2016年传热学期中考试答案

1、w南昌大学20152016学年第二学期期中考试试卷答案1某一房间维持室内温度t=20。C，假定房间内壁表面温度在冬天和夏天分别为t=7。C,t=27。C，室内有一小物体，其外表面和空气间的自然对流表面传热系数dx为h二2W/（m2-K），测得物体外表面的平均温度为t二32。C，物体外表面的表面发w射率为0.9,试计算该物体单位面积在冬天和夏天的热损失。（12分）解：物体表面与室内空气之间的自然对流换热的热流密度为：q二h（t-1）二2x（32-20）二24W/m2（3分）wfT=32+273=305K,T=7+273=280K,T=27+273=300K（3分）TOC o 1-5 h zWdW

2、冬天物体与室内壁面之间的辐射换热热流密度为：q=g（T4-T4）=0.9x5.67x10-8x（3054-2804）=127.94W/m2（2分）d2Wd夏天物体与室内壁面之间的辐射换热热流密度为：q=g（T4-T4）=0.9x5.67x10-8x（3054-3004）=28.25W/m2（2分）x2Wx物体在冬天和夏天的热损失分别为：q=q+q=24+127.94=151.94W/m2dd2 HYPERLINK l bookmark14 q=q+q=24+28.25=52.25W/m2（2分）xx2写出空间直角坐标系中的导热微分方程表达式,并根据下列各条件分别简化该方程:（1）导热体内物性参

3、数为常数,无内热源；（2）二维，稳态，无内热源；（3）导热体内物性参数为常数，一维，稳态，有内热源；（10分）解:直角坐标系中的导热微分方程表达式为：pc生=2）+2）+2）+qdroxoxoyoyozozv（3分）（1）导热体内物性参数为常数，无内热源；屯=a（空+空+竺）（2分）orox2oy2oz2（2）二维，稳态，无内热源；0丄启）+2（九色）oxoxoyoy2分）（3）导热体内物性参数为常数，一维，稳态，有内热源；0二九d2t亦+qv3分）什么是临界热绝缘直径？平壁外和圆管外敷设保温材料是否一定能起到保温的作用，为什么？（8分）解：对应于总热阻为极小值时的隔热层外径称为临界热绝缘直径

4、。（2分）平壁外敷设保温材料一定能起到保温的作用，因为增加了一项导热热阻，从而增大了总热阻。达到削弱传热的目的。（3分）圆筒壁外敷设保温材料不一定能起到保温的作用，虽然增加了一项热阻，但外壁的换热热阻随之减小，所以总热阻有可能减小也有可能增大。（3分）对于一维无内热源无限大平板的稳态导热，平板左侧面绝热，右侧温度为60C,请问平板左侧面和中间截面的温度各为多少？为什么？(8分)解：平板左侧面和中间截面的温度各为60C.(4分)因为q二九早二0(4分)0一温度为20C的圆钢，长0.3m，直径为6cm,热导率为35W/(m.K),密度为7800kg/m3，比热容为460J/(kg.K)，通过长6m

5、，温度为1250C的加热炉时表面传热系数为100W/(m2.K)。如欲将圆钢加热到800C，试求圆钢通过加热炉的速度。(15分)答:(1)特征尺寸11!=I兀d21兀x0.062x0.3=4=4兀dl+2x1兀d2兀x0.06x0.3+2x1兀x0.06244=0.0136m（3分）(2)用毕渥数判断35Bv牛100四二003901M，可以用集中参数法(5分)(3)通过加热炉所需时间0tthA=b=exp（t）0t-1pcV008t=490.66s100800-1250二exp（-t）（5分）圆钢通过加热炉的速度:v二49066二.122m/s（2分）20-12507800 x460 x0.0

6、136二维无内热源稳态导热问题，ABCD为其边界，网格划分如图所示，试导出图中节点1,3的节点方程，已知AB边界为绝热的，BC边界为第三类边界条件，边界处流体温度为tf，对流换热系数为h，材料的导热系数久为常数。(12分)节点3的方程：节点1的方程(6分)空气以1m/s的速度外掠1.5m长平板，板宽为0.8m。已知空气温度t=70。C.f平板表面温度为t=30。C。计算空气平均表面传热系数及空气与板之间的换热量。15分）11解：答(1)特征温度：t二(t+1)二X(30+70)二50OC(2分)m2wf2据此查得：p二1.093kg/m3,九二2.83X10-2W/(m-K),v二17.95x

7、10-6m2/s,Pr二0.698(2分)(2)雷诺数：R二ul二1X1.5二83565.55x105(3分)ev17.95x10-6属于层流.（1分）（3）对流换热系数：N二0.644R0.5P1/3二0.644x83565.50.5x0.69&/3二165.14(3分)umer165.14x2.83X10-215=3.12W/(m2-K)(2分)4）空气与板之间的换热量：二hA（t-1）二3.12X1.5x0.8x（70-30）二149.76W（2分）fw强制对流和自然对流有哪几种流态，判断的准则数是什么？给出其具体表达式。（8分）答：层流、湍流。（2分）强制对流判断的准则数是R,R二U（3分）自然对流判eev断的准则数是G,G=也丝（3分）rrv2对管内充分发展的紊流流动换热，试分析在其他条件不变的情况下，将流体加热相同温升，而流体流速增加为原来的3倍时，管内对流换热表面传热系数有什么变化？管长又有何变化？（12分）解：由题意知，流体流动换热处于紊流充分发展区域，加热流体，因此采用公式：N=0.023R0.8P0.4（2分），其它条件不变时；ufefrfh二f二C）8二C）8二30.8二2.41（4分）即表面传热系数增加为原来的2.41倍h1NUf1Ref1u1根据=