傳熱學試卷A及答案

1、湖南涉外經(jīng)濟學院20172018學年度第2學期 傳熱學課程考核試題冊學院：機械工程學院專業(yè)年級：能源動力1601考核方式：團卷考試時量：100 分鐘試卷類型： 4題號四五六七八合計應(yīng)得分20203030100一、選擇題（本大題共計10小題，每小題2分，共計20分）1 .下列導熱過程傅立葉定律表述中，不正確的是（）A熱流密度與傳熱面積成正比B導熱量與溫度梯度成正比C熱流密度與傳熱面積無關(guān)D導熱量與導熱距離成反比2 .圓柱壁面雙層保溫材料敷設(shè)過程中，為了減少保溫材料用量或減少散熱量，應(yīng)該采取措施是 （）A熱導率較大的材料在內(nèi)層B熱導率較小的材料在內(nèi)層C根據(jù)外部散熱條件確定D材料的不同布置對散熱量影

2、響不明顯3 .采用有限差分法進行導熱過程數(shù)值計算時，可以有多種離散格式方式，下列不適用的方法是（ ）A邊界節(jié)點，級數(shù)展開法B邊界節(jié)點，熱量守恒法C中心節(jié)點，級數(shù)展開法D中心節(jié)點，熱量守恒法4 .表面溫度為50。C的管道穿過室內(nèi)，為了減小管道向室內(nèi)的散熱，最有效的措施是（）A表面噴黑色的油漆B表面噴白色的油漆C表面纏繞鋁箔D表面外安裝鋁箔套筒5 .冷流體流經(jīng)恒定壁溫為土卬的管道被加熱，壁溫與流體之間的對數(shù)平均溫差為則管道中 的流體平均溫度為（）A tw-AtmB VAtmC tw-32D VAtm/26 .表面進行膜狀凝結(jié)換熱的過程中，影響凝結(jié)換熱作用最小的因素為（）A蒸汽的壓力B蒸汽的流速C蒸

3、汽的過熱度D蒸汽中的不凝性氣體7 .在充分發(fā)展的管內(nèi)單相流體受迫層流流動中，如果取同樣管徑及物性參數(shù)，則常壁溫方和常 W熱流q二°下，換熱系數(shù)關(guān)系為（）A h <hR /i - hA q-c t =cD q-c t =cwwC hq/hWD不確定8 .根據(jù)普朗克定律，黑體的單色輻射力與波長之間的關(guān)系是一個單峰函數(shù)，其峰值所對應(yīng)的 波長（）A與溫度無關(guān)B隨溫度升高而線性減小C隨溫度升高而增大D與絕對溫度成反比9 .用套管溫度計測量容器內(nèi)流體溫度時，為減少測溫誤差，套管材料的導熱系數(shù)應(yīng)選用（ ）A導熱系數(shù)大B與導熱系數(shù)值無關(guān)C導熱系數(shù)小D無法確定10 .將一個圓柱狀加熱元件豎直置于

4、20水中，加熱后加熱元件表面溫度達到60,則這 種換熱方式為（）A沸騰換熱B自然對流換熱C強迫流動換熱D沸騰和自然對流換熱二、計算題（本大題共計5小題，每小題4分，共計20分，選擇正確的答案填在括號內(nèi)，并 要求寫出正確的計算過程，計算過程不正確不給分）1 .某房間玻璃窗的高度為L5m、寬為1.2m、厚度為4mm,玻璃的導熱系數(shù)為0. 7 W/（m.K）。在某冬天夜間，室內(nèi)外的空氣溫度分別為15和-5,若已知玻璃窗內(nèi)外側(cè)對流傳熱的表面?zhèn)鳠嵯禂?shù)分別為5 W/（m2.K）和20W/（m2.K）。計算通過該玻璃窗的熱損失為（），忽略玻璃內(nèi)外表面的輻射影響。A 140.8B 281.6C 178.6D

5、89.62 .如附圖所示，用裸露的熱電偶測量管道中氣體的溫度，穩(wěn)定后，熱電偶所指示的溫度為 170 o已知管道內(nèi)壁溫度 為90,高溫氣流與熱電偶 結(jié)點的表面?zhèn)鳠嵯禂?shù)為50 W/ （m2 K）,熱電偶結(jié)點的 表面發(fā)射率為0.6。試求高溫 氣體的真實溫度（）。A 186.0B 181.4 C 178.4D 184.23 .在水沸騰實驗中，對置于水中的不銹鋼管進行電加熱。已知，不銹鋼管外徑4mm,加熱段長 10cm,測得加熱功率為50W,管子表面的平均溫度為109,水的壓力為1.013xl05Pa。試計算 該實驗中沸騰傳熱的表面?zhèn)鳠嵯禂?shù)為（）。A 5846B 4423C 1786D 28964 .設(shè)

