传热学真题-word

2）非周期性的加热或冷却过程可以分为哪两个主要的阶段，它们各自有 什么特征？在海斯勒的诺模图中无量纲中心温度的对数值与傅里叶数的 线性关系说明过程进入了哪一个阶段？
3）表面传热系数是从什么公式定义出来的？它与哪些因素有关？常用哪 些方法解决对流换热问题？
二、分析
1）某一大平板截面上的温度分布为：
T T1 T2 T1
三、一厚度为 10mm，导热系数为 50 W/(m·K)的不锈钢板两端维持固定 温度 50℃，已知钢板两端之间的距离为 20cm，在垂直纸面方向很长。钢 板上表面绝热，下表面有 20℃的空气缓慢流动，对流表面传热系数为 32 W/(m2·K)，试导出此钢板的导热微分方程，求解所导出的方程得出温度 分布，并求出钢板中心的温度值。双曲线函数的一些数值：
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3）有一根直径为 d 的长管温度保持在 Tw，而温度为 T1 的水以 m 的质量 流量从管内流过，今假设水与管壁间的换热系数保持不变，试导出水温 沿管长方向 x 的变化关系。
2）一根通有电流的直径 0.2mm 的金属丝，被 20℃的空气以 30m/s 的速 度横向垂直吹过。由金属的电阻可推出金属系的温度为 21.5℃。改变气 流速度，使金属丝温度变成 23.6℃。求此时的气流速度。 给出空气的物性值：λ=0.0259W/(m·℃)，ν=15.06×10-6m2/s，Pr=0.703；
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4）有一个气体加热器，传热面积为 11.5 m2，传热面壁厚为 1mm，导热 系数为 45 W/(m·℃)，被加热气体的换热系数为 83 W/(m2·℃)，热介质 为热水，换热系数为 5300 W/(m2·℃)；热水与气体的温差 42℃，试计算 该气体加热器传热过程的总热阻、传热系数以及传热量，同时分析各个 分热阻的大小，并指出应从哪个方面着手来增加该加热器的传热量。
3）有两块 0.5m×0.1m 的平行平板，其间距为 0.5m，其中一块平板的温 度为 1000℃，另一块平板的温度为 500℃。两块平板的黑度分别为 0.2 和 0.5，且 X1,2= X2,1=0.285。如果四周的墙壁是处于绝热状态，试计算两个 平板之间辐射换热热流。如果上例中两平板之间的距离非常接近，再求 两平板之间辐射换热热流。试比较两者之间的差异，为什么会是这样？
三、1）重量为 5.5kg 的铝块，原来温度为 290℃，突然浸入 15℃的液体 之中，液体与铝块间的对流换热系数为 58 W/(m2·℃)，假设铝块为球体， 估计将铝块冷却至 90℃所需之时间（使用集总参数系统分析）。已知铝的 密度ρ=2707kg/m3，比热 cp=879.71J/（kg·℃）。
5）写出格拉晓夫数 Gr 的定义式，并说明 Gr 一般用于计算哪种形式的换 热。
2）什么是热边界层？什么是速度边界层？普朗特数的大小反映了速度边 界层与热边界层怎样的关系？
6）写出 Bi 数和 Nu 数的定义式，说明它们的物理意义，并比较两者的不 同之处。
3）粗略绘制大容器内饱和水在大气压力下沸腾的 q—△t 曲线，并注明各 换热阶段的特点及临界热流密度的位置。
1
2）已知垂直平板上的自由对流边界层内的速度分布为
u

