西安交通大学

西安交通大学（九七年）

一．简答题（四十分）任选四题

1.为什么太阳能集热器的受热面都采用黑色表面，而房间内的暖

气片没有涂黑色的？

2.将一个裸露的热电偶伸入锅炉炉膛中测量高温烟气的温度，炉

膛四周有水冷壁管，你认为热电偶测的温度与烟气的真实温度相比是偏高还是偏低？为什么？怎样才能减小测量的温差？3.如图所示，一截面尺寸为5⨯10cm的长柱子，三个侧面温度均

维持均匀恒定为30℃，另外一边与温度为的流体之间有α=10w/(2m•℃) 的对流换热。试用数值计算方法粗略估计截面中心点处的温度值。钢的导热系数网格的划分如图所示。

4. 如图所示，有一块矩形薄冰块，垂直吊在房间内，过了一段时间后表层的冰融化，试在图中绘出这时冰块的厚度沿高度的变化（假设自然对流的流态为层流），并简述理由。

5. 一台氟利昂冷凝器，氟利昂蒸汽在光管外冷凝，冷却水在管内流动，为了强化这一传热过程，从光管改为低肋管。现又采用管外与管内均有强化措施的双侧强化管，试分析其原因。

二，计算题（每小题15分）

1. 一台运行时间较长结有污垢的换热器，其进口温度为120℃，

出口油温为80℃，油流量为730kg/h ，油的比热容为

2123J/(kg ℃)，冷却水为逆流，流量是1100kg/h ，比热容为4174

J/(kg ℃)，进口水温为20℃，换热器的换热面积为2 2m .对该

换热器进行清洗后，去除了污垢，这时在冷热流体的流量，

比热容及进口温度均不变的情况下，油的出口温度从80℃降

到60℃，试问改换热器清洗以后，传热系数提高了多少？原

污垢热阻有多少？

2. 初温为10℃的水以 1.6m/s 的速度流入外径为 2.6mm,壁厚

3mm ，以1.5mm 的管子.

管子外表面均匀地缠绕在电阻带作为第4题图示

加热器,其外包有绝热层（导热系数=0.20w/(m ℃），设加热器总功率为20kw,通过绝热层向外的散热损失为1%，试确定（1）管子出口处的平均水温；（2）管子表面的平均壁温（管壁的热阻忽略不计）;(3)若忽略电阻带缠绕层的厚度及其热阻，为防止绝热层的温度不超过30，问绝热层应包多厚？（计算管内对流换热系数时可忽略温差修正）水的物性取值为: 3999.0/kg m ρ=, 4.187/(p C kj kg =℃), 621.16510/m s ν-=⨯,λ=0.59w/(m ℃), r P =8034

3. 截面为矩形（6m m ×150mm ）的很长的铜母线，处于空气中其表面换热系数为7w/(2m ℃).要求母线稳定工作时的温度与环境温度之差不超过35℃，铜母线的导热系数为390 w/(m ℃)，电阻率为1.37 331.3710(/)m m -⨯Ω•，试确定该母线的长度方向上可通过的最大电流。（忽略管端面的散热）

4. 空气在管径为600mm ，长度为1.06m ，表面黑度为0.9的管道内流过，为了加热空气，在管道轴中心放置长度与管道相同

第3题图

示

外径为30mm，表面黑度为0.5的电阻加热器。当其消耗功率为117w时，电阻加热器外表面温度为177℃，管道内表面温度为5℃，空气与加热器表面之间的对流换热系数为17 w/(2m℃)（管道两端开口处逸出的辐射能忽略不计）

试计算：（1）稳态条件下空气在管道中的平均温度；

（2）若电阻加热器外壳材料的质量为1.0kg,比热容为

420j/(k g℃)，在电阻加热器突然停止加热的瞬

时，其表面温度随时间的变化率（假设在一瞬时

加热器各点温度均匀一致）

西安交通大学（九九年）

（一）（7分）试用图及文字简述流体掠过平板试速度边界层的

形成与发展，并说明当流体与平板间有热量交换

时，局部换热系数沿板长的变化。

（二）（10分）对图1所示的二维导热区，其内有均匀的内热

源Q (2

w m) ，一个边界绝热，另一个边界与

/

温度为的液体发生对流换热，换热系数为

2

，试列出节点1和节点2的离散方程式。

w m k

(/)

（三）（8分）以下几种叙述是否正确？为什么？应如何叙述才

正确？

（1）只要在壁面上敷设保温层，就有减少散热量的作用。

（2）在壁面上加肋就有增强传热的明显效果。

（3）在两平行平板之间插入一薄金属板就可以使两板间的辐射换热量减少一半。

（4）物体的辐射力与其绝对温度的四次方成正比。（四）（10分）——以下两题选作一题：

第一题：采用在水中筋膜一可调电压的细钢管电加热器的方法，是大容器中的水沸腾，但在使用过程中频频发生电加热器被烧断的事故，请你提出一个防止电加热器钢管被烧断的功率调节方案，并说明理由。

第二题：试简述影响膜状凝结换热的主要因素，并阐明

理由。

（五））（15分）——以下两题选作一题：

第一题：将物性为常量的各向同性材料置于一直角坐标

系中,在非稳态的情况下，材料内热源强度为Q

(2/w m ) 时的导热微分方程式为：

222222()t t t t Q c x y z c

λτρρ∂∂∂∂=+++∂∂∂∂ （1）试证明：由此材料做成的一后为δ（m ）的无限大平壁，其内热源强度为Q (2/w m )，且两侧表面温度分别维持为均

匀稳定的1t 和2t 时，导热系数为(/)w m k λ•，壁内温度分布的表示式为211()2t t QX t X X t δλδ

-=+++ （2）若（1）问中各参数分别为=40mm,1t =90℃，

2t =50℃,Q=3000 (2/w m )，材料的导热系数为 2 (/)w m k • ，试计算有平壁低温侧单位表面积上散出的热量。

第二题：轴承厂在生产轴承滚珠时的一道工序是将

成型的滚珠在加热炉中将其温度加热均匀的温度 ，然后投入温度为 的低温液体中冷却，以增加滚珠表面的硬度。若已知滚珠材料的导热系数为45 w/m k ，其余物性也为常量，滚珠在液体中冷却时，表面与液体间的平均换热系数为4502(/)w m k 。

（1） 试写出直径为6mm 的滚珠在冷却过程中的能量方程式；

（2） 试画出直径为40mm,的滚珠在冷却过程中表面及中心温

度随时间变化的示意图，并加以说明。