同济大学传热学真题 93-12年

EQ同济大学1993年硕士研究生入学考试传热学试题二根水平放置的圆管，他们的表面温度相同，长度也一样，粗管直径为细管直径的10倍。已知均被空气自然电流冷却，细管自然对流换热的EQGrPr=104，试求此两根管子表面对流换热系数的比值及换热量的比值。（10分）在换热器中一种流体由过热蒸汽冷却成过冷液体，另一种液体无相变，试分析在顺流、逆流条件下二种流体温度沿程变化。此时换热器中的平均传热温差应如何计算？（10分）一面积为20m2的平板集热器，对太阳辐射的吸收率为0.15，表面温度为60℃，大气温度为18℃，天空的有效辐射温度为-10℃，板表面的对流换热系数h=3W/m2.k，太阳队集热器的投射辐射为800W/m2。如将水从15℃加热到45℃，则1小时集热器可供多少水量？（已知水的比热水银温度计的芯温泡长15mm，直径为5mm，其物性参数ρ=8000kg/m3，c=430J/kg.k，λ=10W/m.k。它的初始温度为25℃，将其突然插入温度为120℃的气流中，温泡表面的换热系数为95W/m2.k,试问当测温时的过余温度为初始过余温度的1%和0.1%，其温度指示值是多少？达到该温度所需的时间为多少？试对计算结果进行讨论。（同济大学1994年硕士研究生入学考试传热学试题问答题（15分）对于二维稳态导热过程能否将表面对流换热量转换成内热源产生的热量？为了增强油冷却器（有水作冷却剂）传热效果，如果用提高冷却水流速的方法，试分析其效果。辐射表面特性中什么是漫表面、灰表面，它们之间又有何联系？计算题（35分）一外径d0=300mm的蒸汽管道，蒸汽温度为400℃，管道外包了一层厚度为65mm的材料A，测得其外表面的温度为40℃，但材料A的导热系数无法查得。为了知道热损失情况在材料A外又包了一层厚为20mm导热系数λB=0.2W/m.k的材料B，测得材料B的外表温度为30℃，内表面温度为180℃。试推导未包材料B的管道热损失核材料A的导热系数λA。（一平板型太阳能集热器的吸热表面对太阳辐射的吸收率为0.92，表面发射率为0.15，集热器的面积为20m2，表面温度为80℃，周围空气温度为18℃，表面对流换热的表面传热系数为3W/（m2.k）。当集热器表面的太阳总辐射照度为800W/m2，天空的温度为0℃时，试计算该集热器所用到的太阳辐射热和它的效率。（10一根通电流直径为0.2mm的金属丝，被20℃的空气流以30m/s的速度横向垂直吹过，由金属电阻推知此金属丝的温度为24.5℃。气流速度发生变化致使金属丝的温度变为26.6℃，试求改变同济大学1995年硕士研究生入学考试传热学试题概念题（每题6分）试分析流体外掠单圆管时速度边界层的发展情况以及局部对流换热系数变化趋势。使用热电偶测量流体瞬时温度时，应如何考虑所选用热电偶的热物性参数、感温接点的几何参数和换热条件等？导温系数a和导热系数λ对对流换热系数h的影响有何不同？试讨论下面三个准则数的物理意义及应用场合：普朗特准则数Pr施密特准则数Sc刘伊斯准则数Le计算题（每题13分）为在一个10mm直径的钢球上，涂一层彩色的装饰膜，需在75的炉子中烘烤，然后把它从炉子中拿出来，放在t=23℃，u=10m/s的空气中进行冷却，试计算球温冷却到35℃时，所需要的时间。已知：铜球的物性参数：ρ=8933kg/m3，λ=399W/（m2.k），c=387kJ/(kg.k)空气的物性参数：tf=23℃时,λ=2.61×10-2W/（m2.k）ν=15.34×10-6μ=18.25×10-6(N.s)/m2，Pr=0.702tw=55℃时，μ=19.85×10-6(N.s)/m外掠圆球流动换热准则关系式为:Nu=2+(0.4Re0.5+0.006Re0.64)Pr0.4(μf/μw)0.25一车间内，有一根外径为170mm，内径为160mm的蒸汽通道，管道的导热系数λ1=58W/（m2.k），在管道外壁覆盖一层保温材料，厚度为30mm，导热系数λ2=0.058W/（m2.k），蒸汽管道的内侧的内侧表面温度tw1=350℃，隔热保温层外表面的发射率ε=0.9.已知车间内空气温度tf=25℃，对流换热系数hc=5.6W/m2.k,周围环境温度ts=27同济大学1996年硕士研究生入学考试传热学试题一、问答题（20分）短圆柱体在加热炉中被加热时，其最高温度和最低温度各在何处？可采用什么方法来确定这些地点的温度。试说明黑体、灰体和实际物体（固体）的辐射特性和吸收特性的异同。试绘出顺流时，冷、热流体沿换热面温度变化的曲线：m1c1＞m2m1c1＜m2m1c1为m1c1为试就管内层流和恒壁温工况，讨论在热充分发展阶段内，局部对流换热系数沿管内的变化情况，并分析原因。