y
1-
y
2

，试求
ux
最大速度发生在边界层内的位置，并导出最大速度的表达式。
3）换热器的流体温度沿程变化图中端差大的一侧的流体温度变化曲线较 陡，端差小的一侧的流体温度变化曲线较平，试从传热方程和热平衡方 程加以证明。
2）有一直径为 1.0mm 的导线，其温度为 400℃，外界环境温度为 40℃， 换热系数 h=150 W/(m2·℃)，计算导热系数λ应为何值才能使临界绝缘 厚度为 0.2mm，同时计算在临界热绝缘厚度下的导线单位长度的散热量， 以及与无热绝缘条件下的散热量之比。
2001 传热学
一、简答 1）热量传递有哪三种基本方式？它们传递热量的机理如何？今有一热平 板在空气中冷却，试问这一热量传递过程包含哪些传递方式？
5）什么是物体表面的黑度，它与哪些因素相关？什么是物体表面的吸收 率，它与哪些因素相关？它们之间有什么区别？如果物体表面可视为灰 体，那么它们还有区别吗？
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3）如图所示的半球状壳体中，黑度ε3=0.475 的半球表面 3 处于辐射热平 衡；底部圆盘的一半表面 1 为灰体，ε1=0.35，T1=555K，圆盘另一半表 面 2 为黑体，T2=333K。半球的半径 R=0.3m。试计算：（1）表面 1 和表 面 2 的净辐射换热量；（2）表面 3 的温度。
x chx 01 0.4 1.08 0.8 1.34 1.6 2.58
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四、初温为 30℃的水，以 0.857kg/s 的流量流经一套管式换热器的环形空
间。水蒸汽在圆管内凝结，使内管外壁温度维持在 100℃。换热器外壳绝
缘良好。环形夹层内管外径为 40mm，外管内径为 60mm。试求把水加热
到 50℃所需要的套管长度以及在管子出口截面处的局部热流密度。
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2）管内湍流强迫对流换热时，换热准则关系式为 Nu=0.023 Re0.8Prn。试 问：（1）流速增加一倍，其他条件不变，对流换热系数α如何变化？（2） 管径缩小一半，流速等其他条件不变，α如何变化？（3）管径缩小一半， 容积流量等其他条件不变，α如何变化？
三、计算 1）一外径 d0=0.3m 的水蒸气管道，水蒸气温度为 400℃。管道外包了一 层厚 0.065m 的材料 A，测得其外表面温度为 40℃，但材料 A 的导热系 数无数据可查。为了知道热损失情况，在材料 A 外又包了一层厚 0.02m、 导热系数λB=0.2 W/(m·℃)的材料 B。测得材料 B 的外表面温度为 30℃， 内壁面温度为 180℃。试推算未包材料 B 时的热损失和材料 A 的导热系 数λA。（提示：蒸汽凝结换热热阻和金属壁导热热阻可以忽略）
3）圆管外包上保温材料，当其小于某一外直径时会使热流量增加，导出 这一临界直径的表达式。球外包保温材料会有这种现象吗？如果有也请 导出其表达式。
2）有一热水管道，加上保温层后的外直径为 300mm，已知当周围环境温 度为-10℃时其自然对流的热损失为 q1=168 W/m2。试求保温层外表面的 温度（误差不大于 1℃）。设空气物性值：λ=0.025W/（m·℃），ν=14.16 ×10-6m2/s，Pr=0.705；准则关系式为：Nu=0.53（GrPr）0.25
3）பைடு நூலகம்界层能量方程形式为
c（p u
x

v
y
）

2 y 2
中，试指出各项反映出的物
理过程的实质？这是什么类型的偏微分方程，其物理特征如何？
二、分析 1）某一厚为δ的一维导热平板，已知平板表面一侧进入的热流密度为 q1， 而温度则为 T1 。在这个温度范围内导热系数与温度关系为λ=1/βt，求 平板内的温度分布和平板另一侧的温度表达式。
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2002 传热学
一、简答 1）试指出导热系数和热扩散系数各种从什么地方定义出来，它们各自的 物理意义如何，你能说出它们的区别吗？
5）什么是定向辐射强度，试讨论黑表面、灰表面和非金属固体表面的辐 射强度在半球空间上的变化规律，同时指出哪些表面是等强辐射表面。
2）微分方程的无量纲化可以产生无量纲的准则，试问雷诺数 Re、贝克莱 数 Pe 各自是从什么微分方程中导出的，它们各自的物理意义如何？
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及对流换热计算公式：Nu=0.683Re0.466Pr 3
三、1）有一支插入装油的铁套管中的水银温度计用来测量贮气罐内的空 气温度。设温度计的读数是铁套管底部的温度。已知温度计读数 Th=100℃，铁套管与贮气罐连接处的温度是 T0=50℃。铁套管的长度 h=140mm，外径 d0=10mm，管壁厚度δ=1mm，铁的导热系数λ=58.2 W/(m·℃)。从空气到铁套管的总换热系数α=29.1 W/(m2·℃)。试求测 量误差。有人认为紫铜导热好，套管改用紫铜可以减少温差。如果其他 条件不变，铁套管改用紫铜套管后测量温差变化如何？
4）外直径为 25mm 而内直径为 22m 的某冷凝器管子的导热系数λ=89 W/ （m·℃）。水蒸气在管外凝结，换热系数为 5000 W/（m2·℃）。试分别 以管内、外表面积为基准计算出对应的传热系数。
3
2004 传热学
一、 简答 1）什么是时间常数？试说明时间常数对动态温度测量精确度的影响。
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2003 传热学
一、简答 1）什么是温度场？什么是温度梯度？写出其数学表达式，且以此来描述 傅立叶定律。
4）努赛尔建立竖板层流膜状凝结换热模型时做了许多假设，你能指出有 哪些主要的假设吗？在实际的膜状凝结过程中，因不满足这些假设因素 会对凝结过程带来何种影响？
2）我们为什么把肋片的散热归入一维稳态导热问题？肋片效率是如何定 义的？它与哪些因素相关？请定性分析在给定肋片材料下是否存在使散 热最大的最佳的肋片效率？
4）在液体沸腾过程中一个球形气泡存在的条件是什么？为什么需要这样 的条件？
2）物体长期置于温度恒为 T∞的空气。物体中强度为 qv W/m3 的内能热源， 并在某一时刻开始产生热量。内热源一开始产生热量，物体就在空气中 升温。物体的体积为 V，表面积为 F，密度为ρ，比热容为 cp ，与周围 环境的总换热系数为α。如该物体内部导热热阻可以忽略，试列出该物 体升温过程中的导热微分方程，并求解。
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3）2.5cm 直径的长圆柱加热器保持温度在 650，且有 0.8 的表面黑度。该 加热器放置在壁面温度为 25℃的大房间内。若加热器被直径为 30cm 及 黑度为 0.2 的铝屏幕多覆盖。问其辐射散热量将减少多少？屏幕的温度又 为多少？在求解中忽略对流换热效应。如果不忽略对流换热你将如何计 算在不加屏幕时的长圆柱的散热？请写出计算过程

