上海交大传热学考题(A)-答案

1、20042005 学年传热学考试试题（ A）答案回答下列 5 题（ 25 分） 答：略二 如右图所示，在图中画出节点（ i，j ）的控制区域，并试导 出其二维稳态导热时的离散方程。 已知右侧壁绝热； 顶端处于 温度为 t f的流体中， 换热系数为 h ，有内热源为 ；网格均匀xh 2 (t fxyti,j)401 ti, jx2 xh(tfti,j)22f4y ti 1, j ti ,jx ti,j 1 ti,j2x2yx y 时，ti 1, j ti,jti,j22 x0划分，且 x y ；材料的导热系数为 。（ 10 分） 解：也可以化简为：h x h x (2 )ti,jti 1,j t

2、i, j 1 tf三 由两种不同材料组成的一维复合平板如图1 所示， 左侧表面 （ x 0 ）保持恒温 t0，右侧表面（ x LA LB ）暴露于温度为 t （t0 t ）、对流换热系数为 h 的气流中，忽略复合平板 与环境的辐射换热和接触热阻。 （15 分）1 给出通过复合平板的稳态热流密度 q 的计算 公式；2 推导稳态时，平板 A 和 B 分界面温度 t1 的计 算公式；解：令LARAA, RBLB, Rh Bt0t1qLALB 1ABht0tt0 t12qLALB 1LAABhA1 h或： qt1 tLBt0 t1LA3 假设导热系数 A B ，画出 x 从 0 到的稳 态温度分布趋势

3、。t0 tLAt1 t0 t0 qRA1 0 LA LB 1 A 0 A A B h(RB Rh)t0 RAt t1RA RB RhBh3 如下图所示四 对流换热（ 15 分）1. 如右图所示，温度为 T 300K 的冷气体以 u 20 m/s的流速平行地吹过一快平板（平 板一边与来流垂直） ，平板的长和宽均为 2m，采用一组非常薄的电加热器使平板维持均匀温 度在 Tw 500 K 。流体的导热系数、密度、比热和运动粘度分别为：0.02 W （m K），1kg m3，Cp 1000 J （kg K）， 2 105m2 s。试回答下列问题：T 300K u 20m s末端起始端（ 1）计算普朗特

4、数（ Pr）、雷诺数（ Re）；判断平板末端的流动是层流还是湍流，如果是 湍流，请计算临界距离 xc （注：临界雷诺数可取 Rec 5 105）（ 2）计算气体带走的总热流量（ q）；解： （1） PracpReulxcRecu25m 2 10 50.02WmK1mkg3m1000 kgJKkg K20 2m1025ms2 106 5 105 ，因此末端流动处于湍流状态5 105 210 5m220ms0.5 m2） a 层流部分换热：Nuchc xc0.50.664 Rec0. 5Pr0.33330.664 (5 105) 0.5 10.333hc469.52 0.020.518.78469

5、.52qchc Ac (TwT ) 18.78 0.5 2 (500 300) 3.756 kWb 湍流部分换热qtlhtl dx(TwxclT ) l (Tw T ) ht dx xc(Twl 0.0296Rex4 5Pr13 dxxxc45uxl(Tw0.0296dxxcx2000.0296 0.024520 524 5 0.54 5521.79 kW2 10c 总热流量：q qcqt3.756 21.79 25.55 kW也可以采用平均换热系数进行计算，即公式(5 42)，p.150Num0.037 Re4 5 871 Pr130.037 u l45871hm0.03720 252 10

6、 5458713193.67Num3193.67 0.02231.94q hmA(Tw T )31.94 4 200 25.55 kW五 一个逆流换热器，热工质在管内流动，冷却水在管外流动。工质的进出口温度分别为：th 80 C ，th 55 C ，质量流率为 qmh 1800 kg min ，比热 ch 2.0kJ (kg K)；冷却水 的进口温度为 tc 20 C ，其质量流率为 qmc 1500 kg min，cc 4.18kJ (kg K) ；金属光管 内径 di 50mm，壁厚为2 mm ，导热系数为 45W (m K ) 。管内工质的对流换热系数1800 kg min 60 s m

7、inhi 800 W (m2 K) ，水侧的对流换热系数 ho 2000W (m2 K) ，请确定该换热器所需要 的管外侧换热面积 Ao？ (20 分)kJ2 (353 K 328 K) 1500 kW kg K解：(1)换热量qmhch(Th Th )2)冷却水出口温度 tc ：qmccc(TcTc )qmccc1500 kW1500 kgmin293 K3)4)5)60 smin4.18kgkJK307.35K 34.35 C对数平均温差 t总传热系数 ktmaxtmintmaxlntmin(8034.35) (55 20) 40.09 C ln (80 34.35) ln (55 20)

8、k11 do doln do 1hi di 2di ho11 0.054 0.054 0.054 1ln800 0.05 2 450.05 20000.00135 0.00004618 0.0005 527.38 W (mK)换热面积 A o：Aok t mAo k tm k tm103 W270.95 m2 W527.38 2 40.09 Km2 K1500六 如右图所示，半球表面是绝热的，底面被一直径(d 0.2 m )分为 1、2 两部分。表面1 为灰体， T1 550 K ，发射率1 0.35 ；表面 2为温度 T2 330 K 的黑体，回答下列问题( 15 分)1)计算角系数 X3,(1 2) ，X1,2 ， X1,3， X 2,33)画出热网络图(注：热阻为无穷大时，相当于断路) 计算表面 1 和表面 2 之间的换热量解： (1) A3X 3,(1 2)A1 2X 3,(1 2)d2 4 0.5；X1,3 X2,3 1； X1,2 0d 2 22)这是一个三表面组成的辐射换热系统，面，因此，其热网络图如下所示，但由于表面2 为黑体，而且表面 3 为绝热表11又由于R1,2，故此，此处相当于断路，这样，上