02到08年传热学试题及答案(原始版)

华北电力大学2002年硕士研究生入学考试试题

一．简答题（每小题6分，共36分）

1．写出傅立叶导热定律的数学表达式，式中没有出现时间变量，为什么同样可以分析非稳态导热问题？

2．在对实际传热问题的分析计算中，采用合理的假设可以使问题得到很大的简化，请举两个导热问题的例子给以说明。

3．写出基尔霍夫定律的不同数学表达式，并给出其适用的条件。

4．沸腾换热过程的临界热流密度是如何定义的？对电加热沸腾换热的设备，控制临界热流密度有何意义?

5．分析室内暖气片的散热过程，各个环节有哪些热量传递方式？在热水温度一定的情况下，你能提出一些提高暖气片散热量的措施吗？

6．影响自然对流换热的因素有哪些？

二．[12分] 一个功率为Φ的电烙铁，其形状可近似看作一个半径很小的短圆柱，初始放在室内，然后瞬间通电加热。

（1）分析并列出加热过程中烙铁温度随时间变化的微分方程式（注明式中符号的名称）；

（2）给出最终稳定后确定烙铁温度的关系式。

三．[15分] 在一对流换热的实验中，10℃的水以1.6s m /的速度流入内径为28mm 、外径为31mm 、长1.5m 的管子。管子外表面均匀地绕着电阻带作为加热器，其外还包有保温层。加热器的总功率为42.05kW ，通过保温层的散热损失为2%，试确定：

（1） 管子出口处的平均水温；

（2） 管子内表面的传热系数；

（3） 管子外表面的平均壁温。

[水的物性参数如下：3/1000m kg =ρ，c p =4.187 kJ/(kg•℃)，λ=0.586 W/(m•℃)，ν=1.2×10-6m 2/s ，

Pr=8.57；管材的导热系数为18 W/(m•℃)；管内对流换热的实验关联式：层流：Nu=3.66，紊流：Nu=0.027Re 0.8Pr 0.33，不需考虑入口效应]

四．[12分] 直径为0.5m 的球内表面，被一水平面划分成相等的上、下两部分，上、下部分的结合处完全绝热。上半球温度为450K ，发射率为0.8；下半球温度为350K ，发射率为0.6。球面为漫射灰体。试确定上、下两球表面的辐射换热量？

五．[15分]考察一同心套管式换热器，该换热器的特点是具有均匀的总传热系数，并在下列条件下工作：

求：

(1) 热流体出口温度，

(2) 换热器的效能是多少，

(3) 对于最小的尺寸和重量要求, 换热器应以顺流式还是逆流式工作? 对于这两种流动条

件所需的面积比是多少?

六．[10分] 一锅炉省煤器的管子尺寸为外径32mm 、壁厚4mm ，管材的导热系数为52 W/（m•℃），若烟气侧的总换热系数（包括对流和辐射）为81 W/（m 2•℃），管内水侧换热系数为5012 W/（m 2•℃）。试求：

（1）计算省煤器的传热系数K （传热面积以管外表面为基准），

（2）分析管壁热阻及两侧换热热阻对传热系数K的影响，（3）长时间运行后传热过程会发生什么变化？

华北电力大学2003年硕士研究生入学考试试题

一．选择和填空（每小题5分，共50分）

1．为了强化换热器的换热效果，应主要降低表面传热系数 （大；小）的一侧的热阻。 2．国家标准规定，凡平均温度不高于350℃时导热系数不大于 W/(m•K)的材料称为保温材料。

3．若炉膛内的火焰温度在1400℃，则炉膛火焰中最大光谱辐射能量所对应的波长约为 m μ。

4．在圆筒壁稳态导热问题中, 当内壁温度小于外壁温度时, 其壁内温度分布应为下图中的 （a ；b ；c ）。

5．研究对流换热的一种方法是比拟法，它是指通过研究_ __传递和 _ 传递之间的共性，以建立表面传热系数与阻力系数相互关系的方法。

6．蒸气与低于饱和温度的壁面接触时有两种不同的凝结方式，它们分别是 _和 。

7．一长圆管被置于方形通道的正中间，如本题附图所示，则角系数2,1X 为 。

8．在常温下下列工质的Pr 数最小的是 （a.水；b.空气；c.水银；d.11号润滑油）。

9．一无内热源的无限大平板中的温度分布可以表示成3221c x c x c t ++=的形式，其中21c c 、和3c 为已知的常数，导热系数为λ。此时刻在0=x 的表面处的热流密度为 。

10．自然对流换热的格拉晓夫数r G 表示 （a.惯性力与粘性力；b.浮升力与粘性力；c. 浮升力与惯性力）之比的一种度量。

二．问答题（每小题10分，共60分）

1．一个常物性、无内热源的二维非稳态导热问题，在直角坐标系中利用数值方法进行求解，试列出内部节点的显示格式差分方程（y

∆）。

≠

x∆

2．利用遮热板可以减少两个辐射表面之间的辐射量。若保持两侧平板温度不变，所放遮热板的位置对减弱辐射换热量的效果有无影响？若遮热板两侧的发射率（黑度）不同，正向与反向放置对减弱辐射换热量又有无区别？遮热板的温度有无区别？

3．如本题附图中所示放置于大容器内的小容器中的水能否发生沸腾现象？并解释。

4．试说明Bi数的物理意义，0

B i各代表什么样的换热

→

Bi→和∞

条件？有人认为0

Bi→代表绝热工况，你是否赞同这一观点，为什

么？

5．解释螺旋管、短管和小管径管强化传热的原理。

6．由三个表面组成了一个封闭的系统，其中表面3为重辐射面，画

出该系统辐射换热的网络图，注明各热阻的表达式。

三、计算题（每小题20分，共40分）

1. 在考虑一建筑物冬天的采暖设计中，需要确定墙壁的散热情况，已知墙壁的厚度为40cm，墙壁材料的导热系数为0.25 W/(m•K)，要求室内的空气温度在18℃，墙壁外侧和内侧的表面传热系数分别为34 W/(m2•K)和8 W/(m2•K)，计算下面两种情况下通过墙壁的热流密度为多少？

（1）在白天，室外空气的平均温度为-5℃，该墙壁外侧实际吸收环境的总辐射能为80 W/m2；（2）在夜晚，室外空气的平均温度为-10℃，天空的有效辐射温度为-30℃，墙壁的发射率为0.85。

2. 某220 t/h高压锅炉的低温省煤器采用叉排、逆流布置，管子为25×3 mm，横向节距70mm，纵向节距30mm，总的受热面积为570m2，已知烟气的入口温度为384℃，通过省煤器的实际烟气流量为142 m3/s，烟气平均流速（最小截面处）为8.5m/s，给水的入口温度为215℃，给水流量为59.6kg/s。管材的导热系数为30 W/(m•K)，壁面的灰污热阻取0.002 (m2•K) / W，忽略烟气侧辐射换热的影响和管内侧对流换热热阻。

（1）计算烟气侧的表面传热系数；