大庆石油学院年生入学考试传热学试题及答案

2005年研究生入学考试传热学一、简答题（每题5分，共50分）1、导热系数的物理意义及我国国家标准中保温材料的定义。2、试分别用数学语言及传热学术语说明导热问题三种类型的边界条件。3、用一支插入装油的铁套管中的玻璃水银温度计来测量储气筒里的空气温度，请分析如何减小测试误差。4、肋效率的定义。5、两强制对流或两自然对流换热相似的条件。6、简述强化膜状凝结换热的基本原则及实现方法。7、沸腾有核态沸腾和膜态沸腾，试问：蒸发器应设计在哪种沸腾区？为什么?8、写出基尔霍夫定律在“全波段、半球空间”这一层次上的数学表达式。9、写出维恩位移定律，如何利用该定律进行温度测量。10、气体辐射的特点。二、推导题（10分）试推导二维、不可压缩牛顿型流体、常物性、无内热源、粘性耗散热忽略的条件下对流换热能量守恒微分方程式，并说明式中各项的物理含义及与相应纯导热微分方程式的区别与联系。三、计算题（每题10分，共70分）1、两层平壁稳态导热温度场，如图1所示，已知△t1/△t2=2，δ1/δ2=1/3，求，λ1/λ2，R1/R22、有一半球形容器，底部圆形面被均分为1、2，半球内壁面为3，如图２所示。计算X3,1和X3,2。图１图2蚊3冻、将初始瓣温度还为妄40芬0帝℃译，直径直为喇15m该m剖的铝球突减然抛席入躁1也5劣℃仆的空气中门。已知铝臣球表面与岩周围环境蜂间的对流面换热表面迹传热系版数爸h=40郊W厅/愁（享m2·候K施），铝球质的物性参姨数减为夕ρ赵=270醒0kg/蜂m毅3愤，络c=0.边9kJ纤/岗（殖kg·裂K笨）思，志λ爹=240防W艺/孩（垫m·茅K沈）。试确毒定该铝球坏由允40尽0忠℃蓬降挖至于10弱0组℃施所需的时齿间。（忽畏略辐射换坚热）句４、两平之行大平壁承的发射率普分别为愤0.霉5晚和如0.束8着，如果中痕间加入一定片两面发泪射率均拢为荒0.0述5村的铝箔，耻计算辐射侵换热减少各的百分数腹。世５、某房须间吊装一你水银温度起计读数为沿1奔5卵℃答，已知温处度计头部册发射率（心黑度）培为却0.拉9拣，头部与语室内空气验间的对流撇换热系数厘为狡20W影/削（冻m2·汤K闻）而,好墙表面温众度很为样1双0脾℃闪，求该温鹿度计的测舒量误差。券６、用一搜个壳侧为锻一程的壳飘管式换热彩器冷凝摇1.01粮3*10勒5P钥a艘的饱和水越蒸汽，要定求每小时勉内凝俩结董18k览g淡蒸汽，进酸入换热器侧的冷却水挡温度惊为够2嘱5孩℃技，离开时弃为弄6因0播℃寇，设传热伞系谋数育K=18封00兵W皂/驰（螺m2·缴K膜），问所捉需的传热脖面积是多辉少？此时腔汽化潜热卸为慰2257曾.1kJ示/k秆g轨。很(1.冒013*骡105P丝a爷压力下水桌蒸气温度算为粗10略0民℃亭)磁７、某管寸线的外径驳为阻22m俭m普，拟用石币棉或岩棉樱保温，两蛾种材料的抄导热系数服分别趁为遭0.12丧W/(宾m·K洽)停及芒0.速0阔５反W/(在m·K朽)丽，保温层简外表面与末空气间的航对流换热丝系数馋为低10W蜜/(m2珠·K征)铁。分别计鄙算临界绝御缘直径，齐并分析为袜了减少散苗热损失，李若坡用池5m拿m但厚的保温怒材料保温肯，哪种材别料合适。欲四、计算币题（本题岭2那0式分）属有一水平袖管道直径咐为补200m关m冠，分别包短有贪=0.0只4W世/忌（猎m·距K奖），和迁=0.0爆5W兄/声（桨m·舞K找）的保温扫材料，厚箩度分别晋为艳20m喷m东和歇30m乳m领，管内流冰有造5黄0测℃伏的空气，畜流速缩为级10m/拳s保，管外大尖气温度科为协1坦0耐℃忙。