傳熱學(xué)期終考試題A卷

本文格式為Word版，下載可任意編輯——傳熱學(xué)期終考試題A卷哈爾濱工程大學(xué)本科生考試試卷

（2023年秋季學(xué)期）

課程編號(hào)：03050020課程名稱(chēng)：傳熱學(xué)（期終A）

一、（10分）如圖1所示的墻壁，其導(dǎo)熱系數(shù)為??50W/(m?K)，厚度為100mm，所處外界溫度20℃，測(cè)得兩側(cè)外壁面溫度均為100℃，外壁面與空氣的表面?zhèn)鳠嵯禂?shù)為h為125W/(m2?K)，壁內(nèi)單位體積內(nèi)熱源生成熱為?，假設(shè)墻壁內(nèi)進(jìn)行的是一維穩(wěn)態(tài)導(dǎo)熱，求?及墻壁厚度方向溫度分布t(x)？

表1空氣的熱物理性質(zhì)

t/℃304050

圖1

K)??106/m2/s?/W/(m·16.000.026716.960.027617.950.0283題二Pr0.7010.6990.698

二、（10分）20℃的空氣，以10m/s的速度縱向流過(guò)一塊長(zhǎng)200mm，溫度為60℃的平板。求離平板前沿50mm，100mm處的滾動(dòng)邊界層和熱邊界層厚度。并求得平板與流體之間的換熱量。（平板寬為1m，空氣物性參數(shù)見(jiàn)表1）準(zhǔn)則關(guān)聯(lián)式：Nu?0.664Re12Pr13層流；Nu?(0.037Re45?871)Pr13湍流邊界層厚度：

?x??5.0；滾動(dòng)邊界層與熱邊界層之比：?Pr13

?tRex三、（10分）水以2m/s的流速流過(guò)長(zhǎng)為8m的直管，入口溫度為20℃，出口溫

度為40℃，管內(nèi)徑d＝20mm，求對(duì)流換熱系數(shù)和平均管壁溫度。

表2水的熱物理性質(zhì)?/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）如圖2所示，半球表面是絕熱的，底面一直徑d=0.3m的圓盤(pán)被分為1、2兩部分。表面1為灰體，T1＝550K，發(fā)射率ε1=0.6，表面2為溫度T2＝333K的黑體。

（1）計(jì)算角系數(shù)X3,(1?2)，X1,2，X1,3，X2,3

（2）畫(huà)出熱網(wǎng)絡(luò)圖并計(jì)算表面1和表面2之間的換熱量以及絕熱面3的溫度。

圖2

圖3

五、（10分）已知如圖3所示微元面積dA1與球缺A2，微元處于球面的中心出，到達(dá)球面的距離為球面半徑r。求：從角系數(shù)的積分定義出發(fā)，計(jì)算dA1到球缺內(nèi)表面A2的角系數(shù)，并用兩種極限情形來(lái)檢查你所得到的公式的正確性。六、（10分）用進(jìn)口溫度為12℃、質(zhì)量流量qm2?18?103kg/h的水冷卻從分餾器中得到的80℃的飽和苯蒸汽。使用順流換熱器，冷凝段和過(guò)冷段的傳熱系數(shù)k均為980W/(m2·K)。已知苯的汽化潛熱??395?103J/kg，比熱容cp1?1758J/（kg·K）。試確定將質(zhì)量流量qm1?3600kg/h的苯蒸汽凝結(jié)并過(guò)冷到40℃所需的冷凝段和過(guò)冷段傳熱面積分別為多少。（水的定壓比容cp2?4183J/（kg·K）。）

tt'1?80℃冷凝段過(guò)冷段t''1?40℃t''2t'2?12℃t2m0Ax圖4

七、問(wèn)答題（40分）1、（5分）對(duì)于平板導(dǎo)熱，試說(shuō)明Bi數(shù)的物理意義，Bi?0及Bi??各代表什么樣的換熱條件？一塊厚為2?的金屬平板，初始溫度為t0，突然置于溫度為t?的流體中冷卻，試著畫(huà)出當(dāng)Bi?0時(shí)，平板中溫度場(chǎng)的變化情形。1、（5分）厚度均為?的兩個(gè)無(wú)限大平板，緊靠在一起放置在某一環(huán)境中，達(dá)到穩(wěn)態(tài)時(shí)平板中的溫度分布如圖5所示，兩平板的導(dǎo)熱系數(shù)分別為?1、?2且均為常數(shù)，試從一維穩(wěn)態(tài)導(dǎo)熱方程出發(fā)，判斷兩平板是否存在內(nèi)熱源，若存在指出是哪個(gè)平板，并判斷內(nèi)熱源的正負(fù)；兩平板中熱流密度q1，q2是否相等，并比較兩平板的導(dǎo)熱系數(shù)?1、?2的大??？

圖5

圖6

2、（5分）對(duì)管內(nèi)強(qiáng)制對(duì)流換熱，為何采用短管和彎管可以加強(qiáng)流體的換熱？2、（5分）在流體溫度邊界層中，何處溫度梯度的絕對(duì)值最大？為什么？有人說(shuō)對(duì)一定表面?zhèn)鳠釡夭畹耐N流體，可以用貼壁處溫度梯度絕對(duì)值的大小來(lái)判斷表面?zhèn)鳠嵯禂?shù)h的大小，你認(rèn)為對(duì)嗎？3、（5分）漫灰表面間的輻射換熱計(jì)算中采用了有效輻射J，試闡述有效輻射J及投入輻射G的概念；并結(jié)合投入輻射G說(shuō)明有效輻射包含哪幾部分輻射，寫(xiě)出有效輻射J的表達(dá)式。4、（5分）如圖6所示為真空輻射爐，球心處有一黑體加熱元件，試指出，黑體對(duì)A、B、C三處中何處定向輻射強(qiáng)度最大？何處輻射熱流最大？假設(shè)A、B、C三處對(duì)球心所張的立體角一致。5、（5分）在一個(gè)球形腔上開(kāi)一個(gè)小孔，并設(shè)法使空腔壁面保持均勻的溫度，這時(shí)空腔上的小孔就具有黑體輻射的特性。小孔的黑度與哪些因素有關(guān)，這些因素是如何影響小孔黑度的？哪些為主要因素，哪些為次要因素？6、（5分）何謂換熱器的效能，其物理含義是什么？

7、（5分）熱水在兩根一致的管內(nèi)以一致流速滾動(dòng)，管外分別采用空氣和水進(jìn)行冷卻。經(jīng)過(guò)一段時(shí)間后，兩管內(nèi)產(chǎn)生一致厚度的水垢。試問(wèn)水垢的產(chǎn)生對(duì)采用空冷還是水冷的管道的傳熱系數(shù)影響較大？為什么？8、（5分）在圖7（a）、（b）中所示的兩個(gè)逆流