传热学期终考试题答案a卷

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1、哈尔滨工程大学本科生考试试卷（2012年秋季学期）课程编号：03050020课程名称：传热学（期终A）一、（10分）如图1所示的墙壁，其导热系数为，厚度为100mm，所处外界温度20℃，测得两侧外壁面温度均为100℃，外壁面与空气的表面传热系数为为125，壁内单位体积内热源生成热为，假设墙壁内进行的是一维稳态导热，求及墙壁厚度方向温度分布？图1解：由于对称性只研究墙壁厚度的一半即可，导热微分方程为：（1）（2分）边界条件为：，；，（2）（1分）由(1)式积分得：（3）由处边界条件得（1分）对（3）式积分得：（4）（1分）由=50mm时，（1分）可得：==（1分）由（4

2、）式，=50mm时，=，（1分）则得：=（1分），则壁厚方向温度分布：（1分）二、（10分）为20℃的空气，以10m/s的速度纵向流过一块长200mm，温度60℃的平板。求离平板前沿50mm,100mm处的流动边界层和热边界层厚度。并求得平板与流体之间的换热量。（平板宽为1m）表1空气的热物理性质/℃/m2/s/W/(m·K)3016.000.02670.7014016.960.02760.6995017.950.02830.698准则关联式：层流；湍流边界层厚度：；流动边界层与热边界层之比：解：定性温度℃(1分)层流(1分)50mm处(2分)100mm处(2分)(2

3、分)(1分)(1分)三、（10分）水以2m/s的流速流过长为8m的直管，入口温度为20℃，出口温度为40℃，管内径d＝20mm，求对流换热系数和平均管壁温度。表2水的热物理性质/℃/m2/s/W/(m·K)/kg/m3/kJ/(kg·K)201.0060.5997.02998.24.183300.8050.6185.42995.74.174400.6590.6354.31992.24.174500.5560.6483.54988.14.174解：定性温度℃（1分）层流（1分）（2分）（2分）由热量平衡得：（2分）则：（1分）设管壁平均温度为，则：℃，（1分）四、（10

4、分）如图2所示，半球表面是绝热的，底面一直径d=0.3m的圆盘被分为1、2两部分。表面1为灰体，T1＝550K，发射率ε1=0.6，表面2为温度T2＝333K的黑体。（1）计算角系数，，，（2）画出热网络图并计算表面1和表面2之间的换热量以及绝热面3的温度。图2解：,根据角系数相对性，可得（1分）根据对称性，根据角系数的可加性，，所以可得根据角系数的相对性可得：，可得，同理，（1分）根据角系数的完整性，可得（1分）（2）热网络图为；Eb1R1J1R12R2J2R13R23J3Eb2（2分）,（1分）（2分）（1分）∴（1分）五、（10分）已知如图所示微元面积与球缺。求

5、：从角系数的积分定义出发，计算到球缺内表面的角系数，并用两种极限情形来检查你所得到的公式的正确性。图3解：（3分），（2分）代入上式得：（2分）==（1分）当时，应有，由上式确实得出此值；（1分）当时，应有，由上式亦确实得出此值。（1分）六、（10分）用进口温度为12℃、质量流量kg/h的水冷却从分馏器中得到的80℃的饱和苯蒸汽。使用顺流换热器，冷凝段和过冷段的传热系数均为980W/(m2·K)。已知苯的汽化潜热J/kg，比热容1758J/（kg·K）。试确定将质量流量3600kg/h的苯蒸汽凝结并过冷到40℃所需的冷凝段和过冷段传热面积分别为多少。（水的定压比容41

6、83J/（kg·K）。）过冷段冷凝段tAx0℃℃t2m℃图4解：先计算总传热量：冷凝段：W（1分）过冷段：W（1分）水的定压比热容：J/(kg·K)由冷凝段热平衡，有：所以，得℃（1分）冷凝段对数平均温差：℃（2分）冷凝段换热面积为：m2（1分）由过冷段热平衡，有：得℃（1分）其过冷段对数平均温差为：℃（2分）故过冷段传热面积为：m2（1分）七、简答题（40分）1、（5分）对于平板导热，试说明数的物理意义，及各代表什么样的换热条件？一块厚为的金属平板，初始温度为，突然置于温度为的流体中冷却，试着画出当时，平板中温度场的变化情形。答；数是平板导热热阻与表面对流传热热阻之

7、比（1分）。时说明传热热阻主要为表面热阻，平板内部温度趋于均匀，可以用集总参数法进行分析求解（1分）；时，说明传热热阻主要为导热热阻，可以近似认为壁温就是流体温度（1分）。(2分)1、厚度均为的两个无限大平板，紧靠在一起放置在某一环境中，达到稳态时平板中的温度分布如图5所示，两平板的导热系数分别为、且均为常数，试从一维稳态导热方程出发，判断两平板是否存在内热源，若存在指出是哪个平板，并判断内热源的正负；两平板中热流密度，是否相等，并比较两平板的导热系数、的大小？2、（5分）对管内强制对流换热，为何采用短管和弯管可以强化流体的换热？解：采用短管，主要是