同济大学传热学真题A4

CY-1一、分析计算题1、某球壁面内有均匀分布的内热源qr(W/m3),导热系数为温度的线性函数（λ=λ0（1+at），λ0和a均为常数），球壁面的内侧壁面温度tw1为常数，外侧给定第三类边界条件，换热系数λ和温度函数tf均为常数。试求在球壁面内进行一维径向稳态导热过程时的温度分布及换热密度分布。（15分）2、试推导证明纵掠平壁面能量交换的雷诺类比公式：St=Nu/(RePr)=Cf/2.（15分）3、试求二维空间任意两个凸表面F1和F2间的辐射热交换的角系数。其中a,b,c分别为凸表面F1和F2的边界点，如图所示。（8分）4、已知已知某表面的单色吸收率α2随波长的变化关系如图4a所示，该表面的投射单色辐射G2随波长的变化图4b所示。试计算该表面的全色吸收率α。（15分）5、一个逆流式套管散热器，其中油的问温度从100℃冷却到60℃，水由20℃到50℃，传热量为2.5×104W，传热系数为350W/m2.k，油的比热2.13KJ/kg.℃，求换热面积为多少？如果计入换热器表面污垢热阻0.004m℃/W，流体入口温度不变，此时换热器的传热量和流体出口温度为多少？（15分）二、讨论题（每题8分）1、试讨论视觉色彩与热辐射吸收率和辐射绿的关系。2、根据导热机理讨论金属材料的导热系数随温度的变化关系。3、进行单相流体受迫对流换热过程模拟实验时，如何确保两个实验相似？4、试分析换热器中的传热过程中，热阻的主要来源以及加强传热可以采取的措施。CY-2一、概念题1、试述努谢尔特数Nu和毕渥数Bi的物理含义，并作比较。2、分析传热过程中污垢热阻对传热系数的影响。3、分析下表中四个工况下的对流换热过程的相似性。如要使相似，应如何调整或改变表中的参数？工况管型介质RePr边界条件A圆管水30001.2第一类边界条件B圆管油30002.5第二类边界条件C方管水30003.2第三类边界条件D三角型管盐水300012.5第四类边界条件6、在计算有气体介质的两个物体之间在某波长范围内辐射换热时，有人认为：“因其间存在气体介质，故必须计及气体辐射的影响，或建立气体和两个物体辐射换热的联立方程进行求解”。试分析这一说法是否肯定正确。7、画出换热器顺流和逆流换热过程中流体温度随传热面积变化的关系图。并导出平均温度差的计算公式。三、计算题1、对某热水管道进行保温设计时，已知所选的石棉材料的导热系数λ=0.11W/m2℃,保温外部与外层空气的对流换热系数h=12W/m℃。如果热水管的外径为16、18和40mm，在内外温差为80℃下，要求散热量q小于80W/m时，问如何选管径和保温层厚度？2、一根直径为1mm和长度为100mm的金属丝，初温为20℃，突然置于500℃的空气中。设金属丝与外界的表面换热系数25W/m2℃，求金属丝温度达到空气的95%温度值所需要的时间。3、计算如图所示A和B两个物体表面之间的辐射换热角系数。其中：a=b=0.5m,h=1.0m.4、水以1.5m/s的流速通过内径20mm和长度5.5m的管子，压降为42mmHg，管壁平均温度为80℃，管内水的平均温度为55℃，试由雷诺类比律求管内对流换热系数。已知水的物性参数为ρ=985kg/m3,ν=0.517×10-6m2/s,Pr=3.27,cp=4177J/kg℃.CY-3一、基本概念题1、写出下列参数的定义式，并说出其物理含义a.导热系数λb.对流换热系数hc.圆筒壁面传热系数Kd.努谢尔特数Nube.普朗特数Pr2、与固定不透明壁面相比，气体辐射换热有何特点？