华中科技大学2004传热学答案

华中科技大学

二零零四年招收硕士研究生入学考试试题答案

一、简答题

1、答：时间常数的定义为τ0=ρcv/aA

采用热电偶测量温度时，根据非稳态积总参数法的无量纲温度表达式，时间常数越小，热电偶越能反映出流体温度的变动，动态温度测量精确度越高。

2、答:流体流动时，粘性的作用区域仅限于靠近壁面的薄层内，这一区域为速度边界层。边界层外速度梯度很小，粘性作用可以忽略，流动可以认为是理想流体的无旋流动，求解容易得多，在外边界层内速度变化很快。 边界层厚度δ：通常规定达到主流速度外99%处的距离为流动边界的厚度。在近壁面的一个薄层，流体温度沿法线方向剧烈变化，在薄层外，温度梯度几乎为零。这个薄层为温度边界层。 一般温度达到来流99%的位置定义为热边界层。

Рr=v/a是动量扩散能力之比。

当pr>1时，σ>σt

当pr=1时，σt=σ

当pr<1时，σ<σt

3、答：

100 △t/℃ q 膜态沸腾 随着过热温度△t=tw-ts的增加会有四个换热规律全然不同的区域：

1）自然对流区：壁面过热温度小时沸腾尚未开始，换热规律服从单相自然对流规律；

2)核态沸腾区：从开始沸腾点开始，在加热面的某些特定点上产生气泡。开始阶段，汽化核心产生气泡彼此互不干扰，称孤立气泡区。随着△t的进一步增加，汽化核心增加，气泡互相影响，并会合成汽块及汽柱。核太沸腾又称泡状沸腾。特点是温差小，换热强，一般工业应用都设计在这个范围内。这个区域的终点是临界热流密度点。

3）过渡沸腾：从峰值点进一步提高△t，热流密度不仅不升高，反而越来越降低。这是因为气泡产生的速度大于它脱离加热面的速度，气泡汇聚覆盖在加热面上，传热过程只依靠蒸汽的导热和辐射，因而传热恶化。这种情况持续到最低传热流密度为止。过渡过程很不稳定。

4）稳定模态沸腾：从最低热流密度起换热规律再次发生转折。这时随着tw的提高，辐射换热量占据的比例越来越大，所以q随△t的增加而增加。不过化热系统比凝结时小的多。

4、答：uαt/αx+αt/αy=aα2t/α2y

等号左边为对流项，右边为扩散项。

5、答：Gr=gα△tl3/v2

一般用于计算自然对流换热

6、答：Bi=l/λ5/l/h=hl/λ5

是固体内部导热热阻和边界处对流热阻的比值。λ5是固体的导热系数，l是固体的的特征长度

Nu=hl/λf

是表征对流传热强弱的无量纲量。λf是流体的导热系数。L是流体侧的特征常数。

7、答：灰体是单体吸收率为常数的物体。其黑度等于其吸收率。

8、答：不一定。因为假装肋片会增大流动阻力，队于不同流体，其综合影响不一定会增强传热。

9、答：我们把1表面辐射出去的辐射能投到2表面上去的份额定义为表面1对表面2的角度系数，记为X12。将从能量传递角度定义的角系数视为一个纯几何量，只能在等强度辐射表面之间的辐射能量传递中才能成立。

10、答：传热环节包括：热水和暖气内壁内壁面的对流换热和辐射换热，暖气内壁面与外壁面之间的导热，外壁面与室内空气的对流换热与辐射换热。

二、解1）当只有下表面与油接触时，由能量守恒：

Vρcdt/dτ=-hA(t-t1)

引入 =t-t1

Vρcdt/dτ=-hA

初始条件为： （0）=t0-t1= 0

d / =-Hadt/ρcV

积分得：

/ 0=exp(-hAτ/ρcV)=exp(-hτ/ρcl)

当τ=120s时 / 0=exp(--200×120/7800×460×0.05)=0.875 当τ=120s时圆柱体的温度为t’=0.875×（700-100）+100=625℃