计算题（30分）以水平蒸汽管外包有保温材料，保温材料的表面温度30℃，外直径为200mm远离蒸汽管的环境温度为10℃，保温材料和周围环境之间辐射换热系数εn=4.54W/(m2.k)，试计算每已知：定性温度tn=20℃时的空气物性参数：λ=2.83×10-2W/(ν=17.95×10-6m横管自由对流换热准则方程：Nu=0.53(Gr.Pr)1/42、160℃的油在薄壁套管式换热器中冷却到60℃，25℃的水作冷凝剂。油和水的流量均为2kg/s，内管直径为0.5m.套管换热器的传热系数K=250W/m2.k；油的比热容c1=2.26kJ/kg.k,水的比热容c同济大学1997年硕士研究生入学考试传热学试题一、概念题（20分）一大平壁两侧表面温度分别为t1和t2，且t1>t2。试问在下列的稳态导热情况下，平壁内的温度分布曲线的形状是怎样的？=1\*GB3①平壁材料的导热系数为常数；=2\*GB3②平壁材料的导热系数随温度升高而增大；=3\*GB3③平壁材料的导热系数为常数，但平壁内有内热源。管内流动到达充分发展阶段的特征是什么？达到热充分发展的特征是什么？请说明遮热板的遮热原理。传热单元数NTU的定义式及其物理意义是什么？计算题（30分）直径为3mm的钢珠，密度ρ=7701kg/m3，比热容c=0.46kJ/(kg.K)，导热系数λ=73W/（m.k）,初始温度t0=500℃，突然放入.t=20℃的空气中冷却，钢珠表面与空气间的总换热系数h=78W/(m2.k)。试计算钢珠冷却到100℃所需的时间。有一均热炉，炉膛长4m。宽2.5m、高3m.炉墙和炉底的内表面温度均为1300℃，发射率ε=0.8。求敞开炉盖的辐射热损失为多少？若炉口每边缩小0.2m，其他条件不变，问辐射热损失有何变化?同济大学1998年硕士研究生入学考试传热学试题概念题（20分）1、在换热器中，将肋装在换热系数小的一侧和装在换热系数大的一侧的目的是什么？2、试说明临界热流通量qmax的确定对沸腾换热设备的安全或经济性有什么重要意义？3、试分析沿着竖平板自由对流时，由底部到顶部各处局部换热系数的变化，并分别分析平板温度高于和低于周围介质温度时的情况。4、用相同的玻璃材料制成若干个不同直径的圆球，把它们加热到同样的温度。此时，如圆球突然被温度为tf，对流换热系数为h的流体冷却，大直径的圆球破裂了。试问：圆球的直径必须满足什么条件才能不破裂？二、计算题（30分）1、一无限大平壁的厚度为10cm，两侧壁温为100℃和500℃，平壁材料的导热系数λ=0.099（1+0.002t）W/(m.k).试求在导热系数λ=λ均和λ=f(t)两种情况下的平壁中心面温度t.2、由三块边宽都为2m的平板，组成一个截面为正三角形的长通道（即垂直于纸面方向的长度很大，以至于长通道两端面的辐射作用可以不计）。每板的参数如下：板1t1=300℃,ε1=0.6板2t2=30℃ε2=1板3绝热试求每单位长度板1的辐射散热量Q和板3的温度t3，并画出网络图。同济大学1999年硕士研究生入学考试传热学试题概念题（20分）分析一个半无限大均质物体的一维非稳态导热问题。已知常物性，导温系数为a，无内热源，具有均匀的初始温度t0。边界条件有以下三类：（1）τ>0时，x=0处，温度升为tw，且恒定不变；（2）τ>0时，x=0处，有一个恒定辐射热源，热源强度为qw;（3）τ>0时，x=0处，有一股温度为tf的热流体流过,它的对流换热系数为h试写出这三类问题的数学表达式，并定性的画出它们的温度分布变化的趋势。已知在平板x位置处，热边界层内的温度分布t(y)=a-by+cy2,式中：a,b,c均为常数，试求局部对流换热系数hx.试述黑体、灰体和实际物体（固体）的辐射特性和吸收特性的异同。对于通过平壁的传热过程，当忽略壁的导热热阻时，如已知：（1）h1=2h2；(2)h1＞＞h2试写出它们的壁面温度与两侧流体温度之间的关系式，并定性画出温度分布曲线。计算题（共50分）设计一台1-2型管壳式冷油器，壳程内走30#透平油，油的体积流量为M1=40m3/h(ρ1=880kg/m3,cp1=1.95kJ/kg.K)，从t1=57℃冷却到t1=45℃。冷却水在管壳内走（cp2=4.174kJ/kg.k），进入换热器的温度t2=32℃，温升不大于4℃。油侧和水侧的对流化热系数h1=400W/(m2.k),h2=5000W/(m2.k)。管壁的导热热阻可忽略不计，水垢的热阻Qw=0.0002m2.K/w，油垢的热阻Ro=0.0002m2.K/w，换热器-的平均温差修正系数ε△t=0.97.试求所需的面积F和冷却水量A和B两种材料组成一个复合平壁（如图所示）。材料A会发热，qv=1.5×106W/m3,λA=75W/m.k,δA=50mm；材料B不发热，λB=150W/m.k,δB=20mm。