西交大2000传热学

1、西安交通大学2000年硕士研究生入学考试传热学试题1.简明扼耍地回答下列问题(40分)(1) 有两跟材料不同，厚度均为25的等截面直肋a和b,处于相同的换热环境屮：肋基温度均为“)，肋端绝热，它们的表而均被 温度为j ,对流换热表面传热系数力为常数的流体所冷却，且 引心现测得材料a和b内的温度分布如图34所示。试分h.材料 a 和 b 导热系数的大小oti匕o'.导热系数较小因为肋端的过于温度& = &o r(7 ，& =g-oo 9 &b = 4 t g ，由图可知 j v 4，所以v 色，且 % = °bo，即1ch(ml)a函数一随ml的

2、ch(ml)增加而减小，所以(ml) a > (讪b ,又有la =lb(2) 试述强化管内流体对流换热常采用的方法，并简述理由。答：扩展传热血积，如增加肋片，波纹等，增加了传热面积；改 变流动状况，如增加流速，增加扰动、搅拌、采用旋流及射流，提高了紊流强度，破坏了流动边界层；改变流体物性；改变表血状况,如增加粗糙度，改变表面结构，表面涂层等；靠外力产生振荡。（3）在工业用换热器中，有的将肋片装在圆管的内表面，圆管外表 面为光管；有的换热器刚好相反，为什么？举例说明。答：肋片的主要作用是强化传热，在传热系数较小的一侧加肋, 达到强化传热的效果。在实际工作中根据情况加肋，所以有的 外表面加

3、肋有的内表面加肋。如肋片管式换热器，就在外壁加 肋。（4）简述遮热罩削弱辐射换热的基本思想。 答：加上遮热罩后，使辐射传热过程增加了阻力，所以削弱了 换热（5）在漫灰固体表面间辐射换热计算吋，往往给出的材料表面的发射率（黑度）一若要知道该材料的吸收比此时依据什么可 获 得 吸 收 比 q 的 值。答：对于漫灰固体，根据基尔霍夫定律£（门不仅与方向无关， 而且与波长无关,即匂（门=勺（巧,6（门=色（t）,所以漫灰表 面£ = q。2计算题（60分，每题20分）（1）初温为40°c,质量流量为1 kg/s的水流经一外管内径d?为60 mm,内管外径仏为40 mm的偏

4、心套管换热器的环形空间，偏心度s为5 mmo如图35所示。内管内为水蒸气凝结，使内管外表面壁维持在100°co换热器外売绝热良好。试确定把水加热到60°c吋所需要套管的长度。（不考虑大温差修正）附注：管槽内强制对流换热实验关联式 层流：阻 =1.86（ref prz 2）儿（生严i '久湍流：nuf = 0.023 re/8 pr/加热流体时n二0. 4冷却流体时n=0. 3饱和水的热物理性质t/°cp/ (kg/n3)勺旧/（焙幻"/"/(加必)“xl0&pr40992.24. 17463.5653. 34.3150988.

5、14. 17464. 8549.43. 5460983. 14. 17965.9469.92.99解：令水的初始温度为 加热后温度为匚，由题可知水蒸气的温度/.v=100°ca/=g_f2 = 100-40=60°car'=c-r；=100-60=40°carin竺ar60-40,60in-4050 °c所以水的平均温度$-0广100-50二50°cp = 988kg j =474 v /(kg k) , “ = 549.4xl(t%$ , pr = 3.54 ,2 = 64.8x102 w/(加k)水的流速：mu =pf=0.64 加

6、 / srr988.1x-x(602 -402)x10-6当量直径=彳(d)4= d° _ d、= 60 40 = 20mm = 0.02/?/龙(2+仏)'re = 0.64x988.1x0.02 = 23xl()4>2300 为湍流 a 549.4x1 o'6nuf = 0.023re pr；,因为是加热，所以n取0.4nuf = 0.023 x (2.3 xlo4)°-8 x3.5404 = 1182水侧表面换热系数力= m/7- = 118x ex i。= 3823w/(m2 k) f d0.02由于换热器外表面绝热，所以传热系数k=h换 热

7、量mep(t； -彳)kg1x474xl()3x(60 - 40)3823x50=0.4m27hlm 71 x 0.06(2)温度为140°c,总质量流量为3. 5 kg/s的热油被分配到两台换热 器中加热冷水。进口温度为25°c,质量流量为2kg/s的冷水申联流 过尔台换热器，最后被热油加热到75°co第一台为逆流式换热器， 其将热油冷却到90°c,并在第一台换热器后引出质量流量为 0. 8kg/s,温度为50°c的水作其他使用。第二台换热器为顺流式，试求二台换热器的面积和第二台换热器的出口油温。已知：水的比热容 s =4.174丿/（檢k）

8、,油的比热容s=2w0j/（kgk）。两台换热器的总 传热系数k均为400w/ （加2必）。解：设有进入第一台换热器的温度为3出口温度为；，水的进口温 度为彳2，出口温度°第一台换热器是逆流，所以 斤=人一右=140 50 = 90 c皿=t' -12 =90-25 = 65 °carntin竺ar90-65ln-65= 76.8°c换热量 i =qincp（t2-t2） = kaatina 二你心（/； 一 a）二 2 x 4.174 x （50 一 25）二1 - ktm 400x76.8- m设油进入第二台换热器的温度为。，出口温度为人，水的进口温度

9、为心,出口温度为匚 由题可知4 =140 °c, z4=/；=5o°c,行=75 °c换热量 2 = qcpo；-r4) = (2-0.8) x 4174x(75 - 50) = 125220w 乂2 = q”/p(4 - a), q”(2 二 qq沁i一“）2x4174x252100x(140-90)=2kg / sq ,池=3.5-2 = .5kg! s第二台换热器是顺流“2 = “3 = 140 50 = 90 ct2 = d； - 人 100-75 = 25 °caz 2 ina匚90-25to-ln-25=50.7 °c2kg1252

10、2040x50.7=6.2m(3)外径为159mm,长度为2m的水蒸气输送管道，水平置于空气温度为20°c,墙壁表面平均为22°c的大房间中，管道采用水泥珍珠岩保 温，其导热系数为avv/(/n z:) = 0.0651 + 0.000105r°c o管内水蒸气平均 温度为370°c,由接触式温度计测得保温层平均文明度为60°c,表面发射率(黑度)为0. 9若忽略管壁的导热热阻，试确定保温层的厚度。附注：干空气的热物理性质(p = 1.01325x10% )t/°cp/(kg / m3)/kj/(kg k)px02/w/(mk)vxlo6 /(m2 /s)pr201.2051.0052. 5915. 060