上海交大传热学考题(A)-答案

1、2004 2005学年传热学考试试题（a）答案一回答下列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tf的流体中，换热系数为h ,有内热源为；网格均匀划分，且 x y;材料的导热系数为。（10分）解：y ti 1,j ti,j2 xx ti,j 1 ti,j1 t.x ,、h- (tf ti,j) ti 1,j ti,jti,j 1 ti, j xx2x y 时，一jj h (tfti)2224也可以化简为：(2 ”)l,jti 1,jti,j1”tf三由两种不同材料组成的一维复合平板如图面（x

2、lalb）暴露于温度为t （ t t1所示，左侧表面（x 0）保持恒温t0,右侧表 ）、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；3假设导热系数 a b,画出x从0到8的稳 态温度分布趋势。解：令 ra丛，rblb, rhabto tlalb 1t。tlalb1a bht0 t1laaa bht0 t lat1 t0,7t0 qrala lb 1 aa b h或：qt1 tt tlbla(rb rh)t0 rat t1ra rb rh3如下图所示四对流换热（15

3、分）1 .如右图所示，温度为 t 300 k的冷气体以u20 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 10 5 m2/s。试回答下列问题：tw = 500 k末端t 300 k -u 20 ms - a起始端（1）计算普朗特数（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

4、气体带走的总热流量（q）;25 m2 10 5 解： (1) pr - acpsccc w0.02m kj 1000 kg kre20 2ms2 1065 105 ,因此末端流动处于湍流状态10xcrecu255 m5 105 2 10 5s20m s0.5 m2 2） a层流部分换热:hc xc0.50.3333nu 0.664reprcc0.664 (5 1 05 ) 0.5 1 0.333469.52hc469.52 0.020.518.78wm2 kqchc a (twt ) 18.78 0.5 2 (500 300) 3.756 kwb湍流部分换热qtlhtl dx(twxcit )

5、 l (tw t )ht dxxc(twt)l 0.0296re45 pr13 dx %xl (tw t ) 0.0296ldxxcx2 200 0.0296 0.02 - -20r2454 2 10 54 50.521.79 kwc总热流量:qc qt3.756 21.79 25.55 kw也可以采用平均换热系数进行计算，即公式(542), p.15045_45 _ 1 3 一_ ulnum 0.037 re4 5 871 pr0.0378714 520 20.037 871 3193.672 10 5h numhm l3193.67 0.02w 31.942 m kq hmactw t )

6、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 g 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 2mm,导热系数为 45w；(m k)。管内工质的对流换热系数 hi 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1800&g- min60min的管

7、外侧换热面积 a。？(20分)kj2(353 k 328 k) 1500 kwkg k解：(1)换热量qmhch(th th)(2)冷却水出口温度tc :tc(3)(4)(5)q mccc (tc tc )qmccc1500 kwkg 1500 min60 min293 k307.35k34.35 c对数平均温差tm总传热系数ktmaxtmintmaxin tmin(8034.35) (55 20) 40.09 c 1n (80 34.35)(55 20)k 11 dodo , doinhi di2 di11 0.0540.054 , 0.054 1inh。800 0.052 450.0520

8、000.00135 0.00004618 0.0005换热面积a。：aok tm527.38w, (m2k)aokrk tm1500103 ww527.38 40.09 km k270.95 m2六 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)3(1)计算角系数 x3,(1 2) , x1,2 , x13, x2,3j(2)画出热网络图(注：热阻为无穷大时，相当于断路)q , 2(3)计算表面1和表面2之间的换热量解：(1 )a3x3, (1 2)a1 2x3,(1 2)d2 4cl,2 .0.5 ； x1,3 x2,31 ； x1,20d2 2(2)这是一个三表面组成的辐射换热系统，但由于表面2为黑体，而且表面 3为绝热表面，因此，其热网络图如下所示，又由于rl,2,故此，此处相当于断路，这样，上图就可以表