传热学期末试题及答案(计算题精选)

1、一内径为300mm、厚为10mm的钢管表面包上一层厚为20mm的保温材料，钢材料及保温材料的导热系数分别为48和0.1，钢管内壁及保温层外壁温度分别为220℃及40℃，管长为10m。试求该管壁的散热量。解：已知d1=300mmd2=300+2×10=320mmd3=320+2×20=360mmmtw1=220℃tw2=40℃=9591.226W2、一块厚20mm的钢板，加热到5000C后置于200C的空气中冷却。设冷却过程中钢板两侧面的平均表面传热系数为)/(352KmW,钢板的导热系数为)/(452KmW，若扩散率为sm/10375.125。试确定使钢板冷却到空气相差100C时所需的时间。解：由题意知1.00078.0hABi故可采用集总参数法处理。由平板两边对称受热，板内温度分布必以其中心对称，建立微分方程，引入过余温度，则得：0)0(0tthAddcv解之得：)exp())/(exp()exp(0hAVchcvhAsC3633100＝时，将数据代入得，当3、如图所示的二维、含有内热源、常物性的稳态导热问题，试导出内角顶节点O（m,n）的离散方程式。且Δx=Δy时，解出内角顶节点O（m,n）的温度分布nmt,（8分）解：分）（时，当分）2.......................................................................2232326......(0224322,21,,11,,1,,,,1,,,1,1,,,1fnmnmnmnmnmnmnmfnmnmnmnmnmnmnmnmnmtxhxtttttxhyxtthyxyxyttxxttyyttxxtty4、压缩空气在中间冷却器的管外横掠流过，a0=90W/(m2·k)，冷却水在管内流过a1=6000W/(m2·k)。冷却管是外径为16mm，厚1.5mm的黄铜管。求：1）此时的传热系数；2）若管外表面传热系数增加一倍，传热系数有何变化；3）若管内表面传热系数增加一倍，传热系数又作何变化。解：）对于管外表面积的传热系数为2）略计算壁热阻，传热系数为传热系数增加了96%3)传热系数增加还不到1%∴抓住分热阻最大的那个环节进行强化，才能收到显著效果。5-已知：20℃的水以2m/s的流速平行地流过一块平板，边界层内的流速为三次多项式分布。求：计算离开平板前缘10cm及20cm处的流动边界层厚度及两截面上边界层内流体的质量流量（以垂直于流动方向的单位宽度计）。解：20℃的水smv/10006.126smu/2（1）x=10cm=0.1m61000.101.02Revxux=19880.72小于过渡雷诺数xRe.按（5—22）muvx36100406.121.010006.164.464.4设3)(2123yyuuyyyyydyyuduuuuduuudm])(2123[30000=]843[)](8143[0342uyyu=998.2285=1.2982/mkg（2）x=20cm=0.2m610006.102.02Rex=39761.43（为尽流）361047.1202.010006.164.464.4uvxm834.18522.9980yxdum2/mkg、6、水流过长为10m的直管，入口温度为20℃，出口温度为40℃，管内径d＝20mm，水在管内流速为2m/s，求对流换热系数和平均管壁温度。已知：30℃水的物性为λ＝0.618W/(m·K)，ν＝0.805×10－6m2/s，Pr=5.42，ρ＝995.7kg/m3,cp=4.17kJ/(kg·K)。管内紊流强制对流换热关联式为4.08.0PrRe023.0Nu。解：定性温度302/)4020(ft℃43.25842.5)10805.002.02(023.0Pr)(023.0PrRe023.04.08.064.08.04.08.0udNu)/(4.798502.043.258618.02KmWdNuh由热量平衡得：tdlhttcqpm)'''(11则：4.10104.7985441707.995202.04)'''()'''(4)'''(1111211hlttcdudlhttcuddlhttcqtpppm设管壁平均温度为t，则：4.10)4020ln()40()20(ttttt解得：t＝43.4℃7、试确定一个电功率为100W的电灯泡发光效率。假设该灯泡的钨丝可看成是2900K的黑体，其几何形状为mmmm52的矩形薄片。解：40100TCEb可见光的波长范围0.38～0.76m则KmTKmT.2204;.110221由表可近似取19.10;092.076.0038.00bbFF在可见光范围内的能量为%094.019.1010040TC发光效率%09.108、有一圆柱体，如图2所示，表面1温度1550KT，发射率10.8，表面2温度2275KT，发射率20.4，圆柱面3为绝热表面，角系数3,10.308X。求：（1）表面1的净辐射损失；（2）绝热面3的温度。解：(1)09.03.0221AA,18.03.06.03A616.0308.009.018.01,3133,1XAAX,384.0616.012,1X36.0109.08.08.011R,06.0109.04.04.012R9.28384.009.01112112XAR0.18616.009.012313RR0.1620.189.281/)(122313RRR10.6m230.3m图2Eb1R1J1R12R2J2R13R23J3Eb3W)(1031.40.1606.0136.01)75.25.5(67.52441Φ……………………………...(2))W/m(1081.436.011031.45.567.523241111RΦEJb)W/m(1061.206.011031.475.267.523242122RΦEJb)W/m(1071.3)1061.21081.4(21)(212333213JJJ33bEJ∴)K(5061067.51071.3483433σJT…………………...9、一台逆流式换热器用水来冷却润滑油。流量为2.5kg/s的冷却水在管内流动，其进出口温度分别为15℃和60℃，比热为4174J/(kg·k)；热油进出口温度分别为110和70，比热为2190J/(kg·k)。传热系数为400W（m2·k）。试计算所需的传热面积。已知：qm2=2.5kg/s•计算平均温差（2）计算水所吸收的热量（3）计算传热面积由得10、在一台逆流式水－水换热器中，Ct5.871，流量为每小时9000kg，Ct322，流量为每小时13500kg，总传热系数)/(74012KmWk，传热面积A=3.75m2,试确定热水的出口温度。409.01)(exp11)(exp1623.03600/4191900075.31740)(6694.041741350041919000)()(/4174/4191,7540min2121BNTUBBNTUNTUcqkANTUcqcqBkkgJckkgJcCCmmmpp－＝为：法，逆流换热器的效能由则可查得：和别为设冷、热水平均温度分解：有效。定相差很小，计算结果冷热流体平均温度与设平均温度验算：＝又60.192/20.15)8.645.87(6694.0)()(15.762/)8.645.87(2/)(8.64)325.87(409.05.87)(2222212111121112111tttCtBcqcqtttttCttttttttmmmm