传热学试卷 20151124答案

1、211上強N左孝2015/2016学年第2学期传热学课程考核试卷课程代码：学分/学时数4/64任课教师课程性质：必修、限选、任选考试形式：开卷、闭卷学号姓名得分简答题计算题123456789101112、简答题(40分)热量传递的三种基本方式及其热量计算的基本方程式是什么？传热：ISj、q八dt对流：流体加热q二h(t-t)流体冷却q二h(t-t)wffw辐射：q=gT4冬天，用手去摸置于环境中的铁块和木块，会感觉哪个冷一些，为什么?如果用手去摸同为棉花织成的平布和绒布，会感觉哪个暖和一些，为什么？dt金属的导热系数比木块的导热系数大。按照傅里叶导热定律q二-九dx。绒布热阻大不易散失热量。写

2、出Nu、Bi的准则数表达式，并解释Nu、Bi数的物理意义及其不同之处。个表示对流换热强烈程度的一个无量纲准数。表示流体层流底层的对流传热阻力和导热阻力的比。5Bi=1导热热阻与对流热阻之比，Bi数趋于0,内部热阻可以忽略，在任一时刻物h体中各点的温度接近均匀。是判定是否可以采用集中参数法的依据。画出如图所示流体流过平板时候的速度边界层厚度变化以及当地对流换热系数h的变x化情况（平板为恒热流，图画在平板下方与层流，转戾和湍流区一一对应）。见图1写出如图所示环肋的稳态一维导热问题的完整数学描述。环肋的内径为D外径为D。io环肋内外表面的表面传热系数都为h。环肋顶端可视为绝热。环肋高为H。肋基温度为

3、t，环境温度为t.0d2tdx2-h(Ainside+A)(toutsideh(兀D*H+兀D*H)(t一t)oig兀-(D2-D2)*H4oi4（t-t）gD一Doi对外散热内热源去负号。d2t数学描述瓦4(t-t)gD-Doi边界条件：x0,t二t0H，二二0dx图为一扇形区域中的二维、稳态、无内热源的导热问题，其一侧平直表面维持均匀恒定温度t,rr.的表面绝热，其余表面与温度为t的环境换热，表面传热系数为h，gig为用数值法确定区域中的温度分布，在径向和周向分别用定步长Ar和划分计算区域，节点布置如右图所示。导热系数久及其它物性已知且为常数，试建立节点1的离散方程（有限差分方程式）。节点

4、1的控制体为图中黄色边框围成。对黄色边框应用能量守恒得。eaaAh(t芋h(t一t)ArebA九(t(r)孚九(t-t)Ar（r+Ar）普edA尢(t一t)苧X(t-t)Ar+ee+ebcd0ac7.画出定壁温加热时的池内饱和沸腾曲线。说明名区域名称，解释烧毁点的物理意义。稳麻孩态沸搶1210oIV404610100I0002OT0星面过热度DNB起妃沸胯点牆区*Qmax点为临界热流密度点，一旦热流密度超过峰值，工况将沿qmax点的虚线跳至稳定模态膜态沸腾线。tw-tf将猛升1000C。可能导致设备烧毁。8.强制对流和自然对流分别存在哪两种流动形态？判断强制对流和自然对流流动形态的准则数分别是

5、什么？层流和湍流。判断强制对流的准则数是雷诺数。Repul八gaAth判断自然对流的准则数是格拉晓夫数Gr=二、计算题（60分）1.一高H为30cm的铝制圆台形锥台，顶面直径为8.2cm，底面直径为13cm。底面及顶面温度各自均匀，并分别为520C及20C。锥台侧面绝热。试确定通过该锥台的导热量。铝的导热系数为100W/（mK）。解：把这个问题看成一维无内热源导热问题求解。建立如图所示的坐标系直线方程为：y=0.08（30 x）+4.1A二兀0.08(30X)+4.12=XAdtdx=XAdtdxdt-Xk0.08(30 x)+4.12dxdx0.08(30 x)+4.12=J520-九兀dt

6、20图给出了一个用于金属热处理的冷却系统。袒二0时刻，一个初温为T的小金属球被0放置在冷却系统内，同时，冷却风扇开始工作，使得空气以强制对流方式对小球进行冷却环境温度为T，对流换热系数为h。当小球温度降到T时，风扇停止工作。忽略小球的导热热阻（即T0）。1）试问，如果忽略小球表面的热辐射，其温度降到T时需要多长时间H）？ff2）这个冷却系统也可以用于冷却高能电阻器。此时，球状电阻器产生的热量近似为均匀的内热源e（W/m3）。试给出温度随时间变化的控制方程。1)A=4兀R2V球球4兀R3Th4兀R2(tt)一3h(tt)4兀R3R3导热微分方程：pc:T+3h（t一七丿=0初始条件：T=0,t=

7、t0解得ttde3hT/rpctt08当t二t时，te3hT/rPC(t一t)+1ff0882)导热微分方程:at3h(t-t)wr04兀R3T室温为20r的大房间中有一个水平放置、直径为10cm、长为12m的烟筒，烟筒的平均壁温为100C，试求：定性温度；管外流态；对流换热量；每小时的总散热量。(以下两个实验关联式仅供参考)1)Nu二C(GrPr)n2)Nu=0.023Reo.sPro.31)定性温度：tt+t=房间烟筒220+100260C加热表面形状和位置流态CNGr数适用范围层流0.591/41.43X1043X109竖平板及竖圆柱过渡0.02920.393X1092X1010湍流0.111/32X1010层流0.481/41.43X1045.76X108横圆柱过渡0.01650.425.76X1084.65X109湍流0.111/34.65X109t九x102W/(mC)ux106m2/sPr102.5114.160.705602.9018.970.6951103.2524.300.6862)1=12,At=t-t=10020=80,g=