材料A的外侧为绝热面，材料B的外侧由水进行冷却，tf=30℃,h=1000W/(m2.K).试求稳态情况下，复合平壁内的温度分布t2、绝热表面的温度分布t1与冷却表面的温度t3。同济大学2000年硕士研究生入学考试传热学考试试题A概念题（每题5分，共40分）一个常物性、无内热源、厚度为L的平壁，初始温度为t1，突然在x=L处的表面，受到温度为tf的流体加热，对流换热系数为h，而在边界x=0处则完全被绝热。（1）试在t-x坐标图上，定性画出下述情况下的温度分布：初始状况（τ<0）、稳态状况（τ-∞）和两个中间过度时刻状况；（2）试在q-τ坐标图上的，定型画出x=0处q(0,τ)和x-L处q(L,τ)如何随时间变化的。设平壁材料的导热系数按λ=λ0（1+bt）变化。试写出此条件下的导热微分方程，并分析在b>0,b<0和b=0三种情况下，平壁内稳态无内热源导热时的温度分布，绘出相应的温度分布曲线。3、如果管径、流速、和传热温差都相同，试判断下列各问题中的两种换热情况，何者的对流换热系数最大？并解释原因（1）空气在竖管内自下往上流动被加热和空气在竖管内自上往下流动被加热（2）油在竖管内自下往上流动被冷却和油在竖管内自上往下流动被冷却（3）水在竖管内自上往下流动被冷却和水在横管内被加热（4）水在水平管内受迫流动被加热何和在弯管内受迫流动被加热4、试分析比较蒸汽在竖壁上的膜状凝结换热过程与空气在竖壁面附近被冷却作自由运动时的换热过程之间有何共同特点？又有何区别？5、试述遮热板的遮热原理。6、一如图所示横断面为矩形凹槽，槽宽为W，槽深为H，槽长（垂直于纸面方向）可视为无限长，凹槽内各表面A1，A2，和A3均为漫射面。试求：（1）凹槽内各表面对槽内环境的辐射角系数（2）表面A1对表面A2的辐射角系数7、对于（mc）1>(mc)2,（mc）1<(mc)2和（mc）1=(mc)2三种情况，试画出顺流和逆流时，冷、热流体沿流动方向变化曲线（注意曲线的凹向与（mc）的相对大小关系）。8、试分析在传热壁面上加肋，可达到哪些换热要求？二、计算题（每题15分，共60分）1、为了测量大气压下水沸腾时的换热系数，将一根长为150mm、直径为12mm的不锈钢棒放入水中通电加热，该不锈钢棒的电阻率为82×10-8（Ω,m）,导热系数为15W/(mK),当不锈钢棒通过775A电流时，用热电偶测得棒体中心温度为136.2℃，如果不计棒端头的热损失，试求水沸腾时的换热系数.（提示：半径为r0的无限长圆柱体的温度分布为t=tw+qw/4λ.(r02-r2))2、水以2.5m/s的速度，在内径为20mm、长度为3m的管内流动，进口处水温为20℃，管壁温度保持在40℃，试确定出口处的水温。水在定性温度t=25℃时的物性参数：λ=0.609W/（m.k）cp=4.178kJ/(kg.k)ρ=997kg/m3ν=0.906×10-6m2/sμf=903×10-6kg/(μw=653.3×10-6kg/(m.s)Prw管内受迫对流准则关联式：Re=104～1.2×106Nu=0.023Ref0.8Prf0.4Re<2200Nu=1.86[RefPrf(d/f)](1/3)(μf/μw)0.14Re=2200～104Nu=0.012(Ref0.87-280)Prf0.4[1+（d/L）(2/3）](Prf/Prw)0.113、薄壁球空壳内表面F2包围着另一球体表面F1，组成了封闭空间。已知两表面的发射率分别为ε1=ε2=0.8,直径d1=0.125m,d2=0.5m,表面F1的温度为t1=427℃，表面F2的外侧空气温度为t2=37℃。设表面F2的外侧对流换热量为同侧的辐射换热量的5倍。试计算表面F1和表面F2之间的辐射换热量。（不计封闭空间的对流换热及薄壁球的导热热阻）4、一油冷器采用1-2壳管式结构，管子为铜管，外径为15mm、壁厚1mm，铜管导热系数为384W/（m.k）.在油冷却器中，密度为879Kg/m3，比热容为1950J/(kg.k),流量为39m3/h的油，从t1ˊ=56.9℃,冷却到t1ˊˊ=45℃，油在管外的隔板间流，对流换热系数h1=452W/(m2.k)；冷却水在油冷器的管内流，进口温度t2ˊ=33℃,温升为4℃，对流换热系数h2=4480W/(m2.k)。若温差修正系数ε△t=0.97,同济大学2001年硕士研究生入学考试传热学考试试题A问答题（共35分）1、试比较自然对流换热、强制对流换热及沸腾换热系数的大小。（仅给出大小关系）（3分）2、如图所示，为一半圆与一平面所组成的表面，温度保持在500℃，周围流体的温度为300℃，对流换热系数h=1W/(m2℃)。已知D=100mm，L=300mm，试求此表面的散热量。