传热学课程考试题

学    校            

系    别                              考试时间  150分钟     

专业班级                              考试日期   年   月    日

姓    名              学号            

1．图1为一扇形区域中的二维、稳态、无内热源的导热问题，其一侧平直表面维持均匀恒定温度的表面绝热，其余表面与温度为的环境换热，表面传热系数为，为用数值法确定区域中的温度分布，在径向和周向分别用定步长和划分计算区域，节点布置如图1所示。假定区域的物性参数已知且为常数，试用热平衡法建立节点1和7的离散方程（有限差分方程式）。（不要求整理） 

图1

2．试述数和数的区别。

3．试根据速度边界层和热边界层的概念，用量级分析的方法，从对流换热的能量微分方程导出二维稳态、常物性、不可压缩流体外掠平板层流边界层流动时的边界层能量微分方程。

4．直径为、单位长度电阻为、发射率为的金属棒，初始时与温度为的环境处于热平衡状态，后通过电流，已知棒与环境的表面传热系数为。试导出通电流期间金属棒温度随时间变化的规律，并写出处于新的热平衡状态的条件。（不用求解）

5．饱和水在水平加热表面上沸腾（壁面温度可控）时，随着壁面过热度的增加，沸腾换热表面传热系数是否也增加?为什么？

6．何谓漫-灰表面？将实际表面视为漫-灰表面有何实际意义？

7．空调和制冷用的冷却器，其管外装的肋片往往制成百叶窗式肋片，见图2。试问肋片做成这种形式的意义？

图2

二、计算题（58分）

1．（18分）直径为，长度为1m的电阻丝水平地置于的静止空气中，试问在不计辐射换热的情况下它每米长度上能承受的最大散热量是多少？如果考虑辐射换热，这一最大散热量朝哪个方向变化？该电阻丝的熔点为。

    附注：

    (1)空气在水平圆柱体外自然对流换热的准则式

        ， 

    (2)空气的物性参数

        ， 

2．（20分）两个直径为的平行同轴圆盘相距，两盘置于墙壁温度大房间内，一圆盘、，另一圆盘绝热。若两圆盘的背面均不参与换热，求绝热盘之温度。已知同轴圆盘之间的角系数。

3．（20分）质量流量为的变压器油在螺旋盘管中流过，油温从被冷却至，其比定压热容。进口温度为的冷水在盘管外流动用来冷却变压器油。出口处水温，水的比定压热容。水侧表面传热系数为，油侧表面传热系数为。钢盘管的导热系数为，污垢热阻总共为。若盘管的直径为，管的外径壁厚为。求螺旋盘管的最小长度、盘数与水的质量流量。

2003年秋季九校联考《传热学》

参及评分标准

一、简答题（42分，每小题6分）

1.    节点1和7所代表单元的热平衡式依次为：

节点1

节点7

2．    ，                                                    

    数中的为流体的导热系数，为影响边界层厚度的几何尺寸。

    数中的为物体的导热系数，为固体壁(如壁厚等)的某一尺寸。    

    数反映靠近壁面流体层的导热热阻与对流换热热阻的相对大小。

    数反映物体内部的导热热阻与外部的换热热阻之间的相对大小。    

3．    能量方程为                                

边界层内、、为同一量级，即、、，而边界层则属于小的量级即、。于是有                

量级                                            

    其中具有的量级应如下理解:等号两边应有相同的量级，如果不具有量级，则括号内产生一个很大量级的项。为使等号后面的量级为，故                                                        

右端括号内两项相比显然，边界层能量微分方程为：            1                                                    

4．    

5．    在自然对流区和核态沸腾区，随着壁面过热度的增加，沸腾换热表面传热系数是增加的，因随的增加产生汽泡的核心数增加，汽泡对流体的扰动剧增，表面传热系数增加。                                    

    当进一步提高时，进入过渡沸腾区。这时，由于的增加，在加热表面上形成一层汽膜，汽膜的导热系数较小，热阻增加，致使沸腾换热表面传热系数下降。                                                            

    再提高，进入稳定膜态沸腾区，加热表面上形成稳定的汽膜层。这时汽化只能在汽-液交界面上进行。汽化所需热量靠导热、对流、辐射通过汽膜传递。因这时壁温很高，辐射热量急剧增加，沸腾换热表面传热系数又随的增加而增加。                                                         

6． 漫射表面指服从兰贝特定律（定向辐射强度与方向无关的规律）的表面。

    灰体表面指光谱吸收比与波长无关的物体表面。

    漫-灰表面指具有漫辐射性质的灰体表面。                            

    漫-灰表面是一种理想表面，对其可直接应用基尔霍夫定律()，兰贝特定律()和斯忒藩-玻耳兹曼定律()等基本定律和角系数的概念进行辐射换热计算，而大多数工程材料的表面可近似作为漫-灰表面处理，这种简化处理却给辐射换热的分析与计算带来很大的方便。        

7．        空气流过平直肋片时，随着流程的增长，边界层会增厚，表面传热系数会减小。将其做成百叶窗式，可使流体流经肋片的边界层破坏，使边界层减薄。同时，流体脱离百叶窗式肋片后产生分离状扰动。这些均能强化传热。

二、计算题（58分）

1．（18分）    最大散热量为相应于熔点温度下的表面换热量，其时

    ℃                                            

    考虑辐射换热后，在同样壁温下增加了辐射换热量，可承受的热负荷可大大增加。                                                                

2．（20分）辐射网络图

    角系数，                             

    ，                                                

    ，                                                    

所以                

3．（20分）

传热量

    水的质量流量    

需计算最小换热面积，应采用逆流流动，故                        

    盘管长    

    总盘数    

盘