传热学试卷及答案

第1页共5页上海海洋大学答案学年学期2009~2010学年第1学期考核方式闭卷课程名称传热学A/B卷（A）卷课程号1402501学分3.5学时56题号一二三四五六七八九十总分分数阅卷人姓名：学号：专业班名：一．问答题（共36分，每题6分。请将每题的答案写在相应题目的空白处。）1．厚度为L，导热系数为λ，初始温度均匀为t0的无限大平壁，两侧突然置于温度为tf的流体中，对流换热表面传热系数为h。试定性画出当Bi→∞时的平壁内部温度和流体层温度随时间的变化。答：2．蒸气中含有不凝结性气体，对膜状凝结换热有何影响？为什么？答：蒸气中含有不凝结性气体，会使得膜状凝结换热表面传热系数大大减小。原因――蒸气中含有不凝结性气体，在靠近液膜表面的蒸气侧，随着蒸气的凝结，蒸气分压力减小而不凝结气体的分压力增加，蒸气抵达液膜表面进行凝结前，必须以扩散方式穿过聚集在界面附近的不凝结气体层，不凝结气体层的存在增加了传递过程的阻力；同时蒸气分压力的下降，使相应的饱和温度下降，减小了凝结的动力t＝ts-tw，也使得凝结过程削弱。3．何为过冷沸腾和饱和沸腾？大容器饱和沸腾曲线可以分为哪几个区域？答：过冷沸腾——大容器沸腾中流体主要部分的温度低于相应压力下的饱和温度，则这种沸腾称为过冷沸腾。饱和沸腾——大容器沸腾中流体主要部分的温度等于相应压力下的饱和温度，则这种沸腾称为过冷沸腾。大容器饱和沸腾曲线分为：核态沸腾区、过渡沸腾区和膜态沸腾区。第2页共5页4．半径为R的半球形容器的内表面为绝热面3，温度为T3，顶部平面的一半为灰表面2，温度为T2，另一半为黑表面1，温度为T1（T1T2）。试求角系数3,32,31,31,22,1,,,,XXXXX。123答：2141411141412211002,31,33,32,3223,1311,33,11,22,1XXXXRRXAAXXXX同理，5．试画出冷凝器和蒸发器中，两种流体温度随换热面积（沿程）的变化关系。答：6．为强化一台冷油器的传热，有人用提高冷却水流速的办法，但发现效果并不明显，试分析原因。答：冷油器中由于油的粘度较大，对流换热表面传热系数较小，占整个传热过程中热阻的主要部分，而冷却水的对流热阻较小，不占主导地位，因而用提高水速的方法，只能减小不占主导地位的水侧热阻，效果不明显。二．计算题（共64分，每题16分。请将每题的答案写在相应题目的空白处。）1．厚度为10cm的大平板，通过电流时发热功率为3104W/m3，平板的一个表面绝热，另一个表面暴露于25C的空气中。若空气与平板表面间的对流换热系数为50W/(m2C)，平板的导热系数为3W/(mC)，试确定平板中的最高温度。解：（1）该题的数学描写为：)(0..0022fxxxtthdxdtdxdtCBdxtd第3页共5页（2）该问题的解为fthxt)(222（3）平板中的最高温度据题意，平板的最高温度出现在x＝0处，于是有Cthtf1352550)100/10(103)100/10(3210324242max2．热电偶的接结点近似为是直径为0.5mm的球体，热电偶材料的＝8500kg/m3，Pc＝400J/(kgK)，＝20W/（mK）。热电偶初始温度为25C，突然将其放入100C的气流中，热电偶表面与气流间的表面传热系数h=95W/（m2K）,试求热电偶指示温度为50C时所需时间。解：（1）判断能否用集中参数法)0333.0(311.010958.3206/)105.0(956/3/)4/34()/(4323hdhRRRhAVhBiV可用集中参数法求解。（2）所需时间scdhcVhAtttt21.1)105.04008500956exp(002510050)6exp()exp(303．某换热器，冷却水以2m/s的速度流过内径d=20mm的长铜管，已知：管内壁平均温度为80℃。欲将水从进口处的20℃加热到出口处的50℃，试计算水与管内壁之间的对流换热表面传热系数。准则关联式为：)10(RePrRe023.0411.04.08.0fwffffNu)10(Re)/Pr(Re86.1414.031fwffffLdNu水的物性简表：t（℃）λ（W/(m℃)）ρ（kg/m3）cp（kJ/(kg℃)）ν106（m2/s）μ106（Pas）Pr第4页共5页200.599998.24.1831.00610047.02300.619995.74.1780.850801.25.42400.634992.24.1780.659653.14.31500.648988.14.1830.556549.23.54800.674971.84.1950.365355.12.21解：（1）水的平均温度Ctttfff35250202查水物性表有：PasCtPassmCmWCtwwfffff6626101.35580865.4Pr1015.727/107545.0)/(6265.035（2）计算雷诺数4463101030.5107545.0)1020(2Reffud（3）计算努塞尔数98.281)101.3551015.727(865.4)103.5(023.0PrRe023.011.0664.08.0411.04.08.0wffffNu（4）计算表面传热系数)/(02.883398.28110206265.023KmWNudhfff4．某一逆流套管换热器，其中油从1t＝100℃被冷却至1t＝60℃，水由2t＝20℃加热到2t＝50℃，水的流量为720kg/h。油的比热容为1pc＝2.131kJ/（kgK），水的比热容为2pc＝4.174kJ/（kgK）。按逆流布置，其传热系数为K=350W/(m2℃)，计算油的质量流量及该换热器的面积。解：（1）油的质量流量及换热器的换热量第5页共5页skgorqhkgqkWqttcqttcqmmmpmpm/294.0/7.1057044.25)2050(174.43600720)60100(131.2)()(11122221111（2）逆流布置时的对数平均温差Ctttttttttm81.44206050100ln)2060(50100ln)(21212121（3）换热器的面积2360.181.4435010044.25mtKAm