（43、二维无热源稳态导热问题。网格划分如图所示，试导出图中节点2的节点方程。已知环境温度为tf，对流换热系数为h，材料A的导热系数为λA,材料B的导热系数为λB。（4分）4、试写出大空间自然对流换热实验准则关联式的一般函数形式及式中各准则的定义式。(4分）5、试说明珠状凝结比膜状凝结换热系数高的原因。（3分）6、一圆筒外表面敷设热绝缘层，如果总的管外径小于临界绝缘直径，则与不敷设绝缘层的圆管相比，每米管长的散热量是否会降低？（3分）7、简述气体辐射的特性。（限80字）（4分）8、外掠平板时边界层的动量积分方程d/dx[∫0δ(u∞-u)udy]=νбu/бy|y=0,为了求边界层厚度d，速度分布选用多项式u=a0+a1y+a2y2+a3y3，试列出在确定系数a1,a2,a3,a4时所采用的边界条件。（4分）9、如图所示为一无穷大平板，厚为2δ，初始温度t0=const,从τ=0时刻起突将其置于tf的流体中，此处假设tf<t0.试针对下列两种情况画出时刻τ1τ2板内温度分布曲线（0<τ1<τ2）=1\*GB3①Bi→∞=2\*GB3②Bi→0（4分）10、试述ε-NTU法和LMTD法相比较所具有的优点。（2分）二、根据纯净蒸汽层流膜状凝结的简化假定，已求得冷凝膜中的速度分布为：u=ρlg/μl.(δy-0.5y2),试推导出温度为ts的饱和蒸汽在壁温tw的竖壁上冷凝时液膜厚度的关系式。(10分)三、一直径10cm初温100℃的钢球放入20℃的水中自然冷却，铜的密度为8000kg/m3，比热为380J/（kg.k）,导热系数为400W/(m.k),水与铜球的自然对流换热系数为240W/(m2.k),试计算：（1）时间常数；（2）球的温度降到30℃所需要的时间；（3）此时所释放的总热量。（10分）四、一长为L的薄板，两端分别接于温度为T1与T2的墙壁上，如图所示。板以对流换热方式将热量传给温度为T∞的周围流体，假定T1>T2>T∞，板与周围流体的对流换热系数为h，板的导热系数为λ，板的横截面积为f，横截面的周长为U，试推导出=1\*GB3①板的温度；=2\*GB3②板的散热量。（15分）五、已知两个相互垂直的正方形表面的温度分别为T1=103K，T2=500K。如图所示，其黑度分别为ε1=0.6，ε2=0.8，该表面位于一绝热房间内，试计算表面与表面之间的角系数X1,2及两表面之间的净换热量Q.（20分）六、一冷凝换热器壳程为膜状凝结换热，工质温度为80℃，冷凝换热系数为104W/(m2k),管程为一根蛇形管，管内径为20mm，壁厚为3mm，管壁导热系数为100W/(m.k).总污垢热阻为0.001m2.K/W,管内流冷却水，流速为2m/s，入口水温为20℃，出口水温为60℃，试计算换热器传热系数和所需管长。（10水的热物性：温度密度导热系数比热粘度℃kg/m3W/(m.℃)kJ/（kg.k）Kg/(m.s)20998.259.9×10-24.1831004×10-640992.263.5×10-24.174653.3×10-660983.165.9×10-24.179469.9×10-6管内紊流强制对流换热的关联式为：Nuf=0.023Ref0.8Prfn加热流体时n=0.4,冷却流体时n=0.3.同济大学2001年硕士研究生入学考试传热学试题B基本概念思考与分析（每题8分）试定型画出在如图所示的多层复合平壁中，进行一维导热时的温度分布曲线。设每层厚度相等，即δ1=δ2=δ3=δ4，λ1=λ2>λ3,λ3<=λ4，tw1>tw2.运用雷诺比拟理论求解管内对流换热时，其最简单的准则方程式为：St=f/8.试问使用该公式的条件有哪些？在对流换热的理论分析和实验研究过程中，当流体流过各种非圆形流道时，采用当量直径（或水力直径）来表示其流道截面。试计算如图所示的环形通道（即外径D与内径d之间的夹层）和流体只占半管道截面流动时的当量直径。在一块竖壁面上进行凝结换热时，其换热过程可以采用怎样的无量纲准则数的准则关系式表示和进行分析？在某传热过程中，热量自高温物体一侧穿过壁面传递到另一侧的低温物体处。该过程中壁面为平壁，且是一维无内热源的，两侧的换热系数均为常数。低温侧的流体的温度保持为常数，如果高温侧流体的温度作周期性变化，设分析传热量能否采用如下公式进行计算：Q=FK（tf1-tf2）K=(1/h1+δ/λ+1/h2)-1式中：F为传热面积，K为换热系数，h1和h2为两侧的对流换热系数，δ和λ分别为平壁的厚度和导热系数，tf1和tf2为两侧流体的温度。计算题（每题15分）有一圆型直肋（如图所示）。其外侧总换热系数为h,流体的温度为常数tf,直肋高为L，直径为d，导热系数为λ，肋根的温度为t0.求该肋顶部的温度和总散热量。