2016929_2_843 传热学-2016.zip

第 1 页 共 7 页姓 名：报 考 专 业：准 考 证 号 码：密封线内不要写题2016 年攻读硕士学位研究生入学考试试题2016 年攻读硕士学位研究生入学考试试题科目名称：传热学（A 卷B 卷）科目代码：843考试时间：3 小时 满分 150 分可使用的常用工具：无 计算器 直尺 圆规（请在使用工具前打）注意：所有答题内容必须写在答题纸上，写在试题或草稿纸上的一律无效；考完后试题随答题纸交回。一、名词解释(共 5 小题，每小题 5 分，共 25 分)1、（5 分）傅利叶定律：单位时间通过单位截面积所传导的热量，正比于当地垂直于截面方向上的温度变化率，tqx，其中 x 为截面的法线方向。2、（5 分）非稳态导热物体温度随时间变化的导热过程，为非稳态导热。3、（5 分）Nu 数Nu=hL/,代表壁面处流体无量纲温度梯度。4、（5 分）有效辐射单位时间离开表面单位面积的总辐射能，称为有效辐射。5、（5 分）漫射表面定向辐射强度随辐射角的变化满足兰贝特定律的表面，其定向发射率与方向无关，称为漫射表面。二、推导及问答(共 6 小题，共 55 分)1、（10 分）无内热源的大平壁稳态导热的温度场如附图 1 所示，试分析它的导热系数是随温度增加而增加还是随温度增加而减小?第 2 页 共 7 页解:大平壁稳态导热时，各截面热流密度都相等，即图中 随 x 增加而增加，因而 随 x 增加而减小，而温度 t 随x 增加而增加，所以导热系数随温度增加而减小。2、（9 分）有两块同样材料制作的大平板 A 及 B，A 的厚度为 B的两倍。将两平板放在一高温炉加热足够长时间，然后取出置于冷流体中淬火。假设两平板与流体的表面传热系数均可视为无限大，且板 B 中心点过余温度下降到初始过余温度的一半需要 20min，求板 A 中心点过余温度也达到初始过余温度一半要多少时间？min80min2044)(25.0)(2000BBBAABABABABmAmmBAaaFoFoFofBiBi，解：3、（8 分）比较分析热对流和对流换热的区别和联系。答：热对流是流体微团宏观运动引起的热量传递，它是热量传递的基本方式之一。对流传热是流体流过固体表面并与固体表面进行的热量传递过程，它不是热量传递基本方式，是包含热传导和热对流的复杂传热过程。4、（7 分）自然对流换热的 Nu 数常表示成格拉晓夫数（Gr）和Pr 数的函数，请写出 Gr 数的表达式，说明其中各符号意义，并解释该无量纲数代表的物理意义。答：23tgalGr，其中g为重力加速度，a为流体体积膨胀系数，t为流体与固体温差，l为长度，为流体运动粘度。Gr数的物理意义为浮升力与粘滞力之比。5、（9 分）蒸汽在壁面冷凝时有两种工作模式，请介绍这两种凝()()dt xqxConstdx()dt xdx第 3 页 共 7 页结模式的特点，比较其凝结传热系数的大小，并分析其中原因。答：膜状凝结和珠状凝结。凝结液能湿润冷却壁面时，冷凝液在壁面形成液膜，发生膜状凝结。凝结液不能很好湿润壁面时发生珠状凝结时，凝结腋在壁面上形成一个个液珠。珠状凝结换热比膜状凝结强。膜状凝结形成连续的液膜，凝结潜热需穿过液膜才能传递到冷却壁面，液膜的存在增加了传热热阻；而发生珠状凝结时，气体可以与壁面直接接触，凝结潜热可以直接传递到冷却壁面，此外液珠的滑落空出了的面积又增加了蒸汽与壁面接触面积，滑落过程还会带走下游液滴，这些都增强了壁面的对流换热。6、（12 分）什么是辐射换热角系数 X1,2？计算下面几个图中面 1到面 2 的角系数。答：表面 1 发出的辐射能落到表面 2 上的份额称为表面对表面 2 的角系数。(d)依题意角系数1,22 22212 1X三、计算题(共 4 小题，共 70 分)1、（17 分）用铬镍钢钢板（导热系数15.2W/(m.)）制作内第 4 页 共 7 页外直径分别为 0.5m 及 0.6m 的球罐，里面装满了具有放射性的化学废料，废料体积发热率为 qV=120kW/m3。