体表面正上方的半球面上单位面积的辐射能最大（C）穿过微元黑体表面正上方的半球面上单位面积的辐射能最小7、一根放在空气中的电缆，其电阻为R,通过强度为I的电流，外面有一层绝缘材料，如果减小绝缘材料的厚度，则（）（A）电缆的表面温度会升高（B）电缆的表面温度会降低（0电缆的表面温度可能上升也可能降低8、在套管式换热器中用热水来加热冷水，对于图1中的两个流体温度变化曲线,（）（A）a正确b错误（B）b正确a错误（0两图都可能正确9、对于图2中二维稳态导热问题，右边界是恒定热流边界条件，热流密度为如果采用有限差分法求解，当x=Ay时，则在下面的边界节点方程式中，（）92l

4、i)是正确的。TOC o 1-5 h ztl+t,+t3-3t.l+=0一久ti+2t2+t3-4t+=0Atl+t2+t34tl+=0A10、在高温蒸汽管道外包敷两种不同的保温材料，一种导热系数较小，另外一种导热系数稍大，如果包敷的厚度相同，以下说法（）是正确的（A）为减少传热量，导热系数较小的材料应放在内层（B）为减少传热量，导热系数较大的材料应放在内层（O如何包敷材料对传热量没有影响二、简答题（共40分，每题8分）1、空气分别与宽度为2H,高度为H的竖直平壁和宽度为H,高度为2H的竖直平壁进行自然对流换热，试比较两种情况下对流换热的大小。2、夏天在室外穿白色的衣服比穿黑色的衣服感觉凉爽，

5、在室内是否也会有同样的感觉？试用传热学的原理加以说明。3、两根不同直径的蒸汽管道，外面都覆盖一层厚度相同、材料相同的热绝缘层。如果管子表面以及热绝缘层外表面的温度相同，试问：两管每米长的热损失相同吗？若不同，哪个大？试证明之。4、在进行管内强迫对流换热试验研究时，需测量哪些量，如何测？实验结果如何整理？5、简述Bi和Nu的异同，并说明两者在传热学中的作用。三、计算题（共80分，每题20分）1、厚度为10cm的大平板，通过电流时发热率为3X10W/m平板的一个表面绝热，另一表面暴露于25C的空气之中。若空气与平板之间的换热系数为50W/(m2K),平板的导热系数为3W/(mK),试：写出该问题的

6、微分方程及定解条件；求平板内温度分布表达式；求平板中的最高温度。2、直径0.13mm的导线暴露在-30C的空气流中，气流速度为230m/so导线长125nun,并用电加热。试计算导线的表面温度为170C时所需的电功率。3、一直径为200mm的圆盘电热器1,其上方有一直径为400nm的半球罩2。他们被放置在温度为27C的大房间3内(房间内的气体可视为透热气体)，如圆盘底部和侧面均绝热，且t,=727C.5=0.9；t2=227C.e2=0.1,求画出该系统的辐射网络图；计算加热器和半球罩之间的辐射换热量；计算加热器的功率。4、有一台逆流套管式换热器，用100C的热油将25C的水加热到50C,而热

7、油被冷却到65C,换热器的传热系数为k=340W/(m2k)。如油的比热容为1950J/(kgK),质量流量为0.4kg/s；水的比热容为4180J/(kgK)。求换热器的换热面积A。如使用一段时间后，油使传热面上产生一层油污，使油的出口温度只能降低到80C,求其污垢系数R.(m2K/W)o 2003年传热学专业课试题解析一、选择填空ic【详情】假定室内气温为5,热电偶温度为t,室外气温为-(to住)，则墙壁温度为，由能量守恒定律有h(to-t)=o(T-TL)0,所以6t,即选(C)TOC o 1-5 h z2、C【详情】流体横掠单管时会发生绕流脱体，层流脱体发生在11)二800850处。h

8、*开始随着边界层的厚度增加而减小，但脱体之后h*会回升，即增加。所以选(C)3、B【详情*则計隹5(756,移项得“632“所以选(B)4、C【详情】ld,不管是垂直还是倾斜放置，都会使管子边界层随着管长往下增厚，h减小。而因为是低肋管，所以增加的那部分直径也在临界绝缘直径范围内，所以总是能使传热量增加的，即能增加单位时间内的凝结水量。所以选(C)5、C【详情】加强传热，首先要分析主要热阻在哪一个环节。此处，共有三个环节：管内壁凝结换热、管壁导热、管外对流换热，而空气对流换热系数很小，无疑主要热阻在管外对流环节。所以选(C)6、B【详情】大家首先要充分理解定向辐射强度I(单位时间、单位可见面积

