上海交大传热学考题A答案

2004－2005学年传热学考试试题（A）答案回答下列5题（25分）答：略xyxy(i,j)tf,h(i-1,j)(i,j-1)f划分，且xy；材料的导热系数为。（10分）解：yti1,jti,jxti,j1ti,jhx(tt)xy02 x 2 y 2f i,j 4xy时，ti1,jti,jti,j1ti,jhx(tt)x20 2 2 2f i,j 4 hx hx x2也可以化简为：(2 )ttt t i,j i1,j i,j1f2由两种不同材料组成的一维复合平板如图1所示，左侧表面(x0)保持恒温t0，右侧表面（xLL）暴露于温度为t（tt）、对流换热系数为h的气流中，忽略复合平板A B 0 与环境的辐射换热和接触热阻。（15分）给出通过复合平板的稳态热流密度q的计算公式；推导稳态时，平板A和B分界面温度t的计1算公式；3假设导热系数，画出x从0到∞的稳态温度分布趋势。 L L解：令RA,RB,RABh1h A BLALALBt1ABt0x=0xA Btt1q 0 L L 1ABh A B tt tt tt Lq 0 0 1tt0 AtqR L L 1 L 1 0L L 10 A ABA AB Ah hA B A A B tt tt (RR)tRt 或：q1 0 1tB h0 A L 1 L 1 RRR BA A B hh B A如下图所示LLALB四对流换热（15分）1.如右图所示，温度为T300K的冷气体以u20m/s的流速平行地吹过一快平板（平板一边与来流垂直），平2m，采一组非常薄的电加热器使平板维持均匀温度在T500K。流体的导热系数、密度、比热和运动粘度分别为：0.02W(mK)，w1kgm3，C1000J(kgK)，2105m2s。试回答下列问题：p T300KTw＝Tw＝500K 起始端 末端计算普朗特数（Pr）、雷诺数（Re）；判断平板末端的流动是层流还是湍流，如果是湍流，请计算临界距离x（注：临界雷诺数可取Re5105）c c计算气体带走的总热流量（q）；m2解：（1）Prc2105s1kg1000J1ap0.02Wm3kgKmKmReul20s2m21065105，因此末端流动处于湍流状态 m22105sm2xRec51052105s0.5m c u m 20s（2）a层流部分换热：hxNuc c0.664Re0.5Pr0.3333c c 469.520.02 W 0.664(5105)0.510.333h 18.78 c 0.5 m2K469.52qhA(TT)18.780.52(500300)3.756kWc ccw b湍流部分换热：qlhldx(TT)l(TT)lhdxt t w w txc xcl0.0296Re45Pr13l(TT) x dxw xxcux45l(TT)0.0296ldxw xxc5204522000.02960.022450.54521.79kW42105c总热流量：qqq3.75621.7925.55kW c t也可以采用平均换热系数进行计算，即公式（5－42），p.150 45ulNu0.037Re45871Pr130.037871 m 0.037202458713193.672105 Nu3193.670.02 W hm 31.94 m l 2 m2KqhA(TT)31.94420025.55kWmw五一个逆流换热器，热工质在管内流动，冷却水在管外流动。工质的进出口温度分别为：t80C，t55C，质量流率为q1800kgmin，比热c2.0kJ(kgK)；冷却水h h mhh的进口温度为t20C，其质量流率为q1500kgmin，c4.18kJ(kgK)；金属光管c mcc内径d50mm，壁厚为2mm，导热系数为45W(mK)。管内工质的对流换热系数ih800W(m2K)，水侧的对流换热系数h2000W(m2K)，请确定该换热器所需要io的管外侧换热面积A？（20分）okg1800解：（1）换热量qc(TT) min2kJ(353K328K)1500kW mhhh h s kgK60min（2）冷却水出口温度t：cqc(TT)mcccc 1500kWTT293Kcqcckgmcc1500min4.18kJs kgK60min307.35K34.35C tt (8034.35)(5520)对数平均温差tmax min 40.09Cm t (8034.35)lnmax lnt (5520)min总传热系数k 1 1 k 1ddd110.0540.0540.0541oolnolnhd2dh8000.052450.052000ii io1527.38W(m2K)0.001350.000046180.0005 1500103W换热面积A：AktA 70.95m2o o m okt Wm527.3840.09Km2K六如右图所示，半球表面是绝热的，底面被一直径（d0.2m）分为1、2两部分。表面1231为灰体，T550K，发射率123 1 1 2问题（15分）计算角系数X ，X，X，X 3,(12) 1,2 1,3 2,3画出热网络图（注：热阻为无穷大时，相当于断路）计算表面1和表面2之间的换热量解：（1）AX A X d240.5；XX1；X0 33,(12) 12 3,(12)d22 1,3 2,3 1,2（2）这是一个三表面组成的辐射换热系统，但由于表面2为黑体，而且表面3为绝热表面，因此，其热网络图如下所示， R11 R13,223,21XAR3,113,113,223,21XAR3,113,11XAR JE 3 b3又由于R1，故此，此处相当于断路，这样，上图就可以表示为如下所示 1,2A1X1,2的二个表面网络图