傳熱學(xué)研究生模擬試題

1、傳熱學(xué)試題1填空題（共20分，每題2分）1. 依靠流體的運動，把熱量由一處傳遞到另一處的現(xiàn)象，稱為熱對流。2. 凡平均溫度不高于350C,導(dǎo)熱系數(shù)不大于0.12W/ （m K）的材料稱為保溫材料。3. 對應(yīng)管壁總熱阻為極小值時的保溫層外徑稱為臨界熱絕緣直徑。4. 格拉曉夫準(zhǔn)則的物理意義表征浮升力與粘滯力的相對大小，顯示子然對流流態(tài)g=t：1對換熱的影響;表達(dá)式Gg o5. 常物性流體管內(nèi)受迫流動的充分發(fā)展段，沿管長流體的斷面平均溫度， 在常熱流邊界條件下呈線性規(guī)律變化，在常壁溫邊界條件下呈對數(shù)曲線規(guī)律變化。6. 一維常物性穩(wěn)態(tài)導(dǎo)熱物體中，溫度分布與導(dǎo)熱系數(shù)無關(guān)的條件是無內(nèi)熱源。7. 不穩(wěn)態(tài)導(dǎo)熱

2、采用有限差分方法求解溫度場，節(jié)點的顯式差分方程是采用溫度對時間的階導(dǎo)數(shù)向前差分方法獲得的,此差分方程具有穩(wěn)定性條件。隱式差分格式是溫度對時間的一階導(dǎo)數(shù)采用向后差分獲得,沒有穩(wěn)定性條件。顯式差分格式中溫度對位置的二階導(dǎo)數(shù)采用中心差分格式獲得一8. 減弱膜狀凝結(jié)換熱的主要影響因素有蒸汽含不凝結(jié)氣體、蒸汽流速高且與液膜重力方向相反。9. 在熱輻射分析中，把光譜發(fā)射率=發(fā)射率=常數(shù)的物體稱為灰體。10. 有效輻射包括發(fā)射輻射和 反射輻射兩部分能。2、 判斷題，對的畫*錯的畫X （共10分，每小題2分）1. 換熱器中，冷、熱流體通過換熱器可能經(jīng)歷的最大溫差是熱流體進(jìn)口溫度與冷 流體進(jìn)口 溫度之差。（V）

3、2. 穩(wěn)態(tài)溫度場中，溫度處處是均勻的。（ X ）3. 無論在什么條件下，熱邊界層厚度與流動邊界層厚度是相等的。（ X ）4. 當(dāng)外徑為d2的管道采取保溫措施時，應(yīng)當(dāng)選用臨界絕緣直徑dpd2o （ V）5. 蒸汽在水平管束外表面膜狀凝結(jié)換熱時，從上面數(shù)的第一排管子的平均換熱系數(shù)最大。6. ）3、 解釋名詞與基本概念（20分，每小題4分）1. 溫度梯度在具有連續(xù)溫度場的物體內(nèi)，過任意一點P溫度變化率最大的方向位于等溫線的法線方向上，稱過點P的最大溫度變化率為溫度梯度，溫度增加的方向為正。2. 接觸熱阻在兩個直接接觸的固體之間進(jìn)行導(dǎo)熱過程時，由于固體表面不完全平整的接觸產(chǎn)生 的額外的熱阻。3. 傅里

4、葉準(zhǔn)則及其物理意義a tFo牙嵬表征非穩(wěn)態(tài)導(dǎo)熱過程的無量綱時間。o4. 換熱器效能表示換最器中的實際傳熱量與理論上最大可能的傳熱量之比。5. 對流換熱指流體與固體之間直接接觸時導(dǎo)熱與熱對流同時存在的復(fù)雜熱傳遞過程6. 傳熱單元數(shù)NTU反映換熱器傳熱能力的大小。四、簡答及說明題(共40分，每小題8分)1 .簡述相似原理內(nèi)容。表述了相似的性質(zhì)、相似準(zhǔn)則間的關(guān)系以及判別相似的條件，用相似模型代替實際設(shè)備進(jìn)行 試驗，從而簡化試驗規(guī)模。2 .寫出Bi準(zhǔn)則，說明(1) Bi=0; ( 2) Bi時，無限大平壁內(nèi)溫度隨時間變3 .為什么改變內(nèi)部流動截面形狀會改變換熱效果？試用充分發(fā)展段紊流公式Nu( =0.