（设肋顶端绝热，无热源稳态一维导热）2、试用热辐射过程中的维恩位移定律求太阳的最大辐射力及相应的波长。设太阳为黑体，表面温度为5700K，辐射过程中的物理参数为：普朗克第一常数为C1=3.743×108W.μm4/m普朗克第二常数为C2=1.439×104μm.K3、试计算两块无限大平板之间的空气的自由对流换热的热量。已知条件：平板平行水平放置，热面在下，其温度为t1=65℃,冷面在上，其温度t2=25℃，夹层的间隙宽度为=40mm。空气的热物性参数为：λ=2.795×10-2W/m℃,β=3.14×10-3s-1,μ=19.35×10-6J/m2,ρ=1.111kg/m3,Pr=0.698.水平放置平行平板之间的换热关系式为：Nu=c(GrPr)n:1700<GrPr<7000时，c=0.059,n=0.47000≤GrPr<32000时，c=0.212,n=0.25GrPr≥320000时，c=0.061,n=0.3334、在一个蒸汽-空气的热交换器中，采用干饱和蒸汽来加热空气，设空气的流量为5kg/s，空气的初始温度为15℃，干饱和蒸汽的饱和温度为135℃，换热过程中的传热系数为40w/（m2℃）,换热器的换热面积为55m2,空气的比热cp=1005J/（试求：=1\*GB3①换热器中流体的温度随换热面积的变化曲线；=2\*GB3②换热器中的空气出口温度和换热器的热交换量。同济大学2002年硕士研究生入学考试传热学考试试题基本概念题试述对流换热过程中Nu数和St数的物理含义。在固体导热问题中，壁面上的Bi数对边界条件有何影响？将一块初温均匀的热平板竖直放入静止的冷空气中，试画出流场和温度场的温度分布。何为辐射表面热阻与辐射空间热阻？试推导出两黑体表面之间辐射换热时的角系数的计算公式。简述采用对数平均温差法进行换热校核计算的过程。计算题有一厚为20mm的平壁，导热系数为1.3W/(m.k).为使每平方米的散热量小于1500w，在外表面上覆盖了一层导热系数为0.12W/(m.k)的保温材料。已知复合壁的内外侧温度分别为750℃和55℃，试确定此时的保温层厚度。两块尺寸为1m×2m,间距为1m的平行平板置于室温t=27℃的大房间内，平板背面不参与换热。已知两板的温度和发射率分别为t1=827℃，t2=327℃，ε1=0.2，ε2=0.5。试计算每个板的净辐射散热量以及房间墙壁得到的辐射热量。（已知角系数X1,2=X2,1=0.285）一台管壳式换热器用水冷却润滑油，冷却水在管内流动，进出口温度分别为20℃和50℃，流量为3kg/s，热油的进出口温度分别为100℃和60℃.换热器的传热系数为k=350W/(m2k),试计算其流量、传热量以及所需要的换热面积。（油cp=2.15kJ/(m.k)，水cp=4.19kJ/(m.k)）一块单侧表面为A和初温为t0的平板，一侧表面突然受到恒定热流热流密度q0的加热，另一侧受到温度为t∞的气流冷却，对流化热系数为h，试列出物体温度随时间变化的微分方程式并求解之。设内热阻可以忽略，物性参数为常数。试求两圆心相距为L，其直径均为D的圆之间的辐射角系数X1,2(两圆不接触L>D).同济大学2003年硕士研究生入学考试传热学考试试题基本概念题（每题5分，共35分）何为临界热绝缘直径？分析比较Gr和Re的特性和用途。何为传热过程的一般定解条件？简述对流换热过程中的相似理论并说明使用方法。何为对流换热系数h的微分方程式？写出辐射换热表面热阻和空间热阻的定义式，并解释物理含义。简述辐射换热中角系数定义和特性。简析题（每题8分，共40分）1、一维稳态常物性无热源平壁面中的导热过程，在给定第一类边界条件时，温度分布表达式为：t=tw1-(tw1+tw2)x/δ(其中tw1和tw2为两侧壁面温度，x为坐标，δ为壁厚度)，为何式中温度分布无导热系数项？2、一直在某球壁中进行径向一维稳态常物性均匀分布热源的导热过程，设内外边界条件均为第三类边界条件，试简析该问题并建立模型求解。3、某表面接受太阳辐射性能不佳，在涂改颜色后辐射性能大大提高。问该表面放在室内时，不同色彩对辐射换热有何影响？4、在逆流布置管壳式换热器中，如果热流体由饱和状态放热到过冷态，冷流体由过冷态被加热到饱和态。试简析这一换热过程，并导出对数平均温差的计算公式。5、分析在传热表面的两侧分别布置肋表面时，对传热过程的影响有哪些？三、计算题（每题15分，共75分）某铜线的直径为3mm，每米长的电阻为0.002欧姆。如果该导线外面包有厚度为1mm和导热系数为0.15W/(m.℃)的绝缘层，其使用温度为0℃到65℃，求该导线中可以通过的最大电流为多少？管道内的气流温度可以采用热电偶进行测量。已知管道面的温度为90，气流与热电偶头部间的对流换热系数为50W/(m2.