10高等传热学标准答案

2010高等传热学标准答案

合肥工业大学机械与汽车工程学院研究生考试试卷课程名称高等传热学考试日期2011-12-30姓名年级班级学号得分--------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------共 4 页第 1 页本试卷共5题，每题20分一、厚度为50mm的无限大平壁在稳态时壁内温度分布为t=100-10000x2，平壁材料的导热系数为40W/()，试计算：壁内单位体积内热源生成热；平壁中心面、两外表面的热流密度及这三个热流密度与内热源生成热之间的关系。2?d2t?d????t??40??2?104?8?105W/m3 ?0求得?解：根据2??dxdx2??(2)q???dt??40??2?104x?8?105

x dx??装订线平壁中心面：x=0，q=0；中心面是对称面；左外表面：x=-25mm，q=-2×104W/m2 右外表面：x=25mm, q=2×104W/m2 2d????t，所以q???dt???dx???x 因为：?2?dxdx0x二、用热电偶测量气流的温度，热电偶结点看成圆球，若气流和热电偶结点间的对流表面换热系数h=400W/m2K，定压比热容cp=400J/(),密度ρ=8500kg/m3 (1) 若时间常数为1s，求热电偶结点的直径；

(2) 若将初始温度为25℃，时间常数为1s的热电偶放入200℃的气流中，热电偶结点温度达到199℃需要多少时间？

(3) 若环境温度为25℃的大空间，热电偶结点的发射率为，忽略热电偶的导热损失，热电偶测得的气流温度为195℃，求气流的实际温度。解：时间常数：4?cpV?cpR3?c????1hA3hh?4?R23h?c3?4 00?1R???? ?cp8500?400?cp?R3D?2 R???hA???exp???可得???0?cVp??????cpVhAln?8500?400?? 200??ln? ?03?40025?200 考虑到辐射影

响，且结点表面积远小于周边环境的表面积，结点与环境间辐射换热：44?1??A?Ebw?Ebo???A?Tw?T0 ??结点与气流间对流换热：?2?hA?tf?tw? 稳态时二者相等：?A?Tw?T0?44??hA?tf?tw? tf?tw????Th4w?T04???10?8?273?195?4?? 273?25?4?200℃?195?400??三、某一矩形烟道，截面积800mm×700mm，烟道长20m，烟道内壁保持tw=70℃恒温，现有tf=230℃的烟气流过该烟道，质量流量为qm=/s，试计算烟气出口温度。?6烟气物性：cp=/(kg.℃); ρ=/m3，??/(m℃)，v?27?10m2/s，Pr=。通道内换热计算式：Nuf?对于恒定壁温的管内流动有：tf?x??tf?0?hPx??，其中P为截面周长，h 为对流换热系数，流体平均温度tf??tf?x??tf?0??。tf?twqmcp解：此题属于管内流动问题，取当量直径做特征长度：Ac=×=p=2×=3m de=4Ac/p=4×/3= u=qm/=/(*)=/s

Re=ude/v=*/27*10-6=98810

Nu==**= h=Nuλ/de=*/=/(m2K) 热平衡关系整理得：tf?0??hpL?t?wqmcp?2???tf?L???℃hpL1?2qmcp四、采用测定铂丝电阻的方法可以间接测出横掠铂丝的空气速度。现测得铂丝直径d=，长l=10mm，电阻R=Ω，通过的电流I=，表面温度tw=200℃，空气温度t?=20℃。已知Num?T，℃20 110 200 解：此题为流体外掠单管对流换热：定性温度：tm?λ，W/() ×10-2 ×10-2 ×10-2 ν，m2/s ×10-6 ×10-6 ×10-6 Pr ，空气的物性见下表，求气流的速度U?。t??tw20?200??110℃?热平衡得到：hm?dl?tw?t???IR hm???/(m2?K) ?3?3?dl?tw?t????10?10?10 ??200?20???10???????,得到3Rem? 6 m???????10?6um???/s ?10?3五、两个互相垂直的正方形表面1, 2的边长均为1m，如图所示。它们的温度分别为T1=1000K，T2=500K，发射率分别为

ε1=，ε2=，求两表面的净辐射换热量。解：A2X2,1?A1X1,2?A1X1,2?A?X1,A ? ?X1,2?X2,1?X1,2?A?X1,A???

X2,3?1?X2,1?1?? ?1000?Eb1?????56700 ?100??500?Eb2???.75 ??3543100??1 ??11??? ??1441??21??? ??1111??? A1X1,2A2X2,11????

A1X1,3A2X2,31????????

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