上海理工01-08年传热学考研试题

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热方式加热管内水的强制对流为例，说明在实验过程中应测定哪些物理量，并简略绘出其实 验系统图。
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2004 年上海理工大学硕士研究生入学考试试题 考试科目： 一、简答题（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 x / y =30℃ /m，导热系数 1=40W/(m℃)，如果基另一表面上的导热系数 2=50W/(m℃)，问这一侧表面上 的温度梯度是多少？ 2．解解释毕渥数 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 表示出了常物性、有均匀内热源 的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 o 关于温度 t 的有限差分方程式。 （设△x=△y，所需参数的符号自 己设定）
式中 k′、k″分别为换热器入口端和出口端的传热系数，△t′、△t″分别为换热入口端和 出口端的两种流体温差，F 为传热面积。 （推导中假定水当量 GC 为常数，流体无相变发生）
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2002 年上海理工大学硕士研究生入学考试题 考试科目: 准考证号: 成绩:
一、 简答题： 1． （6 分）写出下列特征数的表达式，并简要说明其物理意义。 Bi Pr Gr Nu Re 2． （4 分）简述集总参数法的实质。 3． （4 分）什么是定性温度？对于管内对流换热，定性温度一般如何选取？ 4． （4 分）推导对流换热微分方程组时，主要依据的是哪几条定律？ 5． （4 分）试比较水平管外膜状凝结换热过程和水平管外膜态沸腾换热过程有何相同之处和 不同之处？ 6． （4 分）气体辐射有什么特点？ 7． （4 分）对壳管式换热器来说，两种流休在下列情况下，何种走管内？ （1）清洁流体与不清洁流休 （2）温度高的流体与温度低的流体 二、计算题 1． （14 分）一厚度为 20cm 的大平板，通过电流时发热功率为 4×104W/m3，夹板表面暴露于 30 ℃的空气中。已知表面与空气之间的对流换热系数为 60W/(m2.K) ，平板的导热系数为 3W/(m.k) （1）列出描述这一稳态导热问题的微分方程及边界条件； （2）求出温度分布表达式； △ （3）确定平板中的最高温度及位置。 2． （8 分）如图所示为二维无内热源、常物性的稳态导热，边界 tf, h 节点 1、2、3 和 5 所在边界与温度为 tf 的流体进行对流换热对流 换热系数为 h。设物体的导热系数为λ ，试根据元体平衡法，列 出节点 3、节点 7 产差分离散方程式。 3． （16 分）水以 3m/s 的流速流过内径 d=20mm 且具有均匀壁温 tw=50 直管道， 水的进口温度为 30℃， 出口温度为 40℃， 求： （1） 管内对流换热系 h； （2）管道长度。 水的特性参数 T ℃ Cp kJ/(kg.k) ρ kg/m3
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水
题 5 附图
流程、管径为 25mm 的薄壁管中流过（如图示） 。书籍管内水的换热系数为 3000 W/(m℃)、比 热为 4187J/(kg℃)，管外油的换热系数为 400 W/(m℃)、比热为 2350 J/(kg℃)，忽略管壁 导热热阻。求： （1）若油离开换热器为 100℃，油的流量为多少？（2）为达到设计要求，每 根管子的长度为多少？（本题可作逆流考虑）
