中南大学03级传热学期末试题A卷

中南大学考试试卷

2005-- 2005学年 下 学期期末考试试题 时间110分钟

传热学 课程 64 学时 4 学分 考试形式： A 卷 专业年级：热动03级 总分100分，占总评成绩70 % 注：此页不作答题纸，请将答案写在答题纸上

一、简答题（本题42分，每小题6分）

1. 根据任意方向的傅立叶导热定律（dn

dt q λ-=），建立三维空间（坐标分别为x 、y 、z ）中的热流密度矢量表达式。

2. 分析下图所示的水平管槽内对流换热沿流动方向的变化规律。

3. 下图为一组电子元件的散热，试分析：（1）为增强散热，这些元件是集中还是

分散放置？（2）如果某一元件对温度要求较高或不能承受较高温度，则应放在什么位置？

4. 下图为冷热水顺流、逆流两种换热情况，要求：（1）定性描述（作图）冷热水

温度的变化；（2）根据能量守恒原理，建立冷热水进出口温度之间的关系。

5. 某厂一条架空敷设的电缆使用时发现绝缘层超温，为降温特剥去一层绝缘材料，

结果发现温度更高。试解释此现象。

6. 表面1、2是一个大表面的两个部分，说明下面各式中哪些是正确的：

(a) 3,23,13,21X X X +=+；(b) 2,31,321,3X X X +=+; (c) 2,321,3121,321X A X A X A +=++; (d) 3,223,113,2121X A X A X A +=++; (e)3,233,133,213X A X A X A +=+

7. 对于通过平壁的传热过程，两侧流体的温度分别为f1t 、f2t （f2f1t t >），画出下述两种情况下温度由f1t 变化到f2t 的示意图:

(a) ∞→h ； (b) ∞→δλ

二、计算题（本题58分）

1. 一根直径为3mm 的铜导线，每米长的电阻为

2.22×310-Ω。导线外包有厚1mm 导

热系数为0.15 W/（m·k ）的绝缘层。限定绝缘层的最高温度为65℃,环境温度为0℃,空气与绝缘层外表面的表面传热系数为20 W/（m 2·k ），试确定在这种条件下导线中允许通过的最大电流。（12分）

2. 把一个直径为D ，处于均匀温度T 0的金属球从炉中突然移出。并用一根细丝悬挂

在大房间中，房间的空气为均匀温度T ∞，四壁温度为T s 。

a) 忽略球内温度梯度，试推导球内的温度随时间变化的微分方程。（8分） b) 忽略辐射换热，试推导出球冷却至某个温度T 时所需要的时间。（8分）

3. 如图所示，对横掠正方形截面棒的强制对流换热进行实验测定，测得结果如下

当u 1 = 20 m/s 时，h 1= 50 W/（m 2·k ）

当u 2 = 15 m/s 时，h 2= 40 W/（m 2·k ）

假定换热规律遵循如下函数形式：Nu = CRe m Pr n ，其中C ，m ，n 为常数。正方形截面对角线长为l = 0.5米。试确定：

a) 形状不变，仍为正方形，但尺寸改变， l ＝1米，

当空气流速分别为15m/s 和30m/s 时的平均表面传热

系数；（13分）

b) 如果用边长而不是用对角线长度来作为特征长

度，上述结果是否一样。（3分）

注意：假定上述各情形下的定性温度之值均相同。 4. 两块近平行平板，温度分别为527℃和27℃，发射率均为0.8，求两板的辐射力、

有效辐射、投射辐射、反射辐射及两板间的辐射传热量。（14分）