5、023RefPffo?解釋之。管內(nèi)流動雷諾數(shù)Re二一一,d的改變會影響雷諾數(shù)，進(jìn)而影響Nu、hov4 .為什么太陽灶的受熱面要做成黑色的粗糙表面，而輻射采暖板不涂黑色?5 . 試用傳熱學(xué)的理論解釋熱水瓶保溫原理。第13頁共4頁五、計算題（60分）1. 一套管式換熱器，假定其傳熱系數(shù)為常數(shù)，冷流體的質(zhì)量流量、比熱、進(jìn)出口溫度分別 為：0.2kg/s、4000J/ （kg K）、40c和90 C；熱流體的質(zhì)量流量、比熱、進(jìn)口溫度 分別為：0.2kg/s、2000J/ （kg K）、200Co試確定最大可能傳熱量和換 熱器總效 能；。（10分）得熱流出口溫度解:由熱平衡方程:qmIG ( fl -f

6、i ) =qm2c2 (t”212)最大口 J 能傳熱量：min=Cmin （ fi-t 2 ） =qmlC （ fi-t 2 ）換熱器總效能：A2題圖2. 如圖為一無限大平壁，在其厚度方向X,劃分了 n-1等份，間距均為ZxX,其中節(jié)點n為第三類邊界條件下的邊界節(jié)點，大平壁中有一均勻的內(nèi)熱源，內(nèi)熱源 強度為（W/m3）,采用不變的定步長的計算，用熱平衡法建立一維不穩(wěn)態(tài)導(dǎo)熱時，節(jié)點n的 節(jié)點顯式差分方程，并討論其穩(wěn)定性條件。（其中? , CP, ,h,tf皆為常數(shù)，h為對流表面?zhèn)鳠嵯禂?shù)，即對流換熱系數(shù)）（10分）kZ A:說件4 *)x aA h(tf -tn)A t% =f2顯式差分格式穩(wěn)定

7、性條件：12FA0,即Fo=3.x23x 10W/若空氣與表面之 平板的導(dǎo)熱系數(shù)為厚度為10cm的大平板，通過電流時大平板單位體積的發(fā)熱功率為m3,平板的一個表面絕熱，另一個表面暴露于20C的空氣中。間的表面?zhèn)鳠嵯禂?shù)（即對流換熱系數(shù)）為 60W/ （m2K）,3W/ （m.K）,試確定穩(wěn)態(tài)時平板中的最高溫度。（10分）由傳熱微分方程：4CTc n ct 1 二一入一 | + qv 得:CX)=Gx C2；2 qv=O J% =o八3 Wx O Tt 丑 x?TIX&x-c令 x=、得：世=j. = tw邊界條件:x=0時：0 T G =0rnt： t x二.w聯(lián)立:qv52twC22ktw =

8、 qAtf,得：CNfqA-Mh由傳熱公式：qh 2九h(tw-tf) t twdx開 開2.亙.2tmax ，|x=0 = th2九則溫度分布函數(shù)：tx-處tf匚，明顯x=0時t最大，此時：qv tt4.流量為0.2kg/s的冷卻水，在內(nèi)徑為12cm的銅管冷凝器中流過，水的進(jìn)口溫度 為 27C,出口溫度為33C,管壁溫度維持80C,試問管長應(yīng)為多少？（15分）已知：水的物性參數(shù)如下：t=30C ,CP=4.174kJ. kg K ,=61.8 10, WmK995.7kg； m3,8.05 10 J m2 s,Ph=542Nut =0.023Re 朋 PrRef 18解：常壁溫時管內(nèi)水與管壁

9、平均溫差:* i |-.Im(twH) T九W) 50c加J tw1 f管內(nèi)水定性溫度:tf2tA30cudGRe t 一；平均流速 u =P吟2hlRef -1。4為湍流,Nut=O.O23Reo3Pr；，二一計算出平均 hA由熱平 衡：15分）解：（3）由：X2,lA2- X12AX 3,1 =X3 A4 二 R2AlA2=A32得:X13J x 13,1 二X1,2 X2,14（2） 2表面熱阻：R2：3表面為黑體，無表面熱阻d 2門二GCp（t，tf） =h 二 L ： tn可求出管長。A5.如右圖，若半球半徑為2m,底面被一直徑分為2和3兩部 分,半球內(nèi)表面1絕熱；表面2為灰體，溫度

10、為400C, 發(fā)射率（黑度）為0.8;表面3為黑 體，溫度為200C,1）計算角系數(shù)x2,3, x3j , x3,2o2）畫出以上三個面組成的封閉系統(tǒng)的網(wǎng)絡(luò)圖，計算各熱阻。3） 穩(wěn)態(tài)下，表面2與表面3的凈輻射換熱量。4）（不用計算）討論穩(wěn)態(tài)下，表面1與表面3有無凈輻 射熱 交換，為什么？5）（不用計算）討論穩(wěn)態(tài)下，表面1有無凈輻射熱交換，為什么？（1） X2j= X3j=1X2,3=X3,2 =0凈輻射換熱量=發(fā)射出去的一吸收的1,2面空間熱阻：R，21,3面空間熱阻：R3XMX1,3AIIJ2 = Eb2 A2 EUXl,2 A - Eb3X3,2Aj 3 = Eb3A3 - Eb1 Xl,