将该球罐置于 30的水流中冷却，假设球罐表面传热系数2800W/(m.)h ，试求在稳定工况条件下，（1）球罐外表面散热量；（2）球罐外表面温度；（3）球罐的内表面温度。球壳导热公式为12124()1/1/ttrr。解：球罐的容积为：065416.025.014.3343433rV总发热热流为：0.06514 1207.816Vq VkW 由牛顿冷却公式214()fr h tt 可知球壳的外表温度：1278163038.654 3.14 0.3800t 由球壳导热公式可知球壳内表面温度12211/1/1/0.3 1/0.2538.65781644 3.14 15.2rrtt65.942、（18 分）将初始温度 300、直径 10mm 的小球放入温度 20的气流中冷却，小球材料导热系数=45W/(m.)，比热 c=465 J/(kg.)，密度=7790kg/m3。已知小球在气流中冷却 2 分钟后温度降为 200，求小球表面传热系数；如果想让小球温度继续降到100，还需要多少时间。假设小球表面传热系数保持不变。解：假设小球换热可以使用集中总参数法由0lnffptthFttc V 得小球表面总传热系数为07790 465 0.00520200lnln3 2 6020300pffc VtthFtt =22.2(W/(m2.)22.20.0050.00080.033453hVBiA,故前面假设合理。第 5 页 共 7 页继续降到 100所需时间07790 465 0.00520 100lnln3 22.220200pffc VtthFtt=220.5(s)=3.68(min)3、（15 分）空气以 4m/s 的流速横掠直径 60mm、长为 2m 的热圆柱体。如果空气温度为 30，圆柱体表面温度为 50，计算圆柱体的散热量。已知：40时空气的物性参数为：2.7610-2 W/(m.)，16.9610-6 m2/s，Pr=0.699。流体横掠单根圆管的平均表面传热系数的准则关系式为：0.3Re PrnmmmNuC，C、n 与 Re 的关系见下表。ReCn44009110334040000.6830.4664000400000.1930.618400004000000.02660.805解：这是一个空气横掠单管的对流换热问题，m3050t4022fwtt定性温度 60.6181/30.6181/324 0.06Re14150.90.1930.61816.96 100.193RePr0.193(14150.9)(0.699)62.93662.936 0.0276/0.0628.95(/()mmmmmu dCnNuNuhWmd由表得，。散热量：()28.950.06 2(5030)218.3()wfh ttdlW 答：圆柱体的散热量为 218.3W。4、（20 分）一内腔尺寸为 0.2m0.2m0.2m 的正方形炉子（见下图）置于 27的室内，炉子顶部（3）开口，底部（1）采用电加热将底面温度维持在 427，炉子侧壁（2）均敷设绝热材料。假第 6 页 共 7 页设炉子底部表面发射率 0.8，试计算电加热器加热功率以及炉子侧壁面温度。炉底对炉顶的角系数 X1,3=0.2，黑体辐射系数C0=5.67W/(m2.K4)。解：辐射网络图如下依题意1,30.2x，x3,2=0.2，1,20.8x，1121111 0.86.250.8 0.2RA(m-2)，221 1,3111250.20.2RAx(m-2)415.67 713614bE(W/m2)，3421 1,21131.250.20.8RRAx(m-2)，234111110.0241252 31.25RRRR(m2)，41.67R(m-2)，13614459.3274.5W6.2541.67 21b11J=E-R13614274.5 