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到 300℃所需要的时间。已知钢球的比热为 C=0.48kJ/kg℃, =7753kg/m3, =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（自然对流换热的努赛尔特常 数用下列式计算 Nu=0.48(Gr/Pr)0.25） 。 3． （22 分） 如图 2 所示为一半径为 R=1m 的半球， 球冠 3 绝热。 底面 1 和 2 的温度分别为 500 C 和 100 C ，黑度都有为 0.9， 求底面 1 和 2 间的辐射散热量。 （电压） 4． （23 分）温度为 95 C 的热空（热流电流）气流经一内径 100mm，厚度（老师所给试卷上此题不全）
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题2附图
ν λ Pr (m2/s) (m2/s) 0.805× 30 4.174 995.7 0.618 5.42 10-6 0.659× 40 4.174 992.2 0.635 4.31 -6 10 4（16 分）一块 5m 高、1m 宽的漫射灰体平板表面，从一辐射源得到投入辐射 800w/m2，背面 绝热，环境和空气温度为 27℃，平衡时平板温度为 77℃，求： （1）平板自然对流换热的热流 量； （2）平板的辐射热流量； （3）平板表面的黑度。 空气为常物性： υ =2.354×10-5m2/s , β =2.65×10-3K-1 油 λ =0.032W/(m℃), Pr=0.695 可供选用的准则方程式：Nu=0.59(GrPr)1/4, (GrPr<109) Nu=0.12(GrPr)1/3, (GrPr>109) 5． （16 分） 设计一个把总流量为 2.5kg/s 的水从 15℃加热到 85℃ 的叉流式换热器， 使 160℃的热机油通过壳侧， 冷水则在 10 根八

传热学
准考证号：
得分：
4．当条件相同时，物体在空气中冷却快不定还是在水中冷却快？这一现象说明对流传热与什 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 的的物理意义，并示意性的画出 Pr>1 时的速度边界层和热泪盈眶边界 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．说明温度附面层的根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 Nu=0.023Re0.8Pr″时，当流体与换热泪盈眶壁面温差较大 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．在稳定模态沸腾过程中，为什么换热系数随 t 啬而迅速上升？ 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 30℃的空气中。设钢球 表面与周围环境的对流换热系数为 10w/m2℃，试计算钢球非稳态导热的时间常数及其被冷却
2003 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、简答题 1． （７分）角系数是个纯几何因子的结论是在什么假定下得到的？ 2． （７分）写出无因次准则数Ｎu 和 Bi 的表达式，说明它们的物理意义。这两个准则数有 何区别？ 3． （７分）在大气压下同样的两水滴在表面温度分别为 120℃和 400℃的铁锅上，试问哪个铁 锅上的水先被烧干？为什么？ 4． （７分）对管式内强制对流换热，若采用短管或弯管可以化流体的热，这是何道理？ 5． （8 分）对非稳态导热而言，导热微分议程中只出现热扩散系数。因此，是否可以这样说， 此时的导热泪盈眶过程只与表征导热能力快慢的热扩散系数 a 有关，而与表征导热能力大小 的导热泪盈眶系数 无关，为什么？ 6． （７分）热水在两根相同的管道内以相同的流速流动，管外分别用空气和水来冷却。运行 一阶段时间后，两管内产生相同厚度的水垢。问：水垢的产生对哪一根管道的传热系数影响 更大？ 7． （７分）农村中常使用的太阳能灶的受热面往往涂上黑色，但工厂的车间中使用的辐射采 暖板却不涂黑色，试说明其中的道理。 二、计算题（共 5 题，每题 20 分） 1．用热电偶测量电烤箱中的温度变化。热电偶表面积 A，体积 V，物性均为常数。电烤箱内 的空气温度随时间 的变化可看成是线性的，即 t f =B ,B 为一常数。热电偶与空气的对流 换热系数为 h。求在电烤箱开始工作后，热电偶的显示温度随时间的变化关系。 （设该问题可 以用集总参数法求解） 。 2．一温度为 t fo 的常物性液体以质量流量 G 稳定流过一圆，圆管直径为 D，圆管处于均匀的 壁温 t w，液体与管子间的对流换热系数为 h。求液体平均截面温度随管长的变化关系 t=t f(x) ３。 如图所示两个半径 R=20cm 的半球球壳， 其内表面温度与黑度分别为。 t 1 =120℃、 1=0.8； t 2 =30℃、 这两个半球之间夹有一层遮热板， 其两面的黑度分别为 m1=0.8、 2=0.9， m2=0.02。 （1）画出该辐射系统的网络图； （2）计算各表面热阻及空间热阻； （3）求加了遮热板后两半球之间的辐射换热量； （4）求遮热板的平衡温度 Tm。 图如右 4．有一传热面积为 7m2 换器，冷流液体作逆流布置。冷流体的进口温度分别 t’ 1=70℃，t’ 2=40℃，冷流体的缈谖缈爱露为 5.5 ℃。质量流量 m 1、m 2 分别为 4.0kg/s 和 4.5kg/s，已知 冷热流体的比热泪盈眶分别为：C p1=4183J/kg ℃, C p2=4174J/kg ℃。 （1）计算换热器的传热系数 k。 （2）换热器运行一年后，在流量和进口温度不变的情况下，冷流体的出口温度降为 54℃， 求此时污垢热阻为多少。 5．微翅管（microfin tube，又称内螺旋管）是近年来广泛用于制冷、化工工业的一种强化 换热元件。为了研究水在微翅管内作紊流强制对流换热特性，需建立一试验台。请你以电加
2001 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．有三层平壁组成的复合壁，已测得各层壁面温度依次为 600℃、500℃、300℃、 60℃ ， 在稳态导热情况下，问哪一层热阻最小？ 2．说明非稳态可以采用集总参数法求解的条件，并说明其物理意义。 3．怎样才能改善热电偶的温度响应特性？ 4．直管内紊流对流换热中，其他条件相同时，相同的流速或相同的流量条件下粗管和细管的 对流换热系数哪个大？有何证据？ 5．不凝性气体对膜状凝结换热有什么影响？其机理是什么？ 6．何为灰体？引入灰体概念对计算辐射换热有什么意义？ 7．试比较黑表面、温射灰表面、重辐射面的有效辐射和本身辐射的关系。 8．举例说明强化单相强制对流换热的基本思想。 9．从传热观点看，为什么暖气片一般都放在窗户下面？ 10．试说玻璃温室效应的原理。 二、计算题（一、二题每题 13 分，第三题 14 分） 1．水以 2kg/s 的流量流过内径为 40mm 的管子，管内表面的温度保持 100℃。问需要多长的 管子才能把水温从 25℃加热到 75℃。 （比热 Cp=4.141kJ/(kg.k),动力粘度μ =547×10-6N.s/ ㎡,导热系数λ =0.643W/(m·℃),密度 1000kg/ ,Pr=3.56,不需要修正） 2.考察一长 4m,宽 3m 的房间,地板和天花板之间的距离为 2.5m,房间的四个墙壁是绝热的,由 于使用了电阻加热器使地板表面保持均匀温度 30℃,天花板的温度为 12℃,地板对天花板的 角系数为 0.29,若所有表面的黑度都为 0.9,问地板与天花板间的净辐射热量是多少?墙壁的 温度是多少? 3.一台逆流式换热器刚投入工作时在下列参数下运行:热流体进口温度 t1′=360℃,出口温度 t1″=300℃,冷流体进口温度 t2′=30℃ ,出口温度 t2″=200℃,热流体的质量流量 G1 与比热 C1 的乘积 2500W/℃,传热系数 800W/(㎡· ℃) .运行一年后发现,在 G1C1、 冷液体的 G2C2 及 t1′、 t1 保持不变的情形下，冷流体只能被加热到 162℃，而热流体的出口温度则高于 300℃，试 确定此情况下的污垢热阻及热流体的出口温度。 三、推导题（每题 5 分） 1．一侧面绝热的棒，一端 x=0 处，温度为 t0，另一端 x=L 处，温度为 t0，该棒的横截面积按 线性规律变化 fx=x0(1+x/L)，f0 为 x=0 处的截面积，材料的导热系数λ =λ 0exp(t/t0)，试推导 通过该棒的热流量。 2．假定顺流式换热器中传热系数 k 与两种流体的温差成线性关系，k=a+b△t,其中 a、b 为已 知常数，△t 为任一截面上的局面温差，试证明换热器的总传热量为：