9、、单位立体角内的辐射量)。I=“()=d(&)=IdAdQcos6,dAdGcosG其中I、dA、dQ不变，0越小,则do(e)越大。所以选(B)7、A【详情】减小绝缘材料厚度就是减小直径，而电缆直径一般小于临界绝缘直径，此时传热量会随着直径的减小而减小，即传热系数h减小。=I2R不变、空气温度住不变，由二h(t-可知电缆表面温度会8、A【详情】升高。所以选(A)此题可用排除法：b中水平线代表凝结或沸腾，而此题中只是热水和冷水，无凝结或沸腾。所以b错误，选(A)9、B【详情】由热平衡有：久Ay+久一丄Ax+九一-Ax+qvAy=O,移AxAy2Ay2项可得(B)中式子。所以选(B)10、A【详

10、情】假设玩r(r4-2(7)奉开叩而，所2加人r(r+2(7)以尺匕。为减少传热量，当然希望热阻大，所以选(A)二、简答题左图是局部换热系数h,随高度的变化而变化的曲线，由图可知：层流时，局部换热系数主要取决于边界层的厚度，从竖壁下部开始，随着高度的增加，边界层厚度增加，因此局部换热系数减小；高度继续升高时，层流会经过过渡阶段，此时由于流动扰动和混合，局部对流换热系数增大，达到稳定湍流(C)h.、达到恒值。如图，a代表宽度为2H、高度为H的竖壁，b代表宽度为H、高度为2H的竖壁。显然1和1及2所代表的区域换热强度相同，有差异的是2和丁。若2处于层流状态，则显然2的边界层厚度大于2(1)，所以2

11、的换热系数更低，总体上a换热强度大于b0若2处于非层流状态则有可能大于2。所以总体上b的换热强度可能大于a。2、不会。应为可见光占了近一半，而物体对可见光的吸收表现出强烈的选择性：在可见光范围内，白色衣服几乎全部反射可见光，而黑色衣服几乎全部吸收可见光，故白色衣服比黑色衣服吸收的太阳辐射少；二者发射率几乎相同，所以白色衣服净吸收太阳能比黑色衣服少，所以穿白色衣服感觉凉爽。而在室内，物体发射的辐射能波长大多在红外范围，二者吸收比差不多，净辐射换热量也差不多，故无同样的感觉。3、材料相同，即入相同；厚度相同，即。相同；管子表面以及热绝缘层表面的温度相同，则相同。由=可知，当d减小时，e增大。即直径

12、小的管子热损失大。4、需要测量的物理量有：流体进出口温度tf、t；和内壁温度可用热电偶测量流体体积流量q“可用孔板流量计测量管子的几何尺寸：管子内径d和长度1,可用尺子测量由流体进出口温度可得流体平均温度t=（tf+t；）/2,从而可查到流体密度P、P比热容c,动力粘度v,而流体速度u=土土，传热量=cpqtf-tf）,传热面积A=龙dl,/rcT对流传热系数h=AAt整理数据根据准则方程Nu=f（RoH）来进行（其中Nu=、2Re=ud230 x0.13x10320.02XW-=1494K5、Nu中的2为流体的导热系数；Bi中的为固体的Nu中的h未知；Bi中的一般为已知Nu-般为待定准则；B

13、i-般为已定准则物理意义上，Nu表示壁面附近的流体的无量纲温度梯度；Bi表示固体内部导热热阻与界面上的换热热阻之比。1、(1)定解条件:三.计算题微分方程：(2)+0=0dxdxx=0,=0dxx=5厂氾=h(t_tdx(2)解上述三个方程联立的方程,(3)4小22、54t=77（-X）+-j+tf2xh由（2）可知，当x=0时，t最大。即最高温度为厂53x10&+=2兄h2x32、定性温度tm=l(tw+tro)=-x(170-30)=70C,由此可查附录四得22maxx(0.1)2+3x14x()1+25=1350C502=29I2WM(K,v=20.02x1011?/s,Pr=0.694 =0Re=231Y=149()W1-0.10.2512x0.1（3）加热器的功率为:56700-11601.4=n7449W1-0.91+0.0314x0.10.0314AtmAt-At(10050)(6525)0呎一吨=一-一-=44.81C1宀lx/100-50)爲(65-25)nmx换热量=qcu(I-1)=1950 x0.4x(100-65)=27300W由=kAAtm可得&涪，靠鬻五1.792亦，=27300“2612Kg/st?)4180 x(50-25)=qqz(t；-1；)=195