℃)，热电偶头部辐射率为0.6，裸露热电偶温度测量值为170℃.试求气流温度以及测温的误差，并分析减少测温误差的方法和传热学原理。在两块小间距平行无限大平板之间进行辐射换热。设其均为慢灰表面，辐射率为0.8，温度分别为527℃和27℃，试求各板的自身辐射、有效辐射、入射辐射、反射辐射和辐射换热量。初始温度为25℃的热电偶放入200℃的气流中，如果欲使热电偶头部的时间常数τ0小于1秒，则热电偶头部的直径应为多少？（时间常数为ρcpV/Fh）。设气流欲热电偶之间的对流换热系数为350W/(m2.℃)，热电偶头部温度的参数为：λ=20W/(m.℃)，ρ=8500kg/m3，cp=400J/(kg.℃),辐射率ε=0.85，外界温度为25℃，与外界的辐射换热系数为h=25W/(m2.℃)某平行壁面之间有常压空气，一测温度为40℃，另一侧壁面温度有变化，最小值温度为40℃，最大值为80℃，球该平行壁面之间的最大与最小换热量的比值。平壁间距为16mm。空气物性参数为常数：λ=0.029W/(m.℃)，ν=1.9×10-5m2/s,Pr=0.7。对数换热准则方程：同济大学2004年硕士研究生入学考试试题一、基本概念题（每题5分，共40分）何为管内流动充分发展段？解释名词“表面有效辐射”和“投射辐射”。写出Nu和Bi的定义，并说明其含义和用途。用热电偶测量流体瞬态温度，应该如何选择热电偶材料、尺寸和换热条件？哪些因素对蒸汽凝结换热有影响，为什么？（简述之）什么是集总参数法？什么是大空间自然对流换热？什么是有限空间自由对流换热？这与强制对流中的外部流动及内部流动有什么异同？试述黑体、灰体、实际物体的辐射和吸收特性。二、简答题（每题7分，共35分）在一块竖壁上进行凝结对流换热时，其换热过程可以采用怎样的无量纲准则数的准则关系式表示和进行分析？运用雷诺比拟理论来求解管内对流换热时，其最简单的准则关联式为：St=f/8.试问使用该公式的条件有哪些？二维无内热源稳态导热问题，网格划分如图1所示，试导出图中节点2的节点方程。已知顶部环境温度为tf，对流换热系数为a，材料A的导热系数为λA，材料B的导热系数为λB试比较ε-NTU法和LMTD法的异同点。以壁面温度为60℃的水平圆柱为例，当温度为20℃的流体作自然对流层换热时，在定型尺寸相同的情况下，试讨论空气和变压器油的自然对流换热系数a的相对大小。已知：对于水平圆柱，层流时自然对流换热准则方程为Nem=0.48(GrmPrm)0.25空气在定性温度ta=40℃时的物性参数：λs=0.0276w/(m.k)Cpa=1.009kJ/(kg.k)ρa=1.1267kg/m3Va=16.97×10-6m/sβa=3.2×10-3变压器油在定性温度ta=40℃时的物性参数：λо=0.123w/(m.k)Cpо=1.993kJ/(kg.k)ρо=852kg/m3Vо=16.7×10-6m/sβо=0.69×10-3三、计算题（每题15分，共75分）一长为L的薄板，两端分别接于温度为T1和T2的墙壁上，如图2所示。板以对流方式将热量传给温度为T-周围流体，假定T1>T2>T-,板与周围流体间的对流换热系数为a，板的导热系数为λ，板的横截面积为f，横截面的周长为U，试推导出①板的温度分布；②板的散热量。试用热辐射过程中的维恩位移定律求太阳的最大辐射力以及相应的波长。设太阳为黑体，表面温度为5700K。辐射过程中的物理参数为：普朗克第一常数为C1=3.743×108w.μm4/m，普朗克第二常数为C2=1.439×104μm3/k。有一圆柱直肋（如图3所示），其外侧的总换热系数为a，流体的温度为常数tf,直肋高度为L，导热系数为λ，肋根的温度为t∞。求该肋顶端的温度和总散热量（设肋顶端绝热，无内热源一维导热）。已知两个互相垂直的正方形表面的温度分别为T1=103K,T2=500K。如图4所示，其黑度分别为ε1=0.6，ε2=0.8，该两表面位于一绝热的房间内，试计算表面①与表面②之间的角系数X1，2以及此两表面的净换热量Q。在一个蒸汽-空气热交换器中，采用干饱和蒸汽来加热空气。设空气的流量为5kg/s，空气的初始温度为15℃，干饱和蒸汽的饱和温度为135℃。换热过程中的传热系数为40w/(m2.℃),换热器的换热面积为55m2。空气的比热Cp=1005J/(kg.k)试求：①换热器中的流体的温度随换热面积的变化曲线；②换热器中的空气出口温度和热交换器的热交换量。同济大学2005年硕士研究生入学考试试题一、基本概念题（每题5分，共40分写出Pr和Gr的定义并说明其含义和用途。试说明大空间饱和沸腾曲线各段的沸腾状态，定性解释q随△t变化的规律。解释名词：角系数，并说明角系数的性质。具有辐射和吸收能力的气体，它们的发射率和吸收率受到哪些因素的影响？