资料：上海理工大学研究生入学传热学考试试题及答案

传热学课程考题库学 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。

题 号 简 答 题计 算 题总 分123456123得 分•Φx∆y∆10423∞t h ,•Φ图15． 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饱和蒸气冷却 水'1t"1t "2t "253.6110Pa=⨯p 10.6m 230.3m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 +=传热学课程考题库学 校系 别 考试时间 150分钟 专业班级 考试日期 年 月 日 姓 名 学号题号简 答 题计 算 题 总分 1234567123得分一、 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. mm ，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 mm mm ⨯.。

求螺旋盘管的最小长度、盘数与水的质量流量。

参考答案及评分标准一．简答题1．43)(222004010302=⋅∆⋅∆+-⋅∆+∆⋅+∆-⋅∆⋅λ+∆-⋅∆⋅λ+∆-⋅∆⋅λ+∆-⋅∆⋅λ•∞Φy x t t y x h yt t x x t t y y t t x x t t y2.当凝结液体能很好地润湿壁面时，在壁面上将铺展一层液膜，这种凝结方式称为膜状凝结。

当凝结液体不能很好地润湿壁面时，凝结液体在壁面上形成一个个液珠，且不断发展长大，并沿壁面滚下，壁面将重复产生液珠、成长、滚落过程，这种凝结形式称为珠状凝结。

3．不正确。

因为常温下物体呈现的颜色是由于物体对可见光中某种单色光的反射造成的。

红色物体正是由于物体对可见光中的黄、绿、蓝等色光的吸收比较大，反射比较小，而对红光的吸收比较小，反射比较大所致。

根据基尔霍夫定律，)()(λαλε=，可见红光的光谱发射率较其他单色光的光谱发射率低而不是高。

4．0→Bi 时，内热阻→0，f f f c w w t t t t t t 5.1)2(2121=+===5. 电流通过电子器件时会产生焦耳热，导致温度上升，于是产生了周围空气自然对流的动力。

这种冷却方式无需外加动力，亦无噪声，而且一旦停电，电子器件也就不工作了，因而也就不存在冷却问题，因而说它是最可靠、最经济、无噪声污染的冷却方式是合适的。

自然对流冷却方式的最大不足是其换热强度低。

一种弥补的方法是采用扩展表面，即在热表面上加装垂直放置的肋片，以增加散热面积。

6．空气-水换热器的主要热阻在气侧，强化换热主要从气侧入手。

当气侧在管外流动时，可在管外加装肋片。

当气侧在管内流动，而气侧压降有较大余量时，可提高气体流速，也可采用螺纹管强化换热。

二．计算题1. 解：2t ft w 1t ct w 2 t ft(1) 直角坐标中常物性、有内热源的一维稳态导热微分方程式为022=λ+•Φdx t d ∴ )(W/m 10250)200(223422⨯=⨯-⨯-=λ-=λ-=•c dxtd Φ……………..(8分)(2) 根据傅里叶定律和给定的平板温度分布，可得000=-===x x dx dt λq ∴ x =0处绝热………………………..(5分))(W/m 1010550)200(22232=⨯⨯⨯-⨯-=λ-=-=-δ=δ=δc dxdt λq x x ……..(5分)2．解： (1)π=⨯π==09.03.0221A A , π=⨯⨯π=18.03.06.03A616.0308.009.018.01,3133,1=⨯ππ==X A A X , 384.0616.012,1=-=X π=π⨯-=36.0109.08.08.011R , π=π⨯-=06.0109.04.04.012Rπ=⨯π==9.28384.009.01112112X A R π=⨯π==0.18616.009.012313R R π=⨯π+π=+0.1620.189.281/)(122313R R RW)(1031.40.1606.0136.01)75.25.5(67.52441⨯=++π-⨯=Φ ……………………………...(9分)(2))W/m (1081.436.011031.45.567.523241111⨯=π⨯⨯-⨯=⋅-=R ΦE J b E b 1R 1J 1 R 12R 2J 2 R 13R 23J 3 E b)W/m (1061.206.011031.475.267.523242122⨯=π⨯⨯+⨯=⋅+=R ΦE J b )W/m (1071.3)1061.21081.4(21)(212333213⨯=⨯+⨯=+=J J J 33b E J = ∴ )K (5061067.51071.3483433=⨯⨯==-σJ T …………………...(6分)3. 解：(1) 求管内表面传热系数定性温度: )C (60)9525(21)(21"1'1︒=+=+=t t t f查物性:ρ=983.1kg/m 3， c p =4.179kJ/(kg·K)，λ=0.659W/(m·K)，ν=0.478×10-6 m 2/s ，Pr =2.99442101051.210478.0015.08.0>⨯=⨯⨯==-νud Re i ∴ 湍流 05.1)9015(3.101)(3.10133=+=+=R d c r12405.199.2)1051.2(023.0023.04.08.044.08.0=⨯⨯⨯⨯==r f f c Pr Re Nu )K)W/(m (1045.5124015.0109.65232⋅⨯=⨯⨯=λ=-Nu d h i i ……………………..(8分)(2) 传热量)W (1007.4)2595(4179015.048.01.983)(442'1"12⨯=-⨯⨯⨯π⨯⨯=-⋅⋅π⋅ρ=t t c d u Φp i ………………………….(3分)(3) 对数平均温差)C (6.7445115ln 709514025140ln )95140()25140(︒==-----=∆m t ………………………(4分)（4）传热系数)K)W/(m (1096.21005.11024.11020.21950011518ln 1322018.015181045.5111ln 21123454300000⋅⨯=⨯+⨯+⨯=+⨯+⨯⨯=+λ+⋅=---h d d d d d h k i i i ……...(6分)（5）换热面积及管长)m (25.3018.0184.0)(m 184.06.741096.21007.4202340=⨯π=π==⨯⨯⨯=∆=d A l t k ΦA m ……………………………...(4分)参考答案及评分标准一、 简答题（42分，每小题6分）1. 节点1和7所代表单元的热平衡式依次为： 节点1()λϕλϕ∆∆∆∆∆∆r r t t r r r t t h rt t /()(.)/()20522021411i i -++-+-=∞节点7 λϕλϕ(.)/()/()()r r r t t r r r t t i i +-++-+152224787∆∆∆∆∆∆()i 7(2) []022r r r h t t ϕ∞+∆∆∆+-= 2． Nu h = λ，Bi h =λNu 数中的λ为流体的导热系数， 为影响边界层厚度的几何尺寸。