传热学上海理工大学硕士研究生入学考试试题

2004年上海理工大学硕士研究生入学考试试题考试科目：传热学准考证号：得分：一、问答题(每题5分)1. 一无内热源平板沿厚度x方向发生一维稳态导热，其一侧表面上的温度梯度=30 ℃/m，导热系数λ1=40W/(m.℃)，如果其另一侧表面上的导热系数λ2=50W/(m.℃)，问这一侧表面上的温度梯度是多少?2. 解释毕渥准则数Bi的物理含义，并说明为什么用Bi判别非稳态导热问题能否采用集总参数法求解。

3. 图1.1示出了常物性、有均匀内热源、二维稳态导热问题局部边界区域的网格配置，试用元体平衡法建立节点0关于温度t的有限差分方程式（设，所需参数的符号自己设定）。

4. 当条件相同时，物体在空气中冷却快还是在水中冷却快？这一现象说明对流换热与什么因素相关？5. 试用简图表示流体沿平板流动时速度边界层的发展并说明速度边界层内分成哪些区域？6. 试解释普朗特数Pr的物理意义,并示意性的画出Pr>1时的速度边界层和热边界层厚度沿板长的变化(速度边界层和热边界层要画在同一图上以便比较)。

7. 说明温度附面层的概念及附面层能量微分方程在物理上忽略了哪部分换热。

8. 在应用管内旺盛紊流实验关联式时，当流体与换热壁面温差较大时需要对计算结果修正，为什么?9. 试说明为什么一个细长圆柱水平放置时自然对流换热一般大于竖直放置时的自然对流换热？10.在稳定膜态沸腾过程中，为什么换热系数随增加而迅速上升？11.试说明大气中CO2含量增高为什么会出现大气温室效应？二、计算题1. （10分）一直径为5cm的钢球，其初始温度为500℃，突然被置于温度为30℃的空气中。

设钢球表面与周围环境的对流换热系数为10 W/m2℃，试计算钢球非稳态导热的时间常数及其被冷却到300℃所需的时间。

已知钢球的比热为c=0.48kJ/kg℃, ρ=7753kg/m3, λ=33W/m℃。

2. （20分）长10m、外径133mm的水平管道通过一大房间，房间壁面及其内的空气温度均为30℃。

若管道表面温度为90℃、黑度为0.9，求管道的散热量（自然对流换热的努塞尔特数用下式计算）。

3. （22分）如图2所示为一半径R=1m的半球，球冠3绝热。

底面1和2的温度分别为500℃和100℃，黑度都为0.9，求底面1和2间的辐射散热量。

4. （23分）温度为95℃的热空气流经一内径100mm、厚度6mm的圆管，管壁导热系数为22 W/m℃。

管外环境温度为30℃，管外壁与环境的总换热系数为10 W/m2℃。

若管内空气质量流量为407kg/h，求管出口空气温度降低到65℃时的管长(不需考虑修正)。

三、理论题1.（8分）一厚度为2δ的无内热源薄平板，其导热系数和初始温度分别为λ和t0，突然被插在温度为t f的流体中。

平板表面与流体的换热系数为h，给出问题的完整数学描述。

2. （12分）绕流平板换热的附面层积分方程为：平板温度为t W，来流速度和温度分别为u∞和t∞，若Pr<<1，可以忽略速度附面层而取流速u=u∞，求：（1）用附面层积分方程写出绕流平板换热的数学描述；（2）若温度函数取为一次多项式，求温度附面层厚度δt的计算式。

空气热物性表传热学课程考试题学 校系 别 考试时间 150分钟 专业班号 考试日期 年 月 日 姓 名 学号一、问答题 (42分，每小题7分)1． 图1示出了常物性、有均匀内热源 、二维稳态导热问题局部边界区域的网格配置，试用热平衡法建立节点0的有限差分方程式（设∆=∆x y ）。

2． 蒸气与温度低于饱和温度的壁面接触时，有哪两种不同的凝结形式？产生不同凝结形式的原因是什么？3． 有人说：“常温下呈红色的物体表示该物体在常温下红色光的光谱发射率较其它单色光（黄、绿、蓝等）的光谱发射率高”。

你认为这种说法正确吗？为什么？4． 一块厚度为2()δδδ-≤≤x 的大平板，与温度为f t 的流体处于热平衡。

当时间0τ>时，左侧流体温度升高并保持为恒定温度2f t 。

假定平板两侧表面传热系数相同，当0δλ=→h Bi 时，试确定达到新的稳态时平板中心及两侧表面的温度，画出相应的板内及流体侧温度分布的示意性曲线，并做简要说明。

∙Φ5． 有人说，在电子器件的多种冷却方式中，自然对流是一种最可靠（最安全）、最经济、无污染（噪音也是一种污染）的冷却方式。

试对这一说法作出评价，并说明这种冷却方式有什么不足之处？有什么方法可作一定程度的弥补？ 6． 强化空气－水换热器传热的主要途径有哪些，请列出任意三种途径？二、计算题 (58分)1．(18分) 一块大平板，厚度5cm δ=，有内热源∙Φ，平板中的一维稳态温度分布为2=+t b cx ，式中o 200C =b ，2200K/m =-c 。