试分析比较蒸汽在竖直壁面上的膜状凝结换热过程与热空气在竖直壁面附近被冷却作自由流动时的换热过程之间有何共同点？又有何区别？试分析在传热壁面上加肋，可达到哪些传热要求？简述玻璃温室保温的原理（限50-70字）。在换热器热计算中，为什么要采用对数平均温差发，而不采用算术平均温差法？并简述采用对数平均温差法进行换热器校核计算的过程。二、简答题（每题7分，共35分）如图1所示，这是一个直径为d，长为1的圆棒状伸展体一维稳态导热问题，试写出该伸展体向周围空气散热量Q（w）的微分和积分计算式，假定该伸展体温度分布用t=t(x)表示，材料导热系数为λ，换热系数为α，空气温度为tf。如果管径、流速和传热温差都相同，试判断下列各问题中的两种换热情况，何者的对流换热系数大？并解释原因：⑴空气在竖管内自下往上流动被加热和空气在竖管内自上往下流动被加热；⑵油在竖管内自下往上流动被冷却和油在竖管内自上往下流动被冷却；⑶水在竖管内自上往下流动被冷却和水在横管内被加热；⑷水在水平直管内受迫流动被加热和在弯管内受迫流动被加热。3、试述遮热板的遮热原理。4、有均匀内热源的无限的平板稳定导热条件及温度分布如图2所示，⑴画出q1及q2的方向；⑵比较q1及q2的大小；⑶比较α1及α2的大小。5、在某传热过程中，热量自高温流体一侧穿过壁面传递到另一侧的低温流体处。该过程中壁面为平壁，而且是一维无内热源的。两侧的换热系数均为常数，低温侧的流体温度保持常数。如果高温侧的流体的温度做周期性变化，试分析传热量能否采用如下的公式进行计算：Q=FK(tf1-tf2)K=(1/α1+δ/λ+1/α2)其中：F为传热面积，K为传热系数，α1和α2为两侧的对流换热系数，δ和λ分别为平壁的厚度和导热系数，tf1和tf2为两侧流体的温度。三、计算题（每题15分，共75分）薄壁球空腔内表面F2包围着另一球体表面F1，组成了封闭空间。已知两表面发射率分别为ε1=ε2=0.8，直径d1=0.125m，d2=0.5m,表面F1的温度为t1=427℃,表面F2的外侧空气温度为tf=37℃。设表面F2的外侧对流换热量为同侧的辐射换热量的5倍。试计算表面F1和表面F2之间的辐射换热量。（不计封闭空间的对流换热及水以2.5m/s的速度，在内径为20mm、长度为3m的管内流动，进口处水温为20℃，管壁温度保持40水在定性温度t=25℃时的物性参数：λ=0.609w/(m.k)Cp=4.178kJ/(kg.k)ρ=997kg/m3v=0.906×10-6mμf=903×10-6kg/(m.s)Prf=6.22μw=653.3×10-6kg/(m.s)Prw=6.22管内受迫对流准则关联式：Ref=104～1.2×105Nuf=0.023Ref0.8Prf0.4Ref<2200Nuf=1.86[RefPrf(d/L)](1/3)(μf/μw)0.14Ref=104～1.2×105Nuf=0.012(Ref0.87-280)Prf0.4(1+d/L)（2/3）(Prf/Prw)0.113、试推导二维稳态导热时如图3所示拐角节点（i，j）能量守恒表达式即有限差分方程式。已知右侧壁绝热；顶端处于温度为tf、换热系数为a的冷流体环境，同时受到外界热服饰qr（w/m2）照射；有内热源qv（w/m3）；网格△x=△y；材料导热系数为λ。4、用热电偶测量气流温度时，通常把热电偶接点近似看成一个圆球体。已知气流与热电偶接点的a=400w/（m2.k），热电偶材料物性参数为：c=400J/(kg.k)、ρ=8500kg/m3,热电偶接点的时间常数τ=1s,试确定⑴热电偶接点的直径d；⑵如果把初温为t0=25℃的热电偶放在温度为t∞=200℃的气流中，问：当热电偶显示温度为t=199℃5、有一卧式单流程蒸汽冷凝器，冷凝蒸汽量G1=1000kg/h,从干饱和蒸汽凝结为饱和水。蒸汽温度为t1′=200℃，汽化潜热r=2257kJ/kg。冷凝管为n=30根、直径d=20mm的薄壁铜管（导热热阻不计）。已知冷却水流量G2=20000kg/h，进口水温为t2′=20℃，冷凝侧a2=16000w/(m2.k),污垢热阻r′=2×10-4（m2.k）/w，求冷凝管长度已知管内紊流换热准则式Nuf=0.023Ref0.8Prf0.4，水的物性参数为Cp=4.178kJ/(kg.k)，v=0.805×10-6m2/s,Prw=5.42,λ=0.618w/(m.k),ρ=996kg/m3。CY-1分析计算题某球壁面内有均匀分布的内热源qr(W/m3),导热系数为温度的线性函数（λ=λ0（1+at），λ0和a均为常数），球壁面的内侧壁面温度tw1为常数，外侧给定第三类边界条件，换热系数λ和温度函数tf均为常数。试求在球壁面内进行一维径向稳态导热过程时的温度分布及换热密度分布。