（管道狸厚度很薄虫，可以忽爬略不计）游求：古1律.刺管内的对现流换热系江数。档（始5肢分）肃2楼.折管外的对序流换热系口数。备（矮5躬分）剖3礼.驱每米管道靠总的热阻然及传热系剖数。钩（聪5扛分）匀4俩.蛮每小疗时作5坊m岔长管段的敌散热量。洒（巧5露分）桑备注：话1写.睛管内流动挤的对流换涛热实验关涂联提式牛:庄2沸.多管外横掠绵的对流换捧热实验关础联半式业:刺3陶.旦管外自然饭对流换热战实验关联绕式欢:厌（注：此窄关联式中尚定性温度声取管外流津体温度，封中的导Δ惰t=评5齿℃贪，其体积等膨胀系数售可按管外故为理想气脸体计算）线4微.填空气的热霉物性：音t饱℃宫ρ剩kg/m药3朝Cp晶kJ/k畅g.K捞λ脾*狮W/m.业K渗υ惠*榜Pr探1扶0兔℃刮1.25位1.0旋2.5礼14.0皂0.7根2谣0正℃鸦1.20吧1.0沾2.6除15.0供0.7闭2腾5狗℃共1.18摩1.0颗2.6秤15.5副0.7子4沟0塞℃势1.10犬1.0命2.8售17.0饶0.7缝5秘0奉℃说1.10徐1.0获2.8谜18.0饿0.7令200登5魂年研究生映入学考试塑传热学答泰案纺一、简答用题（每题蝶5欺分，犬共余5北0由分稍）努1沃、导热系般数是表征激材料导热秃性能优劣陕的参数，见数值上，萍它等于在汤单位温度浙梯度作用氏下物体内魂所产生的何热流密度佩矢量的模培。我国国躺家标准Ｇ挑Ｂ议4272烦-9肺2笑规贼定巾:枕凡平均温对度不高脾于往350碰℃龄时导热系烦数不大于到0.12语W/(弹m·K宿)兼的材料称缠为保温材扰料。肠2览、戴(1啊)困第一类边抄界条件：签规定了边压界上的温包度值。时，霞(2纱)昏第二类边泽界条件：家规定了边世界上的热淹流密度值梦。时，层(3您)甜第三类边百界条件：盏规定了边醉界上物体尊与周围流庆体间的表威面传热系戚数段h殿及周围流秋体的温免度护t吵f碗。时，陕3惑、奖(1昏)劫选用导热贼系数更小中的材料作末套管迫；发(2岔)矛尽量增加益套管高度这，并减小迷壁恶；妙(3传)繁强化套管殿与流体间虚的换热咐；阵(4酱)绸在储气筒钉外包以保弯温材料。常4亭、肋效率先。纠５、讲(1惜)叙两强制对图流换热相姿似条件像：剥R斥e祖相等夺、煎P鸣r软数相等，车单值性条绘件相似；瘦(2泳)的两自然对侄流换热相犬似条件碧：佛G润r析相等习、词P滋r并数相等，塑单值性条辣件相似。拴6冰、起(1独)贪强化膜状行凝结换热材基本原则迎：尽量减顿薄粘滞在弟换热表面服上的液膜诵厚度；营(2宪)浅实现方法描：用各种慰带尖峰的炼表面使在摄其上冷凝放的液膜减防薄，以及胃使已凝结饥的液体尽调快从换热窃表面上排钩泄掉。瞒7伯、笛(1危)训蒸发器都瞧设计在核乐态沸腾区菠。名(2费)智因为在核致态沸腾区奶小温差能隙得到较强哲的换热量吉，而在膜彻态沸腾区弱，达到同怨样的换热超强度，其愁壁面与饱蔑和温度差朱大大增加坟，蒸发器篮很容易被颠烧毁。8、。罪9跃、挨(1)浅m柔·衡Ｋ。羊(2要)净利用光缆炒测试最大剂辐射强度节时的波长恢，然后用获上式计算方温度。晋1疏0糊、判(1学)诊气体辐射己对波长具只有选择性蚀；间(2拘)罪气体辐射菌在整个容盐积中进行活。旋二、推导籍题（勇1庆0俭分）厚在下图所腥示直角坐芹标系中取膜微元体为谨分析对象室，分析对纽象为固定狐在空间中宽一定位置碰的一个控岔制体，其圣界面上不副断有流体欧进、出，林因而热力包学系统为画一个开口含系统。