哈工程2011传热学A卷试题及答案

1、2011年春季学期传热学（A卷）答案一（10分）外直径为50mm的蒸汽管道外表面温度为400，其外包裹有厚度为40mm、导热系数为0.11W/(m·K)的矿渣棉。矿渣棉外又包有厚为45mm的煤灰泡沫砖，导热系数为0.12W/(m·K)，煤灰泡沫砖外表面温度为50，试求通过每米长该保温层的热损失，并给出矿渣棉外表面温度。解：由多层圆筒壁的导热热流量公式可知：（3分）其中,m, （2分）0.11W/(m·K), 0.12W/(m·K)带入公式，可得：W（1分）设矿渣棉外表面温度为，则由能量守恒定律可知：（3分），代入数据，可得：（1分）二（10分）直径为12

2、mm、初始温度为1150K的钢球，突然被放置于温度为325K、表面传热系数为20W/(m2·K)的空气中冷却。已知钢球的物性如下：l=40W/(m·K)，r=7800kg/m3，c=600J/(kg·K)。试确定钢球中心温度被冷却到400K所需的时间？如果考虑辐射的影响，冷却时间应延长还是缩短？解：这是一个典型的非稳态热传导问题，先计算其毕渥数的大小：，故可以利用集总参数法计算此非稳态问题。（2分）由公式： （4分） 可得：（1分）代入数值，可得：s（1分）如果考虑辐射的影响，则钢球的散热强度增强，冷却时间会缩短。（2分）三、（10分）当流体为空气时，对横掠平板的

3、强制对流换热进行实验测定，测得空气温度相同时的结果如下：当时，；当时，。假定换热规律遵循如下函数形式：，其中，为常数，正方形的特征尺寸为对角线长度为。试确定：指数的大小是多少？解：由题意知， 由相似准则关系式知即，对于空气： （2分）所以 （3分）又 ，所以 （2分）因此， ，（1分） ，（2分）四（10分）水以0.9kg/s的流量在内径为d=2.6cm的管内流动，管子内表面温度为60，水的进口温度为20，求水被加热到40所需的管长？已知水的物性参数为：温度()(kg/m3)（m2/s）kJ/（kg·K）20998.259.91.0064.1837.0230995.661.80.80

4、54.1745.4240992.263.50.6594.1744.31解： （1分） （2分） 且流体被加热 （2分） （1分）根据热平衡，有： （2分） （1分） 不必修正 （1分） 五、有一微元黑体表面，面积为，温度为，与该黑体表面相距处另有一个微元黑体表面，面积为，温度为，这两个微元面积的空间方位如图所示，试计算从发出落在对所张立体角中的辐射能量。根据立体角的定义 （3分） （2分） （3分） （2分）六、计算题（10分）两个直径为的平行同轴圆盘相距，两盘置于墙壁温度大房间内，一圆盘、，另一圆盘绝热。若两圆盘的背面均不参与换热，求圆盘1的净辐射散热量和绝热盘2的温度。已知同轴圆盘之间的角

5、系数。解:辐射网络图如下（2分）角系数， ， ，（1分） （1分）所以（1分）（1分） （2分） （1分）（1分）七（10分）一台逆流式换热器用水来冷却润滑油。流量为 2.5kg/s的冷却水在管内流动，其进出口温度分别为15 和60，比热为 4174J/(kg · K) ；热油进出口温度分别为110 和70 ，比热为 2190 J/(kg·K) 。传热系数为 400W/(m2·K)。试计算所需的传热面积并画出此时冷、热流体沿流动方向的温度曲线。解         对数平均温差

6、为 （ 3分）（ 2 ）计算水所吸收的热量 （ 2 分） （ 3 ）计算传热面积   由 得   (2 分 ) 冷热流体的温度图形为（3分）简答题：1（5分）由导热微分方程可知，非稳态导热只与热扩散率有关，而与导热系数无关。请判断这句话是否正确并给出理由。答：上述观点不对（2分）。由于描述一个导热问题的完整数学描写不仅包括控制方程，还包括定解条件，所以虽然非稳态导热的控制方程只与热扩散率有关，但边界条件中却有可能包括导热系数。（3分）2（5分）串联热阻可以叠加的条件是什么？答：在一个串联的热烈传递过程中，如果通过各个环节的热流量相同，则各串联环节的的总热

7、阻等于各串联环节的热阻之和。（5分）3（5分）试解释为什么对于无限空间紊流自由流动，即使用了“错误的”定型尺寸，也能得出正确的表面换热系数？（无限空间紊流换热准则式）答：因为无限空间紊流自由流动换热的准则式中指出，h与板的高度无关，所以能得出这些论点。 （2分）具体推到过程如下： （2分） 它表明自然对流紊流的表面传热系数与定型尺寸无关，出现自模化现象。 （1分）4.蒸气与温度低于饱和温度的壁面接触时，有哪两种不同的凝结形式？产生不同凝结形式的原因是什么？答：珠状凝结和膜状凝结。（2分）当凝结液体能很好地润湿壁面时，在壁面上将铺展一层液膜，这种凝结方式称为膜状凝结。（1分）当凝结液体不能很好地润湿壁面时，凝结液体在壁面上形成一个个液珠，且不断发展长大，并沿壁面滚下，壁面将重复产生液珠、成长、滚落过程，这种凝结形式称为珠状凝结。（2分）5.金属工件在炉内加热时，工件的颜色随着加热温度的升高怎样变化？试从传热学的角度解释这一现象。（5分）答：当加热金属时可以观察到：金属温度低于500时，由于没有可见光辐射，因此肉眼不能觉察到金属颜色的变化；（1分）随着温度的不断升高，金属将相继呈现暗红，鲜红，橘黄等颜色；（2分）当温度超过1300时，将出现白帜。（2分）6、黑体表面与重辐射面相比，均有。