（15分）试推导证明纵掠平壁面能量交换的雷诺类比公式：St=Nu/(RePr)=Cf/2.（15分）试求二维空间任意两个凸表面F1和F2间的辐射热交换的角系数。其中a,b,c分别为凸表面F1和F2的边界点，如图所示。（8分）已知已知某表面的单色吸收率α2随波长的变化关系如图4a所示，该表面的投射单色辐射G2随波长的变化图4b所示。试计算该表面的全色吸收率α。（15分）一个逆流式套管散热器，其中油的问温度从100℃冷却到60℃，水由20℃到50℃，传热量为2.5×104W，传热系数为350W/m2.k，油的比热2.13KJ/kg.℃，求换热面积为多少？如果计入换热器表面污垢热阻0.004m℃讨论题（每题8分）试讨论视觉色彩与热辐射吸收率和辐射绿的关系。根据导热机理讨论金属材料的导热系数随温度的变化关系。进行单相流体受迫对流换热过程模拟实验时，如何确保两个实验相似？试分析换热器中的传热过程中，热阻的主要来源以及加强传热可以采取的措施。CY-2一、概念题1、试述努谢尔特数Nu和毕渥数Bi的物理含义，并作比较。2、分析传热过程中污垢热阻对传热系数的影响。3、分析下表中四个工况下的对流换热过程的相似性。如要使相似，应如何调整或改变表中的参数？工况管型介质RePr边界条件A圆管水30001.2第一类边界条件B圆管油30002.5第二类边界条件C方管水30003.2第三类边界条件D三角型管盐水300012.5第四类边界条件在计算有气体介质的两个物体之间在某波长范围内辐射换热时，有人认为：“因其间存在气体介质，故必须计及气体辐射的影响，或建立气体和两个物体辐射换热的联立方程进行求解”。试分析这一说法是否肯定正确。画出换热器顺流和逆流换热过程中流体温度随传热面积变化的关系图。并导出平均温度差的计算公式。计算题对某热水管道进行保温设计时，已知所选的石棉材料的导热系数λ=0.11W/m2℃,保温外部与外层空气的对流换热系数h=12W/m℃。如果热水管的外径为16、18和40mm，在内外温差为80℃下，要求散热量q小于一根直径为1mm和长度为100mm的金属丝，初温为20℃，突然置于500℃的空气中。设金属丝与外界的表面换热系数25W/m2℃计算如图所示A和B两个物体表面之间的辐射换热角系数。其中：a=b=0.5m,h=1.0m.水以1.5m/s的流速通过内径20mm和长度5.5m的管子，压降为42mmHg，管壁平均温度为80℃，管内水的平均温度为55℃，试由雷诺类比律求管内对流换热系数。已知水的物性参数为ρ=985kg/m3,ν=0.517×10-6m2/s,Pr=3.27,cpCY-3一、基本概念题1、写出下列参数的定义式，并说出其物理含义导热系数λ对流换热系数h圆筒壁面传热系数K努谢尔特数Nub普朗特数Pr与固定不透明壁面相比，气体辐射换热有何特点？分别计算下列流道中的水力当量直径：正方形通道：边长a夹层通道：间距b=r2-r1计算分析题（任选两题）某一长方体金属块的尺寸为15×20×15mm3,密度为ρ=8666kg/m3,λ=26W/m2℃cp=343W/kg℃.初始温度为600℃，放入50℃的大油池中进行冷却处理，设油池中的对流换热系数为450W/m2二块平行无限大平壁的表面发射率分别为ε1=0.25和ε2=0.5，他们中间放置两面辐射率均为ε3=0.05的遮热板，如果平板的温度分别为t1=250℃和t2=50℃.试求两板之间的辐射换热量以及在单流程逆流式换热器中，用高温烟气加热水。高温烟气的流量为13Kg/s,比热容为1010W/kg℃，进口温度为427℃，水的流量为12kg/s，比热为4179W/kg℃，温度由27℃升到87℃。换热器的传热系数为CY-4流体与两平行平板间的对流换热如下面两图所示。试画出两种情况下流体温度分布曲线（注：直接画在下面两张图上）（4分）（1）qw1=0(2)qw1=qw22、对于右图所示几何结构，试导出从沟槽表面发出的辐射能中落到沟槽外面的部分部分所占的百分数计算式。设在垂直纸面方向为无穷长。（5分）3、两块不同材料的平板组成如图所示大平板，两板的面积分别为F1和F2，导热系数分别为λ1λ2.如果该大平板的两个表面分别维持在均匀的温度t1及t2.试导出通过该大平板的到热量Q的计算式。（5分）4、某一瞬间，假定一厚度为δ的无限大平板的温度分布可表示成t=c1x2+c2的形式，其中c1和c2为已知常数。试求（1）导出此时刻在x=0表面处的热流密度q|x=0=0（2）证明此时刻平板的平均温度随时间的变化率φt/φτ=2ac1，这里a为平板材料导热系数。（15分）5、q=1000W/m2的热流密度沿x方向通过厚δ=20mm平板（见右图）。已知在x=0,10及20mm处温度分别为100℃，60℃及40