根京据热力学退第一定律雀，有（1）初式中：嫩—大—周流体质量咱流量，败kg/拨s碧；漆—轻—刷流体的比数焓，亚J/k服g鸭；之—混—默微元体的召热力学能伐，苍J岛；让—取—吵通过界面较由外界导仁入微元体测的热流量热，徒W说；犬—滥—肺流体所做杀的净功，增J志；恼—隶—冲时间，鞠s骂；下衔标育“强i抛n起”踪、廊“叫ou顿t灾”这表示分别周流进、流冒出。奖流体流过燕微元体时赠位能、动榨能的变化妈可以忽略胖，并且流薯体不作功混；（帐1缸）式可简禾化为：（a）幻在猴时间内，财导入微元挥体的热量灾为：（b）被式中：接—甲—啊流体的导下热系数，估；敬—转—远流体温度暑，拼。搂考虑到流苏体为不可蓄压缩条件谊，因而划；在磨时间内微血元体中流拦体温度改墓变了加，其热力娘学能的增约量为：（c）诸式中：烧—罚—普流体的热奖力学能的顾增量，量J较；贝—张—侵流体密度浸，拜kg/m各3嫁；舞—肉—削流体比定放压热容，须。孙由于流体障流入、流梳出微元体归所带入带讨出的焓差驱可以分别聪从匙x井及贡y羽方向加以迁计算。下召面分析战x朴方向，在讲时间内，出由禁x时处的截面壤流入微元遍体的焓为灿：（d）穿式中：王—父—符在策x忧处流体沿严x炒方向带入案微元体的钥焓，素J技；米u纲—厘—赶流体沿烂x皂方向速度旧，版m/堂s久。羞同一时间白，由捐x+dx奥处截面流务出微元体轰的焓为：（e）且式中：祖—什—洞在烟x+dx臂处流体沿劈x赌方向带入上微元体的柔焓，家J隙；棍u零—良—曾流体沿丘x随方向的速醋度，沾m/船s进。锐（体e葬）、核（告f锻）两式相挂减，得萌时间内，估在条x味方向上由鸦流体净带争出微元体蒸的热量，凝忽略高阶佛无穷小，傲得（f）帮式中：戒—有—窝在凑x讽处抓,惊流体沿留x抖方向带入乒微元体的送焓，较J漂；凯—摘—煎在醒x+dx尘处嫌,机流体沿鸟x乌方向带入片微元体的众焓，议J依；着u弓—钟—户流体沿摩x叙方向的速呼度，记m/曾s刻。件同理，侦y蝇方向上由君流体带出纵微元体的悠热量为：（g）食式中：玻—线—墨在席y宿处闻,欠流体谢沿柴y泳方向带入宰微元体的裕焓嫁，拨J的；羊—音—身在鼓y+dy温处智,凝流体沿替y朵方向带入鸦微元体的骨焓，截J弟；衰v继—扬—然流体沿胀y烟方向的速丘度，血m/雕s象。膜故，单位拼时间内由怠于流体流恢动而带出航的微元体锄的净热量湾为：（h）绩将式（硬b量）、寿（数c疯）、付（卸h茂）带入霉（佛a断）并化简料，得（2）仿非稳态项冠对流项扩清散项确式中：倘v勾—璃—摘流体沿恨y坛方向的速塔度，柄m/撇s旁；完u斑—难—剖流体沿伪x驾方向的速塘度，寸m/稻s果；彻—柄—废流体温度市，伯℃放；膀—航—壁流体的导病热系数，公；蠢—忌—突流体密度林，扰kg/m曾3痒；周—束—辈流体比定号压热容，移。挺当流体静咱止时，公呢式勤(2企)扭退化为常估物性、无尝内热源的仙导热微分江方程。月三、计算卷题（每题跪1肢0迎分，帮共牌7体0替分）1、解：解：3、解津可以用集碍总参数法萄来求解：４、解：幕无遮热板类时，单位脸面积的辐炎射换热量跃：欧有遮热板许时，单位轰面积的辐墓射换热量悠：合辐射热减胃少的百分愤数将为：５、解：℃驰％紧=7.洒4输％棵６、解：蹲℃絮质量流量忘M青：℃７、解：涉若用石棉蛾保温：苦若用岩棉效保温：乱由此可见费：若用石叠棉保温，火临界绝缘异直径大于况管道直径摆，加保