传热学期终考试题A卷

本文格式为Word版，下载可任意编辑——传热学期终考试题A卷哈尔滨工程大学本科生考试试卷

（2023年秋季学期）

课程编号：03050020课程名称：传热学（期终A）

一、（10分）如图1所示的墙壁，其导热系数为??50W/(m?K)，厚度为100mm，所处外界温度20℃，测得两侧外壁面温度均为100℃，外壁面与空气的表面传热系数为h为125W/(m2?K)，壁内单位体积内热源生成热为?，假设墙壁内进行的是一维稳态导热，求?及墙壁厚度方向温度分布t(x)？

表1空气的热物理性质

t/℃304050

图1

K)??106/m2/s?/W/(m·16.000.026716.960.027617.950.0283题二Pr0.7010.6990.698

二、（10分）20℃的空气，以10m/s的速度纵向流过一块长200mm，温度为60℃的平板。求离平板前沿50mm，100mm处的滚动边界层和热边界层厚度。并求得平板与流体之间的换热量。（平板宽为1m，空气物性参数见表1）准则关联式：Nu?0.664Re12Pr13层流；Nu?(0.037Re45?871)Pr13湍流边界层厚度：

?x??5.0；滚动边界层与热边界层之比：?Pr13

?tRex三、（10分）水以2m/s的流速流过长为8m的直管，入口温度为20℃，出口温

度为40℃，管内径d＝20mm，求对流换热系数和平均管壁温度。

表2水的热物理性质?/W/(m·?/kg/m3cp/kJ/(kg·K)PrK)t/℃??106/m2/s201.0060.5997.02998.24.183300.8050.6185.42995.74.174400.6590.6354.31992.24.174500.5560.6483.54988.14.174四、（10分）如图2所示，半球表面是绝热的，底面一直径d=0.3m的圆盘被分为1、2两部分。表面1为灰体，T1＝550K，发射率ε1=0.6，表面2为温度T2＝333K的黑体。

（1）计算角系数X3,(1?2)，X1,2，X1,3，X2,3

（2）画出热网络图并计算表面1和表面2之间的换热量以及绝热面3的温度。

图2

图3

五、（10分）已知如图3所示微元面积dA1与球缺A2，微元处于球面的中心出，到达球面的距离为球面半径r。求：从角系数的积分定义出发，计算dA1到球缺内表面A2的角系数，并用两种极限情形来检查你所得到的公式的正确性。六、（10分）用进口温度为12℃、质量流量qm2?18?103kg/h的水冷却从分馏器中得到的80℃的饱和苯蒸汽。使用顺流换热器，冷凝段和过冷段的传热系数k均为980W/(m2·K)。已知苯的汽化潜热??395?103J/kg，比热容cp1?1758J/（kg·K）。试确定将质量流量qm1?3600kg/h的苯蒸汽凝结并过冷到40℃所需的冷凝段和过冷段传热面积分别为多少。（水的定压比容cp2?4183J/（kg·K）。）

tt'1?80℃冷凝段过冷段t''1?40℃t''2t'2?12℃t2m0Ax图4

七、问答题（40分）1、（5分）对于平板导热，试说明Bi数的物理意义，Bi?0及Bi??各代表什么样的换热条件？一块厚为2?的金属平板，初始温度为t0，突然置于温度为t?的流体中冷却，试着画出当Bi?0时，平板中温度场的变化情形。1、（5分）厚度均为?的两个无限大平板，紧靠在一起放置在某一环境中，达到稳态时平板中的温度分布如图5所示，两平板的导热系数分别为?1、?2且均为常数，试从一维稳态导热方程出发，判断两平板是否存在内热源，若存在指出是哪个平板，并判断内热源的正负；两平板中热流密度q1，q2是否相等，并比较两平板的导热系数?1、?2的大小？

图5

图6

2、（5分）对管内强制对流换热，为何采用短管和弯管可以加强流体的换热？2、（5分）在流体温度边界层中，何处温度梯度的绝对值最大？为什么？有人说对一定表面传热温差的同种流体，可以用贴壁处温度梯度绝对值的大小来判断表面传热系数h的大小，你认为对吗？3、（5分）漫灰表面间的辐射换热计算中采用了有效辐射J，试阐述有效辐射J及投入辐射G的概念；并结合投入辐射G说明有效辐射包含哪几部分辐射，写出有效辐射J的表达式。4、（5分）如图6所示为真空辐射炉，球心处有一黑体加热元件，试指出，黑体对A、B、C三处中何处定向辐射强度最大？何处辐射热流最大？假设A、B、C三处对球心所张的立体角一致。5、（5分）在一个球形腔上开一个小孔，并设法使空腔壁面保持均匀的温度，这时空腔上的小孔就具有黑体辐射的特性。小孔的黑度与哪些因素有关，这些因素是如何影响小孔黑度的？哪些为主要因素，哪些为次要因素？6、（5分）何谓换热器的效能，其物理含义是什么？

7、（5分）热水在两根一致的管内以一致流速滚动，管外分别采用空气和水进行冷却。经过一段时间后，两管内产生一致厚度的水垢。试问水垢的产生对采用空冷还是水冷的管道的传热系数影响较大？为什么？8、（5分）在图7（a）、（b）中所示的两个逆流