6.2511898.4(/)WmJ2=Eb2=(J1+Eb3)/2=6178.8(W/m2)炉子侧壁温度第 7 页 共 7 页0.250.25220100(/)100(6178.8/5.67)574.6()301.6()bTECK第 1 页 共 3 页姓 名：报 考 专 业：准 考 证 号 码：密封线内不要写题2016 年攻读硕士学位研究生入学考试试题2016 年攻读硕士学位研究生入学考试试题科目名称：传热学（A 卷B 卷）科目代码：843考试时间：3 小时 满分 150 分可使用的常用工具：无 计算器 直尺 圆规（请在使用工具前打）注意：所有答题内容必须写在答题纸上，写在试题或草稿纸上的一律无效；考完后试题随答题纸交回。一、名词解释(共 5 小题，每小题 5 分，共 25 分)1、（5 分）傅利叶定律 2、（5 分）非稳态导热3、（5 分）Nu 数4、（5 分）有效辐射5、（5 分）漫射表面二、推导及问答(共 6 小题，共 55 分)1、（10 分）无内热源的大平壁稳态导热的温度场如附图 1 所示，试分析它的导热系数是随温度增加而增加还是随温度增加而减小?2、（9 分）有两块同样材料制作的大平板 A 及 B，A 的厚度为 B的两倍。将两平板放在一高温炉加热足够长时间，然后取出置于冷流体中淬火。假设两平板与流体的表面传热系数均可视为无限大，且板 B 中心点过余温度下降到初始过余温度的一半需要 20min，求板 A 中心点过余温度也达到初始过余温度一半要多少时间？第 2 页 共 3 页3、（8 分）比较分析热对流和对流换热的区别和联系。4、（7 分）自然对流换热的 Nu 数常表示成格拉晓夫数（Gr）和 Pr数的函数，请写出 Gr 数的表达式，说明其中各符号意义，并解释该无量纲数代表的物理意义。5、（9 分）蒸汽在壁面冷凝时有两种工作模式，请介绍这两种凝结模式的特点，比较其凝结传热系数的大小，并分析其中原因。6、（12 分）什么是辐射换热角系数 X1,2？计算下面几个图中面 1到面 2 的角系数。三、计算题(共 4 小题，共 70 分)1、（17 分）用铬镍钢钢板（导热系数15.2W/(m.)）制作内外直径分别为 0.5m 及 0.6m 的球罐，里面装满了具有放射性的化学废料，废料体积发热率为 qV=120kW/m3。将该球罐置于 30的水流中冷却，假设球罐表面传热系数2800W/(m.)h ，试求在稳定工况条件下，（1）球罐外表面散热量；（2）球罐外表面温度；（3）球罐的内表面温度。球壳导热公式为12124()1/1/ttrr。2、（18 分）将初始温度 300、直径 10mm 的小球放入温度 20的气流中冷却，小球材料导热系数=45W/(m.)，比热 c=465 J/(kg.)，密度=7790kg/m3。已知小球在气流中冷却 2 分钟后温度降为 200，求小球表面传热系数；如果想让小球温度继续降第 3 页 共 3 页到 100，还需要多少时间。假设小球表面传热系数保持不变。3、（15 分）空气以 4m/s 的流速横掠直径 60mm、长为 2m 的热圆柱体。如果空气温度为 30，圆柱体表面温度为 50，计算圆柱体的散热量。已知：40 时空气的物性参数为：2.7610-2 W/(m.)，16.9610-6 m2/s，Pr=0.699。流体横掠单根圆管的平均表面传热系数的准则关系式为：0.3Re PrnmmmNuC，C、n 与 Re的关系见下表。ReCn44009110334040000.6830.4664000400000.1930.618400004000000.02660.8054、（20 分）一内腔尺寸为 0.2m0.2m0.2m 的正方形炉子（见下图）置于 27的室内，炉子顶部（3）开口，底部（1）采用电加热将底面温度维持在 427，炉子侧壁（2）均敷设绝热材料。假设炉子底部表面发射率 0.8，试计算电加热器加热功率以及炉子侧壁面温度。炉底对炉顶的角系数 X1,3=0.2，黑体辐射系数C0=5.67W/(m2.K4)。