c1

c2x2

c3x3
，式中的
T1
与 T2 分别表示大平板两侧的温度，若导热系数 K 为常数，墙厚度为 L，
试导出内热源单位体积发热率 q 与 x 之间的关系式。x 是由 T= T1 之表面
算起的坐标变量，且在 x=0 处 q=q0。
4）大容器沸腾换热过程有哪几个主要的区域，并指出临界热流密度在什 么情况下会对加热壁面造成损坏？
二、分析 1）一个原来温度为 T0 的铜球突然浸入液体中，该液体温度是由电热器控 制，其变化关系式为：T∞-Tm=Asin（ωτ），其中 Tm 为液体的平均温度， T∞为液体的温度，A 为温度变化的振幅，ω为角频率。今假设球及液体 的温度均可认为是集总的，且球与液体之间的换热系数为常数，试建立 铜球温度随时间变化的微分方程，并解方程得出球的温度与时间的函数 关系。
二、一金属圆柱体直径为 d=100mm，长度为 l=50mm，密度为 7800 kg/m3， 比热为 460 J/（kg·℃）。柱体初始温度为 700℃。若τ≥0s 时其下底面 与 温 度 为 100 ℃ 的 油 一 直 保 持 接 触 ， 对 流 表 面 传 热 系 数 为 h1=200 W/(m2·K)，其余表面绝热；τ≥120s 时上表面再同时与温度为 20℃的 空气保持接触，对流表面传热系数 h2=40 W/(m2·K)，而侧面仍维持绝热。 假定圆柱体的导热热阻很小，同一瞬间圆柱体温度均匀一致，求： 1）τ=120s 时圆柱体的温度； 2）τ=600s 时圆柱体的温度； 3）热平衡时的圆柱体的温度。
5）从基尔霍夫定律可以得出物体的黑度等于吸收率的结论，但用于一般 的物体是有条件的。你知道这些条件吗？灰体是否还要这些条件？请解 释一下原因。
3）对流换热过程微分方程组的无量纲化可以产生一系列无量纲的准则， 试问雷诺数 Re、贝克莱数 Pe 和努赛尔数 Nu 各自是从什么微分方程中导 出的，它们各自的物理意义是什么？
7）什么是灰体？在工程辐射换热计算中引入灰体的概念有何意义？
8）在圆管外表面假装肋片，就一定能够增强传热吗？为什么？
4）写出稳态强制对流换热的边界层能量方程，并说明各项的意义。
9）什么是角系数？对于非黑体之间的辐射，角系数成为纯几何量的条件 是什么？
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10）对于室内安装的暖气设施，试说明从热水至室内空气的热量传递过 程中，包含哪些传热环节？