2）当上下底面都传热时，由能量守恒：（τ’=τ-120s）

Vρcdt/dτ’=-1A(t-t1)-h2A(t-t2)

Vρcdt/A(h1+h2)dτ2=-[t-(h1t+h2t)/(h1+h2)]

令Ψ=t-(h1t+h2t)/(h1+h2)

Ψ0=t-(h1t1+h2t2)/(h1+h2)=625-（200×100+40×20）/（200=+40） =540℃

则 dΨ/Ψ=exp-[A(h1+h2)/ ρcv]dτ

22 ’解为 Ψ/Ψ0=exp[-A(h1+h2)τ/ρcv]=exp[-(h1+h2)τ/ρcl]

当τ=600时，τ‘2=τ-120s=480s

Ψ/Ψ0=exp[-(200+40)×480/7800×460×0.05]=0.526 Ψ=0.526Ψ0=0.526×540=284

t=Ψ+(h1t1+h2t2)/(h1+h2)=284+85=369℃

3）热平衡时τ‘=∞，故Ψ=0

t=(h1t1+h2t2)/(h1+h2)85℃

三、解：

由于对称性，此问题等效为原厚度的两倍，长度一半的肋片问题: 由能量守恒：Фx=Фx=dx+Фx

Фx=-λAcdt/dx

Ac为截面积

Фx=dx=Фx+dФ/dx=-λAc(dt/dx)dx-λAc(dt/dx)dx

Фx =hpdx(t-t∞)

令m=(hp/λAc)=(h/λδ) =t-t∞为过余温度 得微分方程：d /dx=m

边界条件为：x=0;= = o=t0-t∞

x=l=L/2;d /dx=dt/dx=0

微分方程通解为： =c1e+c2e

确定常数： x=0; 0=c1+c2

x=l; =c1e-c2e

得：c1= 0/(1+e),c= 0e2ml/(1+e2ml),ml=l(h/λδ)1/2=0.1×（32/50×0.01）1/2=0.8 2mlml-mxml-mx2221/21/222

t温度分布为 = 0（emx+e2mle-mx）/(1+e2ml)= 0ch[m(x-l)]/ch(ml)

X=l=L/2处： = 0ch(0)/ch(ml)= 0/ch(0.8)=30/1.34=22.39℃ 钢板中心温度为：t=22.39+20=42.39℃

四、解：当量直径 de=(D-d)/(D+d)=D-d=0.06-0.04=0.02m

Re=mde/π（D-d）ρf/4=4×0.857×0.02/π（0.06-0.04）×992.2=16696.54<2200流动为湍流

Nu=0.027RePr(nf/nw)0.81/30.142222 22=0.027×16696.54×4.31×（653.3/282.5）

21/30.14=118 H=Nuλ/de=118×0.635/0.02=3746.92W/(MK)

Ф=mcp(t-t)=71542.36W

△t=tw-tf=60℃

所需管长为：

L=Ф/hπd△t=2.532m

出口处：

Q=h(tw-t)=3748×（100-50）=187398W/M

五、答1）a2=2a1,热阻1/a1/1/a2=2

两侧换热温差按热阻分配。

2)G1c1>G2c2，即热流体比容量比冷流体比容大。

3）Q、K、△tm增加，tf1、tf2下降。

”2 ”’ t t t1 t2 2 2

’六、答：根据角系数计算公式，X1,2=A1+A2-A3 /2A1=0.7071

X1,3=1-X1,2=0.2929

X2,3=A3X3,2/A2=0.45015

1- 1/A1 0.05,1 22 2 0.084883 1

Eb1 617.153,Eb2 477.918 Q1 Q2 Eb1 Eb2 393.7W 12 1A1Ax 2A211,2 A1x1,3A2x2,3

1 1 597.468 1A1可计算出J1 Eb1 Q1

J2 Eb2 Q1 1 2 511.336 2A2

11 11 J3 J1 J2 / 536.56 A2X2,3A1X1,3 A2X2,3A1X1,3

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