假定平板的导热系数50W/(m K)λ= ，试确定：（1） 平板中内热源∙Φ之值；（2） 0=x 和δ=x 边界处的热流密度。

2．(15分) 有一圆柱体，如图2所示，表面1温度1550K =T ，发射率10.8ε=，表面2温度2275K =T ，发射率20.4ε=，圆柱面3为绝热表面，角系数3,10.308=X 。

求：（1）表面1的净辐射损失；（2）绝热面3的温度。

3．(25分) 为了得到热水，0.361 MPa (t s =140℃) 的水蒸气在管外凝结（如图3所示），其表面传热系数29500W/(m K)= o h 。

冷却水在盘管内流动，流速为0.8m/s ，黄铜管外径为18mm ，壁厚为1.5mm ，导热系数为132W/(m K)λ= ，盘管的弯曲半径为90mm 。

冷水进换热器时的温度为o 25C ，加热到o 95C 。

试求所需的换热面积及盘管长度。

不计管内入口效应修正及温差修正。

附注：图3饱和蒸气冷""53.6110Pa=⨯图2(1) 管内湍流强制对流换热实验关联式为：nf f Pr Re Nu 8.0023.0= (流体被加热n =0.4；流体被冷却n =0.3)(2) 60o C 时水的物性：ρ＝983.1 kg/m 3, c p =4.179 kJ/(kg ∙K)，λ=65.9×10-2W/(m ∙K)，ν=0.478×10-6 m 2/s ， Pr =2.99； (3) 弯管修正系数：3)(3.101Rdc R +=传热学课程考试题学 校系 别 考试时间 150分钟 专业班级 考试日期 年 月 日 姓 名 学号一、 简答题（42分，每小题6分）1．图1为一扇形区域中的二维、稳态、无内热源的导热问题，其一侧平直表面维持均匀恒定温度t r r w i ,=的表面绝热，其余表面与温度为t ∞的环境换热，表面传热系数为h ，为用数值法确定区域中的温度分布，在径向和周向分别用定步长∆r 和∆ϕ划分计算区域，节点布置如图1所示。

假定区域的物性参数已知且为常数，试用热平衡法建立节点1和7的离散方程（有限差分方程式）。

（不要求整理）图12．试述Nu 数和Bi 数的区别。

3．试根据速度边界层和热边界层的概念，用量级分析的方法，从对流换热的能量微分方程导出二维稳态、常物性、不可压缩流体外掠平板层流边界层流动时的边界层能量微分方程。

4．直径为d 、单位长度电阻为R 、发射率为ε的金属棒，初始时与温度为T ∞的环境处于热平衡状态，后通过电流I ，已知棒与环境的表面传热系数为h 。

试导出通电流期间金属棒温度随时间变化的规律，并写出处于新的热平衡状态的条件。

（不用求解）5．饱和水在水平加热表面上沸腾（壁面温度可控）时，随着壁面过热度的增加，沸腾换热表面传热系数是否也增加?为什么？6．何谓漫-灰表面？将实际表面视为漫-灰表面有何实际意义？7．空调和制冷用的冷却器，其管外装的肋片往往制成百叶窗式肋片，见图2。

试问肋片做成这种形式的意义？图2二、 计算题（58分）1．（18分）直径为01. m m ，长度为1m 的电阻丝水平地置于30℃的静止空气中，试问在不计辐射换热的情况下它每米长度上能承受的最大散热量是多少？如果考虑辐射换热，这一最大散热量朝哪个方向变化？该电阻丝的熔点为970℃。

附注：(1)空气在水平圆柱体外自然对流换热的准则式1/61/3m m m 0.360.3630.091 4=++Nu Gr Gr ，613m 10~1.310-=⨯Gr(2)500℃空气的物性参数λ=⋅00574. W /(m K)，ν=⨯-7938106. m /s 22．（20分）两个直径为04. m 的平行同轴圆盘相距01. m ，两盘置于墙壁温度T 3300= K 大房间内，一圆盘T 1500= K 、ε106=.，另一圆盘绝热。

若两圆盘的背面均不参与换热，求绝热盘之温度。

已知同轴圆盘之间的角系数X 12062,.=。

3．（20分）质量流量为2000 kg h 的变压器油在螺旋盘管中流过，油温从'=t 180 ℃被冷却至''=t 130 ℃，其比定压热容c p 1 kJ kg K)=⋅2093.(。

进口温度为'=t 220℃的冷水在盘管外流动用来冷却变压器油。

出口处水温''=t 225℃，水的比定压热容c p 2=4174. kJ kg K)(⋅。

水侧表面传热系数为580 W m K)2(⋅，油侧表面传热系数为150 W m K)2⋅。

钢盘管的导热系数为40 W m K ()⋅，污垢热阻总共为00007. m K W 2⋅。

若盘管的直径为04. m ，管的外径⨯壁厚为5735 m m m m ⨯.。

求螺旋盘管的最小长度、盘数与水的质量流量。