6、某表面的面積A=0. 5 nf,表面溫度t=400, £ =0. 8,反射比p=0. 3,外界輻射到該表面上的能量為400W/m2,則它與外界的輻射換熱量為（）WoA 3000 B 4412 C -3000 D 50005 .圓球?qū)醿x是測定粒狀和粉末狀材料導熱系數(shù)的一種儀器，它的實驗原理就是應(yīng)用通過球殼穩(wěn)定導熱熱流量的計算方法。圖所示該儀器實驗原理圖，導熱儀的主體由兩層同心的薄壁純銅D 0.36球殼組成，在球的內(nèi)部安裝有加熱器， 被測材料填充在內(nèi)、外表面的平均 溫度分別為50和30。,通電的 電壓和電流分別為20V和0.3Ao已 知圓球?qū)醿x的內(nèi)殼直徑為80mm, 外殼直徑為160

7、mm。計算該實驗 材料的導熱系數(shù)為（）。A 0.3B 0.6C 0.8三、簡答題（本大題共計5小題，每小題6分，共計30分）1 .以等截面直肋為例，試用熱阻的概念簡要說明在什么條件下采用肋化表面可以得到強化換熱 的效果，何時則得不到強化換熱的效果（僅考慮一側(cè)壁面與流體間的換熱）。2 .簡要說明太陽能集熱器采用的選擇性表面應(yīng)具備的性質(zhì)和作用原理。3 .空氣橫掠垂直管束時，沿流動方向管排數(shù)越多，換熱越強，而蒸汽在水平管束外凝結(jié)時，沿液膜流動方向管排數(shù)越多，換熱強度降低，為什么？4 .試分別指出下列兩式的不同之處：對流換熱微分方程。=巴包與導熱問題中的第三類邊At dy y=。界條件表達式-九包|

8、=4 -t ）。dn w w f5 .解釋換熱器效能£的物理意義，寫出其表達式。說明為什么逆流換熱效能£可以趨近于1, 而順流換熱器則不可能。四、綜合題(本大題共計3小題，每小題10分，共計30分)1 .在低速風洞中用電加熱圓管的方法來進行空氣橫掠水平放置圓管的對流換熱試驗。試驗 管置于風洞的兩個側(cè)壁上，暴露在空氣中的部分長100mm,外徑為12mm。試驗測得來流 的/ =15,換熱表面平均溫度/ =125,功率0= 40.5W。由于換熱管表面的輻射及換 00w熱管兩端通過風洞側(cè)壁的導熱，估計約有15%的功率損失掉，試計算此時對流傳熱的表面 傳熱系數(shù)是多少？為了提高表面?zhèn)鳠?/p>

9、系數(shù)測定的精確度，應(yīng)采用什么方法？試說明理由。2 .在一厚度為50mm的大平壁內(nèi)有均勻的內(nèi)熱源，平壁的導熱系數(shù)為5W/(m.K),在這些 條件下，平壁內(nèi)的溫度分布為+法+ M2,在工二0處表面溫度為120,并且與溫度為 20的流體進行對流換熱，表面?zhèn)鳠嵯禂?shù)為50()W/(m2.K),另一個邊界絕熱。(1)計算平壁 的內(nèi)熱源強度。(2)確定系數(shù)a、b、c3 .有一單流程蛇形管冷凝換熱器，工質(zhì)凝結(jié)溫度為80,凝結(jié)傳熱表面?zhèn)鳠嵯禂?shù)為104W/2.K)；冷凝管內(nèi)徑為20mm,壁厚為3mm,管壁導熱系數(shù)為10°卬/(%K),管內(nèi) 流冷卻水，流速為2加5,入口水溫為20,出口水溫為60,管內(nèi)污垢

10、熱阻為 0.001s K/W,試計算換熱器傳熱系數(shù)和所需管長。(已知管內(nèi)紊流對流傳熱準則方程式 為附了 二°S3ReJ8PrJ4 ,不考慮流道彎曲和入口段修正；水的物性參數(shù)為 c廣 4.1715(依K) , v =0.659x 10-6m2/5 ,P.4.31 ,O.635W/(“K),P - 992.2kg I m3)一、選擇題（本大題共計5小題，每小題2分，共計20分）1. A； 2. B； 3. A； 4. D； 5. A； 6. A； 7. C ； 8. D； 9. C； 10. B；二、計算題（本大題共計5小題，每小題4分，共計20分）1.正確答案是Ab xA(t -t )

11、 二，小151+ + h X h1.5xl.2x(15 + 5)1 0.0041一+50.7+20360.256=140.8W答：正確答案是D。eC=t+0-1 h= 170 +0.6x5.6750義 14.4343.634= 170+14.4 = 184.4°。3 .正確答案是B解：=hA(t -t )50W f7h =A(t -t ) 3.14x0.004x0.1x(109-100)W f4 .正確答案是BE =。74 =5.67x10一8 x(273 + 400)=11631.7bJ = E+pG = &E + pG = 0.8x5.67x 10-8 x(273 + 4