11、3 Al - Eb2X2,3A2（4） 1與3表面間有輻射熱交換，因為1與3的角系數(shù)不為無窮大，空間熱阻不為 0, 表面熱阻均為0;總熱阻不為0,且有輻射力差：Eb3-J有，且為負(fù)。因為 1 =0 A Eb2X2A2-Eb3X3,iA3= -Eb2A - Eb3 A 式 0傳熱學(xué)試題2-、填空題（共20分，每小題2分）1 . 傳熱過程是由導(dǎo)熱、熱對流、熱輻射三種基本傳熱方式組合形成的。2 .導(dǎo)熱微分方程式是根據(jù)熱力學(xué)第一定律和傅里吐定律所建立起來的描寫物體的溫度隨空間和時間變化的關(guān)系式。3 . 對流換熱過程是靠導(dǎo)熱和熱對流兩種作用來完成熱量傳遞的。4 .氣體只能輻射和吸收某一定波長范圍的能量，

12、即氣體的輻射和吸收具有明顯的選擇性,即僅在某些波長范圍內(nèi)具有輻射和吸收能力，而對應(yīng)波長范圍稱為光帶。5 .對服從蘭貝特定律的物體，輻射力E與任意方向輻射強度I之間的關(guān)系式為.E=l n 。6 . 熱水瓶的雙層玻璃中抽真空是為了減少熱水與外界的導(dǎo)熱和熱對流o7 .自然對流換熱在溫遍條件下發(fā)生關(guān)于特征長度的自?；F(xiàn)象。對于自然對流紊流，展開關(guān)聯(lián)式（指數(shù)為n =1/3）后，兩邊的定型尺寸可以消去；它表明自然對流紊流的表面?zhèn)鳠嵯禂?shù)與定型尺寸無關(guān)，該現(xiàn)象稱自模化現(xiàn) 象。利用這一特征，紊流換熱實驗研究就可以采用較小尺寸的物體進(jìn)行，只要求實驗現(xiàn)象的Gr- Pr值處于紊流范圍。8 .有效輻射包括發(fā)射輻射和反射

13、輻射兩部分能。9 .不穩(wěn)態(tài)導(dǎo)熱采用有限差分方法求解溫度場，節(jié)點的隱式差分方程是采用時間的向后差分方法獲得的,此差分方程無條件穩(wěn)定性條件。10 .常物性流體管內(nèi)受迫流動的充分發(fā)展段，沿管長流體的斷面平均溫度在常壁溫邊界條 件下呈對數(shù)曲線規(guī)律變化。判斷題，對的畫，錯的畫x （共10分，每小題2分）1. 流體外掠光滑管束換熱，第一排管子的平均表面?zhèn)鳠嵯禂?shù)最大。（X）第一排的最小2. 為減少保溫瓶的輻射散熱，將瓶膽的兩層玻璃之間抽成真空。（ X ）3. 水在水平圓管內(nèi)受迫流動，管外是空氣自然對流，為強化傳熱應(yīng)把肋片安裝在圓管外表 面。（V）4. 由兩種不同材料制成的大平壁緊密接觸時進(jìn)行穩(wěn)態(tài)導(dǎo)熱過程，右

14、已知二$二每，t| 4題圖t? t?一上 3,則一 2 ；（ V）5. 有一冷凝器，飽和蒸汽在管外凝結(jié)成飽和液體，冷卻水在管內(nèi)流，則其平均溫差.:端與流動方式無關(guān)。（X）有順流和逆流的差別2、 解釋名詞與基本概念（20分，每小題4分）1 . 努謝爾特準(zhǔn)則及其物理本質(zhì)hlNu二一表征對流換熱中壁面法向無量綱過余溫度梯度的大小，反映對流 換熱的強弱。2 .肋片效率：衡量肋片散熱有效程度的指標(biāo)，定義為在肋片表面平均溫度下，肋片的實 際散熱量與假定整個肋片表面都處在肋基溫度時的理想散熱量的比值。3 .定向輻射強度I,:在某給定輻射方向上，單位時間、單位可見輻射面積、在單位立體角 內(nèi)所發(fā)射全部波長的能量

