2011年传热学模拟试题

一. 一短圆柱体直径为d ，高为h ，初始温度为0t ，侧壁温度绝热，顶面加入热流q W/m 2 ，

底面与温度为f t ，对流换热系数为α的流体接触。试写出求解其稳态温度场的微分方程与定解条件。（7分）

h

二. 一金属杆内的温度分布exp(0.02)sin

2x

t L

πτ=-⋅，式中：τ为时间(单位：小时)，x 为从杆

的一端起的坐标，L 为杆总长度。如杆的导热系数为48W/（mK ），L 为1.5m 。求：τ=5小时，通过杆中心(/2x L =)截面的热流通量。（7分）

三. 某无穷大平壁初始温度为50℃，两侧空气温度突然降至10℃。若冷却已进入正常情况阶

段，在某时刻测得中心温度为30℃，壁面温度为20℃。求：当壁面温度降为15℃时，中心温度为多少？（7分）

四. 一圆柱状容器，直径为0.1m ，高为0.1m ，上、下圆面积之间的角系

数1,20.17X =，若下底面1A 的温度为1500T K =，黑度10.9ε=，侧面2A 绝热，顶面3A 敞口，容器外是绝对温度为300K 的黑体空间。求容器通过3面向外辐射的热流及2表面的温度。（8分）

五. 某3km 长的供热管道，入口水温为98℃，途中环境温度为20℃不变，传热系数也沿程

不变。今测得1km 处水温降至90℃，问3km 出口处水温降至多少？又：若管道送水量降低一倍，则3km 出口处水温又为多少？（8分） 六. 某换热过程，边界层温度场为

1exp Pr w f w

t t u y t t ν∞-⎛

⎫=- ⎪-⎝

⎭，当空气温度为f

t =150℃，壁面温

度w t =50℃，主流速度u ∞=8m/s ，求表面传热系数。（8分）

七. 等壁温垂直加热表面的层流自然对流的局部对流换热系数可表示为14

x c x

α-=⋅，其中：c

与x 无关。1) 导出比值x x α的表达式(x α是平均放热系数)；2) 画出x α、x α随x 的变化图形。（6分）

八. 某水壶装水2G =kg,底部火焰温度为1500f t =℃,加热面积10.02F =m 2,传热系数1100

K =12

3

W/（m 2K ）,周边和上部与室内空气换热,传热面积20.14F = m 2,空气温度202=f t ℃,传热系数230K = W/（m 2K ）。若水从10℃开始被加热，问需多长时间水被烧开至100℃。（注：微分方程

B

Ay dx

dy =+的解为Ax

Ce

A

B y -+=

，C 为积分常数。）（7分）

九. 试给下列不等式中各量填上正确的脚标。（6分）

1) 水－空气肋管换热器，相对于水侧和空气侧面积的总传热系数为K 1和K 2，则： ____K K < 2) 肋壁的总效率b η与肋片效率f η，则____ηη<。

3) 某流体的Pr 1<。当流体横掠平板时，速度边界层厚度m δ与温度边界层厚度t δ满足：

____δδ<

4) 流体横掠单圆管或管簇，在其它条件相同时，放热系数：横掠单管为1h ，顺排10排管簇为2h ，叉排10排管簇为3h ，顺排5排管簇为4h ，则 _______

h h h

h

<<< 十. 用13℃水冷却从分馏器得到的80℃的饱和苯蒸气。水流量为5kg/s ，苯汽化潜热为395

kJ/kg ，比热为1.758 kJ/（kg ℃），传热系数为1140 W/（m 2℃）。试求使1 kg/s 苯蒸气凝结并过冷却到47℃所需的逆流换热的传热面积。（6分）