上海交大传热学考题(A)-答案

一 回答下列5题（25分）

答：略

二 如右图所示，在图中画出节点（i，j）的控制区域，并试导出其二维稳态导热时的离散方程。已知右侧壁绝热；顶端处于温度为的流体中，换热系数为，有内热源为；网格均匀划分，且；材料的导热系数为。（10分）

解：

时， 

也可以化简为：

三  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()保持恒温t0，右侧表面（）暴露于温度为（）、对流换热系数为h的气流中，忽略复合平板与环境的辐射换热和接触热阻。（15分）

1给出通过复合平板的稳态热流密度q的计算公式；

2推导稳态时，平板A和B分界面温度t1的计算公式；

3假设导热系数，画出x从0到∞的稳态温度分布趋势。

解：令 

1  

2 

  或： 

3如下图所示

四 对流换热（15分）

1. 如右图所示，温度为的冷气体以的流速平行地吹过一快平板（平板一边与来流垂直），平板的长和宽均为2m，采用一组非常薄的电加热器使平板维持均匀温度在。流体的导热系数、密度、比热和运动粘度分别为：，，，。试回答下列问题：

（1）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（注：临界雷诺数可取）

  （2）计算气体带走的总热流量（q）；

解： （1）

          ，因此末端流动处于湍流状态

（2）a 层流部分换热：

      b湍流部分换热：

       c 总热流量： 

也可以采用平均换热系数进行计算，即公式（5－42），p.150

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：，，质量流率为，比热；冷却水的进口温度为，其质量流率为，；金属光管内径，壁厚为，导热系数为。管内工质的对流换热系数，水侧的对流换热系数，请确定该换热器所需要的管外侧换热面积Ao？ （20分）

解：（1）换热量

   （2）冷却水出口温度：

（3）对数平均温差

（4）总传热系数k

（5）换热面积Ao：  

六  如右图所示，半球表面是绝热的，底面被一直径（）分为1、2两部分。表面1为灰体，，发射率；表面2为温度的黑体，回答下列问题（15分）

（1）计算角系数，，， 

（2）画出热网络图（注：热阻为无穷大时，相当于断路）

（3）计算表面1和表面2之间的换热量

解：（1）；； 

  （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，

又由于                   ，故此，此处相当于断路，这样，上图就可以表示为如下所示

的二个表面网络图

  （3）；；