15、。4 . 傳熱過程：熱量通過三種基本傳熱方式從一個物體傳遞到其他物體的過程。3、 簡答及說明題（共40分，每小題8分）1. 為什么潮濕的多孔材料的導(dǎo)熱系數(shù)不但比干多孔材料的導(dǎo)熱系數(shù)大，而且還比水的導(dǎo) 熱系數(shù)大？答：因為當(dāng)材料的孔隙中有了水分（包括水蒸氣）后，則孔隙中蒸汽的擴散和水分子的熱 傳導(dǎo)將起主要傳熱作用，而水的導(dǎo)熱系數(shù)比空氣大，使潮濕的比干的多孔材料導(dǎo)熱系數(shù) 大。2. 流體在管內(nèi)受迫流動換熱的其它條件相同時，直管和彎管（如螺旋管）何者換熱強？ 為什么？因為在管內(nèi)受迫對流換熱系數(shù)與邊界層厚度有關(guān)，速度邊界層從管入口開始在層 流時逐漸 增大，使換熱系數(shù)減小，而因為彎管中邊界層被破壞，邊界層薄

16、，換熱系數(shù)大。3. 試說明Bi數(shù)的物理意義。表面上看Bi數(shù)與Nu數(shù)的表達(dá)式相同，其差別是什么？Bi表示導(dǎo)熱體內(nèi)部熱阻與外部熱阻的相對大小。差別：Nu數(shù)表示表面上無量綱溫度梯度的大小。4. 簡述窗玻璃的溫室效應(yīng)現(xiàn)象。由于陽光最主要的能量波段是在可見光范圍內(nèi)，這些光輻射可穿透玻璃進(jìn)入室內(nèi)被室內(nèi)物 體表面吸收，使室內(nèi)升溫。而室內(nèi)物體發(fā)出的熱輻射屬于中紅外線波段，不能透射出窗玻 璃，從而使室內(nèi)不斷獲得凈熱量。5. 增強傳熱有哪些方法？說出3種方法。最有效的措施應(yīng)從何處入手？為什么？ 增加流速縮短速度邊界層長度；加裝肋片增大換熱面和流體擾動；增大溫差來增加 熱流密度；最有效：從換熱過程中形成熱阻最大的部

17、分入手，因為總熱阻是所有部分熱阻的和。五、計算題（共60分）1 .空氣在壁溫tw=94的大管道中流動，用熱電偶測量空氣溫度，熱電偶結(jié)點表面的發(fā)射率（黑度） =0.6,空氣與熱電偶結(jié)點之間的表面?zhèn)鳠嵯禂?shù)（即對流換熱系數(shù)）h=142W/ （rwK）,設(shè)熱電偶讀數(shù)t, =177 Q,試計算空氣的真實溫度。（10分）解：熱電偶與管壁凈輻射換熱等于電偶與空氣對流換熱損失，由熱平衡得：=hA（t tf ） = %ACb ：；工一工1 1其中工為熱電偶讀數(shù) Tf為空氣真 00 ） Uoo； J實溫度。2 .某建筑物墻內(nèi)有一厚10cm、高2m的空氣層，如果空氣層內(nèi)側(cè)面溫度為20C,外側(cè)面溫度為37 C,試計算

18、通過空氣層的自然對流換熱量。（10分）1已知：空氣在一（20*37） =28.5。下的物性參數(shù)為：2:=3.32 103Kd , =0.0262W/ （m K）,、=15.68 10umVs , Pr = 0.71夾層內(nèi)（氣體）自然對流換熱的準(zhǔn)則關(guān)聯(lián)式為： e14：幕50.197 （Gr Pr） 46000 ： ： Gr Pr ： ： 2 10eS： 90.073 (Gr Pr) 3丸H J572 10： Gr Pr： 1.1 1S說明：為熱膨脹系數(shù)。r3解：Gr 二“13234 , Gr Pr=9396_2 10v則由一 =0.197h(Gr Pr)，4 H6000cGr P八2VIOe e e 0.2155q（twi -tw2）（如-tw2） =0.9599扎，則熱流密度&扎。3 .已知兩長管內(nèi)受迫對流換熱現(xiàn)象相似，測得第一管內(nèi)的表面?zhèn)鳠嵯禂?shù)（對流換2熱系數(shù)）g =1O6W/ （m K）,其內(nèi)徑為4= 80mm,第二管內(nèi)徑d2=50mm,實驗 采用同一種流體在同樣的溫度下進(jìn)行。試確定第二管內(nèi)的表面?zhèn)鳠嵯禂?shù)（對流換熱系 數(shù)）h2的值。（10分）則d與h反比。Nu - 0.023, ReoPpconst h =ddd4 .直徑為2mm、溫度為90 c的電線被20c的空氣流所冷卻，電線表面和空氣流之間的表 面?zhèn)鳠嵯禂?shù)（對流換熱系數(shù)）hi=25W/