3、分别计算下列流道中的水力当量直径：正方形通道：边长a夹层通道：间距b=r2-r1二、计算分析题（任选两题）1.某一长方体金属块的尺寸为15×20×15mm3,密度为ρ=8666kg/m3,λ=26W/m2℃cp=343W/kg℃.初始温度为600℃，放入50℃的大油池中进行冷却处理，设油池中的对流换热系数为450W/m2℃，求该问题冷却到120℃所需要的时间。2.二块平行无限大平壁的表面发射率分别为ε1=0.25和ε2=0.5，他们中间放置两面辐射率均为ε3=0.05的遮热板，如果平板的温度分别为t1=250℃和t2=50℃.试求两板之间的辐射换热量以及家遮热板后辐射换热减少的百分比（不计热传导和对流换热）4、在单流程逆流式换热器中，用高温烟气加热水。高温烟气的流量为13Kg/s,比热容为1010W/kg℃，进口温度为427℃，水的流量为12kg/s，比热为4179W/kg℃，温度由27℃升到87℃。换热器的传热系数为900W/m2℃，试求高温烟气的出口温度及换热器的传热面积。CY-41、流体与两平行平板间的对流换热如下面两图所示。试画出两种情况下流体温度分布曲线（注：直接画在下面两张图上）（4分）（1）qw1=0(2)qw1=qw22、对于右图所示几何结构，试导出从沟槽表面发出的辐射能中落到沟槽外面的部分部分所占的百分数计算式。设在垂直纸面方向为无穷长。（5分）3、两块不同材料的平板组成如图所示大平板，两板的面积分别为F1和F2，导热系数分别为λ1λ2.如果该大平板的两个表面分别维持在均匀的温度t1及t2.试导出通过该大平板的到热量Q的计算式。（5分）4、某一瞬间，假定一厚度为δ的无限大平板的温度分布可表示成t=c1x2+c2的形式，其中c1和c2为已知常数。试求（1）导出此时刻在x=0表面处的热流密度q|x=0=0（2）证明此时刻平板的平均温度随时间的变化率φt/φτ=2ac1，这里a为平板材料导热系数。（15分）5、q=1000W/m2的热流密度沿x方向通过厚δ=20mm平板（见右图）。已知在x=0,10及20mm处温度分别为100℃，60℃及40℃.试据此数据确定平板材料导热系数λ=λ0（1+bt）(t为平均温度)中的λ0及b.（18分）8、室温为t∞=10,大房间有一根d=10cm烟筒，其竖直部分已知空气的物性数据ρ=1.06kg/m3,λ=0.029W/m2℃ν=18.97×10-6m2/s,Pr=0.696.大空间自然对流换热实验准则式为Nu=C(GrPr)n,式中系数c及指数n见附表一。（20分）附表一Nu=C(GrPr)n中的c和n加热表面的形状及位置系数c及指数n适用范围(GrPr)流态cn竖平板层流0.590.25104-109竖圆柱紊流0.101/3109-1013横圆柱层流0.530.25104-1099、一燃烧试验设备的壁面上安置了一小块直径d=5cm圆形耐热玻璃，其穿透率τ=0.9，反射率ρ=0，黑度ε=0.3，如果燃烧温度Tg=727℃，设备的环境温度T∞=20℃，外表的对流换热系数h=9.6W/(m2℃)，试导出耐热玻璃的能量守恒式，并据此计算玻璃的温度Tw及其散热量Q，假定玻璃的温度时均匀的.(18分)10、有一逆流式套管式冷油器，冷却水流量Gc=230kg/h，进水温度tc`=35℃，热油进口温度th`=120℃，传热面积F=1.4m2，传热系数k=280W/m2℃。如果油的出口温度th``不允许低于60℃，冷却水的出口温度tc``不得高于85℃。试计算冷油器每小时所能冷却的最大油流量Gh。已知水的cpc=4.17kJ/kg℃，油的cp=2.1kJ/kg℃.(15分)