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文档简介

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

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