12、00)+ 0.3x400 b= 9425.4紇11631.7 9425.41-81-0.8= 4412.6eA0.8 x 0.55 .正確答案是A穩(wěn)定情況下，通過被測材料導熱的熱流量即為電加熱器的功率為 。=/。= 0.3義20 = 6人）被測材料的導熱系數(shù)為q （bxG/r -1/r ） 6x6/0.08 2/0.16）M V ,1A =尸v- =fv = 0.3IW / m-K4兀I t r 4x3.14x（50-30）12三、簡答題（本大題共計5小題，每小題6分，共計30分）1 .在基礎(chǔ)表面上增加肋片能否強化換熱的效果，取決于加肋后總的傳熱阻力是增加還是減?。患永呒哟罅藢α鱾鳠崦娣e，有利

13、于減小對流傳熱總面積熱阻。2分但是加肋片后增加了通過壁面的導熱熱阻。因此加肋是否強化換熱取決于肋片的導熱阻力?與表面對流傳熱阻力-之比（即這一比值構(gòu)成的無量綱數(shù)或=Bi的大?。＞舎九2分對等截面直肋，當Bi < 0.25時（5為肋片的半厚），加肋總能強化換熱。但Bi較大時（當Bi > 1），則得不到強化換熱的效果。2分2 .吸熱板需對太陽輻射的大范圍的波長有較大的吸收率，用來吸收太陽的輻射能；2分而向陽側(cè)需覆蓋一層對太陽大部分主要輻射可見光等短波有強穿透率，但對較低溫物體表面輻射的長波有較強反射率的覆蓋材料，用來形成一個溫室，這不僅利用了溫室效應(yīng)，而且也減少了表面的對流散熱損失，

14、2分要進一步減小自然對流散熱損失可以在吸熱表面與玻璃蓋板之間堆放一些對太陽光透明的材料，例如玻璃管，以抑制夾層中的自然對流。2分3 .答：空氣橫掠垂直管束時，沿流動方向管排數(shù)越多，氣流擾動越強，換熱越強，3分而蒸汽在水平管束外凝結(jié)時，沿液膜流動方向管排數(shù)越多，凝結(jié)液膜越厚，凝結(jié)換熱熱阻越大，換熱強度降低。3分4 . 對流換熱微分方程式中h是未知量，而第三類邊界條件中h是已知量 2分 對流換熱微分方程式中大是流體導熱系數(shù)，而第三類邊界條件中大是固體導熱系數(shù)2分對流換熱微分方程式中h為局部表面?zhèn)鳠嵯禂?shù)，而第三類邊界條件中h一般是指平均表面?zhèn)鳠嵯禂?shù)。2分t' _ t5 .表示換熱器的實際換熱

15、量與理想換熱量的比值。£ =»t 1 - t 22 分對逆流換熱器，當qm 1 << qm2c2熱流體的出口溫度將會降低到接近于冷流體的入口溫度。當qm】c】>> qm2c2冷流體的出口溫度將會升高到接近于熱流體的入口溫度。這樣，逆流換熱效能£可以趨近于1。2分而順流換熱器熱流體的出口溫度將不會降低到接近于冷流體的入口溫度，至多接近冷流體的出口溫度，£不可能趨近于1。2分34.43W=83.1W /(m2 - K)四、綜合題（本大題共計3小題，每小題10分，共計30分） 。=0.85 P = 0.85 x 40.5W = 34.4

16、3W3.768 x 10-3m2 x (125 -15)為了提高表面?zhèn)鳠嵯禂?shù)測定的精確度，在本試驗中盡量降低換熱管的輻射與兩端導熱損失。為了減少輻射傳熱，可在換熱管表面鍍銘，這可使表面發(fā)射率下降到0.10.05。為了減少兩端導熱損失， 在換熱管穿過風洞壁面處應(yīng)該用絕熱材料隔開。在進行自然對流實驗時，減少輻射與端部導熱損失對提高測試結(jié)果的準確度具有重要意義。 5分2.解：（1）在 = 0處，邊界對流傳熱的熱流密度為q = hx(t-t ) = 500x(120-20) = 5x104 W/m22 分co平壁為穩(wěn)態(tài)問題，一側(cè)絕熱，另一側(cè)有熱流流出，因此，平壁內(nèi)一定有內(nèi)熱源1分可得平壁的內(nèi)熱源強度屯

17、=出2 =上辿=1.0x106 W/m32 分5A 0.05由在，二0處表面溫度為120。的條件，可得a=120。1分由在，二°處，邊界對流傳熱的條件得九 s + 2M) = M , b = q/X =10000。2 分由在x = 3處，表面絕熱的條件得匕=2琬，c =-1x1052 分c ud 2 x 20x10-3 ,V -c sRe =60698 = 6.6098 x 1。43.解：f v 0.659 x 10-6R在 104 1.2x105 范圍Pr = 4.31 在 120 范圍Nu = 0.023 Re o.s pr o.4 = 0.023 x 6O698o.s x 4.3 lx 0.4 = 27 flff fhd 、r 八7276.lx0.635巾/叱)n _ .( 叱)Nu = 27&h =W / W2 -7 6W / W2 K 'f Xi 20x10-33分+，n2九1+ ho<8766+ 0.001至+生業(yè)202x10020 104mK/W2 K