传热学试卷及答案

1、上海海洋大学答案学年学期2009_ 2010学年第1学期考核方式闭卷课程名称传热学A/B卷(A )卷课程号1402501学分3.5学时56题号一一三四五六七八九十总分分数阅卷人姓名:学号:专业班名:问答题 （共36分，每题6分。请将每题的答案写在相应题目的空白处。）1,厚度为L,导热系数为入，初始温度均匀为to的无限大平壁，两侧突然置于温度为tf的流体中，对流换热表面传热系数为 ho试定性画出当Bi时的平壁内部温度和流体层温度随时间的变化。答：2 .蒸气中含有不凝结性气体，对腺状凝结换热有何影响？为什么？答：蒸气中含有不凝结性气体，会使得膜状凝结换热表面传热系数大大减小。原因一一蒸气中含有不凝

2、结性气体，在靠近液膜表面的蒸气侧，随着蒸气的凝结，蒸气分压力减小而不凝结气体的分压力增加，蒸气抵达液膜表面进行凝结前，必须以扩散方式穿过聚集在界面附近的不凝结气体层，不凝结气体层的存在增加了传递过程的阻力；同时蒸气分压力的下降，使相应的饱 和温度下降，减小了凝结的动力t=ts-tw,也使得凝结过程削弱。3 .何为过冷沸腾和饱和沸腾？大容器饱和沸腾曲线可以分为哪几个区域？答：过冷沸腾一一大容器沸腾中流体主要部分的温度低于相应压力下的饱和温度，则这种沸腾称 为过冷沸腾。饱和沸腾一一大容器沸腾中流体主要部分的温度等于相应压力下的饱和温度，则这种沸腾称为过冷沸腾。大容器饱和沸腾曲线分为：核态沸腾区、过

3、渡沸腾区和膜态沸腾区。4 .半径为R的半球形容器的内表面为绝热面3,温度为T3,顶部平面的一半为灰表面2,温度为T2,另一半为黑表面1,温度为 T1 (T1>T2)。试求角系数 Xi,2,X2，X3,1,X3,2,X3,3。12_3答:Xi2 =0 X21 =01,4JIX1 3 =i ：I ,。X3,1AiA3Xi,3二R22 二 R2同理,X3,2二. X 3,3 = 1 一 X3,i-X 3,25 .试画出冷凝器和蒸发器中，两种流体温度随换热面积（沿程）的变化关系。 答：6 .为强化一台冷油器的传热，有人用提高冷却水流速的办法，但发现效果并不明显，试分析 原因。答：冷油器中由于油的

4、粘度较大，对流换热表面传热系数较小，占整个传热过程中热阻的主 要部分，而冷却水的对流热阻较小，不占主导地位，因而用提高水速的方法，只能减小 不占主导地位的水侧热阻，效果不明显。.计算题 （共64分，每题16分。请将每题的答案写在相应题目的空白处。）1 .厚度为10cm的大平板，通过电流时发热功率为 3M104 W/m3,平板的一个表面绝热，另一个表面 暴露于25 C的空气中。若空气与平板表面间的对流换热系数为50 W/（m2,七），平板的导热系数为W/（m，C）,试确定平板中的最高温度。解：（1）该题的数学描写为：d2tdx2dtBChdtdxdx x=b0 0xf5Uf)(2)该问题的解为2

5、2t =(、.2 -x2)tf2 -h(3)平板中的最高温度据题意，平板的最高温度出现在x = 0处，于是有tmax一 2 空3 一 tf2 h3 1042(10/100)22 33 104 (10/100) 2550= 135 C2.热电偶的接结点近似为是直径为0.5mm 的球体，热电偶材料的 P = 8500kg/m3, cP = 400 J/(kg K),九=20 W/ (mK)。热电偶初始温度为 25七，突然将其放入100七的气流中，热电偶表面与气流间的 表面传热系数h=95W/ (m2K),试求热电偶指示温度为 50七时所需时间。解:(1)判断能否用集中参数法Biv4 - 3_ 2h

6、(R3/4：R2)h(V/A)(3)_3_hR/3 hd/6 _ 95 (0.5 10 )/620= 3.958 10“ 二 0.1 1( = 0.0333)可用集中参数法求解。(2)所需时间t -t：, hA 、， 6h 、50 -1006 95二 exp(-j )25 -008500 400 0.5 10=1.21s3.某换热器，冷却水以2m/s的速度流过内径d=20mm的长铜管，已知：管内壁平均温度为80C。欲将水从进口处的 20c加热到出口处的50C ,试计算水与管内壁之间的对流换热表面传热系数。准则关联式为：Nuf = 0.023Ref8 Pr0.4f04).wNuf =1.86(R

7、ef Prf d / L) 13t(C)入(W/(m C)P(kg/m3)Cp(kJ/(kg C)Y106/2(m2/s)106Pr水的物性简表:0.14-f(Ref ：二104).w(Pas)200.599998.24.1831.00610047.02300.619995.74.1780.850801.25.42400.634992.24.1780.659653.14.31500.648988.14.1830.556549.23.54800.674971.84.1950.365355.12.21tftf tf一 220 50二35 C解：(1)水的平均温度查水物性表有：tf =35 C =f

8、 =0.6265W/(m C)62 , 、f = 0.7545 10 m / sf -727.15 10 -6 PasPrf =4.865tw =80 C= "w =355.1 10-6 Pas(2)计算雷诺数Ref(3)计算努塞尔数0.11Nuf=0.023Ref.8 Pr0.4_ 3ud 2 (20 10 )4 I一 =/ = 5.30 104104、f 0.7545 104、0.80.4727.15 10上 、0.11= 0.023 (5.3 10 )4.865(-“)355.1 10= 281.98计算表面传热系数fhf 二 一 Nu fd0.626520 10 '2

9、81.98 =8833.02W/(m2 K)4,某一逆流套管换热器，其中油从t1 =80 0 =100C被冷却至t= 30 C =60c,水由t2 =20C= 20C加热到t2“ = 25c = 50C,水的流量为720kg/h。油的比热容为Cp1 = 2.093 kJ(kg K)= 2.131kJ/ (kg K),水的比热容为cp2 - 4.174 =4.174kJ/ (kg K)。按逆流布置，其传热系数为 K=350W/(m 2 ),计算油的质量流量及该换热器的面积。解：(1)油的质量流量及换热器的换热量q q q mlcpl (tl' -tl ) =qm2cp2(t2 -t2)720= qmi 2.131 (100 -60)= 4.174 (50 -20)3600中=25.044kWqm1 =1057.7kg/h0